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Die Erfindung betrifft eine elektrische Fahrzeugachsenvorrichtung. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung.
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Stand der Technik
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Es gibt bei Elektrofahrzeugen aktuell hauptsächlich Fahrzeuge mit einem elektrischen Antrieb pro Achse und einem Differenzial zur Verteilung eines Drehmoments bzw. zum Ausgleich von verschiedenen Raddrehzahlen bei Kurvenfahrt. Diese Lösung wird aktuell aufgrund der geringen Kosten häufig für neue Konstruktionen eingesetzt.
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Für Hochleistungssportwagen gibt es auch vier Einzelradantriebe, was dann auch Torque-Vektoring ermöglicht. Diese Lösung ist jedoch nur für wenige Hochleistungssportwagen in Serie, da die hohen Kosten hierfür gegen eine Verbreitung des Konzepts sprechen.
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DE 10 2013 204 766 A1 offenbart eine elektrische Fahrzeugachsenvorrichtung, welche wenigstens eine Fahrzeugachse aufweist, an welcher Fahrzeugräder anbringbar sind, und wobei die elektrische Fahrzeugachsenvorrichtung ein Getriebe aufweist, welches mit der Fahrzeugachse verbunden ist. Ferner weist die Fahrzeugachsenvorrichtung einen Elektromotor auf, welcher mit dem Getriebe gekoppelt ist, zum Übertragen eines Drehmoments auf die Fahrzeugachse und die mit der Fahrzeugachse verbundenen Fahrzeugräder. Überdies weist die elektrische Fahrzeugachsenvorrichtung eine Leistungselektronik auf, wobei die Leistungselektronik einen Inverter aufweist, welcher mit dem Elektromotor verbunden ist, zum Speisen des Elektromotors mit elektrischer Energie.
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Es besteht somit ein Bedarf, ein kostengünstiges Konzept zum Ermöglichen eines Torque-Vektoring für Elektrofahrzeuge mit lediglich einem elektrischen Antrieb pro Achse vorzusehen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft eine elektrische Fahrzeugachsenvorrichtung, mit einer Fahrzeugachse, an welcher Fahrzeugräder anbringbar sind, mit einer elektrischen Maschine, durch welche ein Drehmoment auf die Fahrzeugachse übertragbar ist oder welche zum Übertragen eines Drehmoments auf die Fahrzeugachse mit einem mit der Fahrzeugachse verbundenen Getriebe gekoppelt ist, mit einer Leistungselektronik zum Versorgen der elektrischen Maschine mit elektrischer Energie, mit einer mit der Fahrzeugachse gekoppelten ersten elektro-rheologischen Kupplung, welche dazu ausgebildet ist, ein Antriebsmoment der Fahrzeugachse auf ein erstes Fahrzeugrad zu verteilen, und mit einer mit der Fahrzeugachse gekoppelten zweiten elektro-rheologischen Kupplung, welche dazu ausgebildet ist, ein Antriebsmoment der Fahrzeugachse auf ein zweites Fahrzeugrad zu verteilen.
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Die vorliegende Erfindung schafft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung.
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Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen einer Fahrzeugachse, an welcher Fahrzeugräder anbringbar sind, einer elektrischen Maschine, welche ein Drehmoment auf die Fahrzeugachse überträgt oder welche zum Übertragen eines Drehmoments auf die Fahrzeugachse mit einem mit der Fahrzeugachse verbundenen Getriebe gekoppelt ist, und einer Leistungselektronik zum Versorgen der elektrischen Maschine mit elektrischer Energie.
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Das Verfahren umfasst des Weiteren ein Verteilen eines Antriebsmoments der Fahrzeugachse auf ein erstes Fahrzeugrad mittels einer mit der Fahrzeugachse gekoppelten ersten elektro-rheologischen Kupplung.
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Das Verfahren umfasst überdies ein Verteilen des Antriebsmoments der Fahrzeugachse auf ein zweites Fahrzeugrad mittels einer mit der Fahrzeugachse gekoppelten zweiten elektro-rheologischen Kupplung.
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Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist es, durch Vorsehen der elektro-rheologischen Kupplungen in der elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung ein Torque-Vektoring zu ermöglichen, wobei die elektrische Fahrzeugachsenvorrichtung lediglich eine elektrische Maschine aufweist. Dieser Aufbau der elektrischen Achse verursacht nur geringe Zusatzkosten. Da die erste elektro-rheologische Kupplung und die zweite elektro-rheologische Kupplung im Wesentlichen baugleich sind bzw. gleiche Teile verwenden, können Stückzahleneffekte genutzt werden, um Komponentenkosten einzusparen. Somit kann in vorteilhafter Weise ein radindividueller Abtrieb durch eine individuelle Drehmomentverteilung an den Fahrzeugrädern vorgesehen werden.
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Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste elektro-rheologische Kupplung an einem ersten axialen Endabschnitt der Fahrzeugachse und die zweite elektro-rheologische Kupplung an einem zweiten axialen Endabschnitt der Fahrzeugachse angeordnet ist. Somit kann die erste elektro-rheologische Kupplung in vorteilhafter Weise eine Drehmomentverteilung am ersten Fahrzeugrad und die zweite elektro-rheologische Kupplung eine Drehmomentverteilung am zweiten Fahrzeugrad bereitstellen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die erste elektro-rheologische Kupplung und die zweite elektro-rheologische Kupplung jeweils ein mit der Fahrzeugachse verbundenes erstes Kupplungselement und ein mit einem Fahrzeugrad durch eine Abtriebswelle verbundenes zweites Kupplungselement aufweisen, welche in einem gemeinsamen Kupplungsgehäuse angeordnet sind, wobei ein Innenvolumen des Kupplungsgehäuses mit einem elektro-rheologischen Medium befüllt ist. Die Kupplungen arbeiten somit im Wesentlichen verschleißfrei und ermöglichen in vorteilhafter Weise eine stufenlose Drehmomentverteilung an den Fahrzeugrädern.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste Kupplungselement und das zweite Kupplungselement im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet sind, wobei das erste Kupplungselement und das zweite Kupplungselement derart in dem elektro-rheologischen Medium angeordnet sind, dass bei Anlegen eines elektrischen Felds an die elektro-rheologische Kupplung durch Änderung eines Fließverhaltens des elektro-rheologischen Mediums das Antriebsmoment der Fahrzeugachse im Wesentlichen in Abhängigkeit einer Feldstärke des elektrischen Felds an das Fahrzeugrad übertragbar ist. Somit kann in vorteilhafter Weise durch Regelung des elektrischen Felds eine beliebige Charakteristik zur Einstellung bzw. Verteilung eines jeweiligen Drehmoments am Fahrzeugrad erreicht werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste Kupplungselement im Wesentlichen C-förmig und das zweite Kupplungselement im Wesentlichen planar ausgebildet ist, wobei das erste Kupplungselement das zweite Kupplungselement zumindest abschnittsweise umschließt. Eine derartige Anordnung der Kupplungselemente bewirkt in vorteilhafter Weise eine effiziente Kraftübertragung zwischen dem ersten Kupplungselement und dem zweiten Kupplungselement.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass gegenüberliegende Oberflächen des ersten Kupplungselements und des zweiten Kupplungselements eine ineinandergreifende, insbesondere im Wesentlichen abgestufte oder mäanderartige, Form aufweisen. Eine derartige Formgestaltung der Kupplungselemente ermöglicht eine noch bessere Kraftübertragung zwischen den jeweiligen Kupplungselementen in entsprechenden Anwendungsfällen, in welchen dies erforderlich ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die elektrische Maschine, die Fahrzeugachse, die erste elektro-rheologische Kupplung und die zweite elektro-rheologische Kupplung oder die elektrische Maschine, das Getriebe, die Fahrzeugachse, die erste elektro-rheologische Kupplung und die zweite elektro-rheologische Kupplung in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Durch die Anordnung sämtlicher Komponenten in einem gemeinsamen Gehäuse kann in vorteilhafter Weise eine kompakte Anordnung der elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung erreicht werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das elektro-rheologische Medium durch Dichtungen im Bereich der elektro-rheologischen Kupplung gehalten wird, wobei im Bereich eines Eintritts der Fahrzeugachse in das Kupplungsgehäuse der elektro-rheologischen Kupplung ein erstes Dichtungselement und im Bereich eines Austritts der Abtriebswelle aus dem Kupplungsgehäuse ein zweites Dichtungselement angeordnet sind.
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Somit kann mit konstruktiv einfachen Mitteln eine elektro-rheologische Kupplung mit kompakten Abmessungen bereitgestellt werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die elektro-rheologische Kupplung über eine Hochvolt-Infrastruktur, insbesondere über die Leistungselektronik der elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung, ansteuerbar ist. Somit kann in vorteilhafter Weise auf die bestehende Infrastruktur zurückgegriffen werden, was eine kompakte Bauform der elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung ermöglicht.
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Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich beliebig miteinander kombinieren.
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Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung.
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Figurenliste
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Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung.
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Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die dargestellten Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 2 eine Querschnittsansicht einer elektro-rheologischen Kupplung der elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
- 3 eine Querschnittsansicht einer elektro-rheologischen Kupplung der elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
- 4 ein Verfahren zum Betreiben der elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
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In den Figuren der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, Bauteile oder Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Die elektrische Fahrzeugachsenvorrichtung 1 weist eine Fahrzeugachse 10 auf, an welcher Fahrzeugräder 12a, 12b anbringbar sind. Ferner weist die elektrische Fahrzeugachsenvorrichtung 1 folgende Komponenten auf: Eine elektrische Maschine 16, welche mit einem Getriebe 14 gekoppelt ist und über dieses ein Drehmoment M auf die Fahrzeugachse übertragbar ist.
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Alternativ kann das Getriebe 14 beispielsweise entfallen, sodass durch die elektrische Maschine 16 das Drehmoment M direkt auf die Fahrzeugachse 10 übertragbar ist. In diesem Fall kann ein Rotor der elektrischen Maschine 16 beispielsweise die Fahrzeugachse ausbilden.
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Ferner weist die elektrische Fahrzeugachsenvorrichtung 1 eine Leistungselektronik 18 zum Versorgen der elektrischen Maschine 16 mit elektrischer Energie auf.
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Des Weiteren weist die elektrische Fahrzeugachsenvorrichtung 1 eine mit der Fahrzeugachse 10 gekoppelte erste elektro-rheologische Kupplung 20 auf. Die erste elektro-rheologische Kupplung 20 ist dazu ausgebildet, ein Antriebsmoment M1 der Fahrzeugachse 10 auf das erste Fahrzeugrad 12a zu verteilen. Des Weiteren weist die elektrische Fahrzeugachsenvorrichtung 1 eine mit der Fahrzeugachse 10 gekoppelte zweite elektro-rheologische Kupplung 22 auf. Die zweite elektro-rheologische Kupplung 22 ist dazu ausgebildet, das Antriebsmoment M1 der Fahrzeugachse 10 auf das zweite Fahrzeugrad 12b zu verteilen.
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Die erste elektro-rheologische Kupplung 20 ist an einem ersten axialen Endabschnitt 10a der Fahrzeugachse 10 benachbart zu dem ersten Fahrzeugrad 12a angeordnet. Die zweite elektro-rheologische Kupplung 22 ist an einem zweiten axialen Endabschnitt 10b der Fahrzeugachse 10 benachbart zu dem zweiten Antriebsrad 12b angeordnet.
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Die elektrische Maschine 16, das Getriebe 14, die Fahrzeugachse 10, die erste elektro-rheologische Kupplung 20 und die zweite elektro-rheologische Kupplung 22 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 28 angeordnet.
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Ferner ist die Fahrzeugachse 10 durch ein erstes Lager 32, welches benachbart zu der ersten elektro-rheologischen Kupplung 20 angeordnet ist, gelagert. Ferner ist die Fahrzeugachse 10 durch ein benachbart zu der zweiten elektro-rheologischen Kupplung 22 angeordnetes zweites Lager 34 gelagert.
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2 zeigt eine Querschnittsansicht einer elektro-rheologischen Kupplung der elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Die erste elektro-rheologische Kupplung 20 weist ein mit der Fahrzeugachse 10 verbundenes erstes Kupplungselement 20a und ein mit dem Fahrzeugrad 12a durch eine Abtriebswelle 24 verbundenes zweites Kupplungselement 20b auf. Das erste Kupplungselement 20a und das zweite Kupplungselement 20b sind in einem gemeinsamen Kupplungsgehäuse 26 angeordnet. Ein Innenvolumen des Kupplungsgehäuses 26 ist mit einem elektro-rheologischen Medium F befüllt.
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Die (in 2 nicht gezeigte) zweite elektro-rheologische Kupplung weist einen hierzu analogen Aufbau auf. Diese weist in der vorliegenden Ausführungsform einen zu der ersten elektro-rheologischen Kupplung 20 spiegelverkehrten Aufbau auf. Alternativ kann die zweite elektro-rheologische Kupplung beispielsweise einen gleichen Aufbau aufweisen, d.h. baugleich ausgebildet sein.
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Das erste Kupplungselement 20a und das zweite Kupplungselement 20b sind im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet. Das erste Kupplungselement 20a und das zweite Kupplungselement 20b sind dabei derart in dem elektro-rheologischen Medium F angeordnet, dass bei Anlegen eines elektrischen Felds über die Anschlüsse 36, welche beispielsweise mit der Fahrzeugachse 10 und der Abtriebswelle 24 verbunden sind, die elektro-rheologische Kupplung 20 durch Änderung eines Fließverhaltens des elektro-rheologischen Mediums F das Antriebsmoment M1 der Fahrzeugachse 10 im Wesentlichen in Abhängigkeit einer Feldstärke des elektrischen Felds an das Fahrzeugrad übertragbar ist.
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Das erste Kupplungselement 20a ist in der vorliegenden Ausführungsform im Wesentlichen C-förmig und das zweite Kupplungselement 20b im Wesentlichen planar ausgebildet. Das erste Kupplungselement 20a umschließt hierbei das zweite Kupplungselement 20b zumindest abschnittsweise. Alternativ kann beispielsweise eine umgekehrte Anordnung des ersten Kupplungselements 20a und des zweiten Kupplungselements 20b vorgesehen sein.
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Das elektro-rheologische Medium F ist durch Dichtungen 30a, 30b im Bereich der elektro-rheologischen Kupplung 20 gehalten. Im Bereich eines Eintritts der Fahrzeugachse 10 in das Kupplungsgehäuse 26 der elektro-rheologischen Kupplung 20 ist dabei ein erstes Dichtungselement 30a und im Bereich eines Austritts der Abtriebswelle 24 aus dem Kupplungsgehäuse 26 ein zweites Dichtungselement 30b angeordnet.
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Die elektro-rheologische Kupplung 20 ist über eine Hochvolt-Infrastruktur, insbesondere über die Leistungselektronik der elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung ansteuerbar.
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3 zeigt eine Querschnittsansicht einer elektro-rheologischen Kupplung der elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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In der in 3 gezeigten Ausführungsform weisen die einander gegenüberliegenden Oberflächen des ersten Kupplungselements 20a und des zweiten Kupplungselements 20b eine ineinandergreifende, insbesondere abgestufte, Form auf. Alternativ können die Oberflächen beispielsweise eine mäanderartige Form aufweisen.
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4 zeigt ein Verfahren zum Betreiben der elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen S1 einer Fahrzeugachse 10, an welcher Fahrzeugräder 12a, 12b anbringbar sind, einer elektrischen Maschine 16, welche ein Drehmoment M auf die Fahrzeugachse 10 überträgt oder welche zum Übertragen eines Drehmoments M auf die Fahrzeugachse 10 mit einem mit der Fahrzeugachse 10 verbundenen Getriebe 14 gekoppelt ist, und einer Leistungselektronik 18 zum Versorgen der elektrischen Maschine 16 mit elektrischer Energie.
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Das Verfahren umfasst des Weiteren ein Verteilen S2 eines Antriebsmoments M1 der Fahrzeugachse 10 auf ein erstes Fahrzeugrad 12a mittels einer mit der Fahrzeugachse 10 gekoppelten ersten elektro-rheologischen Kupplung 20. Das Verfahren umfasst überdies ein Verteilen S3 des Antriebsmoments M1 der Fahrzeugachse 10 auf ein zweites Fahrzeugrad 12b mittels einer mit der Fahrzeugachse 10 gekoppelten zweiten elektro-rheologischen Kupplung 22.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
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Beispielsweise können eine Form, Abmessung und/oder eine Beschaffenheit der Komponenten der elektrischen Fahrzeugachsenvorrichtung geändert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013204766 A1 [0004]
