DE102017207834A1 - Antriebseinheit für ein Elektrofahrzeug sowie Kraftfahrzeug - Google Patents

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Norbert Lipot
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Abstract

Es wird eine Antriebseinheit (12) für ein Elektrofahrzeug beschrieben. Diese umfasst eine erste elektrische Antriebsbaugruppe (14), die einer Kraftfahrzeugvorderachse (17) zugeordnet und mit dieser antriebsmäßig verbunden ist, und eine zweite elektrische Antriebsbaugruppe (16), die einer Kraftfahrzeughinterachse (26) zugeordnet und mit dieser antriebsmäßig verbunden ist. Dabei liegt ein Massenschwerpunkt (24) der ersten Antriebsbaugruppe (14) auf einer der Kraftfahrzeughinterachse (26) abgewandten Seite der Kraftfahrzeugvorderachse (17) und ein Massenschwerpunkt (34) der zweiten Antriebsbaugruppe (16) auf einer der Kraftfahrzeugvorderachse (17) abgewandten Seite der Kraftfahrzeughinterachse (26). Zusätzlich wird ein Kraftfahrzeug (10) mit einer solchen Antriebseinheit (12) erläutert.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein Elektrofahrzeug, mit einer ersten elektrischen Antriebsbaugruppe, die einer Kraftfahrzeugvorderachse zugeordnet und mit dieser antriebsmäßig verbunden ist, und mit einer zweiten elektrischen Antriebsbaugruppe, die einer Kraftfahrzeughinterachse zugeordnet und mit dieser antriebsmäßig verbunden ist.
  • Zusätzlich betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Antriebseinheit.
  • Unter einem Elektrofahrzeug sollen vorliegend sowohl reine Elektrofahrzeuge, also Kraftfahrzeuge, die ausschließlich elektrische Fahrantriebe haben, als auch Kraftfahrzeuge verstanden werden, die neben einem beispielsweise verbrennungsmotorischen Fahrantrieb auch einen elektrischen Fahrantrieb aufweisen. Letztgenannte Kraftfahrzeuge werden in der Regel als Hybridfahrzeuge bezeichnet. Der Begriff Elektrofahrzeug umfasst also insbesondere Mild-, Voll- und Plug-In-Hybridfahrzeuge sowie Elektrofahrzeuge mit Range-Extender.
  • Antriebseinheiten der eingangs genannten Art und zugehörige Kraftfahrzeuge sind im Stand der Technik bekannt. Um ihre Aufgaben erfüllen zu können, umfassen sie üblicherweise einen elektrischen Energiespeicher. Dessen Speicherkapazität für elektrische Energie ist in der Regel maßgeblich dafür, welche Strecke ein Kraftfahrzeug rein elektrisch betrieben zurücklegen kann.
  • Für einen Kraftfahrzeugnutzer ist es dabei vorteilhaft, über eine möglichst große elektrische Speicherkapazität zu verfügen, sodass er das Kraftfahrzeug weniger oft elektrisch nachladen muss und somit längere elektrische Reichweiten realisierbar werden. Allerdings benötigen die elektrischen Antriebseinheiten und insbesondere die elektrischen Energiespeicher einen verhältnismäßig großen Bauraum, wenn eine hohe elektrische Speicherkapazität bereitgestellt werden soll. Bei einer vorgegebenen Fahrzeuggröße steht dieser Bauraum dann nicht mehr als Fahrzeuginnenraum für die Fahrzeuginsassen zur Verfügung. Es besteht also ein Zielkonflikt zwischen einer hohen elektrischen Reichweite und einem großen Fahrzeuginnenraum.
  • Bei bekannten Elektrofahrzeugen wird aus diesem Grund stets ein Kompromiss zwischen einer großen elektrischen Reichweite und einem ausreichend großen Fahrzeuginnenraum gewählt.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es, Antriebseinheiten der eingangs genannten Art sowie zugehörige Kraftfahrzeuge weiter zu verbessern. Dabei sollen insbesondere eine Antriebseinheit und ein Kraftfahrzeug geschaffen werden, die sowohl eine große elektrische Speicherkapazität als auch einen großzügigen Fahrzeuginnenraum für Fahrzeuginsassen aufweisen.
  • Die Aufgabe wird durch eine Antriebseinheit der eingangs genannten Art gelöst, bei der ein Massenschwerpunkt der ersten Antriebsbaugruppe auf einer der Kraftfahrzeughinterachse abgewandten Seite der Kraftfahrzeugvorderachse liegt und ein Massenschwerpunkt der zweiten Antriebsbaugruppe auf einer der Kraftfahrzeugvorderachse abgewandten Seite der Kraftfahrzeughinterachse liegt. Mit anderen Worten liegt keine der Antriebsbaugruppen bezogen auf ihre Schwerpunkte zwischen der Kraftfahrzeugvorder- und der Kraftfahrzeughinterachse. Dies unterscheidet die erfindungsgemäße Antriebseinheit von bekannten Antriebseinheiten, bei denen stets mindestens eine Antriebsbaugruppe zwischen der Kraftfahrzeugvorder- und der Kraftfahrzeughinterachse angeordnet ist. Im Vergleich zu bekannten Hybrid-Fahrzeugen mit Allradantrieb kann bei einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit zudem ein Mitteltunnel entfallen. Dies führt zu einem besonders großzügigen Platzangebot zwischen der Kraftfahrzeugvorder- und der Kraftfahrzeughinterachse. Dieses Platzangebot kann entweder für einen elektrischen Energiespeicher oder für den Fahrzeuginnenraum genutzt werden. Eine anteilige Nutzung für beide Zwecke ist ebenfalls möglich. Darüber hinaus bietet der vollelektrische Allradantrieb die Möglichkeit, die Vorder- und die Hinterachse je nach Fahrsituation unabhängig voneinander anzusteuern. Die erfindungsgemäße Anordnung der Massenschwerpunkte ist zusätzlich aus fahrdynamischen Gesichtspunkten sinnvoll. Es wird so ein sicheres und gleichzeitig dynamisches Fahrverhalten ermöglicht.
  • Dabei kann jede der Antriebsbaugruppen eine elektrische Maschine und eine Getriebeeinheit umfassen. Es ist also eine elektrische Maschine der Vorderachse zugeordnet und eine elektrische Maschine der Hinterachse zugeordnet. Die elektrischen Maschinen sitzen somit nahe an denjenigen Komponenten, auf die sie ihre Leistung übertragen sollen. Dadurch ist der Aufbau der Antriebsbaugruppen einfach und kompakt.
  • Bevorzugt ist die elektrische Maschine der ersten Antriebsbaugruppe über die Getriebeeinheit der ersten Antriebsbaugruppe mit der Kraftfahrzeugvorderachse antriebsmäßig gekoppelt und/oder die elektrische Maschine der zweiten Antriebsbaugruppe über die Getriebeeinheit der zweiten Antriebsbaugruppe mit der Kraftfahrzeughinterachse antriebsmäßig gekoppelt. Jede Kraftfahrzeugachse ist also nur mit einer der elektrischen Maschinen gekoppelt. Somit können die Kraftfahrzeugvorderachse und die Kraftfahrzeughinterachse unabhängig voneinander betrieben werden. Die Antriebseinheit kann somit als Vorderachsantrieb, als Hinterachsantrieb und als Allradantrieb verwendet werden. Mischformen jeglicher Art sind ebenso möglich. Die Antriebseinheit kann leicht an unterschiedliche Fahrsituationen angepasst werden und erlaubt somit eine Optimierung hinsichtlich energetischer Betriebsstrategie.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die elektrische Maschine der ersten Antriebsbaugruppe und/oder die elektrische Maschine der zweiten Antriebsbaugruppe eine permanentmagneterregte Synchronmaschine, eine stromerregte Synchronmaschine oder eine Asynchronmaschine. Dabei wird die permanentmagneterregte Synchronmaschine häufig mit PSM, die stromerregte Synchronmaschine häufig mit SSM und die Asynchronmaschine häufig mit ASM abgekürzt. Solche Maschinen sind im Bereich der elektrischen Fahrzeugantriebe gängig und bewährt. Die SSM hat dabei den Vorteil, dass für eine solche elektrische Maschine kein oder nur wenig Magnetmaterial benötigt wird. Somit ist die Herstellung einer SSM im Wesentlichen unabhängig von den Rohstoffpreisen für Magnetmaterialien.
  • In einer Weiterbildung umfassen die Antriebsbaugruppen jeweils eine Invertereinheit. Jede elektrische Maschine kann als Elektromotor und als elektrischer Generator wirken. Werden die elektrischen Maschinen der Antriebsbaugruppen als Elektromotoren betrieben, treiben sie also ein zugeordnetes Elektrofahrzeug an, so wird die Invertereinheit dafür genutzt, den von einem elektrischen Energiespeicher bereitgestellten Gleichstrom in eine Drei-Phasen-Wechselspannung zum Betrieb der Elektromotoren umzusetzen. Werden die elektrischen Maschinen als elektrische Generatoren verwendet, so setzt die Invertereinheit den erzeugten Drei-Phasen-Wechselstrom in einen Gleichstrom um, mit dem der elektrische Energiespeicher geladen wird. Der Generatorbetrieb wird beispielsweise im Rahmen einer Rekuperation beim Bremsen eines Elektrofahrzeugs genutzt.
  • Gemäß einer Gestaltungsvariante sind die erste Antriebsbaugruppe und die zweite Antriebsbaugruppe antriebsmäßig entkoppelt. Die Kraftfahrzeugvorder- und die Kraftfahrzeughinterachse können also je nach Fahrsituation unabhängig voneinander angesteuert werden. Dadurch ergibt sich ein besonders sicheres Antriebs- und Fahrverhalten.
  • Die erste Antriebsbaugruppe und die zweite Antriebsbaugruppe können unabhängig voneinander drehmomentregelbar sein. Dabei wirken die Antriebsbaugruppen als elektrische Drehmomentsteller. Es kann also an jeder Kraftfahrzeugachse genau das benötigte Drehmoment zur Verfügung gestellt werden. Es wird somit ein elektrischer Allradantrieb bereitgestellt, der in jeder Fahrsituation einen sicheren Betrieb des Elektrofahrzeugs gewährleistet.
  • Vorteilhafterweise umfasst die Antriebseinheit einen elektrischen Energiespeicher, der zwischen der Kraftfahrzeugvorderachse und der Kraftfahrzeughinterachse angeordnet ist. Über den elektrischen Energiespeicher werden die Antriebsbaugruppen mit elektrischer Energie versorgt. Durch seine Anordnung zwischen den beiden Kraftfahrzeugachsen liegt er nahe an den Antriebsbaugruppen, sodass die elektrische Energie nur über kurze Wege geleitet werden muss. Dadurch ist der Aufbau der Antriebseinheit insgesamt kompakt.
  • In einer Variante umfasst die Antriebseinheit einen elektrischen Energiespeicher, der mittels eines Trägerrahmens im Elektrofahrzeug gehalten ist, wobei der Trägerrahmen im Wesentlichen einen seitlichen Kraftfahrzeugrand bildet. Es wird so für den Trägerrahmen und damit für den elektrischen Energiespeicher ein besonders großer Bauraum zur Verfügung gestellt, sodass der elektrische Energiespeicher mit einer besonders großen Speicherkapazität ausgestattet werden kann. Da üblicherweise der Bereich eines seitlichen Kraftfahrzeugrands nicht für den Fahrzeuginnenraum genutzt wird, geht die große Energiespeicherkapazität nicht auf Kosten des Platzangebots für Fahrzeuginsassen. Insofern kann der eingangs genannte Zielkonflikt vermieden werden.
  • Der Trägerrahmen kann zumindest abschnittsweise von Chassiskomponenten gebildet sein. Somit wird der Trägerrahmen als Teil des Chassis ausgeführt und trägt dadurch zur Karosseriestabilität bei. Gleichzeitig kann so ein vergrößerter Bauraum für den elektrischen Energiespeicher bereitgestellt werden. Damit kann eine besonders hohe Speicherkapazität des elektrischen Energiespeichers gewährleistet werden, ohne den Raum für die Fahrzeuginsassen zu beschränken.
  • Zusätzlich wir die Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein reines Elektrofahrzeug, mit einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit gelöst. Die Antriebseinheit kann dabei in eine Bodengruppe des Kraftfahrzeugs integriert sein. Es wird so ein Kraftfahrzeug geschaffen, das sowohl über einen großen Raum für die Fahrzeuginsassen, als auch über den notwendigen Bauraum für einen besonders voluminösen elektrischen Energiespeicher verfügt. Ein solcher Energiespeicher hat üblicherweise eine hohe elektrische Speicherkapazität und ermöglicht somit eine hohe elektrische Reichweite eines Elektrofahrzeugs.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, das in den beigefügten Zeichnung gezeigt ist. Es zeigt:
    • - 1 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit.
  • Die einzige Figur zeigt ein Kraftfahrzeug 10, das in der dargestellten Ausführungsform ein reines Elektrofahrzeug ist.
  • Das Kraftfahrzeug 10 umfasst eine Antriebseinheit 12 mit einer ersten elektrischen Antriebsbaugruppe 14 und einer zweiten elektrischen Antriebsbaugruppe 16.
  • Dabei ist die erste elektrische Antriebsbaugruppe 14 einer Kraftfahrzeugvorderachse 17 zugeordnet und umfasst eine elektrische Maschine 18, eine Getriebeeinheit 20 und eine Invertereinheit 22.
  • Ein Massenschwerpunkt 24 der ersten elektrischen Antriebsbaugruppe 14 liegt auf einer einer Kraftfahrzeughinterachse 26 abgewandten Seite der Kraftfahrzeugvorderachse 17.
  • Die zweite elektrische Antriebsbaugruppe 16 ist der Kraftfahrzeughinterachse 26 zugeordnet. Sie umfasst eine elektrische Maschine 28, eine Getriebeeinheit 30 und eine Invertereinheit 32.
  • Ein Massenschwerpunkt 34 der zweiten Antriebsbaugruppe 16 liegt auf einer der Kraftfahrzeugvorderachse 17 abgewandten Seite der Kraftfahrzeughinterachse 26.
  • Mit anderen Worten liegt der Massenschwerpunkt 34 der zweiten elektrischen Antriebsbaugruppe 16 hinter der Kraftfahrzeughinterachse 26 und der Massenschwerpunkt 24 der ersten elektrischen Antriebsbaugruppe 14 vor der Kraftfahrzeugvorderachse 17.
  • Die erste elektrische Antriebsbaugruppe 14 ist mit der Kraftfahrzeugvorderachse 17 antriebsmäßig verbunden und die zweite elektrische Antriebsbaugruppe 16 mit der Kraftfahrzeughinterachse 26.
  • Dafür ist die elektrische Maschine 18 über die Getriebeeinheit 20 mit der Kraftfahrzeugvorderachse 17 antriebsmäßig gekoppelt und die elektrische Maschine 28 über die Getriebeeinheit 30 mit der Kraftfahrzeughinterachse 26.
  • Die erste elektrische Antriebsbaugruppe 14 ist also nicht mit der zweiten elektrischen Antriebsbaugruppe 16 gekoppelt. Die Antriebsbaugruppen 14, 16 sind somit antriebsmäßig entkoppelt.
  • Dabei sind beide Antriebsbaugruppen 14, 16 unabhängig voneinander drehmomentregelbar.
  • Die elektrischen Maschinen 18, 28 können permanentmagneterregte Synchronmaschinen, stromerregte Synchronmaschinen oder Asynchronmaschinen sein. Auch eine Kombination der genannten Typen ist möglich, sodass beispielswiese die elektrische Maschine 18 eine permanentmagneterregte Synchronmaschine und die elektrische Maschine 28 eine stromerregte Synchronmaschine ist.
  • Die Antriebseinheit 12 umfasst außerdem einen elektrischen Energiespeicher 36, der zwischen der Kraftfahrzeugvorderachse 17 und der Kraftfahrzeughinterachse 26 angeordnet ist.
  • Der Energiespeicher 36 wirkt sowohl mit der elektrischen Maschine 18 als auch mit der elektrischen Maschine 28 zusammen.
  • Wenn die elektrischen Maschinen 18, 28 elektromotorisch betrieben werden, stellt der Energiespeicher 36 einen Gleichstrom bereit, der von den Invertereinheiten 22, 32 in einen 3-Phasen-Wechselstrom überführt wird. Mit diesem werden die elektrischen Maschinen 18, 28 versorgt und treiben die Kraftfahrzeugvorderachse 17 und die Kraftfahrzeughinterachse 26 an.
  • In einem Generatorbetrieb wirken die elektrischen Maschinen 18, 28 als Generatoren. Dies kann beispielsweise im Rahmen einer Rekuperation beim Abbremsen des Kraftfahrzeugs 10 geschehen.
  • Dann stellen die elektrischen Maschinen 18, 28 einen 3-Phasen-Wechselstrom bereit, der über die zugeordneten Invertereinheiten 22, 32 in einen Gleichstrom übersetzt wird. Mittels dieses Gleichstroms kann der Energiespeicher 36 aufgeladen werden.
  • Aus mechanischer Perspektive ist der Energiespeicher 36 mittels eines Trägerrahmens 38 im Kraftfahrzeug 10 gehalten.
  • Dabei bildet der Trägerrahmen 38 im Wesentlichen einen seitlichen Kraftfahrzeugrand 39a, 39b.
  • Darüber hinaus ist der Trägerrahmen 38 zumindest abschnittsweise von Chassiskomponenten gebildet. In der dargestellten Ausführungsform sind beispielsweise die Rahmenkomponenten 40, 42 Längsträger des Chassis.

Claims (11)

  1. Antriebseinheit (12) für ein Elektrofahrzeug, mit einer ersten elektrischen Antriebsbaugruppe (14), die einer Kraftfahrzeugvorderachse (17) zugeordnet und mit dieser antriebsmäßig verbunden ist, und mit einer zweiten elektrischen Antriebsbaugruppe (16), die einer Kraftfahrzeughinterachse (26) zugeordnet und mit dieser antriebsmäßig verbunden ist, wobei ein Massenschwerpunkt (24) der ersten Antriebsbaugruppe (14) auf einer der Kraftfahrzeughinterachse (26) abgewandten Seite der Kraftfahrzeugvorderachse (17) liegt und ein Massenschwerpunkt (34) der zweiten Antriebsbaugruppe (16) auf einer der Kraftfahrzeugvorderachse (17) abgewandten Seite der Kraftfahrzeughinterachse (26) liegt.
  2. Antriebseinheit (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Antriebsbaugruppen (14, 16) eine elektrische Maschine (18, 28) und eine Getriebeeinheit (20, 30) umfasst.
  3. Antriebseinheit (12) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (18) der ersten Antriebsbaugruppe (14) über die Getriebeeinheit (20) der ersten Antriebsbaugruppe (14) mit der Kraftfahrzeugvorderachse (17) antriebsmäßig gekoppelt ist und/oder die elektrische Maschine (28) der zweiten Antriebsbaugruppe (16) über die Getriebeeinheit (30) der zweiten Antriebsbaugruppe (16) mit der Kraftfahrzeughinterachse (26) antriebsmäßig gekoppelt ist.
  4. Antriebseinheit (12) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (18) der ersten Antriebsbaugruppe (14) und/oder die elektrische Maschine (28) der zweiten Antriebsbaugruppe (16) eine permanentmagneterregte Synchronmaschine, eine stromerregte Synchronmaschine oder eine Asynchronmaschine ist.
  5. Antriebseinheit (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsbaugruppen (14, 16) jeweils eine Invertereinheit (22, 32) umfassen.
  6. Antriebseinheit (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antriebsbaugruppe (14) und die zweite Antriebsbaugruppe (16) antriebsmäßig entkoppelt sind.
  7. Antriebseinheit (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antriebsbaugruppe (14) und die zweite Antriebsbaugruppe (16) unabhängig voneinander drehmomentregelbar sind.
  8. Antriebseinheit (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen elektrischen Energiespeicher (36), der zwischen der Kraftfahrzeugvorderachse (17) und der Kraftfahrzeughinterachse (26) angeordnet ist.
  9. Antriebseinheit (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen elektrischen Energiespeicher (36), der mittels eines Trägerrahmens (38) im Elektrofahrzeug gehalten ist, wobei der Trägerrahmen (38) im Wesentlichen einen seitlichen Kraftfahrzeugrand (39a, 39b) bildet.
  10. Antriebseinheit (12) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerrahmen (38) zumindest abschnittsweise von Chassiskomponenten gebildet ist.
  11. Kraftfahrzeug (10), insbesondere reines Elektrofahrzeug, mit einer Antriebseinheit (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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