DE102021210980A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Antriebsanordnung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebsanordnung (10) umfassend eine elektrische Maschine (12) mit einer Antriebswelle (14), einer Kupplungseinrichtung (16) und einem Koppelelement (18), wobei mittels der Kupplungseinrichtung (16) die elektrische Maschine (12) und das Koppelelement (18) miteinander gekoppelt und/oder voneinander abgekoppelt werden können, wobei im gekoppelten Zustand die elektrische Maschine (12) das Koppelelement (18) antreiben kann oder antreibt, wobei im abgekoppelten Zustand die elektrische Maschine (12) das Koppelelement (18) nicht antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass im abgekoppelten Zustand die elektrische Maschine (12) in Abhängigkeit von unterschiedlichen Winkellagen, Quer- und/oder Längsbeschleunigungen und/oder bestimmten Fahrsituationen wahlweise eingeschaltet oder ausgeschaltet wird. Zudem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Betreiben einer Antriebsanordnung.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebsanordnung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Antriebsanordnung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs.
  • Bei Antriebsanordnungen mit einer elektrischen Maschine ist es in der Regel vorgesehen, dass diese mit einem Abtriebselement, bspw. einer Abtriebswelle, gekoppelt und von diesem wieder abgekoppelt werden kann. Insbesondere, wenn der elektrische Antrieb als Zweitantrieb genutzt wird, kann dieser im ungenutzten Zustand abgekoppelt und abgeschaltet werden, um Verluste zu reduzieren.
  • Derartige Abkupplungseinrichtungen sind häufig an einem der Zahnräder im Getriebe der Antriebsanordnung umgesetzt. Dabei kann bspw. über ein Verschieben einer Schaltmuffe ein Zahnrad mit einer zugehörigen Welle gekoppelt oder entkoppelt werden. Die Schaltmuffe wird in der Regel durch eine Schaltgabel verschoben. Diese Schaltgabel kann bspw. über einen Spindeltrieb mittels einem elektrischen Aktuator betätigt werden.
  • Getriebe in elektrischen Antrieben, insbesondere E-Achsen, werden vor allem in kleinen Leistungsklassen, wie sie für Zweitantriebe üblich sind, meistens durch eine passive Planschschmierung beölt und gekühlt. Ölpumpen und Wärmetauscher finden aus Kosten- und Effizienzgründen oft nur in höheren Leistungsklassen Anwendung.
  • DE 11 2013 007 520 T5 zeigt eine Getriebeanordnung mit einer Planschschmierung und einem koppelbaren und abschaltbaren Elektroantrieb. Es wird ein Verfahren zum Schmieren einer Getriebeanordnung durch ein Bestromen bzw. Aktivieren einer elektrischen Maschine im entkoppelten Zustand beschrieben.
  • Nachteilig dabei ist, dass eine Schmierung der Getriebeanordnung nicht in allen Betriebszuständen zuverlässig gewährleistet werden kann.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebsanordnung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, vorgeschlagen, wobei die Antriebsanordnung eine elektrische Maschine mit einer Antriebswelle, einer Kupplungseinrichtung und einem Koppelelement umfasst. Die elektrische Maschine und das Koppelelement können mittels der Kupplungseinrichtung miteinander gekoppelt und/oder voneinander abgekoppelt werden. Im gekoppelten Zustand treibt die elektrische Maschine das Koppelelement an bzw. kann dieses antreiben. Im abgekoppelten Zustand treibt die elektrische Maschine das Koppelelement nicht an. Im abgekoppelten Zustand wird die elektrische Maschine (insbesonderer im Betrieb des Kraftfahrzeugs) in Abhängigkeit von unterschiedlichen Winkellagen (insbesondere in Bezug zur Schwerkraftrichtung), Quer- und/oder Längsbeschleunigungen und/oder bestimmten Fahrsituationen wahlweise eingeschaltet (bestromt) oder ausgeschaltet.
  • Die unterschiedlichen Winkellagen können unterschiedlichen Fahrzeug-Quer- und/oder Längsbeschleunigungen entsprechen (z. B. auf gerader Strecke oder in einer Kurve). Winkellagen können aber auch unabhängig von Fahrzeug Quer- und/oder Längsbeschleunigungen sein (z. B. im Gelände, stehendes Fahrzeug am Hang). Winkellagen, Quer- und/oder Längsbeschleunigungen beeinflussen den Schmiermittelpegel bzw. den Schmiermittelfluss maßgeblich.
  • Insbesondere entspricht eine bestimmte Winkellage der Antriebsanordnung einer bestimmten Neigung der Oberfläche des Schmiermittelbads (Ölsumpfes) in Bezug zur Schwerkraftrichtung.
  • Bestimmte Fahrsituationen können abhängig von Winkellagen, Quer- und/oder Längsbeschleunigungen sein.
  • Die Antriebsanordnung kann für eine Energierückgewinnung (Rekuperation) eingerichtet sein. Entsprechend kann in einem Rekuperationszustand der Antriebsanordnung die elektrische Maschine und das Koppelelement miteinander gekoppelt sein, wobei das Koppelelement die elektrische Maschine antreibt. Mit anderen Worten, die Antriebsleistung kann in umgekehrter Richtung erfolgen.
  • Die vorgeschlagene Ausgestaltung hat u.a. den Vorteil, dass durch Bestromen der elektrischen Maschine eine Vereinheitlichung des Beölungszustandes erfolgen kann, und zwar unabhängig davon, ob die elektrische Maschine und das Koppelelement miteinander gekoppelt sind oder nicht, d.h. unabhängig davon, ob die elektrische Maschine gerade einen Traktionsantrieb des Fahrzeugs durchführt oder nicht. Durch Aktivieren der elektrischen Maschine im abgekoppelten Zustand kann bspw. ein Zahnrad einer ersten Stufe in hinreichendem Maße Schmiermittel (Schmieröl) in der Antriebsanordnung verteilen.
  • Damit können zusätzliche Elemente wie bspw. eine Ölpumpe oder Ölverteilungskanäle, die zur ausreichenden Verteilung des Schmiermittels im entkoppelten Zustand der elektrischen Maschine nötig wären, entfallen. Die damit zusammenhängenden Produktions- und Wartungskosten können eingespart werden. Zudem würden zusätzliche Elemente die Komplexität der Antriebsanordnung erhöhen, was zur höheren Störungs- und Fehleranfälligkeit, sowie höherem Wartungsaufwand führt.
  • Gemäß einer Weiterbildung kann die Drehzahl der elektrischen Maschine im abgekoppelten Zustand in Abhängigkeit von unterschiedlichen Winkellagen, Quer- und/oder Längsbeschleunigungen und/oder bestimmten Fahrsituationen erhöht werden. Mit anderen Worten, die elektrische Maschine (bzw. deren Antriebswelle) wird in Abhängigkeit von unterschiedlichen Winkellagen, Quer- und/oder Längsbeschleunigungen beschleunigt. Die elektrische Maschine kann also insbesondere derart angesteuert werden, dass die Drehzahl der elektrischen Maschine (bzw. deren Antriebswelle) in Abhängigkeit von unterschiedlichen Winkellagen, Quer- und/oder Längsbeschleunigungen erhöht wird.
  • Gemäß einer Weiterbildung kann die Drehzahl der elektrischen Maschine im abgekoppelten Zustand in Abhängigkeit von unterschiedlichen Winkellagen, Quer- und/oder Längsbeschleunigungen und/oder bestimmten Fahrsituationen reduziert werden. Mit anderen Worten, die elektrische Maschine (bzw. deren Antriebswelle) wird in Abhängigkeit von unterschiedlichen Winkellagen, Quer- und/oder Längsbeschleunigungen abgebremst. Die elektrische Maschine kann also insbesondere derart angesteuert werden, dass die Drehzahl der elektrischen Maschine (bzw. deren Antriebswelle) in Abhängigkeit von unterschiedlichen Winkellagen, Quer- und/oder Längsbeschleunigungen reduziert wird.
  • Gemäß einer Weiterbildung können die unterschiedlichen Winkellagen, Quer- und/oder Längsbeschleunigungen und/oder bestimmte Fahrsituationen vorab in einer Entwicklungsphase ermittelt werden. Das Ermitteln kann dabei mittels einer Berechnung oder empirisch umgesetzt werden.
  • Gemäß einer Weiterbildung können die unterschiedlichen Winkellagen, Quer- und/oder Längsbeschleunigungen und/oder bestimmte Fahrsituationen numerisch ermittelt werden. Die numerische Ermittlung kann insbesondere mittels einer CFD-Simulation (Computational Fluid Dynamics) umgesetzt werden.
  • Gemäß einer Weiterbildung können die während der Entwicklungsphase ermittelten Winkellagen, Quer- und/oder Längsbeschleunigungen und/oder bestimmte Fahrsituationen in einer Validierungsphase validiert werden. Dies kann bspw. mittels einer in einem Kraftfahrzeug eingebauten Antriebsanordnung im Fahrbetrieb umgesetzt werden.
  • Gemäß einer Weiterbildung können die während der Entwicklungsphase ermittelten Winkellagen, Quer- und/oder Längsbeschleunigungen und/oder bestimmte Fahrsituationen an einer transparenten Testantriebsanordnung validiert werden. Aufgrund der Transparenz der Testantriebsanordnung kann die Beölung in unterschiedlichen Betriebsphase der Testantriebsanordnung einfach (optisch) festgestellt (validiert) werden. Mit anderen Worten, die Verteilung des Schmiermittels innerhalb der Testantriebsanordnung ist aufgrund der Transparenz jederzeit einsehbar und verifizierbar.
  • Gemäß einer Weiterbildung kann die Antriebswelle ein erstes Ritzel aufweisen. Das erste Ritzel kann auch als Zahnrad ausgebildet sein. Das erste Ritzel kann drehfest auf der Antriebswelle angeordnet sein. Die Antriebsanordnung kann eine Zwischenwelle mit einem ersten Zahnrad umfassen. Das erste Zahnrad kann auch als Ritzel ausgebildet sein. Das erste Zahnrad kann drehfest auf der Zwischenwelle angeordnet sein, wobei das erste Ritzel und das erste Zahnrad miteinander kämmen können.
  • Gemäß einer Weiterbildung können die Zwischenwelle und das Koppelelement mittels der Kupplungseinrichtung miteinander gekoppelt und/oder voneinander abgekoppelt werden.
  • Die Antriebsanordnung kann weitere Elemente umfassen, wie bspw. ein Differential und zwei mit dem Differential derart gekoppelten Abtriebswellen, dass diese mittels des Differentials drehend angetrieben werden können.
  • Das Koppelelement kann in Form eines Differentialzahnrads, welches mit dem Differential drehfest gekoppelt ist, ausgebildet sein.
  • Die Antriebsanordnung kann ein zweites Ritzel aufweisen, das mit dem Koppelelement (Differentialzahnrad) in kämmendem Eingriff sein kann. Die Kupplungseinrichtung kann ausgebildet sein, um das zweite Ritzel mit der Zwischenwelle drehfest zu koppeln und/oder von der Zwischenwelle abzukoppeln (drehbar zu koppeln).
  • Die Antriebsanordnung kann bspw. als elektrische Achse (E-Achse) ausgebildet sein oder Bestandteil einer E-Achse bilden. Die Antriebsanordnung kann als Getriebe ausgebildet oder Bestandteils eines Getriebes bilden.
  • Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zum Betreiben einer Antriebsanordnung, vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, das oben beschriebene Verfahren auszuführen. Hinsichtlich der damit erzielbaren Vorteile wird auf die diesbezüglichen Ausführungen zum Verfahren verwiesen. Zur weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung können die im Zusammenhang mit der Antriebsanordnung bzw. dem Verfahren beschriebenen und/oder die nachfolgend noch erläuterten Maßnahmen dienen.
  • Die Vorrichtung kann bspw. eine Achssteuerung oder ein separates Steuergerät umfassen. Die Vorrichtung kann eine Recheneinrichtung, eine erste Schnittstelle zum Empfang von Eingangsgrößen und eine zweite Schnittstelle zum Ausgeben von Ausgangsgrößen aufweisen. Die Vorrichtung kann mindestens einen Sensor zur Erfassung der Winkellage, der Quer- und/oder der Längsbeschleunigung der Antriebsanordnung umfassen.
  • Eingangsgrößen können bspw. (insbesondere gemessene/detektierte) Werte oder Signale, wie z. B. Drehzahl der Antriebswelle, Winkellage der Antriebsanordnung insbesondere in Bezug zur Schwerkraftrichtung, Quer- und/oder Längsbeschleunigungen der Antriebsanordnung bzw. eines Fahrzeugs mit einer solchen Antriebsanordnung sein.
  • Ausgangsgrößen können bspw. Steuersignale oder Steuerbefehle für das Bestromen und/oder Ausschalten der elektrischen Maschine sein. Ausgangsgrößen können bspw. Steuersignale oder Steuerbefehle für das Erhöhen und/oder Reduzieren der Drehzahl der elektrischen Maschine sein.
  • Nachfolgend werden mögliche Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigt:
    • 1 eine schematische Darstellung einer Antriebsanordnung und
    • 2 ein Flussdiagram des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Vorliegend wird das erfindungsgemäße Verfahren beispielhaft anhand der in der 1 gezeigten Antriebsanordnung 10 erläutert. Das Verfahren ist nicht auf die gezeigte Antriebsanordnung 10 beschränkt, sondern kann auch an anderen Antriebsanordnungen mit einer Kupplung durchgeführt werden.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung der Antriebsanordnung 10. Die Antriebsanordnung umfasst eine elektrische Maschine 12 mit einer Antriebswelle 14. An der Antriebswelle 14 ist ein erstes Ritzel 20 drehfest angeordnet.
  • Die Antriebsanordnung 10 umfasst weiter eine Zwischenwelle 22. An der Zwischenwelle 22 ist ein erstes Zahnrad 24 drehfest angeordnet. Die Zwischenwelle 22 weist ein zweites Ritzel 26 auf. Das zweite Ritzel 26 kann mittels einer Kupplungseinrichtung 16 mit der Zwischenwelle 22 drehfest gekoppelt und von dieser wieder abgekoppelt werden.
  • Die Kupplungseinrichtung 16 weist vorliegend ein Kupplungselement 23 auf. Das Kupplungselement 23 ist drehfest mit der Zwischenwelle 22 gekoppelt und ist axial verschiebbar ausgebildet. Mit anderen Worten kann das Kupplungselement 23 parallel zur Zwischenwelle 22 bewegt werden. Hierzu weist die Kupplungseinrichtung 16 eine Schaltgabel (nicht dargestellt) auf, die mittels eines elektrischen Antriebs (ebenfalls nicht dargestellt) axial, also parallel zur Zwischenwelle 22 abgetrieben bzw. bewegt werden kann. Dies ist in 1 mittels eines Doppelpfeils angedeutet.
  • Im Beispiel kann durch Verschieben des Kupplungselements 23 in 1 nach links das zweite Ritzel 26 drehfest mit der Zwischenwelle 22 gekoppelt werden. Durch Verschiebens des Kupplungselement 23 in 1 nach rechts kann das zweite Ritzel 26 drehbar mit der Zwischenwelle 22 gekoppelt werden (also von der Zwischenwelle 22 abgekoppelt werden).
  • Es ist denkbar, dass die Kupplungseinrichtung 16 anders ausgebildet oder an einer anderen Stelle der Antriebsanordnung 10 angeordnet sein kann.
  • Das zweite Ritzel 26 kämmt mit einem Koppelelement 18. Das Koppelelement 18 ist vorliegend in Form eines Differentialzahnrads 19 ausgebildet. Das Differentialzahnrad 19 ist drehfest mit einem Differential 28 gekoppelt.
  • Die Antriebsanordnung 10 umfasst weiter eine erste Abtriebswelle 30 und eine zweite Abtriebswelle 32, die jeweils mit dem Differential 28 gekoppelt sind. Dabei können die beiden Abtriebswellen 30, 32 mittels des Differentials 28 drehend angetrieben werden.
  • Durch das Koppeln des zweiten Ritzels 26 an die Zwischenwelle 22 mittels der Kupplungseinrichtung 16 kann somit das Differentialzahnrad 19 (und damit auch die beiden Abtriebswellen 30, 32) mittels der elektrischen Maschine 12 angetrieben werden. Treibt die elektrische Maschine 12 das Differentialzahnrad 19 (bzw. die beiden Abtriebswellen 30, 32) an, so drehen sich insbesondere das erste Ritzel 20 und das erste Zahnrad 24. Damit tragen das erste Ritzel 20 und das erste Zahnrad 24 mit ihrer Rotation zur Verteilung des Schmiermittels (Schmieröls) bei.
  • Im abgekoppelten Zustand können das erste Ritzel 20 und das erste Zahnrad 24 ebenfalls mittels der elektrischen Maschine 12 angetrieben werden, so dass diese Elemente auch in einem vom Differentialzahnrad 19 abgekoppelten Zustand mit ihrer Rotation zur Verteilung des Schmiermittels beitragen.
  • Die Bestromung (das Aktivieren/Deaktivieren bzw. Beschleunigen/Abbremsen) der elektrischen Maschine 12 (und damit die Rotation des ersten Ritzels 20 und des ersten Zahnrads 24) geschieht dabei in Abhängigkeit von unterschiedlichen Winkellagen, Quer- und/oder Längsbeschleunigungen der Antriebsanordnung 10 bzw. eines Fahrzeugs mit der Antriebsanordnung 10.
  • 2 zeigt ein Flussdiagram des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei werden die unterschiedlichen Winkellagen, Quer- und/oder Längsbeschleunigungen vorab in einer Entwicklungsphase a) ermittelt. Die unterschiedlichen Winkellagen, Quer- und/oder Längsbeschleunigungen können dabei berechnet (z. B. nummerisch mittels einer CFD-Simulation) oder empirisch (z. B. durch Versuche bzw. Tests) ermittelt werden.
  • Die während der Entwicklungsphase a) ermittelten Winkellagen, Quer- und/oder Längsbeschleunigungen werden in einer Validierungsphase b) validiert. Dies kann bspw. im Fahrbetrieb eines mit der Antriebsanordnung 10 ausgestatteten Fahrzeugs oder an einer transparenten Testantriebsanordnung umgesetzt werden.
  • Die während der Entwicklungsphase a) ermittelten und in der Validierungsphase b) validierten Winkellagen, Quer- und/oder Längsbeschleunigungen werden dazu benutzt, um in einer Betriebsphase c) die elektrische Maschine 12 der Antriebsanordnung 10 in Abhängigkeit der Winkellagen, Quer- und/oder Längsbeschleunigungen zu bestromen, zu aktivieren/deaktivieren bzw. zu beschleunigen/abzubremsen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 112013007520 T5 [0005]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Antriebsanordnung (10), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine elektrische Maschine (12) mit einer Antriebswelle (14), einer Kupplungseinrichtung (16) und einem Koppelelement (18), wobei mittels der Kupplungseinrichtung (16) die elektrische Maschine (12) und das Koppelelement (18) miteinander gekoppelt und/oder voneinander abgekoppelt werden können, wobei im gekoppelten Zustand die elektrische Maschine (12) das Koppelelement (18) antreiben kann oder antreibt, wobei im abgekoppelten Zustand die elektrische Maschine (12) das Koppelelement (18) nicht antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass im abgekoppelten Zustand die elektrische Maschine (12) in Abhängigkeit von unterschiedlichen Winkellagen, Quer- und/oder Längsbeschleunigungen und/oder von bestimmten Fahrsituationen wahlweise eingeschaltet oder ausgeschaltet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl der elektrischen Maschine (12) im abgekoppelten Zustand in Abhängigkeit von unterschiedlichen Winkellagen, Quer- und/oder Längsbeschleunigungen und/oder bestimmten Fahrsituationen erhöht wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl der elektrischen Maschine (12) im abgekoppelten Zustand in Abhängigkeit von unterschiedlichen Winkellagen, Quer- und/oder Längsbeschleunigungen und/oder bestimmten Fahrsituationen reduziert wird.
  4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Winkellagen, Quer- und/oder Längsbeschleunigungen und/oder bestimmte Fahrsituationen vorab in einer Entwicklungsphase ermittelt werden.
  5. Verfahren nach dem voranstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Winkellagen, Quer- und/oder Längsbeschleunigungen und/oder bestimmte Fahrsituationen, insbesondere mittels einer CFD-Simulation, numerisch ermittelt werden.
  6. Verfahren nach einem der beiden voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die während der Entwicklungsphase ermittelten Winkellagen, Quer- und/oder Längsbeschleunigungen und/oder bestimmte Fahrsituationen in einer Validierungsphase validiert werden.
  7. Verfahren nach dem voranstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die während der Entwicklungsphase ermittelten Winkellagen, Quer- und/oder Längsbeschleunigungen und/oder bestimmte Fahrsituationen an einer transparenten Testantriebsanordnung validiert werden.
  8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (14) ein erstes Ritzel (20) aufweist, wobei das erste Ritzel (20) drehfest auf der Antriebswelle (14) angeordnet ist, wobei die Antriebsanordnung (10) eine Zwischenwelle (22) mit einem ersten Zahnrad (24) umfasst, wobei das erste Zahnrad (24) drehfest auf der Zwischenwelle (22) angeordnet ist, wobei das erste Ritzel (20) und das erste Zahnrad (24) miteinander kämmen.
  9. Verfahren nach dem voranstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Kupplungseinrichtung (16) die Zwischenwelle (22) und das Koppelelement (18) miteinander gekoppelt und/oder voneinander abgekoppelt werden können.
  10. Vorrichtung zum Betreiben einer Antriebsanordnung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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