DE102018219518A1

DE102018219518A1 - Antriebssystem eines Elektrofahrzeugs

Info

Publication number: DE102018219518A1
Application number: DE102018219518.8A
Authority: DE
Inventors: Michael Trübenbach; Michael Preuss; Patrick Kniess
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-11-15
Filing date: 2018-11-15
Publication date: 2020-05-20

Abstract

Antriebssystem eines Elektrofahrzeugs, mit einem von einer elektrischen Maschine (2) bereitgestellten Antriebsaggregat, welches eine Antriebswelle (3) aufweist, mit einer Parksperre (5) und einem ersten Schaltelement (6), über welches die Parksperre (5) einlegbar und auslegbar ist, mit einer Abtriebswelle (7) und einem zweiten Schaltelement (8), über welches die Abtriebswelle (7) an die Antriebswelle (3) koppelbar und von der Antriebswelle (3) abkoppelbar ist, und mit einem Nebenabtrieb (14) und einem dritten Schaltelement (15), über welches der Nebenabtrieb (14) an die Antriebswelle (3) koppelbar und von der Antriebswelle (3) abkoppelbar ist. Das Antriebssystem weist einen einzigen Aktuator (17) zur Betätigung des ersten, zweiten und dritten Schaltelements (6, 8, 15) oder zwei Aktuatoren (17, 18) zur Betätigung des ersten, zweiten und dritten Schaltelements (6, 8, 15) auf, um abhängig von der Schaltstellung des ersten, zweiten und dritten Schaltelements eine der folgenden Betriebsarten bereitzustellen: rein elektrischer Fahrbetrieb mit ausgelegter Parksperre (5) und mit angekoppeltem Nebenabtrieb (14), rein elektrischer Fahrbetrieb mit ausgelegter Parksperre (5) und mit ab-gekoppeltem Nebenabtrieb (14), Stillstand mit eingelegter Parksperre (5) und mit angekoppeltem Nebenabtrieb (14), Stillstand mit eingelegter Parksperre (5) und mit abgekoppeltem Nebenabtrieb (14).

Description

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem eines Elektrofahrzeugs.
Dann, wenn Nutzkraftwagen mit einem elektrischen Antrieb ausgerüstet werden, müssen derartige Nutzfahrzeuge auch eine Parksperrenfunktion sowie die Funktion eines Nebenabtriebs bereitstellen. Bislang sind keine als Elektrofahrzeuge ausgebildeten Nutzfahrzeuge bekannt, die bei minimalem Bauraumbedarf sowohl eine Parksperrenfunktion als auch die Funktion eines Nebenabtriebs bereitstellen können.
Es besteht daher Bedarf an einem entsprechenden Antriebssystem eines als Elektrofahrzeug ausgeführten Nutzfahrzeugs. Der hier vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Antriebssystem eines Elektrofahrzeugs zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch ein Antriebssystem eines Elektrofahrzeugs gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Antriebssystem eines Elektrofahrzeugs umfasst ein von einer elektrischen Maschine bereitgestelltes Antriebsaggregat, welches eine Antriebswelle aufweist.
Das erfindungsgemäße Antriebssystem umfasst ferner eine Parksperre und ein erstes Schaltelement, über welches die Parksperre einlegbar und auslegbar ist.
Das erfindungsgemäße Antriebssystem umfasst ferner eine Abtriebswelle und ein zweites Schaltelement, über welches die Abtriebswelle an die Antriebswelle des Antriebsaggregats koppelbar und von der Antriebswelle des Antriebsaggregats abkoppelbar ist.
Das erfindungsgemäße Antriebssystem umfasst ferner einen Nebenabtrieb und ein drittes Schaltelement, über welches der Nebenabtrieb an die Antriebswelle des Antriebsaggregats koppelbar und von der Antriebswelle des Antriebsaggregats abkoppelbar ist.
Das erfindungsgemäße Antriebssystem umfasst ferner einen einzigen Aktuator zur Betätigung des ersten, zweiten und dritten Schaltelements oder zwei Aktuatoren zur Betätigung des ersten, zweiten und dritten Schaltelements, um abhängig von der Schaltstellung dieser drei Schaltelemente eine der folgenden Betriebsarten bereitzustellen: rein elektrischer Fahrbetrieb mit ausgelegter Parksperre und mit angekoppeltem Nebenabtrieb, rein elektrischer Fahrbetrieb mit ausgelegter Parksperre und mit abgekoppeltem Nebenabtrieb, Stillstand mit eingelegter Parksperre und mit angekoppeltem Nebenabtrieb, Stillstand mit eingelegter Parksperre und mit abgekoppeltem Nebenabtrieb.
Das erfindungsgemäße Elektrofahrzeug umfasst als Antriebsaggregat eine elektrische Maschine und weiterhin eine Parksperre sowie einen Nebenabtrieb. Über Schaltelemente, die mit der Abtriebswelle, dem Nebenabtrieb und der Parksperre zusammenwirken, können unterschiedliche Betriebsarten realisiert werden, nämlich ein Fahrbetrieb bei ausgelegter Parksperre mit und ohne laufendes Nebenaggregat sowie ein Stillstand bei eingelegter Parksperre mit und ohne laufendes Nebenaggregat. Dies ist bei einfacher Bauform und geringem Bauraumbedarf möglich.
Vorzugsweise sind das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement von einem gemeinsamen Aktuator derart betätig, dass das erste Schaltelement geschlossen ist oder das zweite Schaltelement geschlossen ist oder beide Schaltelement geöffnet sind. Hierdurch kann der Bauraumbedarf weiter reduziert werden.
Vorzugsweise ist das dritte Schaltelement ebenso wie das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement von dem gemeinsamen Aktuator betätigbar, derart, dass dann, wenn die Parksperre eingelegt ist, der Nebenabtrieb angekoppelt ist, und dass dann, wenn die Parksperre ausgelegt ist, der Nebenabtrieb abgekoppelt ist. Hiermit ist eine noch größere Reduzierung des Bauraumbedarfs möglich.
Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

1 ein Schema eines ersten erfindungsgemäßen Antriebssystems eines Elektrofahrzeugs;
2 ein Schema eines zweiten erfindungsgemäßen Antriebssystem eines Elektrofahrzeugs; und
3 ein Schema eines dritten erfindungsgemäßen Antriebssystems eines Elektrofahrzeugs.

1 zeigt ein Schema eines ersten erfindungsgemäßen Antriebssystems eines Elektrofahrzeugs, nämlich eines elektrisch angetriebenen Nutzfahrzeugs.
Das Antriebssystem 1 der 1 umfasst als Antriebsaggregat eine elektrische Maschine 2. Die elektrische Maschine 2 verfügt über eine Antriebswelle 3. Lager 4 dienen der Lagerung der Antriebswelle 3.
Das Antriebssystem 1 der 1 verfügt über eine Parksperre 5. Mit der Parksperre 5 wirkt ein erstes Schaltelement 6 zusammen. Dann, wenn das Schaltelement 6 geschlossen ist, ist eine Abtriebswelle 7 des Antriebssystems 1 unter Bereitstellung der Parksperrenfunktion an ein Gehäuse 20 gehäusefest angebunden. Weitere Lager 4 dienen der Lagerung der Abtriebswelle 7.
Mit der Abtriebswelle 6 wirkt ein zweites Schaltelement 8 zusammen. Dann, wenn das zweite Schaltelement 8 geschlossen ist, ist die Abtriebswelle 7 an die Antriebswelle 3 der elektrischen Maschine 2 gekoppelt, und zwar in 1 unter Zwischenschaltung einer Zwischenwelle 9. Weitere Lager 4 dienen der Lagerung der Zwischenwelle 9.
Die Zwischenwelle 9 trägt zwei Zahnräder 10, 11. Ein erstes als Festrad ausgebildetes Zahnrad 10 kämmt in ein als Losrad ausgebildetes Zahnrad 12 auf der Abtriebswelle 7. Ein zweites als Festrad ausgebildetes Zahnrad 11 kämmt in ein als Festrad 13 ausgebildetes Zahnrad auf der Antriebswelle 3. Dann, wenn das Schaltelement 8 geschlossen ist, ist die Abtriebswelle 7 über die Stirnradstufe der Zahnräder 10, 12 und die Stirnradstufe der Zahnräder 11, 13 an die Antriebswelle 3 gekoppelt.
Das Antriebssystem 1 der 1 verfügt weiterhin über einen Nebenabtrieb 14. Mit dem Nebenabtrieb 14 wirkt ein drittes Schaltelement 15 zusammen. Dann, wenn das Schaltelement 15 geschlossen ist, ist der Nebenabtrieb 14 an die Antriebswelle 3 gekoppelt. Bei geöffnetem drittem Schaltelement 15 hingegen ist der Nebenabtrieb 14 von der Antriebswelle 3 abgekoppelt.
In 1 sind die Schaltelemente 6 und 8, also das mit der Parksperre 5 zusammenwirkende erste Schaltelement 6 sowie das mit der Abtriebswelle 7 zusammenwirkende zweite Schaltelement 8 von einem Doppelschaltelement 16 ausgebildet, welches über einen gemeinsamen Aktuator 17 betätigbar ist. Es kann immer nur eines dieser beiden Schaltelemente, also entweder das erste Schaltelement 6 oder das zweite Schaltelement 8, geschlossen sein. Es können nicht beide dieser Schaltelemente 6, 8 gleichzeitig geschlossen sein. Es können jedoch beide dieser Schaltelemente 6, 8 gleichzeitig geöffnet sein. Zur Betätigung des dritten Schaltelements 15 ist im Ausführungsbeispiel der 1 ein separater Aktuator 18 vorhanden.
Mit dem Antriebssystem 1 können unterschiedliche Betriebsarten bereitgestellt werden. So ist dann, wenn das erste Schaltelement 6 geöffnet ist, das zweite Schaltelement 8 geschlossen ist und das dritte Schaltelement 15 geöffnet ist, ein rein elektrische Fahrbetrieb mit ausgelegter Parksperre 5 und mit abgekoppeltem Nebenabtrieb 14 möglich. Dann, wenn das erste Schaltelement 6 geöffnet ist, das zweite Schaltelement 8 geschlossen und auch das dritte Schaltelement 15 geschlossen ist, ist ein rein elektrischer Fahrbetrieb mit ausgelegter Parksperre 5 und angekoppeltem Nebenabtrieb 14 möglich. Dann, wenn das erste Schaltelement 6 geschlossen ist, das zweite Schaltelement 8 geöffnet ist und ebenfalls das dritte Schaltelement 15 geöffnet ist, ist ein Stillstand mit eingelegter Parksperre 5 und mit abgekoppeltem Nebenabtrieb 14 möglich. Dann, wenn das erste Schaltelement 6 geschlossen ist, das zweite Schaltelement 8 geöffnet ist und das dritte Schaltelement 15 geschlossen ist, ist ein Stillstand des Elektrofahrzeugs mit eingelegter Parksperre 5 und angekoppeltem Nebenabtrieb 14 darstellbar.
Im Ausführungsbeispiel der 1, in welchem das erste Schaltelement 6 und das zweite Schaltelement 8 von einem Doppelschaltelement 16 bereitgestellt sind, sind diese beiden Schaltelemente 6, 8 der Abtriebswelle 7 zugeordnet und von dem gemeinsamen Aktuator 17 schaltbar.
Ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Antriebssystems 1' zeigt 2. Hinsichtlich seines grundsätzlichen Aufbaus und seiner bereitstellbaren Betriebsarten entspricht das Antriebssystem 1' der 2 dem Antriebssystem 1 der 1, weshalb für gleiche Baugruppen gleiche Bezugsziffern verwendet werden. Nachfolgend wird auf solche Details eingegangen, durch die sich das Ausführungsbeispiel der 2 vom Ausführungsbeispiel der 1 unterscheidet.
Beim Ausführungsbeispiel der 1 sind das erste Schaltelement 6 und das zweite Schaltelement 8 von einem Doppelschaltelement 16 bereitgestellt. Dies ist in 2 nicht der Fall. In 2 sind das erste Schaltelement 6, welches mit der Parksperre 5 zusammenwirkt, und das zweite Schaltelement 8, welches der Anbindung der Abtriebswelle 7 an die Antriebswelle 3 dient, nicht als Doppelschaltelement ausgeführt, sondern als Einzelschaltelemente, wobei das erste Schaltelement 6 der Antriebswelle 7 und das zweite Schaltelement 8 der Zwischenwelle 9 zugeordnet ist. Die beiden Schaltelemente 6, 8 sind jedoch wiederum ausgehend vom gemeinsamen Aktuator 17 über eine gemeinsame Schaltgabel aktuierbar, und zwar wiederum derart, dass immer nur eines dieser beiden Schaltelemente 6, 8 geschlossen sein kann, jedoch nicht beide Schaltelemente 6, 8 gleichzeitig. Während also in 1 die drei Schaltelemente 6, 8 und 15 zwei Schaltstellen bereitstellen, die von zwei Aktuatoren 17, 18 schaltbar sind, stellen die drei Schaltelemente 6, 8 und 18 in 2 drei Schaltstellen bereit, die wiederum von zwei Aktuatoren 17, 18 schaltbar sind.
Ein weiterer Unterschied zwischen dem Ausführungsbeispiel der 1 und dem Ausführungsbeispiel der 2 besteht darin, dass bei der von den Zahnrädern 10, 12 gebildeten Stirnradstufe der 1 das Zahnrad 10 auf der Zwischenwelle 9 als Festrad und das Zahnrad 12 auf der Abtriebswelle 7 als Losrad ausgebildet ist, wohingegen in 2 Zahnrad 10 auf der Zwischenwelle 9 als Losrad und das Zahnrad 12 auf der Abtriebswelle 7 als Festrad ausgebildet ist.
Für das Antriebssystem 1' der 2 lassen sich jedoch dieselben Betriebsarten bereitstellen wie für das Antriebssystem 1 der 1, also ein rein elektrischer Fahrbetrieb mit ausgelegter Parksperre 5 und mit angekoppeltem Nebenabtrieb 14, ein rein elektrischer Fahrbetrieb mit ausgelegter Parksperre 5 und abgekoppeltem Nebenabtrieb 14, ein Stillstand mit eingelegter Parksperre 5 und mit angekoppeltem Nebenabtrieb 14 sowie ein Stillstand mit eingelegter Parksperre 5 und abgekoppeltem Nebenabtrieb 14.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Antriebssystems 1" für ein Elektrofahrzeug zeigt 3, wobei auch für das Ausführungsbeispiel der 3 gleiche Bezugsziffern verwendet werden wie im Ausführungsbeispiel der 1, und nachfolgend nur auf solche Details eingegangen wird, durch die sich das Ausführungsbeispiel der 1 vom Ausführungsbeispiel der 3 unterscheidet.
In 3 sind in Übereinstimmung zum Ausführungsbeispiel der 1 das erste Schaltelement 6 zum Einlegen und Auslegen der Parksperre 5 sowie das zweite Schaltelement 8, zum Ankoppeln und Abkoppeln der Abtriebswelle 7 an die Antriebswelle 3 wiederum von einem Doppelschaltelement 16 bereitgestellt, das jedoch nicht der Abtriebswelle 7 zugeordnet ist, sondern vielmehr der Zwischenwelle 9. Diese beiden von dem Doppelschaltelement 16 bereitgestellten Schaltelement 6 und 18 sind von einem gemeinsamen Aktuator 17 aktuierbar, wobei dieser Aktuator 17 auch der Betätigung des dritten Schaltelements 5 dient, welches dem Ankoppeln und Abkoppeln den Nebenabtriebs 14 dient. So zeigt 3 eine Wippe 19, die eine Betätigung des die Schaltelemente 6 und 8 umfassenden Doppelschaltelements 16 an eine Betätigung des dritten Schaltelements 15 derart koppelt, dass dann, wenn die Parksperre 5 eingelegt ist, der Nebenabtrieb 14 an die Antriebswelle 3 angekoppelt ist, wohingegen dann, wenn die Parksperre 5 ausgelegt ist, der Nebenabtrieb 14 von der Antriebswelle 3 abgekoppelt ist. Währens also in 1 und 2 zwei Aktuatoren für die drei Schaltelemente 6, 8 und 15 genutzt werden, nutzt 3 einen einzigen Aktuator 17 für die drei Schaltelemente 6, 8 und 15.
Das Ausführungsbeispiel der 3 kommt demnach mit einem einzigen Aktuator zur Aktuierung aller drei Schaltelemente 6, 8 und 15 aus, wobei diese drei Schaltelemente 6, 8 und 15 wiederum zwei Schaltstellen ausbilden, nämlich das erste Schaltelement 6 und das zweite Schaltelement 8 eine Schaltstelle auf der Zwischenwelle 9 und das dritte Schaltelement 15 eine weitere Schaltstelle für den Nebenabtrieb 14.
Ein weiterer Unterschied zwischen dem Ausführungsbeispiel der 1 und dem Ausführungsbeispiel der 3 besteht darin, dass in 3 bei der von den Zahnrädern 10, 12 gebildeten Stirnradstufe beide Zahnräder 10, 12 Festräder sind. Bei der von den Zahnrädern 11, 13 gebildeten Stirnradstufe ist in 3 das Zahnrad 11 auf der Zwischenwelle 9 ein Losrad und das Zahnrad 13 auf der Antriebswelle 3 ein Festrad.
Auch im Ausführungsbeispiel der 3 können wiederum die oben beschriebenen Betriebsarten bereitgestellt werden, also ein rein elektrischer Fahrbetrieb bei ausgelegter Parksperre 5 und angekoppeltem Nebenabtrieb 14, ein rein elektrischer Fahrbetrieb mit ausgelegter Parksperre 5 und abgekoppeltem Nebenabtrieb 14, ein Stillstand mit eingelegter Parksperre 5 und angekoppelten Nebenabtrieb 14 sowie ein Stillstand mit eingelegter Parksperre 5 und abgekoppeltem Nebenabtrieb 14.
Bezugszeichenliste

1, 1', 1": Antriebssystem
2: elektrische Maschine
3: Antriebwelle
4: Lager
5: Parksperre
6: erstes Schaltelement
7: Abtriebswelle
8: zweites Schaltelement
9: Zwischenwelle
10: Zahnrad
11: Zahnrad
12: Zahnrad
13: Zahnrad
14: Nebenabtrieb
15: drittes Schaltelement
16: Doppelschaltelement
17: Aktuator
18: Aktuator
19: Wippe
20: Gehäuse

Claims

Antriebssystem eines Elektrofahrzeugs, mit einem von einer elektrischen Maschine (2) bereitgestellten Antriebsaggregat, welches eine Antriebswelle (3) aufweist, mit einer Parksperre (5) und einem ersten Schaltelement (6), über welches die Parksperre (5) einlegbar und auslegbar ist, mit einer Abtriebswelle (7) und einem zweiten Schaltelement (8), über welches die Abtriebswelle (7) an die Antriebswelle (3) koppelbar und von der Antriebswelle (3) abkoppelbar ist, mit einem Nebenabtrieb (14) und einem dritten Schaltelement (15), über welches der Nebenabtrieb (14) an die Antriebswelle (3) koppelbar und von der Antriebswelle (3) abkoppelbar ist, mit einem einzigen Aktuator (17) zur Betätigung des ersten, zweiten und dritten Schaltelements (6, 8, 15) oder mit zwei Aktuatoren (17, 18) zur Betätigung des ersten, zweiten und dritten Schaltelements (6, 8, 15), um abhängig von der Schaltstellung des ersten, zweiten und dritten Schaltelements (6, 8, 15) eine der folgenden Betriebsarten bereitzustellen: rein elektrischer Fahrbetrieb mit ausgelegter Parksperre (5) und mit angekoppeltem Nebenabtrieb (14), rein elektrischer Fahrbetrieb mit ausgelegter Parksperre (5) und mit abgekoppeltem Nebenabtrieb (14), Stillstand mit eingelegter Parksperre (5) und mit angekoppeltem Nebenabtrieb (14), Stillstand mit eingelegter Parksperre (5) und mit abgekoppeltem Nebenabtrieb (14).
Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (6) und das zweite Schaltelement (8) jeweils von einem Einzelschaltelement gebildet sind, welche über einen gemeinsamen, ersten Aktuator (17) betätigbar sind.
Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (6) und das zweite Schaltelement (8) von einem Doppelschaltelement (16) gebildet sind, welches über einen gemeinsamen, ersten Aktuator (17) betätigbar ist.
Antriebssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame, erste Aktuator (17) das erste Schaltelement (6) und das zweite Schaltelement (8) derart betätigt, dass das erste Schaltelement (6) geschlossen ist oder das zweite Schaltelement (8) geschlossen ist oder beide Schaltelemente (6, 8) geöffnet sind.
Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Schaltelement (15) von einem separaten, zweiten Aktuator (18) betätigbar ist.
Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Schaltelement (15) ebenso wie das erste Schaltelement (6) und das zweite Schaltelement (8) von dem gemeinsamen, ersten Aktuator (17) betätigbar ist, derart, dass dann, wenn die Parksperre (5) eingelegt ist, der Nebenabtrieb (14) angekoppelt ist, und dass dann, wenn die Parksperre (5) ausgelegt ist, der Nebenabtrieb (14) abgekoppelt ist.
Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (7) mit der Antriebswelle (3) über eine Zwischenwelle (9) und eine Stirnradstufe zwischen der Antriebswelle (3) über der Zwischenwelle (9) sowie eine Stirnradstufe zwischen der Zwischenwelle (9) und der Abtriebswelle (7) koppelbar ist.
Antriebssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn das erste Schaltelement (6) und das zweite Schaltelement (6) von einem Doppelschaltelement (16) gebildet sind, beide Schaltelemente (6, 8) des Doppelschaltelements der Abtriebswelle (7) oder der Zwischenwelle (9) zugeordnet sind.
Antriebssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn das erste Schaltelement (6) und das zweite Schaltelement (8) als Einzelschaltelemente gebildet sind, das erste Schaltelement (6) der Abtriebswelle (7) und das zweite Schaltelement (8) der Zwischenwelle (9) zugeordnet ist.