DE102018215923A1 - Electric drive axle for a vehicle - Google Patents

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Abstract

Es wird eine elektrische Antriebsachse für ein Fahrzeug mit zumindest einem elektrischen Fahrantrieb (1) zum Antrieb zumindest eines Fahrzeugrades (9) und mit zumindest einer schaltbaren Anbindungsschnittstelle (6) zum Antrieb einer Hydraulikpumpe für einen Nebenabtrieb vorgeschlagen, wobei die von dem elektrischen Fahrantrieb (1) antreibbare Hydraulikpumpe als Konstantpumpe (7) ausgeführt ist. Ferner wird ein Fahrzeug mit einer elektrischen Antriebsachse vorgeschlagen.An electric drive axle for a vehicle with at least one electric travel drive (1) for driving at least one vehicle wheel (9) and with at least one switchable connection interface (6) for driving a hydraulic pump for a power take-off is proposed ) Drivable hydraulic pump is designed as a constant pump (7). A vehicle with an electric drive axle is also proposed.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsachse für ein Fahrzeug mit zumindest einem Fahrantrieb und einer Hydraulikpumpe als Nebenabtrieb gemäß der im Oberbegriff näher beschriebenen Gattung. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer elektrischen Antriebsachse.The present invention relates to an electric drive axle for a vehicle with at least one travel drive and a hydraulic pump as a power take-off according to the type described in more detail in the preamble. The invention further relates to a vehicle with an electric drive axle.

Üblicherweise haben Nutzfahrzeuge einen Verbrennungsmotor als Fahrantrieb, mit dem zusätzlich eine Hydraulikpumpe als Nebenabtrieb angetrieben wird. Für Fahrzeuge, die mit einer elektrischen Antriebsachse ausgerüstet sind, entfällt der Verbrennungsmotor als Fahrantrieb. Demzufolge wird bei derartigen Fahrzeugen üblicherweise ein separater Elektromotor vorgesehen, der ausschließlich den Nebenabtrieb antreibt und unabhängig von dem elektrischen Fahrantrieb betrieben wird. Hierbei ergibt sich der Nachteil, dass der zusätzliche Elektromotor zum Antrieb der Hydraulikpumpe eine separate Energieversorgung und eine separate Leistungselektronik sowie ein eigenes Wärmemanagement benötigt. Dies ist kostenintensiv und benötigt erheblichen zusätzlichen Bauraum. Als Hydraulikpumpen werden üblicherweise Verstellpumpen eingesetzt, bei denen das Schluckvolumen verstellbar ist, um eine schnelle Lastanpassung zu realisieren. Verstellpumpen sind jedoch sehr kostenintensiv.Commercial vehicles usually have an internal combustion engine as a drive, with which a hydraulic pump is additionally driven as a power take-off. For vehicles that are equipped with an electric drive axle, the internal combustion engine is not used as a traction drive. Accordingly, a separate electric motor is usually provided in such vehicles, which drives only the power take-off and is operated independently of the electric drive. This has the disadvantage that the additional electric motor for driving the hydraulic pump requires a separate energy supply and separate power electronics as well as its own heat management. This is expensive and requires considerable additional installation space. Variable displacement pumps are usually used as hydraulic pumps, in which the absorption volume can be adjusted in order to implement rapid load adjustment. Variable pumps are, however, very expensive.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Antriebsachse der eingangs beschriebenen Gattung und ein Fahrzeug mit der Antriebsachse vorzuschlagen, bei denen möglichst variabel und kostengünstig die Hydraulikpumpe als Nebenabtrieb betreibbar ist.The present invention has for its object to propose an electric drive axle of the type described above and a vehicle with the drive axle, in which the hydraulic pump can be operated as a power take-off as variably and inexpensively.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. 10 gelöst, wobei sich vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen ergeben.This object is achieved according to the invention by the features of patent claims 1 and 10, whereby advantageous and claimed further developments result from the subclaims and the description and the drawings.

Somit wird eine elektrische Antriebsachse oder dergleichen für ein Fahrzeug mit zumindest einem elektrischen Fahrantrieb zum Antrieb zumindest eines Fahrzeugrades und mit zumindest einer schaltbaren Anbindungsschnittstelle zum Antrieb einer Hydraulikpumpe für einen Nebenabtrieb vorgeschlagen. Um einen möglichst leistungsvariablen und kostengünstigen Betrieb der Hydraulikpumpe als Nebenabtrieb zu gewährleisten, ist vorgesehen, dass die von dem elektrischen Fahrantrieb antreibbare Hydraulikpumpe als Konstantpumpe mit konstantem Schluckvolumen ausgeführt ist.An electric drive axle or the like for a vehicle with at least one electric travel drive for driving at least one vehicle wheel and with at least one switchable connection interface for driving a hydraulic pump for a power take-off is thus proposed. In order to ensure the most variable and cost-effective operation of the hydraulic pump as a power take-off, it is provided that the hydraulic pump which can be driven by the electric travel drive is designed as a constant pump with a constant absorption volume.

In vorteilhafter Weise wird der elektrische Fahrantrieb als besonders einfach regelbarer Antrieb für die hydraulische Konstantpumpe verwendet, da der elektrische Fahrantrieb aufgrund der bereits vorhandenen regelstarken Leistungselektronik besonders für die variable Drehzahlregelung geeignet ist, um eine schnelle Lastanpassung vorzunehmen. Demzufolge kann auf eine kostenintensive Verstellpumpe mit variablen Schluckvolumen verzichtet werden. Das Schluckvolumen der hydraulischen Konstantpumpe ist nämlich konstant, sodass im Wesentlichen ein linearer Zusammenhang zwischen der Drehzahl des elektrischen Fahrantriebes und dem von der Konstantpumpe erzeugten Volumenstrom besteht. Demzufolge kann unter Einbeziehung des volumetrischen Wirkungsgrades der Konstantpumpe der erforderliche Volumenstrom exakt angesteuert werden und somit eine schnelle Lastanpassung erfolgen.The electric travel drive is advantageously used as a particularly easy-to-regulate drive for the hydraulic constant pump, since the electric travel drive is particularly suitable for variable speed control in order to carry out a rapid load adjustment due to the already existing powerful electronic control system. As a result, there is no need for an expensive variable displacement pump with a variable absorption volume. The swallowing volume of the hydraulic constant pump is namely constant, so that there is essentially a linear relationship between the speed of the electric travel drive and the volume flow generated by the constant pump. As a result, the volumetric efficiency of the constant pump can be used to precisely control the required volume flow and thus quickly adapt the load.

Um den jeweils erforderlichen Volumenstrom für den Nebenabtrieb erfassen zu können, ist im Rahmen einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass ein Steuergerät des elektrischen Fahrantriebes zum Ansteuern eines Leistungserfassungssystems bzw. eines Leistungserfassungssensors der Konstantpumpe mit diesem signaltechnisch verbunden ist. Demzufolge erhält das Steuergerät die entsprechende Lastanforderung von dem Leistungserfassungssystem der hydraulischen Konstantpumpe und kann den elektrischen Fahrantrieb entsprechend ansteuern. Wenn zum Koppeln und Entkoppeln der Anbindungsschnittstelle der Konstantpumpe ein Schaltelement, zum Beispiel eine Schaltklaue oder dergleichen verwendet wird, kann das Steuergerät zum Ansteuern des Schaltelementes mit diesem signaltechnisch verbunden sein.In order to be able to record the volume flow required for the power take-off, a further development of the present invention provides that a control unit of the electric travel drive for controlling a power acquisition system or a power acquisition sensor of the constant pump is connected to the latter in terms of signal technology. As a result, the control unit receives the corresponding load request from the power acquisition system of the hydraulic constant pump and can control the electric travel drive accordingly. If a switching element, for example a switching claw or the like, is used for coupling and decoupling the connection interface of the constant pump, the control device for controlling the switching element can be connected to the latter in terms of signal technology.

Wenn die Konstantpumpe für den Nebenabtrieb im Stillstand des Fahrzeuges betrieben werden soll, ist es erforderlich, den Fahrantrieb von dem Abtrieb bzw. dem zumindest einen Fahrzeugrad zu entkoppeln. Hierzu kann ein weiteres Schaltelement vorgesehen werden. Damit das Steuergerät des elektrischen Fahrantriebes den Antrieb der Konstantpumpe im Stillstand des Fahrzeuges entsprechend ansteuern kann, ist vorgesehen, dass das weitere Schaltelement signaltechnisch mit dem Steuergerät des elektrischen Fahrantriebes verbunden ist.If the constant pump for the power take-off is to be operated when the vehicle is at a standstill, it is necessary to decouple the travel drive from the output or the at least one vehicle wheel. A further switching element can be provided for this. So that the control device of the electric travel drive can appropriately control the drive of the constant pump when the vehicle is at a standstill, it is provided that the further switching element is connected to the control device of the electric travel drive in terms of signals.

Im Rahmen einer nächsten Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass ein weiterer elektrischer Fahrantrieb bei der elektrischen Antriebsachse vorgesehen wird. Hierdurch kann die Betriebsweise der vorgeschlagenen Antriebsachse erweitert werden, indem beispielsweise ein Fahrantrieb zum Antrieb der Konstantpumpe für den Nebenabtrieb und der andere Fahrantrieb zum Antrieb des Fahrzeuges bzw. der Fahrzeugräder verwendet wird. Hierbei ist es von Vorteil, wenn der weitere elektrische Fahrantrieb von dem ersten elektrischen Fahrantrieb und/oder von dem zumindest einen Fahrzeugrad über zum Beispiel ein weiteres Schaltelement entkoppelbar ist.As part of a next development, it can be provided that a further electric travel drive is provided in the electric drive axle. As a result, the mode of operation of the proposed drive axle can be expanded, for example by using a travel drive to drive the constant pump for the power take-off and the other travel drive to drive the vehicle or the vehicle wheels. It is advantageous here if the further electric travel drive can be decoupled from the first electric travel drive and / or from the at least one vehicle wheel, for example via a further switching element.

Beispielsweise zur Vormontage bzw. zum Realisieren einer Modulbauweise kann vorgesehen sein, dass die Anbindungsschnittstelle mit der Konstantpumpe und dem Leistungserfassungssystem sowie mit dem ersten Schaltelement eine Nebenabtriebsmoduleinheit bildet, die bei Bedarf mit dem oder den Fahrantrieben koppelbar ist. Auf diese Weise wird eine besonders flexible Verwendung der elektrischen Antriebsachse durch die Verwendung der Nebenabtriebsmoduleinheit ermöglicht. For example, for pre-assembly or for realizing a modular design, it can be provided that the connection interface forms a power take-off module unit with the constant pump and the power acquisition system and with the first switching element, which can be coupled to the drive or drives if necessary. In this way, a particularly flexible use of the electric drive axle is made possible by the use of the power take-off module unit.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit der vorbeschriebenen elektrischen Antriebsachse, sodass sich die bereits beschriebenen und weiteren Vorteile ergeben.Another aspect of the present invention relates to a vehicle with the above-described electric drive axle, so that the advantages already described and other advantages result.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnung weiter erläutert.The present invention is explained in more detail below with reference to the drawing.

Die einzige Figur der Erfindung zeigt einen schematischen Aufbau einer möglichen Ausführungsvariante einer elektrischen Antriebsachse für ein Fahrzeug.The only figure of the invention shows a schematic structure of a possible embodiment variant of an electric drive axle for a vehicle.

Die elektrische Antriebsachse umfasst einen ersten elektrischen Fahrantrieb 1, der beispielsweise als Elektromotor ausgeführt ist. Der Fahrantrieb 1 umfasst eine Leistungselektronik 2 und ein Steuergerät 3. Zum Kühlen des Fahrantriebes 1 mit der Leistungselektronik 2 und dem Steuergerät 3 ist eine Kühleinrichtung 4 vorgesehen.The electric drive axle comprises a first electric travel drive 1 , which is designed for example as an electric motor. The travel drive 1 includes power electronics 2nd and a control unit 3rd . For cooling the travel drive 1 with the power electronics 2nd and the control unit 3rd is a cooling device 4th intended.

Der Fahrantrieb 1 ist über ein erstes Schaltelement 5 mit einer Anbindungsschnittstelle 6 zum Antrieb einer hydraulischen Konstantpumpe 7 für einen Nebenabtrieb gekoppelt. Als Schaltelement kann vorzugsweise eine kostengünstige Schaltklaue oder dergleichen verwendet werden. Es ist jedoch auch möglich, dass ein reibschlüssiges Schaltelement eingesetzt wird.The travel drive 1 is about a first switching element 5 with a connection interface 6 to drive a hydraulic constant pump 7 coupled for a power take-off. An inexpensive switching claw or the like can preferably be used as the switching element. However, it is also possible for a frictional shift element to be used.

Die bei der elektrischen Antriebsachse verwendetet Konstantpumpe 7 weist ein konstantes Schluckvolumen auf, sodass die Konstantpumpe 7 bei jeder Umdrehung das gleiche Volumen verdrängt. Dadurch ergibt sich idealisiert ein linearer Zusammenhang zwischen Drehzahl und erzeugtem Volumenstrom. Somit kann der zu fördernde Volumenstrom über die Drehzahl angesteuert werden.The constant pump used for the electric drive axle 7 has a constant absorption volume, so that the constant pump 7 displaced the same volume with each revolution. This ideally results in a linear relationship between the speed and the volume flow generated. The volume flow to be pumped can thus be controlled via the speed.

Zum Erfassen des erforderlichen Volumenstromes als Nebenabtrieb ist der Konstantpumpe 7 ein Leistungserfassungssystem 8 zugeordnet, welches quasi einem Sensorsteuersystem entspricht. Das Leistungserfassungssystem 8 ist mit dem Steuergerät 3 des Fahrantriebes 1 signaltechnisch zur Kommunikation verbunden. Des Weiteren ist das erste Schaltelement 5 zum Ansteuern ebenfalls signaltechnisch mit dem Steuergerät 3 des ersten Fahrantriebes 1 verbunden. Demzufolge kann das Steuergerät des elektrischen Fahrantriebes 1 auf besonders einfache Weise die Ansteuerung der Konstantpumpe 7 übernehmen.The constant pump is used to record the required volume flow as power take-off 7 a performance tracking system 8th assigned, which corresponds to a sensor control system. The performance recording system 8th is with the control unit 3rd of the travel drive 1 connected for communication. Furthermore, the first switching element 5 for control purposes also with the control unit 3rd of the first travel drive 1 connected. As a result, the control device of the electric travel drive can 1 the control of the constant pump in a particularly simple manner 7 take.

Zum Antrieb des zumindest einen Fahrzeugrades 9 ist der Fahrantrieb 1 über zum Beispiel ein nicht weiter dargestelltes schaltbares oder nicht schaltbares Getriebe und/oder einen nicht weiter dargestellten Abtriebsdifferential verbunden. Mithilfe des Abtriebsdifferentials können z. B. beide Fahrzeugräder angetrieben werden. Es wäre auch ein radindividueller Antrieb für jedes Fahrzeugrad möglich. Um den Fahrantrieb 1 von dem Fahrzeugrad 9 bzw. vom Abtrieb zu entkoppeln ist zumindest ein zweites Schaltelement 10 vorgesehen.To drive the at least one vehicle wheel 9 is the drive 1 connected via, for example, a switchable or non-switchable transmission, not shown, and / or an output differential, not shown. With the help of the output differential z. B. both vehicle wheels are driven. A wheel-specific drive for each vehicle wheel would also be possible. To the drive 1 from the vehicle wheel 9 or to decouple from the output is at least a second switching element 10th intended.

In der Figur sind beispielhaft die Anbindungsschnittstelle 6 mit der Konstantpumpe 7 und dem Leistungserfassungssystem 8 sowie mit dem ersten Schaltelement 5 als Nebenabtriebsmoduleinheit 11 dargestellt, welches in der Figur durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist. Die Nebenabtriebsmoduleinheit 11 ist mit dem zumindest einen elektrischen Fahrantrieb 1 koppelbar. Dadurch wird eine Modulbauweise bei der vorgeschlagenen elektrischen Antriebsachse in vorteilhafter Weise ermöglicht.The connection interface is an example in the figure 6 with the constant pump 7 and the performance tracking system 8th as well as with the first switching element 5 as power take-off module unit 11 shown, which is indicated in the figure by a dashed line. The power take-off module unit 11 is with the at least one electric drive 1 connectable. This advantageously enables a modular construction in the proposed electric drive axle.

Die elektrische Antriebsachse kann auch mit zumindest einem weiteren elektrischen Fahrantrieb ausgerüstet sein, um auf diese Weise die Betriebsweise der elektrischen Antriebsachse zu erweitern, sodass beispielsweise über den einen Fahrantrieb 1 die Konstantpumpe 7 antreibbar ist, während über den anderen Fahrantrieb die Fahrzeugräder 9 antreibbar sind. Ferner ist es möglich, dass die Motorachse des Fahrantriebes bzw. der Fahrantriebe parallel zur Antriebsachse bzw. zur Radachse der Fahrzeugräder 9 ausgerichtet ist. Es sind auch andere Anordnungsmöglichkeiten denkbar.The electric drive axle can also be equipped with at least one further electric travel drive in order to expand the mode of operation of the electric drive axle so that, for example, via the one travel drive 1 the constant pump 7 can be driven while the vehicle wheels via the other drive 9 are drivable. Furthermore, it is possible for the motor axis of the travel drive or the travel drives to be parallel to the drive axis or to the wheel axis of the vehicle wheels 9 is aligned. Other arrangement options are also conceivable.

BezugszeichenlisteReference list

11
elektrischer Fahrantriebelectric travel drive
22nd
LeistungselektronikPower electronics
33rd
SteuergerätControl unit
44th
KühleinrichtungCooling device
55
erstes Schaltelementfirst switching element
66
AnbindungsschnittstelleConnection interface
77
KonstantpumpeConstant pump
88th
LeistungserfassungssystemService entry system
99
Fahrzeugrad bzw. -räderVehicle wheel or wheels
1010th
zweites Schaltelementsecond switching element
1111
NebenabtriebsmoduleinheitPower take-off module unit

Claims (10)

Elektrische Antriebsachse für ein Fahrzeug mit zumindest einem elektrischen Fahrantrieb (1) zum Antrieb zumindest eines Fahrzeugrades (9) und mit zumindest einer schaltbaren Anbindungsschnittstelle (6) zum Antrieb einer Hydraulikpumpe als Nebenabtrieb, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem elektrischen Fahrantrieb (1) antreibbare Hydraulikpumpe als Konstantpumpe (7) ausgeführt ist.Electric drive axle for a vehicle with at least one electric travel drive (1) for driving at least one vehicle wheel (9) and with at least one switchable connection interface (6) for driving a hydraulic pump as a power take-off, characterized in that the ones that can be driven by the electric travel drive (1) Hydraulic pump is designed as a constant pump (7). Elektrische Antriebsachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuergerät (3) des elektrischen Fahrantriebes (1) zum Ansteuern eines Leistungserfassungssystems (8) der Konstantpumpe (7) mit diesem signaltechnisch verbunden ist.Electric drive axle after Claim 1 , characterized in that a control device (3) of the electric travel drive (1) for controlling a power acquisition system (8) of the constant pump (7) is connected to the latter in terms of signal technology. Elektrische Antriebsachse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Fahrantrieb (1) über ein erstes Schaltelement (5) mit der Anbindungsschnittstelle (6) der Konstantpumpe (7) koppelbar oder entkoppelbar ist.Electric drive axle according to one of the preceding claims, characterized in that the electric travel drive (1) can be coupled or uncoupled via a first switching element (5) to the connection interface (6) of the constant pump (7). Elektrische Antriebsachse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (3) des elektrischen Fahrantriebes (1) zum Ansteuern des ersten Schaltelementes (5) mit diesem signaltechnisch verbunden ist.Electric drive axle after Claim 3 , characterized in that the control device (3) of the electric travel drive (1) for controlling the first switching element (5) is connected to the latter in terms of signal technology. Elektrische Antriebsachse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Fahrantrieb (1) von dem zumindest einen Fahrzeugrad (9) über ein zweites Schaltelement (10) koppelbar oder entkoppelbar ist.Electric drive axle according to one of the preceding claims, characterized in that the electric traction drive (1) can be coupled or uncoupled from the at least one vehicle wheel (9) via a second switching element (10). Elektrische Antriebsachse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (3) des elektrischen Fahrantriebes (1) zum Ansteuern des zweiten Schaltelementes (10) mit diesem signaltechnisch verbunden ist.Electric drive axle after Claim 5 , characterized in that the control device (3) of the electric travel drive (1) for controlling the second switching element (10) is connected to the latter in terms of signal technology. Elektrische Antriebsachse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer elektrischer Fahrantrieb vorgesehen ist.Electric drive axle according to one of the preceding claims, characterized in that a further electric travel drive is provided. Elektrische Antriebsachse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere elektrische Fahrantrieb von dem vorhandenen elektrischen Fahrantrieb (1) und/oder von dem zumindest einen Fahrzeugrad (9) entkoppelbar ist.Electric drive axle after Claim 7 , characterized in that the further electric travel drive can be decoupled from the existing electric travel drive (1) and / or from the at least one vehicle wheel (9). Elektrische Antriebsachse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbindungsschnittstelle (6) mit der Konstantpumpe (7) und dem Leistungserfassungssystem (8) sowie mit dem ersten Schaltelement (5) eine mit dem zumindest einen elektrischen Fahrantrieb (1) koppelbare Nebenabtriebsmoduleinheit (11) bildet.Electric drive axle according to one of the preceding claims, characterized in that the connection interface (6) with the constant pump (7) and the power detection system (8) and with the first switching element (5) can be coupled to the at least one electric travel drive (1), a power take-off module unit ( 11) forms. Fahrzeug mit einer elektrischen Antriebsachse nach einem der vorangehenden Ansprüche.Vehicle with an electric drive axle according to one of the preceding claims.
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