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Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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In
DE 10 2019 123 169 A1 ist eine elektrische Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs mit einem Drehmomentwandler beschrieben.
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In
DE 10 2019 103 711 A1 ist ebenfalls eine elektrische Antriebsvorrichtung mit einer elektrischen Antriebsmaschine und einem Drehmomentwandler beschrieben.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Bremsleistung des Fahrzeugs zu verbessern. Weiterhin soll der Elektromotor in einem Schubbetrieb stärker entlastet werden. Die Fahrzeugradbremsen sollen stärker geschont werden.
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Wenigstens eine dieser Aufgaben wird durch eine Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Dadurch kann das Fahrzeug effizienter und die Fahrzeugradbremsen stärker schonend gebremst werden. Der Elektromotor kann in dem Schubbetrieb vor einer zu hohen Rekuperationsleistung geschützt werden.
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Die Antriebsvorrichtung kann in einem Fahrzeug angeordnet sein. Das Fahrzeug kann ein PKW oder ein Lastkraftfahrzeug sein. Das Fahrzeug kann ein Elektrofahrzeug sein. Das Elektrofahrzeug kann ein batteriebetriebenes Elektrofahrzeug sein.
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Der Stator kann gegenüber einem Gehäuse fest aufgenommen sein. Das Drehmomentübertragungselement und/oder der Elektromotor kann innerhalb des Gehäuses aufgenommen sein.
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Das Abtriebselement kann ein Getriebe und/oder Fahrzeugrad des Fahrzeugs sein. Das Getriebe kann ein Differentialgetriebe sein.
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Als Schubbetrieb wird ein gegenüber dem Zugbetrieb zur Fortbewegung des Fahrzeugs eine umgekehrte Drehmomentübertragung, also mit einem von dem Abtriebselement ausgehenden Drehmoment, aufweisender Betrieb des Fahrzeugs verstanden.
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Das Drehmomentübertragungselement kann mit einem Fluid zumindest teilweise befüllt sein. Das Fluid kann ein Öl sein. Das dem Schubmoment entgegenwirkende Bremsmoment kann von einem Füllstand des Drehmomentübertragungselements mit dem Fluid abhängig sein. Das Drehmomentübertragungselement kann an einen Kühlkreislauf des Fahrzeugs fluidübertragend angebunden sein.
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Das Drehmomentübertragungselement kann in die elektrische Fahrzeugantriebsachse integriert oder außerhalb von dieser angeordnet sein. Das Drehmomentübertragungselement kann mit wenigstens einer Übersetzungsstufe mit dem Abtriebselement verbunden sein. Das Drehmomentübertragungselement kann mit wenigstens einer Übersetzungsstufe mit dem Rotor und/oder dem Gehäuse verbunden sein.
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Als Retarder kann das Drehmomentübertragungselement die von dem Abtriebselement ausgehende Schubleistung zumindest teilweise in eine Wärmeleistung umwandeln.
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Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn das Bremsmoment in dem Schubbetrieb auf einem an einer der ersten Wirkseite wirksam gegenüberliegenden zweiten Wirkseite des Drehmomentübertragungselements anliegenden Gegenmoment aufbaut. Dadurch kann das Bremsmoment durch das Gegenmoment an der zweiten Wirkseite aufgebaut werden. Das Gegenmoment kann zumindest teilweise ein Abstützmoment eines Gehäuses sein.
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Das Drehmomentübertragungselement kann mit der zweiten Wirkseite drehfest mit dem Rotor verbunden sein. Das Drehmomentübertragungselement kann mit der ersten Wirkseite drehfest mit dem Abtriebselement verbunden sein.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist vorteilhaft, bei der in dem Schubbetrieb der Rotor das Gegenmoment zumindest teilweise bereitstellt. Dadurch kann das Gegenmoment als Rekuperationsmoment des Elektromotors wirken. Die Bremsenergie kann in elektrische Energie umgesetzt werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gegenmoment abhängig von einer Rotordrehzahl des Rotors einstellbar ist. Dadurch kann das Bremsmoment des als Retarder wirkendes Drehmomentübertragungselement gezielt eingestellt und beeinflusst werden. Das Bremsmoment kann bei gleichem Schubmoment umso größer sein, je kleiner die Rotordrehzahl des Rotors ist.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist vorteilhaft, bei der ein das Gegenmoment gegenüber dem Gehäuse abstützendes Sperrelement wirksam zwischen der zweiten Wirkseite und dem Gehäuse angeordnet ist. Das Sperrelement kann eingangsseitig mit der zweiten Wirkseite und/oder dem Elektromotor und ausgangsseitig mit dem Gehäuse verbunden sein. Das Sperrelement ist bevorzugt parallel wirksam zu einer drehmomentübertragenden Verbindung zwischen dem Elektromotor und dem Drehmomentübertragungselement angeordnet.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist vorteilhaft, bei der das Sperrelement schaltbar ausgeführt ist und bei einer geschalteten Sperrstellung das Gegenmoment gegenüber dem Gehäuse abstützt. Dadurch kann die Abstützung des Gegenmoments gegenüber dem Gehäuse abhängig von dem Schaltzustand des Sperrelements eingestellt werden. Das Sperrelement kann wenigstens zwischen der Sperrstellung und einer Freigabestellung umschaltbar sein. Bei der Freigabestellung kann das Gegenmoment ausgehend von dem Elektromotor zu der zweiten Wirkseite geleitet werden. Das Sperrelement kann aktiv oder passiv schaltbar sein.
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Die Sperrstellung kann abhängig von dem Gegenmoment an der zweiten Wirkseite geschaltet sein. Die Sperrstellung kann abhängig von wenigstens einem Betriebswert des Elektromotors, des Drehmomentübertragungselements und/oder des elektrischen Energiespeichers geschaltet sein. Der Betriebswert kann ein Ladezustand des elektrischen Energiespeichers oder ein Rekuperationsmoment des Elektromotors sein. Der Betriebswert kann eine Temperatur des Drehmomentübertragungselements oder des Fluids sein.
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Das Sperrelement kann eine Klauenkupplung oder ein Freilauf sein. Ein Freilaufklemmmoment des Freilaufs zur Einstellung der Sperrstellung des Freilaufs kann größer als oder gleich wie ein maximales Rekuperationsmoment des Elektromotors sein. Dadurch kann das Rekuperationsmoment des Elektromotors begrenzt werden.
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Bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass in dem Zugbetrieb das Drehmomentübertragungselement ein Drehmoment des Elektromotors zu der ersten Wirkseite überträgt. Dadurch kann das Drehmomentübertragungselement die Antriebsleistung in dem Zugbetrieb übertragen.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist vorteilhaft, bei der das Drehmomentübertragungselement in Reihe oder parallel wirksam zu einer in dem Zugbetrieb vorhandenen Leistungsübertragung zwischen dem Rotor und dem Abtriebselement angeordnet ist. Das Drehmomentübertragungselement kann die Antriebsleistung in dem Zugbetrieb übertragen. Das Drehmomentübertragungselement kann wirksam zwischen einem Gehäuse und dem Abtriebselement angeordnet sein. Die zweite Wirkseite kann mit dem Gehäuse, bevorzugt drehfest, verbunden sein. Die Antriebsleistung in dem Zugbetrieb kann unter Umgehung des Drehmomentübertragungselements übertragen werden.
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Bei einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn eine Trennkupplung parallel wirksam zu dem Drehmomentübertragungselement angeordnet ist und in einem geschlossenen Kupplungszustand eine Drehmomentübertragung parallel zu dem Drehmomentübertragungselement ermöglicht und das Drehmomentübertragungselement zumindest teilweise überbrückt. Dadurch kann die Retarderfunktion des Drehmomentübertragungselements durch den Kupplungszustand der Trennkupplung eingestellt werden. In einem offenen Kupplungszustand kann eine Leistungsübertragung über die Trennkupplung unterbrochen und bei dem Schubbetrieb das Schubmoment über das Drehmomentübertragungselement als Retarder abgestützt sein. In einem geschlossenen Kupplungszustand der Trennkupplung kann das Drehmomentübertragungselement überbrückt und in dem Schubbetrieb das Schubmoment über die Trennkupplung zu der zweiten Wirkseite übertragen werden. In einem schlupfenden Kupplungszustand kann eine Drehmomentübertragung teilweise über die Trennkupplung und das Drehmomentübertragungselement vorliegen. Die Drehmomentübertragung kann ausgehend von der zweiten zu der ersten Wirkseite oder umgekehrt über die Trennkupplung erfolgen.
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Der Kupplungszustand kann abhängig von wenigstens einem Betriebswert des Elektromotors, des Drehmomentübertragungselements und/oder des elektrischen Energiespeichers, beispielsweise einer Temperatur des Drehmomentübertragungselements oder des Fluids, einstellbar sein. Beispielsweise kann die Trennkupplung geschlossen werden, wenn die Temperatur des Drehmomentübertragungselements oder eines Fluids in dem Drehmomentübertragungselement einen Grenzwert überschreitet. Insbesondere kann die Trennkupplung geöffnet werden, wenn die Temperatur des Elektromotors in dem Zugbetrieb einen Grenzwert überschreitet.
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Bei einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn das Drehmomentübertragungselement als Drehmomentwandler ausgeführt ist. Der Drehmomentwandler kann eine Pumpe und eine hydrodynamisch mit dieser wirkverbundene Turbine aufweisen. Ein Leitrad kann hydrodynamisch wirksam zwischen der Pumpe und der Turbine angeordnet sein. Die Pumpe kann mit der zweiten Wirkseite und die Turbine kann mit der ersten Wirkseite verbunden sein. Eine Pumpendrehzahl der Pumpe kann einer Rotordrehzahl des Rotors entsprechen.
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Das Drehmomentübertragungselement kann als Föttinger-Kupplung ausgeführt sein. Das Drehmomentübertragungselement kann in dem Zugbetrieb zumindest bei Anfahren des Fahrzeugs ein Drehmoment hydrodynamisch zwischen der ersten und zweiten Wirkseite übertragen.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Figurenbeschreibung und den Abbildungen.
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Figurenbeschreibung
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Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Abbildungen ausführlich beschrieben. Es zeigen im Einzelnen:
- 1: Ein Funktionsschaltbild einer Antriebsvorrichtung in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung.
- 2: Einen Querschnitt einer Antriebsvorrichtung in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung.
- 3 und 4: Ein Funktionsschaltbild einer Antriebsvorrichtung jeweils in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung.
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1 zeigt ein Funktionsschaltbild einer Antriebsvorrichtung in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung. Die Antriebsvorrichtung 10 ist bevorzugt in einem Fahrzeug 12 angeordnet und umfasst eine elektrische Fahrzeugantriebsachse 14 mit einem Elektromotor 16 zur Bereitstellung einer Antriebsleistung an einem Abtriebselement 18 zur Fortbewegung des Fahrzeugs 12. Der Elektromotor 16 umfasst einen gegenüber einem Gehäuse 19 gehäusefesten Stator 20 und einen gegenüber dem Stator 20 drehbaren Rotor 22. Der Elektromotor 16 bezieht die elektrische Leistung von einem elektrischen Energiespeicher 24, insbesondere einer Batterie.
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Das Abtriebselement 18 ist bevorzugt ein Getriebe 26, beispielsweise ein Differentialgetriebe, das abtriebsseitig mit wenigstens einem Fahrzeugrad 28 verbunden ist.
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Die Antriebsvorrichtung 10 umfasst ein hydrodynamisches Drehmomentübertragungselement 30, das mit einer ersten Wirkseite 32 drehmomentübertragend mit dem Abtriebselement 18 verbunden ist. Das hydrodynamische Drehmomentübertragungselement 30 ist bevorzugt als Drehmomentwandler 34 oder als Föttinger-Kupplung ausgeführt. Das Drehmomentübertragungselement 30 ist mit einer der ersten Wirkseite 32 wirksam gegenüberliegenden zweiten Wirkseite 36 mit dem Rotor 22 drehmomentübertragend verbunden.
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Das Drehmomentübertragungselement 30 ist in Reihe wirksam zu einer in dem Zugbetrieb vorhandenen Leistungsübertragung 38 zwischen dem Rotor 22 und dem Abtriebselement 18 angeordnet. Das Drehmomentübertragungselement 30 überträgt in dem Zugbetrieb die Antriebsleistung ausgehend von dem Rotor 22 zu dem Abtriebselement 18.
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Eine Trennkupplung 40 ist parallel wirksam zu dem Drehmomentübertragungselement 30 angeordnet. Die Trennkupplung 40 ist zwischen einem offenen Kupplungszustand und einem geschlossenen Kupplungszustand umschaltbar. In dem geschlossenen Kupplungszustand ermöglicht die Trennkupplung 40 eine Drehmomentübertragung parallel zu dem Drehmomentübertragungselement 30 und überbrückt das Drehmomentübertragungselement 30. In dem offenen Kupplungszustand erfolgt die Drehmomentübertragung über das Drehmomentübertragungselement 30.
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Bei einem Schubbetriebs des Fahrzeugs 12 erfolgt die Leistungsübertragung 41 ausgehend von dem Abtriebselement 18. An der ersten Wirkseite 32 des Drehmomentübertragungselements 30 ist in dem Schubbetrieb ein Schubmoment 42 des Abtriebselements 18 anliegend und das Drehmomentübertragungselement 30 ist als ein dem Schubmoment 42 entgegenwirkendes Bremsmoment 44 bereitstellender Retarder 45 ausgeführt. In dem Schubbetrieb ist an der zweiten Wirkseite 36 ein das Bremsmoment 44 aufbauendes Gegenmoment 46 anliegend. Das Gegenmoment 46 wird durch den Rotor 22 bereitgestellt und ist bevorzugt von einer Rotordrehzahl des Rotors 22 abhängig.
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Das Schubmoment 42 wird abhängig von einem Kupplungszustand der Trennkupplung 40 über das Drehmomentübertragungselement 30 abgestützt. In einem offenen Kupplungszustand der Trennkupplung 40 ist eine Leistungsübertragung über die Trennkupplung 40 unterbrochen und das Schubmoment 42 wird über das Drehmomentübertragungselement 30 als Retarder abgestützt. In einem geschlossenen Kupplungszustand der Trennkupplung 40 ist das Drehmomentübertragungselement 30 überbrückt und das Schubmoment 42 wird über die Trennkupplung 40 zu der zweiten Wirkseite 36 übertragen.
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2 zeigt einen Querschnitt einer Antriebsvorrichtung in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung. Die Antriebsvorrichtung 10 umfasst den Elektromotor 16 mit dem Stator 20 und dem drehbaren Rotor 22. Das Drehmomentübertragungselement 30 ist koaxial zu dem Rotor 22 angeordnet und als Drehmomentwandler 34 ausgeführt. Der Drehmomentwandler 34 umfasst ein mit der zweiten Wirkseite 36 verbundenes Pumpenrad 48 und ein mit der ersten Wirkseite 32 verbundenes Turbinenrad 50. Ein Leitrad 52 ist fluiddynamisch wirksam zwischen dem Pumpenrad 48 und dem Turbinenrad 50 angeordnet.
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Die Trennkupplung 40 ist als Lamellenkupplung 54 ausgeführt und innerhalb eines Wandlergehäuses 56 des Drehmomentwandlers 34 angeordnet. Die erste Wirkseite 32 ist mit dem Abtriebselement 18, hier einem Getriebe 26, drehmomentübertragend verbunden. Die zweite Wirkseite 36 ist mit einer Rotorwelle 58 des Rotors 22 drehmomentübertragend verbunden.
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3 und 4 zeigt ein Funktionsschaltbild einer Antriebsvorrichtung jeweils in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung. Die Antriebsvorrichtung 10 aus 3 ist gleich aufgebaut wie die aus 1, bis auf nachfolgend genannte Unterschiede. Ein Sperrelement 60 ist wirksam zwischen der zweiten Wirkseite 36 und dem Gehäuse 19 parallel zu der drehmomentübertragenden Verbindung zwischen dem Elektromotor 16 und dem Drehmomentübertragungselement 30 angeordnet. Das Sperrelement 60 ist schaltbar ausgeführt und ermöglicht bei einer geschalteten Sperrstellung eine Abstützung des Gegenmoments 46 zum Aufbau des Bremsmoments 44 in dem Schubbetrieb. Das Sperrelement 60 ist eingangsseitig mit der zweiten Wirkseite 36 und ausgangsseitig mit dem Gehäuse 19 verbunden. Das Sperrelement 60 ist als Klauenkupplung 62 ausgeführt, die in der geschalteten Sperrstellung eine formschlüssige Verbindung zwischen der zweiten Wirkseite 36 und dem Gehäuse 19 bewirkt und bei einer Freigabestellung eine Verdrehung zwischen der zweiten Wirkseite 36 und dem Gehäuse 19 zulässt. Bevorzugt ist die Trennkupplung 40 in einem offenen Kupplungszustand, wenn das Gegenmoment über die Klauenkupplung 62 an dem Gehäuse 19 abgestützt wird.
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Die Antriebsvorrichtung 10 aus 4 ist gleich aufgebaut wie die aus 3, bis auf nachfolgend genannte Unterschiede. Das Sperrelement 60 ist als Freilauf 64 ausgeführt. Ein Freilaufklemmmoment des Freilaufs 64 zur Einstellung der Sperrstellung des Freilaufs 64 kann größer oder gleich wie ein maximales Rekuperationsmoment des Elektromotors 16 sein. Der Freilauf 64 kann bei Erreichen und Überschreiten eines Grenzwerts des Bremsmoments 44 eine Abstützung des Bremsmoments 44 an dem Gehäuse 19 und bei Unterschreiten des Grenzwerts eine Verdrehung zwischen der zweiten Wirkseite 36 und dem Gehäuse 19 bewirken. Bevorzugt ist die Trennkupplung 40 in einem offenen Kupplungszustand, wenn das Gegenmoment über den Freilauf 64 an dem Gehäuse 19 abgestützt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Antriebsvorrichtung
- 12
- Fahrzeug
- 14
- elektrische Fahrzeugantriebsachse
- 16
- Elektromotor
- 18
- Abtriebselement
- 19
- Gehäuse
- 20
- Stator
- 22
- Rotor
- 24
- Energiespeicher
- 26
- Getriebe
- 28
- Fahrzeugrad
- 30
- Drehmomentübertragungselement
- 32
- erste Wirkseite
- 34
- Drehmomentwandler
- 36
- zweite Wirkseite
- 38
- Leistungsübertragung
- 40
- Trennkupplung
- 41
- Leistungsübertragung
- 42
- Schubmoment
- 44
- Bremsmoment
- 45
- Retarder
- 46
- Gegenmoment
- 48
- Pumpenrad
- 50
- Turbinenrad
- 52
- Leitrad
- 54
- Lamellenkupplung
- 56
- Wandlergehäuses
- 58
- Rotorwelle
- 60
- Sperrelement
- 62
- Klauenkupplung
- 64
- Freilauf
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019123169 A1 [0002]
- DE 102019103711 A1 [0003]
