DE19932118C1 - Elektrischer Mehrfachmotorenantrieb für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Elektrischer Mehrfachmotorenantrieb für ein Kraftfahrzeug

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Mehrfach-Motoren-Antrieb, bei dem zwei Elektromotoren vorgesehen sind, die einem gemeinsamen Abtrieb mit zweistufigem Getriebe zugeordnet sind. Eine automatische Steuerung steuert einerseits die Lastverteilung zwischen den Motoren und andererseits das Getriebe, um einen optimalen Wirkungsgrad des Abtriebes zu gewährleisten. Vorzugsweise sind Asynchronmotoren vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft einen für ein Kraftfahrzeug geeigneten elektrische Mehrmotorenantrieb, bei dem zwei Elektromotoren einem gemeinsamen, mit angetriebenen Fahrzeugrädern antriebsmäßig verbindbaren Abtrieb sowie einer autonomen Steuerung zugeordnet sind, welche die Motoren mit unterschiedlicher Lastverteilung zu betreiben gestattet, wobei die Steuerung in Abhängigkeit von Signalen eines fahrerseitig betätigtbaren Steuerorgans - z. B. Fahrpedal - und eines Signalgebers für die Fahrgeschwindigkeit oder einen damit korrelierten oder dazu analogen Parameter eine einen optimalen Wirkungsgrad des Antriebes bewirkende Lastverteilung selbsttätig einzustellen gestattet.
Bislang haben Batterien nur eine vergleichsweise geringe Energiedichte, so daß eine Batterieladung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug nur dann eine befriedigende Reichweite bieten kann, wenn der Elektroantrieb mit hohem Wirkungsgrad zu arbeiten vermag. Bei Elektromotoren hängt der Wirkungsgrad stark vom jeweiligen Drehmoment sowie der Drehzahl ab. Bei einem Mehrmotorenantrieb besteht nun die Möglichkeit, bei Fahrsituationen mit geringerem Leistungsbedarf einen Motor abzuschalten oder die Motoren mehr oder weniger unterschiedlich zu belasten, um im Durchschnitt einen höheren Wirkungsgrad zu erreichen als es bei einem Antrieb mit nur einem Elektromotor möglich wäre.
Bei einem aus der US 5 289 890 bekannten Antrieb der eingangs angegebenen Art sind zwei konstruktiv unterschiedliche Elektromotoren vorgesehen, derart, daß ein Elektromotor seinen optimalen Wirkungsgrad im Bereich geringerer Drehzahlen und der andere Elektromotor seinen optimalen Wirkungsgrad im Bereich höherer Drehzahlen hat. Solange für den Fahrbetrieb eine gegenüber der Summe der Maximalleistungen beider Motoren verminderter Leistungsbedarf vorliegt, kann dann je nach Fahrgeschwindigkeit hauptsächlich der eine oder der andere Motor belastet werden, d. h. zumindest ein Motor arbeitet vergleichsweise optimal.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist dabei vorgesehen, gleichartige Elektromotoren einzusetzen.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, durch ein schaltbares Getriebe die jeweilige Motordrehzahl sowie das für den jeweiligen Fahrzustand des Fahrzeuges notwendige Motormoment im Hinblick auf einen optimalen Wirkungsgrad zu verändern. Dadurch wird innerhalb eines deutlich vergrößerten Bereiches der Betriebssituationen ein erhöhter Wirkungsgrad ermöglicht. Insbesondere kann mit zwei gleichartigen Elektromotoren sowohl bei hoher als auch niedriger Fahrgeschwindigkeit ein guter bzw. erhöhter Wirkungsgrad gewährleistet werden, da Betriebssituationen mit sehr niedrigen Wirkungsgraden der Elektromotoren praktisch immer vermieden werden können.
Vorzugsweise berücksichtigt die Steuerung auch den von vielfältigen Parametern, insbesondere Drehzahl und Drehmoment sowie Temperatur, abhängigen Getriebewirkungsgrad, um die Lastverteilung auf die Motoren und die jeweilige Schaltstufe zur Erzielung eines optimalen Gesamtwirkungsgrades des Antriebes einzustellen.
Im Hinblick auf ihre Robustheit und gute Steuerbarkeit sind bei der Erfindung Asynchronmotoren bevorzugt. Diese besitzen - vereinfacht ausgedrückt - regelmäßig einen guten Wirkungsgrad, wenn einerseits die Drehzahl oberhalb eines mittleren Drehzahlwertes liegt und der Motor mit einem mittleren Drehmoment arbeiten muß. Darüber hinaus wird ein guter Wirkungsgrad auch dann erreicht, wenn der Motor bei mittlerer Drehzahl arbeitet und das jeweilige Motormoment oberhalb eines mittleren Wertes liegt. Durch entsprechende Umschaltung des Getriebes und Zu- oder Abschaltung des zweiten Motors und/oder durch ungleichförmige Belastung der beiden Motoren kann dann die Steuerung einen optimalen Wirkungsgrad erreichen.
Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.
Dabei zeigt
Fig. 1 ein beispielhaftes Kennfeld eines Asynchronmotors und
Fig. 2 eine stark schematisierte Darstellung des erfindungsgemäßen Antriebes.
In Fig. 1 wird der Wirkungsgrad η in Abhängigkeit von der Drehzahl D und vom Motormoment M dargestellt. Es ist erkennbar, daß vergleichsweise hohe Wirkungsgrade erreicht werden, wenn
  • - das Motormoment bei einem mittleren Wert, im dargestellten Beispiel bei etwa 75 Nm liegt und die Drehzahl einen mittleren Wert, im dargestellten Beispiel etwa 3.000/min überschreitet, oder wenn
  • - die Drehzahl einen mittleren Wert, im dargestellten Beispiel etwa 3.000/min hat und das Motormoment oberhalb eines mittleren Wertes, im dargestellten Beispiel etwa 75 Nm, liegt.
Außerhalb der vorangehend angegebenen Parameter fällt der Wirkungsgrad unter Umständen stark ab.
Gemäß Fig. 2 besitzt ein erfindungsgemäßer Antrieb zwei Elektromotoren 1 und 2, die parallel mit einer Welle 3 über Zahnräder 4 od. dgl. antriebsverbunden sind. Die Welle 3 bildet den Eingang eines zweistufigen Getriebes 5, dessen Ausgang über eine Welle 6 sowie ein Differential 7 mit Antriebsrädern 8 eines im übrigen nicht näher dargestellten Kraftfahrzeuges antriebsverbunden ist.
Die Elektromotoren 1 werden über separat steuerbare Umrichter 9 elektrisch bestromt, die ihrerseits mit einer nicht dargestellten Batterie verbunden sind und von einer elektronischen Steuerung 11 gesteuert werden.
Die Steuerung 11 ist eingangsseitig mit einem Sensor 12 für die Fahrgeschwindigkeit sowie einem fahrerseitig, beispielsweise mittels Fahrpedales betätigten Signalgeber 13 verbunden. Im dargestellten Beispiel erfaßt der Sensor 12 die mit der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges korrelierten Drehzahlen der Welle 6. Die Signale des Signalgebers 13 repräsentieren die vom Fahrer gewünschte Gesamt-Motorleistung.
Im übrigen wertet die Steuerung auch die den Umrichtern gegebenen Signale sowie die über die Umrichter 9 bewirkte Bestromung der Elektromotoren 1 und 2 aus, so daß die Steuerung das jeweilige Motormoment "kennt".
Da die Steuerung 11 über die Signale des Sensors 12 und einen getriebeseitigen Sensor 14 das jeweilige Übersetzungsverhältnis des Getriebes 5 "kennt", kann die Steuerung 11 auch jeweils die Drehzahl der Motoren 1 und 2 ermitteln.
Dementsprechend kann die Steuerung 11 auch den jeweiligen Wirkungsgrad, mit dem der Elektromotor 1 bzw. 2 arbeitet, erfassen.
Zur Optimierung des Wirkungsgrades hat die Steuerung 11 nun einerseits die Möglichkeit, das Getriebe 5 umzuschalten, mit der Folge, daß das motorseitig benötigte Drehmoment je nach Schaltrichtung erhöht oder vermindert wird.
Darüber hinaus kann die Steuerung 11 durch entsprechende Betätigung der Umrichter 9 die Elektromotoren 1 und 2 mit unterschiedlicher Leistung und/oder mit unterschiedlichem Drehmoment arbeiten lassen, wobei im Extremfall einer der Elektromotoren 1 und 2 "im Leerlauf" arbeiten kann.
Indem nun die Steuerung 11 jeweils mittels eines integrierten Rechners die nach den jeweiligen Fahrumständen bestehenden Möglichkeiten der gleichen bzw. ungleichen Belastungen der Motoren 1 und 2 sowie der beiden Stufen des Getriebes 5 "durchrechnet", wobei vorzugsweise auch der je nach Betriebszustand des Antriebes unterschiedliche Getriebewirkungsgrad berücksichtigt wird, kann innerhalb kürzester Zeit eine bezüglich des Gesamtwirkungsgrades optimale Betriebssituation eingeschaltet werden.

Claims (5)

1. Elektrischer Mehrmotorenantrieb für ein Kraftfahrzeug bei dem zwei Elektromotoren (1, 2) einem gemeinsamen, mit angetriebenen Fahrzeugrädern (8) antriebsmäßig verbindbaren Abtrieb (3, 5, 6) sowie einer autonomen Steuerung (11) zugeordnet sind, welche die Motoren mit unterschiedlicher Lastverteilung zu betreiben gestattet, wobei die Steuerung in Abhängigkeit von Signalen eines fahrerseitig betätigbaren Steuerorgans (Fahrpedal) und eines Signalgebers (12) für die Fahrgeschwindigkeit oder für einen damit korrelierten bzw. dazu analogen Parameter eine einen optimalen Wirkungsgrad bewirkende Lastverteilung selbsttätig einzustellen gestattet, dadurch gekennzeichnet, daß im Abtrieb ein von der Steuerung (11) schaltbares Getriebe (5) angeordnet ist, wobei die Steuerung (11) die Schaltstufen im Hinblick auf einen optimalen Wirkungsgrad wählt.
2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gleichartige Elektromotoren (1, 2) vorgesehen sind.
3. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Asynchronmotoren angeordnet sind.
4. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweistufiges Getriebe - mit zwei wählbaren Getriebeübersetzungen - vorgesehen ist.
5. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (11) auch den Wirkungsgrad des Getriebes (5) berücksichtigt und die Schaltstufen des Getriebes sowie die Lastverteilung der Motoren (1, 2) im Hinblick auf einen optimalen Gesamtwirkungsgrad des Antriebes einstellt bzw. auswählt.
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