DE102017124592A1 - Elektrische Antriebseinheit und Kraftfahrzeug - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebseinheit (10) zum Antrieb wenigstens zweier Räder (11) eines Kraftfahrzeugs, die eine ausschließlich elektrisch antreibbare Radachse (12) aufweist, wobei die Radachse (12) mit wenigstens einem elektrischen Traktionsmotor (13) zur Übertragung eines Antriebsmoments und mit einer Zentralbremse (14) zur Übertragung eines Bremsmoments verbunden ist und ein Differentialgetriebe (15) aufweist, wobei ein Übersetzungsgetriebe (16) mit wenigstens zwei Getriebestufen (17, 20a, 20b) und wenigstens einer Getriebezwischenwelle (18, 20) zwischen dem Traktionsmotor (13) und dem Differentialgetriebe (15) angeordnet ist, wobei die Zentralbremse (14) in eine Getriebezwischenwelle (18, 30) des Übersetzungsgetriebes (16) integriert ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebseinheit mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein Kraftfahrzeug. Eine derartige Antriebseinheit ist beispielsweise aus
DE 10 2005 018 907 A1 bekannt. - Der Einsatz elektrifizierter Antriebe stellt die Bremsentechnologie vor neue Herausforderungen.
- Hierzu zählen insbesondere:
- - die Bewältigung des (im Vergleich zum Verbrennungsmotor) hohen Trägheitsmoments des elektrischen Traktionsmotors. Dieses Moment muss beim Verzögern des Fahrzeugs abgefangen werden, weshalb vergleichsweise größere Bremsanlagen als bei verbrennungsmotorischen Antriebssträngen benötigt werden. Ein alternativer Ansatz ist die Entkopplung des elektrischen Traktionsmotors vom Antriebsstrang durch eine separate Kupplung, wobei der elektrische Traktionsmotor die Energie weiterhin gespeichert hat. Dies kann vorteilhaft sein, da der Traktionsmotor als Schwungrad wirkt.
- - die begrenzten Möglichkeiten des regenerativen Bremsens: Zwar kann durch den Generatorbetrieb eines elektrischen Traktionsmotors ein Bremsmoment bereitgestellt werden; dies nur jedoch, wenn hierzu ein entsprechender Abnehmer vorhanden ist. Ein Abnehmer kann eine nicht vollständig geladene Batterie sein. Limitiert ist das regenerative Bremsen jedoch bei vollen Batterien, jedoch auch bei nahezu voll geladenen Batterien (>80%) aufgrund der schwer regelbaren Nichtlinearitäten der Batterie, weshalb das regenerative Bremsen nicht für ein (zuverlässiges) redundantes Bremssystem taugt (Beispiel: alpine Bergfahrt/Abfahrt). Eine Alternative hierzu ist das Widerstandsbremsen, bei dem ein separater elektrischer Widerstand an den elektrischen Traktionsmotor geschaltet wird und die von dem elektrischen Traktionsmotor erzeugte Energie in Wärme umwandelt.
- - der Einsatz von Motordirektbremsen (auf der Welle des elektrischen Traktionsmotors sitzende Bremseinrichtungen) ist beschränkt aufgrund der hochdrehenden Elektromotoren (20.000 rpm und höher), die hohe Ansprüche an Bremspartner (Bremsbelag und Scheibe) stellen und für die industrielle Massenfertigung bzw. bestimmte Marktsegmente zu kostspielig sind.
- - Zentralbremsen am Getriebeausgang besitzen zwar kleinere Drehzahlen, haben aber den Nachteil, dass die dort anliegenden Momente entsprechend größer sind, weshalb die erforderlichen Kräfte des Bremsaktuators hoch sein müssen. Insbesondere für den Einsatz von elektromechanischen und elektrohydraulischen Bremsen ist dies nachteilig, da diese im Vergleich zu hydraulischen Bremsen relativ groß bauen.
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DE 10 2005 018 907 A1 beschreibt ein Differentialgetriebe für eine elektrisch angetriebene Antriebsachse mit einer Zentralbremse, die den Differentialkorb des Differentialgetriebes und das Achswellenrad gegenüber dem Differentialgetriebegehäuse abbremst. Die Zentralbremse ist dazu als nasslaufende Lamellenbremse ausgebildet. Die bekannte Antriebsachse ist aufwendig aufgebaut und kostenintensiv. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine elektrische Antriebseinheit zum Antrieb mindestens zweier Räder eines Kraftfahrzeugs anzugeben, die einfach aufgebaut ist und trotzdem die speziellen Anforderungen möglichst weitgehend erfüllt, die an eine Zentralbremse einer elektrischen Antriebseinheit gestellt werden. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zu Grunde, ein Kraftfahrzeug anzugeben.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine elektrische Antriebseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Mit Blick auf das Kraftfahrzeug wird die Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 21 gelöst.
- Konkret wird die Aufgabe durch eine elektrische Antriebseinheit zum Antrieb mindestens zweier Räder eines Kraftfahrzeugs gelöst, die eine ausschließlich elektrisch antreibbare Radachse aufweist. Die Radachse ist mit wenigstens einem elektrischen Traktionsmotor zur Übertragung eines Antriebsmoments sowie mit einer Zentralbremse zu Übertragung eines Bremsmoments verbunden. Die Radachse weist ein Differentialgetriebe auf. Die Antriebseinheit weist ein Übersetzungsgetriebe mit wenigstens zwei Getriebestufen mit einer Getriebezwischenwelle auf, die zwischen dem Traktionsmotor und dem Differentialgetriebe angeordnet ist. Die Zentralbremse ist dabei in die Getriebezwischenwelle des Übersetzungsgetriebes integriert. Eine Getriebestufe kann dabei z.B. von einem Stirnradpaar gebildet werden.
- Die Erfindung hat den Vorteil, dass durch die Integration der Zentralbremse in die Getriebezwischenwelle des Übersetzungsgetriebes die Drehzahl und das anliegende Moment auf die Zentralbremse optimal abgestimmt werden können. Es ist daher möglich, die Zentralbremse einfach aufzubauen. Aufwändige Bremssysteme, die im Wesentlichen die gleiche Wirkung hervorrufen, sind nicht erforderlich.
- Die Erfindung bezieht sich auf ausschließlich elektrisch antreibbare Radachsen, bzw. auf vergleichbare Radachsen, bei denen das Antriebsmoment ausschließlich durch einen elektrischen Traktionsmotor aufgebracht wird (elektrifizierter Antrieb).
- Im Unterschied zur radindividuellen Radnabenantrieben ist die erfindungsgemäße Antriebseinheit zum Antrieb wenigstens zweier Räder vorgesehen.
- Die Erfindung ist besonders geeignet für elektrifizierte Fahrzeuge mit hohen Bauraumbeschränkungen, insbesondere elektrischen Personenkraftwagen. Andere Fahrzeuge, bei denen Zentralbremsen verwendet werden, sind von der Erfindung ebenfalls umfasst. Unter einer Zentralbremse wird eine Bremseinheit verstanden, die nicht am Rad unmittelbar oder radnah angreift, sondern am oder im Antriebsstrang verbaut ist.
- Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
- Die Getriebestufe des Übersetzungsgetriebes kann eine Ausgangswelle aufweisen, die mit Abstand zur Radachse, insbesondere parallel beabstandet zur Radachse, angeordnet und mit der Zentralbremse verbunden ist. Im Unterschied zu Rad nahen Bremssysteme oder zu Bremssysteme, die direkt in die Radachse integriert sind, führt die Beabstandung der Ausgangswelle zur Radachse zu einem Bauraumgewinn für die Zentralbremse.
- Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Übersetzungsgetriebe mehrere Getriebestufen mit wenigstens einer Zwischenwelle auf, bei welcher die Zwischenwelle mit der Zentralbremse verbunden ist. Durch Auslegung und Anzahl der Getriebestufen können das anliegende Drehmoment und die Zentralbremse optimal abgestimmt werden. Es genügt eine relativ geringe Zupresskraft der Zentralbremse, um die erforderliche Bremswirkung zum Abbremsen des Fahrzeugs und seiner rotierenden Massen wie etwa Motor, Getriebe und Rädern zur Verfügung zu stellen. Außerdem kann eine elektrische Bremse als Zentralbremse verwendet werden.
- Die Getriebewellen sind vorteilhaft achsparallel zur Welle des Traktionsmotors. Die Getriebewellen sind vorteilhaft achsparallel zur Radantriebsachse.
- Eine besonders kostengünstige und einfache Ausgestaltung ergibt sich, wenn das Übersetzungsgetriebe schaltungsfrei ausgebildet ist. Dasselbe gilt, wenn die Zentralbremse als trocken laufende Friktionsbremse ausgebildet ist.
- Die Zentralbremse kann die einzige Fahrzeugbremse bilden. Mit anderen Worten kann auf die Radindividualbremsen verzichtet werden. Alternativ ist es auch möglich, dass die Radachse Radindividualbremsen zusätzlich zur Zentralbremse aufweist. Die Erfindung bietet also die Voraussetzung dafür, dass unterschiedliche Bremssystemkonzepte im Zusammenhang mit einem elektrischen Antrieb verwirklicht werden können.
- Die Zentralbremse kann auch als Park- oder Haltebremse genutzt werden. Dadurch kann auf eine separate Park- oder Haltebremse verzichtet werden. Im Gegensatz zu Parkbremsen, die ein formschlüssiges Blockieren des Antriebsstranges bewirken, etwa vermittels einer Sperrklinke, weist eine als Friktionsbremse ausgeführte und auch als Park- oder Haltebremse genutzte Zentralbremse kein Spiel auf. Spiel meint dabei insbesondere den Bewegungsspielraum, den ein formschlüssiges Sperrelement zwischen einem ersten und zweiten Anschlag besitzt. Ein begrenztes Rollen des Fahrzeuges, wie es insbesondere beim Haltebremsen mit einer formschlüssigen Park- oder Haltebremse am Hang auftritt, tritt nicht bzw. in nur unwesentlichem Maße auf.
- Vorzugsweise weisen der Traktionsmotor und die Zentralbremse gemeinsam genutzte Peripherieeinrichtungen auf. Dadurch kommt es zur Synergieeffekten, die Vorteile für die Funktionalität der Antriebseinheit bringen und Kosten sparen. Peripherieeinrichtungen unterstützen die Grundfunktionen des Traktionsmotors und der Zentralbremse, und betreffen beispielsweise den mechanischen Schutz, die Steuerung oder die Kühlung dieser Komponenten.
- So können wenigstens die Zentralbremse, das Übersetzungsgetriebe und der Traktionsmotor in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Die Antriebseinheit baut dadurch kompakt und kann gegebenenfalls modular verwendet werden.
- Vorzugsweise weisen wenigstens die Zentralbremse und der Traktionsmotor ein gemeinsames Steuergerät auf. Dadurch können besondere Steuerfunktionen im Bremsbetrieb einfach umgesetzt werden. Beispielsweise kann das Steuergerät für eine Mischbremsung konfiguriert sein. Mischbremsung meint die Aufteilung eines gewünschten Gesamtbremsmomentes auf verschiedene Bremseinrichtungen, etwa einer Zentralbremse, regeratives Bremsen eines elektrischen Traktionsmotors oder Radindividualbremsen.
- Diese Ausführungsform ist besonders im Zusammenhang mit der zusätzlichen Verwendung von Radindividualbremsen geeignet.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Zentralbremse eine Einrichtung zur Flüssigkühlung auf. Dadurch kann die Zentralbremse noch kompakter gebaut sein. Weiter vorzugsweise ist die Einrichtung zur Flüssigkühlung mit dem Motorkühlkreislauf verbunden oder verbindbar. Eine gesonderte Kühlpumpe für die Zentralbremse kann dadurch entfallen. - Ein radindividueller Bremsvorgang ohne Radindividualbremsen ist möglich, wenn die Radachse eine Torque-Vectoring Einheit aufweist. Bei dieser Ausführungsform ist die Zentralbremse die einzige Fahrzeugbremse. Diese wird mit der Torque-Vectoring Einheit kombiniert, so dass das Bremsmoment der Zentralbremse radindividuell angepasst werden kann. Unter Torque-Vectoring versteht man eine aktive Drehmomentverteilung auf die angetriebenen Räder (im Unterschied zur passiven Drehmomentverteilung durch das Differentialgetriebe).
- Eine Speicherung der Schwungenergie des Traktionsmotors beim Abbremsen ist möglich, wenn eine Kupplung zwischen dem Traktionsmotor und der Zentralbremse, insbesondere zwischen dem Traktionsmotor einerseits und der Zentralbremse und dem Differentialgetriebe andererseits, angeordnet ist. Die Kupplung koppelt den Traktionsmotor beim Bremsen ab, sodass das aufzubringende Bremsmoment vergleichsweise gering ist. Die Schwungenergie des Traktionsmotors kann anderweitig genutzt werden, beispielsweise zum Anfahren.
- Vorzugsweise sind die Kupplung und die Zentralbremse gemeinsam ansteuerbar. Mit anderen Worten wird beim Abbremsen die Zentralbremse automatisch vom Traktionsmotor getrennt.
- Die Zentralbremse kann einen Bremsstaubkollektor (offen oder geschlossen) aufweisen, um zu verhindern, dass der beim Bremsen entstehende Abrieb in die Umgebung gelangt. Zur Verringerung von Lärmemissionen kann die Zentralbremse mit einem Torsionsdämpfer verbunden sein.
- Die Erfindung wird nachfolgend mit weiteren Einzelheiten unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
- In diesen zeigen
-
1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels nach der Erfindung mit den wichtigsten Komponenten, bei dem das Übersetzungsgetriebe mit zwei Getriebestufen und einer Getriebezwischenwelle ausgestattet ist; -
2 eine schematische Darstellung eines zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, bei dem das Übersetzungsgetriebe drei Getriebestufen und zwei Getriebezwischenwellen aufweist und zusätzlich zur Zentralbremse Radindividualbremsen vorgesehen sind; -
3 eine schematische Darstellung eines dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, bei dem die Zentralbremse mit einer offenen Filtereinrichtung als Bremsstaubkollektor ausgerüstet ist; -
4 eine schematische Darstellung eines vierten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, bei dem die Zentralbremse flüssig gekühlt und in einer geschlossenen Filtereinrichtung als Bremsstaubkollektor gekapselt ist; -
5 eine schematische Darstellung eines fünften erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, bei dem die Zentralbremse mit einer Torque-Vectoring-Einheit kombiniert ist und einen Torsionsdämpfer aufweist und -
6 eine schematische Darstellung eines sechsten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, bei dem eine Kupplung zwischen der Zentralbremse und dem Traktionsmotor angeordnet ist. -
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer elektrischen Antriebseinheit10 , die zum Antrieb wenigstens zweier Räder11 eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich beispielsweise um ein Personenkraftfahrzeug handeln, das eine ausschließlich elektrisch angetriebene Radachse12 aufweist. Andere Fahrzeuge sind möglich. Die Radachse12 ist mit den beiden angetriebenen Rädern11 verbunden bzw. verbindbar. Die breit gestrichelte Linie zeigt die Systemgrenze der elektrischen Antriebseinheit10 an, deren Komponenten ein Modul bilden. Im Rahmen der Erfindung wird ferner ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Antriebseinheit10 offenbart und beansprucht. - Die Antriebseinheit
10 weist einen elektrischen Traktionsmotor13 auf, der das für den Antrieb des Fahrzeugs erforderliche Antriebsmoment erzeugt und auf die Radachse12 bzw. die Räder11 beträgt. Die Antriebseinheit10 weist ein Differentialgetriebe15 auf, welches das Antriebsmoment des Traktionsmotors13 auf die Räder11 verteilt und Drehzahlunterschiede der Räder11 ausgleicht. Die Antriebseinheit10 weist ferner eine Zentralbremse14 auf, die ein Bremsmoment erzeugt und auf die Radachse12 bzw. die beiden Räder11 überträgt. Im Unterschied zur radindividuellen Bremsen erzeugt die Zentralbremse14 ein zentrales Bremsmoment, das auf die Räder11 gemeinsam wirkt. - Die Zentralbremse
14 ist in ein Übersetzungsgetriebe16 integriert, das wenigstens zwei Getriebestufen, bei dem Ausführungsbeispiel gemäß1 konkret eine erste Getriebestufe17 und eine zweite Getriebestufe20a aufweist. Erste und zweite Getriebestufen sind zwischen Traktonsmotor und Differentialgetriebe angeordnet und über eine gemeinsame Getriebezwischenwelle gekoppelt. - Konkret weist die erste Getriebestufe
17 ein Antriebsritzel28 auf, das mit der Eingangswelle19 der ersten Getriebestufe17 verbunden ist. Die Eingangswelle19 bildet zugleich die Motorwelle des Traktionsmotors13 . Die erste Getriebestufe17 weist ferner ein Abtriebszahnrad29 auf, das mit einer Ausgangswelle18 des der Getriebestufe17 verbunden ist. Die Ausgangswelle18 wiederum ist mit dem Differentialgetriebe15 verbunden durch eine weitere Getriebestufe, konkret eine zweite Getriebestufe20a . Die zweite Getriebestufe20a weist ein erstes Zahnrad33 auf der Ausgangswelle18 der ersten Getriebestufe17 auf, dass mit einem zweiten Zahnrad34 kämmt, das mit einem Differentialkorb des Differentialgetriebe15 verbunden ist (nicht dargestellt). - Wie in
1 zu sehen, ist die Ausgangswelle18 der ersten Getriebestufe17 mit der Zentralbremse14 verbunden. Die Ausgangswelle18 hat also zwei Funktionen. Einerseits überträgt die Ausgangswelle18 das Antriebsmoment des Traktionsmotors13 und andererseits das Bremsmoment der Zentralbremse14 jeweils über das Differentialgetriebe15 auf die Räder11 . - Durch die vorstehend beschriebene Integration der Zentralbremse
14 in eine Getriebezwischenwelle18 des Übersetzungsgetriebes16 wird erreicht, dass die Bremspartner der Zentralbremse14 mit Blick auf die Drehzahl weniger stark belastet werden, als bei einer Zentralbremse, die direkt auf der Motorwelle des Traktionsmotors13 angeordnet ist. Mit Blick auf die an sich bekannte Anordnung der Zentralbremse auf der Radachse sind die abzubremsenden Momente kleiner. Die Zentralbremse14 kann also kleiner bauen und einfacher ausgeführt sein. Durch eine geeignete Wahl der Übersetzungsverhältnisse der Getriebestufen17 ,20a können die Zentralbremse14 und der im Betrieb relevante Drehmomentbereich bzw. Drehzahlbereich abgestimmt werden. Dabei können die Getriebestufen17 ,20a dieselben oder unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse aufweisen. - Wie in
1 zu erkennen ist die Ausgangswelle18 parallel von der Radachse12 beabstandet. Dadurch und durch die Integration der Zentralbremse14 in das Übersetzungsgetriebe16 wird Bauraum für die Zentralbremse14 gewonnen und werden Bauraumbeschränkungen überwunden. Bei entsprechender Auslegung der Zentralbremse14 können die Anforderungen an die Radbremsleistungen mitunter derart verringert werden, dass der Einsatz von heute (im Vergleich zu hydraulischen Radbremsen) noch sehr groß bauenden elektromechanischen oder elektrohydraulischen Radbremsen möglich wird. - Konkret kann die Zentralbremse
14 als trockenlaufende Friktionsbremse, insbesondere Scheibenbremse ausgebildet sein. - Die Steuerung der Zentralbremse
14 erfolgt durch ein Steuergerät22 , das sowohl die Steuerung des Traktionsmotors13 als auch die Steuerung der Zentralbremse14 übernimmt und entsprechend konfiguriert ist. Es ist ferner möglich, dass der Inverter des Traktionsmotor13 in das Steuergerät22 integriert sind. Die Signalleitung, die die Zentralbremse14 und das Steuergerät22 verbindet, ist durch die eng gestrichelte Linie in1 verdeutlicht. - Folgende Synergieeffekte entstehen bei der Integration der Zentralbremse
14 in die elektrische Achseinheit bzw. Antriebseinheit: - Die vorstehend genannten Komponenten können in einem gemeinsamen Gehäuse der elektrischen Achse ausgeführt sein. Das Bremsensteuergerät kann in das Motorsteuergerät bzw. in ein gemeinsames Steuergerät
22 (Steuerung von Motor, Inverter, Bremse, ...) integriert sein (s.o.). Eine kompaktere Ausführung der Zentralbremse14 ist durch aktive Flüssig-Kühlung der Bremseinheit, insbesondere durch Anschluss an den ohnehin vorhandenen Motorkühlkreislauf möglich (s.u.). Weiterhin besteht die Möglichkeit, ein blended braking (Mischbremsung) in dem gemeinsamen Steuergerät zu betreiben, insbesondere bei Verwendung von rein elektromechanischen/elektrohydraulischen Bremsen am Rad und zentral. Auf einfache Weise können damit unterschiedliche Betriebsmodi des Antriebsstranges realisiert werden: z.B. mechanisches Radindividualbremsen, regeneratives Motor-Bremsen, Zentralbremsen oder einer Kombination hiervon. - Der im Zusammenhang mit
1 beschriebene Aufbau der elektrischen Antriebseinheit10 ist in den übrigen Ausführungsbeispielen entsprechend verwirklicht und wird im Zusammenhang mit den2 bis6 ebenfalls offenbart. Die Erfindung ist nicht auf diesen speziellen Aufbau eingeschränkt. - Die Antriebseinheit
10 gemäß2 unterscheidet sich von der Antriebseinheit10 gemäß1 einerseits darin, dass das Übersetzungsgetriebe16 weiter mehrstufig ausgebaut ist. Konkret weist das Übersetzungsgetriebe16 drei Stufen auf, nämlich die erste und zweite Getriebestufe17 ,20a , wie in1 , und eine zusätzliche dritte Getriebestufe20b . Außerdem ist die Antriebseinheit10 zusätzlich zur Zentralbremse14 mit zwei Radindividualbremsen21 ausgestattet. Es ist auch möglich, dass das Ausführungsbeispiel gemäß1 mit zwei Radindividualbremsen21 ausgestattet ist. - Das Übersetzungsgetriebe
16 gemäß2 ist konkret wie folgt aufgebaut. Die Eingangswelle19 des Getriebes16 ist mit dem Traktionsmotor13 verbunden und treibt durch das Antriebsritzel28 die erste Getriebestufe17 an. Das Abtriebszahnrad29 der ersten Getriebestufe17 ist durch eine Zwischenwelle30 mit der dritten Getriebestufe20b verbunden. Die dritte Getriebestufe20b ist zwischen die erste und zweite Getriebestufe17 ,20a geschaltet und weist ein erstes Zahnrad35 auf, das mit der Zwischenwelle30 verbunden ist, sowie ein zweites Zahnrad36 , das mit der Ausgangswelle18 des Getriebes16 verbunden ist. Die Ausgangswelle18 ist, wie in1 , einerseits mit dem Differentialgetriebe15 und andererseits mit der Zentralbremse14 verbunden. - Die drei Getriebestufen
17 ,20a ,20b können dieselben oder unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse aufweisen. - Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass der Gestaltungsspielraum bei Platzierung der Zentralbremse
14 hinsichtlich Drehmoment- Drehzahl-Bereich weiter vergrößert wird, was insbesondere den Einsatz einer Zentralbremse14 mit geringer Zupresskraft, insbesondere einer elektromechanischen Bremse, ermöglicht. - Das Getriebe
16 gemäß1 ,2 ist nicht schaltbar. Dasselbe gilt für die übrigen Ausführungsbeispiele dieser Anmeldung. - Das Ausführungsbeispiel gemäß
2 weist zusätzlich zur Zentralbremse14 zwei Radindividualbremsen21 , die radnah angeordnet und mit der Radachse12 verbunden sind. Dadurch wird ein redundantes Bremssystem geschaffen, bei dem im Versagensfall eines Teilsystems (Zentralbremse bzw. Radindividualbremsen) das andere Teilsystem eine Bremsfunktion in zumindest eingeschränktem Umfang aufrechterhalten kann. Die Ansteuerung der Radindividualbremsen21 erfolgt durch das gemeinsame Steuergerät22 , das auch die Zentralbremse24 ansteuert. Dadurch ist eine Mischbremsung möglich. - Die Antriebseinheit
10 gemäß3 ist ähnlich wie die Antriebseinheit10 gemäß1 aufgebaut und weist zusätzlich einen Bremsstaubkollektor26 auf, der im Beispiel gemäß3 als offener Filter, d.h. als zur Umgebung hin offener Filter aufgebaut ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Bremsstauban- bzw. absauganlage (Impeller, Ventilator, Luftbeschleunigungsmittel [37]) direkt von einer Getriebewelle betrieben wird. - Im Unterschied zu
3 ist der Bremsstaubkollektor26 gemäß4 als geschlossenes Filtersystem aufgebaut, dass die Zentralbremse14 einkapselt. Außerdem weist die Zentralbremse14 eine Einrichtung23 zur Flüssigkühlung auf, die mit dem Motorkühlkreislauf verbunden ist. Dieser ist durch den Doppelpfeil an den Zu-/Ableitungen der Einrichtung23 angedeutet. Ein weiterer Synergieeffekt wird dadurch erreicht, dass die Einrichtung23 zur Flüssigkühlung auch den Traktionsmotor13 kühlt. - Die Antriebseinheit
10 gemäß5 weist eine Torque-Vectoring Einheit24 auf, die mit der Radachse12 verbunden und dem Differentialgetriebe15 nachgeschaltet ist. Die Torque-Vectoring Einheit24 weist einen Elektromotor31 und wenigstens ein Torque-Vectoring Getriebe32 (Verteilergetriebe) auf, das mit der Radachse12 zur radindividuellen Beeinflussung des auf die Räder11 wirkenden Drehmoments verbunden ist. Durch die Kombination von Zentralbremse14 mit der Torque-Vectoring-Einheit24 können die Radindividualbremsen ersatzlos entfallen, ohne dass dabei auf eine radindividuelle Abbremsung verzichtet werden muss. Dabei wird das Hauptbremsmoment durch die Zentralbremse14 aufgebracht. Das Differenzdrehmoment zwischen den beiden Rädern11 der Antriebsachse12 wird durch die Torque-Vectoring-Einheit24 erzeugt. - Außerdem ist die Ausgangswelle
18 des Getriebes16 mit einem Torsionsdämpfer27 ausgestattet, der die Ausgangswelle18 mit der Zentralbremse14 verbindet. Der Einsatz der Zentralbremse14 kann sich positiv auf die Lärmemissionen auswirken, zum einen durch die Positionierung im „Inneren“ des Fahrzeugs selbst, weiterhin durch eine mögliche Kapselung der Zentralbremse14 in einem Gehäuse. Die aufgrund der höheren Gestaltungsfreiheit gegenüber Radindividualbremsen bezüglich des Bauraums Zwischenschaltung des Torsionsdämpfers27 zwischen die Zentralbremse14 und die Ausgangswelle18 führt zu einem weiter verbesserten NVH-Verhalten (noise vibration harshness). -
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Ausgangswelle18 eine Kupplung25 aufweist, die den Traktionsmotor13 von der Zentralbremse14 während des Bremsvorgangs entkoppelt. Konkret ist die Kupplung25 auf der Getriebezwischenwelle von erster 17 und zweiter Getriebestufe20a und im Kraftfluss näher am Traktionsmotor als die Zentralbremse angeordnet. Durch die Kupplung25 wird das Motorschleppmoment (Trägheitsmoment im Bremsfall) entkuppelt, was zu einem verbesserten Ansprechverhalten und zu höhere Dynamik (z.B. für EPS) und/oder zu weiterem Downsizing-Potential führt. - Vorteilhafterweise werden Kupplung
25 und Zentralbremse14 hierbei über einen gemeinsamen Aktuator angesprochen, so dass im Bremsfall die Kupplung25 automatisch geöffnet wird. Durch diese mechanische Kopplung von Bremse14 und Kupplung25 kann insbesondere auch auf ein gesondertes Kupplungssteuergerät bzw. eine eigene Kupplungssteuerung verzichtet werden. - Bezugszeichenliste
-
- 10
- Antriebseinheit
- 11
- Räder
- 12
- Radachse
- 13
- Traktionsmotor
- 14
- Zentralbremse
- 15
- Differentialgetriebe
- 16
- Übersetzungsgetriebe
- 17
- erste Getriebestufe
- 18
- Ausgangswelle
- 19
- Eingangswelle
- 20a
- zweite Getriebestufe
- 20b
- dritte Getriebestufe
- 21
- Radindividualbremsen
- 22
- Steuergerät
- 23
- Einrichtung zur Flüssigkühlung
- 24
- Torque-Vectoring Einheit
- 25
- Kupplung
- 26
- Bremsstaubkollektor
- 27
- Torsionsdämpfer
- 28
- Antriebsritzel
- 29
- Abtriebszahnrad
- 30
- Zwischenwelle
- 31
- Elektromotor
- 32
- Torque Vectoring Getriebe
- 33
- erstes Zahnrad der zweiten Getriebestufe
- 34
- zweites Zahnrad der zweiten Getriebestufe
- 35
- erstes Zahnrad der dritten Getriebestufe
- 36
- zweites Zahnrad der dritten Getriebestufe
- 37
- Luftfördermittel
- 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 102005018907 A1 [0001, 0004]
Claims (21)
- Elektrische Antriebseinheit (10) zum Antrieb wenigstens zweier Räder (11) eines Kraftfahrzeugs, die eine ausschließlich elektrisch antreibbare Radachse (12) aufweist, wobei die Radachse (12) mit wenigstens einem elektrischen Traktionsmotor (13) zur Übertragung eines Antriebsmoments und mit einer Zentralbremse (14) zur Übertragung eines Bremsmoments verbunden ist und ein Differentialgetriebe (15) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übersetzungsgetriebe (16) mit wenigstens zwei Getriebestufen (17, 20a, 20b) und wenigstens einer Getriebezwischenwelle (18, 20) zwischen dem Traktionsmotor (13) und dem Differentialgetriebe (15) angeordnet ist, wobei die Zentralbremse (14) in eine Getriebezwischenwelle (18, 30) des Übersetzungsgetriebes (16) integriert ist.
- Antriebseinheit nach
Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachsen der Wellen im Traktionsmotor und Übersetzungsgetriebe achsparallel zur Radantriebsachse ausgebildet sind. - Antriebseinheit nach
Anspruch 1 oder2 dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebestufe (17, 20a, 20b) des Übersetzungsgetriebes (16) eine Ausgangswelle (18) aufweist, die mit Abstand zur Radachse (12), insbesondere achsparallel, angeordnet und mit der Zentralbremse (14) verbunden ist. - Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsgetriebe (16)mehrere Zwischenwellen (18, 30) aufweist, von denen eine mit der Zentralbremse (14) verbunden ist.
- Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsgetriebe (16) schaltungsfrei ausgebildet ist.
- Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralbremse (14) als trocken laufende Friktionsbremse ausgebildet ist.
- Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralbremse (14) die einzige Fahrzeugbremse bildet oder die Radachse (12) Radindividualbremsen (21) zusätzlich zur Zentralbremse (14) aufweist.
- Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralbremse als Betriebsbremse und/oder Parkbremse und/oder Haltebremse ausgebildet ist.
- Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass Zentralbremse und/oder Radindividualbremsen als elektromechanische Bremse ausgeführt sind.
- Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Traktionsmotor (13) und die Zentralbremse (14) gemeinsam genutzte Peripherieeinrichtungen aufweisen.
- Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die Zentralbremse (14), das Übersetzungsgetriebe (16) und der Traktionsmotor (13) in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.
- Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die Zentralbremse (14) und der Traktionsmotor (13) ein gemeinsames Steuergerät (22) aufweisen.
- Antriebseinheit nach
Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (22) für eine Mischbremsung konfiguriert ist. - Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralbremse (14) eine Einrichtung zur Flüssigkühlung (23) aufweist.
- Antriebseinheit nach
Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Flüssigkühlung (23) mit dem Motorkühlkreislauf verbunden oder verbindbar ist. - Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Radachse (12) eine Torque-Vectoring Einheit (24) aufweist.
- Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine Kupplung (25) zwischen dem Traktionsmotor (13) und der Zentralbremse (14) angeordnet ist.
- Antriebseinheit nach
Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (25) und die Zentralbremse (14) gemeinsam ansteuerbar sind. - Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralbremse (14) einen Bremsstaubkollektor (26) aufweist.
- Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralbremse (14) mit einem Torsionsdämpfer (27) verbunden ist.
- Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Antriebseinheit nach
Anspruch 1 .
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