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Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug.
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Das Anwendungsgebiet der Erfindung liegt insbesondere in der Automobilindustrie der Elektro- oder Hybridfahrzeuge, insbesondere für die Effizienzsteigerung von Hauptbetriebskomponenten der Elektromobilität.
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Aktuell ist der Stand der Technik des Betriebsbremssystems bei Personenkraftwagen (Pkw) unabhängig vom Antriebskonzept (Elektro-, Hybrid- oder Verbrennungsantrieb) eine radnahe, luftgekühlte Scheibenbremse für jedes Rad. Dies ist auch für Elektrofahrzeuge die immer noch vorherrschende Art der Betriebsbremse, welche autark vom Antriebskonzept funktioniert. Nachteile dieses Betriebsbremssystems sind Luftkühlung, Feinstaubbelastung, Wartungsaufwand, Einfluss auf Fahrzeuggeometrie, Schleppverluste etc.
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Für Elektro- oder Hybridfahrzeuge ist die Luftkühlung der Scheibenbremse mit den dadurch begünstigten Nebeneffekten von reibungsbedingtem Verschleiß nebst Feinstaubemission, reibungs- und witterungsbedingt hohem Wartungsbedarf sowie Beschränkungen des Fahrzeugdesigns aufgrund von notwendigen Lüftungskanälen ein sehr vorrangiges Problem für die beabsichtigte Umweltfreundlichkeit des Autos (Pkw).
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Des Weiteren sind bei einer Scheibenbremse die Schleppverluste, die den Wirkungsverzug vom geöffneten bis zum geschlossenen Bremsklotz- oder Lamellenzustand beschreiben, wegen primärer Einflussgrößen, wie Medium im Lüftspalt (Lüftspiel), Belagbreite, Anzahl und Durchmesser der Reibflächen, und sekundärer Einflüsse, wie Belagoberfläche und Reibbelagnutzung, dringend verbesserungsbedürftig. Dem Lüftspiel (Abstand zwischen Bremsklotz und Bremsscheibe bei Scheibenbremsanlagen) kommt allein deshalb besondere Bedeutung zu, weil ein Abstand zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe für den (ungebremsten) Umlauf der Bremsscheibe unverzichtbar ist, das Lüftspiel aber andererseits beim Betätigen der Bremsen zu einer Bremswegverlängerung führt, die bei einer hydraulischen Bremsanlage als Bremsansprechzeit (Zeit zur Überwindung des Lüftspiels) ca. 0,1 bis 0,2 Sekunden betragen kann.
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Außerdem sollen Elektro- oder Hybridfahrzeuge vor allem in der Leistungsfähigkeit gesteigert werden, indem Synergieeffekte zwischen Betriebsbremssystem und Antriebssystem unter Ausnutzung der Energierückgewinnung (Rekuperationsbremsung) besser verknüpft werden, um den Energiespeicher (Akku) nachzuladen oder aber überschüssige Wärmeenergie aus Antriebs- und Bremssystem umzuwandeln oder für Heizzwecke zu nutzen.
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Obwohl es heutzutage Stand der Technik ist, dass eine Betriebsbremse im Pkw vor allem wegen der Zusatzfunktionalitäten, wie ESP (elektronisches Stabilitäts-Programm), ASR (Antischlupfregelung), ABS (Antiblockiersystem) etc., nicht mehr mittels mechanischer Verbindung, sondern mittels elektronisch gesteuerter Pumpen vom Bremspedal gesteuert wird, ist das Betriebsbremssystem auch für reine E-Autos immer noch strikt getrennt vom elektrischen Antriebssystem und mit den peripheren Bremseinrichtungen (luftgekühlte Scheibenbremsen) an den Rädern des Fahrzeugs über hydraulische Bremskreise verbunden.
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Zur Eliminierung von Umwelteinflüssen und zur Nutzung der von den Bremsen umgewandelten Wärmeenergie für den Wärmehaushalt des Fahrzeuges werden nasslaufende Betriebsbremsen in das elektrische Antriebssystem integriert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Möglichkeit zur Verbesserung der Nachhaltigkeit bzw. Umweltverträglichkeit einer Antriebsvorrichtung in Elektro- oder Hybridfahrzeugen zu finden, welche die gesetzlichen Vorschriften erfüllt und dabei kostengünstig und gewichtsoptimiert herstellbar ist und kompakt ist, um raumsparend in die elektronische Antriebsachse eines elektrisch angetriebenen Personenkraftwagens integriert werden kann.
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Die Aufgabe wird durch eine Antriebsvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Aspekte bilden den Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
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Die Erfindung umfasst eine Antriebsvorrichtung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einer Primärantriebsachse und einer Sekundärantriebsachse. Die Primärantriebsachse und die Sekundärantriebsachse umfassen jeweils einen Elektromotor, eine Ölpumpe und einen Ölspeicher, die gemeinsam mit einem hydraulischen Steuergerät und einem Wärmetauscher einen Primärölkreislauf bzw. Sekundärölkreislauf bilden. Ferner umfassen die Primärantriebsachse und die Sekundärantriebsachse jeweils zwei Betriebsbremsen,
die nasslaufende Bremsen sind. Die von der Primärantriebsachse umfassten Betriebsbremsen sind in den Primärölkreislauf integriert. Die von der Sekundärantriebsachse umfassten Betriebsbremsen sind in den Sekundärölkreislauf integriert. Dadurch können die Betriebsbremsen über den bereits bestehenden Ölkreislauf mit dem Kühl - und Schmiermedium (nachfolgend Öl) versorgt werden ohne dass ein zusätzlicher Ölkreislauf aufgebaut werden muss, dadurch können erheblich Bauteile eingespart werden, was zu einer Kostenreduktion bei der Fahrzeugherstellung führt und das Gesamtgewicht des Fahrzeuges reduziert.
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Ein vorteilhafter Aspekt sieht vor, dass das hydraulische Steuergerät und der Wärmetauscher des Primärölkreislaufes und das hydraulische Steuergerät und der Wärmetauscher des Sekundärölkreislaufes dasselbe hydraulische Steuergerät und derselbe Wärmetauscher sind die außerhalb der Primärantriebsachse und der Sekundärantriebsachse angeordnet sind. Somit findet ein Wärmeaustausch zwischen dem Primärölkreislauf und dem Sekundärölkreislauf statt. Dies bewirkt eine verbesserte Zugänglichkeit zu den Bauteilen, was einen Austausch im Falle eines Fehlers erleichtert und somit die Fahrzeugwartung erheblich vereinfacht, sowie Vorteile bzw. zusätzliche Freiheitsgrade bei der Integration ins Fahrzeug bringen kann.
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Besonders vorteilhaft ist, wenn das hydraulische Steuergerät und der Wärmetauscher des Primärölkreislaufes und das hydraulische Steuergerät und der Wärmetauscher des Sekundärölkreislaufes dasselbe hydraulische Steuergerät und derselbe Wärmetauscher sind, die innerhalb der Primärantriebsachse angeordnet sind. Somit findet ein Wärmeaustausch zwischen dem Primärölkreislauf und dem Sekundärölkreislauf statt. Dadurch werden für den Aufbau der Ölkreisläufe weniger Bauteile benötigt, was zu einer Gewichtsreduktion, Verringerung des Wartungsaufwandes und Kosteneinsparung führt und somit die Nachhaltigkeit bzw. Umweltverträglichkeit steigert, was die Kernidee einer umweltverträglichen und nachhaltigen Fahrzeugherstellung und Nutzung darstellt.
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Es erweist sich als vorteilhaft, wenn das hydraulische Steuergerät und der Wärmetauscher des Primärölkreislaufes und das hydraulische Steuergerät und der Wärmetauscher des Sekundärölkreislaufes dasselbe hydraulische Steuergerät und derselbe Wärmetauscher sind, die innerhalb der Sekundärantriebsachse angeordnet sind. Somit findet ein Wärmeaustausch zwischen dem Primärölkreislauf und dem Sekundärölkreislauf statt. Dies ermöglicht, dass Wärmeunterschiede zwischen der Primärantriebsachse und der Sekundärantriebsache hinsichtlich des energetischen Gesamtkonzeptes des Fahrzeuges optimal ausgenutzt werden können.
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Nach einem bevorzugten Aspekt ist das hydraulische Steuergerät und der Wärmetauscher des Primärölkreislaufes und das hydraulische Steuergerät und der Wärmetauscher des Sekundärölkreislaufes nicht dasselbe hydraulische Steuergerät und nicht derselbe Wärmetauscher sind, womit zwei hydraulische Steuergeräte und zwei Wärmetauscher vorhanden sind, die jeweils innerhalb der Primärantriebsachse bzw. der Sekundärantriebsachse angeordnet sind. Somit findet kein Wärmeaustausch zwischen dem Primärölkreislauf und dem Sekundärölkreislauf statt. Dies bewirkt, dass jede Antriebsachse einen eigenen abgeschlossenen Ölkreislauf hat und einzelne Fahrzeugmodule flexibel miteinander kombiniert werden können, was zu einer verringerten Störanfälligkeit des Fahrzeugs führt.
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Vorzugsweise ist genau ein elektronisches Steuergerät vorhanden, dass mit allen vier Betriebsbremsen in Verbindung steht. Dies ermöglicht eine minimale Anzahl an Schnittstellen innerhalb des Fahrzeuges, an denen möglicherweise Übertragungsfehler auftreten können, somit bewirkt die Minimierung der Schnittstellen eine Minimierung der potentiellen Fehlerquellen.
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Ein vorteilhafter Aspekt sieht vor, dass genau zwei elektronische Steuergeräte vorhanden sind, wobei eines der zwei elektronischen Steuergeräte innerhalb der Primärantriebsachse angeordnet ist und mit den zwei Betriebsbremsen der Primärantriebsachse in Verbindung steht. Das andere der zwei elektronischen Steuergeräte ist innerhalb der Sekundärantriebsachse angeordnet und steht mit den zwei Betriebsbremsen der Sekundärantriebsachse in Verbindung. Dadurch wird sichergestellt, dass im Falle eines Fehlers der Elektronik die einzelnen Antriebsachsen zuverlässig unabhängig voneinander angesteuert werden können und so die gesetzlichen Vorschriften für sicherheitsrelevante Systeme in Kraftfahrzeugen, sicher eingehalten werden können.
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Vorteilhafterweise umfasst ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug eine Antriebsvorrichtung. Dadurch wird die Nachhaltigkeit bzw. Umweltverträglichkeit der Antriebsvorrichtung von Elektro- oder Hybridfahrzeugen erheblich verbessert und die Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Antriebsvorrichtung gesteigert, womit dem Kerngedanken einer umweltverträglichen und nachhaltigen Fahrzeugnutzung nachgekommen werden kann.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung mit einem Primärölkreislauf und einem Sekundärölkreislauf mit integrierten Betriebsbremsen,
- 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung mit einem Primärölkreislauf und einem Sekundärölkreislauf mit integrierten Betriebsbremsen,
- 3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung mit einem Primärölkreislauf und einem Sekundärölkreislauf mit integrierten Betriebsbremsen,
- 4 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung mit einem Primärölkreislauf und einem Sekundärölkreislauf mit integrierten Betriebsbremsen mit einem weiteren elektronischen Steuergerät, einem weiteren hydraulischen Steuergerät und einem weiteren Wärmetauscher; und
- 5 eine schematische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung mit einem Primärölkreislauf und einem Sekundärölkreislauf mit integrierten Betriebsbremsen mit einem weiteren hydraulischen Steuergerät und einem weiteren Wärmetauscher.
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 1 für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einer Primärantriebsachse 2 und einer Sekundärantriebsachse 3. Die Primärantriebsachse 2 und die Sekundärantriebsachse 3 umfassen jeweils einen Elektromotor 8, eine Ölpumpe 11 und einen Ölspeicher 12, die gemeinsam mit einem hydraulischen Steuergerät 10 und einem Wärmetauscher 5 einen Primärölkreislauf 13 bzw. Sekundärölkreislauf 14 bilden. Ferner umfassen die Primärantriebsachse 2 und die Sekundärantriebsachse 3 jeweils zwei Betriebsbremsen 4,
die nasslaufende Bremsen sind. Die von der Primärantriebsachse 2 umfassten Betriebsbremsen 4 sind in den Primärölkreislauf 13 integriert. Die von der Sekundärantriebsachse 3 umfassten Betriebsbremsen 4 sind in den Sekundärölkreislauf 14 integriert.
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Optional beinhaltet die Primärantriebsachse 2 eine Parksperre 15 als radindividuelle Feststellbremse.
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Denkbar ist auch, dass die Sekundärantriebsachse 3 einen Disconnect 16 zur Reduzierung der Schleppverluste umfasst.
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Die Energieversorgung des Fahrzeugs funktioniert über einen Hochvoltenergiespeicher 6, der mit einer Leistungselektronik 7 in Verbindung steht. Über das elektronische Steuergerät 9 erfolgt die Steuerung zur bedarfsgerechten Verteilung des Kühl - und Schmiermediums (Öl) zwischen Ölspeicher 12, E-Maschine und der Betriebsbremse 4.
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In der Antriebsvorrichtung 1 des ersten Ausführungsbeispiels sind das hydraulische Steuergerät 10 und der Wärmetauscher 5 des Primärölkreislaufes 13 und das hydraulische Steuergerät 10 und der Wärmetauscher 5 des Sekundärölkreislaufes 14 dasselbe hydraulische Steuergerät 10 und derselbe Wärmetauscher 5. Das hydraulische Steuergerät 10 und der Wärmetauscher 5 sind außerhalb der Primärantriebsachse 2 und Sekundärantriebsachse 3 angeordnet. Somit findet ein Wärmeaustausch zwischen dem Primärölkreislauf 13 und dem Sekundärölkreislauf 14 statt.
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In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 1 gezeigt. Der Aufbau des zweiten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel nur darin, dass das hydraulische Steuergerät 10 und der Wärmetauscher 5 innerhalb der Primärantriebsachse 2 angeordnet sind. Somit findet wie im ersten Ausführungsbeispiel ein Wärmeaustausch zwischen dem Primärölkreislauf 13 und dem Sekundärölkreislauf 14 statt.
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3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 1. Der Aufbau des dritten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel nur darin, dass das hydraulische Steuergerät 10 und der Wärmetauscher 5 innerhalb der Sekundärantriebsachse 3 angeordnet sind. Somit findet wie im ersten Ausführungsbeispiel ein Wärmeaustausch zwischen dem Primärölkreislauf 13 und dem Sekundärölkreislauf 14 statt.
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In 4 ist ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 1 gezeigt. Der Aufbau des viertes Ausführungsbeispiels unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel darin, dass das hydraulische Steuergerät 10 und der Wärmetauscher 5 des Primärölkreislaufes 13 und das hydraulische Steuergerät 10 und der Wärmetauscher 5 des Sekundärölkreislaufes 14 nicht dasselbe hydraulische Steuergerät 10 und nicht derselbe Wärmetauscher 5 sind. Es sind zwei hydraulische Steuergeräte 10 und zwei Wärmetauscher 5 vorhanden. Die hydraulischen Steuergeräte 10 sind jeweils innerhalb der Primärantriebsachse 2 bzw. der Sekundärantriebsachse 3 angeordnet. Es findet kein Wärmeaustausch zwischen dem Primärölkreislauf 13 und dem Sekundärölkreislauf 14 statt. Im Gegensatz zu den ersten drei Ausführungsbeispielen sind im Aufbau des viertes Ausführungsbeispiels genau zwei elektronische Steuergeräte 9 vorhanden, wobei eines der zwei elektronischen Steuergeräte 9 innerhalb der Primärantriebsachse 2 angeordnet ist und mit den zwei Betriebsbremsen 4 der Primärantriebsachse 2 in Verbindung steht. Das andere der zwei elektronischen Steuergeräte 9 ist innerhalb der Sekundärantriebsachse 3 angeordnet und steht mit den zwei Betriebsbremsen 4 der Sekundärantriebsachse 3 in Verbindung.
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5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 1. Der Aufbau des fünften Ausführungsbeispiels unterscheidet sich vom vierten Ausführungsbeispiel darin, dass genau ein elektronisches Steuergerät 9 vorhanden ist, dass mit allen vier Betriebsbremsen 4 in Verbindung steht.
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Denkbar ist die einzelnen Ausführungsbeispiele eins bis fünf der Antriebsvorrichtung 1 jeweils in ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug zu integrieren.
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Bezugszeichen
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- 1
- Antriebsvorrichtung
- 2
- Primärantriebsachse
- 3
- Sekundärantriebsachse
- 4
- nasslaufende Betriebsbremse
- 5
- Wärmetauscher
- 6
- Hochvoltenergiespeicher
- 7
- Leistungselektronik
- 8
- Elektromotor
- 9
- elektronisches Steuergerät
- 10
- hydraulisches Steuergerät
- 11
- Ölpumpe
- 12
- Ölspeicher
- 13
- Primärölkreislauf
- 14
- Sekundärölkreislauf
- 15
- Parksperre
- 16
- Disconnect
