EP4294654A1 - Antriebseinrichtung für ein kraftfahrzeug, verfahren zum betreiben einer solchen sowie kraftfahrzeug - Google Patents

Antriebseinrichtung für ein kraftfahrzeug, verfahren zum betreiben einer solchen sowie kraftfahrzeug

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Publication number
EP4294654A1
EP4294654A1 EP21751569.1A EP21751569A EP4294654A1 EP 4294654 A1 EP4294654 A1 EP 4294654A1 EP 21751569 A EP21751569 A EP 21751569A EP 4294654 A1 EP4294654 A1 EP 4294654A1
Authority
EP
European Patent Office
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drive device
drive
motor vehicle
vehicle
driving mode
Prior art date
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Pending
Application number
EP21751569.1A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Schmidt
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Piech IP AG
Original Assignee
Piech IP AG
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Filing date
Publication date
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    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/42—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60K6/52—Driving a plurality of drive axles, e.g. four-wheel drive
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
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    • B60W20/40—Controlling the engagement or disengagement of prime movers, e.g. for transition between prime movers
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    • B60K1/00—Arrangement or mounting of electrical propulsion units
    • B60K2001/001—Arrangement or mounting of electrical propulsion units one motor mounted on a propulsion axle for rotating right and left wheels of this axle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60W2540/10—Accelerator pedal position
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    • B60W2540/00—Input parameters relating to occupants
    • B60W2540/12—Brake pedal position

Definitions

  • the invention relates to a drive device for a motor vehicle with a first pair of vehicle wheels and a second pair of vehicle wheels. Furthermore, the drive device relates to three methods for operating such a drive device and a motor vehicle with such a drive device.
  • the motor vehicle in question can correspond to any type and configuration of a motor vehicle. This is in particular an automobile weighing less than 3.5 t, for example a sports car, a two- or four-seater coupe, a station wagon or a sports utility vehicle (SUV).
  • a sports car weighing less than 3.5 t
  • a sports car weighing less than 3.5 t
  • a sports car weighing less than 3.5 t
  • a sports car weighing less than 3.5 t
  • a sports car for example a sports car, a two- or four-seater coupe, a station wagon or a sports utility vehicle (SUV).
  • SUV sports utility vehicle
  • the invention relates to a drive device with a first drive train with a first drive device and with a second drive train with a second drive device, the drive devices acting on different pairs of vehicle wheels. More precisely, the methods relate to driving modes in which the drive devices are used in different ways to drive and/or brake the vehicle.
  • the present invention is based on the object of providing an improvement or an alternative to the prior art.
  • the task at hand is a drive device for a motor vehicle with a first pair of vehicle wheels and a second pair of vehicle wheels, having (a.) a first drive train with a first drive device, which acts on the first pair of vehicle wheels, in particular two first drive devices, each a single wheel of the first pair of vehicle wheels act, and (b.) a second drive train with a second drive device which acts on the second pair of vehicle wheels, the second drive device being an electrical machine capable of recuperation.
  • first component for example “first component”, “second component” and “third component”
  • this numbering is intended purely for differentiation in the designation and does not represent a dependency of the elements on one another or a mandatory order of the elements
  • a device does not have to have a “first component” in order to be able to have a “second component”.
  • the device can also include a “first component” and a “third component”, but without necessarily having a “second component”.
  • a “drive device” is to be understood as the entirety of one or more drive trains.
  • a drive device coincides with the drive train if a motor vehicle has only one such drive train, as is widely known from the prior art.
  • the term “drive train” includes a drive device or several drive devices and the associated components on the output side, by means of which energy is transmitted from the drive device or the drive devices to the vehicle wheels.
  • the components on the output side include in particular, but not necessarily, a transmission and/or a differential and/or one or more shafts and/or a parking brake.
  • a drive train is limited by the mechanical or functional association of these components.
  • a simple drive train is a single drive device that acts on a pair of vehicle wheels via a gearbox.
  • a drive train is also one in which a first drive device and a second drive device act on a pair of vehicle wheels via the same transmission with a large number of switching positions.
  • a drive device can also act on the pair of vehicle wheels via the transmission and another drive device can act on the output side of the transmission and act directly on the pair of vehicle wheels.
  • a drive train within the meaning of the invention is also defined in such a way that several drive devices that are not directly mechanically connected or can be operatively connected to one another, but are functionally connected to one another in connected or dependent on each other, come under the term.
  • This relates in particular to single-wheel drive devices which act on one vehicle wheel of a pair of vehicle wheels.
  • a drive device with or without its own transmission can be arranged on each vehicle rear wheel, which are basically operated and controlled independently of one another and, in particular, are not mechanically connected or connectable to one another.
  • these individual wheel drive devices must be operated together and in coordination with one another. They are to be regarded as part of the same powertrain insofar as they are functionally linked to one another.
  • a pair of vehicle wheels is understood to mean a pair of right and left vehicle wheels, which are connected to one another via a wheel axle or wheel shaft.
  • a motor vehicle usually has a pair of front wheels and a pair of rear wheels, but more pairs of wheels can also be provided.
  • trucks it is known to arrange two pairs of vehicle rear wheels directly one behind the other in order to achieve an increased carrying capacity for heavy loads.
  • a drive device is understood to mean a device that can convert a specific energy, such as electrical energy from an energy storage device or solid-bound energy from a fuel, into mechanical energy for motor vehicle propulsion.
  • a specific energy such as electrical energy from an energy storage device or solid-bound energy from a fuel
  • Some drive devices, in particular electrical machines have the property that they can also convert mechanical energy into a specific other form of energy, in particular electrical energy.
  • An electrical machine consists at least of a non-rotatable stator and a rotatably mounted rotor, which is set up to convert electrical energy into mechanical energy in the form of speed and torque in motor operation, and mechanical energy into electrical energy in form in generator operation to convert current and voltage.
  • the rotor is in one piece, at least non-rotatably, drivingly connected to a rotor shaft, the rotor shaft in a rotor operation as an output shaft of the respective electric machine serves.
  • Electrical energy is fed into the respective electrical machine, for example from an energy store, in particular a battery, which as a result causes the rotor or the rotor shaft to rotate in order to generate drive power.
  • the energy store is an electric traction battery.
  • the output shaft or the rotor shaft of the electrical machine acts as the input shaft.
  • a drive power is conducted via this into the electrical machine, so that electrical energy is generated with the electrical machine, which energy can be fed into an energy store for storage.
  • each electrical machine can have a common energy store or each can have a separate energy store, which feeds the respective electrical machine with electrical energy in rotor operation or stores electrical energy in generator operation.
  • a first drive device designed as an internal combustion engine is supplied with a fuel, in particular a fuel, and converts this into mechanical energy by means of combustion, in particular in a multi-cycle process, with a fuel tank being arranged on the motor vehicle for this purpose.
  • a fuel in particular a fuel
  • petrol, diesel or gas are used as fuel.
  • a drive device designed as a fuel cell is preferably designed as a hydrogen fuel cell, which preferably interacts with at least one electrical machine that is supplied with electrical energy by the fuel cell through a chemical reaction of hydrogen and oxygen and uses this electrical energy to generate mechanical drive energy for driving the motor vehicle.
  • the electrical energy for energizing the electrical machine is obtained from the air by the continuous reaction of hydrogen stored in gaseous form in a pressure accumulator with oxygen.
  • the fuel cell can be designed as a methanol fuel cell, which is supplied with an aqueous methanol solution or with a gaseous methanol-water mixture, which continuously reacts with oxygen, in particular oxygen from the air, and thereby generates electrical energy Energizing an electrical machine is used.
  • the chemical reaction essentially leaves carbon dioxide and water as waste products.
  • a pressure accumulator for providing a gaseous methanol-water mixture can be provided analogously to the hydrogen fuel cell.
  • a tank or a liquid container can be provided to receive and provide the methanol solution.
  • recuperation means that mechanical energy of the vehicle is converted into another usable form of energy, in particular electrical energy, and the vehicle is braked in this way.
  • the electric machine is coupled to a pair of vehicle wheels and driven by them in generator mode.
  • the second drive device can advantageously be designed independently of the first drive train for efficient recuperation. Furthermore, it is possible in the case of the drive device with two drive trains to place them independently of one another in the motor vehicle for advantageous weight distribution, in particular in the longitudinal direction.
  • the first drive train with the first drive device is particularly preferably provided for the primary drive of the motor vehicle, while the second drive train with the second drive device is primarily provided for recuperation and only optionally in isolated driving situations for the secondary drive of the motor vehicle.
  • the respective design of the individual drive trains can be specifically adapted to these requirements.
  • a primary drive is understood to mean that the corresponding drive train is provided in the majority of all driving situations for the sole or main drive of the motor vehicle. Accordingly, a secondary drive is understood to mean that the corresponding drive train does not contribute to the drive in the majority of all driving situations, but is fundamentally capable of driving and usually has a supporting role in individual driving situations.
  • one drive device is particularly advantageously arranged on each of the two pairs of vehicle wheels, so that the Motor vehicle is enabled by these drive devices for all-wheel drive without a drive train having to act on several vehicle wheel pairs, which would usually be associated with a complex and expensive design of this drive train.
  • the first drive train acts on the vehicle rear wheels and the second drive train acts on the vehicle front wheels.
  • the first drive train acts on the vehicle's front wheels and the second drive train acts on the vehicle's rear wheels.
  • a primary drive is assigned to the first drive train, a primarily driven pair of vehicle wheels is selected, which is associated with the advantages and/or disadvantages of a front-wheel drive or rear-wheel drive known to those skilled in the art.
  • each drive device is assigned a gear.
  • a transmission is used for transmission with one transmission ratio or several selectable transmission ratios and offers the particular advantage that, for a speed or a speed range of the motor vehicle, the speed of the vehicle wheels is brought into relation with the speed of the associated drive device in such a way that the drive device can be operated or operated efficiently. can be interpreted cheaply.
  • the first drive device is an electric machine or internal combustion engine or fuel cell.
  • Each of these drive devices has individual advantages known to those skilled in the art, which can be used depending on the design of the motor vehicle.
  • the first drive train has a third drive device which acts on the first pair of vehicle wheels.
  • the third drive device and the first drive device are of different types, so that the first drive train is a hybrid drive train.
  • the first drive train can thus be designed with the advantages of a hybrid drive train known to those skilled in the art and can be designed in particular for low energy consumption and/or pollutant emissions.
  • the first drive device is an electric machine and the third Drive device an internal combustion engine or fuel cell.
  • the low pollutant emissions of the electric machine can be combined with a better range of an internal combustion engine.
  • the first drive train has an electric machine as a drive device
  • this can be operated as a generator in certain, in particular isolated, driving situations. This is done, for example, by means of recuperation and is accompanied by braking of the associated vehicle wheel pair or vehicle wheel, or the electric machine, if present, is driven by the other drive device in the first drive train in order to charge an energy storage device that is largely or completely discharged.
  • an energy store which can be charged by the second drive device, in particular by means of recuperation, and in particular provides traction energy for the first and/or second and/or third drive device.
  • the energy store which is preferably a battery, is associated with both drive trains, but not part of one of the two drive trains.
  • the energy obtained by recuperation can be used particularly advantageously to drive the motor vehicle by means of the first and/or third drive device.
  • a fourth drive device for driving the second drive device in generator operation is provided in the second drive train, the fourth drive device being in particular an internal combustion engine or a fuel cell.
  • the second drive device is operated as a generator by means of the fourth drive device in order to recharge the energy store, in particular while the first drive train is used continuously to drive the motor vehicle.
  • the second drive device can be decoupled from the second pair of vehicle wheels and is decoupled from the second pair of vehicle wheels for charging the energy store by means of the fourth drive device.
  • the drive device directly provides energy for operating the first drive device through its generator operation.
  • the first drive device is more powerful than the second drive device. This is particularly advantageous when the first drive device is the primary drive device and the second drive device is the secondary drive device and is designed primarily for recuperation.
  • the second drive device can then be designed to be small and inexpensive.
  • the task at hand is a method for operating an above-described drive device according to the first aspect of the invention, wherein in a first driving mode (a.) when acceleration is required, only the first and/or third drive device is used to drive the motor vehicle and (b. ) When braking is requested, the second drive device is used to decelerate the motor vehicle by means of recuperation.
  • driving mode is understood to mean that a control of the vehicle in this driving mode is set in such a way that the described assignment of the drive devices is implemented.
  • a driving mode may be momentarily selected from a set of driving modes and active while at another time it is not selected.
  • a driving mode can also be applied to the vehicle control and thus be active at any time and cannot be deactivated. It is also possible for several driving modes, which affect different areas of the vehicle settings, to be activated in parallel and independently of one another.
  • a driving mode is selected manually by an operator of the motor vehicle. For example, the operator can be offered several driving modes for free choice. Alternatively or additionally, the driving mode can also be selected by a vehicle controller.
  • an appropriate sensor system detects when a specific driving situation occurs and a corresponding driving mode is automatically selected. For example, the vehicle switches to an off-road driving mode when it detects that the driving surface changes from asphalt to gravel or the like. The vehicle continues to shift gears as an example into an energy-saving driving mode when it is detected to be in a traffic jam.
  • An “acceleration request” is understood to mean a request to increase the speed of the motor vehicle, in particular by means of a drive device or a plurality of drive devices.
  • a request for acceleration is manually requested by an operator, for example, by actuating a pedal or by increasing a set speed on a speed control device.
  • a pedal or by increasing a set speed on a speed control device.
  • Vehicle control requested such as by a particular adaptive
  • cruise control device a distance keeping system, an automatic parking assistant or a lane departure warning system.
  • a “brake request” is understood to mean a request to reduce the speed of the motor vehicle, in particular by means of a drive device or multiple drive devices and/or by means of a brake or multiple brakes.
  • a braking request is manually requested by an operator, for example, by actuating a pedal or by reducing a set speed on a speed control device.
  • a braking request is alternatively and/or additionally requested by a vehicle controller, for example by a particularly adaptive one
  • cruise control device cruise control device, distance control system, emergency braking assistant, automatic parking assistant or lane departure warning system.
  • the method according to the invention advantageously achieves that the first and/or third drive device can be designed for acceleration of the vehicle and the second drive device can be designed independently for recuperation without having to be designed for additional functions, or for additional functions to only have to be interpreted as secondary.
  • the task at hand is a method for operating an above-described drive device according to the first aspect of the invention, wherein in a first driving mode (a.) when an acceleration request is below a limit value, only the first and/or the third drive device is used to drive the motor vehicle, (b.) the first and/or third drive device and the second drive device are used together to drive the motor vehicle when an acceleration requirement is above a limit value and (c.) the second when there is a braking requirement Drive device is used for decelerating the motor vehicle by means of recuperation.
  • an acceleration request can be gradual and, depending on its strength, only calls up part of the maximum drive power of the drive devices provided for the drive.
  • the strength of the acceleration request is determined, for example when a user presses a pedal, as a function of the pedal position, with a pedal that is fully depressed corresponding to a maximum request.
  • a certain value of the level of requirement is then set as the "limit value", below which the variant a. of the method is executed and above which the variant b. of the procedure is carried out.
  • the limit value corresponds to a maximum requirement, which results in particular from a pedal kickdown.
  • Kickdown is understood to mean that the pedal has a mechanical barrier at the end of its adjustment path, which can only be overcome with noticeable resistance, with the pedal having a single further position beyond the barrier.
  • the strength of the acceleration request is then gradually dependent on the pedal position in the adjustment path before the kickdown and has only a single maximum value after the kickdown.
  • the second drive device is then switched on only when there is a maximum requirement.
  • the accumulated drive power of the first and/or third drive device and the second drive device can advantageously be made available when there is a correspondingly high acceleration requirement, while advantageously only the first and/or third drive device is used in the case of lower acceleration requirements is operated, in particular to save energy. In this way, one is perceived as particularly sporty Acceleration realized with a corresponding acceleration request, while the vehicle is comparatively economical on average.
  • the task at hand is a method for operating an above-described drive device according to the first aspect of the invention, wherein in a first driving mode (a.) when acceleration is required, the first and/or third drive device is used alone to drive the motor vehicle and (b.
  • the second drive device when there is a request for braking, is used to decelerate the motor vehicle by means of recuperation and in a second driving mode (a.) when there is a request for acceleration below a limit value, the first and/or third drive device is used alone to drive the motor vehicle, (b.) when an acceleration request is above a limit value, the first and/or third drive device and the second drive device are used jointly to drive the motor vehicle and (c.) when there is a braking request, the second drive device is used to decelerate the motor vehicle eugs is used by means of recuperation.
  • the fourth aspect of the invention corresponds to a combination of the second and third aspects of the invention.
  • an operator has the choice of which of these driving modes he prefers.
  • the provision of several driving modes also increases the variability of the motor vehicle and this can advantageously be more precisely adapted to a specific driving situation, which also applies to the additional driving modes explained below.
  • the first and/or third drive device and the second drive device are used jointly to drive the motor vehicle when there is a request for acceleration and (b.) when there is a request for braking the second drive device is used to decelerate the motor vehicle by means of recuperation.
  • all drive devices are advantageously permanently available, so that the entire accumulated power of all these drive devices can be called up at any time.
  • at least one drive device acts on each vehicle wheel or pair of vehicle wheels.
  • the first and/or second driving mode is a normal driving mode that is provided for everyday driving situations.
  • Everyday driving situations are understood to be driving in a city, on a country road or an expressway, in each case on, in particular, asphalted or comparable ground.
  • the expected speed in such everyday driving situations is between 0 and 200 km/h, for example, and there are acceleration and braking requirements at regular time intervals.
  • the third driving mode is a sport mode or an off-road driving mode.
  • a sport mode is a driving mode that is intended for a sporty driving style, for example on a public road or a racetrack.
  • the expected speed in a sport mode is between 0 and 300 km/h.
  • Off-road driving mode is understood to be a driving mode for driving situations on, for example, uneven, sandy, stony, muddy or wet ground, in which there are particularly high demands on the traction of the vehicle wheels.
  • the expected speed in such driving situations is, for example, between 0 and 100 km/h and there are acceleration and braking requests at short time intervals and, in particular, regular acceleration requests from a standstill or from very low speeds.
  • the fourth drive device drives the second drive device in generator mode in one of the driving modes.
  • the second drive device is driven by the fourth drive device when there is no braking request and driven by recuperation when a Braking request is present.
  • the fourth drive device can also additionally drive the second drive device during recuperation. In this way, a largely or completely discharged energy store can be charged by means of the fourth and the second drive device.
  • a fourth driving mode which is in particular an emergency mode
  • only the second drive device is used to drive the motor vehicle when acceleration is required.
  • a driving mode is used in particular when the first drive train is damaged or has failed, or when no energy is available for one or more drive devices of the first drive train.
  • the task at hand is achieved by a motor vehicle with an above-described drive device according to the first aspect of the invention, which is set up in particular to carry out a method according to one of the above-described second, third or fourth aspects of the invention.
  • the above statements apply accordingly to the motor vehicle.
  • the advantages described above can be achieved accordingly with the motor vehicle.
  • FIG. 1 shows a greatly simplified representation of a motor vehicle with a drive device according to the first aspect of the invention in a first view from below
  • FIG. 2 shows a greatly simplified representation of a motor vehicle with a drive device according to the first aspect of the invention in a second embodiment in a bottom view;
  • FIG. 3 shows a greatly simplified representation of a motor vehicle with a drive device according to the first aspect of the invention in a third aspect in a bottom view
  • FIG. 4 shows a highly simplified representation of a motor vehicle with a drive device according to the first aspect of the invention in a fourth aspect in a bottom view
  • FIG. 5 shows a greatly simplified representation of a motor vehicle with a drive device according to the first aspect of the invention in a fifth embodiment in a view from below;
  • FIG. 6 shows a highly simplified illustration of a motor vehicle with a drive device according to the first aspect of the invention in a sixth embodiment in a view from below;
  • the motor vehicle 1 according to the first embodiment in Figure 1 consists essentially of a body 2, in its floor area a first wheel shaft 3a with a first pair of vehicle wheels 4 consisting of a first vehicle wheel 4a and a second vehicle wheel 4b and a second wheel shaft 3b with a second pair of vehicle wheels 5 is arranged from a third vehicle wheel 5a and a fourth vehicle wheel 5b.
  • a first drive device 6a acts on the first wheel shaft 3a via a first gear 7a, the first drive device 6a, the first gear 7a and the first wheel shaft 3a together forming a first drive train 8a.
  • a second drive device 6b acts on the second wheel shaft 3b via a second gear 7b, the second drive device 6b, the second gear 7b and the second wheel shaft 3b together forming a second drive train 8b.
  • the first drive train 8a and the second drive train 8b together form a drive device 9.
  • the first drive device 6a is drivingly connected to the first gear 7a, the first gear 7a being drivingly connected to the first wheel shaft 3a.
  • the first wheel shaft 3a is in turn connected in a rotationally fixed manner to the first vehicle wheel 4a and the second vehicle wheel 4b.
  • By means of the first gear 7a is at least a first translation between first
  • Drive device 6a and the first wheel shaft 3a set or several switching positions with different translations can be selected.
  • the second drive device 6b is drivingly connected to the second gear 7b, the second gear 7b being drivingly connected to the second wheel shaft 3b.
  • the second wheel shaft 3b is in turn connected in a rotationally fixed manner to the third vehicle wheel 5a and the fourth vehicle wheel 5b.
  • the second gear 7b is at least a first translation between second Drive device 6b and second wheel shaft 3b set or several switching positions with different translations can be selected.
  • a switching position is also provided on the second transmission 7b, in which the second drive device 6b is decoupled from the second wheel shaft 3b.
  • the motor vehicle 1 according to the second embodiment in FIG. 2 consists of the same elements as the motor vehicle 1 in FIG. 1 in the area of the second drive train 8b and differs from it only in the design of the first drive train 8a.
  • the first drive train 8a consists of a first drive device 6a' for driving the first vehicle wheel 4a via a first gear 7a' and a second first drive device 6a" for driving the second vehicle wheel 4b via a second first gear 7a".
  • the first drive devices 6a', 6a" and the first gears 7a', 7a" of the first drive train 8a are mounted on a wheel axle 3c, which is not part of the first drive train 8a.
  • the first drive train 8a is then formed from the first first and the second first drive device 6a', 6a" and the first first and the second first transmission 7a', 7a".
  • first gears 7a', 7a By means of the first gears 7a', 7a", at least one first gear ratio is set between the first drive devices 6a', 6a" and the respective associated vehicle wheels 4a, 4b, or several shift positions with different gear ratios can be selected.
  • the motor vehicle 1 according to the third embodiment in FIG. 3 consists of the same elements as the motor vehicle 1 in FIG. 1 in the area of the second drive train 8b and differs from it only in the design of the first drive train 8a.
  • a third drive device 6c acts on the first transmission 7a.
  • the first drive device 6a and the third drive device 6c are in particular of different types. At least a first gear ratio between the first drive device 6a, the third drive device 6c and the first wheel shaft 3a is set by means of the first gear 7a, or several shift positions with different gear ratios can be selected.
  • the first transmission 7a has switching positions in which only the first drive device 6a, only the third drive device 6c or the first and the third drive devices 6a, 6c act together on the first wheel shaft 3a.
  • the first transmission 7a also has a switching position in which the third drive device 6c is drivingly effective with the first drive device 6a is connected, but neither of the two drive devices 6a, 6c is connected to the wheel shaft 3a, so that a drive device 6a, 6c can drive the other drive device 6c, 6a in a generator mode for charging an energy store.
  • the motor vehicle 1 according to the fourth embodiment in FIG. 4 consists of the same elements as the motor vehicle 1 in FIG. 1 in the area of the first drive train 8a and differs therefrom only in the design of the second drive train 8b.
  • a fourth drive device 6d is provided in the second drive train 8b and can be connected to the second drive device 6b via a clutch 10 .
  • the second drive device 6b and the fourth drive device 6d are in particular of different types. When the clutch 10 is closed, the fourth drive device 6d is connected to the second drive device 6b and can drive it in generator mode for charging an energy storage device. In an open position of the clutch 10, the fourth drive device 6d is not connected to the second drive device 6b.
  • the second gear 7b corresponds to the second gear 7b in the above-described embodiments according to FIGS. 1, 2 and 3 and has a switching position in which the second drive device 6b is decoupled from the second wheel shaft 3b.
  • the second drive train 8b then consists of the fourth drive device 6d, the clutch 10, the second drive device 6b, the second gear 7b and the second wheel shaft 3b.
  • the motor vehicle 1 according to the fifth embodiment in Figure 5 consists of a first drive train 8a according to the third embodiment in Figure 3 and a second drive train 8b according to the fourth embodiment in Figure 4.
  • the drive trains 8a, 8b and vehicle wheel pairs 4, 5 are getting better Overview dispensed with a repetition of the reference numerals.
  • an energy store 11 in the form of a battery, which is connected to the first drive device 6a and the second drive device 6b by means of electrical lines 12a, 12b.
  • the first drive device 6a is an electric machine.
  • the energy store 11 can also be connected to the third drive device 6c if this is also an electric machine, which is not shown in FIG.
  • the energy store 11 can be charged in particular via the second drive device 6b by means of recuperation or by being driven by means of the fourth drive device 6d.
  • the energy store 11 is also in a corresponding embodiment can also be charged by means of the first drive device 6a by means of recuperation or by being driven by means of the third drive device 6c.
  • the energy store 11 provides traction energy for at least one of the first and/or second and/or third drive device 6a, 6b, 6c.
  • a control unit 13 which is connected to the first, the second, the third and the fourth drive device 6a, 6b, 6c, 6d via signal lines 14a, 14b, 14c, 14d.
  • the drive devices 6a, 6b, 6c, 6d can be controlled by means of the control unit 13 according to the set driving modes and according to a driving request, in particular an acceleration or braking request.
  • the control unit 13 can also, but not shown, also be connected to the first and second gears 7a, 7b and in these shift positions according to driving modes and driving requirements and according to the speeds of the drive devices 6a, 6b, 6c, 6d and vehicle wheels 4a, 4b, 5a , 5b control.
  • the motor vehicle 1 according to the sixth embodiment in Figure 6 consists of a first drive train 8a according to the second embodiment in Figure 2 and a second drive train 8b according to the fourth embodiment in Figure 4.
  • the drive trains 8a, 8b and vehicle wheel pairs 4, 5 are getting better Overview dispensed with a repetition of the reference numerals.
  • an energy store 11 corresponding to the fifth embodiment in Figure 5 in the form of a battery, which is connected by means of electrical lines 12a', 12a", 12b to the first first drive device 6a', the second first drive device 6a" and the second drive device 6b is and this supplied according to the fifth embodiment in Figure 5 with traction energy and / or is charged by this.
  • FIG. 6 Also shown in FIG. 6 is a control unit 13 corresponding to the fifth embodiment in FIG. , 6b, 6d is connected and controls it according to the fifth embodiment in FIG.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung (9) für ein Kraftfahrzeug (1) mit einem ersten Fahrzeugräderpaar (4) und einem zweiten Fahrzeugräderpaar (5), aufweisend einen ersten Antriebstrang (8a) mit einer ersten Antriebsvorrichtung (6a), die auf das erste Fahrzeugräderpaar (4) wirkt, insbesondere zwei erste Antriebsvorrichtungen (6a', 6a"), die jeweils auf ein Einzelrad (4a, 4b) des ersten Fahrzeugräderpaars (4) wirken, und einen zweiten Antriebsstrang (8b) mit einer zweiten Antriebsvorrichtung (6b), die auf das zweite Fahrzeugräderpaar (5) wirkt, wobei die zweite Antriebsvorrichtung (6b) eine rekuperationsfähige elektrische Maschine ist.

Description

ANTRIEBSEINRICHTUNG FÜR EIN KRAFTFAHRZEUG, VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINER
SOLCHEN SOWIE KRAFTFAHRZEUG
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem ersten Fahrzeugräderpaar und einem zweiten Fahrzeugräderpaar. Weiterhin betrifft die Antriebsvorrichtung drei Verfahren zum Betreiben einer solchen Antriebseinrichtung sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Antriebseinrichtung.
Das in Rede stehende Kraftfahrzeug kann jedweder Art und Ausgestaltung eines Kraftfahrzeugs entsprechen. Dabei handelt es sich insbesondere um ein Automobil mit einem Gewicht von weniger als 3,5 t, beispielsweise einen Sportwagen, ein zwei- oder viersitziges Coupe, einen Kombinationskraftwagen oder ein Sports Utility Vehicle (SUV).
Genauer betrifft die Erfindung eine Antriebseinrichtung mit einem ersten Antriebsstrang mit einer ersten Antriebsvorrichtungen und mit einem zweiten Antriebsstrang mit einer zweiten Antriebsvorrichtungen, wobei die Antriebsvorrichtungen auf unterschiedliche Fahrzeugradpaare wirken. Die Verfahren betreffen genauer Fahrmodi, in denen die Antriebsvorrichtungen auf unterschiedliche Weise zum Antreiben und/oder Bremsen des Fahrzeugs genutzt werden.
Im Stand der Technik ist es bekannt, Antriebseinrichtungen an Kraftfahrzeugen vorzusehen. Aktuell steht insbesondere die Wahl oder Kombination von Antriebsvorrichtungen verschiedener Gattung, sprich Verbrennungskraftmaschinen, elektrische Maschinen und/oder Brennstoffzellen, im Fokus der technischen Entwicklung, um zu möglichst effizienten Fahrzeugen mit geringem Energieverbrauch und geringem Schadstoffausstoß zu gelangen. Dabei sind beispielsweise rein elektrische Antriebseinrichtungen oder Hybridantriebseinrichtungen bekannt, bei denen ein Antriebsstrang, insbesondere der einzige Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, auf ein Fahrzeugradpaar oder im Sinne eines Allradantriebs auf beide Fahrzeugradpaare wirkt. Insbesondere wirken bei den bekannten Hybridantriebseinrichtungen mehrere Antriebsvorrichtungen der gleichen oder unterschiedlicher Gattung in einem Antriebsstrang zusammen und werden beispielsweise an einem gemeinsamen Getriebe kombiniert. Es ist auch bekannt, bei rein elektrische Antriebseinrichtungen oder Hybridantriebseinrichtungen elektrische Maschinen als Einzelradantriebe vorzusehen, die dann direkt an einem Fahrzeugrad angeordnet sind und mit oder ohne Getriebe auf dieses zum Antrieb wirken.
Es ist weiterhin bekannt, elektrische Maschinen in den vorbeschriebenen Antriebseinrichtungen neben der Antriebsfunktion auch zur Rekuperation, also zum Bremsen des Fahrzeugs und damit verbundener Wandlung von Bremsenergie in elektrische Energie, zu nutzen.
Der hier vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dem Stand der Technik eine Verbesserung oder eine Alternative zur Seite zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Antriebseinrichtung nach einem ersten Erfindungsaspekt gemäß Anspruch 1 , durch jeweils ein Verfahren nach einem zweiten, dritten und vierten Erfindungsaspekt gemäß den Ansprüchen, 10, 11 und 12, sowie durch ein Kraftfahrzeug nach einem fünften Erfindungsaspekt gemäß Anspruch 18 gelöst. Vorteilhaft Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Nach dem ersten Erfindungsaspekt löst die gestellte Aufgabe eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem ersten Fahrzeugräderpaar und einem zweiten Fahrzeugräderpaar, aufweisend (a.) einen ersten Antriebstrang mit einer erster Antriebsvorrichtung, die auf das erste Fahrzeugräderpaar wirkt, insbesondere zwei erste Antriebsvorrichtungen, die jeweils auf ein Einzelrad des ersten Fahrzeugräderpaars wirken, und (b.) einen zweiten Antriebsstrang mit einer zweiten Antriebsvorrichtung, die auf das zweite Fahrzeugräderpaar wirkt, wobei die zweite Antriebsvorrichtung eine rekuperationsfähige elektrische Maschine ist.
Begrifflich sei hierzu folgendes erläutert:
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass im Rahmen der hier vorliegenden Patentanmeldung unbestimmte Artikel und unbestimmte Zahlenangaben wie „ein...“, „zwei...“ usw. im Regelfall als mindestens-Angaben zu verstehen sein sollen, also als „mindestens ein...“, „mindestens zwei...“ usw., sofern sich nicht etwa aus dem Kontext oder dem konkreten Text einer bestimmten Stelle ergibt, dass etwa dort nur „genau ein...“, „genau zwei...“ usw. gemeint sein soll.
Weiterhin sind alle Zahlenangaben sowie Angaben zu Verfahrensparametern und/oder Vorrichtungsparametern im technischen Sinne zu verstehen, d.h. als mit den üblichen Toleranzen versehen zu verstehen. Auch aus der expliziten Angabe der Einschränkung „wenigstens“ oder „mindestens“ o.ä. darf nicht geschlossen werden, dass bei der einfachen Verwendung von „ein“, also ohne die Angabe von „wenigstens“ o.ä., ein „genau ein“ gemeint ist.
Soweit Elemente mit Hilfe einer Nummerierung bezeichnet sind, also beispielsweise „erstes Bauteil“, „zweites Bauteil“ und „drittes Bauteil“, so ist diese Nummerierung rein zur Differenzierung in der Bezeichnung vorgesehen und stellt keine Abhängigkeit der Elemente voneinander oder eine zwingende Reihenfolge der Elemente dar. Das heißt, dass beispielsweise eine Vorrichtung nicht ein „erstes Bauteil“ aufweisen muss, um ein „zweites Bauteil“ aufweisen zu können. Auch kann die Vorrichtung ein „erstes Bauteil“, sowie ein „drittes Bauteil“ umfassen, ohne aber zwangsläufig ein „zweites Bauteil“ aufzuweisen.
Unter einer „Antriebseinrichtung“ ist die Gesamtheit aus einem oder mehreren Antriebssträngen zu verstehen. Eine Antriebseinrichtung fällt dabei mit dem Antriebsstrang zusammen, wenn ein Kraftfahrzeug lediglich einen einzigen solchen Antriebsstrang aufweist, wie es aus dem Stand der Technik vielfach bekannt ist.
Unter dem Begriff „Antriebsstrang“ werden im Sinne der Erfindung eine Antriebsvorrichtung oder mehrere Antriebsvorrichtung und die dazugehörigen abtriebsseitigen Bauteile, mittels denen Energie von der Antriebsvorrichtung bzw. den Antriebsvorrichtungen zu Fahrzeugrädern übertragen wird, zusammengefasst. Dabei umfassen die abtriebsseitigen Bauteile insbesondere, aber nicht notwendig, ein Getriebe und/oder ein Differenzial und/oder eine oder mehrere Wellen und/oder eine Feststellbremse. Ein Antriebsstrang ist dabei durch die mechanische oder funktionelle Zusammengehörigkeit dieser genannten Komponenten begrenzt. So ist etwa ein einfacher Antriebsstrang eine einzelne Antriebsvorrichtung, die über ein Getriebe auf ein Fahrzeugräderpaar wirkt. Ein Antriebsstrang ist aber auch ein solcher, bei dem eine erste Antriebsvorrichtung und eine zweite Antriebsvorrichtung über dasselbe Getriebe mit einer Vielzahl von Schaltstellungen auf ein Fahrzeugräderpaar wirken. Innerhalb des Antriebsstrangs kann auch eine Antriebsvorrichtung über das Getriebe auf das Fahrzeugräderpaar wirken und eine andere Antriebsvorrichtung abtriebsseitig des Getriebes angreifen und direkt auf das Fahrzeugräderpaar wirken.
Insbesondere ist ein Antriebsstrang im Sinne der Erfindung auch so definiert, dass mehrere Antriebsvorrichtungen, die nicht unmittelbar mechanisch in Verbindung stehen oder miteinander wirkverbindbar sind, aber funktionell miteinander in Verbindung stehen oder voneinander abhängen, unter den Begriff fallen. Dies betrifft insbesondere Einzelradantriebsvorrichtungen, die an jeweils einem Fahrzeugrad eines Fahrzeugradpaares angreifen. So kann etwa an jedem Fahrzeugheckrad jeweils eine Antriebsvorrichtung mit oder ohne einem eigenen Getriebe angeordnet sein, die grundsätzlich unabhängig voneinander betrieben und gesteuert werden und insbesondere mechanisch nicht miteinander verbunden oder verbindbar sind. Für einen technisch sinnvollen Antrieb des Fahrzeugs müssen diese Einzelradantriebsvorrichtungen aber gemeinsam und in Abstimmung aufeinander betrieben werden. Sie sind insofern als Teil desselben Antriebsstrang zu betrachten, da sie funktionell miteinander gekoppelt sind.
Als Fahrzeugräderpaar wird ein Paar aus einem rechten und einem linken Fahrzeugrad verstanden, die über eine Radachse oder Radwelle miteinander in Verbindung stehen. Üblicherweise weist ein Kraftfahrzeug ein Fahrzeugfronträderpaar und ein Fahrzeugheckräderpaar auf, es können aber auch mehr Fahrzeugräderpaare vorgesehen sein. Beispielsweise ist bei LKW bekannt, zwei Paare von Fahrzeugheckrädern unmittelbar hintereinander anzuordnen, um zu einer erhöhten Tragfähigkeit für große Lasten zu gelangen.
Als Antriebsvorrichtung wird eine Vorrichtung verstanden, die eine bestimmte Energie, etwa elektrische Energie aus einem Energiespeicher oder feststoffgebundene Energie aus einem Kraftstoff, in mechanische Energie zum Kraftfahrzeugantrieb wandeln kann. Insbesondere sind hier beispielhaft elektrische Maschinen, Verbrennungskraftmaschinen für flüssigen oder gasförmigen Brennstoff und Brennstoffzellen zu nennen, die üblicherweise bei Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Einige Antriebsvorrichtungen, insbesondere elektrische Maschinen, weisen die Eigenschaft auf, dass sie zusätzlich mechanische Energie in eine bestimmte andere Energieform, insbesondere elektrische Energie, wandeln können.
Eine elektrische Maschine besteht zumindest aus einem drehfesten Stator und einem drehbar gelagerten Rotor, der in einem motorischen Betrieb dazu eingerichtet ist, elektrische Energie in mechanische Energie in Form von Drehzahl und Drehmoment zu wandeln, sowie in einem generatorischen Betrieb mechanische Energie in elektrische Energie in Form von Strom und Spannung zu wandeln. Der Rotor ist einteilig, jedenfalls drehfest, mit einer Rotorwelle antriebswirksam verbunden, wobei die Rotorwelle in einem Rotorbetrieb als Ausgangswelle der jeweiligen elektrischen Maschine dient. Beispielsweise von einem Energiespeicher, insbesondere einer Batterie, wird elektrische Energie in die jeweilige elektrische Maschine gespeist, die resultierend eine Rotation des Rotors bzw. der Rotorwelle zur Erzeugung einer Antriebsleistung bewirkt. Nach einem Ausführungsbeispiel ist der Energiespeicher eine elektrische Traktionsbatterie.
In einem Generatorbetrieb einer elektrischen Maschine fungiert die Ausgangswelle bzw. die Rotorwelle der elektrischen Maschine als Eingangswelle. Eine Antriebsleistung wird über diese in die elektrische Maschine geleitet, sodass mit der elektrischen Maschine elektrische Energie erzeugt wird, die in einen Energiespeicher zur Speicherung eingespeist werden kann.
Im Fall mehrerer elektrischer Maschinen können diese einen gemeinsamen Energiespeicher oder jede einen separate Energiespeicher aufweisen, die im Rotorbetrieb die jeweilige elektrische Maschine mit elektrischer Energie speist bzw. im Generatorbetrieb elektrische Energie speichert.
Eine als Verbrennungskraftmaschine ausgebildete erste Antriebsvorrichtung wird mit einem Brennstoff, insbesondere einem Kraftstoff, versorgt und wandelt diesen mittels Verbrennung insbesondere in einem mehrtaktigen Prozess in mechanische Energie, wobei dazu am Kraftfahrzeug ein Kraftstofftank angeordnet ist. Als Kraftstoff kommt dabei insbesondere Benzin, Diesel oder Gas zum Einsatz.
Eine als Brennstoffzelle ausgebildete Antriebsvorrichtung ist vorzugsweise als Wasserstoffbrennstoffzelle ausgebildet, wobei diese bevorzugt mit mindestens einer elektrischen Maschine zusammenwirkt, die von der Brennstoffzelle durch chemische Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff mit elektrischer Energie versorgt wird und mittels dieser elektrischen Energie mechanische Antriebsenergie zum Antrieb des Kraftfahrzeugs erzeugt. Die elektrische Energie zur Bestromung der elektrischen Maschine wird dabei durch kontinuierliche Reaktion von in einem Druckspeicher in gasförmigem Zustand gespeicherten Wasserstoff mit Sauerstoff aus der Luft gewonnen.
Alternativ kann die Brennstoffzelle als Methanolbrennstoffzelle ausgebildet sein, die mit einer wässrigen Methanol-Lösung oder mit einem gasförmigen Methanol- Wassergemisch versorgt wird, das mit Sauerstoff, insbesondere Sauerstoff aus der Luft, kontinuierlich reagiert und dadurch elektrische Energie erzeugt, die zur Bestromung einer elektrischen Maschine genutzt wird. Als Abfallprodukt verbleibt bei der chemischen Reaktion im Wesentlichen Kohlendioxid und Wasser. Bei einer als Methanolbrennstoffzelle ausgebildeten Brennstoffzelle kann analog zur Wasserstoffbrennstoffzelle ein Druckspeicher zur Bereitstellung eines gasförmigen Methanol-Wassergemisches, vorgesehen sein. Alternativ kann ein Tank oder ein Flüssigkeitsbehälter zur Aufnahme und Bereitstellung der Methanol-Lösung vorgesehen sein.
Unter dem Begriff Rekuperation wird verstanden, dass mechanische Energie des Fahrzeugs in eine andere, nutzbare Energieform, insbesondere elektrische Energie, gewandelt und so das Fahrzeug gebremst wird. Dazu wird bei der Rekuperation mittels einer elektrischen Maschine die elektrische Maschine mit einem Fahrzeugräderpaar gekoppelt und durch dieses im Generatorbetrieb angetrieben.
Vorteilhaft ist bei einer Antriebseinrichtung gemäß dem ersten Erfindungsaspekt die zweite Antriebsvorrichtung unabhängig vom ersten Antriebsstrang für eine effiziente Rekuperation auslegbar. Ferner ist es bei der Antriebseinrichtung mit zwei Antriebssträngen möglich, diese im Kraftfahrzeug für eine vorteilhaft Gewichtsverteilung insbesondere in Längsrichtung entsprechend unabhängig voneinander zu platzieren.
Der erste Antriebsstrang mit der ersten Antriebsvorrichtung ist besonders bevorzugt zum primären Antrieb des Kraftfahrzeugs vorgesehen, während der zweite Antriebsstrang mit der zweiten Antriebsvorrichtung in erster Linie zur Rekuperation und nur optional in vereinzelten Fahrsituationen zum sekundären Antrieb des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Die jeweilige Auslegung der einzelnen Antriebsstränge kann diesen Anforderungen gezielt angepasst werden.
Als primärer Antrieb wird verstanden, dass der entsprechende Antriebsstrang in dem Großteil aller Fahrsituationen zum alleinigen oder hauptsächlichen Antrieb des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Entsprechend wird als sekundärer Antrieb verstanden, dass der entsprechend Antriebsstrang in dem Großteil aller Fahrsituationen nicht zum Antrieb beiträgt, aber grundsätzlich zum Antrieb befähigt ist und in einzelnen Fahrsituation zumeist unterstützend daran mitwirkt.
Besonders vorteilhaft ist bei der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung an beiden Fahrzeugräderpaaren je eine Antriebsvorrichtung angeordnet, so dass das Kraftfahrzeug durch diese Antriebsvorrichtungen zum Allradantrieb befähigt ist, ohne dass dazu ein Antriebsstrang auf mehrere Fahrzeugradpaare wirken müsste, was üblicherweise mit einer komplexen und teuren Gestaltung dieses Antriebsstrangs einhergehen würde.
In einer Ausführungsform des ersten Erfindungsaspekts wirkt der erste Antriebsstrang auf die Fahrzeugheckräder und der zweite Antriebsstrang auf die Fahrzeugfronträder. In einer Alternativen Ausführungsform wirkt der erste Antriebsstrang auf die Fahrzeugfronträder und der zweite Antriebsstrang auf die Fahrzeugheckräder. Insofern dem ersten Antriebsstrang die Funktion eines primären Antriebs zugeordnet ist, ist so ein primär angetriebenes Fahrzeugräderpaar gewählt, was mit den dem Fachmann bekannten Vor- und/oder Nachteilen eines Frontantriebs bzw. Heckantriebs einhergeht.
In einer weiteren Ausführungsform des ersten Erfindungsaspekts ist jeder Antriebsvorrichtung ein Getriebe zugeordnet. Ein Getriebe dient zur Übersetzung mit einem Übersetzungsverhältnis oder mehreren wählbaren Übersetzungsverhältnissen und bietet insbesondere den Vorteil, dass für eine Geschwindigkeit oder einen Geschwindigkeitsbereich des Kraftfahrzeugs die Drehzahl der Fahrzeugräder mit der Drehzahl der zugeordneten Antriebsvorrichtung derart ins Verhältnis gebracht wird, dass die Antriebsvorrichtung effizient betreibbar bzw. günstig auslegbar ist.
In einer weiteren Ausführungsform des ersten Erfindungsaspekts ist die erste Antriebsvorrichtung eine elektrische Maschine oder Verbrennungskraftmaschine oder Brennstoffzelle. Jede dieser Antriebsvorrichtungen weist dem Fachmann bekannte individuelle Vorteile auf, die je nach Konzipierung des Kraftfahrzeugs genutzt werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform des ersten Erfindungsaspekts weist der erste Antriebsstrang eine dritte Antriebsvorrichtung auf, die auf das erste Fahrzeugräderpaar wirkt. Insbesondere sind die dritte Antriebsvorrichtung und die erste Antriebsvorrichtung unterschiedlicher Gattung, so dass der erste Antriebsstrang ein hybrider Antriebsstrang ist. Der erste Antriebsstrang ist so mit den dem Fachmann bekannten Vorteilen eines hybriden Antriebsstrangs gestaltbar und insbesondere auf einen geringen Energieverbrauch und/oder Schadstoffausstoß auslegbar. In einer bevorzugten Ausgestaltung dieser Ausführungsform des ersten Erfindungsaspekts ist die erste Antriebsvorrichtung eine elektrische Maschine und die dritte Antriebsvorrichtung eine Verbrennungskraftmaschine oder Brennstoffzelle. Es lassen sich so beispielsweise der geringe Schadstoffausstoß der elektrischen Maschine mit einer besseren Reichweite einer Verbrennungskraftmaschine kombinieren.
In einer Ausgestaltung einer Ausführungsform, in der der erste Antriebsstrang eine elektrische Maschine als eine Antriebsvorrichtung aufweist, kann diese in bestimmten, insbesondere vereinzelten Fahrsituationen als Generator betrieben werden. Dies geschieht beispielsweise mittels Rekuperation und geht mit einer Bremsung des zugeordneten Fahrzeugradpaares bzw. Fahrzeugrad einher oder die elektrische Maschine wird, insofern vorhanden, von der anderen Antriebsvorrichtung im ersten Antriebsstrang angetrieben, um etwa einen weit oder gänzlich entladenen Energiespeicher aufzuladen.
In einer weiteren Ausführungsform des ersten Erfindungsaspekts ist ein Energiespeicher vorgesehen, der durch die zweite Antriebsvorrichtung, insbesondere mittels Rekuperation, aufladbar ist und insbesondere Traktionsenergie für die erste und/oder zweite und/oder dritte Antriebsvorrichtung bereitstellt. Der Energiespeicher, der bevorzugt eine Batterie ist, ist insofern mit beiden Antriebssträngen assoziiert, aber nicht Teil eines der beiden Antriebsstränge. Besonders vorteilhaft kann bei dieser Ausführungsform die durch Rekuperation gewonnene Energie zum Antrieb des Kraftfahrzeugs mittels der ersten und/oder dritten Antriebsvorrichtung verwendet werden.
In einer weiteren Ausführungsform des ersten Erfindungsaspekts ist im zweiten Antriebsstrang eine vierte Antriebsvorrichtung zum Antrieb der zweiten Antriebsvorrichtung in einem Generatorbetrieb vorgesehen, wobei die vierte Antriebsvorrichtung insbesondere eine Verbrennungskraftmaschine oder eine Brennstoffzelle ist. Auf diese Weise wird im Fall eines weit oder gänzlich entladenen Energiespeichers die zweite Antriebsvorrichtung mittels der vierten Antriebsvorrichtung als Generator betrieben, um den Energiespeicher wieder aufzuladen, insbesondere während der erste Antriebsstrang ununterbrochen zum Antrieb des Kraftfahrzeugs verwendet wird. Insbesondere ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass die zweite Antriebsvorrichtung von dem zweiten Fahrzeugräderpaar entkoppelbar ist und zum Aufladen des Energiespeichers mittels der vierten Antriebsvorrichtung entkoppelt von dem zweiten Fahrzeugräderpaar wird. Die zweite Antriebsvorrichtung stellt dabei in einer Ausführungsform durch ihren Generatorbetrieb unmittelbar Energie zum Betreiben der ersten Antriebsvorrichtung bereit.
In einer weiteren Ausführungsform des ersten Erfindungsaspekts ist die erste Antriebsvorrichtung leistungsstärker als die zweite Antriebsvorrichtung. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die erste Antriebsvorrichtung die primäre Antriebsvorrichtung und die zweite Antriebsvorrichtung die sekundäre Antriebsvorrichtung ist und in erster Linie zur Rekuperation ausgelegt ist. Die zweite Antriebsvorrichtung ist dann klein und kostengünstig auslegbar.
Nach dem zweiten Erfindungsaspekt löst die gestellte Aufgabe ein Verfahren zum Betreiben einer vorbeschriebenen Antriebseinrichtung gemäß dem ersten Erfindungsaspekt, wobei in einem ersten Fahrmodus (a.) bei einer Beschleunigungsanforderung ausschließlich die erste und/oder dritte Antriebsvorrichtung zum Antrieb des Kraftfahrzeugs verwendet wird und (b.) bei einer Bremsanforderung die zweite Antriebsvorrichtung zur Bremsverzögerung des Kraftfahrzeugs mittels Rekuperation verwendet wird.
Begrifflich sei hierzu folgendes erläutert:
Als „Fahrmodus“ wird im Sinne der Erfindung verstanden, dass eine Steuerung des Fahrzeugs in diesem Fahrmodus so eingestellt ist, dass die beschriebene Zuordnung der Antriebsvorrichtungen umgesetzt wird. Ein Fahrmodus kann kurzzeitig aus einer Menge an Fahrmodi ausgewählt und aktiv sein, während er zu einem anderen Zeitpunkt nicht ausgewählt ist. Ein Fahrmodus kann aber auch der Fahrzeugsteuerung aufgeprägt sein und somit jederzeit aktiv und nicht deaktivierbar sein. Es können auch mehrere Fahrmodi, die verschiedene Bereiche der Fahrzeugeinstellungen betreffen, parallel und unabhängig voneinander aktiviert sein. Die Auswahl eines Fahrmodus wird in einer Ausführungsform durch eine Bedienperson des Kraftfahrzeugs manuell durchgeführt. Beispielsweise können der Bedienperson mehrere Fahrmodi zur freien Wahl angeboten sein. Die Auswahl des Fahrmodus kann alternativ oder ergänzend auch durch eine Fahrzeugsteuerung erfolgen. So wird beispielsweise mit einer entsprechenden Sensorik detektiert, wenn eine bestimmte Fahrsituation eintritt und automatisch ein entsprechender Fahrmodus gewählt. Beispielsweise schaltet das Fahrzeug in einen Offroad-Fahrmodus, wenn es detektiert, dass der Fahruntergrund sich von Asphalt zu Schotter o.Ä. ändert. Das Fahrzeug schaltet weiterhin beispielhaft in einen Energiespar-Fahrmodus, wenn detektiert wird, dass es sich in einem Stau befindet.
Als „Beschleunigungsanforderung“ wird eine Anforderung verstanden, die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs insbesondere mittels einer Antriebsvorrichtung oder mehrerer Antriebsvorrichtungen zu erhöhen. Eine Beschleunigungsanforderung wird beispielsweise von einer Bedienperson manuell angefordert, etwa durch Betätigen eines Pedals oder durch Erhöhung einer eingestellten Geschwindigkeit an einer Geschwindigkeitsregelvorrichtung. Weiterhin beispielsweise wird eine
Beschleunigungsanforderung alternativ und/oder ergänzend durch eine
Fahrzeugsteuerung angefordert, etwa durch eine insbesondere adaptive
Geschwindigkeitsregelvorrichtung, ein Abstandshaltesystem, einen automatischen Einparkassistenten oder einen Spurhalteassistenten.
Als „Bremsanforderung“ wird eine Anforderung verstanden, die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs insbesondere mittels einer Antriebsvorrichtung oder mehrerer Antriebsvorrichtungen und/oder mittels einer Bremse oder mehreren Bremsen zu reduzieren. Eine Bremsanforderung wird beispielsweise von einer Bedienperson manuell angefordert, etwa durch Betätigen eines Pedals oder durch Verringerung einer eingestellten Geschwindigkeit an einer Geschwindigkeitsregelvorrichtung. Weiterhin beispielsweise wird eine Bremsanforderung alternativ und/oder ergänzend durch eine Fahrzeugsteuerung angefordert, etwa durch eine insbesondere adaptive
Geschwindigkeitsregelvorrichtung, ein Abstandshaltesystem, einen Notbremsassistenten, einen automatischen Einparkassistenten oder einen Spurhalteassistenten.
Vorteilhaft wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreicht, dass die erste und/oder dritte Antriebsvorrichtung auf eine Beschleunigung des Fahrzeugs ausgelegt werden können und die zweite Antriebsvorrichtung unabhängig davon zur Rekuperation ausgelegt werden kann, ohne für weitere Funktionen ausgelegt werden zu müssen, oder dabei für weitere Funktionen nur sekundär auslegt werden zu müssen.
Nach dem dritten Erfindungsaspekt löst die gestellte Aufgabe ein Verfahren zum Betreiben einer vorbeschriebenen Antriebseinrichtung gemäß dem ersten Erfindungsaspekt, wobei in einem ersten Fahrmodus (a.) bei einer Beschleunigungsanforderung unterhalb eines Grenzwerts ausschließlich die erste und/oder dritte Antriebsvorrichtung zum Antrieb des Kraftfahrzeugs verwendet wird, (b.) bei einer Beschleunigungsanforderung oberhalb eines Grenzwerts die erste und/oder dritte Antriebsvorrichtung und die zweite Antriebsvorrichtung gemeinsam zum Antrieb des Kraftfahrzeugs verwendet werden und (c.) bei einer Bremsanforderung die zweite Antriebsvorrichtung zur Bremsverzögerung des Kraftfahrzeugs mittels Rekuperation verwendet wird.
Begrifflich sei hierzu folgendes erläutert:
Bezüglich eines „Grenzwerts“ der Beschleunigungsanforderung wird vorausgesetzt, dass eine Beschleunigungsanforderung graduell sein kann und je nach Stärke nur einen Teil der maximalen Antriebsleistung der zum Antrieb vorgesehenen Antriebsvorrichtungen abruft. So wird die Stärke der Beschleunigungsanforderung etwa bei Anforderung durch Betätigen eines Pedals durch eine Bedienperson abhängig von der Pedalposition bestimmt, wobei ein gänzlich durch gedrücktes Pedal einer Maximalanforderung entspricht. Als „Grenzwert“ wird dann ein bestimmter Wert der Anforderungsstärke festgelegt, unterhalb dessen die Variante a. des Verfahrens ausgeführt wird und oberhalb dessen die Variante b. des Verfahrens ausgeführt wird.
In einer Ausführungsform des dritten Erfindungsaspekts entspricht der Grenzwert einer Maximalanforderung, die sich insbesondere durch einen Kickdown eines Pedals ergibt. Als Kickdown wird verstanden, dass das Pedal eine mechanische Barriere am Ende seines Verstellwegs aufweist, die nur mit spürbarem Widerstand zu überwinden ist, wobei das Pedal eine einzelne weitere Stellung jenseits der Barriere aufweist. Die Stärke der Beschleunigungsanforderung ist dann in dem Verstellweg vor dem Kickdown graduell von der Pedalposition abhängig und weist hinter dem Kickdown nur noch einen einzelnen Maximalwert auf. Die zweite Antriebsvorrichtung wird dann lediglich bei einer Maximalanforderung zugeschaltet.
Vorteilhaft kann mit einem Verfahren nach dem dritten Erfindungsaspekts zur Beschleunigung die akkumulierte Antriebsleistung der ersten und/oder dritten Antriebsvorrichtung und der zweiten Antriebsvorrichtung zur Verfügung gestellt werden, wenn eine entsprechend hohe Beschleunigungsanforderung vorliegt, während bei geringeren Beschleunigungsanforderungen vorteilhaft nur die erste und/oder dritte Antriebsvorrichtung betrieben wird, insbesondere um Energie einzusparen. Auf diese Weise wird eine als besonders sportlich empfundene Beschleunigung bei einer entsprechenden Beschleunigungsanforderung realisiert, während das Fahrzeug im Mittel vergleichsweise sparsam ist.
Nach dem vierten Erfindungsaspekt löst die gestellte Aufgabe ein Verfahren zum Betreiben einer vorbeschriebenen Antriebseinrichtung gemäß dem ersten Erfindungsaspekt, wobei in einem ersten Fahrmodus (a.) bei einer Beschleunigungsanforderung die erste und/oder dritte Antriebsvorrichtung alleine zum Antrieb des Kraftfahrzeugs verwendet wird und (b.) bei einer Bremsanforderung die zweite Antriebsvorrichtung zur Bremsverzögerung des Kraftfahrzeugs mittels Rekuperation verwendet wird und wobei in einem zweiten Fahrmodus (a.) bei einer Beschleunigungsanforderung unterhalb eines Grenzwerts die erste und/oder dritte Antriebsvorrichtung alleine zum Antrieb des Kraftfahrzeugs verwendet wird, (b.) bei einer Beschleunigungsanforderung oberhalb eines Grenzwerts die erste und/oder dritte Antriebsvorrichtung und die zweite Antriebsvorrichtung gemeinsam zum Antrieb des Kraftfahrzeugs verwendet werden und (c.) bei einer Bremsanforderung die zweite Antriebsvorrichtung zur Bremsverzögerung des Kraftfahrzeugs mittels Rekuperation verwendet wird.
Der vierte Erfindungsaspekt entspricht einer Kombination des zweiten und des dritten Erfindungsaspekts. Vorteilhaft hat eine Bedienperson in einer Ausführungsform, in der sie zwischen diesen Modi manuell wählen kann, die Auswahl, welchen dieser Fahrmodi sie bevorzugt. Durch das Vorsehen mehrerer Fahrmodi steigt zudem die Variabilität des Kraftfahrzeugs und dieses ist vorteilhaft an eine spezifische Fahrsituation genauer anpassbar, was auch für im Folgenden erläuterte zusätzliche Fahrmodi gilt.
In einer Ausführungsform des zweiten, dritten und/oder vierten Erfindungsaspekts werden in einem dritten Fahrmodus (a.) bei einer Beschleunigungsanforderung die erste und/oder dritte Antriebsvorrichtung und die zweite Antriebsvorrichtung gemeinsam zum Antrieb des Kraftfahrzeugs verwendet und wird (b.) bei einer Bremsanforderung die zweite Antriebsvorrichtung zur Bremsverzögerung des Kraftfahrzeugs mittels Rekuperation verwendet.
In einem solchen dritten Fahrmodus stehen vorteilhaft alle Antriebsvorrichtungen dauerhaft zur Verfügung, so dass jederzeit die gesamte akkumulierte Leistung aller dieser Antriebsvorrichtungen abrufbar ist. Insbesondere wirken in diesem Modus jederzeit zumindest eine Antriebsvorrichtung auf jedes Fahrzeugrad bzw. Fahrzeugradpaar. Es liegt also ein dauerhafter Allradantrieb vor, der beispielsweise bei einer Fahrsituation mit erhöhtem Traktionsbedarf zum Einsatz kommt.
In einer Ausführungsform des zweiten, dritten und/oder vierten Erfindungsaspekts ist der erste und/oder zweite Fahrmodus jeweils ein normaler Fahrmodus, der für alltägliche Fahrsituationen vorgesehen ist.
Als alltägliche Fahrsituationen wird dabei eine Fahrt in einer Stadt, auf einer Landstraße oder einer Schnellstraße, jeweils auf insbesondere asphaltiertem oder vergleichbarem Untergrund verstanden. Die erwartete Geschwindigkeit in solchen alltäglichen Fahrsituationen liegt beispielsweise zwischen 0 und 200 km/h und es liegen in regelmäßigen zeitlichen Abständen Beschleunigungs- und Bremsanforderungen vor.
In einer Ausführungsform des zweiten, dritten und/oder vierten Erfindungsaspekts ist der dritte Fahrmodus ein Sportmodus oder ein Gelände-Fahrmodus.
Als Sportmodus wird ein Fahrmodus verstanden, der für einen sportlichen Fahrstil etwa auf einer öffentlichen Straße oder einer Rennstrecke vorgesehen ist. Dabei liegen regelmäßige Beschleunigungsanforderungen hoher Stärke, insbesondere maximale Beschleunigungsanforderungen vor. Die in einem Sportmodus erwartete Geschwindigkeit liegt beispielsweise zwischen 0 und 300 km/h.
Als Gelände-Fahrmodus wird ein Fahrmodus für Fahrsituationen auf beispielsweise unebenem, sandigem, steinigem, schlammigem oder nassem Untergrund verstanden, bei dem insbesondere hohe Anforderungen an die Traktion der Fahrzeugräder vorliegen. Die erwartete Geschwindigkeit in solchen Fahrsituationen liegt beispielsweise zwischen 0 und 100 km/h und es liegen in kurzen zeitlichen Abständen Beschleunigungs- und Bremsanforderungen und insbesondere regelmäßig Beschleunigungsanforderungen aus dem Stand oder von sehr geringen Geschwindigkeiten ausgehend vor.
In einer weiteren Ausführungsform des zweiten, dritten und/oder vierten Erfindungsaspekts treibt in einem der Fahrmodi die vierte Antriebsvorrichtung die zweite Antriebsvorrichtung in einem Generatorbetrieb an. Insbesondere wird die zweite Antriebsvorrichtung von der vierten Antriebsvorrichtung angetrieben, wenn keine Bremsanforderung vorliegt und durch Rekuperation angetrieben, wenn eine Bremsanforderung vorliegt. Die vierte Antriebsvorrichtung kann während der Rekuperation auch die zweite Antriebsvorrichtung zusätzlich antreiben. Auf diese Weise lässt sich mittels der vierten und der zweiten Antriebsvorrichtung ein weit oder gänzlich entladener Energiespeicher aufladen.
In einer Ausführungsform des zweiten, dritten und/oder vierten Erfindungsaspekts wird in einem vierten Fahrmodus, der insbesondere ein Notmodus ist, bei einer Beschleunigungsanforderung ausschließlich die zweite Antriebsvorrichtung zum Antrieb des Kraftfahrzeugs verwendet. Ein solcher Fahrmodus wird insbesondere dann verwendet, wenn an dem ersten Antriebsstrang eine Beschädigung oder ein Ausfall vorliegt oder wenn für eine oder mehrere Antriebsvorrichtungen des ersten Antriebsstrangs keine Energie zur Verfügung steht.
Nach dem fünften Erfindungsaspekt löst die gestellte Aufgabe ein Kraftfahrzeug mit einer vorbeschriebenen Antriebseinrichtung gemäß dem ersten Erfindungsaspekt, das insbesondere zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der vorbeschriebenen zweiten, dritten oder vierten Erfindungsaspekte eingerichtet ist. Die vorbeschriebenen Ausführungen gelten für das Kraftfahrzeug entsprechend. Insbesondere sind die vorbeschriebenen Vorteile mit dem Kraftfahrzeug entsprechend zu erzielen.
Die Erfindung sei nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dort zeigen
Fig. 1 in Unteransicht eine stark vereinfachte Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Antriebseinrichtung nach dem ersten Erfindungsaspekt in einer ersten
Ausführungsform;
Fig. 2 in Unteransicht eine stark vereinfachte Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Antriebseinrichtung nach dem ersten Erfindungsaspekt in einer zweiten Ausführungsform;
Fig. 3 in Unteransicht eine stark vereinfachte Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Antriebseinrichtung nach dem ersten Erfindungsaspekt in einer dritten
Ausführungsform;
Fig. 4 in Unteransicht eine stark vereinfachte Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Antriebseinrichtung nach dem ersten Erfindungsaspekt in einer vierten
Ausführungsform; Fig. 5 in Unteransicht eine stark vereinfachte Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Antriebseinrichtung nach dem ersten Erfindungsaspekt in einer fünften Ausführungsform;
Fig. 6 in Unteransicht eine stark vereinfachte Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Antriebseinrichtung nach dem ersten Erfindungsaspekt in einer sechsten Ausführungsform;
Das Kraftfahrzeug 1 gemäß der ersten Ausführungsform in Figur 1 besteht im Wesentlichen aus einer Karosserie 2, in deren Bodenbereich eine erste Radwelle 3a mit einem ersten Fahrzeugräderpaar 4 aus einem ersten Fahrzeugrad 4a und einem zweiten Fahrzeugrad 4b und eine zweite Radwelle 3b mit einem zweiten Fahrzeugräderpaar 5 aus einem dritten Fahrzeugrad 5a und einem vierten Fahrzeugrad 5b angeordnet ist.
An der ersten Radwelle 3a greift eine erste Antriebsvorrichtung 6a über ein erstes Getriebe 7a an, wobei die erste Antriebsvorrichtung 6a, das erste Getriebe 7a und die erste Radwelle 3a zusammen einen ersten Antriebsstrang 8a bilden. An der zweiten Radwelle 3b greift eine zweite Antriebsvorrichtung 6b über ein zweites Getriebe 7b an, wobei die zweite Antriebsvorrichtung 6b, das zweite Getriebe 7b und die zweite Radwelle 3b zusammen einen zweiten Antriebsstrang 8b bilden. Der erste Antriebsstrang 8a und der zweite Antriebsstrang 8b bilden zusammen eine Antriebseinrichtung 9.
Die erste Antriebsvorrichtung 6a ist mit dem ersten Getriebe 7a antriebswirksam verbunden, wobei das erste Getriebe 7a antriebswirksam mit der ersten Radwelle 3a verbunden ist. Die erste Radwelle 3a ist ihrerseits drehfest mit dem ersten Fahrzeugrad 4a und dem zweiten Fahrzeugrad 4b verbunden. Mittels dem ersten Getriebe 7a ist zumindest eine erste Übersetzung zwischen erster
Antriebsvorrichtung 6a und erster Radwelle 3a eingestellt oder es sind mehrere Schaltstellungen mit verschiedenen Übersetzungen wählbar.
Die zweite Antriebsvorrichtung 6b ist mit dem zweiten Getriebe 7b antriebswirksam verbunden, wobei das zweite Getriebe 7b antriebswirksam mit der zweiten Radwelle 3b verbunden ist. Die zweite Radwelle 3b ist ihrerseits drehfest mit dem dritten Fahrzeugrad 5a und dem vierten Fahrzeugrad 5b verbunden. Mittels dem zweiten Getriebe 7b ist zumindest eine erste Übersetzung zwischen zweiter Antriebsvorrichtung 6b und zweiter Radwelle 3b eingestellt oder es sind mehrere Schaltstellungen mit verschiedenen Übersetzungen wählbar. Insbesondere ist auch eine Schaltstellung am zweiten Getriebe 7b vorgesehen, in der die zweite Antriebsvorrichtung 6b von der zweiten Radwelle 3b entkoppelt ist.
Das Kraftfahrzeug 1 gemäß der zweiten Ausführungsform in Figur 2 besteht im Bereich des zweiten Antriebsstrangs 8b aus den gleichen Elementen wie das Kraftfahrzeug 1 in Figur 1 und unterscheidet sich lediglich in der Gestaltung des ersten Antriebsstrangs 8a von diesem. Der erste Antriebsstrang 8a besteht aus einer ersten ersten Antriebsvorrichtung 6a‘ zum Antrieb des ersten Fahrzeugrads 4a überein erstes erstes Getriebe 7a‘ und einer zweiten ersten Antriebsvorrichtung 6a“ zum Antrieb des zweiten Fahrzeugrads 4b über ein zweites erstes Getriebe 7a“. Die ersten Antriebsvorrichtungen 6a‘, 6a“ und die ersten Getriebe 7a‘, 7a“ des ersten Antriebsstrangs 8a sind an einer Radachse 3c gelagert, die kein Teil des ersten Antriebsstrangs 8a ist. Der erste Antriebsstrang 8a ist dann aus der ersten ersten und der zweiten ersten Antriebsvorrichtung 6a‘, 6a“ sowie dem ersten ersten und dem zweiten ersten Getriebe 7a‘, 7a“ gebildet. Mittels den ersten Getrieben 7a‘, 7a“ ist jeweils zumindest eine erste Übersetzung zwischen den ersten Antriebsvorrichtungen 6a‘, 6a“ und den jeweils zugeordneten Fahrzeugrädern 4a, 4b eingestellt oder es sind mehrere Schaltstellungen mit verschiedenen Übersetzungen wählbar.
Das Kraftfahrzeug 1 gemäß der dritten Ausführungsform in Figur 3 besteht im Bereich des zweiten Antriebsstrangs 8b aus den gleichen Elementen wie das Kraftfahrzeug 1 in Figur 1 und unterscheidet sich lediglich in der Gestaltung des ersten Antriebsstrangs 8a von diesem. Im ersten Antriebsstrang 8a greift neben der ersten Antriebsvorrichtung 6a eine dritte Antriebsvorrichtung 6c an dem ersten Getriebe 7a an. Die erste Antriebsvorrichtung 6a und die dritte Antriebsvorrichtung 6c sind insbesondere von verschiedener Gattung. Mittels dem ersten Getriebe 7a ist zumindest eine erste Übersetzung zwischen erster Antriebsvorrichtung 6a, dritter Antriebsvorrichtung 6c und erster Radwelle 3a eingestellt oder es sind mehrere Schaltstellungen mit verschiedenen Übersetzungen wählbar. Insbesondere weist das erste Getriebe 7a solche Schaltstellungen auf, in denen nur die erste Antriebsvorrichtung 6a, nur die dritte Antriebsvorrichtung 6c oder die erste und die dritte Antriebsvorrichtungen 6a, 6c zusammen auf die erste Radwelle 3a wirken. Das erste Getriebe 7a weist in einer Ausführungsform auch eine Schaltstellung auf, in der die dritte Antriebsvorrichtung 6c mit der ersten Antriebsvorrichtung 6a antriebswirksam verbunden ist, jedoch keine der beiden Antriebsvorrichtungen 6a, 6c mit der Radwelle 3a verbunden ist, so dass eine Antriebsvorrichtung 6a, 6c die andere Antriebsvorrichtung 6c, 6a in einem Generatorbetrieb zum Aufladen eines Energiespeichers antreiben kann.
Das Kraftfahrzeug 1 gemäß der vierten Ausführungsform in Figur 4 besteht im Bereich des ersten Antriebsstrangs 8a aus den gleichen Elementen wie das Kraftfahrzeug 1 in Figur 1 und unterscheidet sich lediglich in der Gestaltung des zweiten Antriebsstrangs 8b von diesem. Im zweiten Antriebsstrang 8b ist eine vierte Antriebsvorrichtung 6d vorgesehen, die über eine Kupplung 10 mit der zweiten Antriebsvorrichtung 6b verbindbar ist. Die zweite Antriebsvorrichtung 6b und die vierte Antriebsvorrichtung 6d sind insbesondere von verschiedener Gattung. Die vierte Antriebsvorrichtung 6d ist bei geschlossener Kupplung 10 mit der zweiten Antriebsvorrichtung 6b verbunden und kann diese in einem Generatorbetrieb zum Aufladen eines Energiespeichers antreiben. In einer geöffneten Stellung der Kupplung 10 ist die vierte Antriebsvorrichtung 6d nicht mit der zweiten Antriebsvorrichtung 6b verbunden. Das zweite Getriebe 7b entspricht dem zweiten Getriebe 7b in den vorbeschriebenen Ausführungsformen gemäß der Figuren 1 , 2 und 3 und weist eine Schaltstellung auf, in der die zweite Antriebvorrichtung 6b von der zweiten Radwelle 3b entkoppelt ist. Der zweite Antriebsstrang 8b besteht dann aus der vierten Antriebsvorrichtung 6d, der Kupplung 10, der zweiten Antriebsvorrichtung 6b, dem zweiten Getriebe 7b und der zweiten Radwelle 3b.
Das Kraftfahrzeug 1 gemäß der fünften Ausführungsform in Figur 5 besteht aus einem ersten Antriebsstrang 8a gemäß der dritten Ausführungsform in Figur 3 und einem zweiten Antriebsstrang 8b gemäß der vierten Ausführungsform in Figur 4. Bei den Antriebsstränge 8a, 8b und Fahrzeugradpaare 4, 5 wird zur besseren Übersicht auf eine Wiederholung der Bezugszeichen verzichtet. Zusätzlich dargestellt ist ein Energiespeicher 11 in Form einer Batterie, der mittels elektrischen Leitungen 12a, 12b jeweils mit der ersten Antriebsvorrichtung 6a und der zweiten Antriebsvorrichtung 6b verbunden ist. Die erste Antriebsvorrichtung 6a ist dabei eine elektrische Maschine. Der Energiespeicher 11 kann zusätzlich mit der dritten Antriebsvorrichtung 6c verbunden sein, wenn diese ebenfalls eine elektrische Maschine ist, was in Figur 5 jedoch nicht dargestellt ist. Der Energiespeicher 11 ist insbesondere über die zweite Antriebsvorrichtung 6b mittels Rekuperation oder durch Antrieb mittels der vierten Antriebsvorrichtung 6d aufladbar. Der Energiespeicher 11 ist ferner in einer entsprechenden Ausführungsform auch mittels der ersten Antriebsvorrichtung 6a mittels Rekuperation oder durch Antrieb mittels der dritten Antriebsvorrichtung 6c aufladbar. Der Energiespeicher 11 stellt Traktionsenergie für zumindest eine der ersten und/oder zweiten und/oder dritten Antriebsvorrichtung 6a, 6b, 6c zur Verfügung.
Weiterhin zusätzlich dargestellt in Figur 5 ist eine Steuereinheit 13, die über Signalleitungen 14a, 14b, 14c, 14d mit der ersten, der zweiten, der dritten und der vierten Antriebsvorrichtung 6a, 6b, 6c, 6d verbunden ist. Mittels der Steuereinheit 13 können die Antriebsvorrichtungen 6a, 6b, 6c, 6d entsprechend der eingestellten Fahrmodi und entsprechend einer Fahranforderung, insbesondere Beschleunigungs oder Bremsanforderung gesteuert werden. Die Steuereinheit 13 kann ferner, jedoch nicht dargestellt, auch mit dem ersten und zweiten Getriebe 7a, 7b verbunden sein und an diesen Schaltstellungen entsprechend Fahrmodi und Fahranforderungen sowie entsprechend der Drehzahlen der Antriebsvorrichtungen 6a, 6b, 6c, 6d und Fahrzeugrädern 4a, 4b, 5a, 5b steuern.
Das Kraftfahrzeug 1 gemäß der sechsten Ausführungsform in Figur 6 besteht aus einem ersten Antriebsstrang 8a gemäß der zweiten Ausführungsform in Figur 2 und einem zweiten Antriebsstrang 8b gemäß der vierten Ausführungsform in Figur 4. Bei den Antriebsstränge 8a, 8b und Fahrzeugradpaare 4, 5 wird zur besseren Übersicht auf eine Wiederholung der Bezugszeichen verzichtet. Zusätzlich dargestellt ist ein der fünften Ausführungsform in Figur 5 entsprechender Energiespeicher 11 in Form einer Batterie, der mittels elektrischen Leitungen 12a‘, 12a“, 12b jeweils mit der ersten ersten Antriebsvorrichtung 6a‘, der zweiten ersten Antriebsvorrichtung 6a” und der zweiten Antriebsvorrichtung 6b verbunden ist und diese entsprechend der fünften Ausführungsform in Figur 5 mit Traktionsenergie versorgt und/oder durch diese aufgeladen wird.
Weiterhin zusätzlich dargestellt in Figur 6 ist eine der fünften Ausführungsform in Figur 5 entsprechende Steuereinheit 13, die über Signalleitungen 14a‘, 14a“, 14b, 14d mit der ersten ersten, der zweiten ersten, der zweiten und der vierten Antriebsvorrichtung 6a‘, 6a”, 6b, 6d verbunden ist und diese entsprechend der fünften Ausführungsform in Figur 5 steuert.
Die hier gezeigten Ausführungsformen stellen nur Beispiele für die vorliegende Erfindung dar und dürfen daher nicht einschränkend verstanden werden. Alternative durch den Fachmann in Erwägung gezogene Ausführungsformen sind gleichermaßen vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung umfasst.
Liste der verwendeten Bezugszeichen
1 Kraftfahrzeug
2 Karosserie
3a erste Radwelle
3b zweite Radwelle
3c Radachse
4 erstes Fahrzeugräderpaar
4a erstes Fahrzeugrad
4b zweites Fahrzeugrad
5 zweites Fahrzeugradpaar
5a drittes Fahrzeugrad
5b viertes Fahrzeugrad
6a erste Antriebsvorrichtung
6a‘ erste erste Antriebsvorrichtung 6a“ zweite erste Antriebsvorrichtung
6b zweite Antriebsvorrichtung
6c dritte Antriebsvorrichtung
6d vierte Antriebsvorrichtung
7a erstes Getriebe
7a‘ erstes erstes Getriebe
7a“ zweites erstes Getriebe
7b zweites Getriebe
8a erster Antriebsstrang
8b zweiter Antriebsstrang
9 Antriebseinrichtung
10 Kupplung
11 Energiespeicher
12a erste elektrische Leitung
12a‘ erste erste elektrische Leitung 12a“ zweite erste elektrische Leitung 12b zweite elektrische Leitung
12c dritte elektrische Leitung 13 Steuereinheit 14a erste Signalleitung 14a‘ erste erste Signalleitung 14a“ zweite erste Signalleitung 14b zweite Signalleitung
14c dritte Signalleitung 14d vierte Signalleitung

Claims

Patentansprüche
1. Antriebseinrichtung (9) für ein Kraftfahrzeug (1) mit einem ersten Fahrzeugräderpaar (4) und einem zweiten Fahrzeugräderpaar (5), aufweisend a. einen ersten Antriebstrang (8a) mit einer ersten Antriebsvorrichtung (6a), die auf das erste Fahrzeugräderpaar (4) wirkt, insbesondere zwei erste Antriebsvorrichtungen (6a‘, 6a“), die jeweils auf ein Einzelrad (4a, 4b) des ersten Fahrzeugräderpaars (4) wirken, und b. einen zweiten Antriebsstrang (8b) mit einer zweiten Antriebsvorrichtung (6b), die auf das zweite Fahrzeugräderpaar (5) wirkt, wobei die zweite Antriebsvorrichtung (6b) eine rekuperationsfähige elektrische Maschine ist.
2. Antriebseinrichtung (9) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Antriebsstrang (8a) auf zwei Fahrzeugheckräder (4a, 4b) und der zweite Antriebsstrang (8b) auf zwei Fahrzeugfronträder (5a, 5b) wirkt.
3. Antriebseinrichtung (9) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Antriebsvorrichtung (6a, 6a‘, 6a“, 6b), zumindest jedem Antriebsstrang, ein Getriebe zugeordnet ist.
4. Antriebseinrichtung (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antriebsvorrichtung (6a) eine elektrische Maschine oder Verbrennungskraftmaschine oder Brennstoffzelle ist.
5. Antriebseinrichtung (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Antriebsstrang (8a) eine dritte Antriebsvorrichtung (6c) aufweist, die auf das erste Fahrzeugräderpaar (4) wirkt.
6. Antriebseinrichtung (9) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antriebsvorrichtung (6a) eine elektrische Maschine und die dritte Antriebsvorrichtung (6c) eine Verbrennungskraftmaschine oder Brennstoffzelle ist.
7. Antriebseinrichtung (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Energiespeicher (11 ) vorgesehen ist, der durch die zweite Antriebsvorrichtung (6b), insbesondere mittels Rekuperation, aufladbar ist und insbesondere Traktionsenergie für die erste und/oder zweite und/oder dritte Antriebsvorrichtung (6a, 6b, 6c) bereitstellt.
8. Antriebseinrichtung (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Antriebsstrang (8b) eine vierte Antriebsvorrichtung (6d) zum Antrieb der zweiten Antriebsvorrichtung (6b) in einem Generatorbetrieb vorgesehen ist, wobei die vierte Antriebsvorrichtung (6d) insbesondere eine Verbrennungskraftmaschine oder eine Brennstoffzelle ist.
9. Antriebseinrichtung (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antriebsvorrichtung (6a) leistungsstärker ist als die zweite Antriebsvorrichtung (6b).
10. Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem ersten Fahrmodus a. bei einer Beschleunigungsanforderung ausschließlich die erste und/oder dritte Antriebsvorrichtung (6a, 6c) zum Antrieb des Kraftfahrzeugs (1) verwendet wird und b. bei einer Bremsanforderung die zweite Antriebsvorrichtung (6b) zur
Bremsverzögerung des Kraftfahrzeugs (1) mittels Rekuperation verwendet wird.
11. Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung (9) nach einem der
Ansprüche 1 bis 9, wobei in einem ersten Fahrmodus a. bei einer Beschleunigungsanforderung unterhalb eines Grenzwerts ausschließlich die erste und/oder dritte Antriebsvorrichtung (6a, 6c) zum Antrieb des Kraftfahrzeugs (1) verwendet wird, b. bei einer Beschleunigungsanforderung oberhalb eines Grenzwerts die erste und/oder dritte Antriebsvorrichtung (6a, 6c) und die zweite Antriebsvorrichtung (6b) gemeinsam zum Antrieb des Kraftfahrzeugs (1) verwendet werden und c. bei einer Bremsanforderung die zweite Antriebsvorrichtung (6b) zur Bremsverzögerung des Kraftfahrzeugs (1) mittels Rekuperation verwendet wird.
12. Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit einem Fahrmodus nach Anspruch 10 als ersten Fahrmodus und einem Fahrmodus nach Anspruch 11 als einen zweiten Fahrmodus.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in einem dritten Fahrmodus a. bei einer Beschleunigungsanforderung die erste und/oder dritte Antriebsvorrichtung (6a, 6c) und die zweite Antriebsvorrichtung (6b) gemeinsam zum Antrieb des Kraftfahrzeugs (1) verwendet werden und b. bei einer Bremsanforderung die zweite Antriebsvorrichtung (6b) zur
Bremsverzögerung des Kraftfahrzeugs (1) mittels Rekuperation verwendet wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder zweite Fahrmodus jeweils ein normaler Fahrmodus ist, der für alltägliche Fahrsituationen vorgesehen ist.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Fahrmodus ein Sportmodus oder ein Gelände-Fahrmodus ist.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in einem der Fahrmodi die vierte Antriebsvorrichtung (6d) die zweite Antriebsvorrichtung (6b) in einem Generatorbetrieb antreibt.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem vierten Fahrmodus, der insbesondere ein Notmodus ist, bei einer Beschleunigungsanforderung ausschließlich die zweite Antriebsvorrichtung (6b) zum Antrieb des Kraftfahrzeugs (1) verwendet wird.
18. Kraftfahrzeug (1 ) mit einer Antriebseinrichtung (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, das insbesondere zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 10 bis 17 eingerichtet ist.
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