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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Strategie zum Erwärmen von Fluid in einem Trockensumpfsystem in einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs, wie zum Beispiel einer Antriebseinheit oder einer Getriebeanordnung.
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Insbesondere betrifft die Erfindung eine Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug, ein Verfahren und ein Steuersystem zum Erwärmen eines Antriebsfluids in einer Antriebseinheit.
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EINLEITUNG
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Eine Antriebseinheit kann eine Getriebeanordnung zum Implementieren einer Allradfunktionalität innerhalb eines Fahrzeugs beinhalten. Die Antriebseinheit kann eine elektrische Antriebseinheit sein, die einen Elektromotor und eine elektrische Hauptpumpe zum Zuführen von Antriebsfluid zum Elektromotor, zur Getriebeanordnung und zu anderen Komponenten der Antriebseinheit beinhaltet.
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Der Öl- oder Fluidstrom innerhalb eines Fahrzeuggetriebes oder einer Antriebseinheit wird so gesteuert, dass die darin enthaltenen beweglichen Komponenten geschmiert und bei Bedarf verschiedene Teilsysteme, wie z. B. Kupplungen, betätigt werden. Eine Getriebe- oder Antriebsanordnung beinhaltet im Allgemeinen ein Sumpfvolumen, das dazu konfiguriert ist, dieses Fluid zu speichern und die gewünschte Fluidmenge für verschiedene Komponenten und Subsysteme innerhalb der Antriebseinheit oder des Getriebes bereitzustellen. Bei einigen Fahrzeugen ist es wünschenswert, ein Trockensumpfsystem zu implementieren, um unter anderem eine direktere Schmierung der Antriebseinheit oder der Getriebekomponenten sowie eine Senkung des Schwerpunktes zu erreichen.
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Obgleich es vorteilhaft sein kann, eine kleine elektrische Hauptpumpe mit niedriger Spannung zum Pumpen des Antriebsfluids zur Antriebseinheit oder Getriebeanordnung zu verwenden, wird das Fluid bei niedrigeren Temperaturen zähflüssiger, und wenn die Umgebungstemperatur des Fluids ausreichend kalt ist, kann eine Niederspannungspumpe bei derart niedrigen Temperaturen möglicherweise nicht in der Lage sein, innerhalb des zähflüssigen Fluids zu arbeiten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Lösung für die geschilderte Problematik anzugeben.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Diese Aufgabe wird gelöst durch:
- eine Antriebseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1;
- ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6; und ein Steuersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 8.
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Dementsprechend sieht die vorliegende Offenbarung eine Aufwärmstrategie für ein Trockensumpffluid in einer elektrischen Antriebseinheit oder einem Getriebe vor, die das Fluid erwärmt, indem der Elektromotor das Fluid so aufwirbelt, dass es warm genug ist, um es durch eine Hauptpumpe zu fördern.
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In einer Form, die kombiniert mit oder getrennt von anderen Formen hierin offenbart sein kann, wird eine Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt. Die Antriebseinheit beinhaltet einen Elektromotor, der zum Erzeugen eines Drehmoments konfiguriert ist, wobei der Elektromotor einen Rotor aufweist, der zum Drehen in Bezug auf einen Stator konfiguriert ist. Ein Gehäuse umgibt den Elektromotor. Eine Hauptpumpe ist konfiguriert, um das Antriebsfluid in das Gehäuse zu pumpen. Ein Hauptsumpf ist zum Auffangen des in das Gehäuse gepumpten Antriebsfluids konfiguriert. Eine Absaugpumpe ist konfiguriert, um mindestens einen Teil des Fluids der Antriebseinheit aus dem Hauptsumpf in einen Hilfsbehälter zu pumpen, der dazu konfiguriert ist, das von der Absaugpumpe geförderte Fluid der Antriebseinheit aufzunehmen. Ein Steuersystem ist konfiguriert, um den Elektromotor in einem Aufwärmmodus bei ausgeschalteter Haupt- und Absaugpumpe zu betreiben, während das Kraftfahrzeug stillsteht und das Antriebsfluid innerhalb des Hauptsumpfes mindestens bis zu einem vorbestimmten Füllstand angeordnet ist. Der Elektromotor ist konfiguriert, um das Antriebsfluid, das sich im Hauptsumpf im Aufwärmmodus befindet, zu erwärmen. Das Steuersystem ist konfiguriert, um die Absaugpumpe zu betreiben, mit der das Fluid der Antriebseinheit in den Hilfsbehälter gepumpt wird, nachdem das Fluid der Antriebseinheit vom Elektromotor im Aufwärmmodus erwärmt wurde.
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In einer anderen Form, die mit oder getrennt von den anderen hierin genannten Formen kombiniert werden kann, beinhaltet die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Erwärmen des Antriebsfluids in einer Antriebseinheit mit einer Hauptpumpe, einer Absaugpumpe und einem Elektromotor zum Antreiben einer Achse eines Kraftfahrzeugs. Das Verfahren beinhaltet einen Schritt zum Befüllen eines Hauptsumpfes der Antriebseinheit mit Antriebsfluid auf mindestens einen vorgegebenen Füllstand. In einem Aufwärmmodus beinhaltet das Verfahren einen Schritt zum Betreiben des Elektromotors bei ausgeschalteter Haupt- und Absaugpumpe, um das Antriebsfluid im Hauptsumpf zu erwärmen, während sich das Fahrzeug im Stillstand befindet und der Elektromotor ist zumindest teilweise in der Antriebsfluideinheit innerhalb des Hauptsumpfes angeordnet. Das Verfahren beinhaltet ferner das Betreiben der Absaugpumpe, um das Antriebsfluid aus dem Hauptsumpf in einen Hilfsbehälter zu pumpen, nachdem das Antriebsfluid vom Elektromotor im Warmlaufbetrieb erwärmt wurde.
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In noch einer weiteren Form, die mit den anderen hierin genannten Formen kombiniert oder von diesen getrennt werden kann, ist ein Steuersystem vorgesehen, das zum Erwärmen des Antriebsfluids in einer Antriebseinheit mit einer Hauptpumpe, einer Absaugpumpe und einem Elektromotor zum Antreiben einer Achse eines Kraftfahrzeugs konfiguriert ist. Das Steuersystem umfasst einen Befehlssatz, der zum Ausführen der folgenden Anweisungen konfiguriert ist: in einem Aufwärmmodus den Elektromotor bei ausgeschalteter Haupt- und Absaugpumpe zum Erwärmen des in einem Hauptsumpf angeordneten Antriebsfluids zu betreiben, während das Kraftfahrzeug stillsteht und der Elektromotor zumindest teilweise in dem innerhalb des Hauptsumpfes angeordneten Antriebsfluid angeordnet ist; und betreiben der Absaugpumpe, um das Antriebsfluid aus dem Hauptsumpf in einen Hilfsbehälter zu pumpen, nachdem das Antriebsfluid vom Elektromotor im Warmlaufbetrieb erwärmt wurde.
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Weitere zusätzliche Funktionen können vorgesehen werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Folgendes: worin der Stator des Elektromotors dazu konfiguriert ist, das Antriebsfluid zu erwärmen, während sich der Rotor durch das Antriebsfluid bewegt; wobei die Antriebseinheit ferner ein mit dem Elektromotor gekoppeltes Planetengetriebe umfasst, das eine Achse des Kraftfahrzeugs antreibt; worin die Hauptpumpe eine Elektropumpe ist; worin die Hauptpumpe eine 12 Volt DC-Elektropumpe ist; wobei die Antriebseinheit ferner eine Struktur umfasst, die einen Leckagedurchgang definiert, der den Hilfsbehälter fluidisch mit dem Hauptsumpf verbindet; wobei der Leckagedurchgang dazu konfiguriert ist, zu ermöglichen, dass das Antriebsfluid aus dem Hilfsbehälter in den Hauptsumpf mindestens bis zum vorbestimmten Füllstand abfließen kann; worin das Steuersystem dazu konfiguriert ist, zu bewirken, dass die Hauptpumpe das Antriebsfluid bei einer Abschaltzeit des Kraftfahrzeugs in den Hauptsumpf bis zu dem vorbestimmten Füllstand pumpt, wobei die Abschaltzeit eine Zeit ist, in der das Kraftfahrzeug ausgeschaltet wird; wobei das Steuersystem dazu konfiguriert ist, das Abschalten der Hauptpumpe und der Absaugpumpe vor dem Betrieb des Elektromotors im Aufwärmmodus zu bewirken, wenn das Steuersystem bestimmt, dass mindestens eine der Hauptpumpe und die Absaugpumpe nicht ausgeschaltet sind; worin die Hauptpumpe dazu konfiguriert ist, das Antriebsfluid während eines normalen Betriebsmodus der Antriebseinheit auf den Elektromotor und das Planetengetriebe zu pumpen; wobei die Absaugpumpe dazu konfiguriert ist, das Antriebsfluid aus dem Hauptsumpf in den Hilfsbehälter in den normalen Betriebsmodus zu pumpen; wobei das Verfahren ferner ein Auslaufen des Antriebsfluids durch einen Leckagedurchgang vom Hilfsbehälter zum Hauptsumpf umfasst, bis der Hauptsumpf mit dem Antriebsfluid mindestens bis zu dem vorbestimmten Füllstand gefüllt ist; wobei das Verfahren ferner das Pumpen des Antriebsfluids über die Hauptpumpe in den Hauptsumpf zu dem vorbestimmten Füllstand bei einer Abschaltzeit des Kraftfahrzeugs umfasst, wobei die Abschaltzeit eine Zeit ist, wenn das Kraftfahrzeug ausgeschaltet ist; wobei das Verfahren das Bestimmen beinhaltet, ob die Hauptpumpe und die Absaugpumpe laufen, bevor der Elektromotor im Aufwärmmodus betrieben wird, und wenn mindestens eine der Hauptpumpe und die Absaugpumpe laufen, bevor der Elektromotor im Aufwärmmodus betrieben wird, Abschalten mindestens eine der Hauptpumpe und die Absaugpumpe, bis sowohl die Hauptpumpe als auch die Absaugpumpe abgeschaltet sind; wobei das Verfahren ferner das Pumpen des Antriebsfluids über die Hauptpumpe auf den Elektromotor und ein mit dem Elektromotor verbundenes Planetengetriebe während eines normalen Betriebsmodus der Antriebseinheit und das Pumpen des Antriebsfluids über die Absaugpumpe aus dem Hauptsumpf in den Hilfsbehälter im normalen Betriebsmodus umfasst; und wobei das Steuersystem ferner dazu konfiguriert ist, den Hauptsumpf mit dem Antriebsfluid mindestens bis zu einem vorbestimmten Füllstand zu befüllen.
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Die vorstehend aufgeführten Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der vielfältigen Aspekte der vorliegenden Offenbarung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen leicht ersichtlich.
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Figurenliste
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Die Zeichnungen dienen lediglich der Veranschaulichung.
- 1 ist eine schematische Draufsicht eines Kraftfahrzeugsystems mit einer Antriebseinheit mit Elektromotor gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
- 2 ist eine schematische Darstellung des in 1 dargestellten Kraftfahrzeugsystems, das die Antriebseinheit gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung beinhaltet;
- 3 ist eine schematische Endquerschnittsansicht eines in den 1-2 dargestellten Beispiels der Antriebseinheit gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
- 4 ist eine schematische Endquerschnittsansicht der Antriebseinheit, die in den 1-3 ein Antriebsfluid gestrichelt darstellt, das gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung bis zu einer vorbestimmten Fülllinie befüllt ist;
- 5 ist eine schematische Darstellung der Antriebseinheit der 1-4, die während des Betriebs im Aufwärmmodus gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung dargestellt ist;
- 6 ist eine schematische Darstellung der Antriebseinheit der 1-5, die während des Betriebs im normalen Betriebsmodus gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung dargestellt ist;
- 7A ist eine schematische Endquerschnittsansicht einer weiteren Variation der Antriebseinheit, die in den 1-2 ein Antriebsfluid gestrichelt darstellt, das gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung bis zu einer vorbestimmten Fülllinie befüllt ist;
- 7B ist eine schematische Endquerschnittsansicht der in 7A dargestellten Antriebseinheit in einem Aufwärmmodus gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
- 7C ist eine schematische Endquerschnittsansicht der in den 7A-7B dargestellten Antriebseinheit in einem normalen Betriebsmodus gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung; und
- 8 ist ein Blockdiagramm, das ein Verfahren zum Erwärmen des Antriebsfluids in einer Antriebseinheit mit einer Hauptpumpe, einer Absaugpumpe und einem Elektromotor zum Antreiben einer Achse eines Kraftfahrzeuges darstellt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleichen oder ähnlichen Komponenten in den verschiedenen Figuren entsprechen, ist ein Kraftfahrzeug dargestellt und im Allgemeinen mit 10 bezeichnet. Das Kraftfahrzeug 10 kann jeder Fahrzeugtyp sein, wie zum Beispiel ein PKW, ein LKW, ein Transporter, ein Geländewagen usw.
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Das Kraftfahrzeug 10 beinhaltet eine Hauptmaschine 12 (das könnte zum Beispiel ein Verbrennungsmotor, ein Elektromotor oder ein Hybrid sein). Die Hauptmaschine 12 ist mit einem Getriebe 14 und einer Achsantriebseinheit 16 verbunden. Das Getriebe 14 kann ein Stufengetriebe mit Planetenrädern, einem Vorgelegegetriebe, einem kontinuierlich stufenlosen Getriebe oder grenzenlos stufenlosen Getriebe sein. Das Drehmoment des Getriebes 14 wird über die Achsantriebseinheit 16 auf einen ersten Satz Antriebsräder 18 übertragen, die Vorder- oder Hinterräder sein können. Die Achsantriebseinheit 16 beinhaltet im Allgemeinen ein Differential, das Achsdrehmoment durch Antriebsachsen 20 an die Antriebsräder 18 überträgt.
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Zum Fahrzeug 10 beinhaltet beispielsweise auch eine elektrische Antriebseinheit 22 für Allrad-(AWD)-Anwendungen. Die Antriebseinheit 22 beinhaltet einen elektrischen Fahrmotor 24, der mit einem Sekundärgetriebe 26 gekoppelt ist. Das Sekundärgetriebe 26 ist mit einer weiteren Antriebseinheit 28 verbunden, die im Allgemeinen ein Differential beinhaltet, welches das Drehmoment durch einen zweiten Satz von Achsen 30 auf einen zweiten Satz von Antriebsrädern 32 überträgt. Somit erzeugt der Elektromotor 24 ein Drehmoment, das letztendlich auf den zweiten Satz von Rädern 32 wirkt, wenn AWD-Anwendungen ausgewählt werden oder wenn es ansonsten wünschenswert ist, den zweiten Satz von Rädern 32 anzutreiben. Der Elektromotor 24 kann mit einer 12-Volt-Fahrzeugbatterie 34 und mit einer Hochspannungsbatterie 36, die in Hybrid- oder Elektrofahrzeugen verwendet wird, wie beispielsweise einer 360-Volt-Hybridbatterie, verbunden werden. Beide Batterien 34, 36 können über einen Wechselrichter (nicht dargestellt) mit dem Elektromotor 24 verbunden werden. Der Motor 12, das Getriebe 14 und die Antriebseinheit 22 können durch ein Steuersystem 38 gesteuert werden, das zum Beispiel eine oder mehrere Steuerungen (nicht im Detail dargestellt) beinhalten kann.
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Mit Bezug nun auf 2 ist eine schematische Darstellung des Antriebsstrangs des Fahrzeugsystems 10 einschließlich des Motors 12, des Getriebes 14 und der Antriebseinheit 22 dargestellt. Die Antriebseinheit 22 ist in diesem Beispiel ein Zwei-Achs-Elektroantrieb. Die Antriebseinheit 22 beinhaltet den Elektromotor 24, der Antriebsmoment an das Sekundärgetriebe 26 bereitstellt. Das Sekundärgetriebe 26 kann eine Planetengetriebeanordnung 42 beinhalten, die ein Antriebsmoment zu einem Verteilergetriebemechanismus 27 überträgt, welcher der Achsantriebseinheit 28 Antriebsmoment zuführt. Die Achsantriebseinheit 28 kann mit einem Differential 29 ausgerüstet werden, das dem zweiten Satz der Antriebsräder 32 durch die linken und rechten Halbwellen 30 ein Antriebsmoment überträgt.
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Der Elektromotor 24 kann einen Rotor 48 und einen Stator 50 beinhalten. Der Rotor 48 kann gegenüber dem Stator 50 um eine erste Achse X1 drehbar sein. Eine Motorausgangswelle 25 kann mit dem Rotor 48 verbunden werden. Die Planetengetriebeanordnung 42 kann ein Sonnenrad 41 beinhalten, das mit der Motorausgangswelle 25 verbunden ist. Eine Vielzahl von Planetenrädern 43, die durch einen Planetenträger 44 getragen werden, befinden sich in Eingriff mit dem Sonnenrad 41. Ein Hohlrad 45 greift mit jedem der Planetenräder 43 ineinander. Eine Bremse 46 kann mit dem Hohlrad 45 verbunden werden. Eine Freilaufkupplung 47 ermöglicht das volle Abbremsen des Hohlrades 45 während des elektrischen Antriebs, um den Einsatz einer kleineren Scheibenbremse 46 zu ermöglichen. Der Planetenträger 44 ist ebenfalls mit einem ersten Verteilergetriebe 49 des Verteilergetriebemechanismus 27 verbunden. Das erste Verteilergetriebe 49 rastet ineinandergreifend mit einem zweiten Verteilergetriebe 51 ein, das um eine zweite Achse X2 drehbar ist. Das zweite Verteilergetriebe 51 ist antreibend mit dem Differential 29 verbunden, das Antriebsmoment für die linken und rechten Halbwellen 30 bereitstellt.
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Die Antriebseinheit 22 nutzt ein Planetengetriebeanordnung 42 als primäre Reduktion und das Verteilergetriebemechanismus 27 als eine sekundäre Zwei-Achs-Reduktion. Die Anordnung ermöglicht eine hohe Motor-Achs-Übersetzung mit nur zwei Achsen, ohne die Achswelle durch den Motor 24 zu führen, wodurch die Größe des Motors 24 und dessen Lager minimiert werden. Der Verteilergetriebemechanismus 27 ist in diesem Beispiel axial zwischen dem Motor 24 und der Planetengetriebeanordnung 42 positioniert, wodurch das Differential 29 zentralisiert wird.
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Es sollte verstanden werden, dass alternative Differentialmechanismen einschließlich eines Planetengetriebedifferentials genutzt werden können. Zusätzlich können alternative Bremsanordnungen, einschließlich einer Klauenbremse, einer wählbaren Freilaufkupplungsbremse oder eines anderen Bremsmechanismus, vorgesehen werden.
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Die Antriebseinheit 22 kann in einem Hybrid-Elektrofahrzeug eingesetzt werden, das über einen Verbrennungsmotor 12A und einen Motorgenerator 12B verfügt, der die primären Antriebsräder 18 über das Getriebe 14, die primäre Achsantriebseinheit 16 und die Achsen 20 antreibt. Die Antriebseinheit 22 kann optional einen Motorgenerator 72 beinhalten, der den Antrieb der Antriebsräder 18 unterstützt. Es sollte verstanden werden, dass die Antriebseinheit 22 verschiedene Anordnungen aufweisen kann. Die Bremse 46 am Hohlrad 45 der Planetengetriebeanordnung 14 ermöglicht das Abkuppeln des Elektroantriebs 10 von den Antriebsrädern 20, wenn die Antriebseinheit 22 das Fahrzeug 2 mit hohen Geschwindigkeiten antreibt.
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Unter Bezugnahme auf 3 ist nun eine Querschnittsansicht der Antriebseinheit 22 entlang der Zeile 3-3 von 2 veranschaulicht. Die Antriebseinheit 22 beinhaltet ein Gehäuse 40 mit einem Boden, das einen Hauptsumpf 52 innerhalb des Gehäuses 40 bildet. Der Elektromotor 24 und das Sekundärgetriebe 26 sind im Gehäuse 40 angeordnet. Der Hauptsumpf 52 ist zum Auffangen des in das Gehäuse 40 gepumpten Antriebsfluids konfiguriert. Das Antriebsfluid kann auf den Elektromotor 24 und das Sekundärgetriebe 26 aufgebracht werden, um beispielsweise Komponenten des Elektromotors 24 und des Sekundärgetriebes 26 zu schmieren. Eine Achse A zeigt einen vorgegebenen Füllstand für den Betrieb der Antriebseinheit 22 im Fluidaufwärmmodus an, der nachfolgend näher erläutert wird. Unter normalen Betriebsbedingungen ist der Hauptsumpf jedoch ein „Trockensumpf“ mit sehr niedrigem Fluidfüllstand, da sich das Antriebsfluid im Hauptsumpf 52 ansammelt und in einen Hilfsbehälter gepumpt wird.
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So kann beispielsweise die Antriebseinheit 22 unter Bezugnahme auf 4 und mit weiterem Bezug auf 3 eine Hauptpumpe 54 beinhalten, die zum Pumpen von Antriebsfluid in das Gehäuse 40 der Antriebseinheit 22 betrieben werden kann, um die Antriebskomponenten 24, 26 zu schmieren. In einigen Beispielen kann die Hauptpumpe 54 mit einer Reihe von Schläuchen verbunden werden (nicht dargestellt), die zu den einzelnen Komponenten führen, zu denen die Hauptpumpe 54 das Antriebsfluid fördert, um sicherzustellen, dass das Antriebsfluid die gewünschten Komponenten innerhalb der Antriebseinheit 22 erreicht.
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Die Antriebseinheit 22 beinhaltet auch eine Absaugpumpe 56, die zum Pumpen des Antriebsfluids aus dem Hauptsumpf 52 und in einen Hilfsbehälter 58 betrieben werden kann. Die Absaugpumpe 56 ist konfiguriert, einen Großteil des Antriebsfluids im Normalbetrieb aus dem Hauptsumpf 52 zu pumpen, sodass der Hauptsumpf 52 im Wesentlichen ein Trockensumpf ist. Der Hilfsbehälter 58 ist konfiguriert, um das mittels der Absaugpumpe 56 in den Hilfsbehälter 58 gepumpte Antriebsfluid zu halten. Der Hilfsbehälter 58 kann das Antriebsfluid bis zu einem Niveau an einem oberen Abschnitt 60 des Hilfsbehälters 58 nahe der Hauptpumpe 54 aufnehmen. In 4 ist die Antriebseinheit 22 jedoch in einem Aufwärmmodus dargestellt, worin ein wesentlicher Teil des Antriebsfluids im Hauptsumpf 52 angeordnet ist. Optional kann eine Seitenabdeckung 61 abnehmbar am Antriebseinheitengehäuse 40 montiert werden, sodass die Seitenabdeckung 61 und das Antriebseinheitengehäuse 40 zusammenwirken, um den Hilfsbehälter 58 mit einem vorgegebenen Hilfsvolumen zu definieren. In 4 sind die Hauptpumpe 54 und die Absaugpumpe 56 schematisch dargestellt, und es sollte verstanden werden, dass diese Pumpen in jeder geeigneten Weise konfiguriert werden können.
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In einigen Variationen kann die Antriebseinheit 22 die Struktur 62 beinhalten, die einen Leckagedurchgang 64 definiert, der den Hilfsbehälter 58 fluidisch mit dem Hauptsumpf 52 verbindet. Der Leckagedurchgang 64 ist konfiguriert, damit das Antriebsfluid aus dem Hilfsbehälter 58 in den Hauptsumpf 52 mindestens bis zum vorgegebenen Füllstand A abfließen kann.
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Das Steuersystem 38 ist konfiguriert, um die Antriebseinheit 22 im Aufwärmmodus und im Normalbetrieb zu betreiben. Der Aufwärmmodus dient zum Erwärmen des Antriebsfluids, wenn das Getriebeöl zu kalt ist, um von der Hauptpumpe 54 erfolgreich gefördert zu werden. Die Hauptpumpe 54 kann als kleine 12 VDC-Elektropumpe mit geringer Leistung vorgesehen sein, die nicht stark genug ist, um Antriebsfluid zu pumpen, das mit abnehmender Temperatur an Viskosität zunimmt. Somit kann der Aufwärmmodus beispielsweise verwendet werden, wenn die Temperaturen unter 0 Grad Celsius liegen.
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Mit Bezug auf 5 ist das Antriebsfluid 66 im Aufwärmmodus im Hauptsumpf 52 mindestens bis zur vorgegebenen Fülllinie A angeordnet. Das Antriebsfluid 66 kann zum Beispiel durch den Leckagedurchgang 64 in den Hauptsumpf 52 eingebracht werden. Im Aufwärmmodus wird der Elektromotor 24 durch das Steuersystem 38 betrieben, während sich das Fahrzeug 10 im Stillstand befindet. Der Rotor 48 des Elektromotors 24 verwirbelt und schert das Antriebsfluid 66, das im Hauptsumpf 52 angeordnet ist, was bewirkt, dass das Antriebsfluid 66 im Aufwärmmodus durch den Stator 50 erwärmt wird. Nach dem Erwärmen des Antriebsfluids 66 wird durch das Steuersystem 38 die Absaugpumpe 56 betätigt, um das Antriebsfluid 66 in den Hilfsbehälter 58 zu pumpen. Das Steuersystem 38 kann bestimmen, dass das Antriebsfluid 66 ausreichend erwärmt wird, indem es die Temperatur der Antriebseinheit 22 misst, oder indem es lediglich darauf wartet, dass eine vorgegebene Zeit verstreicht, während der Elektromotor 24 das Antriebsfluid 66 beispielsweise durchwirbelt und erwärmt.
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Das Steuersystem 38 kann konfiguriert werden, um zu bestimmen, ob die Hauptpumpe 54 und die Absaugpumpe 56 ausgeschaltet sind, bevor der Elektromotor 24 im Aufwärmmodus betrieben wird. Wenn das Steuersystem 38 bestimmt, dass eine oder beide der Hauptpumpen 54 oder die Absaugpumpe 56 in Betrieb sind, ist das Steuersystem 38 konfiguriert, um zu veranlassen, dass die Hauptpumpe 54 und die Absaugpumpe 56 ausgeschaltet (oder abgestellt) werden, bevor der Elektromotor 24 im Aufwärmmodus betrieben wird. Die Absaugpumpe 56 ist konfiguriert, um das Antriebsfluid 66 aus dem Hauptsumpf 52 abzutragen, aber im Aufwärmmodus soll das Antriebsfluid 66 im Hauptsumpf 52 verbleiben, sodass das Antriebsfluid 66 durch den Elektromotor 24 erwärmt werden kann.
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Mit Bezug nun auf 6 ist das Antriebsfluid 66 in einem Normalbetrieb der Antriebseinheit 22 ausreichend erwärmt, sodass es eine ausreichend niedrige Viskosität aufweist, damit die Hauptpumpe 54 das Antriebsfluid 66 im Normalbetrieb der Antriebseinheit 22 in die Antriebseinheit 22 pumpen kann. Daher ist die Hauptpumpe 54 im Normalbetrieb so konfiguriert, dass sie das Antriebsfluid 66 aus dem Hilfsbehälter 58 ansaugt und das Antriebsfluid 66 unter Druck auf den Elektromotor 24 und das Sekundärgetriebe 26 sowie beliebige andere gewünschte Teile der Antriebseinheit 22 fördert. Im Normalbetrieb ist die Absaugpumpe 56 so konfiguriert, dass das Antriebsfluid 66 aus dem Hauptsumpf 52 in den Hilfsbehälter 58 gepumpt wird. Die Absaugpumpe 56 sammelt somit das Antriebsfluid 66 aus dem Hauptsumpf 52, sodass der Hauptsumpf 52 nur ein geringes Maß an Antriebsfluid 66 in sich trägt und im Wesentlichen ein Trockensumpf ist. Deshalb sollte im Normalbetrieb das im Hauptsumpf 52 befindliche geringe Antriebsfluid 66 nicht mit dem Elektromotor 24 in Kontakt kommen, so dass der Elektromotor 24 nicht in einem Bad aus Antriebsfluid 66 sitzt.
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Bei einer anderen Variation kann anstelle oder zusätzlich, einschließlich des Leckagedurchgangs 64, das Antriebsfluid 66 vor dem Abkühlen des Antriebsfluids 66 durch die Hauptpumpe 54 dem Hauptsumpf 52 zugegeben werden. So kann beispielsweise die Absaugpumpe 56 abgeschaltet werden, wenn das Fahrzeug ausgeschaltet ist (z. B. bei ausgeschalteter Zündung), wobei jedoch die Hauptpumpe 54 betrieben werden kann, um zu ermöglichen, den Hauptsumpf 52 mindestens bis zum vorbestimmten Füllstand A zu befüllen. Kühlt sich dann das Antriebsfluid 66 unter die Temperaturschwelle ab, befindet sich das Antriebsfluid 66 bereits im Hauptsumpf 52 und kann durch den Elektromotor 24 im Aufwärmmodus erwärmt werden, bevor es durch die Absaugpumpe 56 in den Hilfsbehälter gepumpt wird.
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Die 7A-7C veranschaulichen schematisch drei Stufen des Antriebseinheit-22-Systems. In 7A wird der Hauptsumpf 52 beim Abschalten des Fahrzeugs oder zu jedem anderen gewünschten Zeitpunkt mit Antriebsfluid 66 gefüllt. In 7B wird beim Starten des Fahrzeugs 10 und wenn das Antriebsfluid 66 zu kalt ist, um von der Hauptpumpe 54 gepumpt zu werden, der Aufwärmmodus gewählt und der Elektromotor 24 wird verwendet, um das Antriebsfluid 66, das sich innerhalb des Hauptsumpfs 52 befindet, zu verwirbeln, um das Antriebsfluid 66 zu erwärmen. Mit Bezug auf 7C geht die Antriebseinheit 22 nach dem Erwärmen des Antriebsfluids 66 durch den Elektromotor 24 in den Normalbetrieb über, und das Antriebsfluid 66 wird durch die Absaugpumpe 56 im Hilfsbehälter gehalten, die das Antriebsfluid 66 kontinuierlich aus dem Hauptsumpf 52 in den Hilfsbehälter 58 pumpt. Wie bereits zuvor erläutert, wird im Normalbetrieb das Antriebsfluid 66 von der Hauptpumpe 54 kontinuierlich in das Antriebseinheitengehäuse 40 gepumpt und von der Absaugpumpe 56 aus dem Hauptsumpf 52 abgesaugt.
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Unter Bezugnahme nun auf 8 veranschaulicht Blockdiagramm ein Verfahren 100 zum Erwärmen des Antriebsfluids in einer Antriebseinheit mit einer Hauptpumpe, einer Absaugpumpe und einem Elektromotor zum Antreiben einer Achse eines Kraftfahrzeugs. Das Verfahren 100 kann zum Beispiel Elemente und Funktionalitäten der vorstehend beschriebenen Antriebseinheit 22 integrieren.
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Das Verfahren 100 beinhaltet einen Schritt 102 zum Befüllen eines Hauptsumpfes der Antriebseinheit mit Antriebsfluid auf mindestens einen vorgegebenen Füllstand. In einem Aufwärmmodus beinhaltet das Verfahren 100 einen Schritt 104 zum Betreiben des Elektromotors, um das Antriebsfluid im Hauptsumpf zu erwärmen, während sich das Kraftfahrzeug im Stillstand befindet und der Elektromotor ist zumindest teilweise in dem im Hauptsumpf angeordneten Antriebsfluid angeordnet. Ferner beinhaltet das Verfahren 100 im Aufwärmmodus den Schritt 106 zum Betreiben der Absaugpumpe, um das Antriebsfluid aus dem Hauptsumpf in einen Hilfsbehälter zu pumpen, nachdem das Antriebsfluid durch den Elektromotor erwärmt wurde.
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Das Verfahren 100 kann beliebige zusätzliche Elemente und Schritte beinhalten, wie zum Beispiel die zuvor in Bezug auf die 1-7C beschriebenen. Das Verfahren 100 kann beispielsweise die Hauptpumpe als elektrisch betriebene Pumpe vorsehen. Das Verfahren 100 kann ein Austreten von Antriebsfluid durch einen Leckagedurchgang vom Hilfsbehälter zum Hauptsumpf beinhalten, bis der Hauptsumpf mit Antriebsfluid mindestens bis zum vorbestimmten Füllstand gefüllt ist. Das Verfahren 100 kann zusätzlich oder alternativ auch das Pumpen des Antriebsfluids über die Hauptpumpe in den Hauptsumpf bis mindestens zum vorgegebenen Füllstand bei einer Abschaltzeit des Kraftfahrzeugs beinhalten, wobei die Abschaltzeit eine Zeit ist, in der das Kraftfahrzeug ausgeschaltet ist.
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Zusätzlich kann das Verfahren 100 auch das Bestimmen beinhalten, ob die Hauptpumpe und die Absaugpumpe in Betrieb sind, bevor der Elektromotor im Aufwärmmodus betrieben wird. Wenn eine oder beide der Hauptpumpen und die Absaugpumpe in Betrieb sind, bevor der Elektromotor im Aufwärmmodus betrieben wird, umfasst das Verfahren 100 das Abschalten der Hauptpumpe und/oder der Absaugpumpe , bis sowohl die Hauptpumpe als auch die Absaugpumpe ausgeschaltet sind. Das Verfahren 100 kann auch in einem Normalbetrieb betrieben werden, bei dem das Antriebsfluid über die Hauptpumpe auf den Elektromotor und ein mit dem Elektromotor verbundenes Planetengetriebe gepumpt wird und das Antriebsfluid über die Absaugpumpe aus dem Hauptsumpf in den Hilfsbehälter gepumpt wird.
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Das Steuersystem 38 beinhaltet vorzugsweise mindestens eine Steuerung, kann jedoch eine Vielzahl von Steuerungsvorrichtungen beinhalten, wobei die einzelnen Steuerungen mit dem Überwachen und Steuern eines einzelnen Systems verknüpft sein können. Dies kann ein Motorsteuergerät (ECM) zum Steuern des Motors 12, eine Getriebesteuerung (TCM) zum Steuern des Getriebes 14 und eine oder mehrere andere Steuerungen zum Steuern der Antriebseinheit 22 beinhalten.
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Das Steuersystem 38 beinhaltet vorzugsweise mindestens einen Prozessor und mindestens eine Speichervorrichtung (oder ein anderes nichtflüchtiges, greifbares und computerlesbares Speichermedium), auf dem sich die aufgezeichneten Anweisungen zur Umsetzung von Befehlssätzen zur Steuerung der Teile der Antriebseinheit 22 befinden, einschließlich des Elektromotors 24, der Hauptpumpe 54 und der Absaugpumpe 56. Die Speichervorrichtung kann von der Steuerung ausführbare Befehlssätze speichern und der Prozessor kann die auf dem Speicher gespeicherten und von der Steuerung ausführbaren Befehlssätze ausführen.
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Die Begriffe Steuereinheit, Steuermodul, Modul, Steuerung, Steuergerät, Prozessor und Ähnliches beziehen sich auf eine oder mehrere Kombinationen anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreise (ASIC), elektronische(r) Schaltkreis(e), Zentraleinheit(en), z. B. Mikroprozessor(en) und deren zugeordneten nicht-transitorische Speicherkomponenten in Form von Arbeitsspeicher- und Datenspeichergeräten (Lesespeicher, programmierbarer Lesespeicher, Direktzugriffsspeicher, Festplattenspeicher usw.). Die nicht transitorische Speicherkomponente ist in der Lage, maschinenlesbare Anweisungen in der Form eines oder mehrerer Software- oder Firmware-Programme oder -Routinen, kombinatorischen Logikschaltung(en), Antriebs-/Abtriebsschaltung(en) und -Vorrichtungen, Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen und anderen Komponenten zu speichern, auf die durch den einen oder mehrere Prozessoren zugegriffen werden kann, um eine beschriebene Funktionalität bereitzustellen.
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Antriebs-/Abtriebsschaltung(en) und Vorrichtungen beinhalten Analog-/Digitalwandler-verwandte Geräte, die Sensoreingaben mit einer vorgegebenen Abruffrequenz oder in Reaktion auf ein Auslöseereignis überwachen. Software, Firmware, Programme, Befehle, Steuerroutinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe beziehen sich auf sämtliche von einer Steuereinheit ausführbaren Befehlssätze, wie z. B. Kalibrierungen und Nachschlagetabellen. Jede Steuereinheit führt für Steuerroutine(n) aus, um die gewünschten Funktionen, darunter auch die Überwachung der Eingaben von Sensorgeräten und anderen vernetzten Steuereinheiten, bereitzustellen, und führt zudem Steuer- und Diagnoseroutinen aus, um die Betätigung von Stellgliedern zu steuern. Die Routinen können in regelmäßigen Intervallen, wie z. B. während des laufenden Betriebs alle 100 Mikrosekunden, ausgeführt werden. Alternativ dazu können Routinen in Reaktion auf ein Auslöseereignis ausgeführt werden.
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Die Kommunikation zwischen den Steuerungen und Kommunikation zwischen Steuerungen, Stellgliedern und/oder Sensoren kann über eine direkte Kabelverbindung, eine vernetzte Kommunikationsbus-Verbindung, eine drahtlose Verbindung oder jede andere geeignete Kommunikationsverbindung bewerkstelligt werden. Kommunikationsinhalte beinhalten das Austauschen von Datensignalen auf jede beliebige geeignete Art und Weise, einschließlich z. B. elektrischer Signale über ein leitfähiges Medium, elektromagnetischer Signale über die Luft, optischer Signale über Lichtwellenleiter und dergleichen.
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Datensignale können unter anderem Signale beinhalten, die Eingaben von Sensoren repräsentieren, Signale, die Stellgliedbefehle und Kommunikationssignale zwischen Steuerungen repräsentieren. Der Begriff „Modell“ bezeichnet einen prozessorbasierten oder einen mittels des Prozessors ausführbaren Code und der zugehörigen Kalibrierung, die die physische Existenz einer Vorrichtung oder eines physischen Prozesses simuliert. Wie hier verwendet, beschreibt der Begriff „dynamisch“ Schritte oder Prozesse, die in Echtzeit ausgeführt werden und durch das Überwachen oder sonstige Ermitteln von Parameterzuständen und dem regelmäßigen oder periodischen Aktualisieren von Parameterzuständen beim Ausführen einer Routine oder zwischen Iterationen beim Ausführen der Routine gekennzeichnet sind.
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Das Steuersystem 38 kann zum Ausführen jeden Schrittes des Verfahrens 100 konfiguriert sein. Somit kann die gesamte Beschreibung bezogen auf die 1-7C durch das Steuersystem 38 auf das in 8 gezeigte Verfahren 100 angewendet werden. Weiterhin kann das Steuersystem 38 eine Steuerung beinhalten oder eine sein, die Anzahl an Steuerlogiken beinhaltet, die zum Ausführen der Schritte aus dem Verfahren 100 konfiguriert sind.
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Die Steuerung(en) des Steuersystems 38 kann/können ein computerlesbares Medium (auch als prozessorlesbares Medium bezeichnet) einschließlich aller nichtflüchtigen (z. B. konkreten) Medien, die an der Bereitstellung von Daten (z. B. Anweisungen) beteiligt sind, die von einem Computer gelesen werden können (z. B. durch den Prozessor eines Computers), beinhalten. Ein derartiges Medium kann in einem beliebigen Format vorliegen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf nicht-flüchtige Medien und flüchtige Medien. Nicht-flüchtige Medien können beispielsweise optische oder magnetische Disketten und andere persistente Speicher sein. Flüchtige Medien können zum Beispiel dynamische Direktzugriffsspeicher (DRAM) beinhalten, die einen Hauptspeicher darstellen können. Derartige Anweisungen können von einem oder mehreren Übertragungsmedien, einschließlich Koaxialkabel, Kupferdraht und Faseroptik übertragen werden, einschließlich der Drähte, die einen mit dem Prozessor gekoppelten Systembus beinhalten. Einige Formen von einem computerlesbaren Medium beinhalten beispielsweise eine Floppy Disk, eine flexible Platte, Festplatte, Magnetband, ein anderes magnetisches Medium, eine CD-ROM, DVD, ein anderes optisches Medium, Lochkarten, Lochstreifen, ein anderes physisches Medium mit Lochmustern, einen RAM, einen PROM, einen EPROM, einen FLASH-EEPROM, einen anderen Speicherchip oder eine Speicherkassette oder ein anderes Medium, von dem ein Computer lesen kann.
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Nachschlagetabellen, Datenbanken, Datendepots oder andere hier beschriebene Datenspeicher können verschiedene Arten von Mechanismen zur Speicherung, zum Zugriff und zum Abrufen verschiedener Arten von Daten beinhalten, einschließlich einer hierarchischen Datenbank, eines Satzes von Dateien in einem Dateisystem, einer Anwendungsdatenbank in einem proprietären Format, eines relationalen Datenbankverwaltungssystems (RDBMS) usw. Jeder dieser Datenspeicher kann in einem Computergerät beinhaltet sein, das ein Computerbetriebssystem, wie beispielsweise eines der vorstehend aufgeführten, einsetzt und auf das über ein Netzwerk in einer oder mehreren der Vielzahl von Arten zugegriffen werden kann. Ein Dateisystem kann durch ein Computerbetriebssystem zugänglich sein und Dateien beinhalten, die in verschiedenen Formaten gespeichert sind. Ein RDBMS kann die Structured Query Language (SQL) zusätzlich zu einer Sprache zum Erstellen, Speichern, Bearbeiten und Ausführen gespeicherter Prozeduren, wie beispielsweise die vorstehend aufgeführte PL/SQL-Sprache, einsetzen.
