WO2022228615A1 - Fahrzeugbremsenintegration in einen elektrischen antrieb, verfahren zum steuern einer electric drive unit und computerlesbares speichermedium mit steuer- oder regelanweisungen - Google Patents

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clutch
partial
electric drive
output shaft
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Götz Rathke
Markus Baehr
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • F16H63/304—Constructional features of the final output mechanisms the final output mechanisms comprising elements moved by electrical or magnetic force
    • F16H63/3043—Constructional features of the final output mechanisms the final output mechanisms comprising elements moved by electrical or magnetic force comprising friction clutches or brakes

Definitions

  • Vehicle brake integration in an electric drive method for controlling an electric drive unit and computer-readable storage medium with control or command instructions
  • the invention relates to a method for controlling a (twin) electric drive unit.
  • a (twin) electric drive unit Such an electric drive unit or electric drive unit is usually abbreviated as EDU.
  • EDU electric drive unit or electric drive unit is usually abbreviated as EDU.
  • Such an EDU is used in motor vehicles, such as passenger cars, commercial vehicles, in particular trucks.
  • Such an electric drive unit has at least one electric motor, usually even two electric motors. Its torque is transferred to an output shaft via a transmission with a clutch device containing two gears that can be shifted under load.
  • the clutch device is designed as a clutch or brake.
  • the clutch device has two partial clutch devices that can be switched independently of one another into a torque transmission state.
  • Such Electric Drive Units are known in principle. Methods for controlling such Electric Drive Units are also known. Usually only one of the two partial clutch devices is switched into a torque transmission state. So far, it has been necessary to avoid activating both partial clutch devices, so that there is precisely no stressed state, since this can lead to the components of the electric drive unit breaking.
  • a problem with existing devices and methods is that brake dust is generated when a vehicle is braked on the roadway. Since brake dust, which is produced in vehicle brakes used today, makes a significant contribution to fine dust pollution, there is a need to achieve improvements here in particular.
  • the classic disc brakes or drum brakes on the vehicle wheel / wheel of a vehicle therefore need to be improved. It is the object of the present invention to eliminate or at least mitigate the disadvantages of the prior tech technology.
  • the invention takes an unexpected and innovative path here.
  • the method is specifically aimed at switching one part clutch device into a sticking state (or e.g. low/still acceptable slip state) and switching the other part clutch device into a state (e.g. viewed over time) of decreasing slip.
  • the fine dust pollution is reduced by the solution according to the invention.
  • the electric motor recovers a significant portion of the braking energy. While otherwise when the vehicle is braked by the disc or drum brakes mentioned above, brake dust is produced, which is released directly into the environment, brake dust emissions are now avoided. It is therefore guaranteed that the abrasion does not get into the environment and this is achieved in particular by using existing systems or machine elements. Particularly in the case of such vehicle drives that produce high torques, a modular drive system is now possible that has considerable advantages.
  • a drive element can also be designed, for example, as a so-called twin EDU.
  • twin EDU twin EDU.
  • the special features of this system are that individual wheel drives (e.g. for one vehicle axle) can be implemented and the transmission is designed to be powershiftable.
  • 7,900 Nm can be more than doubled.
  • brake B2 it is necessary to realize an increase from approx. 2,100 Nm to approx. 3,900 Nm.
  • the friction losses to be endured also increase enormously.
  • the brake B1 experienced approx. 180 kW when shifting, but now approx. 900 kW are generated when the vehicle brakes hard.
  • the two brakes must be at least doubled in terms of the number of discs, for example.
  • the gearing must also be upgraded in this regard. Another huge impact on the components is meeting safety requirements.
  • the vehicle brake is now being successfully integrated into the electric drive.
  • an e-axis can then be controlled or regulated in an extension operation.
  • both partial clutch devices are arranged in a common housing accommodating the electric motor, installation space can be saved and such a hermetic shielding can be used that no brake dust escapes to the outside.
  • a further embodiment relates to an embodiment such that the partial coupling devices have input and output components that can be frictionally engaged with one another, with the output components being arranged fixed to the housing.
  • Such an EDU can be designed in a particularly space-efficient manner if the planetary gear has a plurality of step planets, one diameter range of which interacts with one partial clutch device and the other (larger or smaller) diameter range with the other partial clutch device.
  • the invention also relates to a further development in which a first output shaft is used to drive a first vehicle wheel and a second output shaft is used to drive a second vehicle wheel. This is where the advantages of (twin) EDUs come into play.
  • the invention also relates to a computer-readable storage medium with control or regulation instructions for enforcing the method of the type according to the invention.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through two EDUs according to the invention in a common housing, in which the method according to the invention is implemented
  • Figure 2 is a perspective view of the left portion of the device of Figure 1 with one EDU contained therein in the housing which also houses the other EDU.
  • EDU/Electric Drive Unit 1 shows an EDU/Electric Drive Unit 1 or electric drive unit, which has a housing 2 within which two electric motors 3 and two gears 4 are contained. Two output shafts 5 protrude from the housing 2 in opposite directions.
  • Each electric motor 3 has a stator 6 and a rotor 7.
  • the torque generated by the electric motor 3 is passed on to a sun shaft 8.
  • the Floating wheels 12 can be selectively fixed to the housing 2 by a clutch device 13 .
  • the clutch device 2 uses partial clutch devices that are axially separated from one another
  • a torque of different speeds is passed on to the input shaft 5 via a planetary carrier 16 .
  • the other partial clutch device 15 or 14 is switched to an increasing torque transmission state in a targeted manner - in particular also until a standstill / flat state is reached be switched to a standstill, i.e. 100% of the torque present there. This then intentionally leads to the standstill of the vehicle.
  • the parameters available for this include the flow of oil in the housing 2, the modification of the overall structure by means of additional cooling units, the reinforcement of the cross sections of the individual components, in particular a reinforcement of the tooth meshing areas of the individual components and the increase in the circumferences of the in the components used in the two partial clutch devices 14 and 15, as well as the number/design of the disks.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Electric Drive Unit / EDU (1) für ein Kraftfahrzeug, wobei die EDU (1) einen Elektromotor (3) besitzt, dessen Drehmoment über ein Getriebe (4) mit einer Kupplungseinrichtung (13) für zwei lastschaltfähige Gänge zu einer Ausgangswelle (5) verbringbar ist, wobei die Kupplungseinrichtung (13) als Kupplung oder Bremse ausgestaltet ist, wobei die Kupplungseinrichtung (13) zwei Teilkupplungseinrichtungen (14 und 15) besitzt, die unabhängig voneinander in einem Drehmomentweiterleitungszustand schaltbar sind, wobei gezielt eine Teilkupplungseinrichtung (14) in einen Haftzustand versetzt wird und die andere Teilkupplungseinrichtung (15) in einen Zustand abnehmenden Schlupfes geschalten wird. Die Erfindung betrifft auch ein computerlesbares Speichermedium mit Steuer- / Regelanweisungen zum Erzwingen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Description

Fahrzeuqbremseninteqration in einen elektrischen Antrieb, Verfahren zum Steuern einer Electric Drive Unit und computerlesbares Speichermedium mit Steuer- oder Reqelanweisunqen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer (Twin-)Electric Drive Unit. Eine solche Electric Drive Unit bzw. elektrische Antriebseinheit wird üblicherweise auch als EDU abgekürzt. Solch eine EDU wird bei Kraftfahrzeugen, wie Pkws, Nutzfahrzeugen, insbesondere Lkws eingesetzt. Eine solche Electric Drive Unit besitzt zumindest einen Elektromotor, meist sogar zwei Elektromotoren. Dessen Drehmoment wird über ein Getriebe mit einer Kupplungseinrichtung enthaltend zwei lastschaltfähige Gänge zu einer Ausgangswelle verbracht. Die Kupplungseinrichtung ist als Kupplung oder Bremse ausgestaltet. Die Kupplungseinrichtung besitzt zwei Teilkupplungseinrichtun gen, die unabhängig voneinander in einen Drehmomentweiterleitungszustand schalt bar sind.
Solche Electric Drive Units sind grundsätzlich bekannt. Auch sind Verfahren zum Steuern von solchen Electric Drive Units bekannt. Es wird üblicherweise nur eine der beiden Teilkupplungseinrichtungen in einen Drehmomentweiterleitungszustand ge schalten. Bisher gilt es das Aktivieren beider Teilkupplungseinrichtungen zu vermei den, so dass eben gerade kein Verspannungszustand auftritt, da dies zu einem Bruch von Bauteilen der Electric Drive Unit führen kann.
Die zunehmende ökologischere Ausrichtung von Kraftfahrzeugen zwingt dazu innova tive Lösungen anzudenken.
Ein Problem bei bestehenden Vorrichtungen und Verfahren ist es, dass Bremsstaub erzeugt wird, wenn ein Fahrzeug auf der Fahrbahn abgebremst wird. Da Bremsstaub, der in heute verwendeten Fahrzeugbremsen entsteht, einen erheblichen Beitrag an der Feinstaubbelastung liefert, besteht insbesondere hier die Notwendigkeit Verbesse rungen zu erreichen. Gerade die klassischen Scheibenbremsen oder Trommelbrem sen am Fahrzeugrad / Rad eines Fahrzeuges bedürfen daher einer Verbesserung. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Nachteile aus dem Stand der Tech nik zu beseitigen oder wenigstens abzumildern.
Die Erfindung geht hier einen unerwarteten und innovativen Weg. Das Verfahren wird nämlich nun gezielt darauf gerichtet, dass gezielt die eine Teilkupplungseinrichtung in einen Haftzustand (oder bspw. geringen/ noch akzeptablen Schlupfzustand) versetzt wird und die andere Teilkupplungseinrichtung in einen Zustand (bspw. über die Zeit gesehen) abnehmenden Schlupfes geschalten wird.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird die Feinstaubbelastung reduziert. Zudem wird durch den Elektromotor ein signifikanter Beitrag der Bremsenergie elektrisch rückgewonnen. Während sonst beim Bremsen des Fahrzeuges durch die oben ge nannten Scheiben- oder Trommelbremsen Bremsstaub entsteht, der direkt in die Um welt gelangt, wird eine Bremsstaubemission nun vermieden. Es wird ergo gewährleis tet, dass der Abrieb nicht in die Umwelt gelangt und dies insbesondere durch Verwen dung bestehender Anlagen bzw. Maschinenelemente erreicht. Insbesondere bei sol chen Fahrzeugantrieben, die hohe Drehmomente stellen, wird nun ein Antriebsbau kasten möglich, der erhebliche Vorteile nach sich zieht. Ein Antriebselement ist ferner bspw. als so genannte Twin-EDU ausbildbar. Die Besonderheiten dieses Systems sind, dass Einzelradantriebe (etwa für eine Fahrzeugachse) umgesetzt werden kön nen und das Getriebe lastschaltfähig ausgeführt ist.
Eine wesentliche Anforderung an die Fahrzeugbremse durch ESP und ABS ist näm lich, dass jedes Rad einzeln abgebremst werden sollte. Dies ist durch den Einzelrad antrieb und die Erfindung möglich. Durch die Lastschaltfähigkeit, kann das Getriebe verspannt werden. Die Lastschaltfähigkeit wird durch die Doppelkupplung / Doppel bremse, die durch die beiden Teilkupplungseinrichtungen gestellt werden, hergestellt. Für die Bereitstellung der unterschiedlichen Übersetzungen wird eine der beiden Teil kupplungseinrichtungen / Bremsen geschlossen. Ein eigentlicher Fehlerfall des Getrie bes, bei dem beide Bremsen versehentlich geschlossen werden, wird hier gezielt aus genutzt. Soll das Fahrzeug über das Rekuperationsmoment des Elektromotors hinaus verzö gert werden und wird gezielt die zweite eigentlich offene Bremse geschlossen, so ist dies im Sinne der Erfindung. Das dadurch erzeugte Verspannmoment verzögert das Fahrzeug zusätzlich.
Es sei nicht unerwähnt, dass die Anforderung an die beiden Bremsen enorm anstei- gen. So muss die Momentenkapazität der Bremse B1 von ca. 3.600 Nm auf ca.
7.900 Nm mehr als verdoppelt werden. Für die Bremse B2 gilt es ein Anheben von ca. 2.100 Nm auf ca. 3.900 Nm zu realisieren. Auch die zu ertragenden Reibleistungen steigen enorm an. In ihrem bisherigen Gebrauch erfährt die Bremse B1 bei einer Schaltung ca. 180 kW, bei einer Vollbremsung des Fahrzeuges entstehen jedoch nun ca. 900 kW. Ähnliches gilt für die zweite Bremse. Das heißt, die beiden Bremsen müs sen bezüglich ihrer Anzahl an Lamellen bspw. mindestens verdoppelt werden. Auch die Verzahnung muss diesbezüglich ertüchtigt werden. Eine weitere enorme Auswir kung auf die Komponenten ist das Erfüllen von Sicherheitsanforderungen. Letztlich wird nun aber die Fahrzeugbremse erfolgreich in den elektrischen Antrieb integriert.
Erfindungsgemäß lässt sich dann eine E-Achse steuern, oder in einem Erweiterungs betrieb regeln.
Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens werden nachfolgend näher erläutert und sind in den Unteransprüchen beansprucht.
So ist es von Vorteil, wenn die andere Teilkupplungseinrichtung gezielt in den Haftzu stand versetzt wird.
Ferner hat es sich bewährt, wenn gezielt die eine Teilkupplung vor Schließen der an deren Teilkupplung in einen Haftzustand versetzt wird.
Wenn beide Teilkupplungseinrichtungen in einem den Elektromotor beherbergenden gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, so lässt sich Bauraum sparen und eine solch hermetische Abschirmung nutzen, dass kein Bremsstaub nach außen gelangt. Eine weitere Ausführungsform betrifft eine Ausgestaltung dergestalt, dass die Teil kupplungseinrichtungen miteinander in Kraftschluss versetzbare An- und Abtriebsbau teile besitzen, wobei die Abtriebsbauteile gehäusefest angeordnet sind.
Für die Einzelradantriebsermöglichung hat es sich auch bewährt, wenn zwei Elektro motoren in dem gemeinsamen Gehäuse verbaut sind und ein erster Elektromotor der ersten und zweiten Teilkupplungseinrichtung zugeordnet ist und ein zweiter Elektro motor anderen ersten und zweiten Teilkupplungseinrichtungen zugeordnet ist und/o der zwei gleichartige Electric Drive Units in einem gemeinsamen Gehäuse beherbergt sind. Dadurch wird eine (Twin-)EDU bauraumeffizient erzielbar.
Um unterschiedliche Gänge zu realisieren, hat es sich bewährt, wenn das Getriebe als Planetengetriebe ausgestaltet ist.
Besonders bauraumeffizient ausgestalten lässt sich eine solche EDU, wenn das Pla netengetriebe mehrere Stufenplaneten besitzt, deren einer Durchmesserbereich mit der einen Teilkupplungseinrichtung zusammenwirkt und deren anderer (größerer oder kleinerer) Durchmesserbereich mit der anderen Teilkupplungseinrichtung zusammen wirkt.
Die Erfindung betrifft auch eine Weiterentwicklung, bei der eine erste Abtriebswelle zum Antrieb eines ersten Fahrzeugrades verwendet wird und eine zweite Ab triebswelle zum Antrieb eines zweiten Fahrzeugrades verwendet wird. Hierbei stellen sich die Vorteile von (Twin-)EDUs ein.
Auch betrifft die Erfindung ein computerlesbares Speichermedium mit Steuer- oder Regelanweisungen zum Erzwingen des Verfahrens der erfindungsgemäßen Art.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch zwei erfindungsgemäße EDUs in einem gemeinsa men Gehäuse, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren realisiert ist, und Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des linken Teils der Vorrichtung aus Fig. 1 mit einer dort enthaltenen EDU in dem Gehäuse, was auch die andere EDU beherbergt.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
In der Fig. 1 ist eine EDU / Electric Drive Unit 1 bzw. elektrische Antriebseinheit darge stellt, die ein Gehäuse 2 besitzt, innerhalb dessen zwei Elektromotoren 3 und zwei Getriebe 4 enthalten sind. Aus dem Gehäuse 2 ragen in entgegengesetzte Richtun gen zwei Ausgangswellen 5.
Jeder Elektromotor 3 besitzt einen Stator 6 und einen Rotor 7. Das vom Elektromotor 3 generierte Drehmoment wird an eine Sonnenwelle 8 weitergegeben. Die Sonnen welle 8, als Teil eines Planetengetriebes, welches vom Getriebe 4 ausgebildet ist, be sitzt mehrere Stufenplanetenräder 9 mit einem kleinen Durchmesserbereich 10 und einem großen Durchmesserbereich 11. Es stehen unterschiedliche Flohlräder 12 in Eingriff mit dem Stufenplanetenrad 9 oder dem Stufenrad 10. Die Flohlräder 12 sind selektiv von einer Kupplungseinrichtung 13 an dem Gehäuse 2 festlegbar. Dabei setzt die Kupplungseinrichtung 2 axial voneinander getrennte Teilkupplungseinrichtungen
14 und 15 ein.
Je nachdem, welche Teilkupplungseinrichtung 14 oder 15 geschlossen ist, wird ein drehzahlunterschiedliches Drehmoment über einen Planetenträger 16 an die Aus gangswelle 5 weitergegeben.
Es ist bevorzugt, dass gezielt erst eine der beiden Teilkupplungseinrichtungen 14 oder
15 vollständig geschlossen wird und danach gezielt die andere Teilkupplungseinrich tung 15 oder 14 in einen zunehmenden Drehmomentübertragungszustand geschalten wird - insbesondere gewollt auch bis zum Erreichen eines Stillstandes / Flaftzustan- des. Es ist somit gewollt, dass beide Teilkupplungseinrichtungen 14 und 15 in einer bestimmten Betriebssituation vollständig zum Stillstand geschaltet werden, also 100 % des dort anliegenden Drehmomentes weiterleiten. Dies führt dann gewollt zum Still stand des Fahrzeuges.
Damit ein Bruch der Komponenten vermieden wird, muss eine ausreichend hohe Kühlleistung gewährleistet sein. Dazu stehen als Parameter unter anderem der Durch fluss an Öl in dem Gehäuse 2 zur Verfügung, die Veränderung des Gesamtaufbaus mittels zusätzlicher Kühlaggregate, die Verstärkung der Querschnitte der Einzelbau teile, insbesondere auch eine Verstärkung der Zahneingriffsbereiche der Einzelbau teile sowie die Vergrößerung der Umfänge der in den beiden Teilkupplungseinrichtun- gen 14 und 15 eingesetzten Bauteile, wie auch die Anzahl / Bauart der Lamellen.
Auch ist es möglich thermisch höher belastbare Werkstoffe einzusetzen. Besonders erwähnenswert scheint es mehrere Lamellen in den Teilkupplungseinrichtungen 14 und 15 einzusetzen. In der Fig. 2 ist der räumliche Aufbau der EDU 1 gut erschließbar.
Bezuqszeichenliste EDU / Electric Drive Unit Gehäuse Elektromotor Getriebe Ausgangswelle / Abtriebswelle Stator Rotor Sonnenwelle Stufenplanetenrad kleiner Durchmesserbereich großer Durchmesserbereich Hohlrad Kupplungseinrichtung erste Teilkupplungseinrichtung zweite Teilkupplungseinrichtung Planetenträger

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Steuern einer Electric Drive Unit / EDU (1) für ein Kraftfahr zeug, wobei die EDU (1) zumindest einen Elektromotor (3) besitzt, dessen Drehmoment über ein Getriebe (4) mit einer Kupplungseinrichtung (13) für zwei lastschaltfähige Gänge zu einer Ausgangswelle (5) verbringbar ist, wobei die Kupplungseinrichtung (13) als Kupplung oder Bremse ausgestaltet ist, wo bei die Kupplungseinrichtung (13) zwei Teilkupplungseinrichtungen (14 und 15) besitzt, die unabhängig voneinander in einem Drehmomentweiterleitungs zustand schaltbar sind, wobei gezielt die eine (erste) Teilkupplungseinrichtung (14) in einen Haftzustand versetzt wird und die andere (zweite) Teilkupplungs einrichtung (15) in einen Zustand abnehmenden Schlupfes geschalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die andere (zweite) Teilkupplungseinrich tung (15) gezielt in den Haftzustand versetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei gezielt die eine Teilkupplung (14) vor Schließen der anderen Teilkupplung (15) in einen Haftzustand versetzt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass beide Teilkupplungseinrichtungen (14, 15) in einem den zumindest einen Elektromotor (3) beherbergenden gemeinsamen Gehäuse (2) angeordnet sind.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilkupp lungseinrichtungen (14, 15) miteinander in Kraftschluss versetzbare An- und Abtriebsbauteile besitzen, wobei die Abtriebsbauteile gehäusefest angeordnet sind.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Elekt romotoren (3) in dem gemeinsamen Gehäuse (2) beherbergt sind.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (4) als Planetengetriebe ausgestattet ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetenge triebe mehrere Stufenplanetenräder (9) besitzt, deren einer Durchmesserbe reich (10) mit der einen Teilkupplungseinrichtung (13) zusammenwirkt und de ren anderer Durchmesserbereich (11) mit der anderen Teilkupplungseinrich tung (15) zusammenwirkt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Abtriebswelle / Ausganswelle (5) zum Antrieb eines ersten Fahr zeugrades verwendet wird und eine zweite Abtriebswelle / Ausgangswelle (5) zum Antrieb eines zweiten Fahrzeugrades verwendet wird.
10. Computerlesbares Speichermedium mit Steueranweisungen zum Erzwingen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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