DE102020215395A1

DE102020215395A1 - E-Achsen-Modul

Info

Publication number: DE102020215395A1
Application number: DE102020215395.7A
Authority: DE
Inventors: Simon Trautmann; Laszlo Boros; Simon Peter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-12-07
Filing date: 2020-12-07
Publication date: 2022-06-09

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein E-Achsen-Modul (50) mit einer elektrischen Maschine (52), einer Bremseinheit (54), einem Getriebe (56) und einem variablen Differenzialgetriebe (58) mit einer Parksperrenfunktionalität (60). Eine radindividuelle Verteilung von Antriebs- und Bremsmomenten erfolgt durch mindestens eine Dissipationseinheit (74), welche einem der Zahnräder (64, 66, 68, 70), einem Differenzialkäfig (72) oder einer Abtriebswelle (80, 82) des variablen Differenzialgetriebes (58) zugeordnet ist. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des E-Achsen-Moduls (50) in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein E-Achsen-Modul mit einer elektrischen Maschine, einer Bremseinheit, einem Getriebe und einem variablen Differenzialgetriebe mit einer Parksperrenfunktionalität. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des E-Achsen-Moduls im Antriebsstrang eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, insbesondere mit Heckantrieb.
Stand der Technik
DE 10 2012 201 577 A1 bezieht sich auf einen elektrischen Antriebsstrang für eine lenkbare Achse eines Kraftfahrzeugs. Hier wird ein derartiger Antriebsstrang vorgeschlagen, der eine zentrale elektrische Maschine mit einem Differenzial umfasst. Zusätzlich kann am Antriebsstrang ein Untersetzungsgetriebe angeordnet werden. In einem Achsmodul des Antriebsstrangs sind mehrere Funktionalitäten in einem Modulgehäuse zentral zusammengefasst.
DE 10 2014 013 810 A1 offenbart eine Hybrid-Antriebseinheit für ein Fahrzeug. Die Antriebseinheit umfasst eine elektrische Maschine sowie ein Getriebe, welches auch als Differenzialgetriebe ausgebildet sein kann. Die Antriebseinheit dient neben weiteren Funktionen auch zum Abbremsen des Fahrzeugs, wobei die kinetische Energie des Fahrzeugs durch die elektrische Maschine im Generatorbetrieb der elektrischen Maschine wieder rekuperiert wird.
Bei konventionellen, in der Regel mit Heckantrieb ausgestatteten Elektrofahrzeugen wird die Longitudinaldynamik, d. h. Beschleunigungsvorgänge, Bremsvorgänge sowie das Stillstandsmanagement, durch verschiedene dezentral angeordnete Komponenten realisiert. So erfolgt der Antrieb beispielsweise in der Regel über eine Kombination aus Motor und Getriebe. Das Antriebsmoment, welches erzeugt wird, wird in der Regel mittels eines Differenzialgetriebes auf die angetriebenen Räder verteilt. Mittels hydraulisch betätigter Scheiben oder Trommelbremsen wird die Betriebsbremse an den jeweiligen Rädern des Fahrzeugs dargestellt.
Der Stillstand eines derartigen Fahrzeugs wird typischerweise durch zusätzliche elektromechanische Aktuatoren an den Rädern sichergestellt. Zudem besitzen derartige Fahrzeuge in der Regel meist eine Parksperre, d. h. eine Sperrvorrichtung im Getriebe, die beispielsweise durch eine Klinke dargestellt wird, welche den Antriebsstrang blockiert und ein Wegrollen des Fahrzeugs verhindert. Neben den oben dargestellten Kernfunktionen können die Radbremsen an den einzelnen Rädern zusätzliche Aufgaben im Rahmen der Fahrdynamikregelung übernehmen, wozu beispielsweise eine radindividuelle Bremsmomentenverteilung zur Fahrzeugstabilisierung (ESP/ABS) zu zählen ist oder eine Traktionskontrolle (TCS).
Darstellung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein E-Achsen-Modul vorgeschlagen, welches eine elektrische Maschine, eine Bremseinheit, ein Getriebe und ein variables Differenzialgetriebe sowie eine Parksperrenfunktionalität aufweist. Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen E-Achsen-Modul erfolgt eine radindividuelle Verteilung von Antriebs- und Bremsmomenten durch mindestens eine Dissipationseinheit, welche einem der Zahnräder oder dem Differenzialkäfig oder einer Abtriebswelle des variablen Differenzialgetriebes zugeordnet ist.
Durch eine derartige Konfiguration des E-Achsen-Moduls können alle Longitudinaldynamikfunktionen - einschließlich von durch die Bremsen übernommenen Fahrdynamikfunktionen - zentralisiert werden, wodurch sich ein achszentrales Modul realisieren lässt. Prinzipbedingt ergibt sich an den Rädern, in diesem Falle an den Rädern der Hinterachse, der Vorteil, dass keine Bremsen notwendig sind.
In vorteilhafter Weiterbildung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist an dem E-Achsen-Modul mindestens eine Dissipationseinheit vorgesehen, die als elektromechanisch oder hydraulisch aktuierte Reibkupplung oder als Viskokupplung beschaffen sein kann. Auch andere Ausführungsvarianten der Dissipationseinheit sind möglich.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen E-Achsen-Moduls umfasst die mindestens eine Dissipationseinheit mindestens eine Dissipationsscheibe und einen diese teilweise oder ganz umschließenden Dissipationskäfig. Auf dem Wege der Aktuierung der Dissipationseinheit lässt sich so beispielsweise ein zusätzliches Differenzmoment zwischen den beiden Rädern erzeugen.
Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen E-Achsen-Modul wird bei der Abbremsung eines der Zahnräder relativ zu einem anderen der Zahnräder und relativ zu einem Differenzialkäfig ein zusätzliches Differenzmoment erzeugt, wodurch die Fahrdynamik des mit dem erfindungsgemäßen E-Achsen-Modul ausgestatteten Fahrzeugs erheblich verbessert werden kann.
Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen E-Achsen-Modul kann beispielsweise ein erstes Zahnrad durch entsprechende Aktuierung der Dissipationseinheit gegen den Differenzialkäfig abgebremst werden. Alternativ besteht die Möglichkeit, beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen E-Achsen-Modul ein erstes Zahnrad mittels der Dissipationseinheit gegen ein beispielsweise gegenüberliegendes zweites Zahnrad des variablen Differenzialgetriebes abzubremsen.
In einer weitergehenden Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen E-Achsen-Moduls ist mindestens einer der Abtriebswellen oder beiden Abtriebswellen des variablen Differenzialgetriebes jeweils eine zusätzliche Bremse zugeordnet. Diese Bremsen werden direkt am Differentialausgang angebracht und sind primär auf die Erzeugung eines Differenzmoments zwischen den Rädern der Hinterachse ausgelegt. Am erfindungsgemäß vorgeschlagenen E-Achsen-Modul kann zur Aktuierung der Parksperrenfunktionalität entweder derart vorgegangen werden, dass beide Räder an beiden Abtriebsachsen blockiert werden oder nur eines der beiden an den Abtriebsachsen vorgesehenen Räder blockiert wird. Alternativ besteht die Möglichkeit, das variable Differenzialgetriebe an sich zu blockieren, beispielsweise mithilfe einer Parksperren- oder einer anderen mechanischen Blockierlösung.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene E-Achsen-Modul ist so ausgestaltet, dass die Zahnräder des variablen Differenzialgetriebes als miteinander kämmende Kegelräder ausgeführt sind, die in einem Differenzialkäfig aufgenommen sind, der ein durch eine Antriebswelle angetriebenes Differenzialrad aufweist.
Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des E-Achsen-Moduls in einem Antriebsstrang eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, insbesondere eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs mit Heckantrieb.
Vorteile der Erfindung
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann über ein zentral vorgesehenes E-Achsen-Modul neben dem Antrieb des Fahrzeugs über eine Kombination aus Motor und Getriebe, neben der Momentenverteilung des Antriebs über ein Differenzialgetriebe an die Räder, neben der Darstellung einer Betriebsbremse und neben der Stillstandsfunktion auch eine radindividuelle Bremsmomentenverteilung zur Fahrzeugstabilisierung (ESP/ABS) sowie eine Traktionskontrolle (TCS) realisiert werden.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung können die obenstehend aufgezählten Funktionen in einem achszentral montierbaren Modul gebündelt werden. Die Topologie des erfindungsgemäß vorgeschlagenen E-Achsen-Moduls eignet sich insbesondere für Elektrofahrzeuge mit Heckantrieb.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung erfolgt die Zentralisierung aller Funktionen für die Longitudinaldynamik inklusive der durch die Bremsen übernommenen Fahrdynamik in Funktionen durch ein achszentral angeordnetes Modul. Dadurch kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass an den Rädern der Hinterachse bei Heckantrieb theoretisch keine Bremsen mehr erforderlich sind. Es lässt sich in vorteilhafter Weise eine Plug-and-Play-Lösung für die vorstehend erwähnten Funktionen Beschleunigung, Bremsen, Stillstandsmanagement, Bremsmomentenverteilung und Traktionskontrolle realisieren. Es lässt sich durch die optimale Abstimmung der Einzelfunktionen ein gemeinsames Redundanzkonzept realisieren; des Weiteren sticht hervor, dass nur ein gemeinsames Steuergerät für alle Komponenten erforderlich ist.
Im erfindungsgemäß vorgeschlagenen E-Achsen-Modul erzeugt die in diesem enthaltene E-Maschine im Antriebsfall ein Motormoment Mmot bei der Motordrehzahl nmot, welche gegebenenfalls durch das Getriebe mit der Übersetzung i_G verstärkt wird, wodurch sich die Drehzahl reduziert.
Die Betriebsbremse wird hauptsächlich durch regeneratives Bremsen mit der elektrischen Maschine im Generatorbetrieb betrieben dargestellt. In den Fällen, in denen keine Rekuperation möglich ist oder die Leistung der elektrischen Maschine nicht ausreichend ist, wird die elektrische Maschine im Generatorbetrieb durch das integrierte Bremsmodul unterstützt. Die Verteilung des Brems- und Antriebsmoments auf das rechte beziehungsweise linke Rad erfolgt ausschließlich über das variable, d. h. regelbare, Differenzialgetriebe.
Im Gesamtsystem Antriebsstrang sind zwei Freiheitsgrade vorgesehen, da die übersetzte Motordrehzahl und die Raddrehzahl miteinander durch das Differenzialgetriebe gekoppelt sind. Deshalb ist es zum sicheren Stillstandsmanagement notwendig, zwei Freiheitsgrade im Antriebsstrang zu blockieren, was entweder durch eine Sperre im Differenzialgetriebe an sich oder ausschließlich durch Sperren beziehungsweise Bremsen am Differenzial dargestellt werden kann.
In vorteilhafter Weise kann durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ein konventionelles offenes Differentialgetriebe mit leichten Modifikationen in Gestalt des Vorsehens einer steuerbaren Dissipationseinheit eingesetzt werden. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung können die Grenzen konventioneller Topologien mit offenen Differenzialgetrieben verschoben werden, da durch den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Einsatz mindestens einer Dissipationseinheit das Abbremsen einzelner Komponenten, beispielsweise miteinander kämmender Zahnräder beziehungsweise Kegelräder des variablen Differenzialgetriebes, erreicht werden kann, sodass ein zusätzliches Differenzmoment zwischen den beiden durch das Differenzialgetriebe jeweils angetriebenen Rädern erzeugt werden kann. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass bei wichtigen Anwendungsfällen, so zum Beispiel das Anfahren oder das Bremsen auf einseitig glatter Fahrbahn jeweils das schnellere Rad abgebremst wird. Im Gegensatz zu konventionell eingesetzten Topologien von E-Achsen-Modulen, bei denen an jedem Rad das gesamte erforderliche Bremselement erzeugt werden muss, kann bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung lediglich die Momentendifferenz zwischen den Rädern dargestellt werden, was wiederum eine wesentlich kleinere, leichtere und schwächere Ausführung und damit kostengünstigere Realisierung dieser Funktionalitäten in einem zentralen Modul ermöglicht.
Figurenliste
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigen:

1 eine konventionelle Fahrzeugtopologie mit E-Achse, Scheibenbremsen inklusive Parkbremse,
2 eine Fahrzeugtopologie mit zentralem E-Achsen-Modul,
3 eine Ausführungsvariante eines offenen Differenzialgetriebes,
4 eine dem Differenzialkorb zugeordnete Dissipationseinheit,
5 eine zwei gegenüberliegenden Zahnrädern des Differenzialgetriebes zugeordnete Dissipationseinheit,
6 eine dem Differenzialbetrieb zugeordnete Dissipationseinheit und
7 jeweils eine zusätzliche Bremse am Differenzialausgang, die einer jeden der durch das variable Differenzialgetriebe angetriebenen Abtriebswellen zugeordnet ist.

1 zeigt ein Elektrofahrzeug 10 mit Fahrgastzelle 12 und einer rückwärtigen Struktur 14. An der Vorderachse 16 befinden sich Vorderräder, die lenkbar sind und jeweils durch eine Radbremse VR, vgl. Position 18, und eine Radbremse VL, vgl. Position 20, gebremst werden. An der Hinterachse 22 des Elektrofahrzeugs 10 gemäß der schematischen Darstellung in 1 befinden sich eine Radbremse HR, vgl. Position 24, sowie eine Radbremse HL, vgl. Position 26. Im vorderen Teil des Fahrzeugs befindet sich eine Hydraulik 28, ferner Steuereinheiten nämlich ECU 1, vgl. Position 30, ECU 2, vgl. Position 32, sowie eine ESP-Einheit, vgl. Position 34.
Im rückwärtigen Teil des Elektrofahrzeugs 10 insbesondere innerhalb der rückwärtigen Struktur 14 ist eine Motor-/Getriebeeinheit 36 untergebracht. Über Hydraulikleitungen 38 werden die Radbremsen 18, 20, 24, 26 beaufschlagt; Position 40 bezeichnet Signalleitungen 40, die sich von den Steuereinheiten ECU 130, ECU 2 32 jeweils zu den Rädern des Elektrofahrzeugs 10 erstrecken.
Beispielhaft herausgegriffen sei ein Hydraulikschlauch HR 42, der zum rechten Hinterrad verläuft, sowie eine dort angeordnete Radbremse HR, vgl. Position 46, sowie ein dem rechten Hinterrad zugeordneter Drehzahlfühler HR, vgl. Position 46.
Ausführungsformen der Erfindung
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
2 zeigt ein erfindungsgemäßes E-Achsen-Modul 50, welches eine elektrische Maschine 52 umfasst. Des Weiteren sind im E-Achsen-Modul eine Bremseinheit 54 enthalten sowie ein mit dieser gekoppeltes Getriebe 56. Das E-Achsen-Modul 50 enthält darüber hinaus ein variables Differenzialgetriebe 58, an welchem eine Parkfunktionalität 60 realisiert ist.
Am Eingang des Getriebes 56 liegen die Drehzahl der elektrischen Maschine nmot sowie ein dieser entsprechendes Moment Mmot an. Abtriebsseitig liegt am Getriebe 56 eine Drehzahl n_mot/i_G an, ferner ein Abtriebsmoment M_mot · i_G. Die Abtriebswellen 80, 82, die sich vom variablen Differenzialgetriebe 58 aus erstrecken, werden mit Drehzahlen n_R1, n_R2 sowie mit Abtriebsmomenten M_R1 und M_R2 angetrieben. Die Abtriebswellen 80, 82 erstrecken sich vom variablen Differenzialgetriebe 58 zu den die Radbremsen 24, 26 aufweisenden Hinterrädern eines mit Heckantrieb angetriebenen Elektrofahrzeugs 10.
Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen E-Achsen-Modul 50 erzeugt die elektrische Maschine 52 im Antriebsfall ein Motormoment Mmot bei einer Motordrehzahl von nmot, welches durch das Getriebe 56 mit einer Übersetzung i_G verstärkt wird, wodurch sich die Drehzahl reduziert. Hierdurch wird die Antriebsfunktion dargestellt.
Die Betriebsbremse wird hauptsächlich durch regeneratives Bremsen mit der elektrischen Maschine 52 dargestellt, wenn diese im Generatormodus betrieben wird. In Fällen, in denen keine Rekuperation möglich ist oder die Leistung der elektrischen Maschine 52 nicht ausreicht, wird die elektrische Maschine 52 durch die integrierte Bremseinheit 54 unterstützt. Hierdurch wird das Bremsen des Fahrzeugs dargestellt.
Eine Verteilung des Brems-/und Antriebsmoments auf das rechte beziehungsweise das linke Rad erfolgt über das variable Differenzialgetriebe 58. Dadurch wird die Momentenübertragung dargestellt, eine radindividuelle Bremsmomentenverteilung zur Fahrzeugstabilisierung im Rahmen von ESP und ABS-Regelsystemen ermöglicht sowie gegebenenfalls eine Traktionskontrolle dargestellt.
Das Gesamtsystem Antriebsstrang besitzt zwei Freiheitsgrade, da die übersetzte Motordrehzahl n_mot/i_G und die Raddrehzahl miteinander durch das variable Differenzialgetriebe 58 gekoppelt sind. Zum Stillstandsmanagement ist es notwendig, zwei Freiheitsgrade im Antriebsstrang zu blockieren. Dies kann entweder durch eine Kombination aus der Bremseinheit 54 und einer Sperre im variablen Differenzialgetriebe 58 dargestellt werden oder ausschließlich durch die Sperrung beziehungsweise das Bremsen am offenen Differenzialgetriebe 62 realisiert werden.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines offenen Differenzialgetriebes 62.
Das in 3 in schematischer Weise dargestellte offene Differenzialgetriebe 62 wird eingangsseitig über eine Antriebswelle 56 mit einem Moment beaufschlagt, welches sich aus dem Motormoment der elektrischen Maschine 52 Mmot und einem entsprechenden Übersetzungsverhältnis des Getriebes 56 i_G ergibt. Eingangsseitig wird die Antriebswelle 76 mit Mmot · i_G beziehungsweise n_mot/i_G angetrieben. Die Antriebswelle 76 wirkt auf ein Differenzialrad 78, welches mit einem Differenzialkäfig 72 des offenen Differenzialgetriebes 62 gekoppelt ist. Dieses wird durch miteinander kämmende Zahnräder 64, 66, 68, 70 gebildet, welche im vorliegenden Ausführungsbeispiel als erstes Kegelrad 64, zweites Kegelrad 66, drittes Kegelrad 68 und viertes Kegelrad 70 ausgeführt sind. Ausgangsseitig sind am offenen Differenzialgetriebe 62 gemäß der schematischen Darstellung in 3 eine erste Abtriebswelle 80 und eine zweite Abtriebswelle 82 vorgesehen, die mit den Drehzahlen n_R1, n_R2 beziehungsweise den Momenten M_R1 und M_R2 beispielsweise zu den nicht dargestellten Hinterrädern eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs verlaufen.
Der Darstellung gemäß 4 ist ein variables Differenzialgetriebe 58 zu entnehmen.
Das in 4 dargestellte variable Differenzialgetriebe 58 umfasst neben dem miteinander kämmenden ersten Kegelrad 64, zweiten Kegelrad 66, dritten Kegelrad 68 sowie dem vierten Kegelrad 70 den Differenzialkäfig 72 auf, an dem das Differenzialrad 78 angebracht ist, welches über die Antriebswelle 76 mit einem Moment Mmot · i_G beziehungsweise einer Drehzahl n_mot/i_G angetrieben ist. Durch die in 4 dargestellte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen E-Achsen-Moduls 50 kann eine Modifikation eines variablen Differenzialgetriebes 58 dahingehend erreicht werden, dass beispielsweise das vierte Kegelrad 70 mittels einer diesem zugeordneten Dissipationseinheit 74 eine Dissipationsscheibe 84 und einen Dissipationskäfig 86 umfassend gegen den Differenzialkäfig 72 bewegt werden kann. Dadurch kann ein zusätzliches Differenzmoment innerhalb des variablen Differenzialgetriebes 58 erzeugt werden.
Am variablen Differenzialgetriebe 58 sind darüber hinaus die Abtriebswellen 80, 82 vorgesehen, die mit Drehzahlen n_R1, n_R2 sowie mit Abtriebsmomenten M_R1, M_R2 beaufschlagt sind und die in 4 nicht dargestellten Räder, beispielsweise die Hinterräder eines Elektrofahrzeugs 10, antreiben. Es besteht die Möglichkeit, wie in 5 dargestellt, auch das erste Kegelrad 64 und das zweite Kegelrad 66 in Bezug aufeinander abzubremsen, falls die Dissipationseinheit 74 zwischen diesen beiden im variablen Differenzialgetriebe 58 einander gegenüberliegenden Antriebskomponenten angeordnet ist. Auch in dieser Ausführungsvariante ist die Dissipationsscheibe 84 teilweise oder vollständig vom Dissipationskäfig 86 umgeben.
Auch in der in 5 dargestellten Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen E-Achsen-Moduls 50 mit mindestens einer Dissipationseinheit 74 wird die Antriebswelle 76 mit dem Moment Mmot · i_G beziehungsweise der Drehzahl n_mot/i_G angetrieben. Über das Differenzialrad 78 erfolgt der Antrieb des Differenzialkäfigs 72. Ausgangsseitig liegen an den Abtriebswellen 80, 82 die Drehzahlen n_R1, n_R2 an, ferner die Abtriebsmomente M_R1, M_R2 mit denen die Räder des Elektrofahrzeugs 10 angetrieben werden.
Der Darstellung gemäß 6 ist eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen E-Achsen-Moduls zu entnehmen. Gemäß dieser Ausführungsvariante wird ein zusätzliches Differenzmoment innerhalb des variablen Differenzialgetriebes 58, hier ausgebildet als offenes Differenzialgetriebe 62, dadurch erzeugt, dass die Dissipationseinheit 74 in der Ausführungsvariante gemäß 6 zwischen dem ersten Kegelrad 64 und dem Differenzialkäfig 72 angeordnet ist.
Auch in dieser Ausführungsvariante weist die Dissipationseinheit 74 im einfachsten Falle mindestens eine Dissipationsscheibe 84 auf, die ganz oder teilweise von einem Dissipationskäfig 86 umgeben ist.
Die in den Ausführungsvarianten gemäß 4, 5 und 6 dargestellte mindestens eine Dissipationseinheit 74 kann beispielsweise als elektromechanisch oder hydraulisch aktuierte Reibkupplung ausgebildet sein. Auch eine Ausführungsvariante der regel- beziehungsweise steuerbaren Dissipationseinheit 74 als Viskokupplung ist möglich.
Durch die in den 4, 5 und 6 dargestellten Ausführungsvarianten des variablen Differenzialgetriebes 58, welches in das erfindungsgemäß vorgeschlagene E-Achsen-Modul 50 integriert ist, können Anwendungsfälle, wie beispielsweise das Anfahren oder das Bremsen auf einseitig glatter Fahrbahn, ermöglicht werden, wo jeweils das schneller drehende der beiden mit dem offenen Differenzialgetriebe 62 verbundenen Räder abzubremsen ist.
Im Gegensatz zu konventionellen, bisher eingesetzten Topologien, bei denen an jedem Rad das gesamte erforderliche Bremsmoment erzeugt werden muss, muss beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen E-Achsen-Modul 50 mit einem variablen Differentialgetriebe 58 mit mindestens einer Dissipationseinheit 74 lediglich die Momentendifferenz zwischen den Rädern, die über die Abtriebswellen 80, 82 angetrieben werden, dargestellt werden, was eine wesentlich kleinere und schwächere Ausführung und damit erheblich gewichtsreduziertere Ausführungsmöglichkeiten bietet.
8 zeigt eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung, bei der an einem variablen Differenzialgetriebe 58, ausgebildet als offenes Differenzialgetriebe 62, eine Modifikation dahingehend vorgesehen ist, dass an den beiden abtriebsseitig vom variablen Differenzialgetriebe 58 abgehenden Abtriebswellen 80, 82 jeweils zusätzliche Bremsen 88, 90 dargestellt sind.
Im einfachsten Falle sind diese zusätzlichen Bremsen 88, 90 so ausgebildet, dass diese eine fest mit den Abtriebswellen 80, 82 montierte Bremsscheibe beaufschlagen und dadurch die jeweiligen Drehzahlen n_R1, n_R2 oder die Abtriebsmomente M_R1, M_R2 beeinflussen. In der in 8 dargestellten weiteren Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung besteht die Möglichkeit, die beiden Abtriebswellen 80, 82, die sich zu den angetriebenen Rädern des Elektrofahrzeugs 10 erstrecken, individuell abzubremsen. In einer vorteilhaften, besonders kompakten Ausführung können die Bremsen 88, 90 direkt am Differentialausgang angebracht werden.
Im Gegensatz zur konventionellen Topologie, bei der an einem jeden Rad das gesamte erforderliche Bremsmoment erzeugt werden muss, kann bei der Realisierung des E-Achsen-Moduls 50 mit variablem Differenzialgetriebe 58 und mindestens einer Dissipationseinheit 74 die Momentendifferenz zwischen den angetriebenen Rädern dargestellt werden, was auch in diesem Falle eine wesentlich kleinere, kostengünstigere und gewichtsgünstigere Ausführung der Bremsen im Vergleich zu bisherigen Auslegungstopologien ermöglicht. Dies hat seine Ursache darin, dass ein Großteil der Bremswirkung am Elektrofahrzeug 10 durch die Bremseinheit 54 beziehungsweise im Falle des Bremsens beim Betrieb der elektrischen Maschine 52 im Generatormodus dargestellt wird.
In einer weiteren zeichnerisch nicht dargestellten Ausführungsvariante besteht die Möglichkeit, das variable Differenzialgetriebe 58 als ein Torque-Vectoring-Differenzial auszubilden, welches bevorzugt in Sportfahrzeugen oder Geländewagen zum Einsatz kommt, um die Funktionalität einer radindividuellen Bremsmomentenverteilung zur Fahrzeugstabilisierung (ESP, ABS) sowie eine Traktionskontrolle (TCS) darzustellen.
Für die Realisierung einer Parksperrenfunktionalität 60 am variablen Differenzialgetriebe 58 des erfindungsgemäß vorgeschlagenen E-Achsen-Moduls 50 werden in der Regel zwei Freiheitsgrade im Antriebsstrang gesperrt.
Bei einer Bremseinheit 54 im erfindungsgemäßen E-Achsen-Modul 50 kann durch die Bremseinheit 54 ein Freiheitsgrad gesperrt werden, nämlich nmot = 0. Dies kann beispielsweise gelten für den Fall, dass für die Aktuierung der Bremseinheit 54 ein selbsthemmender Aktor verwendet wird, der beispielsweise ein Schneckengetriebe aufweist. Alternativ besteht die Möglichkeit, den Aktor der Bremseinheit 54 durch eine Klinke zu blockieren. Um ein sicheres Stillstandsmanagement, d. h. Parken, des Elektrofahrzeugs 10 zu gewährleisten, ist dann zusätzlich das variable Differenzialgetriebe 58 zu blockieren, d. h. n_R1 = n_R2. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, lediglich ein Rad zu blockieren, d. h. entweder n_R1 = 0 oder n_R2 = 0. Dies kann beispielsweise durch die in den 4, 5 und 6 dargestellten Ausführungsvarianten des variablen Differenzialgetriebes 58 dargestellt werden.
Eine andere Möglichkeit zum Stillstandsmanagement, d. h. zum sicheren Parken eines Elektrofahrzeugs, besteht darin, beide durch das variable Differenzialgetriebe 58 angetriebenen Räder zu blockieren, d. h. n_R1 = 0 beziehungsweise n_R2 = 0, was beispielsweise durch die in 8 dargestellte Ausführungsvariante dargestellt werden kann.
Die vorliegende Erfindung wird insbesondere in vorteilhafter Weise an Elektrofahrzeugen verwendet, insbesondere an solchen Elektrofahrzeugen, die über einen Heckantrieb angetrieben werden.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012201577 A1 [0002]
DE 102014013810 A1 [0003]

Claims

E-Achsen-Modul (50) mit einer elektrischen Maschine (52), einer Bremseinheit (54), einem Getriebe (56) und einem variablen Differenzialgetriebe (58) mit einer Parksperrenfunktionalität (60), dadurch gekennzeichnet, dass eine radindividuelle Verteilung von Antriebs- und Bremsmomenten durch mindestens ein Dissipationselement (74) erfolgt, welches einem der Zahnräder (64, 66, 68, 70) oder dem Differenzialkäfig oder einer Abtriebswelle (80, 82) des variablen Differenzialgetriebes (58) zugeordnet ist.
E-Achsen-Modul (50) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Dissipationseinheit (74) als elektromechanisch oder hydraulisch aktuierte Reibkupplung oder als Viskokupplung ausgeführt ist.
E-Achsen-Modul (50) gemäß den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Dissipationseinheit (74) mindestens eine Dissipationsscheibe (84) und einen Dissipationskäfig (86) umfasst.
E-Achsen-Modul (50) gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Abbremsung eines der Zahnräder (64, 66, 68, 70) relativ zu einem anderen der Zahnräder (64, 66, 68, 70) oder relativ zu einem Differenzialkäfig (72) ein zusätzliches Differenzmoment erzeugt wird.
E-Achsen-Modul (50) gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Zahnrad (64) mittels der Dissipationseinheit (74) gegen den Differenzialkäfig (72) abgebremst wird.
E-Achsen-Modul (50) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Zahnrad (64) mittels der Dissipationseinheit (74) gegen ein zweites Zahnrad (66) abgebremst wird.
E-Achsen-Modul (50) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer Abtriebswelle (80, 82) oder beiden Abtriebswellen (80, 82) des variablen Differenzialgetriebes (58) jeweils eine zusätzliche Bremse (88, 90) zugeordnet ist.
E-Achsen-Modul (50) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aktuierung der Parksperrenfunktionalität (60) entweder beide den beiden Abtriebswellen (80, 82) zugeordneten Räder blockiert werden oder eines der beiden den beiden Abtriebswellen (80, 82) zugeordneten Räder blockiert wird oder das variable Differenzialgetriebe (58) in toto blockiert wird.
E-Achsen-Modul (50) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnräder (64, 66, 68, 70) des variablen Differenzialgetriebes (58) als miteinander kämmende Kegelräder ausgeführt sind, die in einem Differenzialkäfig (72) aufgenommen sind, der ein durch eine Antriebswelle (76) angetriebenes Differenzialrad (78) aufweist.
Verwendung des E-Achsen-Moduls (50) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 im Antriebsstrang eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, insbesondere mit Heckantrieb.