WO2023117288A1 - E-achsen-modul eines elektrisch angetriebenen fahrzeugs - Google Patents

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WO2023117288A1
WO2023117288A1 PCT/EP2022/083086 EP2022083086W WO2023117288A1 WO 2023117288 A1 WO2023117288 A1 WO 2023117288A1 EP 2022083086 W EP2022083086 W EP 2022083086W WO 2023117288 A1 WO2023117288 A1 WO 2023117288A1
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electrically driven
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Juergen Hilzinger
Laszlo Boros
Simon Peter
Simon Trautmann
Marina Keller
Lin Feuerrohr
Marcel Maier
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Robert Bosch Gmbh
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    • B60T2270/60—Regenerative braking
    • B60T2270/604—Merging friction therewith; Adjusting their repartition

Definitions

  • the invention relates to an e-axle module of an electrically driven vehicle with an electric machine, which is assigned an eddy current brake, a transmission and an electromechanical parking brake. Furthermore, the invention relates to a method for generating a required braking torque of an electrically driven vehicle with an electric machine and to the use of the method for generating a required braking torque of an electrically driven vehicle.
  • DE 10 2018 212 120 A1 discloses integrating a friction brake in an e-axle module.
  • DE 10 2021 200 754 relates to a combination of an electrical machine with an eddy current brake.
  • an e-axle module of an electrically driven vehicle with an electric machine to which an eddy current brake is assigned, a transmission and an electromechanical parking brake.
  • the electromechanical parking brake that provides a braking torque component/parking brake of a required braking torque is either integrated into the eddy current brake or as a parking brake at least one parking brake assigned to a differential output or as a parking brake assigned to a transmission output of the transmission.
  • the braking torque component applied by the parking brake actuator of the electromechanical parking brake when the electric machine is not available in generator mode can be increased to such an extent that the braking torque to be provided, which is maximum over the Tire can be transferred is guaranteed.
  • this is designed in such a way that a rear axle of the electrically driven vehicle is designed without a conventional wheel brake (ie without a conventional service brake).
  • a conventional wheel brake ie without a conventional service brake.
  • the electromechanical parking brake has a parking brake actuator which works with a gear ratio of >80, preferably >100 and particularly preferably >120.
  • Particularly suitable values for the translation are, for example, in the range from 100 to 150.
  • the translation for parking brake actuators can be selected to be higher than for electromechanical service brakes, since less dynamics are required and the translation may also be self-locking.
  • the electromechanical parking brake has a parking brake actuator which is designed to be self-locking. This offers the advantage that if the vehicle's electrical system fails, it is always ensured that the vehicle parked with no power is secured against rolling away.
  • the parking brake integrated into the eddy current brake acts on the brake disc of the eddy current brake.
  • This represents an additional level of integration takes up little installation space and creates a dual functionality for the brake disc of the eddy current brake.
  • a parking brake actuator of the parking brake acts with a brake pad on the brake disc of the eddy current brake.
  • the invention relates to a method for generating a required braking torque of an electrically driven vehicle with an electric machine, which is assigned an eddy current brake, with a transmission and an electromechanical parking brake. At least the following method steps are run through: a) In normal operation of the electrically driven vehicle, the required braking torque is provided by a braking torque component/generator and a braking torque component/eddy current brake; b) if the electrical machine is not available in generator mode, the required braking torque is provided by a braking torque component/eddy current brake and a braking torque component/parking brake.
  • the eddy current brake is designed in such a way that at speeds of the electrically driven vehicle greater than or equal to a first limit speed, for example at speeds > 30 km/h, > 40 km/h, > 50 km/h, > 60 km/h, > 70 km/h, > 80 km/h, > 90 km/h or > 100 km/h, provides the required braking torque.
  • the required braking torque of the electrically driven vehicle is determined by the braking torque component/parking brake at speeds of the electrically driven vehicle that are less than or equal to a second limit speed, for example at speeds ⁇ 10 km/h.
  • the invention relates to the use of the method for generating a required braking torque of an electric driven vehicle when the electric machine is not available in generator mode.
  • the solution proposed according to the invention can advantageously provide a method for generating a required braking torque for an electric axle of an electrically powered vehicle.
  • the electromechanical parking brake already provided on the e-axle module is included, which offers the advantage that the necessary deceleration for the electrically driven vehicle can be provided in all speed ranges if the regenerative braking torque component fails.
  • the solution proposed according to the invention results in wear-free braking during normal operation, since deceleration by the electric machine is guaranteed, particularly on the rear axle, as soon as it can be operated in the generator mode enabling recuperative energy recovery. If necessary, a friction brake provided on the front axle of the electrically driven vehicle could be used at low speeds, so that it is subject to less wear and requires less actuation power.
  • parking brake actuators with a high transmission ratio are used here.
  • an electromechanical parking brake is assigned to the eddy current brake in the high speed range, then the parking brake actuator of the electromechanical parking brake acts on the disk of the eddy current brake.
  • This allows a small actuator to be implemented for the parking brake.
  • the result is a compact unit with a small installation space requirement and a higher degree of integration.
  • at least one electromechanical parking brake is assigned to the differential at both outputs and the eddy current brake is operated at high speed level, then there is the advantage that that both degrees of freedom of the drive train can be blocked, which means that parking can also be achieved on a roadway that is slippery on one side.
  • the brake elements attached to the differential output can be made significantly smaller than conventional disc or drum brakes due to the low thermal requirements due to the fact that they are only operated at low speeds.
  • Both arrangements of the electromechanical parking brake briefly outlined above offer the advantage of integrating a parking brake functionality to represent an additional braking torque component in the E-axle module.
  • the brake discs or brake drums on the wheel can be omitted for the driven (rear) axle. Wear and tear on the brake components on the non-driven axle can also be reduced by using the combination of generator and eddy current brake for wear-free braking. Compared to a vehicle that only has the generator for wear-free braking, the operating range and availability of the wear-free brake increases.
  • FIG. 1 shows a braking torque distribution in the case of an unavailable generator operation on an electrical machine
  • FIG. 2 shows a braking torque distribution in normal operation of an electrically driven vehicle
  • FIG. 3 shows a vehicle topology with an electromechanical parking brake assigned to the eddy current brake
  • FIG. 4 shows a vehicle topology with separate electromechanical parking brakes arranged on both differential outputs and
  • FIG. 5 shows a vehicle topology with an electromechanical parking brake at the transmission output between the differential and the electric machine.
  • FIG. 1 shows a speed/torque characteristic curve 10 in the case of an unavailable generator operation, in which the braking torque 12 is plotted against the speed 14 (n) of the electric machine 42.
  • the dashed line shown in FIG. 1 shows a required braking torque 16.
  • the braking torque component/eddy current brake 22 and the braking torque component/parking brake 20 are also shown.
  • the representation according to FIG. 1 shows that in the event of a fault or non-availability of an electrical machine 42 in generator operation (backup mode), the braking torque component 18 provided by the generator mode of the electrical machine 42 (compare FIG. 2) either does not present or significantly reduced. In the extreme case, the braking torque component 18 of the generator is zero. In the case shown in FIG.
  • the required braking torque 16 is provided by an eddy current brake 44 (cf. illustration according to FIG. 3) and by an electromechanical parking brake 50, 54, 55, 62.
  • the eddy current brake 44 as indicated schematically in FIG. 3, can be designed in such a way that at high speeds it alone provides the entire required braking torque 16, as is shown in FIG. This applies in particular in the area for high speeds 14 of the electric machine 42. From the speed/torque characteristic curve 10 according to FIG Example at ⁇ 40 km / h, a large part of the required braking torque 16 is.
  • the braking torque component / parking brake 20 which is provided by the electromechanical parking brake 50, 54, 55, 62, is applied only at lower speeds, which means that the requirements for the electromechanical parking brake 50, 54, 55, 62 compared to a service brake used in normal operation, designed as a hydraulically actuated friction brake 36, can be significantly reduced, both in terms of their performance and their dynamics in relation to the response behavior.
  • FIG. 2 shows a speed/torque characteristic curve 10 in normal operation, a braking torque 12 also being plotted against the speed 14 of an electric machine 42 .
  • the dashed line shown in FIG. 2 again shows a required braking torque 16, which is called up via a driver's request.
  • this required braking torque 16 is provided solely by the braking torque component of the generator 18 and the braking torque component of the eddy current brake 22, which in this case serve as a service brake in order to achieve the required braking torque 16.
  • the braking torque distribution shown in FIG. 2 results.
  • FIG. 3 shows a vehicle topology of an electrically driven vehicle 30 with an electromechanical parking brake 50 which is integrated into the eddy current brake 44 .
  • the electromechanical, integrated parking brake 50 acts on a brake disk 45 of the eddy current brake 44.
  • a transmission output 48 of the transmission 46 drives a differential wheel of a differential 52 indicated schematically here.
  • the differential 52 has output shafts 64 which drive driven rear wheels 40 of a rear axle 34 of the electrically powered vehicle 30 .
  • the rear axle 34 is designed without conventional, hydraulically actuated friction brakes 36.
  • Figure 3 can also be seen that the vehicle topology shown there includes a front axle 32 on which front wheels 38 are accommodated, each of which is assigned a hydraulically actuated friction brake 36, for example.
  • said integrated parking brake 50 is assigned to the eddy current brake 44, which is assigned to the electric machine 42. This acts in particular on the brake disc 45 of the eddy current brake 44. This allows a relatively small electromechanical actuator to be created for the integrated parking brake 50, as a result of which a compact unit can be achieved which requires little installation space but at the same time enables a high degree of integration.
  • FIG. 4 shows another topology of the electrically powered vehicle 30 which is similar to the topology of the electrically powered vehicle 30 according to FIG.
  • the integrated parking brake 50 directly associated with the brake disc 45 of the eddy current brake 44 in the topology according to FIG. 3 has been omitted.
  • the two electromechanical, separate parking brakes 54, 55 are relatively small.
  • the topology of the electrically driven vehicle 30 shown in FIG. 4 can block both degrees of freedom of the drive train, i. H. both wheels of the rear axle 34 driven via output shafts 64 can be blocked at the same time. This makes it possible to park on a roadway that is slippery on one side.
  • the vehicle topology shown in FIG. 4 also makes it possible to integrate the parking brake functionality into the e-axle module 28 .
  • FIG. 5 shows a further possible vehicle topology of an electrically driven vehicle 30 in which a transmission-integrated electromechanical parking brake 62 is arranged at the output of the transmission 46 .
  • This is located at the transmission output 48, i.e. between the electric machine 42 and the differential 52.
  • the advantage of the topology shown in Figure 5 is the fact that the speed compared to the speed at the eddy current brake 44 due to the reduction of the transmission 46 at the transmission output 48 is considerably lower.
  • one of the two first and second separate electromechanical parking brakes 55 shown there and assigned to the differential outputs 56, 57 can be dispensed with.
  • All embodiment variants of the solution proposed according to the invention are inherent in the fact that they can also set the required braking torque 16 when the electric machine 42 is not available in relation to the generator operating mode.
  • the solution proposed according to the invention including the electromechanical brakes 50, 54, 55 and 62, the electromechanical brake or its braking torque component 20 is used to set the required braking torque 16, so that if the electric machine 42 is not available in generator mode, its braking torque component 18 can be replaced.
  • the braking torque component / parking brake 20 which in the range of low

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein E-Achsen-Modul (28) eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (30) mit einer elektrischen Maschine (42), der eine Wirbelstrombremse (44) zugeordnet ist, einem Getriebe (46) und einer elektromechanischen Parkbremse (50, 54, 55, 62). Die einen Bremsmomentenanteil/Parkbremse (20) eines erforderlichen Bremsmoments (16) stellende elektromechanische Parkbremse ist entweder als in die Wirbelstrombremse (44) integrierte Parkbremse (50), oder als mindestens eine einem Differentialausgang (56, 57) zugeordnete elektromechanische separate Parkbremse (54, 55) oder als eine einem Getriebeausgang (48) des Getriebes (46) zugeordnete getriebeintegrierte elektromechanische Parkbremse (62) ausgeführt. Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Erzeugung eines erforderlichen Bremsmoments (16) an einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug (30).

Description

E-Achsen-Modul eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein E-Achsen-Modul eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs mit einer elektrischen Maschine, der eine Wirbelstrombremse zugeordnet ist, einem Getriebe und einer elektromechanischen Parkbremse. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Erzeugung eines erforderlichen Bremsmoments eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs mit einer elektrischen Maschine sowie auf die Verwendung des Verfahrens zur Erzeugung eines erforderlichen Bremsmoments eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs.
Stand der Technik
Bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen werden diese vornehmlich auf rekuperativem Weg durch die elektrische Maschine gebremst, die beim Verzögern im Generatormodus arbeitet und demzufolge kinetische Energie aus der Bewegung des Fahrzeugs in elektrische Energie umwandelt. Trotz dieses Umstands sind bei heutigen Elektrofahrzeugen hydraulisch betätigte Reibbremsen verbaut, wie in Fahrzeugen, die mittels eines konventionellen Verbrennungsmotors angetrieben werden. Dies liegt zum einen daran, dass beim Bremsen bei hoher Drehzahl, also im Feldschwächebereich der elektrischen Maschine, d. h. bei hohen Geschwindigkeiten, das Bremsmoment, welches in diesem Fall durch die elektrische Maschine in den Generatorbetriebsmodus gestellt werden kann, typischerweise für eine Notbremsung nicht ausreichend ist. Zum anderen ist hinsichtlich der Verfügbarkeit zu bemerken, dass bei einer im Generatormodus betriebenen elektrischen Maschine nicht stets davon ausgegangen werden kann, dass diese im Gegensatz zu einer konventionellen hydraulischen Bremsanlage immer in der Lage ist, das erforderliche Bremsmoment aufzubringen.
Es bestehen bereits Bestrebungen, die Bremsanlage bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen kleiner zu dimensionieren, insbesondere die Bremskomponenten an der Hinterachse zu vereinfachen oder zu verkleinern. Aus DE 10 2018 212 120 Al geht beispielsweise hervor, eine Reibbremse in ein E-Achsen-Modul zu integrieren. Des Weiteren betrifft DE 10 2021 200 754 eine Kombination aus einer elektrischen Maschine mit einer Wirbelstrombremse.
Bei Drehzahl-/Drehmomentenkennlinien eines Generators nimmt das erreichbare Drehmoment des Generators bei hohen Drehzahlen ab, wohingegen das Drehmoment der Wirbelstrombremse bei niedrigen Drehzahlen auf Null abfällt. Im Normalbetrieb eines elektrischen Fahrzeugs ergänzen sich daher beide Kennlinien in idealer Weise, so dass stets ein erforderliches Bremsmoment erreicht werden kann, welches ein maximal über die Reifen des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs absetzbares Bremsmoment ist. Ist die Verfügbarkeit des Generators, d. h. die Verfügbarkeit einer im Generatormodus betreibbaren elektrischen Maschine hingegen nicht gegeben, ergibt sich das Problem, dass bei niedrigen Drehzahlen das erforderlichenfalls aufzubringende Bremsmoment allein mit der Wirbelstrombremse nicht gestellt werden kann. Des Weiteren ist im Allgemeinen bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen zusätzlich zur Betriebsbremse auch eine Parkbremse erforderlich. Diese gewährleistet im stromlosen Zustand des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs dessen sicheres Abstellen. Bei Parkbremsen, die an elektrisch angetriebenen Fahrzeugen eingesetzt werden, kommt typischerweise ein zusätzlicher Parkbremsaktuator zum Einsatz.
Darstellung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein E-Achsen-Modul eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs vorgeschlagen, mit einer elektrischen Maschine, der eine Wirbelstrombremse zugeordnet ist, einem Getriebe und einer elektromechanischen Parkbremse. Die einen Bremsmomentenanteil/Parkbremse eines erforderlichen Bremsmoments stellende elektromechanische Parkbremse ist entweder als in die Wirbelstrombremse integrierte Parkbremse oder als mindestens eine, einem Differentialausgang zugeordnete Parkbremse oder als eine, einem Getriebeausgang des Getriebes zugeordnete Parkbremse ausgeführt.
In allen drei Einbauvarianten der elektromechanischen Parkbremse lässt sich insbesondere im niedrigen Drehzahlbereich der durch den Parkbremsenaktuator der elektromechanischen Parkbremse aufgebrachte Bremsmomentenanteil bei Nicht-Verfügbarkeit der elektrischen Maschine im Generatorbetrieb verbleibende Bremsmomentenanteil der Wirbelstrombremse so weit erhöhen, dass das erforderlichenfalls zu stellende Bremsmoment, welches maximal über die Reifen übertragen werden kann, gewährleistet ist.
In Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen E-Achsen-Moduls ist dieses derart ausgeführt, dass eine Hinterachse des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs ohne konventionelle Radbremse (also ohne konventionelle Betriebsbremse) ausgeführt ist. Dadurch kann Gewicht eingespart werden, ferner entsteht zusätzlicher Bauraum im Bereich des Chassis und der Integrationsaufwand für die Hinterachsbremsanlage wird reduziert.
In Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen E-Achsen-Moduls weist die elektromechanische Parkbremse einen Parkbremsaktuator auf, der mit einer Übersetzung von > 80, vorzugsweise > 100 und besonders vorzugsweise > 120 arbeitet. Besonders geeignete Werte für die Übersetzung liegen beispielsweise im Bereich 100 bis 150. Allgemein kann die Übersetzung für Parkbremsaktuatoren höher gewählt werden als für elektromechanische Betriebsbremsen, da eine geringere Dynamik gefordert ist und die Übersetzung auch selbsthemmend sein darf.
In Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen E-Achsen-Moduls weist die elektromechanische Parkbremse einen Parkbremsaktuator auf, der selbsthemmend ausgeführt ist. Dies bietet den Vorteil, dass bei Ausfall der Fahrzeugelektrik stets sichergestellt ist, dass das stromlos abgestellte Fahrzeug gegen Wegrollen gesichert ist.
In Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen E-Achsen-Moduls wirkt die in die Wirbelstrombremse integrierte Parkbremse auf die Bremsscheibe der Wirbelstrombremse. Dies stellt eine zusätzliche Integrationsstufe dar, beansprucht wenig Bauraum und gestaltet die Schaffung einer Doppelfunktionalität der Bremsscheibe der Wirbelstrombremse. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wirkt hierbei ein Parkbremsaktuator der Parkbremse mit einem Bremsbelag auf die Bremsscheibe der Wirbelstrombremse.
Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Erzeugung eines erforderlichen Bremsmoments eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs mit einer elektrischen Maschine, der eine Wirbelstrombremse zugeordnet ist, mit einem Getriebe und einer elektromechanischen Parkbremse. Es werden zumindest die nachfolgenden Verfahrensschritte durchlaufen: a) Im Normalbetrieb des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs wird das erforderliche Bremsmoment durch einen Bremsmomentenanteil/Generator und einen Bremsmomentenanteil/Wirbelstrombremse gestellt; b) bei Nicht-Verfügbarkeit der elektrischen Maschine im Generatorbetrieb wird das erforderliche Bremsmoment durch einen Bremsmomentenanteil/Wirbelstrombremse und einen Bremsmomentenanteil/Parkbremse gestellt.
In Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens ist die Wirbelstrombremse derart ausgelegt, dass diese bei Geschwindigkeiten des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs größer oder gleich einer ersten Grenzgeschwindigkeit, beispielsweise bei Geschwindigkeiten > 30 km/h, > 40 km/h, > 50 km/h, > 60 km/h, > 70 km/h, > 80 km/h, > 90 km/h oder > 100 km/h, das erforderliche Bremsmoment stellt.
In Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens wird gemäß b) das erforderliche Bremsmoment des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs durch den Bremsmomentenanteil/Parkbremse bei Geschwindigkeiten des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, kleiner oder gleich einer zweiten Grenzgeschwindigkeit, beispielsweise bei Geschwindigkeiten < 10 km/h,
< 20 km/h, < 30 km/h, < 40 km/h, < 50 km/h, < 50 km/h, < 60 km/h < 70 km/h oder
< 80 km/h, gestellt wird.
Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des Verfahrens zur Erzeugung eines erforderlichen Bremsmoments eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs bei Nicht-Verfügbarkeit der elektrischen Maschine im Generatorbetrieb.
Vorteile der Erfindung
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann in vorteilhafter Weise ein Verfahren zum Erzeugen eines erforderlichen Bremsmoments für eine elektrische Achse eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs zur Verfügung gestellt werden. Es erfolgt eine Einbeziehung der am E-Achsen-Modul ohnehin vorgesehenen elektromechanischen Parkbremse, welche den Vorteil bietet, dass dadurch in allen Geschwindigkeitsbereichen bei Ausfall des generatorischen Bremsmomentenanteils die erforderliche Verzögerung für das elektrisch angetriebene Fahrzeug gestellt werden kann. Des Weiteren ergibt sich durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ein verschleißfreies Bremsen im Normalbetrieb, da insbesondere an der Hinterachse die Verzögerung durch die elektrische Maschine gewährleistet ist, sobald diese im eine rekuperative Energierückgewinnung ermöglichenden Generatormodus betreibbar ist. Gegebenenfalls könnte eine an der Vorderachse des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs vorgesehene Reibbremse bei niedrigen Geschwindigkeiten zum Einsatz kommen, so dass diese einem geringeren Verschleiß ausgesetzt ist und weniger Betätigungsleistung benötigt. Des Weiteren kann durch die Nutzung der Reibbremse ausschließlich bei niedrigeren Geschwindigkeiten, beispielsweise < 40 oder < 50 km/h, zudem die Anforderung an die Dynamik und die Problematik eines ungewollten Blockierens bei selbsthemmenden Aktuatoren, beispielsweise an Parkbremsen reduziert werden. Dazu werden hier Parkbremsaktuatoren mit einer hohen Übersetzung eingesetzt.
Wird beispielsweise bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung eine elektromechanische Parkbremse im Hochdrehzahlbereich der Wirbelstrombremse zugeordnet, so wirkt beispielsweise der Parkbremsaktuator der elektromechanischen Parkbremse auf die Scheibe der Wirbelstrombremse. Dadurch lässt sich ein kleiner Aktuator für die Parkbremse realisieren. Es ergibt sich eine kompakte Einheit mit geringem Bauraumbedarf sowie ein höherer Integrationsgrad. Wird hingegen dem Differential an beiden Ausgängen mindestens eine elektromechanische Parkbremse zugeordnet und wird die Wirbelstrombremse auf Hochdrehzahlniveau betrieben, so ergibt sich der Vorteil, dass beide Freiheitsgrade des Antriebsstrangs blockiert werden können, wodurch sich ein Parken auch auf einseitig glatter Fahrbahn erreichen lässt. Die am Differenzialausgang angebrachten Bremselemente können aufgrund der geringen thermischen Anforderungen durch den ausschließlichen Betrieb bei niedrigen Geschwindigkeiten erheblich kleiner ausgeführt werden als konventionelle Scheiben- oder Trommelbremsen.
Beide obenstehend kurz skizzierten Anordnungen der elektromechanischen Parkbremse bieten den Vorteil der Integration einer Parkbremsfunktionalität zur Darstellung eines zusätzlichen Bremsmomentenanteils im E- Achsen- Modul. Die Bremsscheiben beziehungsweise Bremstrommeln am Rad können für die angetriebene (Hinter-)Achse entfallen. Auch der Verschleiß der Bremskomponenten an der nicht angetriebenen Achse lässt sich dadurch reduzieren, dass bevorzugt mit der Kombination aus Generator und Wirbelstrombremse verschleißfrei gebremst werden kann. Im Vergleich zu einem Fahrzeug, welches nur den Generator zum verschleißfreien Bremsen besitzt, erhöht sich der Betriebsbereich und die Verfügbarkeit der verschleißfreien Bremse.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine Bremsmomentenverteilung im Fall eines nicht verfügbaren Generatorbetriebs an einer elektrischen Maschine
Figur 2 eine Bremsmomentenverteilung im Normalbetrieb eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs,
Figur 3 eine Fahrzeugtopologie mit einer der Wirbelstrombremse zugeordneten elektromechanischen Parkbremse, Figur 4 eine Fahrzeugtopologie mit separaten, an beiden Differentialausgängen angeordneten elektromechanischen Parkbremsen und
Figur 5 eine Fahrzeugtopologie mit einer elektromechanischen Parkbremse am Getriebeausgang zwischen Differential und elektrischer Maschine.
Ausführungsformen der Erfindung
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
Figur 1 zeigt einen Drehzahl-/Drehmomentenkennlinieverlauf 10 im Fall eines nicht verfügbaren Generatorbetriebs, bei der das Bremsmoment 12 über der Drehzahl 14 (n) der elektrischen Maschine 42 aufgetragen ist. Die in Figur 1 gestrichelt dargestellte Linie zeigt ein erforderliches Bremsmoment 16. Außerdem ist der Bremsmomentenanteil/Wirbelstrombremse 22 sowie der Bremsmomentenanteil/Parkbremse 20 gezeigt. Aus der Darstellung gemäß Figur 1 ergibt sich, dass im Fall eines Fehlers beziehungsweise einer Nicht- Verfügbarkeit einer elektrischen Maschine 42 im Generatorbetrieb (Back-up- Modus) der durch den Generatormodus der elektrischen Maschine 42 bereitgestellte Bremsmomentenanteil 18 (vergleiche Figur 2) entweder nicht vorhanden oder erheblich reduziert ist. Im Extremfall beträgt der Bremsmomentenanteil 18 des Generators Null. In diesem in Figur 1 gezeigten Fall wird das erforderliche Bremsmoment 16 durch eine Wirbelstrombremse 44 (vgl. Darstellung gemäß Figur 3) sowie durch eine elektromechanische Parkbremse 50, 54, 55, 62 bereitgestellt. Die Wirbelstrombremse 44, wie sie in Figur 3 schematisch angedeutet ist, kann derart ausgelegt sein, dass diese bei hohen Geschwindigkeiten das gesamte erforderliche Bremsmoment 16 alleine stellt, wie dies in Figur 1 dargestellt ist. Dies gilt insbesondere im Bereich für hohe Drehzahlen 14 der elektrischen Maschine 42. Aus Drehzahl- /Drehmomentenkennlinienverlauf 10 gemäß Figur 1 geht hervor, dass hingegen bei niedrigen Geschwindigkeiten der Bremsmomentenanteil/Parkbremse 20, zum Beispiel bei < 40 km/h, einen großen Teil des erforderlichen Bremsmoments 16 stellt. Dies bedeutet, dass der Bremsmomentenanteil/Parkbremse 20, der durch die elektromechanische Parkbremse 50, 54, 55, 62 gestellt wird, lediglich bei geringeren Geschwindigkeiten aufzubringen ist, wodurch sich die Anforderungen an die elektromechanische Parkbremse 50, 54, 55, 62, verglichen mit einer im Normalbetrieb eingesetzten Betriebsbremse, ausgebildet als hydraulisch betätigte Reibbremse 36, erheblich reduzieren lässt, sowohl hinsichtlich deren Leistungsfähigkeit als auch deren Dynamik in Bezug auf das Ansprechverhalten.
Figur 2 zeigt einen Drehzahl-/Drehmomentenkennlinienverlauf 10 im Normalbetrieb, wobei ebenfalls ein Bremsmoment 12 über der Drehzahl 14 einer elektrischen Maschine 42 aufgetragen ist. Mit der in Figur 2 gestrichelt dargestellten Linie wird erneut ein erforderliches Bremsmoment 16, welches über einen Fahrerwunsch abgerufen wird, dargestellt. Im Normalbetrieb des elektrischen angetriebenen Fahrzeugs 30 wird dieses erforderliche Bremsmoment 16 ausschließlich durch den Bremsmomentenanteil des Generators 18 sowie den Bremsmomentenanteil der Wirbelstrombremse 22 gestellt, die in diesem Fall als Betriebsbremse dienen, um das erforderliche Bremsmoment 16 zu erreichen. Es ergibt sich die in Figur 2 dargestellte Bremsmomentenverteilung. In dem in Figur 2 dargestellten Fall wird eine elektromechanische Parkbremse bzw. der Bremsmomentenanteil/Parkbremse 20 ausschließlich zum Stillstandsmanagement (Drehzahl = 0) eines stromlos abgestellten, geparkten elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 30 eingesetzt.
Figur 3 zeigt eine Fahrzeugtopologie eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 30 mit einer elektromechanischen Parkbremse 50, die in die Wirbelstrombremse 44 integriert ist. Insbesondere wirkt die elektromechanische, integrierte Parkbremse 50 auf eine Bremsscheibe 45 der Wirbelstrombremse 44. Die Wirbelstrombremse 44 ist gemäß der Darstellung in Figur 3 der elektrischen Maschine 42 zugeordnet, der ein Getriebe 46 nachgeschaltet ist. Ein Getriebeausgang 48 des Getriebes 46 treibt ein Differentialrad eines hier schematisch angedeuteten Differentials 52 an. Das Differential 52 verfügt über Abtriebswellen 64, welche angetriebene Hinterräder 40 einer Hinterachse 34 des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 30 antreiben. In der Ausführungsvariante gemäß Figur 3 ist die Hinterachse 34 ohne konventionelle, hydraulisch betätigte Reibbremsen 36 ausgeführt. Figur 3 lässt sich zudem entnehmen, dass die dort dargestellte Fahrzeugtopologie eine Vorderachse 32 umfasst, an der Vorderräder 38 aufgenommen sind, denen jeweils eine beispielsweise hydraulisch betätigte Reibbremse 36 zugeordnet ist.
Bei der in Figur 3 dargestellten Topologie eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 30 ist bei entfallener hydraulisch betätigter Reibbremse 36 an der Hinterachse 34 gemäß dieser Fahrzeugtopologie, der Wirbelstrombremse 44, die der elektrischen Maschine 42 zugeordnet ist, besagte integrierte Parkbremse 50 zugeordnet. Diese wirkt insbesondere auf die Bremsscheibe 45 der Wirbelstrombremse 44. Dadurch lässt sich ein relativ kleiner elektromechanischer Aktuator für die integrierte Parkbremse 50 schaffen, wodurch sich eine kompakte Einheit erreichen lässt, die wenig Bauraum beansprucht, gleichzeitig jedoch einen hohen Integrationsgrad ermöglicht.
Figur 4 zeigt eine weitere Topologie des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 30, die der Topologie des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 30 gemäß Figur 3 ähnlich ist.
Im Unterschied zur Fahrzeugtopologie gemäß Figur 3 ist in der in Figur 4 dargestellten Ausführungsvariante des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 30 sowohl einem ersten Differentialausgang 56 als auch einem zweiten Differentialausgang 57 des Differentialgetriebes 52 eine elektromechanische Parkbremse als separate Parkbremsen 54, 55, zugeordnet. Demzufolge ist die in der Topologie gemäß Figur 3 der Bremsscheibe 45 der Wirbelstrombremse 44 direkt zugeordnete integrierte Parkbremse 50 entfallen. Die beiden elektromechanischen, separaten Parkbremsen 54, 55 sind relativ klein. Durch die in Figur 4 dargestellte Topologie des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 30 kann ein Blockieren beider Freiheitsgrade des Antriebsstrangs erfolgen, d. h. beide über Abtriebswellen 64 angetriebenen Räder der Hinterachse 34 können gleichzeitig blockiert werden. Dadurch besteht die Möglichkeit des Parkens auch auf einseitig glatter Fahrbahn.
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass in der Darstellung gemäß Figur 4 die Vorderachse 32 mit konventionellen, hydraulisch betätigten Reibbremsen 36 ausgestattet ist, welche auf die Vorderräder 38 der Vorderachse 32 wirken. Auch in der Fahrzeugtopologie gemäß der Darstellung in Figur 4 ist die Hinterachse 34 ohne konventionelle, hydraulisch betätigte Reibbremsen 36 ausgeführt. Die Bremsfunktion wird durch die in den Differentialausgängen 56, 57 jeweils zugeordneten beiden elektromechanischen, separaten Parkbremsen 54, 55 übernommen. Diese sind hinsichtlich ihrer Dimensionierung wesentlich kleiner ausgeführt als konventionelle, hydraulisch betätigte Reibbremsen 36, da deren thermische Belastung durch ausschließliche Verwendung bei sehr kleinen Drehzahlen, bei Fahrgeschwindigkeiten unterhalb von 50 km/h deutlich reduziert ist.
Auch durch die in Figur 4 dargestellte Fahrzeugtopologie besteht die Möglichkeit, die Parkbremsfunktionalität in das E-Achsen-Modul 28 zu integrieren. Jedoch ist auch bei beiden Ausführungsvarianten gemäß den Figuren 3 und 4 möglich, eine konventionelle Parkbremsanordnung im oder am Rad vorzusehen.
Figur 5 zeigt demgegenüber eine weitere mögliche Fahrzeugtopologie eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 30, bei der am Ausgang des Getriebes 46 eine getriebeintegrierte elektromechanische Parkbremse 62 angeordnet ist. Diese befindet sich am Getriebeausgang 48, also zwischen der elektrischen Maschine 42 und dem Differential 52. Der Vorteil bei der in Figur 5 dargestellten Topologie ist der Umstand, dass die Drehzahl im Vergleich zur Drehzahl, die an der Wirbelstrombremse 44 aufgrund der Untersetzung des Getriebes 46 am Getriebeausgang 48 erheblich niedriger liegt. Außerdem kann im Gegensatz zur Fahrzeugtopologie gemäß Figur 4 eine der beiden dort dargestellten, den Differentialausgängen 56, 57 jeweils zugeordnete erste und zweite separate, elektromechanische Parkbremse 55 eingespart werden. Zwar liegt das Moment beider Räder an der getriebeintegrierten elektromechanischen Parkbremse 62 an, jedoch ist dieses um die Getriebeübersetzung des Differentials 52 reduziert. Beispielsweise ergibt sich bei einer Getriebeübersetzung am Differential 52 von i = 3 ein Bremsmoment an der getriebeintegrierten elektromechanischen Parkbremse 62 in Höhe von zwei Dritteln, verglichen mit dem Bremsmoment, welches mit der Fahrzeugtopologie gemäß Figur 4 zu stellen ist.
Sämtlichen Ausführungsvarianten der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung ist zu eigen, dass diese das erforderliche Bremsmoment 16 auch dann stellen können, wenn die elektrische Maschine 42 in Bezug auf den Generatorbetriebsmodus nicht verfügbar ist. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung unter Einbeziehung der elektromechanischen Bremsen 50, 54, 55 und 62 wird die elektromechanische Bremse beziehungsweise deren Bremsmomentenanteil 20 zur Stellung des erforderlichen Bremsmoments 16 mit herangezogen, so dass bei Nicht- Verfügbarkeit der elektrischen Maschine 42 im Generatormodus deren Bremsmomentenanteil 18 ersetzt werden kann. Der Bremsmomentenanteil/Parkbremse 20, welcher im Bereich von niedrigen
Geschwindigkeiten < 50 km/h Fahrzeuggeschwindigkeit des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 30 gestellt wird, tritt an die Stelle des Bremsmomentenanteils/Generator 18, der im Normalbetrieb des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 30 verfügbar ist.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.

Claims

Ansprüche
1. E-Achsen-Modul (28) eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (30) mit einer elektrischen Maschine (42), der eine Wirbelstrombremse (44) zugeordnet ist, einem Getriebe (46) und einer elektromechanischen Parkbremse (50, 54, 55, 62), dadurch gekennzeichnet, dass die einen Bremsmomentenanteil/Parkbremse (20) eines erforderlichen Bremsmoments (16) stellende elektromechanische Parkbremse entweder als in die Wirbelstrombremse (44) integrierte Parkbremse (50) oder als mindestens eine einem Differentialausgang (56, 57) zugeordnete elektromechanische separate Parkbremse (54, 55) oder als eine einem Getriebeausgang (48) des Getriebes (46) zugeordnete getriebeintegrierte elektromechanische Parkbremse (62) ausgeführt ist.
2. E-Achsen-Modul (28) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hinterachse (34) des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (30) ohne konventionelle Radbremse ausgeführt ist.
3. E-Achsen-Modul (28) gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromechanische Parkbremse (50, 54, 55, 62) mindestens einen Parkbremsaktuator mit Übersetzung von > 80, vorzugsweise > 100, besonders vorzugsweise > 120 aufweist.
4. E-Achsen-Modul (28) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromechanische Parkbremse (50, 54, 55, 62) mindestens einen Parkbremsaktuator aufweist, der selbsthemmend ausgelegt ist.
5. E-Achsen-Modul (28) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Wirbelstrombremse (44) integrierte Parkbremse (50) auf eine Bremsscheibe (45) der Wirbelstrombremse (44) wirkt.
6. E-Achsen-Modul (28) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Wirbelstrombremse (44) integrierte Parkbremse (50) einen Parkbremsaktuator aufweist, der mit einem Bremsbelag auf die Bremsscheibe (45) der Wirbelstrombremse (44) wirkt. Verfahren zur Erzeugung eines erforderlichen Bremsmoments (16) eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (30) mit einer elektrischen Maschine (42), der eine Wirbelstrombremse (44) zugeordnet ist, mit einem Getriebe (46) und einer elektromechanischen Parkbremse (50, 54, 55, 62) mit zumindest nachfolgenden Verfahrensschritten: a) Im Normalbetrieb des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (30) wird das erforderliche Bremsmoment (16) durch einen Bremsmomentenanteil/Generator (18) und einen Bremsmomentenanteil/Wirbelstrombremse (22) gestellt; b) Bei Nicht-Verfügbarkeit der elektrischen Maschine (42) im Generatorbetrieb wird das erforderliche Bremsmoment (16) durch einen Bremsmomentenanteil/Wirbelstrombremse (22) und einen Bremsmomentenanteil/Parkbremse (20) gestellt. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelstrombremse (44) derart ausgelegt ist, dass diese bei Geschwindigkeiten des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (30) größer oder gleich einer ersten Grenzgeschwindigkeit, beispielsweise bei Geschwindigkeiten > 30 km/h, > 40 km/h, > 50 km/h, > 60 km/h,
> 70 km/h, > 80 km/h, > 90 km/h oder > 100 km/h, das erforderliche Bremsmoment (16) stellt. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass gemäß b) das erforderliche Bremsmoment (16) des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (30) durch den Bremsmomentenanteil/Parkbremse (20) bei Geschwindigkeiten des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (30) kleiner oder gleich einer zweiten Grenzgeschwindigkeit, beispielsweise bei Geschwindigkeiten
< 10 km/h, < 20 km/h, < 30 km/h, < 40 km/h, < 50 km/h, < 50 km/h,
< 60 km/h < 70 km/h oder < 80 km/h, gestellt wird. Verwendung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9 zur Erzeugung eines erforderlichen Bremsmoments (16) eines elektrisch - 14 - angetriebenen Fahrzeugs (30) bei Nicht-Verfügbarkeit der elektrischen Maschine (42) im Generatorbetrieb der elektrischen Maschine (42).
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