DE102020216248A1 - Method for driving an at least partially electrically powered vehicle and transmission arrangement and drive device for such a vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Antrieb eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (1), wobei eine Getriebeanordnung (2) mindestens eine erste elektrische Maschine (3a) und eine zweite elektrische Maschine (3b) umfasst, wobei die beiden elektrischen Maschinen (3a, 3b) zumindest mittelbar gemeinsam mit wenigstens einer Abtriebswelle (4a) antriebswirksam verbunden sind und von einer Leistungselektronik (22) gesteuert werden, wobei wenigstens eine der elektrischen Maschinen (3a, 3b) in Abhängigkeit eines Gesamtwirkungsgrades und/oder einer Gesamtleistung der elektrischen Maschinen (3a, 3b) derart von der Leistungselektronik (22) geregelt wird, dass weder ein Bremsmoment noch ein Antriebsmoment auf die jeweilige Abtriebswelle (4a) übertragen wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Getriebeanordnung (2), eine Antriebsvorrichtung (15) sowie ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug (1). The invention relates to a method for driving an at least partially electrically driven vehicle (1), wherein a transmission arrangement (2) comprises at least a first electric machine (3a) and a second electric machine (3b), the two electric machines (3a, 3b ) are at least indirectly connected in a drive-effective manner to at least one output shaft (4a) and are controlled by power electronics (22), with at least one of the electrical machines (3a, 3b) depending on an overall efficiency and/or an overall output of the electrical machines (3a, 3b) is regulated by the power electronics (22) in such a way that neither a braking torque nor a drive torque is transmitted to the respective output shaft (4a). The invention also relates to a transmission arrangement (2), a drive device (15) and an at least partially electrically driven vehicle (1).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Antrieb eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung eine Getriebeanordnung, eine Antriebsvorrichtung sowie ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug.The invention relates to a method for driving an at least partially electrically powered vehicle. Furthermore, the invention relates to a transmission arrangement, a drive device and an at least partially electrically driven vehicle.
Aus der
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Antrieb eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Fahrzeugs sowie eine Getriebeanordnung und eine Antriebsvorrichtung vorzuschlagen, mit denen der Antrieb des zumindest teilweise elektrisch betriebenen Fahrzeugs effizienter gestaltet wird. Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche, der folgenden Beschreibung sowie der Figuren.The object of the present invention is to propose a method for driving an at least partially electrically operated vehicle and a transmission arrangement and a drive device with which the drive of the at least partially electrically operated vehicle is made more efficient. The object is solved by the subject matter of the independent patent claims. Advantageous embodiments are the subject matter of the dependent claims, the following description and the figures.
Gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Antrieb eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs mit einer Getriebeanordnung mit mindestens einer ersten elektrischen Maschine und einer zweiten elektrischen Maschine, wobei die beiden elektrischen Maschinen zumindest mittelbar gemeinsam mit wenigstens einer Abtriebswelle antriebswirksam verbunden sind, werden die beiden elektrischen Maschinen von einer Leistungselektronik gesteuert, wobei wenigstens eine der elektrischen Maschinen in Abhängigkeit eines Gesamtwirkungsgrades und/oder einer Gesamtleistung der elektrischen Maschinen derart von der Leistungselektronik geregelt wird, dass weder ein Bremsmoment noch ein Antriebsmoment auf die jeweilige Abtriebswelle übertragen wird. Mit anderen Worten ist die Getriebeanordnung als Multimotortopologie ausgebildet, bei der zwar alle elektrischen Maschinen mit der jeweiligen Abtriebswelle mechanisch verbunden sind, wobei jedoch wenigstens eine elektrische Maschine je nach Betriebssituation und/oder Betriebsstrategie des Fahrzeugs durch eine elektromagnetische Betätigung inaktiv geschaltet wird, um den Gesamtwirkungsgrad der Getriebeanordnung als Gesamtsystem zu verbessern.According to a method according to the invention for driving an at least partially electrically driven vehicle with a transmission arrangement with at least a first electric machine and a second electric machine, wherein the two electric machines are at least indirectly drivingly connected together with at least one output shaft, the two electric machines are driven by one Controlled power electronics, at least one of the electrical machines depending on an overall efficiency and / or a total power of the electrical machines is controlled by the power electronics in such a way that neither a braking torque nor a drive torque is transmitted to the respective output shaft. In other words, the transmission arrangement is designed as a multi-motor topology in which all electrical machines are mechanically connected to the respective output shaft, but at least one electrical machine is switched inactive by electromagnetic actuation depending on the operating situation and/or operating strategy of the vehicle in order to increase the overall efficiency to improve the transmission arrangement as a whole system.
Unter einer Inaktivschaltung einer elektrischen Maschine ist zu verstehen, dass die jeweilige elektrische Maschine nullmomentgeregelt wird. Die Nullmomentregelung kommt in einem Freilaufbetrieb bzw. in einem Nullmomentbetrieb zum Einsatz, bei dem weder ein positives Drehmoment noch ein negatives Drehmoment auf den Abtrieb bzw. auf die jeweilige Abtriebswelle übertragen wird. Mithin ist der Antriebsstrang geschlossen, es wird jedoch kein Bremsmoment oder ein Antriebsmoment von dem Elektromotor auf die angetriebenen Räder übertragen.Switching an electrical machine to inactive means that the respective electrical machine is zero-torque-controlled. The zero-torque control is used in freewheeling operation or in zero-torque operation, in which neither a positive torque nor a negative torque is transmitted to the output or to the respective output shaft. The drive train is therefore closed, but no braking torque or drive torque is transmitted from the electric motor to the driven wheels.
Bei der Nullmomentregelung wird der jeweiligen elektrischen Maschine typischerweise etwa so viel elektrische Energie zugeführt, dass im Wesentlichen weder ein bremsendes noch ein beschleunigendes Drehmoment bei der aktuellen Drehzahl an den Antriebsstrang abgegeben wird. Die zugeführte Energie wird ausschließlich zum Ausgleich der inneren drehzahlabhängigen Verluste der jeweiligen elektrischen Maschine verwendet. Solche Verluste treten beispielsweise in der Leistungselektronik auf und sind beispielsweise Schaltverluste, die durch das Nachführen induzierter Spannung durch einen Inverter der Leistungselektronik auftreten können. Zudem können Verluste durch Feldschwächströme und Ummagnetisierungsverluste entstehen. Den Verlustleistungen wird durch entsprechende Regelung der elektrischen Stromzufuhr an die jeweilige elektrische Maschine entgegengewirkt, sodass unter dynamischer Anpassung der Stromzufuhr die jeweilige inaktiv zu schaltende elektrische Maschine im Wesentlichen lastfrei betrieben wird. Mithin dreht die Rotorwelle der jeweiligen inaktiven elektrischen Maschine mit der aktuellen Betriebsdrehzahl im Wesentlichen verlustfrei mit.In zero-torque control, the electrical machine in question is typically supplied with approximately enough electrical energy that essentially neither a braking nor an accelerating torque is output to the drive train at the current speed. The energy supplied is used exclusively to compensate for the internal speed-dependent losses of the respective electrical machine. Such losses occur, for example, in the power electronics and are, for example, switching losses that can occur as a result of the tracking of induced voltage by an inverter in the power electronics. In addition, losses can occur due to field weakening currents and hysteresis losses. The power losses are counteracted by appropriate regulation of the electrical power supply to the respective electrical machine, so that the respective electrical machine to be switched inactive is operated essentially load-free with dynamic adjustment of the power supply. Consequently, the rotor shaft of the respective inactive electrical machine rotates with the current operating speed essentially without losses.
Jede elektrische Maschine weist je nach Bauart ein separates Wirkungsgradkennfeld auf, wobei für jeden Betriebspunkt der jeweiligen elektrischen Maschine ein jeweiliger Wirkungsgrad vorliegt. Zudem wird wenigstens ein weiteres Wirkungsgradkennfeld bereitgestellt, dass einen jeweiligen Wirkungsgrad der Getriebeanordnung zu jedem beliebigen Betriebspunkt des Fahrzeugs angibt, also wenn mehrere oder alle elektrische Maschinen gemeinsam zum Antrieb des Fahrzeugs beitragen bzw. ein Drehmoment an den Abtrieb übertragen. Bei unterschiedlich ausgebildeten elektrischen Maschinen kann dies, je nach Kombination der elektrischen Maschinen miteinander, jeweils zu unterschiedlichen Wirkungsgradkennfeldern und entsprechenden Wirkungsgraden für den jeweiligen Betriebspunkt führen. Durch geeignete Schaltung bzw. Nullmomentregelung einer oder mehrerer elektrischer Maschinen kann so je nach Betriebspunkt ein wirkungsgradoptimaler Antrieb des Fahrzeugs ermöglicht werden.Depending on the type of construction, each electrical machine has a separate efficiency map, with a respective efficiency being present for each operating point of the respective electrical machine. In addition, at least one further efficiency map is provided that indicates a respective efficiency of the transmission arrangement at any operating point of the vehicle, ie when several or all electric machines contribute together to drive the vehicle or transmit torque to the output. Depending on how the electrical machines are combined with one another, this can lead to different efficiency characteristic diagrams and corresponding efficiencies for the respective operating point in the case of differently designed electrical machines. Depending on the operating point, suitable switching or zero-torque control of one or more electrical machines can enable the vehicle to be driven with optimum efficiency.
Vorzugsweise wird die Regelung der jeweiligen elektrischen Maschine von einem Drehmomentregler der Leistungselektronik durchgeführt. Mit anderen Worten führt der Drehmomentregler die Nullmomentregelung der jeweiligen elektrischen Maschine durch. Dabei überwacht und steuert bzw. regelt der Drehmomentregler ein Drehmoment der jeweiligen elektrischen Maschine, wobei eine entsprechende elektrische Stromversorgung der jeweiligen elektrischen Maschine anhand dem Betriebspunkt und/oder der Betriebsstrategie des Fahrzeugs erfolgt.The control of the respective electric machine is preferably carried out by a torque controller of the power electronics. In other words, the torque controller carries out the zero torque control of the respective electrical machine. The torque controller monitors and controls or regulates a torque of the respective electrical machine, with a corresponding electrical power supply of the respective electrical machine taking place on the basis of the operating point and/or the operating strategy of the vehicle.
Insbesondere dann, wenn das Fahrzeug in einem Fahrzyklus bzw. in einem Betriebspunkt mit geringen Lastanforderungen angetrieben wird, kann es aufgrund des Wirkungsgradkennfelds der jeweiligen elektrischen Maschinen sein, dass bei mehreren aktuell auf den Abtrieb einwirkenden elektrischen Maschinen ein ungünstiger Gesamtwirkungsgrad am jeweiligen Betriebspunkt vorliegt. Es ist daher von Vorteil, wenigstens eine der elektrischen Maschinen in Abhängigkeit des Gesamtwirkungsgrades inaktiv zu schalten, und zwar indem eine Nullmomentregelung der jeweiligen elektrischen Maschine durchgeführt wird. Somit erfolgt keine mechanische Entkopplung der jeweiligen elektrischen Maschine, sondern das Drehmoment der jeweiligen elektrischen Maschine wird auf null geregelt, wobei die übrige elektrische Maschine bzw. die übrigen elektrischen Maschinen weiterhin eine Antriebsleistung erzeugen und an den Abtrieb übertragen.In particular, when the vehicle is driven in a driving cycle or at an operating point with low load requirements, the efficiency map of the respective electrical machines may result in an unfavorable overall efficiency at the respective operating point if there are several electrical machines currently acting on the output. It is therefore advantageous to switch at least one of the electrical machines to be inactive as a function of the overall efficiency, specifically by carrying out a zero-torque control of the respective electrical machine. Thus, there is no mechanical decoupling of the respective electrical machine, but the torque of the respective electrical machine is regulated to zero, with the remaining electrical machine or the remaining electrical machines continuing to generate drive power and transmit it to the output.
Das Antriebsmoment wird infolgedessen mit mindestens einer elektrischen Maschine weniger auf den Abtrieb übertragen, wobei derart viele elektrische Maschinen nullmomentgeregelt werden bzw. derart viele elektrische Maschine noch ein Drehmoment für Abtrieb erzeugen, dass der Gesamtwirkungsgrad der Getriebeanordnung im Vergleich zum Antriebszustand vor der Inaktivierung der jeweiligen elektrischen Maschine verbessert wird. Der Gesamtwirkungsgrad ergibt sich aus dem Wirkungsgradkennfeld der aktiv auf den Abtrieb einwirkenden elektrischen Maschine bzw. Maschinen zum jeweiligen Betriebspunkt unter Berücksichtigung der zur Nullmomentregelung notwendigen Leistung. Mit anderen Worten wird an mindestens einer elektrischen Maschine an bestimmten Betriebspunkten eine Nullmomentregelung durchgeführt, sodass die jeweilige inaktive elektrische Maschine vergleichsweise geringe Verluste produziert.As a result, the drive torque is transmitted to the output with at least one less electric machine, with so many electric machines being zero-torque controlled or so many electric machines still generating torque for the output that the overall efficiency of the transmission arrangement compared to the drive state before the deactivation of the respective electric machine is improved. The overall efficiency results from the efficiency map of the electrical machine or machines actively acting on the output at the respective operating point, taking into account the power required for zero torque control. In other words, zero torque control is carried out on at least one electrical machine at specific operating points, so that the respective inactive electrical machine produces comparatively low losses.
Wenn das Fahrzeug mit höheren Lastanforderungen angetrieben werden soll, zum Beispiel wenn der Fahrer eine Vollgasfahrt wünscht, kann es dazu kommen, dass der gewünschte Betriebspunkt der Antriebsvorrichtung außerhalb der Kennfeldgrenzen der jeweiligen auf den Abtrieb einwirkenden elektrischen Maschine bzw. Maschinen liegt. In diesem Fall kann die das Antriebsmoment erzeugende elektrische Maschine bzw. die das Antriebsmoment erzeugenden elektrischen Maschinen den gewünschten Betriebspunkt aufgrund der bauartabhängigen Leistungsgrenzen bzw. den Kennfeldgrenzen des jeweiligen Wirkungsgradkennfeldes der jeweiligen elektrischen Maschine nicht realisieren. In Abhängigkeit der Gesamtleistung der jeweiligen die Antriebsleistung erzeugenden elektrischen Maschinen wird daher wenigstens eine nullmomentgeregelte bzw. inaktive elektrische Maschine mittels der Leistungselektronik hinzugeschaltet. Durch entsprechende Bestromung dieser nun ebenfalls aktiven elektrischen Maschine wird folglich ebenfalls ein Antriebsmoment erzeugt, das vorzugsweise mit den Antriebsmomenten der übrigen aktiven elektrischen Maschinen überlagert wird. Dadurch werden die Leistungsfähigkeit der Getriebeanordnung sowie der Gesamtwirkungsgrad der Getriebeanordnung verbessert. Vorteilhaft ist, dass die Rotorwelle der jeweiligen inaktiven elektrischen Maschine, auch wenn sie lastfrei geregelt wird, stets mit der aktuellen Betriebsdrehzahl der übrigen das Antriebsmoment erzeugenden elektrischen Maschinen mitdreht. Dadurch kann eine Aktivierung bzw. eine entsprechende Regelung der zuvor auf null geregelten, inaktiven elektrischen Maschine jederzeit unbemerkt und vergleichsweise schnell erfolgen, um den Gesamtwirkungsgrad der Getriebeanordnung den aktuellen Betriebsgegebenheiten anzupassen und dadurch zu verbessern.If the vehicle is to be driven with higher load requirements, for example if the driver wants to drive at full throttle, the desired operating point of the drive device may lie outside the map limits of the respective electrical machine or machines acting on the output. In this case, the electric machine or electric machines producing the drive torque cannot achieve the desired operating point due to the design-dependent power limits or the map limits of the respective efficiency map of the respective electric machine. Depending on the total power of the respective electrical machines generating the drive power, at least one zero-torque-controlled or inactive electrical machine is therefore switched on by means of the power electronics. Appropriate energization of this electrical machine, which is now also active, consequently also generates a drive torque, which is preferably overlaid with the drive torques of the other active electrical machines. This improves the performance of the gear assembly and the overall efficiency of the gear assembly. It is advantageous that the rotor shaft of the respective inactive electrical machine, even if it is regulated without a load, always rotates with the current operating speed of the other electrical machines that generate the drive torque. As a result, activation or corresponding regulation of the inactive electrical machine previously regulated to zero can take place at any time unnoticed and comparatively quickly in order to adapt the overall efficiency of the transmission arrangement to the current operating conditions and thereby improve it.
Bevorzugt werden die jeweiligen elektrischen Maschine in Abhängigkeit wenigstens eines Verlustkennfelds der elektrischen Maschinen geregelt. Mit anderen Worten erfolgt eine Aktivierung oder eine Inaktivierung, das heißt eine Nullmomentregelung der jeweiligen elektrischen Maschine unter Berücksichtigung des jeweiligen Verlustkennfelds der elektrischen Maschinen. Das Verlustkennfeld hängt unter anderem ab von Bauart, Größe und Leistung der jeweiligen elektrischen Maschine und ermöglicht Rückschlüsse auf den Wirkungsgrad in jedem Betriebspunkt der Maschine. Der Wirkungsgrad der jeweiligen elektrischen Maschine hängt in unterschiedlichen Betriebspunkten zudem von der gewünschten Antriebsstrategie des Fahrzeugs, den Wirkungsgradkennfeldgrenzen bzw. den Verlustkennfeldern der jeweiligen elektrischen Maschine ab. Die Strategie entscheidet abhängig vom angestrebten Betriebspunkt, wann welche elektrische Maschine von der Leistungselektronik derart geregelt wird, dass weder ein Bremsmoment noch ein Antriebsmoment auf die jeweilige Abtriebswelle übertragen wird.The respective electrical machines are preferably controlled as a function of at least one loss characteristics map of the electrical machines. In other words, activation or deactivation takes place, that is to say zero torque control of the respective electrical machine, taking into account the respective loss characteristics map of the electrical machines. The loss map depends, among other things, on the design, size and power of the respective electrical machine and enables conclusions to be drawn about the efficiency at each operating point of the machine. The efficiency of the respective electrical machine also depends at different operating points on the desired drive strategy of the vehicle, the efficiency map limits or the loss maps of the respective electrical machine. Depending on the desired operating point, the strategy decides when which electric machine is controlled by the power electronics in such a way that neither a braking torque nor a drive torque is transmitted to the respective output shaft.
Durch elektrische Bestromung einer elektrischen Maschine wird ein Drehmoment auf einen mit einem gehäusefesten Stator wechselwirkenden Rotor übertragen, welcher je nach Drehrichtung und in Abhängigkeit der übrigen elektrischen Maschinen ein positives oder negatives Drehmoment erzeugt, und zwar ein Bremsmoment oder ein Antriebsmoment. Wenn das Drehmoment der von der Leistungselektronik in Abhängigkeit des Gesamtwirkungsgrades und/oder der Gesamtleistung der elektrischen Maschinen angesteuerten bzw. geregelten elektrischen Maschine in die gleiche Richtung wirkt wie das jeweilige Drehmoment der übrigen elektrischen Maschinen, so wirkt ein Antriebsmoment, welches mit den anderen Antriebsmomenten zum Antrieb des Fahrzeugs überlagert wird. Wirkt das Drehmoment dieser elektrischen Maschine in die entgegengesetzte Richtung, so wirkt ein Bremsmoment, das ein Antriebsmoment der übrigen elektrischen Maschinen hemmt. Bei Nullmomentregelung der jeweiligen elektrischen Maschine wirkt weder ein Bremsmoment noch ein Antriebsmoment, sodass die elektrische Maschine betriebspunktunabhängig lastfrei mitgeführt wird und keinen Einfluss auf das Antriebsmoment bzw. Bremsmoment der übrigen elektrischen Maschinen hat.By electrically energizing an electrical machine, a torque is applied to a stator that interacts with a stator that is fixed to the housing Transmitted rotor, which generates a positive or negative torque depending on the direction of rotation and depending on the other electrical machines, namely a braking torque or a drive torque. If the torque of the electric machine controlled or regulated by the power electronics as a function of the overall efficiency and/or the overall power of the electric machines acts in the same direction as the respective torque of the other electric machines, then a drive torque acts which, together with the other drive torques, Drive of the vehicle is superimposed. If the torque of this electrical machine acts in the opposite direction, a braking torque acts, which inhibits a drive torque of the other electrical machines. With zero-torque control of the respective electrical machine, neither a braking torque nor a drive torque acts, so that the electrical machine is carried along without load regardless of the operating point and has no influence on the drive torque or braking torque of the other electrical machines.
Auf Basis der Verlustkennfelder der elektrischen Maschinen wird der gewünschte Betriebspunkt durch entsprechende Inaktivierung oder Aktivierung der elektrischen Maschinen eingestellt, wobei ein wirkungsgradoptimierter Betrieb der elektrischen Maschinen angestrebt wird. Die Aktivierung bzw. Inaktivierung der jeweiligen elektrischen Maschine ist vorteilhafterweise in jedem Betriebspunkt durchführbar, sodass der Antrieb des Fahrzeugs effizient und insbesondere energiesparsam gestaltbar ist.On the basis of the loss characteristic diagrams of the electrical machines, the desired operating point is set by corresponding inactivation or activation of the electrical machines, with the aim being to operate the electrical machines with optimized efficiency. The activation or deactivation of the respective electrical machine can advantageously be carried out at any operating point, so that the drive of the vehicle can be designed to be efficient and, in particular, energy-saving.
Bevorzugt erfolgt eine Regelung der jeweiligen elektrischen Maschine basierend auf einer Gesamtnutzungsdauer der jeweiligen elektrischen Maschine. Indem elektrische Maschinen mit einer höheren Gesamtnutzungsdauer im Gegensatz zu elektrischen Maschinen mit geringeren Gesamtnutzungsdauer bevorzugt nullmomentgeregelt bzw. inaktiv geschaltet werden, wird eine gleichmäßige Belastung und Abnutzung aller Bauteile der Getriebeanordnung, insbesondere der elektrischen Maschinen gewährleistet. Durch zyklisches Wechseln zwischen den elektrischen Maschinen kann insbesondere die thermische Belastung aller elektrischen Maschinen gesenkt werden, sodass eine Erhöhung sowohl der maximalen Dauerleistung als auch der Lebensdauer der Getriebeanordnung erreicht werden kann. Dadurch wird der Verschleiß der elektrischen Maschinen zudem verringert und die Lebensdauer erhöht.The respective electrical machine is preferably regulated based on a total period of use of the respective electrical machine. Because electrical machines with a longer total service life, in contrast to electrical machines with a lower total service life, are preferably zero-torque controlled or switched inactive, uniform loading and wear of all components of the transmission arrangement, in particular the electrical machines, is ensured. By cyclically changing between the electrical machines, in particular the thermal load on all electrical machines can be reduced, so that both the maximum continuous output and the service life of the gear arrangement can be increased. This also reduces wear on the electrical machines and increases their service life.
Eine erfindungsgemäße Getriebeanordnung für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug umfasst mindestens eine erste elektrische Maschine und eine zweite elektrische Maschine, wobei die beiden elektrischen Maschinen zumindest mittelbar gemeinsam mit wenigstens einer Abtriebswelle antriebswirksam verbindbar und von einer Leistungselektronik steuerbar sind, wobei wenigstens eine der elektrischen Maschinen in Abhängigkeit eines Gesamtwirkungsgrades und/oder einer Gesamtleistung der elektrischen Maschinen derart von der Leistungselektronik regelbar ist, dass weder ein Bremsmoment noch ein Antriebsmoment auf die jeweilige Abtriebswelle übertragen wird.A transmission arrangement according to the invention for an at least partially electrically driven vehicle comprises at least a first electrical machine and a second electrical machine, the two electrical machines being able to be connected at least indirectly together with at least one output shaft in a drive-effective manner and being controllable by power electronics, with at least one of the electrical machines in Depending on an overall efficiency and / or an overall performance of the electrical machines can be controlled by the power electronics in such a way that neither a braking torque nor a drive torque is transmitted to the respective output shaft.
Die Leistungselektronik ist dazu eingerichtet, zumindest eine der zumindest zwei elektrischen Maschinen derart zu regeln, dass Verlustleistungen der jeweiligen elektrischen Maschine sowie der Leistungselektronik kompensiert werden und die jeweilige elektrische Maschine weder mit einem Bremsmoment noch mit einem Antriebsmoment auf den Abtrieb einwirkt. Zudem kann durch geeignetes Hinzuschalten mit entsprechender elektrischer Bestromung einer oder mehrerer vorher nullmomentgeregelter bzw. inaktiver elektrischer Maschinen eine sogenannte Drehmoment-Boost-Funktion direkt und im Wesentlichen unbemerkt erreicht werden. Die zumindest eine Abtriebswelle ist koaxial zu einer Abtriebsachse angeordnet. Vorzugsweise sind zwei Abtriebswellen koaxial zueinander sowie koaxial zur Abtriebsachse angeordnet, wobei jede Abtriebswelle mit einem jeweiligen Rad des Fahrzeugs zumindest mittelbar antriebswirksam verbunden ist. Die Abtriebsachse ist bevorzugt mittig in einem Getriebegehäuse bzw. im Bauraum des Getriebegehäuses angeordnet, sodass die verschiedenen Bauteile der Getriebeanordnung, und zwar insbesondere die mindestens zwei elektrischen Maschinen um die Abtriebsachse herum angeordnet sind.The power electronics are set up to regulate at least one of the at least two electrical machines in such a way that power losses of the respective electrical machine and the power electronics are compensated for and the respective electrical machine acts on the output neither with a braking torque nor with a drive torque. In addition, a so-called torque boost function can be achieved directly and essentially unnoticed by suitably connecting one or more previously zero-torque-controlled or inactive electrical machines with appropriate electrical current supply. The at least one output shaft is arranged coaxially to an output axis. Two output shafts are preferably arranged coaxially to one another and coaxially to the output axis, each output shaft being at least indirectly drivingly connected to a respective wheel of the vehicle. The output shaft is preferably arranged centrally in a transmission housing or in the installation space of the transmission housing, so that the various components of the transmission arrangement, specifically the at least two electrical machines, are arranged around the output shaft.
Vorzugsweise sind die mindestens zwei elektrischen Maschinen in einem gemeinsamen Getriebegehäuse angeordnet. Durch die Anordnung mehrerer elektrischer Maschinen in einem gemeinsamen Hauptgehäuse können die elektrischen Maschinen vergleichsweise klein, das heißt mit kleinem Durchmesser ausgebildet sein, sodass in der Folge eine höhere Maschinendrehzahl bzw. eine Rotorumfangsgeschwindigkeit der jeweiligen elektrischen Maschine realisierbar ist. Je größer die Anzahl der elektrischen Maschinen in der Getriebeanordnung, desto besser kann zudem ein Drehmomentverlust aufgrund des vergleichsweise geringeren Maschinendurchmessers kompensiert werden.The at least two electrical machines are preferably arranged in a common transmission housing. By arranging several electrical machines in a common main housing, the electrical machines can be designed to be comparatively small, ie with a small diameter, so that a higher machine speed or a rotor peripheral speed of the respective electrical machine can be achieved as a result. The larger the number of electrical machines in the transmission arrangement, the better a torque loss can be compensated due to the comparatively smaller machine diameter.
Die elektrischen Maschinen sind bevorzugt auf derselben Getriebeseite angeordnet. Dadurch wird eine gleiche Drehrichtung der Rotorwellen der jeweiligen elektrischen Maschine sowie eine Doppelnutzung von Getriebeteilen erreicht. Die elektrischen Maschinen können dabei identisch, das heißt in gleicher Größe, Leistung, Bauart und/oder mit gleichem Verlustkennfeld ausgebildet sein. Alternativ ist denkbar, dass die elektrischen Maschinen je nach Anforderung an die Getriebeanordnung unterschiedliche Leistungen, erforderliche Bauraumvolumen, Bauarten und/oder Verlustkennfelder aufweisen.The electrical machines are preferably arranged on the same side of the transmission. This achieves the same direction of rotation of the rotor shafts of the respective electrical machine and double use of transmission parts. The electrical machines can be identical, that is, they can be of the same size, power, type and/or have the same loss characteristic. Alternatively, think bar that the electrical machines depending on the requirements of the transmission arrangement have different services, required volume of space, types and / or loss characteristics.
Jede elektrische Maschine besteht vorzugsweise zumindest aus einem ortsfesten Stator, sowie einem relativ dazu drehbaren Rotor, der zumindest mittelbar mit der jeweiligen Rotorwelle verbunden ist. Die Rotorwelle kann wiederum die Antriebswelle sein oder mit einer Antriebswelle drehfest verbunden sein, die ein Drehmoment und eine Drehzahl zumindest mittelbar an die jeweilige Abtriebswelle der Getriebeanordnung überträgt.Each electrical machine preferably consists of at least one stationary stator and a rotor which can rotate relative thereto and which is at least indirectly connected to the respective rotor shaft. The rotor shaft can in turn be the drive shaft or can be connected in a torque-proof manner to a drive shaft which transmits a torque and a speed at least indirectly to the respective output shaft of the transmission arrangement.
Bevorzugt weist wenigstens eine der elektrischen Maschinen zumindest eine erste Übersetzungsstufe auf, wobei die jeweilige erste Übersetzungsstufe zumindest mittelbar mit der jeweiligen Abtriebswelle antriebswirksam verbindbar ist. Die elektrischen Maschinen können jeweils als permanenterregter Synchronmotor oder als Asynchronmotor ausgebildet sein. Die elektrischen Maschinen sind derart über die Übersetzungsstufe mit der jeweiligen Abtriebswelle wirkverbunden, dass eine Antriebsleistungssummation der mit dem Abtrieb verbundenen elektrischen Maschinen erfolgt. Mit anderen Worten wird durch die Aufteilung der Gesamtleistung auf mehrere, insbesondere wenigstens zwei elektrische Maschinen die Leistung aller elektrischen Maschinen beispielsweise über ein Summiergetriebe, vorzugsweise ein Planetengetriebe, zusammengefasst, wobei dabei eine Überlagerung der einzelnen Motordrehmomente erfolgt. Durch geeignete Regelung einer oder mehrerer elektrischer Maschinen wird bzw. werden die auf den Abtrieb mit einem Antriebsmoment einwirkende(n) elektrische(n) Maschine bzw. Maschinen wirkungsgradoptimiert betrieben. Die Wirkungsgradsteigerung bzw. -optimierung führt letztlich zu einer Verminderung des Energieverbrauchs und somit zu einem effizienten Antrieb des Fahrzeugs.Preferably, at least one of the electrical machines has at least one first transmission stage, wherein the respective first transmission stage can be connected at least indirectly to the respective output shaft in a drive-effective manner. The electrical machines can each be designed as a permanently excited synchronous motor or as an asynchronous motor. The electrical machines are operatively connected to the respective output shaft via the transmission stage in such a way that the drive power of the electrical machines connected to the output is summed. In other words, by dividing the total power over several, in particular at least two, electrical machines, the power of all electrical machines is combined, for example via a summing gear, preferably a planetary gear, with the individual motor torques being superimposed. By suitably controlling one or more electrical machines, the electrical machine or machines acting on the output with a drive torque is or are operated in an efficiency-optimized manner. The increase in efficiency or optimization ultimately leads to a reduction in energy consumption and thus to an efficient drive of the vehicle.
Die jeweilige erste Übersetzungsstufe ist vorzugsweise als Planetengetriebe ausgebildet. Es ist denkbar, dass zwischen der elektrischen Maschine und der jeweiligen Abtriebswelle zwei oder mehrere Übersetzungsstufen angeordnet sind. Die erste Übersetzungsstufe der jeweiligen elektrischen Maschine kann eine erste Übersetzung aufweisen, wobei auch die weiteren Übersetzungsstufen der jeweiligen elektrischen Maschine eine jeweilige Übersetzung aufweisen können. Zudem ist denkbar, dass die Übersetzungen der jeweiligen ersten Übersetzungsstufen der elektrischen Maschinen ungleich sind. Mithin kann durch Variation der Übersetzungsverhältnisse der Übersetzungsstufen der ersten und/oder zweiten elektrischen Maschine der Antrieb effizienter gestaltet werden und die Getriebeanordnung ferner hinsichtlich akustischen Aspekten ausgelegt werden.The respective first transmission stage is preferably designed as a planetary gear. It is conceivable that two or more transmission stages are arranged between the electric machine and the respective output shaft. The first gear ratio of the respective electric machine can have a first gear ratio, and the further gear ratio steps of the respective electric machine can also have a respective gear ratio. In addition, it is conceivable that the translations of the respective first translation stages of the electrical machines are unequal. Consequently, by varying the transmission ratios of the transmission stages of the first and/or second electric machine, the drive can be made more efficient and the transmission arrangement can also be designed with regard to acoustic aspects.
Ferner bevorzugt sind zwei elektrische Maschinen vorgesehen, die über eine gemeinsame Übersetzungsstufe zumindest mittelbar mit der jeweiligen Abtriebswelle antriebswirksam verbindbar sind. Die Übersetzungsstufe ist vorzugsweise als Planetengetriebe ausgebildet, wobei eine Rotorwelle der jeweiligen elektrischen Maschine mit der Übersetzungsstufe wirkverbunden ist, wobei durch die Übersetzungsstufe eine Antriebsleistungssummation erfolgt.Furthermore, two electrical machines are preferably provided, which can be connected to the respective output shaft at least indirectly in a drive-effective manner via a common transmission stage. The transmission stage is preferably designed as a planetary gear, with a rotor shaft of the respective electrical machine being operatively connected to the transmission stage, with the transmission stage driving power being summed.
Des Weiteren bevorzugt sind wenigstens die erste und zweite elektrische Maschine mit einem Differential antriebswirksam verbunden, wobei das Differential wenigstens mit zwei Abtriebswellen wirkverbunden ist. Auch über das Differential kann je nach Ausbildung der Getriebeanordnung, insbesondere wenn jede elektrische Maschine über wenigstens eine eigene Übersetzungsstufe verfügt, eine Antriebsleistungssummation aller Antriebsleistungen der elektrischen Maschinen erfolgen, sodass die elektrischen Maschinen je nach Betriebspunkt und Fahrstrategie einzeln oder gemeinsam ein Drehmoment auf den Abtrieb übertragen. Das Differential ist vorzugsweise koaxial zur Abtriebsachse bzw. auf der Abtriebsachse angeordnet und verbindet bevorzugt zwei Abtriebswellen miteinander, die jeweils mit zumindest einem jeweiligen Rad des Fahrzeugs wirkverbunden sind.Furthermore, at least the first and second electric machines are preferably drivingly connected to a differential, the differential being operatively connected to at least two output shafts. Depending on the design of the transmission arrangement, especially if each electric machine has at least one gear ratio of its own, the differential can also be used to add up the drive power of all the drive powers of the electric machines, so that the electric machines individually or jointly transmit a torque to the output, depending on the operating point and driving strategy . The differential is preferably arranged coaxially to the output axle or on the output axle and preferably connects two output shafts to one another, which are each operatively connected to at least one respective wheel of the vehicle.
Aufgrund der erfolgenden Antriebsleistungssummation können die elektrischen Maschinen vergleichsweise kompaktbauend, insbesondere mit vergleichsweise geringem Durchmesser ausgebildet werden. Ferner wird das Leistungsgewicht der Getriebeanordnung erhöht und gleichzeitig aufgrund der um die Abtriebsachse angeordneten Getriebebauteile der erforderliche Bauraum der Getriebeanordnung reduziert, sodass im Umkehrschluss größere Batterien zur elektrischen Versorgung der Getriebeanordnung zum Einsatz kommen können, die die Reichweite des zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs erhöhen. An Stelle eines größeren Batterievolumens kann der eingesparte Bauraum zur Vergrößerung des Fahrzeuginnenraums, insbesondere des Kofferraumvolumens des Fahrzeugs genutzt werden.Due to the driving power summation that takes place, the electrical machines can be designed to be comparatively compact, in particular with a comparatively small diameter. Furthermore, the power-to-weight ratio of the transmission arrangement is increased and at the same time the installation space required for the transmission arrangement is reduced due to the transmission components arranged around the output axis, so that, conversely, larger batteries can be used to supply the transmission arrangement with electricity, which increases the range of the at least partially electrically driven vehicle. Instead of a larger battery volume, the space saved can be used to enlarge the vehicle interior, in particular the trunk volume of the vehicle.
Die Getriebeanordnung kann parallel oder quer zur Fahrzeuglängsachse angeordnet sein, wobei insbesondere ein Quereinbau der Getriebeanordnung bzw. ein Quereinbau der elektrischen Maschinen im Fahrzeug im Gegensatz zu einer Reihenanordnung von elektrischen Maschinen, die entlang einer Abtriebsachse aufgereiht sind, des geringen erforderlichen Bauraums vorteilhaft ist. Bei einer Längsanordnung der Getriebeanordnung, das heißt parallel zur Fahrzeuglängsachse, sind die mit dem Differential verbundenen Abtriebswellen quer bzw. senkrecht zur Abtriebsachse angeordnet. Bei einer Queranordnung der Getriebeanordnung, das heißt quer zur Fahrzeuglängsachse, sind die mit dem Differential verbundenen Abtriebswellen parallel, vorzugsweise koaxial zur Abtriebsachse angeordnet.The transmission arrangement can be arranged parallel or transversely to the longitudinal axis of the vehicle, with transverse installation of the transmission arrangement or transverse installation of the electrical machines in the vehicle, in contrast to a series arrangement of electrical machines that are lined up along an output axis, being advantageous because of the small amount of installation space required. With a longitudinal arrangement of the gear assembly, ie parallel to the longitudinal axis of the vehicle, the output shafts connected to the differential are arranged transversely or perpendicularly to the output axis. In a transverse arrangement of the transmission arrangement, ie transversely to the longitudinal axis of the vehicle, the output shafts connected to the differential are arranged parallel, preferably coaxially, to the output axis.
Eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug umfasst zumindest eine Getriebeanordnung gemäß der vorher beschriebenen Art und kann je nach Bauart ferner eine Verbrennungsmaschine umfassen. Ein erfindungsgemäßes zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug umfasst eine solche Antriebsvorrichtung oder eine Getriebeanordnung gemäß der vorher beschriebenen Art. Bei dem Fahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Automobil (z.B. ein Personenkraftfahrwagen mit einem Gewicht von weniger als 3,5 t), Bus oder Lastkraftwagen (Bus und Lastkraftwagen z.B. mit einem Gewicht von über 3,5 t).A drive device according to the invention for an at least partially electrically driven vehicle comprises at least one transmission arrangement according to the type described above and, depending on the design, can also comprise an internal combustion engine. An at least partially electrically driven vehicle according to the invention comprises such a drive device or a transmission arrangement of the type described above. The vehicle is preferably a motor vehicle, in particular an automobile (e.g. a passenger car weighing less than 3.5 t), Bus or truck (e.g. bus and truck weighing more than 3.5 tons).
Die obigen Definitionen sowie Ausführungen zu technischen Effekten, Vorteilen und vorteilhaften Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens gelten sinngemäß ebenfalls für die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung, die erfindungsgemäße Getriebeanordnung sowie für das erfindungsgemäße zumindest teilweise elektrisch angetriebene Fahrzeug, und umgekehrt.The above definitions and statements on technical effects, advantages and advantageous embodiments of the method according to the invention also apply analogously to the drive device according to the invention, the transmission arrangement according to the invention and the at least partially electrically driven vehicle according to the invention, and vice versa.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt
-
1 eine schematische Draufsicht eines Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Getriebeanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform, -
2 eine stark vereinfachte Darstellung der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform, -
3 eine exemplarische Darstellung eines ersten Wirkungsgradkennfelds in einem ersten Antriebszustand, und -
4 eine exemplarische Darstellung eines zweiten Wirkungsgradkennfelds in einem zweiten Antriebszustand.
-
1 a schematic plan view of a vehicle with a transmission arrangement according to the invention according to a first embodiment, -
2 a greatly simplified representation of the transmission arrangement according to the invention according to a second embodiment, -
3 an exemplary representation of a first efficiency map in a first drive state, and -
4 an exemplary representation of a second efficiency map in a second drive state.
Die Getriebeanordnung 2 umfasst eine erste elektrische Maschine 3a und eine zweite elektrische Maschine 3b, wobei die beiden elektrischen Maschinen 3a, 3b zusammen mit einer Übersetzungsstufe 9 und einem Differential 10 in einem gemeinsamen Getriebegehäuse 21 angeordnet sind. Mithin ist die Antriebsvorrichtung 15 als Multimotor mit einer Multimotortopologie bzw. als Dualmotor mit einer Dualmotortopologie ausgebildet. Auch mehr als zwei elektrische Maschinen 3a, 3b sind ohne Weiteres denkbar.The
Ferner ist eine Leistungselektronik 22 mit einem Drehmomentregler 5 im Getriebegehäuse 21 angeordnet, wobei die Leistungselektronik 22 mit den elektrischen Maschinen 3a, 3b steuerungstechnisch verbunden ist, um die elektrischen Maschinen 3a, 3b zu schalten und zu steuern. Alternativ kann die Leistungselektronik 22 auch außerhalb des Getriebegehäuses 21 angeordnet sein. Durch den Bauraum des Getriebegehäuses 21 erstreckt sich eine Abtriebsachse 7, die koaxial zu einer ersten und zweiten Abtriebswelle 4a, 4b bzw. zur ersten Achse 11a angeordnet ist, wobei jede Abtriebswelle 4a, 4b einerseits mit dem Differential 10 und andererseits mit einem jeweiligen Rad 12a, 12b der ersten Achse 11a verbunden sind. Ein durch die elektrischen Maschinen 3a, 3b erzeugtes Drehmoment wird somit über das Differential 10 an die Abtriebswellen 4a, 4b übertragen.Furthermore,
Nach
Beide elektrische Maschinen 3a, 3b weisen einen Stator 13 und einen Rotor 14 auf, wobei der Rotor 14 der jeweiligen elektrischen Maschine 3a, 3b mit einer jeweiligen Rotorwelle 6a, 6b verbunden ist. Die Rotorwellen 6a, 6b sind mit der Übersetzungsstufe 9 der Getriebeanordnung 2 wirkverbunden, die als Summiergetriebe, zum Beispiel als Planetengetriebe ausgebildet ist und eine Übersetzung aufweist. Das Planetengetriebe kann dabei beliebig ausgebildet sein, beispielsweise als Minusradsatz oder Plusradsatz. Mithin erfolgt an der Übersetzungsstufe 9 eine Leistungssummation.Both
Eine Ausgangswelle 8 der Übersetzungsstufe 9 ist leistungsflussabwärts mit dem Differential 10 wirkverbunden, dass die Antriebsleistung auf die Abtriebswellen 4a, 4b aufteilt, die analog zu
Die Steuerung und Regelung der elektrischen Maschinen 3a, 3b erfolgt mittels der ebenfalls im Getriebegehäuse 21 angeordneten Leistungselektronik 22. Die Leistungselektronik 22 umfasst einen überlagerten Drehmomentregler 5, welcher dazu eingerichtet ist, entweder die erste elektrische Maschinen 3a oder die zweite elektrische Maschine 3b in Abhängigkeit eines Gesamtwirkungsgrades und/oder einer Gesamtleistung der elektrischen Maschinen 3a, 3b derart zu regeln, dass weder ein Bremsmoment noch ein Antriebsmoment über die Übersetzungsstufe 9 und das Differential 10 auf die Abtriebswellen 4a, 4b übertragen wird. Mit anderen Worten erfolgt mittels des überlagerten Drehmomentreglers 5 durch elektromagnetische Betätigung eine Nullmomentregelung der jeweiligen inaktiv zu schaltenden elektrischen Maschine 3a, 3b.The
Unter der Nullmomentregelung ist zu verstehen, dass die Leistungselektronik 22 die jeweilige elektrische Maschine 3a, 3b derart bestromt, dass sie in jedem Betriebspunkt verlustfrei mitdreht. Dabei wird die elektrische Maschine 3a, 3b in Abhängigkeit des aktuellen Betriebspunkts sowie in Abhängigkeit von maschinenbedingten Verluste, wie Nutrastmomente, Schaltverluste und/oder Verluste aus Feldschwächströmen und/oder Ummagnetisierungen, stets nachgeregelt, wobei der Drehmomentregler 5 den Strom in der elektrischen Maschine 3a, 3b durch entsprechende Klemmspannungen zu null regelt. Es ist ferner denkbar, für jede elektrische Maschine 3a, 3b einen jeweiligen Drehmomentregler 5 vorzusehen. Anders gesagt generiert die jeweilige elektrische Maschine 3a, 3b keinerlei Drehmoment, wobei die jeweilige Rotorwelle 14 im Wesentlichen verlustfrei mitdreht. Dadurch können die Verluste in der Antriebsvorrichtung 15 reduziert werden und gleichzeitig die einzelnen Maschinen 3a, 3b möglichst wirkungsgradoptimal betrieben werden. Die Verluste der Leistungselektronik 22 sind dabei deutlich geringer als die durch die Nullmomentregelung eingesparten Verluste in der jeweilige elektrischen Maschine 3a, 3b, sodass bezogen auf das Gesamtsystem der Wirkungsgrad der Antriebsvorrichtung 15 steigt.The zero-torque control is to be understood as meaning that the
Wenn das Fahrzeug 1 beispielsweise in einem Fahrzyklus mit geringen Lastanforderungen angetrieben werden soll, kann je nach Leistungsfähigkeit, Größe und/oder Bauart der jeweiligen elektrischen Maschine 3a, 3b eine der beiden Maschinen 3a, 3b sozusagen inaktiv geschaltet werden, indem sie vom Drehmomentregler 5 nullmomentgeregelt bzw. die jeweilige Rotorwelle 14 verlustfrei mitgedreht wird. Mit anderen Worten wird die jeweilige inaktiv zu schaltende elektrische Maschine 3a, 3b durch eine entsprechende Regelung des durch elektrische Bestromung erzeugten Drehmoments sozusagen vom Abtrieb abgekoppelt, um Verluste zu reduzieren und die jeweils andere verbleibende auf den Abtrieb einwirkende elektrische Maschine 3a, 3b mit einem besseren Wirkungsgrad zu betreiben. Mithin weist die Antriebsvorrichtung 15 insbesondere bei Fahrzyklen mit geringen Lastanforderungen einen besseren Wirkungsgrad auf, wenn nur eine elektrische Maschine 3a, 3b mit einer bestimmten Gesamtleistung auf den Abtrieb einwirkt, als wenn beide elektrische Maschinen 3a, 3b mit derselben Gesamtleistung auf den Abtrieb einwirken. Durch Inaktivierung der ersten oder zweiten elektrischen Maschine 3a, 3b überträgt nur noch die jeweils andere elektrische Maschine 3a, 3b eine Antriebsleistung auf den Abtrieb, die bei geringen Lastanforderungen die nötige Antriebsleistung alleine bereitstellen kann und einen besseren Wirkungsgrad aufweist, als wenn beide elektrische Maschinen 3a, 3b die dem Betriebspunkt gemäße geringe Antriebsleistung gemeinsam erbringen müssten.If the
Zur besseren Veranschaulichung ist in
Der Antrieb des Fahrzeugs 1 erfolgt gemäß dem Wirkungsgradkennfeld nach
Das gleiche Wirkungsgradkennfeld bzw. die gleiche schraffierte Fläche 16 gemäß
Demgegenüber kann, wenn das Fahrzeug 1 nur mit der ersten elektrischen Maschine 3a angetrieben wird und ein Betriebspunkt gewählt wird, der außerhalb des Wirkungsgradkennfeldes der ersten elektrischen Maschine 3a liegt, die zweite elektrische Maschine 3b, die aufgrund der mechanische Kopplung der elektrischen Maschinen 3a, 3b an den Abtrieb bereits verlustfrei mit der jeweiligen Betriebsdrehzahl mitdreht, erneut über den Drehmomentregler 5 hinzugeschaltet werden, um die Antriebsleistung zu erhöhen und einen Wirkungsgrad des Antriebs am jeweiligen Betriebspunkt anzupassen. Mit anderen Worten wird die zweite elektrische Maschine 3b in Abhängigkeit einer Gesamtleistung der jeweiligen auf den Abtrieb einwirkenden ersten elektrischen Maschinen 3a über die Leistungselektronik 22 aktiv geschaltet werden, wobei die zweite elektrische Maschine 3b derart bestromt wird, dass sie ein Antriebsmoment erzeugt, welches gemäß den Ausführungen zu
Wann die zweite elektrische Maschine 3b aktiv oder inaktiv geschaltet wird, hängt im Wesentlichen von der Ausbildung der elektrischen Maschinen 3a, 3b sowie der Fahrstrategie des Fahrzeugs 1 ab. Insbesondere erfolgt eine Aktivierung bzw. Inaktivierung der zweiten elektrischen Maschine 3b in Abhängigkeit wenigstens eines Verlustkennfelds der beiden elektrischen Maschinen 3a, 3b, um Verlustleistungen der elektrischen Maschinen 3a, 3b zu reduzieren.When the second
Zudem ist eine Aktivierung bzw. Inaktivierung der jeweiligen abkoppelbaren elektrischen Maschine 3a, 3b basierend auf einer Gesamtnutzungsdauer der jeweiligen abkoppelbaren elektrischen Maschine durchführbar. Dies ist vorteilhaft zur Reduzierung von Verschleiß und Abnutzung der Antriebsvorrichtung 15. Insbesondere eine thermische Belastung der elektrischen Maschinen 3a, 3b wird dadurch realisiert und eine maximale Dauerleistung sowie die Lebensdauer wird erhöht.In addition, activation or deactivation of the respective detachable
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Fahrzeugvehicle
- 22
- Getriebeanordnunggear arrangement
- 3a3a
- Erste elektrische MaschineFirst electric machine
- 3b3b
- Zweite elektrische MaschineSecond electric machine
- 4a4a
- Erste AbtriebswelleFirst output shaft
- 4b4b
- Zweite AbtriebswelleSecond output shaft
- 55
- Drehmomentreglertorque controller
- 6a6a
- Erste RotorwelleFirst rotor shaft
- 6b6b
- Zweite RotorwelleSecond rotor shaft
- 77
- Abtriebsachseoutput axis
- 88th
- Ausgangswelleoutput shaft
- 99
- Übersetzungsstufetranslation stage
- 1010
- Differentialdifferential
- 11 a11 a
- Erste Achsefirst axis
- 11 b11 b
- Zweite Achsesecond axis
- 12a12a
- Erstes Radfirst wheel
- 12b12b
- Zweites Radsecond wheel
- 1313
- Statorstator
- 1414
- Rotorrotor
- 1515
- Antriebsvorrichtungdrive device
- 1616
- Erste schraffierte FlächeFirst shaded area
- 1717
- Zweite schraffierte FlächeSecond hatched area
- 1818
- Abszisseabscissa
- 1919
- Ordinateordinate
- 2020
- Wirkungsgradkennfeldgrenzeefficiency map limit
- 2121
- Getriebegehäusegear case
- 2222
- Leistungselektronikpower electronics
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102015002405 A1 [0002]DE 102015002405 A1 [0002]
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP4403403A1 (en) | 2023-01-17 | 2024-07-24 | FERRARI S.p.A. | Method to control an electric drive vehicle |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE112009000043T5 (en) | 2008-03-28 | 2011-04-21 | Aisin AW Co., Ltd., Anjo | Control system of a rotating electric machine and vehicle drive system |
DE102015002405A1 (en) | 2015-02-24 | 2016-08-25 | Audi Ag | Method for traffic coordination of motor vehicles in a parking environment |
JP2017184393A (en) | 2016-03-29 | 2017-10-05 | アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 | Inverter controller |
-
2020
- 2020-12-18 DE DE102020216248.4A patent/DE102020216248A1/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE112009000043T5 (en) | 2008-03-28 | 2011-04-21 | Aisin AW Co., Ltd., Anjo | Control system of a rotating electric machine and vehicle drive system |
DE102015002405A1 (en) | 2015-02-24 | 2016-08-25 | Audi Ag | Method for traffic coordination of motor vehicles in a parking environment |
JP2017184393A (en) | 2016-03-29 | 2017-10-05 | アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 | Inverter controller |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP4403403A1 (en) | 2023-01-17 | 2024-07-24 | FERRARI S.p.A. | Method to control an electric drive vehicle |
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Legal Events
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R016 | Response to examination communication |