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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Drehmoments in einem Antriebsstrang eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs, umfassend wenigstens einen ersten Elektromotor mit einem ersten Rotor, wobei der erste Rotor in wenigstens zwei in Axialrichtung des Rotors voneinander beabstandeten Wälzlagern, nämlich einem ersten Wälzlager und einem zweiten Wälzlager, drehbar gelagert ist, und der erste Rotor des ersten Elektromotors mit wenigstens einem ersten Fahrzeugrad wirkverbunden ist, so dass der erste Elektromotor das wenigstens eine Fahrzeugrad antreibt.
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Zur Steuerung und Reglung eines elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs besteht ein anhaltendes Bedürfnis darin, die von den elektrischen Motoren abgegebenen Drehmomente möglichst genau zu erfassen. Dabei werden üblicherweise sehr hohe Anforderungen an die Momentengenauigkeiten gestellt. Das gilt insbesondere auch für Anwendungsfälle, bei denen funktional getrennte Elektromotoren für die Kraftfahrzeugräder einer Kraftfahrzeugachse verwendet werden, da hier ungewollte Momentendifferenzen zwischen linkem und rechtem Rad zu einem Giermoment und somit einer Beeinflussung der Spurhaltung des Fahrzeugs führen können.
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In heutigen Kraftfahrzeugantrieben wird die Momentenbestimmung typischerweise indirekt durchgeführt, indem die Drehmomente aus Prozessdaten von beteiligten Systemelementen (z.B. Luftmasse und/oder Einspritzmenge beim Verbrennungsmotor, Betätigungsposition einer Kupplung, elektrische Ströme bei elektrischen Maschinen etc.) abgeschätzt werden. Eine derartige Momentenbestimmung kann den Anforderungen an die Genauigkeit der Bestimmung in den oben skizierten Anwendungsfällen nicht genügen.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Drehmoments in einem Antriebsstrang eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs bereitzustellen, dass hinsichtlich der geforderten Genauigkeit der Momentenbestimmung verbessert ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Drehmoments in einem Antriebsstrang eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs, umfassend wenigstens einen ersten Elektromotor mit einem ersten Rotor, wobei der erste Rotor in wenigstens zwei in Axialrichtung des Rotors voneinander beabstandeten Wälzlagern, nämlich einem ersten Wälzlager und einem zweiten Wälzlager, drehbar gelagert ist, und der erste Rotor des ersten Elektromotors mit wenigstens einem ersten Fahrzeugrad wirkverbunden ist, so dass der erste Elektromotor das wenigstens eine Fahrzeugrad antreibt, wobei das erste Wälzlager einen ersten Winkelpositionssensor und das zweite Wälzlager einen zweiten Winkelpositionssensor aufweist, welche jeweils ein Signal, das die Winkelposition des ersten Rotors an der jeweiligen Lagerstelle repräsentiert, erzeugen, und die Winkelpositionen repräsentierenden Signale an eine Fahrzeugsteuerung übermittelt werden, in der aus der Differenz der Winkelpositionen das an dem ersten Rotor anliegende Drehmoment des ersten Elektromotors bestimmt und zur Steuerung des Kraftfahrzeugs bereitgestellt wird.
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Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass eine sehr kompakte und genaue Bestimmung eines von dem Elektromotor an ein Fahrzeugrad abgegebenen Drehmoments ermöglicht wird. Die Momentenbestimmung erfolgt an dem Rotor eines Elektromotors durch zwei Wälzlager mit jeweils einem Winkelpositionssensor. Aus der Differenz der in diesen Wälzlagern gemessenen Winkelpositionen wird durch eine Fahrzeugsteuerung der Verdrehwinkel des Rotors bestimmt, der unter Berücksichtigung der Rotorteifigkeit wiederum als Maß für das Drehmoment am Rotor anliegende Drehmoment betrachtet wird.
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Um den Verdrehwinkel des Rotors zwischen den beiden Wälzlagern mit ausreichender Auflösung und Genauigkeit bestimmen zu können, ist es besonders bevorzugt, die beiden Wälzlager in einem möglichst großen axialen Abstand zueinander an dem Rotor anzuordnen.
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Als Kraftfahrzeuge im Sinne dieser Anmeldung gelten Landfahrzeuge, die durch Maschinenkraft bewegt werden, ohne an Bahngleise gebunden zu sein.
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Bevorzugt ist die Erfindung für eine Verwendung in Elektrokraftfahrzeugen, auch als Electric Vehicle (EV) bezeichnet, welche von mindestens einem Elektromotor angetrieben werden, wobei der Elektromotor Energie aus einem elektrischen Speicher (Akku) bezieht.
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Der Erfindungsgegenstand kann ebenfalls in vorteilhafter Weise für ein Hybridelektrokraftfahrzeug verwendet werden, auch als Hybrid Electric Vehicle (HEV) bezeichnet. Ein HEV ist ein Elektrofahrzeug, das von mindestens einem Elektromotor sowie einem weiteren Energiewandler angetrieben wird und Energie sowohl aus seinem elektrischen Speicher (Akku) als auch einem zusätzlich mitgeführten Kraftstoff bezieht.
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Im Sinne dieser Anmeldung werden unter dem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges alle Komponenten verstanden, die im Kraftfahrzeug die Leistung für den Antrieb des Kraftfahrzeugs generieren und über die Fahrzeugräder bis auf die Straße übertragen.
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Ein Elektromotor - auch als elektrische Maschine bezeichnet - dient zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und/oder umgekehrt, und umfasst in der Regel einen als Stator, Ständer oder Anker bezeichneten ortsfesten Teil sowie einen als Rotor oder Läufer bezeichneten und gegenüber dem ortsfesten Teil beweglich angeordneten Teil. Im Falle von als Rotationsmaschinen ausgebildeten elektrischen Maschinen wird insbesondere zwischen Radialflussmaschinen und Axialflussmaschinen unterschieden. Dabei zeichnet sich eine Radialflussmaschine dadurch aus, dass die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator ausgebildeten Luftspalt, sich in radialer Richtung erstrecken, während im Falle einer Axialflussmaschine sich die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator gebildeten Luftspalt in axialer Richtung erstrecken.
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Ein Rotor ist der sich drehende (rotierende) Teil einer elektrischen Maschine. Insbesondere wird von einem Rotor gesprochen, wenn es auch einen Stator gibt. Wälzlager können insbesondere dazu verwendet werden, Drehbewegungen mit möglichst geringen Reibungsverlusten zu ermöglichen. Wälzlager können insbesondere zur Fixierung und/oder Lagerung von Achsen und Wellen eingesetzt werden, wobei sie, je nach Bauform, radiale und/oder axiale Kräfte aufnehmen und gleichzeitig die Rotation der Welle oder der so auf einer Achse gelagerten Bauteile ermöglichen. Hierzu sind zwischen einem Innenring und einem Außenring des Wälzlagers abrollende Wälzkörper angeordnet. Zwischen diesen drei Hauptkomponenten Innenring, Außenring und den Wälzkörpern tritt innerhalb des Wälzlagers in der Regel hauptsächlich Rollreibung auf. Da die Wälzkörper im Innen- und Außenring bevorzugt auf gehärteten Stahlflächen mit optimierter Schmierung abrollen können, ist die Rollreibung derartiger Lager relativ gering. Ein Wälzlager kann ein- oder mehrreihig ausgebildet sein.
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Der Innenring kann insbesondere die Wälzlager aufnehmende Welle mit dem Wälzlager bzw. den Wälzkörpern verbinden. Dabei kann insbesondere die Welle mit der der Welle zugewandten Seite der Mantelfläche des Innenrings verbunden sein, wo-bei auf der dieser Mantelfläche gegenüberliegenden Innenringlaufbahn die Wälzkörper des Wälzlagers wälzen. Der Innenring kann aus einem metallischen und/oder keramischen Werkstoff gebildet sein. Es ist grundsätzlich denkbar, den Innenring einteilig oder mehrteilig, insbesondere zweiteilig auszubilden.
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Die Wälzkörper können innerhalb des Wälzlagers insbesondere auf der Innenringlaufbahn des Innenrings abwälzen. Hierzu kann vorteilhafter Weise die Oberfläche der Innenringlaufbahn entsprechend abriebfest ausgebildet sein, beispielsweise auch durch ein entsprechendes Oberflächenbehandlungsverfahren und/oder durch Aufbringen einer entsprechenden zusätzlichen Materialschicht. Die Innenringlaufbahn kann eben oder profiliert ausgebildet sein. Eine profilierte Ausgestaltung der Innenringlaufbahn kann beispielsweise zur Führung der Wälzkörper auf der Innenringlaufbahn dienen. Eine ebene Ausformung der Innenringlaufbahn kann hingegen beispielsweise eine gewisse axiale Verschiebbarkeit der Wälzkörper auf der Innenringlaufbahn erlauben.
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Der Außenring kann insbesondere die Wälzlager aufnehmende Lagerung mit dem Wälzlager bzw. den Wälzkörpern verbinden. Dabei kann insbesondere die Lagerung mit der der Lagerung zugewandten Seite der Mantelfläche des Außenrings verbunden sein, wobei der dieser Mantelfläche gegenüberliegenden Außenringlaufbahn die Wälzkörper des Wälzlagers wälzen. Der Außenring kann aus einem metallischen und/oder keramischen Werkstoff gebildet sein. Es ist grundsätzlich denkbar, den Außenring einteilig oder mehrteilig, insbesondere zweiteilig auszubilden.
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Die Wälzkörper können innerhalb des Wälzlagers insbesondere auf der Außenringlaufbahn des Außenrings abwälzen. Hierzu kann vorteilhafter Weise die Oberfläche der Außenringlaufbahn entsprechend abriebfest ausgebildet sein, beispielsweise auch durch ein entsprechendes Oberflächenbehandlungsverfahren und/oder durch Aufbringen einer entsprechenden zusätzlichen Materialschicht. Die Außenringlaufbahn kann eben oder profiliert ausgebildet sein. Eine profilierte Ausgestaltung der Außenringlaufbahn kann beispielsweise zur Führung der Wälzkörper auf der Außenringlaufbahn dienen. Eine ebene Ausformung der Außenringlaufbahn kann hingegen beispielsweise eine gewisse axiale Verschiebbarkeit der Wälzkörper auf der Außenringlaufbahn erlauben.
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Die Wälzkörper haben abhängig von der Wälzlagerbauart die Form einer Kugel oder einer Rolle. Sie wälzen sich auf den Laufbahnen des Wälzlagers ab und haben die Aufgabe, die auf ein Radialwälzlager wirkende Kraft vom Außenring auf den Innenring und umgekehrt zu übertragen. Bei einem Axialwälzlager übertragen die Wälzkörper die auf das Axialwälzlager wirkenden Kräfte zwischen den Laufscheiben. Rollenförmige Wälzkörper werden auch als Rollenwälzkörper und kugelförmige Wälzkörper als Lagerkugel bezeichnet.
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Rollenförmige Wälzkörper können beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der symmetrischen Pendelrollen, der asymmetrischen Pendelrollen, der Zylinderrollen, der Nadelrollen und/oder der Kegelrollen.
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Wälzkörper können in einem Käfig oder durch Wälzkörperdistanzstücke geführt und voneinander beabstandet sein. Es ist grundsätzlich auch denkbar, ein käfigloses Wälzlager auszubilden, welches auch als vollrolliges Wälzlager bezeichnet wird. Bei vollrolligen Wälzlagern können sich benachbarte Wälzkörper kontaktieren.
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Ein Wälzlager kann einen Käfig aufweisen, wobei der Käfig die Wälzkörper führt. Der Käfig so ausgebildet, dass die Wälzkörperkugeln und/oder die Wälzkörperrollen voneinander beabstandet werden, damit beispielsweise die Reibung und Wärmeentwicklung der Wälzkörper möglichst gering gehalten wird. Ferner hält der Käfig die Wälzkörperkugeln und/oder Wälzkörperrollen in einem festen Abstand beim Abwälzen zueinander, wodurch eine gleichmäßige Lastverteilung erzielt werden kann. Der Käfig kann einstückig oder mehrstückig ausgeführt sein.
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Ein Winkelpositionssensor erzeugt ein insbesondere elektrisches Signal, das die Winkelposition eines Rotors an der jeweiligen Lagerstelle bzw. am entsprechenden Wälzlager repräsentiert. Erfindungsgemäß ist der Winkelpositionssensor an und/oder in dem Wälzlager angeordnet.
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Die die Winkelpositionen repräsentierenden Signale werden von dem Winkelpositionssensor an eine Fahrzeugsteuerung übermittelt, in der aus der Differenz der Winkelpositionen das an einem Rotor anliegende Drehmoment des entsprechenden Elektromotors bestimmt und zur Steuerung des Kraftfahrzeugs bereitgestellt wird.
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Winkelpositionssensoren, welche in einem Wälzlager angeordnet sind, sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt.
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Ein Winkelpositionssensor kann beispielsweise auf einem induktiv arbeitenden Sensorprinzip oder einem Magnetfeldsensor beruhen. Beispielsweise kann ein Winkelpositionssensor einen an einem ersten Lagerring angeordneten Drehgeber und mindestens einen dem Drehgeber gegenüberliegenden Sensor umfassen. Der Drehgeber stellt bevorzugt eine Maßverkörperung für den Drehwinkel dar. Der Sensor ist an dem zweiten Lagerring drehfest angeordnet. Der Drehgeber ist drehfest an dem ersten Lagerring angeordnet.
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Der Drehgeber umfasst vorzugsweise mindestens einen Nord-Pol und einen SüdPol zur Erzeugung magnetischer Felder. Der Drehgeber ist bevorzugt als eine Encoderscheibe ausgebildet. Je nach Anwendung weist der Drehgeber unterschiedliche Polarisierungen und Magnetisierungen auf.
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Bevorzugt ist der mindestens eine Sensor ein Magnetfeldsensor. Vorzugsweise ist der mindestens eine Sensor der Sensoreinheit ein Hall-Sensor. Der Drehgeber und der mindestens eine Sensor sind bevorzugt axial beabstandet, sodass der Sensor das Magnetfeld des Drehgebers erfasst.
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Alternativ bevorzugt wird zur Winkelpositionserfassung ein optisches System, z.B. ein System mit einem Laser, verwendet. Alternativ bevorzugt wird zur Winkelpositionserfassung ein Sensor auf Wirbelstrombasis verwendet
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Eine Fahrzeugsteuerung dient der insbesondere elektronischen Steuerung und/oder Reglung eines oder mehrerer technischer Systeme des Kraftfahrzeugs.
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Eine Fahrzeugsteuerung weist insbesondere bevorzugt einen kabelgebundenen oder kabellosen Signaleingang zum Empfang von insbesondere elektrischen Signalen, wie beispielsweise Sensorsignalen, auf. Ferner besitzt eine Fahrzeugsteuerung ebenfalls bevorzugt einen kabelgebundenen oder kabellosen Signalausgang zur Übermittlung von insbesondere elektrischen Signalen, beispielsweise an elektrische Aktuatoren des Kraftfahrzeugs.
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Innerhalb der Fahrzeugsteuerung können sowohl Steuerungsoperationen wie auch Reglungsoperationen durchgeführt werden. Ganz besonders bevorzugt ist es, dass die Fahrzeugsteuerung eine Hardware umfasst, die ausgebildet ist, eine Software auszuführen. Bevorzugt umfasst die Fahrzeugsteuerung wenigstens einen elektronischen Prozessor zur Ausführung von in einer Software definierten Programmabläufen.
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Die Fahrzeugsteuerung kann ferner einen oder mehrere elektronische Speicher aufweisen, in denen die in den an die Fahrzeugsteuerung übermittelten Signalen enthaltenen Daten gespeichert und wieder ausgelesen werden können.
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Eine Fahrzeugsteuerung kann eine Mehrzahl von Steuergeräten umfassen, welche insbesondere räumlich getrennt voneinander im Kraftfahrzeug angeordnet sind. Steuergeräte werden auch als Electronic Control Unit (ECU) oder Electronic Control Module (ECM) bezeichnet und besitzen bevorzugt elektronische Mikrocontroller zur Durchführung von Rechenoperationen zur Verarbeitung von Daten, besonders bevorzugt mittels einer Software. Die Steuergeräte können bevorzugt miteinander vernetzt sein, so dass ein kabelgebundener und/oder kabelloser Datenaustausch zwischen Steuergeräten ermöglicht ist. Insbesondere ist es auch möglich, die Steuergeräte über im Kraftfahrzeug vorhandene Bus-Systeme, wie beispielsweise CAN-Bus oder LIN-Bus, miteinander zu vernetzen.
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Erfindungsgemäß werden die Signale, die die Winkelposition des Rotors an der jeweiligen Lagerstelle repräsentieren, durch den Winkelpositionssensor eines Wälzlagers erzeugt, und die die Winkelpositionen repräsentierenden Signale an die Fahrzeugsteuerung übermittelt. Die Fahrzeugsteuerung ermittelt aus der Differenz der Winkelpositionen das an dem entsprechenden Rotor anliegende Drehmoment und stellt das ermittelte Drehmoment zur Steuerung und/oder Reglung des Kraftfahrzeugs bereit. Beispielsweise kann das ermittelte Drehmoment dazu genutzt werden, zwei unabhängig voneinander auf die Fahrzeugräder einer Antriebsachse einwirkenden Elektromotoren, beispielsweise zur Vermeidung einer Gierung des Kraftfahrzeugs während einer Kurvenfahrt, zu vermeiden. Dies wird nachfolgend anhand der Ausführungsbeispiele noch näher erläutert werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der erste Elektromotor mit einem ersten Fahrzeugrad und einem zweiten Fahrzeugrad einer Fahrzeugachse wirkverbunden ist, so dass der erste Elektromotor das erste Fahrzeugrad und das zweite Fahrzeugrad antreibt. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass eine Steuerung einer Fahrzeugachse auf eine sehr einfache Weise mittels nur einem Elektromotor realisiert werden kann.
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Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass jede Fahrzeugachse jeweils über einen ersten Elektromotor und einen zweiten Elektromotor zum Antrieb jeweils eines Fahrzeugrads verfügen. Die vorteilhafte Wirkung dieser Ausgestaltung ist darin begründet, dass eine sehr genaue Steuerung der Fahrdynamik- und der Fahreigenschaften des Fahrzeugs realisierbar ist.
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Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass eine erste Fahrzeugachse über einen ersten Elektromotor und einen zweiten Elektromotor zum Antrieb jeweils eines Fahrzeugrads der ersten Fahrzeugachse verfügt und eine zweite Fahrzeugachse einen dritten Elektromotor zum Antrieb beider Fahrzeugräder der zweiten Fahrzeugachse aufweist. Hierdurch lässt sich die Steuerung der Fahreigenschaften des Kraftfahrzeugs weiter optimieren, da beide Fahrzeugachsen individuell hinsichtlich ihrer Drehmomente ansteuerbar sind.
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Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass der erste Elektromotor mit einem ersten Fahrzeugrad wirkverbunden ist und die Vorrichtung ferner einen zweiten Elektromotor mit einem zweiten Rotor aufweist, der mit dem zweiten Fahrzeugrad der Fahrzeugachse wirkverbunden ist, so dass der erste Elektromotor das erste Fahrzeugrad und der zweite Elektromotor das zweite Fahrzeugrad antreibt und, wobei der zweite Rotor in wenigstens zwei in Axialrichtung des Rotors voneinander beabstandete Wälzlager, nämlich einem dritten Wälzlager und einem vierten Wälzlager, drehbar gelagert ist, wobei das dritte Wälzlager einen dritten Winkelpositionssensor und das vierte Wälzlager einen vierten Winkelpositionssensor aufweist, welche jeweils ein Signal, das die Winkelposition des zweiten Rotors an der jeweiligen Lagerstelle repräsentiert, erzeugen, und das die Winkelpositionen repräsentierenden Signale an eine Fahrzeugsteuerung übermittelt werden, in der aus der Differenz der Winkelpositionen das an dem zweiten Rotor anliegende Drehmoment des zweiten Elektromotors bestimmt und zur Steuerung des Kraftfahrzeugs bereitgestellt wird. Es kann hierdurch erreicht werden, dass eine individuelle Erfassung der Drehmomente an jedem elektrisch angetriebenen Fahrzeugrad erfolgt und folglich auch jedes der Fahrzeugräder individuell hinsichtlich seiner Drehmomente gesteuert werden kann.
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Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass das erste Wälzlager und das zweite Wälzlager innerhalb des ersten Elektromotors angeordnet ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass sich eine besonders kompakte Elektromotoreneinheit ausgebildet ist.
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In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass das erste Wälzlager innerhalb des ersten Elektromotors und das zweite Wälzlager außerhalb des ersten Elektromotors, insbesondere in oder an einem Fahrzeugrad, angeordnet ist. Hierdurch kann erreicht werden, dass durch eine möglichst große axiale Beabstandung der Wälzlager mit ihrer Winkelpositionssensorik die Empfindlichkeit bzw. Genauigkeit der Drehmomentbestimmung verbessert wird.
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Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Fahrzeugachse ein Differentialgetriebe aufweist, über welches die Fahrzeugräder der Fahrzeugachse mit dem Elektromotor wirkverbunden sind. Der Vorteil, der sich hierdurch realisieren lässt ist, dass der Antrieb von zwei Fahrzeugrädern einer Fahrzeugachse mit einem Elektromotor realisierbar ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
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Es zeigt:
- 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung eines Drehmoments in einem Antriebsstrang eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs in einer schematischen Blockschaltdarstellung,
- 2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung eines Drehmoments in einem Antriebsstrang eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs in einer schematischen Blockschaltdarstellung,
- 3 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung eines Drehmoments in einem Antriebsstrang eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs in einer schematischen Blockschaltdarstellung, und
- 4 eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung eines Drehmoments in einem Antriebsstrang eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs in einer schematischen Blockschaltdarstellung.
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Die 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Bestimmung eines Drehmoments in einem Antriebsstrang 2 eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs 3. Die Vorrichtung 1 umfasst in der gezeigten Ausführungsform einen ersten Elektromotor 4 mit einem ersten Rotor 5, wobei der erste Rotor 5 in zwei in Axialrichtung des Rotors 5 voneinander beabstandeten Wälzlagern 6, nämlich einem ersten Wälzlager 9 und einem zweiten Wälzlager 10, drehbar gelagert ist. Der erste Rotor 5 des ersten Elektromotors 4 ist mit einem ersten Fahrzeugrad 7 wirkverbunden, so dass der erste Elektromotor 4 das erste Fahrzeugrad 7 antreibt.
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Das erste Wälzlager 9 besitzt einen ersten Winkelpositionssensor 8 und das zweite Wälzlager 10 einen zweiten Winkelpositionssensor 11, welche jeweils ein Signal 13, das die Winkelposition des ersten Rotors 5 an der jeweiligen Lagerstelle repräsentiert, erzeugen. Die die Winkelpositionen repräsentierenden Signale 13 werden an eine Fahrzeugsteuerung 12 übermittelt, in der aus der Differenz der Winkelpositionen das an dem ersten Rotor 5 anliegende Drehmoment des ersten Elektromotors 4 bestimmt und zur Steuerung des Kraftfahrzeugs 3 bereitgestellt wird.
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Die Vorrichtung 1 weist ferner einen zweiten Elektromotor 16 mit einem zweiten Rotor 17 auf, der mit dem zweiten Fahrzeugrad 14 der Fahrzeugachse 15 wirkverbunden ist, so dass der erste Elektromotor 4 das erste Fahrzeugrad 7 und der zweite Elektromotor 16 das zweite Fahrzeugrad 14 unabhängig voneinander antreiben. Der zweite Rotor 17 ist ebenfalls in zwei in Axialrichtung des Rotors 17 voneinander beabstandeten Wälzlagern 18, nämlich einem dritten Wälzlager 19 und einem vierten Wälzlager 20, drehbar gelagert. Auch das dritte Wälzlager 19 besitzt einen (dritten) Winkelpositionssensor 21 und das vierte Wälzlager 20 einen vierten Winkelpositionssensor 22, welche jeweils ein Signal 13, das die Winkelposition des zweiten Rotors 17 an der jeweiligen Lagerstelle repräsentiert, erzeugen. Die die Winkelpositionen repräsentierenden Signale 13 werden ebenfalls an die Fahrzeugsteuerung 12 übermittelt, in der aus der Differenz der Winkelpositionen das an dem zweiten Rotor 17 anliegende Drehmoment des zweiten Elektromotors 16 bestimmt und zur Steuerung des Kraftfahrzeugs 3 bereitgestellt wird.
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Wie in der 1 dargestellt, verfügt in der gezeigten Ausführungsform die Fahrzeugachse 15 jeweils über einen ersten Elektromotor 4 und einen zweiten Elektromotor 16 zum Antrieb jeweils eines Fahrzeugrads 7,14. Es versteht sich, dass analog zur gezeigten Ausführung, eine zweite Fahrzeugachse vorhanden sein kann, die ebenfalls über individuell elektrisch antreibbare Fahrzeugräder verfügt.
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In der Figur ist ferner gezeigt, dass das erste Wälzlager 9 und das zweite Wälzlager 10 innerhalb des ersten Elektromotors 4 angeordnet sind. Gleiches gilt analog für den zweiten Elektromotor 16.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Bestimmung eines Drehmoments in einem Antriebsstrang 2 eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs 3, bei der die beiden Fahrzeugräder 7,14 einer Fahrzeugachse 15 mittels eines Elektromotors 4 angetrieben sind. Der erste Elektromotor 4 ist mit einem ersten Fahrzeugrad 7 und einem zweiten Fahrzeugrad 14 einer Fahrzeugachse 15 wirkverbunden ist, so dass der erste Elektromotor 4 das erste Fahrzeugrad 7 und das zweite Fahrzeugrad 14 antreibt. Dies wird dadurch realisiert, indem die Fahrzeugachse ein Differentialgetriebe 24 aufweist, über welches die Fahrzeugräder 7,14 der Fahrzeugachse 15 mit dem Elektromotor 4 wirkverbunden sind. Wie aus dem Ausführungsbeispiel der 1 bereits bekannt, ist der Rotor 5 in den mit Winkelpositionssensoren 8,11 ausgerüsteten Wälzlagern 9,10 gelagert, so dass eine Bestimmung des an dem Rotor 5 anliegenden Drehmoments über die Fahrzeugsteuerung 12 ermöglichst ist. Wie in der Ausführungsform der 1 sind auch in der in 2 gezeigten Konfiguration die Wälzlager 9,10 innerhalb des Elektromotors 4 angeordnet.
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Die 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Bestimmung eines Drehmoments in einem Antriebsstrang 2 eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs 3, bei der eine erste Fahrzeugachse 15 über einen ersten Elektromotor 4 und einen zweiten Elektromotor 16 zum Antrieb jeweils eines Fahrzeugrads 7,14 der ersten Fahrzeugachse 15 verfügt und eine zweite Fahrzeugachse 23 einen dritten Elektromotor 25 zum Antrieb beider Fahrzeugräder 31,32 der zweiten Fahrzeugachse 23 aufweist. Die drei Rotoren 5,17,26 sind jeweils über mit Winkelpositionssensoren 8,11,21,22,29,30 versehene Wälzlager 9,10,19,20,27,28 gelagert, so dass an allen der drei Rotoren 5,17,26 das jeweils vorhandene Drehmoment - wie in den Ausführungsbeispielen zur 1 und 2 bereits erläutert - individuell bestimmbar ist.
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Die 3 zeigt eine weitere mögliche Anordnung der Wälzlager bei der das erste Wälzlager 18 innerhalb des ersten Elektromotors 16 und das zweite Wälzlager 19 außerhalb des ersten Elektromotors 16 an einem Fahrzeugrad, angeordnet sind. Weitere Möglichkeiten der Anordnung der Wälzlager sind in der 4 skizziert. Hier ist beispielsweise bei dem Elektromotor 25 das Wälzlager 27 innerhalb des Fahrzeugrads 32 positioniert.
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Selbstverständlich ist es möglich, die Anordnung der Wälzlager zwischen den gezeigten Ausführungsbeispielen frei miteinander zu kombinieren.
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4 zeigt schließlich eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Bestimmung eines Drehmoments in einem Antriebsstrang 2 eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs 3, bei der jedes Fahrzeugrad 7,14,31,32 individuell von einem Elektromotor 4,16,25,33 betreibbar ist. Die Konfiguration der Fahrzeugachse 15 ist bereits aus der 1 bekannt, so dass hierauf nicht näher eingegangen werden muss. Gezeigt ist in der 4 auch, dass ein Elektromotor 33 als ein Radnabenmotor konfiguriert sein kann, der innerhalb bzw. an dem Fahrzeugrad 31 angeordnet ist.
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Alle Rotoren 5,17,26,34 sind in der gezeigten Ausführungsform in Wälzlagern gelagert, von denen jeweils wenigstens zwei Wälzlager einen Winkelpositionssensor aufweisen, so dass das an den Rotoren 5,17,26,34 anliegende Drehmoment bestimmbar ist.
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Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Antriebsstrang
- 3
- Kraftfahrzeugs
- 4
- Elektromotor
- 5
- Rotor
- 6
- Wälzlager
- 7
- Fahrzeugrad
- 8
- Winkelpositionssensor
- 9
- Wälzlager
- 10
- Wälzlager
- 11
- Winkelpositionssensor
- 12
- Fahrzeugsteuerung
- 13
- Signal
- 14
- Fahrzeugrad
- 15
- Fahrzeugachse
- 16
- Elektromotor
- 17
- Rotor
- 18
- Wälzlager
- 19
- Wälzlager
- 20
- Wälzlager
- 21
- Winkelpositionssensor
- 22
- Winkelpositionssensor
- 23
- Fahrzeugachse
- 24
- Differentialgetriebe
- 25
- Elektromotor
- 26
- Rotor
- 27
- Wälzlager
- 28
- Wälzlager
- 29
- Winkelpositionssensor
- 30
- Winkelpositionssensor
- 31
- Fahrzeugrad
- 32
- Fahrzeugrad
- 33
- Elektromotor
- 34
- Rotor
- 35
- Wälzlager
- 36
- Wälzlager
- 37
- Winkelpositionssensor
- 38
- Winkelpositionssensor
