DE9402713U1 - Elektroantrieb für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Elektroantrieb für ein Kraftfahrzeug

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Description

P/gs-R 32 64
Die Erfindung betrifft einen Elektroantrieb für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem eine Motorwelle antreibenden Elektromotor, mindestens einer über die Motorwelle angetriebenen Radwelle und einem Getriebe zwischen Motor- und Radwelle.
Um Kraftfahrzeuge mit Elektroantrieb wirtschaftlich einsetzbar zu gestalten, müssen diese möglichst leicht gebaut sein. Zum einen muß daher die Antriebseinheit entsprechend leicht gebaut sein und zum anderen auch die übrigen Teile des Kraftfahrzeuges. Diese weisen daher oft eine kleine Karosserie auf, die wiederum wenig Platz für die Antriebseinheit läßt. Die Antriebseinheit soll daher auch einen möglichst geringen Platzbedarf haben.
Weitere Ziele der Erfindung sind ein einfacher Aufbau und große Storunanfalligkeit des Elektroantriebs.
Erfindungsgemäß ist daher das Getriebe einstufig ausgebildet. Dies verringert vorteilhafterweise sowohl die Anzahl der erforderlichen Bauteile als auch das Gesamtgewicht des Antriebs.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist ein großes Untersetzungsverhältnis, bevorzugt ca. 11 bis 12 : 1, insbesondere 11,55 : 1 gewählt. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, daß schnell laufende Asynchron-Motoren verwendet werden können, die neben der einfachen und verlustfreien Regelbarkeit ihrer Drehzahl ein günstiges Gewicht/Leistungsverhältnis aufweisen und daher für den Einsatz in Kraftfahrzeugen besonders geeignet sind.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird als Getriebe ein Keilrippenriemen mit zugeordneten Keilrippenscheiben bzw. -rädern verwendet. Dies hat den Vorteil, daß das
Getriebe besonders leicht ist. Außerdem kann durch den Keilrippenriemen die Antriebskraft eines schnellaufenden Asynchronmotors auch bei großem Untersetzungsverhältnis, insbesondere auch beim Anfahren sicher übertragen werden.
Dem Keilrippenriemen sind auf der Motorwelle und der Radwelle entsprechende Keilrippenscheiben bzw. -räder zugeordnet, in deren Rillen der Keilrippenriemen läuft. Durch einen entsprechenden Durchmesser der Keilrippenscheiben bzw. -räder wird das gewünschte über- bzw. Untersetzungsverhältnis eingestellt.
Der erfindungsgemäße Elektroantrieb kann sowohl bei Kraftfahrzeugen mit einem, zwei oder mehr angetriebenen Rädern eingesetzt werden. Bei zwei oder mehr angetriebenen Rädern kann nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung je angetriebenem Rad eine Antriebseinheit aus Elektromotor, Motorwelle, Radwelle und Getriebe vorgesehen sein, wobei bevorzugt zur Steuerung der Motordrehzahl der Elektromotoren dieser Antriebseinheiten eine Rechnereinheit vorhanden ist.
Um unterschiedliche Drehgeschwindigkeiten der angetriebenen Räder bei Kurvenfahrt auszugleichen, wird nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die erforderliche Drehzahl der einzelnen Räder in Abhängigkeit vom Kurvenradius durch die Rechnereinheit bestimmt und die Antriebseinheiten entsprechend angesteuert, insbesondere die Elektromotoren des kurvenäußeren und kurveninneren Rades mit einer entsprechenden Stromstärke versorgt. Durch diese Ausgestaltung wird vorteilhafterweise ein mechanisches Ausgleichsgetriebe eingespart. Da bei beispielsweise zwei angetriebenen Rädern jede Antriebseinheit nur die halbe Leistung erbringen muß und ein Ausgleichsgetriebe entfällt, kann insgesamt durch diese Ausgestaltung Gewicht und Bauraum eingespart werden.
Eine einfachere kostengünstige Möglichkeit, ein mechanisches Ausgleichgetriebe einzusparen, besteht darin, die Elektromotoren des kurvenäußeren und des kurveninneren Rades
gleichermaßen anzusteuern. Eine solche einfache Steuerung 1 ist aufgrund des Motorschlupfes von Asynchronmotoren möglich, wobei der Motor des kurvenäußeren Rades einen geringeren Schlupf und ein geringeres Drehmoment aufweist als der Motor des kurveninneren Rades.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung sind an den einzelnen Motorwellen Drehgeber vorhanden. Die von den Drehgebern ermittelte Ist-Drehzahl der Motorwellen wird an die Rechnereinheit weitergeleitet und kann dort mit zugehörigen Soll-Werten verglichen, und die Elektromotoren entsprechend dem Ergebnis dieses Soll/Ist-Wert-Vergleichs angesteuert werden. Durch einen solchen Regelkreis wird sichergestellt, daß die gewünschten Fahrdaten eingehalten werden.
Um die gewünschte Fahrtgeschwindigkeit zu regeln, kann bei der oben beschriebenen einfachen Steuerung ein Mittelwert der von den Drehgebern gelieferten Ist-Werte ermittelt und dieser Wert mit dem der gewünschten Fahrtgeschwindigkeit entsprechenden Soll-Wert verglichen werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann in diesem Fall bezüglich der von den Drehgebern gemeldeten Ist-Werte eine Kontrolle durchgeführt werden. Meldet der Drehgeber des kurvenäußeren Rades eine im Vergleich zum Antriebsstrom zu hohe Ist-Drehzahl, die einen beginnenden Generatorlauf anzeigt, so wird solange, wie dieser Zustand andauert, der Antriebsstrom für diesen Motor gegen Null gesteuert.
Durch eine Einheit, welche Anstieg und Abfall der von den Drehgebern gelieferten Ist-Drehzahlen ermittelt, kann erfindungsgemäß ein Durchdrehen oder Blockieren der Räder erkannt und vorteilhafterweise für eine Antischlupf- bzw. Antiblockierregelung verwendet werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigen
• ·
Figur 1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit, und
Figur 2 einen Horizontalschnitt durch diese erfindungsgemäße Antriebseinheit in vereinfachter Darstellung sowie ein Schaltschema zu deren Ansteuerung.
In Figur 1 ist strichpunktiert ein Motorraum 1 angedeutet, in welchem der Elektroantrieb mit Elektromotor 2, Motorwelle 3, Steckachse 4 und Keilrippenriemen 5 untergebracht ist. Der Keilrippenriemen 5 ist dabei über eine Keilrippenscheibe 6 bzw. ein Keilrippenrad 7 geführt, welche auf der Motorwelle 3 bzw. auf der Steckachse 4 angeordnet sind.
Die Steckachse 4 ist ebenso wie der Elektromotor 2 in einer Mittelkonsole 8 gelagert, welche über Gummifederelemente 9 im Motorraum 1 verankert ist. Desweiteren ist im Motorraum 1 ein Riemenspanner 10 mit einer drehbar gelagerten Walze 11 vorhanden, welcher sich am Elektromotor 2 abstützt und mit der Mantelfläche der Walze 11 gegen die Außenseite des Keilrippenriemens 5 preßt. Das Keilrippenrad 7 ist als Speichenrad ausgebildet, um Gewicht einzusparen.
Figur 2 zeigt, daß die Antriebseinheit mit zwei Elektromotoren 2a und 2b, welche symmetrisch zur Fahrzeuglängsachse 12 angeordnet sind, ausgestattet ist.
Die beiden Elektromotoren 2a und 2b weisen jeweils eine horizontale, senkrecht zur Fahrzeugslängsachse 12 angeordnete und zur jeweils anderen koaxiale Motorwelle 3a bzw. 3b auf. Auf den beiden Motorwellen 3a und 3b ist jeweils der Rotor 12a bzw. 12b der beiden Elektromotoren 2a bzw. 2b drehbar gelagert. Die Rotoren 12a und 12b wiederum sind jeweils von einem Statorpaket 13a bzw. 13b umgeben.
Auf der einander zugewandten Seite der Motorwellen 3a und 3b ist jeweils die in Figur 2 nicht erkennbare Keilrippenscheibe angeordnet, auf welchen jeweils der Keilrippenriemen 5a
bzw. 5b läuft. Die Keilrippenriemen 5a und 5b laufen andererseits jeweils um das Keilrippenrad 7a bzw. 7b, welche jeweils auf der parallel zu den beiden Motorwellen 3a und 3b verlaufenden Steckachse 4 drehbar gelagert sind. Die Steckachse 4 ihrerseits ist drehfest mit der Mittelkonsole 8 der Fahrzeugkarosserie verbunden. In Verlängerung der Steckachse 4 sind jeweils in der Zeichnung nicht dargestellte Räder vorhanden, welche über die Anschlußflansche 16a und 16b drehfest mit den beiden Keilrippenrädern 7a und 7b verbindbar sind.
Auf den einander abgewandten Seiten der beiden Motorwellen 3a und 3b ist jeweils ein Drehgeber 17a bzw. 17b vorhanden, welcher die Drehzahl der jeweiligen Motorwelle 3a bzw. 3b detektiert und dessen Signalausgang mit einer Rechnereinheit
18 verbunden ist. Schließlich ist an den beiden Elektromotoren 2a und 2b jeweils ein Riemenspanner 10a bzw. 10b angeordnet mit jeweils einer drehbar gelagerten Walze 11a bzw. 11b, deren Mantelfläche gegen die Außenseite des Keilrippenriemens 5a bzw. 5b preßt.
Die Rechnereinheit 18 weist u. a. eine Mikroprozessoreinheit
19 zur Ermittlung des Mittelwertes der beiden von den Drehzahlgebern 17a und 17b gelieferten Drehzahl-Ist-Werte auf sowie einen Umformer 20 zur Bildung der Strom- bzw. Frequenz-Soll-Werte für die beiden Elektromotoren 2a und 2b. Die Mikroprozessoreinheit 19 ist mit dem Umformer 20 und dieser mit den beiden Elektromotoren 2a und 2b über entsprechende Signalleitungen verbunden.
Die beiden Elektromotoren 2a und 2b sind bevorzugt als Asynchron-Motoren ausgebildet mit hoher Nenndrehzahl. Dementsprechend ist das Untersetzungsverhältnis durch entsprechende Größenverhältnisse der Keilrippenscheiben 6a und 6b zu den Keilrippenrädern 7a und 7b gewählt, insbesondere ein Untersetzungsverhältnis von 11 bis 12 : 1, bevorzugt ca. 11,55 : 1.
Die erfindungsgemäße Antriebseinheit ist besonders für Vierradfahrzeuge mit zwei oder vier angetriebenen Rädern geeignet, kann jedoch auch für Zweiradfahrzeuge eingesetzt werden. In diesem Falle wird bevorzugt nur ein Elektromotor verwendet .
Die beiden Drehstrom-Asynchron-Motoren 2a und 2b sind wie in Figur 2 dargestellt durch die Rechnereinheit 18 einzeln angesteuert. Anstelle eines Ausgleichsgetriebes zum Ausgleich unterschiedlicher Raddrehzahlen, insbesondere bei Kurvenfahrten, können die beiden Elektromotoren 2a und 2b durch die Rechnereinheit 18 so angesteuert werden, daß sich jeweils die erforderliche Raddrehzahl ergibt. Hierbei kann über die beiden Drehgeber 17a und 17b ein Regelkreis aufgebaut werden, der die Einhaltung des gewünschten Kurvenradius1 und der gewünschten Fahrzeuggeschwindigkeit gewährleistet.
Alternativ werden die beiden Motoren 2a und 2b gleichermaßen angesteuert, wobei die von den beiden Drehgebern 17a und 17b ermittelten Ist-Werte der Motordrehzahlen der beiden Elektromotoren 2a und 2b an die Mikroprozessoreinheit 19 übermittelt werden, und dort ein Mittelwert dieser beiden Werte gebildet wird. Dieser Mittelwert wird mit dem Soll-Wert für die Fahrzeuggeschwindigkeit verglichen. Entsprechend dem Ergebnis dieses Vergleiches wird über den Umformer 20 der neue Frequenz- bzw. Strom-Soll-Wert an die beiden Elektromotoren 2a und 2b gegeben.
Bevorzugt weist die Rechnereinheit eine Kontrolleinheit auf, welche eine Unterbrechung des Regelprozesses ermöglicht, wenn der Drehgeber 17a oder 17b eines Elektromotors 2a bzw. 2b des kurvenäußeren Rades einen Ist-Wert liefert, welcher einen Generatorlauf (negativer Schlupf) des entsprechenden Elektromotors 2a bzw. 2b bedeuten würde. In diesem Falle kann der Fahrstrom des betreffenden Motores 2a bzw. 2b gegen Null gesteuert werden. Sobald wieder normale Verhältnisse
vorliegen, kann die Regelung wieder aufgenommen und die Motoren mit den in der Rechnereinheit 18 gebildeten Soll-Werten angesteuert werden.
Mit diesem Drehzahlausgleich kann ein optimaler Wirkungsgrad von bis zu ca. 88% erreicht werden.
Zur Einzelansteuerung der Motoren 2a und 2b kann eine Einrichtung zur Ermittlung des Lenkeinschlags vorhanden sein. Aus diesem und der bspw. aus der Gaspedalstellung ermittelten Sollgeschwxndxgkeit wird für die beiden Motoren 2a und 2b getrennt die erforderliche Motordrehzahl bzw. Drehfrequenz bestimmt.
Die Korrektur der Motoransteuerparameter wie Drehfrequenz und Motorstrom kann anhand des aus den von den Drehgebern gelieferten Ist-Werten ermittelten Motorschlupfes erfolgen.
P/gs-R 3264
Bezugszeichenliste
1 Motorraum
2, 2a, 2b Elektromotor
3, 3a, 3b Motorwelle 4 Steckachse
5, 5a, 5b Keilrippenriemen
6 Keilrippenscheibe
7, 7a, 7b Keilrippenrad
8 Mittelkonsole
9 Gummifederelemente
10, 10a, 10b Riemenspanner
11, 11a, 11b Walze 12a, 12b Rotor 13a, 13b Stator 14, 15 frei
16a, 16b Anschlußflansch
17a, 17b Drehgeber
18 Rechnereinheit
19 Mikroprozessoreinheit
2 0 Umformer

Claims (11)

P/gs-R 3264 Schutzansprüche
1. Elektroantrieb für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem eine Motorwelle (3, 3a, 3b) antreibenden Elektromotor (2, 2a, 2b), mindestens einer über die Motorwelle (3, 3a, 3b) angetriebenen Radwelle und einem Getriebe (5) zwischen Motorwelle (3, 3a, 3b) und Radwelle, dadurch gekennzeichnet , daß das Getriebe (5) einstufig ausgebildet ist.
2. Elektroantrieb nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet , daß das Getriebe ein großes Untersetzungsverhältnis, bevorzugt ca. 11 bis 12 : 1, insbesondere 11,55 : 1 aufweist.
3. Elektroantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß als Getriebe je ein Keilrippenriemen (5, 5a, 5b) mit zugeordneten Keilrippenscheiben (6) bzw. -rädern (7, 7a, 7b) dient.
4. Kraftfahrzeug mit mindestens zwei angetriebenen Rädern, dadurch gekennzeichnet , daß jedem angetriebenen Rad je ein Elektroantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zugeordnet ist.
5. Kraftfahrzeug nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet , daß eine Rechnereinheit (18) zur Steuerung der Motordrehzahl der Elektromotoren (2a, 2b) dieser Antriebseinheiten vorhanden ist.
6. Kraftfahrzeug nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet ,
daß an den Elektromotoren (2a, 2b) Drehgeber (17a, 17b)
vorhanden sind, welche die Ist-Drehzahl der Elektromotoren (2a, 2b) ermitteln und an die Rechnereinheit (18) geben.
7. Kraftfahrzeug nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet ,
daß die Rechnereinheit (18) eine Einheit aufweist, die
die Drehzahlsteuerung der Elektromotoren in Abhängigkeit vom bevorzugt durch eine den Lenkeinschlag erfassende
Einrichtung bestimmten Kurvenradius und von der Fahrgeschwindigkeit vornimmt.
8. Kraftfahrzeug nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet ,
daß die Rechnereinheit (18) eine Einheit (20) aufweist,
die die Elektromotoren (2a, 2b) des kurvenäußeren und
des kurveninneren Rades mit dem gleichen Strom- bzw. Frequenzsollwert ansteuert.
9. Kraftfahrzeug nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet ,
daß die Rechnereinheit (18) eine Einheit (19) zur Mittelwertbildung aus den von den Drehgebern (17a, 17b) gelieferten Ist-Werten aufweist, welche den gebildeten Mittelwert an die Steuereinheit (20) gibt.
10. Kraftfahrzeug nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet ,
daß die Rechnereinheit (18) eine Kontrolleinheit aufweist, welche anhand der von den Drehgebern (17a, 17b)
gelieferten Drehzahl-Ist-Werte einen beginnenden Generatorlauf feststellt und den Antriebsstrom des entsprechenden Motors gegen Null steuert.
11. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Rechnereinheit (18) eine Einheit umfaßt, welche Anstieg und Abfall der von den Drehgebern (17a, 17b) gelieferten Ist-Drehzahlen ermittelt.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012202432A1 (de) * 2012-02-17 2013-08-22 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Elektroantrieb, Fahrzeug mit einem Elektroantrieb sowie Verfahren zum Betreiben eines Elektroantriebs

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102012202432A1 (de) * 2012-02-17 2013-08-22 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Elektroantrieb, Fahrzeug mit einem Elektroantrieb sowie Verfahren zum Betreiben eines Elektroantriebs
DE102012202432B4 (de) * 2012-02-17 2017-07-27 Lisa Dräxlmaier GmbH Elektroantrieb, Fahrzeug mit einem Elektroantrieb sowie Verfahren zum Betreiben eines Elektroantriebs

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