DE102021110838A1 - Fahrzeugbremsenintegration in einen elektrischen Antrieb, Verfahren zum Steuern einer Electric Drive Unit und computerlesbares Speichermedium mit Steuer- oder Regelanweisungen - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Electric Drive Unit / EDU (1) für ein Kraftfahrzeug, wobei die EDU (1) einen Elektromotor (3) besitzt, dessen Drehmoment über ein Getriebe (4) mit einer Kupplungseinrichtung (13) für zwei lastschaltfähige Gänge zu einer Ausgangswelle (5) verbringbar ist, wobei die Kupplungseinrichtung (13) als Kupplung oder Bremse ausgestaltet ist, wobei die Kupplungseinrichtung (13) zwei Teilkupplungseinrichtungen (14 und 15) besitzt, die unabhängig voneinander in einem Drehmomentweiterleitungszustand schaltbar sind, wobei gezielt eine Teilkupplungseinrichtung (14) in einen Haftzustand versetzt wird und die andere Teilkupplungseinrichtung (15) in einen Zustand abnehmenden Schlupfes geschalten wird. Die Erfindung betrifft auch ein computerlesbares Speichermedium mit Steuer- / Regelanweisungen zum Erzwingen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer (Twin-)Electric Drive Unit. Eine solche Electric Drive Unit bzw. elektrische Antriebseinheit wird üblicherweise auch als EDU abgekürzt. Solch eine EDU wird bei Kraftfahrzeugen, wie Pkws, Nutzfahrzeugen, insbesondere Lkws eingesetzt. Eine solche Electric Drive Unit besitzt zumindest einen Elektromotor, meist sogar zwei Elektromotoren. Dessen Drehmoment wird über ein Getriebe mit einer Kupplungseinrichtung enthaltend zwei lastschaltfähige Gänge zu einer Ausgangswelle verbracht. Die Kupplungseinrichtung ist als Kupplung oder Bremse ausgestaltet. Die Kupplungseinrichtung besitzt zwei Teilkupplungseinrichtungen, die unabhängig voneinander in einen Drehmomentweiterleitungszustand schaltbar sind.
  • Solche Electric Drive Units sind grundsätzlich bekannt. Auch sind Verfahren zum Steuern von solchen Electric Drive Units bekannt. Es wird üblicherweise nur eine der beiden Teilkupplungseinrichtungen in einen Drehmomentweiterleitungszustand geschalten. Bisher gilt es das Aktivieren beider Teilkupplungseinrichtungen zu vermeiden, so dass eben gerade kein Verspannungszustand auftritt, da dies zu einem Bruch von Bauteilen der Electric Drive Unit führen kann.
  • Die zunehmende ökologischere Ausrichtung von Kraftfahrzeugen zwingt dazu innovative Lösungen anzudenken.
  • Ein Problem bei bestehenden Vorrichtungen und Verfahren ist es, dass Bremsstaub erzeugt wird, wenn ein Fahrzeug auf der Fahrbahn abgebremst wird. Da Bremsstaub, der in heute verwendeten Fahrzeugbremsen entsteht, einen erheblichen Beitrag an der Feinstaubbelastung liefert, besteht insbesondere hier die Notwendigkeit Verbesserungen zu erreichen. Gerade die klassischen Scheibenbremsen oder Trommelbremsen am Fahrzeugrad / Rad eines Fahrzeuges bedürfen daher einer Verbesserung.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Nachteile aus dem Stand der Technik zu beseitigen oder wenigstens abzumildern.
  • Die Erfindung geht hier einen unerwarteten und innovativen Weg. Das Verfahren wird nämlich nun gezielt darauf gerichtet, dass gezielt die eine Teilkupplungseinrichtung in einen Haftzustand (oder bspw. geringen/ noch akzeptablen Schlupfzustand) versetzt wird und die andere Teilkupplungseinrichtung in einen Zustand (bspw. über die Zeit gesehen) abnehmenden Schlupfes geschalten wird.
  • Durch die erfindungsgemäße Lösung wird die Feinstaubbelastung reduziert. Zudem wird durch den Elektromotor ein signifikanter Beitrag der Bremsenergie elektrisch rückgewonnen. Während sonst beim Bremsen des Fahrzeuges durch die oben genannten Scheiben- oder Trommelbremsen Bremsstaub entsteht, der direkt in die Umwelt gelangt, wird eine Bremsstaubemission nun vermieden. Es wird ergo gewährleistet, dass der Abrieb nicht in die Umwelt gelangt und dies insbesondere durch Verwendung bestehender Anlagen bzw. Maschinenelemente erreicht. Insbesondere bei solchen Fahrzeugantrieben, die hohe Drehmomente stellen, wird nun ein Antriebsbaukasten möglich, der erhebliche Vorteile nach sich zieht. Ein Antriebselement ist ferner bspw. als so genannte Twin-EDU ausbildbar. Die Besonderheiten dieses Systems sind, dass Einzelradantriebe (etwa für eine Fahrzeugachse) umgesetzt werden können und das Getriebe lastschaltfähig ausgeführt ist.
  • Eine wesentliche Anforderung an die Fahrzeugbremse durch ESP und ABS ist nämlich, dass jedes Rad einzeln abgebremst werden sollte. Dies ist durch den Einzelradantrieb und die Erfindung möglich. Durch die Lastschaltfähigkeit, kann das Getriebe verspannt werden. Die Lastschaltfähigkeit wird durch die Doppelkupplung / Doppelbremse, die durch die beiden Teilkupplungseinrichtungen gestellt werden, hergestellt. Für die Bereitstellung der unterschiedlichen Übersetzungen wird eine der beiden Teilkupplungseinrichtungen / Bremsen geschlossen. Ein eigentlicher Fehlerfall des Getriebes, bei dem beide Bremsen versehentlich geschlossen werden, wird hier gezielt ausgenutzt.
  • Soll das Fahrzeug über das Rekuperationsmoment des Elektromotors hinaus verzögert werden und wird gezielt die zweite eigentlich offene Bremse geschlossen, so ist dies im Sinne der Erfindung. Das dadurch erzeugte Verspannmoment verzögert das Fahrzeug zusätzlich.
  • Es sei nicht unerwähnt, dass die Anforderung an die beiden Bremsen enorm ansteigen. So muss die Momentenkapazität der Bremse B1 von ca. 3.600 Nm auf ca. 7.900 Nm mehr als verdoppelt werden. Für die Bremse B2 gilt es ein Anheben von ca. 2.100 Nm auf ca. 3.900 Nm zu realisieren. Auch die zu ertragenden Reibleistungen steigen enorm an. In ihrem bisherigen Gebrauch erfährt die Bremse B1 bei einer Schaltung ca. 180 kW, bei einer Vollbremsung des Fahrzeuges entstehen jedoch nun ca. 900 kW. Ähnliches gilt für die zweite Bremse. Das heißt, die beiden Bremsen müssen bezüglich ihrer Anzahl an Lamellen bspw. mindestens verdoppelt werden. Auch die Verzahnung muss diesbezüglich ertüchtigt werden. Eine weitere enorme Auswirkung auf die Komponenten ist das Erfüllen von Sicherheitsanforderungen. Letztlich wird nun aber die Fahrzeugbremse erfolgreich in den elektrischen Antrieb integriert.
  • Erfindungsgemäß lässt sich dann eine E-Achse steuern, oder in einem Erweiterungsbetrieb regeln.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens werden nachfolgend näher erläutert und sind in den Unteransprüchen beansprucht.
  • So ist es von Vorteil, wenn die andere Teilkupplungseinrichtung gezielt in den Haftzustand versetzt wird.
  • Ferner hat es sich bewährt, wenn gezielt die eine Teilkupplung vor Schließen der anderen Teilkupplung in einen Haftzustand versetzt wird.
  • Wenn beide Teilkupplungseinrichtungen in einem den Elektromotor beherbergenden gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, so lässt sich Bauraum sparen und eine solch hermetische Abschirmung nutzen, dass kein Bremsstaub nach außen gelangt.
  • Eine weitere Ausführungsform betrifft eine Ausgestaltung dergestalt, dass die Teilkupplungseinrichtungen miteinander in Kraftschluss versetzbare An- und Abtriebsbauteile besitzen, wobei die Abtriebsbauteile gehäusefest angeordnet sind.
  • Für die Einzelradantriebsermöglichung hat es sich auch bewährt, wenn zwei Elektromotoren in dem gemeinsamen Gehäuse verbaut sind und ein erster Elektromotor der ersten und zweiten Teilkupplungseinrichtung zugeordnet ist und ein zweiter Elektromotor anderen ersten und zweiten Teilkupplungseinrichtungen zugeordnet ist und/oder zwei gleichartige Electric Drive Units in einem gemeinsamen Gehäuse beherbergt sind. Dadurch wird eine (Twin-)EDU bauraumeffizient erzielbar.
  • Um unterschiedliche Gänge zu realisieren, hat es sich bewährt, wenn das Getriebe als Planetengetriebe ausgestaltet ist.
  • Besonders bauraumeffizient ausgestalten lässt sich eine solche EDU, wenn das Planetengetriebe mehrere Stufenplaneten besitzt, deren einer Durchmesserbereich mit der einen Teilkupplungseinrichtung zusammenwirkt und deren anderer (größerer oder kleinerer) Durchmesserbereich mit der anderen Teilkupplungseinrichtung zusammenwirkt.
  • Die Erfindung betrifft auch eine Weiterentwicklung, bei der eine erste Abtriebswelle zum Antrieb eines ersten Fahrzeugrades verwendet wird und eine zweite Abtriebswelle zum Antrieb eines zweiten Fahrzeugrades verwendet wird. Hierbei stellen sich die Vorteile von (Twin-)EDUs ein.
  • Auch betrifft die Erfindung ein computerlesbares Speichermedium mit Steuer- oder Regelanweisungen zum Erzwingen des Verfahrens der erfindungsgemäßen Art.
  • Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 einen Längsschnitt durch zwei erfindungsgemäße EDUs in einem gemeinsamen Gehäuse, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren realisiert ist, und
    • 2 eine perspektivische Darstellung des linken Teils der Vorrichtung aus 1 mit einer dort enthaltenen EDU in dem Gehäuse, was auch die andere EDU beherbergt.
  • Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • In der 1 ist eine EDU / Electric Drive Unit 1 bzw. elektrische Antriebseinheit dargestellt, die ein Gehäuse 2 besitzt, innerhalb dessen zwei Elektromotoren 3 und zwei Getriebe 4 enthalten sind. Aus dem Gehäuse 2 ragen in entgegengesetzte Richtungen zwei Ausgangswellen 5.
  • Jeder Elektromotor 3 besitzt einen Stator 6 und einen Rotor 7. Das vom Elektromotor 3 generierte Drehmoment wird an eine Sonnenwelle 8 weitergegeben. Die Sonnenwelle 8, als Teil eines Planetengetriebes, welches vom Getriebe 4 ausgebildet ist, besitzt mehrere Stufenplanetenräder 9 mit einem kleinen Durchmesserbereich 10 und einem großen Durchmesserbereich 11. Es stehen unterschiedliche Hohlräder 12 in Eingriff mit dem Stufenplanetenrad 9 oder dem Stufenrad 10. Die Hohlräder 12 sind selektiv von einer Kupplungseinrichtung 13 an dem Gehäuse 2 festlegbar. Dabei setzt die Kupplungseinrichtung 2 axial voneinander getrennte Teilkupplungseinrichtungen 14 und 15 ein.
  • Je nachdem, welche Teilkupplungseinrichtung 14 oder 15 geschlossen ist, wird ein drehzahlunterschiedliches Drehmoment über einen Planetenträger 16 an die Ausgangswelle 5 weitergegeben.
  • Es ist bevorzugt, dass gezielt erst eine der beiden Teilkupplungseinrichtungen 14 oder 15 vollständig geschlossen wird und danach gezielt die andere Teilkupplungseinrichtung 15 oder 14 in einen zunehmenden Drehmomentübertragungszustand geschalten wird - insbesondere gewollt auch bis zum Erreichen eines Stillstandes / Haftzustandes. Es ist somit gewollt, dass beide Teilkupplungseinrichtungen 14 und 15 in einer bestimmten Betriebssituation vollständig zum Stillstand geschaltet werden, also 100 % des dort anliegenden Drehmomentes weiterleiten. Dies führt dann gewollt zum Stillstand des Fahrzeuges.
  • Damit ein Bruch der Komponenten vermieden wird, muss eine ausreichend hohe Kühlleistung gewährleistet sein. Dazu stehen als Parameter unter anderem der Durchfluss an Öl in dem Gehäuse 2 zur Verfügung, die Veränderung des Gesamtaufbaus mittels zusätzlicher Kühlaggregate, die Verstärkung der Querschnitte der Einzelbauteile, insbesondere auch eine Verstärkung der Zahneingriffsbereiche der Einzelbauteile sowie die Vergrößerung der Umfänge der in den beiden Teilkupplungseinrichtungen 14 und 15 eingesetzten Bauteile, wie auch die Anzahl / Bauart der Lamellen. Auch ist es möglich thermisch höher belastbare Werkstoffe einzusetzen. Besonders erwähnenswert scheint es mehrere Lamellen in den Teilkupplungseinrichtungen 14 und 15 einzusetzen.
  • In der 2 ist der räumliche Aufbau der EDU 1 gut erschließbar.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    EDU / Electric Drive Unit
    2
    Gehäuse
    3
    Elektromotor
    4
    Getriebe
    5
    Ausgangswelle / Abtriebswelle
    6
    Stator
    7
    Rotor
    8
    Sonnenwelle
    9
    Stufenplanetenrad
    10
    kleiner Durchmesserbereich
    11
    großer Durchmesserbereich
    12
    Hohlrad
    13
    Kupplungseinrichtung
    14
    erste Teilkupplungseinrichtung
    15
    zweite Teilkupplungseinrichtung
    16
    Planetenträger

Claims (10)

  1. Verfahren zum Steuern einer Electric Drive Unit / EDU (1) für ein Kraftfahrzeug, wobei die EDU (1) zumindest einen Elektromotor (3) besitzt, dessen Drehmoment über ein Getriebe (4) mit einer Kupplungseinrichtung (13) für zwei lastschaltfähige Gänge zu einer Ausgangswelle (5) verbringbar ist, wobei die Kupplungseinrichtung (13) als Kupplung oder Bremse ausgestaltet ist, wobei die Kupplungseinrichtung (13) zwei Teilkupplungseinrichtungen (14 und 15) besitzt, die unabhängig voneinander in einem Drehmomentweiterleitungszustand schaltbar sind, wobei gezielt die eine (erste) Teilkupplungseinrichtung (14) in einen Haftzustand versetzt wird und die andere (zweite) Teilkupplungseinrichtung (15) in einen Zustand abnehmenden Schlupfes geschalten wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die andere (zweite) Teilkupplungseinrichtung (15) gezielt in den Haftzustand versetzt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei gezielt die eine Teilkupplung (14) vor Schließen der anderen Teilkupplung (15) in einen Haftzustand versetzt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass beide Teilkupplungseinrichtungen (14, 15) in einem den zumindest einen Elektromotor (3) beherbergenden gemeinsamen Gehäuse (2) angeordnet sind.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilkupplungseinrichtungen (14, 15) miteinander in Kraftschluss versetzbare An- und Abtriebsbauteile besitzen, wobei die Abtriebsbauteile gehäusefest angeordnet sind.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Elektromotoren (3) in dem gemeinsamen Gehäuse (2) beherbergt sind.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (4) als Planetengetriebe ausgestattet ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe mehrere Stufenplanetenräder (9) besitzt, deren einer Durchmesserbereich (10) mit der einen Teilkupplungseinrichtung (13) zusammenwirkt und deren anderer Durchmesserbereich (11) mit der anderen Teilkupplungseinrichtung (15) zusammenwirkt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Abtriebswelle / Ausganswelle (5) zum Antrieb eines ersten Fahrzeugrades verwendet wird und eine zweite Abtriebswelle / Ausgangswelle (5) zum Antrieb eines zweiten Fahrzeugrades verwendet wird.
  10. Computerlesbares Speichermedium mit Steueranweisungen zum Erzwingen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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