WO2024022829A1 - Method for controlling components of a secondary drive axle, which can be driven if necessary, of a motor vehicle driven using multiple axles - Google Patents

Method for controlling components of a secondary drive axle, which can be driven if necessary, of a motor vehicle driven using multiple axles Download PDF

Info

Publication number
WO2024022829A1
WO2024022829A1 PCT/EP2023/069377 EP2023069377W WO2024022829A1 WO 2024022829 A1 WO2024022829 A1 WO 2024022829A1 EP 2023069377 W EP2023069377 W EP 2023069377W WO 2024022829 A1 WO2024022829 A1 WO 2024022829A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
drive axle
secondary drive
electric machine
driven
operating mode
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/069377
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Philipp Wagner
Philipp Beierer
Christopher Stroh
Klaus Negele
Original Assignee
Man Truck & Bus Se
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Man Truck & Bus Se filed Critical Man Truck & Bus Se
Publication of WO2024022829A1 publication Critical patent/WO2024022829A1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K17/00Arrangement or mounting of transmissions in vehicles
    • B60K17/02Arrangement or mounting of transmissions in vehicles characterised by arrangement, location, or kind of clutch
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K17/00Arrangement or mounting of transmissions in vehicles
    • B60K17/34Arrangement or mounting of transmissions in vehicles for driving both front and rear wheels, e.g. four wheel drive vehicles
    • B60K17/356Arrangement or mounting of transmissions in vehicles for driving both front and rear wheels, e.g. four wheel drive vehicles having fluid or electric motor, for driving one or more wheels
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K1/00Arrangement or mounting of electrical propulsion units
    • B60K2001/001Arrangement or mounting of electrical propulsion units one motor mounted on a propulsion axle for rotating right and left wheels of this axle
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K7/00Disposition of motor in, or adjacent to, traction wheel
    • B60K2007/0069Disposition of motor in, or adjacent to, traction wheel the motor axle being perpendicular to the wheel axle
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K23/00Arrangement or mounting of control devices for vehicle transmissions, or parts thereof, not otherwise provided for
    • B60K23/04Arrangement or mounting of control devices for vehicle transmissions, or parts thereof, not otherwise provided for for differential gearing
    • B60K2023/043Control means for varying left-right torque distribution, e.g. torque vectoring
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K7/00Disposition of motor in, or adjacent to, traction wheel
    • B60K7/0007Disposition of motor in, or adjacent to, traction wheel the motor being electric
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60YINDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00Type of vehicle
    • B60Y2200/10Road Vehicles
    • B60Y2200/14Trucks; Load vehicles, Busses
    • B60Y2200/142Heavy duty trucks
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60YINDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00Type of vehicle
    • B60Y2200/10Road Vehicles
    • B60Y2200/14Trucks; Load vehicles, Busses
    • B60Y2200/148Semi-trailers, articulated vehicles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60YINDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2300/00Purposes or special features of road vehicle drive control systems
    • B60Y2300/80Control of differentials
    • B60Y2300/82Torque vectoring
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60YINDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2400/00Special features of vehicle units
    • B60Y2400/42Clutches or brakes
    • B60Y2400/421Dog type clutches or brakes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H61/00Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing
    • F16H61/04Smoothing ratio shift
    • F16H61/0403Synchronisation before shifting
    • F16H2061/0422Synchronisation before shifting by an electric machine, e.g. by accelerating or braking the input shaft
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H61/00Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing
    • F16H61/04Smoothing ratio shift
    • F16H2061/047Smoothing ratio shift by preventing or solving a tooth butt situation upon engagement failure due to misalignment of teeth
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H61/00Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing
    • F16H61/04Smoothing ratio shift
    • F16H2061/0474Smoothing ratio shift by smoothing engagement or release of positive clutches; Methods or means for shock free engagement of dog clutches

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling components of a secondary drive axle of a multi-axle driven motor vehicle that can be driven as required.
  • the invention further relates to such a multi-axle driven motor vehicle.
  • Electrically driven secondary drive axles are known from practice, particularly in the commercial vehicle sector. These are electrically driven axles (auxiliary axles) that only serve as traction support for a certain portion of a vehicle's mileage in order to support the primary drive axle when necessary. In contrast, the primary drive axle is always active when drive power needs to be provided.
  • the secondary drive axle only serves as traction support for a certain portion of the commercial vehicle's mileage
  • the high mileage in the commercial vehicle sector still places enormous demands on the service life of the engines and rolling bearings.
  • the requirements for the service life of the electric machine and/or bearings become high and expensive, even if the electric machine is only used as traction support for a certain proportion of the commercial vehicle's mileage.
  • the invention is therefore based on the object of creating an improved technology for an electrically driven secondary drive axle if necessary.
  • a first general aspect of the present disclosure relates to a method for controlling components of a secondary drive axle that can be driven as required multi-axle driven motor vehicle.
  • the motor vehicle comprises a driven first axle, preferably a permanently driven first axle, which is hereinafter referred to as the primary drive axle, and a second axle that can be driven if necessary, which is hereinafter referred to as the secondary drive axle.
  • the secondary drive axle represents a purely electrically driven additional axle, the drive power of which can be optionally switched on to provide additional drive power, which is provided in addition to the drive power of the primary drive axle.
  • this is an electrically driven axle (auxiliary axle), which only serves as traction support for a certain portion of the vehicle's driving performance in order to support the primary drive axle if necessary.
  • the primary drive axle is always active when drive power needs to be provided.
  • the secondary drive axle is driven by at least one electric machine as a drive source, wherein an operative connection between the at least one electric machine and the wheels of the secondary drive axle can be selectively established or interrupted by means of a coupling device.
  • a coupling device By means of the coupling device, drive components of the electrically driven additional axle, in particular the at least one electric machine, can be decoupled from the co-rotating wheels when not in use in order to minimize wear and friction losses. It is advantageous to use simpler components without restricting the function. If, for example, one assumes that the secondary drive axle has a share of 20% of the total service life as active or standby, one can use significantly simpler components in terms of individual operating time with the same performance compared to a continuously running system.
  • the method includes controlling the at least one electric machine and the clutch device to implement at least one operating mode in which the at least one electric machine is operated at a speed greater than zero and generates no or substantially no drive torque or drag torque on the secondary drive axle.
  • the at least one operating mode comprises a first operating mode in which the clutch device is opened (to interrupt the operative connection between the at least one electric machine and the wheels of the secondary drive axle) and in that the at least one electric machine is operated at a speed that is small and/or which lies in a range between 0 rpm and 100 rpm.
  • This first operating mode effectively avoids damage to e.g. B. Bearings that act on components of the secondary drive axle due to swelling, high-frequency static loads are avoided. At the same time, the power requirement for this operating mode is negligible compared to the vehicle's total energy consumption.
  • the first operating mode is used when the motor vehicle is moving and/or at a driving speed that is greater than a predetermined minimum speed.
  • the predetermined minimum speed can, for example, have a value that is in a range between 5 km/h and 50 km/h.
  • the at least one operating mode may include a second operating mode in which the clutch device is opened (for interruption the operative connection between the at least one electric machine and the wheels of the secondary drive axle) and in that the at least one electric machine is operated at a speed that is adapted to a wheel speed of the secondary drive axle.
  • this second operating mode due to the open clutch device, as in the first operating mode, there is no operative connection between the at least one electric machine and the wheels of the secondary drive axle.
  • a speed of the electric machine that is adapted to the wheel speed is understood to mean a speed which - taking into account any existing step-up and/or step-down steps - enables the clutch device to close as smoothly as possible.
  • a speed adapted to the wheel speed of the secondary drive axle can be understood to mean a speed that is similar to, but not necessarily the same as, the wheel speed of the secondary axle.
  • the positive coupling e.g. B. the claw clutch
  • an input variable should preferably also record the relative rotation angle position of both coupling halves. This can be avoided by deliberately specifying a small differential speed so that, for example, the claw engages in a sufficiently short time without generating a “too large” switching shock (angular acceleration at the moment of engagement).
  • the additional drive provided by the secondary drive axle can be switched on more quickly than in the first operating mode.
  • the power requirement for this second operating mode is higher than in the first operating mode.
  • the at least one operating mode may include a third operating mode in which the clutch device is closed (for establishing the operative connection between the at least one electric machine and the wheels of the secondary drive axle) and in which the at least one electric machine is operated in a load-free operating mode becomes.
  • the secondary drive axle In the third operating mode, the secondary drive axle generates no drive or recuperation power, but can be switched on particularly quickly at any time as required. The additional drive power provided by the secondary drive axle can be switched on even faster than in the second operating mode, but wear and efficiency losses in the third operating mode must be accepted.
  • the at least one electric machine can be de-energized in the load-free operating mode or can only be energized to compensate for internal bearing losses and/or the drag torque of the at least one electric machine.
  • the operating modes described above are therefore characterized by the fact that in phases in which the secondary drive axle is not intended to provide any drive power, an operating behavior of the drive components of the secondary drive axle is generated in which, in particular, the electric machine is not at rest, i.e . H. whose speed is greater than zero in order to enable the additional drive provided by the secondary drive axle to be switched on quickly as required and/or at the same time to keep bearing loads and wear as low as possible.
  • the method for controlling the secondary drive axle, which can be driven as required, can further include two further operating modes, which are known per se from the prior art.
  • a further optional operating mode the clutch device is opened and the at least one electric machine is switched off, so that it is at rest and its speed is zero.
  • This condition is optimal from an overall efficiency perspective when there is no additional traction requirement, as unnecessary drag torque is minimized.
  • loads arise on z. B. stationary bearings etc., which may cause disproportionate damage to them.
  • the use of this operating mode can be more advantageous than the first operating mode when driving very slowly because the possible bearing loads are low, while the use of the first operating mode can be more advantageous at higher driving speeds that are greater than the minimum speed mentioned above.
  • the clutch device is closed and a torque is applied to the wheels of the secondary drive axle, which is generated by the at least one electric machine, so that it can provide additional drive power or recuperation power.
  • the coupling device preferably comprises at least one positive coupling, more preferably a claw coupling. This enables great efficiency minimal installation space.
  • the claw clutches can be engaged either when the machine is at a standstill or when the at least one electric machine is running up without load.
  • the at least one electric machine comprises only one electric machine, which is preferably in drive connection and/or can be brought to an input shaft of a differential gear of the secondary drive axle.
  • a reduction gear can be arranged between the electric machine and the input shaft and/or the wheels of the secondary drive axle.
  • the clutch device can include a clutch that is arranged between the electric machine and the differential gear of the secondary drive axle.
  • a clutch is arranged directly on or as close as possible to the electrical machine.
  • the entire axle can be coupled and uncoupled with a single coupling element. Another advantage is that the integration of the coupling close to the electric machine allows the combination with existing axis concepts, e.g. B. from the portfolio of conventional all-wheel drive axles, made easier because these i.e. d. R. do not have any integrated coupling elements for coupling and uncoupling.
  • the clutch device can comprise two clutches, each of which is arranged on one of two wheel drive shafts.
  • the wheel drive shafts are drive shafts through which the wheels of the secondary drive axle are in drive connection with the differential gear.
  • the clutches can be arranged on a wheel-side end region of the wheel drive shafts.
  • a clutch is therefore advantageously arranged as close as possible to the wheel or wheel part or integrated into the wheel or wheel part. The advantage of this arrangement is that drag losses are minimized when the additional drive is decoupled. Due to the arrangement of the clutch close to the wheel, it is also advantageous to know the clutch status of the switching element at all times in order to avoid unwanted effects on the longitudinal dynamics, e.g. B. to avoid one-sided propulsion due to a coupling error.
  • the at least one electrical machine comprises two electrical machines.
  • one of the two wheel sides of the secondary drive axle is driven by one of the two electric machines and the other of the two wheel sides is driven by the other of the two electric machines. Accordingly, there is no mechanical connection between the two sides of the wheel.
  • the two electric machines can each drive a wheel drive shaft via an angular gear assigned to the respective electric machine.
  • the angular gear can be a reducing angular gear.
  • the two electric machines can also act in parallel to drive an axle differential (differential gear) of the secondary axle, which is in drive connection with both wheel sides of the secondary drive axle and / or can be brought.
  • axle differential differential gear
  • the at least one electrical machine in particular an output shaft of the at least one electrical machine, is orthogonal to the secondary drive axis, parallel to the secondary drive axis, e.g. B. in front of or behind the secondary drive axle, or coaxial to the secondary drive axle, e.g. B. can be arranged to the left or right of a plane of symmetry of the secondary drive axle.
  • a reduction gear can be arranged between the electrical machines and an input shaft and/or the wheels of the secondary drive axle.
  • the clutch device may comprise two clutches, each of which is arranged between one of the two electric machines and the secondary drive axle.
  • the entire secondary drive axle can be coupled and uncoupled using two individual clutches.
  • one of the clutches can be arranged between one of the electrical machines and a reduction gear of the secondary drive axle.
  • the clutch device can comprise two clutches, each of which is arranged on one of the two wheel drive shafts.
  • the two clutches are each arranged at a wheel-side end region of one of the two wheel drive shafts and/or arranged as close as possible to the wheel or wheel part or integrated into the wheel or wheel part.
  • a second general aspect of the present disclosure relates to a motor vehicle comprising a permanently driven primary drive axle and a secondary drive axle that can be driven as required.
  • the secondary drive axle is driven by at least one electric machine as a drive source, with an operative connection between the at least one electric machine and the wheels of the secondary drive axle can be either established or interrupted by means of a coupling device.
  • the motor vehicle further comprises a control device for controlling the at least one electric machine and the clutch device, wherein the control device is designed to carry out the method as described and disclosed herein.
  • control device can refer to electronics (e.g. designed as a driver circuit or with microprocessor(s) and data memory) and/or a mechanical, pneumatic and/or hydraulic control which, depending on the training, carries out control tasks and/or or can take on control tasks and/or processing tasks. Even if the term “controls” is used here, it can also appropriately include or mean “rules” or “controls with feedback” and/or “processing”.
  • the vehicle is preferably a purely electrically powered motor vehicle. Accordingly, the primary drive axle can also be a purely electrically driven axle. The primary drive axle and the secondary drive axle are driven by different electric machines.
  • the motor vehicle can be a commercial vehicle, preferably a purely electrically powered commercial vehicle.
  • a commercial vehicle is a vehicle that is designed and designed to transport people, transport goods or tow trailers. So the vehicle can e.g. B. be a truck, a tractor-trailer and/or a bus.
  • Figure 1 shows a schematic top view of a secondary drive axle and a control device according to an exemplary embodiment of the present disclosure
  • Figure 2 shows a highly schematic representation of a control device to illustrate a method according to an exemplary embodiment of the present disclosure
  • Figures 3 to 5 each show a schematic top view of a secondary drive axle and a control device according to further exemplary embodiments of the present disclosure.
  • Figure 6 shows a motor vehicle according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • Figure 1 shows a schematic top view of a secondary drive axle 10 and a control device 5 of a multi-axle driven motor vehicle.
  • the motor vehicle will be described in more detail below in connection with Figure 6.
  • the secondary drive axle 10 represents a purely electrically driven additional axle, the drive power of which can optionally be switched on to provide additional drive power, which is provided in addition to the drive power of a primary drive axle.
  • the secondary drive axle 10 is driven by two electric machines 12 as a drive source.
  • the electric machines 12 are arranged in the longitudinal direction of the vehicle on two opposite sides of the axle body 17 of the secondary drive axle 10.
  • the secondary drive axle 10 is designed here as a rigid axle.
  • the electrical machines 12 are each drivingly connected to an input shaft of an angular gear 15 via a reduction gear 14.
  • two such angular gears 15 are integrated into the secondary drive axle, each of which is connected in terms of drive technology to one of the two wheel drive axles 16.
  • the angular gears are preferably reducing angular gears 15.
  • Each of the two wheel sides of the secondary drive axle is therefore only driven by one of the two electric machines 12.
  • the two electrical machines 12 are arranged orthogonally to the secondary drive axle 10. It goes without saying that the electrical machines 10 can alternatively be parallel to the secondary drive axle 10, e.g. B. in front of or behind the secondary drive axle 10, or coaxial to the secondary drive axle 10, z. B. can be arranged to the left or right of a plane of symmetry of the secondary drive axle 10.
  • the two electric machines can also act in parallel to drive an axle differential (differential gear) of the secondary axle, which is in drive connection with both wheel sides of the secondary drive axle and / or can be brought.
  • axle differential differential gear
  • a coupling direction 13 is provided, by means of which an active connection between the electrical machines 12 and the wheels 3 of the secondary drive axle 10 can be either established (clutch device 13 closed) or interrupted (clutch device 13 opened).
  • an active connection between the electrical machines 12 and the wheels 3 of the secondary drive axle 10 can be either established (clutch device 13 closed) or interrupted (clutch device 13 opened).
  • drive components of the electrically driven additional axle 10, in particular the electrical machines 12 and the reduction gears 14 can be decoupled from the co-rotating wheels 3 when not in use in order to minimize wear and friction losses.
  • the coupling device 13 comprises, for example, two couplings 13b, which are arranged at a wheel-side end region of one of the two wheel drive shafts 16 and/or are arranged as close as possible to the wheel 3 or wheel part or are integrated into the wheel or wheel part.
  • the clutch actuator system of the clutch device 13 can be implemented mechanically, pneumatically, hydraulically, electrically or as a combination thereof.
  • the clutches 13b are preferably designed here as claw clutches.
  • the wheels 3 are articulated to the wheel drive shafts 16 via universal joints 18.
  • a control device 5 is provided, which is connected to the clutches 13b and the electrical machines 12 in terms of signaling via control lines (shown as dashed lines).
  • the control device 5 is designed to control the electrical machines 12 and the clutches 13b, which will be explained in more detail below in connection with FIG. Figure 2 shows a highly schematic representation of the control device 5.
  • a method for controlling the components of the secondary drive axle 10 is also explained based on Figure 2.
  • the method includes several operating modes, preferably the operating modes 100 - 500, which can be selected depending on the operating situation of the motor vehicle in order to adjust the operating state of the secondary drive axle 10, in particular to adjust the operating state of the electrical machines 12 and the clutch device 13 or the clutches 13b.
  • control device 5 is set up in terms of programming to select one of the operating modes 100 - 500 according to previously stored criteria, depending on the operating situation of the motor vehicle, and to control the components of the secondary drive axle 10 according to the selected operating mode.
  • the selectable operating modes include at least one of the three operating modes 100, 200, and 300, preferably include all three operating modes 100, 200 and 300, in which phases in which the secondary drive axle is not intended to provide any drive power Operating behavior of the drive components of the secondary drive axle is generated, in which in particular the electrical machines 12 are not at rest, i.e. H. whose speed is greater than zero in order to enable the additional drive provided by the secondary drive axle 10 to be switched on quickly as required.
  • a first operating mode 100 can be selected, according to which the control device 5 controls the clutch device 13 so that it is opened (to interrupt the operative connection between the electrical machines 12 and the wheels 3 of the secondary drive axle 0) and in that the electrical machines 12 with a Speed is operated which is small and/or which is in a range between 0 rpm and 100 rpm.
  • this first operating mode 100 it is deliberately set in motion at a low speed even in operating phases in which the electrical machines 12 are not intended to generate any additional drive power for the motor vehicle in order to avoid possible bearing loads and damage that would otherwise occur when electrical machines 12 are completely at rest.
  • control device 5 can be designed to select or implement the first operating mode 100 when the motor vehicle is traveling at a speed that is greater than a predetermined minimum speed and when the secondary drive axle 10 is not intended to provide any additional drive or recuperation power.
  • a second operating mode 200 can also be selected, according to which the control device 5 controls the clutch device 13 so that it is opened (to interrupt the operative connection between the electrical machines 12 and the wheels 3 of the secondary drive axle 0) and in that the at least one electrical machine is operated at a speed that is adapted to a wheel speed of the secondary drive axle.
  • control device 5 can be designed to select or implement the second operating mode 200 if the first operating mode 100 was previously set and z. B. based on further operating parameters it is determined that although the secondary drive axle 10 should not (yet) provide any additional drive or recuperation power, this has become more likely.
  • a third operating mode 300 can also be selected, according to which the control device 5 controls the clutch device 13 so that it is closed (to establish the operative connection between the electrical machines 12 and the wheels 3 of the secondary drive axle 0) and in that the two electrical machines 12 operated in a load-free operating mode.
  • the electrical machines 12 can be de-energized in the load-free operating mode or can only be energized to compensate for internal bearing losses and/or the drag torque of the at least one electrical machine.
  • control device 5 can be designed to select or implement the third operating mode 300 if the first operating mode 200 has previously been set or, alternatively, to put the secondary drive axle 10 into a standby state in which a switch can be switched on as required as possible at any time Secondary drive axle generated additional drive torque or recuperation torque is possible.
  • the method for controlling the secondary drive axle, which can be driven as required, can further comprise two further, known operating modes 400 and 500, which are known per se from the prior art.
  • a further optional operating mode 400 the clutch device 13 is opened and the electrical machines 12 are switched off or their speed is zero. This condition is optimal from an overall efficiency perspective when there is no additional traction requirement, as unnecessary drag torque is minimized.
  • loads arise on z. B. stationary bearings etc., which can cause disproportionate damage to them.
  • the control device 5 can be designed to set this operating mode 400 when driving very slowly because the possible bearing loads are low here.
  • a further operating mode 500 the clutch device 13 is closed and a torque is applied to the wheels 3 of the secondary drive axle, which is generated by the electric machines 12, so that they can provide additional drive power or recuperation power.
  • the control device 5 can be designed to set this operating mode 500 whenever an additional drive or recuperation torque is to be provided by the secondary drive axle 10 to support the primary drive axle.
  • the control device 5 is in signal connection with several sensors 13c, 3a, 12a, 15a, etc. in order to obtain operating data from them. Based on the operating data, the control device 5 can check whether the actual operating state of the electrical machines 12 and the clutch device 13 corresponds to the target operating state specified by the control device 5. For example, sensors 13c on the clutch(es) 13b report the clutch status back to the control device 5. Furthermore, data from a speed sensor 15a of an angular gear 15 or differential gear 19, from speed sensors 3a on the wheel parts 3 and from speed sensors 12a on the electric machine(s) 12 can be processed in the control device 5 and, in addition to other parameters, can serve as a control or regulation variable. which controls the actuator system of the clutch actuator(s) of the clutch device 13.
  • traction support can be implemented automated and highly dynamic, i.e. H. can intervene without delay.
  • Figures 3 to 5 show further exemplary embodiments that differ from the exemplary embodiment of Figure 1 only in the number of electrical machines 12 and/or the number and arrangement of the couplings of the coupling device 13, so that reference will only be made to these special features below.
  • control device 5 and the method or the operating modes 100 to 500 apply analogously to those described in connection with FIG. 2, whereby instead of two electric machines 12 and two clutches in FIGS becomes.
  • the special feature of the secondary drive axle 10 of Figure 3 is that a clutch 13a is arranged directly on or as close as possible to the electrical machine 12.
  • the entire axle can advantageously be coupled and uncoupled with two clutches 13a.
  • the special feature of the secondary drive axle 10 of FIG. 4 is that only one electric machine 12 (instead of two) is provided. Accordingly, only one clutch 13a is provided, which is arranged directly on or as close as possible to the electrical machine 12. The entire axle can advantageously be coupled and uncoupled with a coupling 13a. Another difference is that the electric machine 12 is in drive connection with both wheel sides of the secondary drive axle and/or can be brought via an axle differential 19 integrated into the secondary drive axle 10.
  • FIG 6 shows a motor vehicle 1.
  • the motor vehicle 1 is preferably as a commercial vehicle, e.g. B. a truck or a bus.
  • the truck can have a (e.g. loading) body or can be designed as a tractor-trailer vehicle, as shown in Figure 1.
  • the motor vehicle 1 has at least one energy storage device 6 for electrical energy.
  • the motor vehicle 10 is preferably driven purely electrically.
  • the energy storage 6 can be designed as a traction battery for providing electrical energy to drive the motor vehicle.
  • the energy storage device 6 can preferably be attached to a vehicle frame of the motor vehicle 1.
  • the vehicle frame can be designed, for example, as a grid frame or preferably as a ladder frame.
  • the motor vehicle comprises a permanently driven primary drive axle 2, and the secondary drive axle 10, which can be driven as required and which is driven by at least one electric machine as a drive source.
  • the primary drive axle 2 represents the main drive axle.
  • the secondary drive axle 10 can be designed as z. B. is shown in Figures 1 and 3 to 5.
  • the secondary drive axle 10 represents an electrically driven additional axle, the drive power of which can optionally be switched on to provide additional drive power.
  • the secondary drive axle 10 can be, for example, a front axle (as shown in Figure 6) or a leading axle or trailing axle, either rigid or also steered. From a design perspective, the secondary axis can also be a structural copy of the primary axis, supplemented by the clutch function and control to implement the at least one operating mode, as described herein.
  • the motor vehicle 1 further comprises the control device 5 for controlling the at least one electric machine 12 and the clutch device 13, the control device being designed to carry out the method as described above.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arrangement And Driving Of Transmission Devices (AREA)

Abstract

The invention relates to a method for controlling components of a secondary drive axle, which can be driven if necessary, of a motor vehicle driven using multiple axles. The motor vehicle (1) comprises a driven primary drive axle (2) and a secondary drive axle (10) which can be driven if necessary. The secondary drive axle is driven by means of at least one electric machine (12) as the drive source, wherein an operative connection between the at least one electric machine (12) and the wheels (11) of the secondary drive axle (11) can be selectively established or interrupted by means of a coupling device (13). The method has the step of actuating the at least one electric machine (12) and the coupling device (13) in order to produce at least one operating mode (100; 200; 300), in which the at least one electric machine (12) is operated at a rotational speed which is greater than null and no drive torque or substantially no drive torque or drag torque is generated on the secondary drive axle (10). The motor vehicle additionally comprises a controller for actuating the at least one electric machine (12) and the coupling device (13), said controller (5) being designed to carry out the method.

Description

Verfahren zur Steuerung von Komponenten einer bedarfsweise antreibbaren Sekundärantriebsachse eines mehrachsangetriebenen Kraftfahrzeugs Method for controlling components of a secondary drive axle, which can be driven as required, of a multi-axle driven motor vehicle
Beschreibung Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von Komponenten einer bedarfsweise antreibbaren Sekundärantriebsachse eines mehrachsangetriebenen Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft ferner ein solches mehrachsangetriebenes Kraftfahrzeug. The invention relates to a method for controlling components of a secondary drive axle of a multi-axle driven motor vehicle that can be driven as required. The invention further relates to such a multi-axle driven motor vehicle.
Insbesondere im Nutzfahrzeugbereich sind aus der Praxis bedarfsweise elektrisch antreibbare Sekundärantriebsachsen bekannt. Hierbei handelt es sich um elektrisch angetriebene Achsen (Zusatzachsen), die nur einen gewissen Zeitanteil der Fahrleistung eines Fahrzeugs als Traktionsunterstützung dienen, um die Primärantriebsachse bei Bedarf zu unterstützen. Dagegen ist die Primärantriebsachse immer aktiv, wenn eine Antriebsleistung bereitgestellt werden muss. Electrically driven secondary drive axles are known from practice, particularly in the commercial vehicle sector. These are electrically driven axles (auxiliary axles) that only serve as traction support for a certain portion of a vehicle's mileage in order to support the primary drive axle when necessary. In contrast, the primary drive axle is always active when drive power needs to be provided.
Obwohl die Sekundärantriebsachse somit nur einen gewissen Zeitanteil der Fahrleistung des Nutzfahrzeugs als Traktionsunterstützung dient, werden aufgrund der im Nutzfahrzeugbereich hohen Laufleistungen dennoch enorme Anforderungen an die Lebensdauer der Motoren und Wälzlager gestellt. Dies betrifft insbesondere elektrische Maschinen zur Erzeugung der Antriebsleistung für elektrische angetriebene Achsen, da diese gegenüber Verbrennungsmotoren meist ein höheres Drehzahlniveau aufweisen. Somit werden zur Erzielung der benötigten hohen Drehmomente zum Antrieb von Nutzfahrzeugen größere Untersetzungen benötigt. In Verbindung mit den hohen Laufleistungen von Nutzfahrzeugen werden hier die Anforderungen an die Lebensdauern der elektrischen Maschine und/oder Lager hoch und kostspielig, auch dann wenn die elektrische Maschine nur einen gewissen Zeitanteil der Fahrleistung des Nutzfahrzeugs als Traktionsunterstützung eingesetzt wird. Although the secondary drive axle only serves as traction support for a certain portion of the commercial vehicle's mileage, the high mileage in the commercial vehicle sector still places enormous demands on the service life of the engines and rolling bearings. This applies in particular to electrical machines for generating the drive power for electrically driven axles, since these usually have a higher speed level than internal combustion engines. Larger reduction ratios are therefore required to achieve the high torque required to drive commercial vehicles. In connection with the high mileage of commercial vehicles, the requirements for the service life of the electric machine and/or bearings become high and expensive, even if the electric machine is only used as traction support for a certain proportion of the commercial vehicle's mileage.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Technik für eine bedarfsweise elektrisch angetriebenen Sekundärantriebsachse zu schaffen. The invention is therefore based on the object of creating an improved technology for an electrically driven secondary drive axle if necessary.
Diese Aufgaben werden durch Verfahren und ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung angegeben. These tasks are solved by methods and a motor vehicle with the features of the independent claims. Advantageous further developments are specified in the dependent claims and the description.
Ein erster allgemeiner Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von Komponenten einer bedarfsweise antreibbaren Sekundärantriebsachse eines mehrachsangetriebenen Kraftfahrzeugs. Hierbei umfasst das Kraftfahrzeug eine angetriebene erste Achse, vorzugsweise eine permanent angetriebene erste Achse, die nachfolgend als Primärantriebsachse bezeichnet wird, und eine bedarfsweise antreibbare zweite Achse, die nachfolgend als Sekundärantriebsachse bezeichnet wird. A first general aspect of the present disclosure relates to a method for controlling components of a secondary drive axle that can be driven as required multi-axle driven motor vehicle. Here, the motor vehicle comprises a driven first axle, preferably a permanently driven first axle, which is hereinafter referred to as the primary drive axle, and a second axle that can be driven if necessary, which is hereinafter referred to as the secondary drive axle.
Die Sekundärantriebsachse stellt eine rein elektrisch angetriebene Zusatzachse dar, deren Antriebsleistung zur Bereitstellung einer zusätzlichen Antriebsleistung wahlweise zuschaltbar ist, die zusätzlich zu einer Antriebsleistung der Primärantriebsachse bereitgestellt wird. Wie vorstehend bereits festgestellt wurde, handelt es sich somit um eine elektrisch angetriebene Achse (Zusatzachse), die nur einen gewissen Zeitanteil der Fahrleistung eines Fahrzeugs als Traktionsunterstützung dient, um die Primärantriebsachse bei Bedarf zu unterstützen. Dagegen ist die Primärantriebsachse immer aktiv, wenn eine Antriebsleistung bereitgestellt werden muss. The secondary drive axle represents a purely electrically driven additional axle, the drive power of which can be optionally switched on to provide additional drive power, which is provided in addition to the drive power of the primary drive axle. As already stated above, this is an electrically driven axle (auxiliary axle), which only serves as traction support for a certain portion of the vehicle's driving performance in order to support the primary drive axle if necessary. In contrast, the primary drive axle is always active when drive power needs to be provided.
Die Sekundärantriebsachse wird von mindestens einer elektrischen Maschine als Antriebsquelle angetrieben, wobei eine Wirkverbindung zwischen der mindestens einen elektrischen Maschine und den Rädern der Sekundärantriebsachse mittels einer Kupplungseinrichtung wahlweise hergestellt oder unterbrochen werden kann. Mittels der Kupplungseinrichtung können Antriebskomponenten der elektrisch angetriebenen Zusatzachse, insbesondere die mindestens eine elektrische Maschine, bei Nichtbenutzung von den mitrotierenden Rädern abgekoppelt werden, um damit Verschleiß und Reibungsverluste zu minieren. Vorteilhaft kann ohne Einschränkung der Funktion auf einfachere Komponenten zurückgegriffen werden. Setzt man beispielhaft einen Anteil der Sekundärantriebsachse von 20 % der Gesamtlebensdauer als aktiv oder in Bereitschaft voraus, kann man gegenüber einem durchgehend mitlaufenden System wesentlich einfachere Komponenten im Sinn der individuellen Betriebszeit bei gleicher Leistung verwenden. The secondary drive axle is driven by at least one electric machine as a drive source, wherein an operative connection between the at least one electric machine and the wheels of the secondary drive axle can be selectively established or interrupted by means of a coupling device. By means of the coupling device, drive components of the electrically driven additional axle, in particular the at least one electric machine, can be decoupled from the co-rotating wheels when not in use in order to minimize wear and friction losses. It is advantageous to use simpler components without restricting the function. If, for example, one assumes that the secondary drive axle has a share of 20% of the total service life as active or standby, one can use significantly simpler components in terms of individual operating time with the same performance compared to a continuously running system.
Das Verfahren umfasst ein Ansteuern der mindestens einen elektrischen Maschine und der Kupplungseinrichtung zur Realisierung mindestens eines Betriebsmodus, in dem die mindestens eine elektrische Maschine mit einer Drehzahl größer Null betrieben wird und kein oder im Wesentlichen kein Antriebsmoment oder Schleppmoment auf die Sekundärantriebsachse erzeugt. The method includes controlling the at least one electric machine and the clutch device to implement at least one operating mode in which the at least one electric machine is operated at a speed greater than zero and generates no or substantially no drive torque or drag torque on the secondary drive axle.
Durch diesen mindestens einen Betriebsmodus wird in Phasen, in denen die Sekundärantriebsachse keine Antriebsleistung bereitstellen soll, ein Betriebsverhalten der Antriebskomponenten der Sekundärantriebsachse erzeugt, das ein schnelles bedarfsgerechtes Zuschalten des durch die Sekundärantriebsachse bereitgestellten Zusatzantriebes ermöglicht und das gleichzeitig Verschleiß und Reibungsverluste möglichst gering hält. Through this at least one operating mode, in phases in which the secondary drive axle is not intended to provide any drive power, an operating behavior of the drive components of the secondary drive axle is generated, which is rapid Enables the additional drive provided by the secondary drive axle to be switched on as needed and at the same time keeps wear and friction losses as low as possible.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der mindestens eine Betriebsmodus einen ersten Betriebsmodus, in dem die Kupplungseinrichtung geöffnet ist (zur Unterbrechung der Wirkverbindung zwischen der mindestens einen elektrischen Maschine und den Rädern der Sekundärantriebsachse) und indem die mindestens eine elektrische Maschine mit einer Drehzahl betrieben wird, die klein ist und/oder die in einem Bereich zwischen 0 U/min und 100 U/min liegt. According to a preferred embodiment, the at least one operating mode comprises a first operating mode in which the clutch device is opened (to interrupt the operative connection between the at least one electric machine and the wheels of the secondary drive axle) and in that the at least one electric machine is operated at a speed that is small and/or which lies in a range between 0 rpm and 100 rpm.
Vorteilhaft werden durch diesen ersten Betriebsmodus effektiv Schäden an z. B. Lagern, die durch schwellende, hochfrequente statische Lasten auf Komponenten der Sekundärantriebsachse wirken, vermieden. Gleichzeitig ist der Leistungsbedarf für diesen Betriebsmodus im Vergleich zum Gesamtenergieverbrauch des Fahrzeugs vernachlässigbar. This first operating mode effectively avoids damage to e.g. B. Bearings that act on components of the secondary drive axle due to swelling, high-frequency static loads are avoided. At the same time, the power requirement for this operating mode is negligible compared to the vehicle's total energy consumption.
Unter einer „kleinen“ Drehzahl wird eine Drehzahl > 0 U/min verstanden, die hinreichend klein ist, um Schlepp- bzw. Leerlaufverluste der Sekundärantriebsachse zu minieren, wenn bei offener Kupplungseinrichtung keine Wirkverbindung zwischen der mindestens einen elektrischen Maschine und den Rädern der Sekundärantriebsachse besteht. Durch die Drehzahl > 0 U/min bei gleichzeitig offener Kupplungseinrichtung kann eine Bauteilschädigung durch statische Belastung vermieden werden, die ansonsten bei einer Drehzahl = null, z. B. ruhende Lager u. U. überproportional schädigen können (statische Punktlast auf Rollkörper). Durch die geringe Drehzahl wird somit eine Bauteilschädigung durch statische Belastung vermieden. In diesem ersten Betriebsmodus wird somit die mindestens eine elektrische Maschine bewusst mit kleiner Drehzahl in Bewegung gehalten, obwohl diese keine Antriebsleistung erzeugen soll, um mögliche Lagerbelastungen und -Schäden zu vermeiden, die ansonsten bei vollständig ruhender elektrischer Maschine entstehen würden. A “small” speed is understood to mean a speed > 0 rpm, which is sufficiently small to minimize drag or idling losses of the secondary drive axle if there is no operative connection between the at least one electric machine and the wheels of the secondary drive axle when the clutch device is open . Due to the speed > 0 rpm with the clutch device open at the same time, component damage due to static load can be avoided, which would otherwise occur at a speed = zero, e.g. B. stationary bearings may cause disproportionate damage (static point load on rolling elements). The low speed prevents component damage due to static loads. In this first operating mode, the at least one electric machine is deliberately kept in motion at a low speed, even though it is not intended to generate any drive power, in order to avoid possible bearing loads and damage that would otherwise occur when the electric machine is completely at rest.
Vorzugsweise wird der erste Betriebsmodus bei fahrendem Kraftfahrzeug und/oder einer Fahrgeschwindigkeit, die größer ist als eine vorbestimmte Mindestgeschwindigkeit, eingesetzt. Die vorbestimmte Mindestgeschwindigkeit kann beispielweise einen Wert aufweisen, der in einem Bereich zwischen 5 km/h und 50 km/h liegt. Preferably, the first operating mode is used when the motor vehicle is moving and/or at a driving speed that is greater than a predetermined minimum speed. The predetermined minimum speed can, for example, have a value that is in a range between 5 km/h and 50 km/h.
In einer weiteren Ausführungsform kann der mindestens eine Betriebsmodus einen zweiten Betriebsmodus umfassen, in dem die Kupplungseinrichtung geöffnet ist (zur Unterbrechung der Wirkverbindung zwischen der mindestens einen elektrischen Maschine und den Rädern der Sekundärantriebsachse) und indem die mindestens eine elektrische Maschine mit einer Drehzahl betrieben wird, die an eine Raddrehzahl der Sekundärantriebsachse angepasst ist. In diesem zweiten Betriebsmodus besteht somit aufgrund der offenen Kupplungseinrichtung wie beim ersten Betriebsmodus keine Wirkverbindung zwischen der mindestens einen elektrischen Maschine und den Rädern der Sekundärantriebsachse. Unter einer an die Raddrehzahl angepassten Drehzahl der elektrischen Maschine wird eine Drehzahl verstanden, die - unter Berücksichtigung ggf. vorhandener Über- und/oder Untersetzungsstufen -, ein möglichst ruckfreies Schließen der Kupplungseinrichtung ermöglicht. Zudem oder alternativ kann unter einer an die Raddrehzahl der Sekundärantriebsachse angepassten Drehzahl eine Drehzahl verstanden werden, die der Raddrehzahl der Sekundärachse ähnlich, aber nicht zwingend gleich ist. Bei „gleicher“ Drehzahl sollte bevorzugt sichergestellt werden, dass die formschlüssige Kupplung, z. B. die Klauenkupplung, bei Aktivierung einrücken kann und nicht blockiert („Berg auf Berg“). Entsprechend sollte bevorzugt eine Eingangsgröße auch die relative Drehwinkelposition beider Kupplungshälften erfassen. Dies kann umgangen werden, indem bewusst eine kleine Differenzdrehzahl vorgegeben wird, damit z.B. die Klaue in hinreichend kurzer Zeit einrückt, ohne einen „zu großen“ Schaltstoß (Drehwinkelbeschleunigung im Moment des Einrückvorgangs) zu erzeugen. In a further embodiment, the at least one operating mode may include a second operating mode in which the clutch device is opened (for interruption the operative connection between the at least one electric machine and the wheels of the secondary drive axle) and in that the at least one electric machine is operated at a speed that is adapted to a wheel speed of the secondary drive axle. In this second operating mode, due to the open clutch device, as in the first operating mode, there is no operative connection between the at least one electric machine and the wheels of the secondary drive axle. A speed of the electric machine that is adapted to the wheel speed is understood to mean a speed which - taking into account any existing step-up and/or step-down steps - enables the clutch device to close as smoothly as possible. Additionally or alternatively, a speed adapted to the wheel speed of the secondary drive axle can be understood to mean a speed that is similar to, but not necessarily the same as, the wheel speed of the secondary axle. At the “same” speed, it should preferably be ensured that the positive coupling, e.g. B. the claw clutch, can engage when activated and does not block (“hill on hill”). Accordingly, an input variable should preferably also record the relative rotation angle position of both coupling halves. This can be avoided by deliberately specifying a small differential speed so that, for example, the claw engages in a sufficiently short time without generating a “too large” switching shock (angular acceleration at the moment of engagement).
Aufgrund der angepassten Drehzahl ist jedoch im Vergleich zum ersten Betriebsmodus ein schnelleres Zuschalten des durch die Sekundärantriebsachse bereitgestellten Zusatzantriebs möglich. Dagegen ist der Leistungsbedarf für diesen zweiten Betriebsmodus höher als im ersten Betriebsmodus. However, due to the adjusted speed, the additional drive provided by the secondary drive axle can be switched on more quickly than in the first operating mode. In contrast, the power requirement for this second operating mode is higher than in the first operating mode.
In einer weiteren Ausführungsform kann der mindestens eine Betriebsmodus einen dritten Betriebsmodus umfassen, in dem die Kupplungseinrichtung geschlossen ist (zur Herstellung der Wirkverbindung zwischen der mindestens einen elektrischen Maschine und den Rädern der Sekundärantriebsachse) und in dem die mindestens eine elektrische Maschine in einem lastfreien Betriebsmodus betrieben wird. Im dritten Betriebsmodus erzeugt die Sekundärantriebsachse keine Antriebs- und keine Rekuperationsleistung, kann jedoch jederzeit besonders schnell bedarfsgerecht zugeschaltet werden. Die Zuschaltung der durch die Sekundärantriebsachse bereitgestellten zusätzlichen Antriebsleistung kann noch schneller als im zweiten Betriebsmodus erfolgen, dafür sind Verschleiß- und Wirkungsgradverluste im dritten Betriebsmodus in Kauf zu nehmen. Beispielsweise kann die mindestens eine elektrische Maschine in dem lastfreien Betriebsmodus unbestromt sein oder lediglich zum Ausgleich von internen Lagerverlusten und/oder des Schleppmoments der mindestens einen elektrischen Maschine bestromt werden. In a further embodiment, the at least one operating mode may include a third operating mode in which the clutch device is closed (for establishing the operative connection between the at least one electric machine and the wheels of the secondary drive axle) and in which the at least one electric machine is operated in a load-free operating mode becomes. In the third operating mode, the secondary drive axle generates no drive or recuperation power, but can be switched on particularly quickly at any time as required. The additional drive power provided by the secondary drive axle can be switched on even faster than in the second operating mode, but wear and efficiency losses in the third operating mode must be accepted. For example, the at least one electric machine can be de-energized in the load-free operating mode or can only be energized to compensate for internal bearing losses and/or the drag torque of the at least one electric machine.
Die vorstehend beschriebenen Betriebsmodi (erster, zweiter und dritter Betriebsmodus) zeichnen sich somit dadurch aus, dass in Phasen, in denen die Sekundärantriebsachse keine Antriebsleistung bereitstellen soll, ein Betriebsverhalten der Antriebskomponenten der Sekundärantriebsachse erzeugt wird, bei dem insbesondere die elektrische Maschine nicht ruht, d. h. deren Drehzahl größer null ist, um ein schnelles bedarfsgerechtes Zuschalten des durch die Sekundärantriebsachse bereitgestellten Zusatzantriebes zu ermöglichen und/oder gleichzeitig Lagerbelastungen und Verschleiß möglichst gering zu halten. The operating modes described above (first, second and third operating modes) are therefore characterized by the fact that in phases in which the secondary drive axle is not intended to provide any drive power, an operating behavior of the drive components of the secondary drive axle is generated in which, in particular, the electric machine is not at rest, i.e . H. whose speed is greater than zero in order to enable the additional drive provided by the secondary drive axle to be switched on quickly as required and/or at the same time to keep bearing loads and wear as low as possible.
Das Verfahren zur Steuerung der bedarfsweise antreibbaren Sekundärantriebsachse kann ferner zwei weitere Betriebsmodi umfassen, die an sich aus dem Stand der Technik bekannt sind. The method for controlling the secondary drive axle, which can be driven as required, can further include two further operating modes, which are known per se from the prior art.
In einem weiteren optionalen Betriebsmodus ist die Kupplungseinrichtung geöffnet und die mindestens eine elektrische Maschine ausgeschaltet, so dass diese ruht und deren Drehzahl null ist. Dieser Zustand ist aus Gesamtwirkungsgradsicht optimal, wenn kein zusätzlicher Traktionsbedarf besteht, da unnötige Schleppmomente minimiert werden. Andererseits entstehen im Vergleich zum ersten Betriebsmodus Belastungen auf z. B. ruhende Lager etc., die diese u. U. überproportional schädigen können. Der Einsatz dieses Betriebsmodus kann bei sehr langsamer Fahrt vorteilhafter sein als der erste Betriebsmodus, weil hier die möglichen Lagerbelastungen gering sind, während der Einsatz des ersten Betriebsmodus bei höheren Fahrgeschwindigkeiten, die größer als die vorstehend genannte Mindestgeschwindigkeit sind, vorteilhafter sein kann. In a further optional operating mode, the clutch device is opened and the at least one electric machine is switched off, so that it is at rest and its speed is zero. This condition is optimal from an overall efficiency perspective when there is no additional traction requirement, as unnecessary drag torque is minimized. On the other hand, compared to the first operating mode, loads arise on z. B. stationary bearings etc., which may cause disproportionate damage to them. The use of this operating mode can be more advantageous than the first operating mode when driving very slowly because the possible bearing loads are low, while the use of the first operating mode can be more advantageous at higher driving speeds that are greater than the minimum speed mentioned above.
In einem weiteren Betriebsmodus ist die Kupplungseinrichtung geschlossen und es liegt ein Drehmoment an den Rädern der Sekundärantriebsachse an, welches durch die mindestens eine elektrische Maschine erzeugt wird, so dass diese eine zusätzliche Antriebsleistung oder eine Rekuperationsleistung bereitstellen kann. In a further operating mode, the clutch device is closed and a torque is applied to the wheels of the secondary drive axle, which is generated by the at least one electric machine, so that it can provide additional drive power or recuperation power.
Nachfolgend werden weitere, konstruktiv vorteilhafte Ausführungsvarianten der Sekundärantriebsachse beschrieben. Further structurally advantageous design variants of the secondary drive axle are described below.
Die Kupplungseinrichtung umfasst vorzugsweise mindestens eine formschlüssige Kupplung, weiter vorzugsweise eine Klauenkupplung. Dies ermöglicht einen großen Wirkungsgrad bei minimalem Bauraum. Die Klauenkupplungen können entweder im Stillstand oder durch lastfreies Hochlaufen der mindestens einen elektrischen Maschine auch in Bewegung eingelegt werden. The coupling device preferably comprises at least one positive coupling, more preferably a claw coupling. This enables great efficiency minimal installation space. The claw clutches can be engaged either when the machine is at a standstill or when the at least one electric machine is running up without load.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die mindestens eine elektrische Maschine lediglich eine elektrische Maschine, die vorzugsweise mit einer Eingangswelle eines Differenzialgetriebes der Sekundärantriebsachse in Antriebsverbindung steht und/oder bringbar ist. Optional kann ein Untersetzungsgetriebe zwischen der elektrischen Maschine und der Eingangswelle und/oder den Rädern der Sekundärantriebsachse angeordnet sein. In a further embodiment, the at least one electric machine comprises only one electric machine, which is preferably in drive connection and/or can be brought to an input shaft of a differential gear of the secondary drive axle. Optionally, a reduction gear can be arranged between the electric machine and the input shaft and/or the wheels of the secondary drive axle.
Die Kupplungseinrichtung kann eine Kupplung umfassen, die zwischen der elektrischen Maschine und dem Differenzialgetriebe der Sekundärantriebsachse angeordnet ist. Anders ausgedrückt, ist eine Kupplung direkt an oder möglichst nahe an der elektrischen Maschine angeordnet. Vorteilhaft kann mit einem einzelnen Kupplungselement die komplette Achse zu- und abgekoppelt werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Integration der Kupplung nahe der elektrischen Maschine die Kombination mit existierenden Achskonzepten, z. B. aus dem Portfolio der konventionellen Allradachsen, erleichtert, da diese i. d. R. über keine integrierten Kupplungselemente für die Zu- und Abkopplung verfügen. The clutch device can include a clutch that is arranged between the electric machine and the differential gear of the secondary drive axle. In other words, a clutch is arranged directly on or as close as possible to the electrical machine. Advantageously, the entire axle can be coupled and uncoupled with a single coupling element. Another advantage is that the integration of the coupling close to the electric machine allows the combination with existing axis concepts, e.g. B. from the portfolio of conventional all-wheel drive axles, made easier because these i.e. d. R. do not have any integrated coupling elements for coupling and uncoupling.
Alternativ oder zusätzlich kann die Kupplungseinrichtung zwei Kupplungen umfassen, die an jeweils einer von zwei Radantriebswellen angeordnet sind. Bei den Radantriebswellen handelt es sich um Antriebswellen, über die die Räder der Sekundärantriebsachse in Antriebsverbindung mit dem Differenzialgetriebe stehen. Die Kupplungen können an einem radseitigen Endbereich der Radantriebswellen angeordnet sein. Vorteilhaft ist somit jeweils eine Kupplung so nah wie möglich am Rad oder Radteil angeordnet oder ins Rad oder Radteil integriert. Vorteilhaft von dieser Anordnung ist die Minimierung der Schleppverluste bei abgekoppeltem Zusatzantrieb. Aufgrund der rad-nahen Anordnung der Kupplung ist es ferner vorteilhaft, den Kupplungsstatus des Schaltelementes jederzeit zu kennen, um ungewollte Auswirkungen auf die Längsdynamik, durch z. B. einseitigen Vortrieb aufgrund eines Kupplungsfehlers, zu vermeiden. Alternatively or additionally, the clutch device can comprise two clutches, each of which is arranged on one of two wheel drive shafts. The wheel drive shafts are drive shafts through which the wheels of the secondary drive axle are in drive connection with the differential gear. The clutches can be arranged on a wheel-side end region of the wheel drive shafts. A clutch is therefore advantageously arranged as close as possible to the wheel or wheel part or integrated into the wheel or wheel part. The advantage of this arrangement is that drag losses are minimized when the additional drive is decoupled. Due to the arrangement of the clutch close to the wheel, it is also advantageous to know the clutch status of the switching element at all times in order to avoid unwanted effects on the longitudinal dynamics, e.g. B. to avoid one-sided propulsion due to a coupling error.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die mindestens eine elektrische Maschine zwei elektrische Maschinen. Gemäß einer möglichen Ausführungsvariante hiervon wird eine der beiden Radseiten der Sekundärantriebsachse von einer der beiden elektrischen Maschinen angetrieben und die andere der beiden Radseiten von der anderen der zwei elektrischen Maschinen angetrieben. Entsprechend besteht keine mechanische Wirkverbindung zwischen den beiden Radseiten. Beispielsweise können die zwei elektrischen Maschinen über jeweils ein der jeweiligen elektrischen Maschine zugeordnetes Winkelgetriebe eine Radantriebswelle antreiben. Das Winkelgetriebe kann ein untersetzendes Winkelgetriebe sein. In a further embodiment, the at least one electrical machine comprises two electrical machines. According to a possible embodiment variant of this, one of the two wheel sides of the secondary drive axle is driven by one of the two electric machines and the other of the two wheel sides is driven by the other of the two electric machines. Accordingly, there is no mechanical connection between the two sides of the wheel. For example, the two electric machines can each drive a wheel drive shaft via an angular gear assigned to the respective electric machine. The angular gear can be a reducing angular gear.
Gemäß einer alternativen Ausführungsvariante können die beiden elektrischen Maschinen auch parallel wirkend ein Achsdifferenzial (Differenzialgetriebe) der Sekundärachse antreiben, das in Antriebsverbindung mit beiden Radseiten der Sekundärantriebsachse steht und/oder bringbar ist. According to an alternative embodiment, the two electric machines can also act in parallel to drive an axle differential (differential gear) of the secondary axle, which is in drive connection with both wheel sides of the secondary drive axle and / or can be brought.
Es wird ferner betont, dass die mindestens eine elektrische Maschine, insbesondere eine Ausgangswelle der mindestens einen elektrischen Maschine, orthogonal zur Sekundärantriebsachse, parallel zur Sekundärantriebsachse, z. B. vor oder hinter der Sekundärantriebsachse, oder koaxial zur Sekundärantriebsachse, z. B. links oder rechts von einer Symmetrieebene der Sekundärantriebsachse, angeordnet sein kann. Optional kann jeweils ein Untersetzungsgetriebe zwischen den elektrischen Maschinen und einer Eingangswelle und/oder den Rädern der Sekundärantriebsachse angeordnet sein. It is further emphasized that the at least one electrical machine, in particular an output shaft of the at least one electrical machine, is orthogonal to the secondary drive axis, parallel to the secondary drive axis, e.g. B. in front of or behind the secondary drive axle, or coaxial to the secondary drive axle, e.g. B. can be arranged to the left or right of a plane of symmetry of the secondary drive axle. Optionally, a reduction gear can be arranged between the electrical machines and an input shaft and/or the wheels of the secondary drive axle.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung kann die Kupplungseinrichtung zwei Kupplungen umfassen, die jeweils zwischen einer der zwei elektrischen Maschinen und der Sekundärantriebsachse angeordnet sind. Vorteilhaft kann mit zwei einzelnen Kupplungen die komplette Sekundärantriebsachse zu- und abgekoppelt werden. Beispielsweise kann jeweils eine der Kupplungen zwischen einer der elektrischen Maschinen und einem Untersetzungsgetriebe der Sekundärantriebsachse angeordnet sein. According to a further aspect of the disclosure, the clutch device may comprise two clutches, each of which is arranged between one of the two electric machines and the secondary drive axle. Advantageously, the entire secondary drive axle can be coupled and uncoupled using two individual clutches. For example, one of the clutches can be arranged between one of the electrical machines and a reduction gear of the secondary drive axle.
Alternativ oder zusätzlich kann die Kupplungseinrichtung zwei Kupplungen umfassen, die an jeweils einer der beiden Radantriebswellen angeordnet sind. Besonders bevorzugt sind die beiden Kupplungen jeweils an einem radseitigen Endbereich jeweils einer der beiden Radantriebswellen angeordnet und/oder so nah wie möglich am Rad oder Radteil angeordnet oder ins Rad oder Radteil integriert. Vorteilhaft von dieser Ausführungsvariante ist wiederum die Minimierung der Schleppverluste bei abgekoppeltem Zusatzantrieb. Alternatively or additionally, the clutch device can comprise two clutches, each of which is arranged on one of the two wheel drive shafts. Particularly preferably, the two clutches are each arranged at a wheel-side end region of one of the two wheel drive shafts and/or arranged as close as possible to the wheel or wheel part or integrated into the wheel or wheel part. The advantage of this design variant is the minimization of drag losses when the additional drive is decoupled.
Ein zweiter allgemeiner Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Kraftfahrzeug, umfassend eine permanent angetriebene Primärantriebsachse und eine bedarfsweise antreibbare Sekundärantriebsachse. Die Sekundärantriebsachse wird von mindestens einer elektrischen Maschine als Antriebsquelle angetrieben, wobei eine Wirkverbindung zwischen der mindestens einen elektrischen Maschine und den Rädern der Sekundärantriebsachse mittels einer Kupplungseinrichtung wahlweise hergestellt oder unterbrochen werden kann. Das Kraftfahrzeug umfasst ferner eine Steuervorrichtung zur Ansteuerung der mindestens einen elektrischen Maschine und der Kupplungseinrichtung, wobei die Steuervorrichtung ausgebildet ist, das Verfahren, wie hierin beschrieben und offenbart, auszuführen. A second general aspect of the present disclosure relates to a motor vehicle comprising a permanently driven primary drive axle and a secondary drive axle that can be driven as required. The secondary drive axle is driven by at least one electric machine as a drive source, with an operative connection between the at least one electric machine and the wheels of the secondary drive axle can be either established or interrupted by means of a coupling device. The motor vehicle further comprises a control device for controlling the at least one electric machine and the clutch device, wherein the control device is designed to carry out the method as described and disclosed herein.
Vorzugsweise kann sich der Begriff „Steuervorrichtung“ auf eine Elektronik (z. B. ausgeführt als eine Treiberschaltung oder mit Mikroprozessor(en) und Datenspeicher) und/oder eine mechanische, pneumatische und/oder hydraulische Steuerung beziehen, die je nach Ausbildung Steuerungsaufgaben und/oder Regelungsaufgaben und/oder Verarbeitungsaufgaben übernehmen kann. Auch wenn hierin der Begriff „Steuern“ verwendet wird, kann damit gleichsam zweckmäßig auch „Regeln“ bzw. „Steuern mit Rückkopplung“ und/oder „Verarbeiten“ umfasst bzw. gemeint sein. Preferably, the term “control device” can refer to electronics (e.g. designed as a driver circuit or with microprocessor(s) and data memory) and/or a mechanical, pneumatic and/or hydraulic control which, depending on the training, carries out control tasks and/or or can take on control tasks and/or processing tasks. Even if the term “controls” is used here, it can also appropriately include or mean “rules” or “controls with feedback” and/or “processing”.
Bei dem Fahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein rein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug. Entsprechend kann die Primärantriebsachse ebenfalls eine rein elektrisch angetriebene Achse sein. Die Primärantriebsachse und die Sekundärantriebsachse werden von unterschiedlichen elektrischen Maschine angetrieben. The vehicle is preferably a purely electrically powered motor vehicle. Accordingly, the primary drive axle can also be a purely electrically driven axle. The primary drive axle and the secondary drive axle are driven by different electric machines.
Das Kraftfahrzeug kann ein Nutzfahrzeug sein, vorzugsweise ein rein elektrisch angetriebenes Nutzfahrzeug. Ein Nutzfahrzeug ist ein Fahrzeug, das durch seine Bauart und Einrichtung zur Beförderung von Personen, zum Transport von Gütern oder zum Ziehen von Anhängerfahrzeugen ausgelegt ist. So kann das Fahrzeug z. B. ein Lastkraftwagen, ein Sattelzug und/oder ein Omnibus sein. The motor vehicle can be a commercial vehicle, preferably a purely electrically powered commercial vehicle. A commercial vehicle is a vehicle that is designed and designed to transport people, transport goods or tow trailers. So the vehicle can e.g. B. be a truck, a tractor-trailer and/or a bus.
Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen rein vorrichtungsgemäß offenbarte Merkmale auch als verfahrensgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein und umgekehrt. Die vorgenannten Aspekte und erfindungsgemäßen Merkmale, insbesondere im Hinblick auf die Ausbildung des Verfahrens zur Steuerung der Sekundärantriebsachse gelten somit auch für die das Kraftfahrzeug und die Steuervorrichtung. To avoid repetition, features disclosed purely in accordance with the device should also be considered disclosed in accordance with the method and should be claimable and vice versa. The aforementioned aspects and features according to the invention, in particular with regard to the design of the method for controlling the secondary drive axle, therefore also apply to the motor vehicle and the control device.
Die zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen: The previously described preferred embodiments and features of the invention can be combined with one another in any way. Further details and advantages of the invention are described below with reference to the accompanying drawings. Show it:
Figur 1 eine schematische Draufsicht einer Sekundärantriebsachse und eine Steuervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung; Figur 2 eine stark schematische Darstellung einer Steuervorrichtung zur Illustration eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung; Figure 1 shows a schematic top view of a secondary drive axle and a control device according to an exemplary embodiment of the present disclosure; Figure 2 shows a highly schematic representation of a control device to illustrate a method according to an exemplary embodiment of the present disclosure;
Figur 3 bis 5 jeweils eine schematische Draufsicht einer Sekundärantriebsachse und einer Steuervorrichtung gemäß weiterer Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung; und Figures 3 to 5 each show a schematic top view of a secondary drive axle and a control device according to further exemplary embodiments of the present disclosure; and
Figur 6 ein Kraftfahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung. Figure 6 shows a motor vehicle according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
Die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen stimmen zumindest teilweise überein, so dass ähnliche oder identische Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und zu deren Erläuterung auch auf die Beschreibung der anderen Ausführungsformen bzw. Figuren verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden. The embodiments shown in the figures are at least partially the same, so that similar or identical parts are provided with the same reference numerals and for their explanation reference is also made to the description of the other embodiments or figures in order to avoid repetitions.
Figur 1 zeigt eine schematische Draufsicht einer Sekundärantriebsachse 10 und eine Steuervorrichtung 5 eines mehrachsangetriebenen Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug wird nachfolgend noch in Zusammenhang mit der Figur 6 näher beschrieben. Figure 1 shows a schematic top view of a secondary drive axle 10 and a control device 5 of a multi-axle driven motor vehicle. The motor vehicle will be described in more detail below in connection with Figure 6.
Die Sekundärantriebsachse 10 stellt eine rein elektrisch angetriebene Zusatzachse dar, deren Antriebsleistung wahlweise zur Bereitstellung einer zusätzlichen Antriebsleistung zuschaltbar ist, die zusätzlich zu einer Antriebsleistung einer Primärantriebsachse bereitgestellt wird. The secondary drive axle 10 represents a purely electrically driven additional axle, the drive power of which can optionally be switched on to provide additional drive power, which is provided in addition to the drive power of a primary drive axle.
Die Sekundärantriebsachse 10 wird in dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel von zwei elektrischen Maschinen 12 als Antriebsquelle angetrieben. Die elektrischen Maschinen 12 sind in Längsrichtung des Fahrzeugs auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Achskörpers 17 der Sekundärantriebsachse 10 angeordnet. Die Sekundärantriebsachse 10 ist vorliegend als Starrachse ausgeführt. Die elektrischen Maschinen 12 sind jeweils über ein Untersetzungsgetriebe 14 mit einer Eingangswelle eines Winkelgetriebes 15 antriebsmäßig verbunden. In die Sekundärantriebsachse sind vorliegend zwei solcher Winkelgetriebe 15 integriert, die jeweils mit einer der beiden Radantriebsachsen 16 antriebstechnisch verbunden sind. Die Winkelgetriebe sind bevorzugt untersetzende Winkelgetriebe 15. Jede der beiden Radseiten der Sekundärantriebsachse wird somit nur von einer der beiden elektrischen Maschine 12 angetrieben. Entsprechend besteht keine mechanische Wirkverbindung zwischen den beiden Radseiten der Sekundärantriebsachse 10. Im Beispiel der Figur 1 sind die beiden elektrischen Maschinen 12 orthogonal zur Sekundärantriebsachse 10 angeordnet. Es versteht sich, dass die elektrischen Maschinen 10 alternativ auch parallel zur Sekundärantriebsachse 10, z. B. vor oder hinter der Sekundärantriebsachse 10, oder koaxial zur Sekundärantriebsachse 10, z. B. links oder rechts von einer Symmetrieebene der Sekundärantriebsachse 10, angeordnet sein können. In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, the secondary drive axle 10 is driven by two electric machines 12 as a drive source. The electric machines 12 are arranged in the longitudinal direction of the vehicle on two opposite sides of the axle body 17 of the secondary drive axle 10. The secondary drive axle 10 is designed here as a rigid axle. The electrical machines 12 are each drivingly connected to an input shaft of an angular gear 15 via a reduction gear 14. In the present case, two such angular gears 15 are integrated into the secondary drive axle, each of which is connected in terms of drive technology to one of the two wheel drive axles 16. The angular gears are preferably reducing angular gears 15. Each of the two wheel sides of the secondary drive axle is therefore only driven by one of the two electric machines 12. Accordingly, there is no mechanical active connection between the two wheel sides of the secondary drive axle 10. In the example of Figure 1, the two electrical machines 12 are arranged orthogonally to the secondary drive axle 10. It goes without saying that the electrical machines 10 can alternatively be parallel to the secondary drive axle 10, e.g. B. in front of or behind the secondary drive axle 10, or coaxial to the secondary drive axle 10, z. B. can be arranged to the left or right of a plane of symmetry of the secondary drive axle 10.
Gemäß einer alternativen Ausführungsvariante (nicht dargestellt) können die beiden elektrischen Maschinen auch parallel wirkend ein Achsdifferenzial (Differenzialgetriebe) der Sekundärachse antreiben, das in Antriebsverbindung mit beiden Radseiten der Sekundärantriebsachse steht und/oder bringbar ist. According to an alternative embodiment variant (not shown), the two electric machines can also act in parallel to drive an axle differential (differential gear) of the secondary axle, which is in drive connection with both wheel sides of the secondary drive axle and / or can be brought.
Ferner ist eine Kupplungsrichtung 13 vorgesehen, mittels derer eine Wirkverbindung zwischen den elektrischen Maschinen 12 und den Rädern 3 der Sekundärantriebsachse 10 wahlweise hergestellt (Kupplungseinrichtung 13 geschlossen) oder unterbrochen (Kupplungseinrichtung 13 geöffnet) werden kann. Anders ausgedrückt, können mittels der Kupplungseinrichtung 13 Antriebskomponenten der elektrisch angetriebenen Zusatzachse 10, insbesondere die elektrischen Maschinen 12 und die Untersetzungsgetriebe 14, bei Nichtbenutzung von den mitrotierenden Rädern 3 abgekoppelt werden, um damit Verschleiß und Reibungsverluste zu minieren. Furthermore, a coupling direction 13 is provided, by means of which an active connection between the electrical machines 12 and the wheels 3 of the secondary drive axle 10 can be either established (clutch device 13 closed) or interrupted (clutch device 13 opened). In other words, by means of the coupling device 13, drive components of the electrically driven additional axle 10, in particular the electrical machines 12 and the reduction gears 14, can be decoupled from the co-rotating wheels 3 when not in use in order to minimize wear and friction losses.
Die Kupplungseinrichtung 13 umfasst im Ausführungsbeispiel der Figur 1 beispielhaft zwei Kupplungen 13b, die an einem radseitigen Endbereich jeweils einer der beiden Radantriebswellen 16 angeordnet sind und/oder so nah wie möglich am Rad 3 oder Radteil angeordnet oder ins Rad oder Radteil integriert sind. Die Kupplungsaktuatorik der Kupplungseinrichtung 13 kann mechanisch, pneumatisch, hydraulisch, elektrisch oder als Kombination davon realisiert sein. Die Kupplungen 13b sind hier bevorzugt als Klauenkupplungen ausgeführt. Die Räder 3 sind über Kreuzgelenke 18 an die Radantriebswellen 16 angelenkt. 1, the coupling device 13 comprises, for example, two couplings 13b, which are arranged at a wheel-side end region of one of the two wheel drive shafts 16 and/or are arranged as close as possible to the wheel 3 or wheel part or are integrated into the wheel or wheel part. The clutch actuator system of the clutch device 13 can be implemented mechanically, pneumatically, hydraulically, electrically or as a combination thereof. The clutches 13b are preferably designed here as claw clutches. The wheels 3 are articulated to the wheel drive shafts 16 via universal joints 18.
Ferner ist eine Steuervorrichtung 5 vorgesehen, die über Steuerleitungen (dargestellt als gestrichelte Linien) mit den Kupplungen 13b und den elektrischen Maschinen 12 signaltechnisch in Verbindung steht. Die Steuervorrichtung 5 ist ausgebildet, die elektrischen Maschinen 12 und die Kupplungen 13b anzusteuern, was nachfolgend im Zusammenhang mit Figur 2 näher ausgeführt wird. Figur 2 zeigt eine stark schematische Darstellung der Steuervorrichtung 5. Anhand von Figur 2 wird ferner ein Verfahren zur Steuerung der Komponenten der Sekundärantriebsachse 10 erläutert. Furthermore, a control device 5 is provided, which is connected to the clutches 13b and the electrical machines 12 in terms of signaling via control lines (shown as dashed lines). The control device 5 is designed to control the electrical machines 12 and the clutches 13b, which will be explained in more detail below in connection with FIG. Figure 2 shows a highly schematic representation of the control device 5. A method for controlling the components of the secondary drive axle 10 is also explained based on Figure 2.
Das Verfahren umfasst mehrere Betriebsmodi, vorzugsweise die Betriebsmodi 100 - 500, die je nach Betriebssituation des Kraftfahrzeugs ausgewählt werden können, um den Betriebszustand der Sekundärantriebsachse 10 einzustellen, insbesondere um den Betriebszustand der elektrischen Maschinen 12 und der Kupplungseinrichtung 13 bzw. der Kupplungen 13b einzustellen. The method includes several operating modes, preferably the operating modes 100 - 500, which can be selected depending on the operating situation of the motor vehicle in order to adjust the operating state of the secondary drive axle 10, in particular to adjust the operating state of the electrical machines 12 and the clutch device 13 or the clutches 13b.
Diese Betriebsmodi 100 - 500 sind in der Steuervorrichtung 5 hinterlegt. Anders ausgedrückt ist die Steuervorrichtung 5 programmtechnisch eingerichtet, je nach Betriebssituation des Kraftfahrzeugs gemäß vorab hinterlegter Kriterien einen der Betriebsmodi 100 - 500 auszuwählen und die Komponenten der Sekundärantriebsachse 10 gemäß dem ausgewählten Betriebsmodus anzusteuern. These operating modes 100 - 500 are stored in the control device 5. In other words, the control device 5 is set up in terms of programming to select one of the operating modes 100 - 500 according to previously stored criteria, depending on the operating situation of the motor vehicle, and to control the components of the secondary drive axle 10 according to the selected operating mode.
Eine Besonderheit des gezeigten Ausführungsbeispiels ist, dass die auswählbaren Betriebsmodi zumindest einen der drei Betriebsmodi 100, 200, und 300 umfassen, vorzugsweise alle drei Betriebsmodi 100, 200 und 300 umfassen, bei denen in Phasen, in denen die Sekundärantriebsachse keine Antriebsleistung bereitstellen soll, ein Betriebsverhalten der Antriebskomponenten der Sekundärantriebsachse erzeugt wird, bei dem insbesondere die elektrischen Maschinen 12 nicht ruhen, d. h. deren Drehzahl größer null ist, um ein schnelles bedarfsgerechtes Zuschalten des durch die Sekundärantriebsachse 10 bereitgestellten Zusatzantriebes zu ermöglichen. A special feature of the exemplary embodiment shown is that the selectable operating modes include at least one of the three operating modes 100, 200, and 300, preferably include all three operating modes 100, 200 and 300, in which phases in which the secondary drive axle is not intended to provide any drive power Operating behavior of the drive components of the secondary drive axle is generated, in which in particular the electrical machines 12 are not at rest, i.e. H. whose speed is greater than zero in order to enable the additional drive provided by the secondary drive axle 10 to be switched on quickly as required.
Vorzugsweise kann ein erster Betriebsmodus 100 ausgewählt werden, gemäß dem die Steuervorrichtung 5 die Kupplungseinrichtung 13 so ansteuert, dass diese geöffnet ist (zur Unterbrechung der Wirkverbindung zwischen den elektrischen Maschinen 12 und den Rädern 3 der Sekundärantriebsachsel 0) und indem die elektrischen Maschinen 12 mit einer Drehzahl betrieben wird, die klein ist und/oder die in einem Bereich zwischen 0 U/min und 100 U/min liegt. Preferably, a first operating mode 100 can be selected, according to which the control device 5 controls the clutch device 13 so that it is opened (to interrupt the operative connection between the electrical machines 12 and the wheels 3 of the secondary drive axle 0) and in that the electrical machines 12 with a Speed is operated which is small and/or which is in a range between 0 rpm and 100 rpm.
Vorstehend wurde bereits festgestellt, dass mit diesem ersten Betriebsmodus 100 auch in Betriebsphasen, in denen die elektrischen Maschinen 12 keine zusätzliche Antriebsleistung für das Kraftfahrzeug erzeugen sollen, bewusst mit kleiner Drehzahl in Bewegung gesetzt werden, um mögliche Lagerbelastungen und -schaden zu vermeiden, die ansonsten bei vollständig ruhenden elektrischen Maschinen 12 entstehen würden. It has already been stated above that with this first operating mode 100, it is deliberately set in motion at a low speed even in operating phases in which the electrical machines 12 are not intended to generate any additional drive power for the motor vehicle in order to avoid possible bearing loads and damage that would otherwise occur when electrical machines 12 are completely at rest.
Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 5 ausgebildet sein, den ersten Betriebsmodus 100 dann auszuwählen bzw. umzusetzen, wenn das Kraftfahrzeug mit einer Fahrgeschwindigkeit fährt, die größer ist als eine vorbestimmte Mindestgeschwindigkeit, und wenn die Sekundärantriebsachse 10 keine zusätzliche Antriebs- oder Rekuperationsleistung bereitstellen soll. For example, the control device 5 can be designed to select or implement the first operating mode 100 when the motor vehicle is traveling at a speed that is greater than a predetermined minimum speed and when the secondary drive axle 10 is not intended to provide any additional drive or recuperation power.
Vorzugsweise kann ferner ein zweiter Betriebsmodus 200 ausgewählt werden, gemäß dem die Steuervorrichtung 5 die Kupplungseinrichtung 13 so ansteuert, dass diese geöffnet ist (zur Unterbrechung der Wirkverbindung zwischen den elektrischen Maschinen 12 und den Rädern 3 der Sekundärantriebsachsel 0) und indem die mindestens eine elektrische Maschine mit einer Drehzahl betrieben wird, die an eine Raddrehzahl der Sekundärantriebsachse angepasst ist. Preferably, a second operating mode 200 can also be selected, according to which the control device 5 controls the clutch device 13 so that it is opened (to interrupt the operative connection between the electrical machines 12 and the wheels 3 of the secondary drive axle 0) and in that the at least one electrical machine is operated at a speed that is adapted to a wheel speed of the secondary drive axle.
Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 5 ausgebildet sein, den zweiten Betriebsmodus 200 dann auszuwählen bzw. umzusetzen, wenn zuvor der erste Betriebsmodus 100 eingestellt wurde und z. B. anhand weiterer Betriebsparameter ermittelt wird, dass zwar die Sekundärantriebsachse 10 (noch) keine zusätzliche Antriebs- oder Rekuperationsleistung bereitstellen soll, die jedoch wahrscheinlicher geworden ist. For example, the control device 5 can be designed to select or implement the second operating mode 200 if the first operating mode 100 was previously set and z. B. based on further operating parameters it is determined that although the secondary drive axle 10 should not (yet) provide any additional drive or recuperation power, this has become more likely.
Vorzugsweise kann ferner ein dritter Betriebsmodus 300 ausgewählt werden, gemäß dem die Steuervorrichtung 5 die Kupplungseinrichtung 13 so ansteuert, dass diese geschlossen ist (zur Herstellung der Wirkverbindung zwischen den elektrischen Maschinen 12 und den Rädern 3 der Sekundärantriebsachsel 0) und indem die beiden elektrischen Maschinen 12 in einem lastfreien Betriebsmodus betrieben werden. Beispielsweise können die elektrischen Maschinen 12 in dem lastfreien Betriebsmodus unbestromt sein oder lediglich zum Ausgleich von internen Lagerverlusten und/oder des Schleppmoments der mindestens einen elektrischen Maschine bestromt werden. Preferably, a third operating mode 300 can also be selected, according to which the control device 5 controls the clutch device 13 so that it is closed (to establish the operative connection between the electrical machines 12 and the wheels 3 of the secondary drive axle 0) and in that the two electrical machines 12 operated in a load-free operating mode. For example, the electrical machines 12 can be de-energized in the load-free operating mode or can only be energized to compensate for internal bearing losses and/or the drag torque of the at least one electrical machine.
Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 5 ausgebildet sein, den dritten Betriebsmodus 300 dann auszuwählen bzw. umzusetzen, wenn zuvor der erste Betriebsmodus 200 eingestellt wurde oder alternativ hierzu, um die Sekundärantriebsachse 10 in einen Bereitschaftszustand zu versetzen, in dem jederzeit ein möglichst bedarfsgerechtes Zuschalten eines durch die Sekundärantriebsachse erzeugten Zusatzantriebsmoments oder Rekuperationsmoments möglich ist. For example, the control device 5 can be designed to select or implement the third operating mode 300 if the first operating mode 200 has previously been set or, alternatively, to put the secondary drive axle 10 into a standby state in which a switch can be switched on as required as possible at any time Secondary drive axle generated additional drive torque or recuperation torque is possible.
Das Verfahren zur Steuerung der bedarfsweise antreibbaren Sekundärantriebsachse kann ferner zwei weitere, an sich bekannte Betriebsmodi 400 und 500 umfassen, die an sich aus dem Stand der Technik bekannt sind. The method for controlling the secondary drive axle, which can be driven as required, can further comprise two further, known operating modes 400 and 500, which are known per se from the prior art.
In einem weiteren optionalen Betriebsmodus 400 ist die Kupplungseinrichtung 13 geöffnet und die elektrischen Maschinen 12 sind ausgeschaltet bzw. deren Drehzahl ist null. Dieser Zustand ist aus Gesamtwirkungsgradsicht optimal, wenn kein zusätzlicher Traktionsbedarf besteht, da unnötige Schleppmomente minimiert werden. Andererseits entstehen im Vergleich zum ersten Betriebsmodus Belastungen auf z. B. ruhende Lager etc., die diese u. II. überproportional schädigen können. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 5 ausgebildet sein, diesen Betriebsmodus 400 bei sehr langsamer Fahrt einzustellen, weil hier die möglichen Lagerbelastungen gering sind. In a further optional operating mode 400, the clutch device 13 is opened and the electrical machines 12 are switched off or their speed is zero. This condition is optimal from an overall efficiency perspective when there is no additional traction requirement, as unnecessary drag torque is minimized. On the other hand, compared to the first operating mode, loads arise on z. B. stationary bearings etc., which can cause disproportionate damage to them. For example, the control device 5 can be designed to set this operating mode 400 when driving very slowly because the possible bearing loads are low here.
In einem weiteren Betriebsmodus 500 ist die Kupplungseinrichtung 13 geschlossen und es liegt ein Drehmoment an den Rädern 3 der Sekundärantriebsachse an, welches durch die elektrischen Maschinen 12 erzeugt wird, so dass diese eine zusätzliche Antriebsleistung oder eine Rekuperationsleistung bereitstellen können. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 5 ausgebildet sein, diesen Betriebsmodus 500 immer dann einzustellen, wenn zur Unterstützung der Primärantriebsachse ein zusätzliches Antriebs- oder Rekuperationsmoment von der Sekundärantriebsachse 10 bereitgestellt werden soll. In a further operating mode 500, the clutch device 13 is closed and a torque is applied to the wheels 3 of the secondary drive axle, which is generated by the electric machines 12, so that they can provide additional drive power or recuperation power. For example, the control device 5 can be designed to set this operating mode 500 whenever an additional drive or recuperation torque is to be provided by the secondary drive axle 10 to support the primary drive axle.
Die Steuervorrichtung 5 steht in Signalverbindung mit mehreren Sensoren 13c, 3a, 12a, 15a, etc. um von diesen Betriebsdaten zu erhalten. Anhand der Betriebsdaten kann von der Steuervorrichtung 5 überprüft werden, ob der Ist-Betriebszustand der elektrischen Maschinen 12 und der Kupplungseinrichtung 13 mit dem von der Steuervorrichtung 5 vorgegebenen Soll- Betriebszustand übereinstimmt. So melden beispielsweise Sensoren 13c an der/den Kupplung/en 13b den Kupplungsstatus an die Steuervorrichtung 5 zurück. Ferner können Daten eines Drehzahlsensors 15a eines Winkelgetriebes 15 oder Differenzialgetriebes 19, von Drehzahlsensoren 3a an den Radteilen 3 und von Drehzahlsensoren 12a an der/den elektrischen Maschine/n 12 in der Steuervorrichtung 5 verarbeitet werden und neben weiteren Parametern als Steuer- oder Regelgröße dienen, die die Aktuatorik des/der Kupplungssteller/s der Kupplungseinrichtung 13 ansteuert. Somit kann auch während der Fahrt durch zielgerichtete Drehzahlanpassung der elektrischen Maschine/n 12 ein schonendes Ein- und Ausrücken der/s Kupplungselemente/s realisiert werden. Insbesondere bei einer Rad-nahen Anordnung der Kupplungen 13b in Figur 1 (und Figur 5) ist es von Vorteil, den Kupplungsstatus der Kupplungen 13b jederzeit zu kennen, um ungewollte Auswirkungen auf die Längsdynamik durch z. B. einseitigen Vortrieb aufgrund eines Kupplungsfehlers zu vermeiden. The control device 5 is in signal connection with several sensors 13c, 3a, 12a, 15a, etc. in order to obtain operating data from them. Based on the operating data, the control device 5 can check whether the actual operating state of the electrical machines 12 and the clutch device 13 corresponds to the target operating state specified by the control device 5. For example, sensors 13c on the clutch(es) 13b report the clutch status back to the control device 5. Furthermore, data from a speed sensor 15a of an angular gear 15 or differential gear 19, from speed sensors 3a on the wheel parts 3 and from speed sensors 12a on the electric machine(s) 12 can be processed in the control device 5 and, in addition to other parameters, can serve as a control or regulation variable. which controls the actuator system of the clutch actuator(s) of the clutch device 13. This means that even while driving, careful switching on and off can be achieved by targeted speed adjustment of the electric machine(s) 12 Disengagement of the clutch element(s) can be realized. Particularly when the clutches 13b are arranged close to the wheel in FIG. B. to avoid one-sided propulsion due to a coupling error.
Kombiniert man die hohe Regelgüte und Regelgeschwindigkeit von elektrischen Maschinen optional mit weiteren Eingangsgrößen, z. B. einem Strecken profil durch GPS, Beschleunigungs-Sensorik, Umgebungswahrnehmung (visuelle Erkennung, Temperatur), Fahrzeugstatus (z. B. aktueller Leistungsbedarf bzw. Beschleunigungsanforderung) sowie den vorstehend beschriebenen Betriebsmodi, insbesondere dem dritten Betriebsmodus, lässt sich eine Traktionsunterstützung realisieren, die automatisiert und hochdynamisch, d. h. ohne Verzögerung, eingreifen kann. If you optionally combine the high control quality and control speed of electrical machines with other input variables, e.g. B. a route profile through GPS, acceleration sensors, environmental perception (visual recognition, temperature), vehicle status (e.g. current power requirement or acceleration request) as well as the operating modes described above, in particular the third operating mode, traction support can be implemented automated and highly dynamic, i.e. H. can intervene without delay.
Die Figuren 3 bis 5 zeigen weitere Ausführungsbeispiele, die sich von dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 lediglich durch die Anzahl der elektrischen Maschinen 12 und/oder der Anzahl und Anordnung der Kupplungen der Kupplungseinrichtung 13 unterscheiden, so dass nachfolgend nur auf diese Besonderheiten Bezug genommen wird. Figures 3 to 5 show further exemplary embodiments that differ from the exemplary embodiment of Figure 1 only in the number of electrical machines 12 and/or the number and arrangement of the couplings of the coupling device 13, so that reference will only be made to these special features below.
Die Ausführungen zur Steuervorrichtung 5 und zum Verfahren bzw. der Betriebsmodi 100 bis 500 gelten analog wie in Zusammenhang mit Figur 2 beschrieben, wobei anstatt zwei elektrischer Maschinen 12 und zwei Kupplungen in den Figuren 4 und 5 nur eine elektrische Maschine 12 und nur eine Kupplung angesteuert wird. The statements regarding the control device 5 and the method or the operating modes 100 to 500 apply analogously to those described in connection with FIG. 2, whereby instead of two electric machines 12 and two clutches in FIGS becomes.
Im Vergleich zur Figur 1 liegt die Besonderheit der Sekundärantriebsachse 10 der Figur 3 darin, dass jeweils eine Kupplung 13a direkt an oder möglichst nahe an der elektrischen Maschine 12 angeordnet ist. Vorteilhaft kann mit zwei Kupplungen 13a die komplette Achse zu- und abgekoppelt werden. In comparison to Figure 1, the special feature of the secondary drive axle 10 of Figure 3 is that a clutch 13a is arranged directly on or as close as possible to the electrical machine 12. The entire axle can advantageously be coupled and uncoupled with two clutches 13a.
Im Vergleich zur Figur 3 liegt die Besonderheit der Sekundärantriebsachse 10 der Figur 4 darin, dass nur eine elektrische Maschine 12 (anstatt zwei) vorgesehen ist. Entsprechend ist auch nur eine Kupplung 13a vorgesehen, die direkt an oder möglichst nahe an der elektrischen Maschine 12 angeordnet ist. Vorteilhaft kann mit einer Kupplung 13a die komplette Achse zu- und abgekoppelt werden. Ein weiterer Unterschied ist, dass die elektrische Maschine 12 über ein in die Sekundärantriebsachse 10 integriertes Achsdifferenzial 19 in Antriebsverbindung mit beiden Radseiten der Sekundärantriebsachse steht und/oder bringbar ist. Im Vergleich zur Figur 4 liegt die Besonderheit der Sekundärantriebsachse 10 der Figur 5 darin, dass anstatt der einen Kupplung 13a zwei Kupplungen 13b vorgesehen sind, die an einem radseitigen Endbereich jeweils einer von zwei Radantriebswellen 16 angeordnet sind. Compared to FIG. 3, the special feature of the secondary drive axle 10 of FIG. 4 is that only one electric machine 12 (instead of two) is provided. Accordingly, only one clutch 13a is provided, which is arranged directly on or as close as possible to the electrical machine 12. The entire axle can advantageously be coupled and uncoupled with a coupling 13a. Another difference is that the electric machine 12 is in drive connection with both wheel sides of the secondary drive axle and/or can be brought via an axle differential 19 integrated into the secondary drive axle 10. In comparison to FIG. 4, the special feature of the secondary drive axle 10 of FIG.
Die Figur 6 zeigt ein Kraftfahrzeug 1. Das Kraftfahrzeug 1 ist vorzugsweise als ein Nutzfahrzeug, z. B. ein Lastkraftwagen oder ein Omnibus, ausgeführt. Beispielsweise kann der Lastkraftwagen einen (z. B. Lade-) Aufbau aufweisen oder als ein Sattelzugfahrzeug, wie in Figur 1 dargestellt ist, ausgeführt sein. Figure 6 shows a motor vehicle 1. The motor vehicle 1 is preferably as a commercial vehicle, e.g. B. a truck or a bus. For example, the truck can have a (e.g. loading) body or can be designed as a tractor-trailer vehicle, as shown in Figure 1.
Das Kraftfahrzeug 1 weist mindestens einen Energiespeicher 6 für elektrische Energie auf. Bevorzugt ist das Kraftfahrzeug 10 rein elektrisch angetrieben. Der Energiespeicher 6 kann als eine Traktionsbatterie zum Bereitstellen von elektrischer Energie zum Antreiben des Kraftfahrzeugs ausgebildet sein. Bevorzugt kann der Energiespeicher 6 an einem Fahrzeugrahmen des Kraftfahrzeugs 1 angebracht sein. Der Fahrzeugrahmen kann beispielsweise als Gitterrahmen oder bevorzugt als Leiterrahmen ausgeführt sein. The motor vehicle 1 has at least one energy storage device 6 for electrical energy. The motor vehicle 10 is preferably driven purely electrically. The energy storage 6 can be designed as a traction battery for providing electrical energy to drive the motor vehicle. The energy storage device 6 can preferably be attached to a vehicle frame of the motor vehicle 1. The vehicle frame can be designed, for example, as a grid frame or preferably as a ladder frame.
Das Kraftfahrzeug umfasst eine permanent angetriebene Primärantriebsachse 2, und die bedarfsweise antreibbare Sekundärantriebsachse 10, die von mindestens einer elektrischen Maschine als Antriebsquelle angetrieben wird. Die Primärantriebsachse 2 stellt die Hauptantriebsachse dar. Die Sekundärantriebsachse 10 kann ausgeführt sein, wie es z. B. in den Figuren 1 und 3 bis 5 dargestellt ist. Die Sekundärantriebsachse 10 stellt eine elektrisch angetriebene Zusatzachse dar, deren Antriebsleistung wahlweise zur Bereitstellung einer zusätzlichen Antriebsleistung zuschaltbar ist. The motor vehicle comprises a permanently driven primary drive axle 2, and the secondary drive axle 10, which can be driven as required and which is driven by at least one electric machine as a drive source. The primary drive axle 2 represents the main drive axle. The secondary drive axle 10 can be designed as z. B. is shown in Figures 1 and 3 to 5. The secondary drive axle 10 represents an electrically driven additional axle, the drive power of which can optionally be switched on to provide additional drive power.
Die Sekundärantriebsachse 10 kann beispielsweise eine Vorderachse (wie in Figur 6 gezeigt) oder eine Vorlaufache oder Nachlaufachse, entweder starr oder ebenfalls gelenkt, sein. Die Sekundärachse kann aus konstruktiver Sicht auch eine bauliche Kopie der Primärachse sein, ergänzt um die Kupplungsfunktion und Ansteuerung zur Realisierung des mindestens einen Betriebsmodus, wie es hierin beschrieben ist. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst ferner die Steuervorrichtung 5 zur Ansteuerung der mindestens einen elektrischen Maschine 12 und der Kupplungseinrichtung 13, wobei die Steuervorrichtung ausgebildet ist, das Verfahren wie vorstehend beschrieben auszuführen. The secondary drive axle 10 can be, for example, a front axle (as shown in Figure 6) or a leading axle or trailing axle, either rigid or also steered. From a design perspective, the secondary axis can also be a structural copy of the primary axis, supplemented by the clutch function and control to implement the at least one operating mode, as described herein. The motor vehicle 1 further comprises the control device 5 for controlling the at least one electric machine 12 and the clutch device 13, the control device being designed to carry out the method as described above.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen. Insbesondere sind die einzelnen Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 jeweils unabhängig voneinander offenbart. The invention is not limited to the preferred embodiments described above. Rather, a large number of variants and modifications are possible, which also make use of the inventive idea and therefore fall within the scope of protection. In particular, the invention also claims protection for the subject matter and features of the subclaims independently of the claims referred to. In particular, the individual features of independent claim 1 are each disclosed independently of one another.
Bezugszeichenliste Reference symbol list
1 Kraftfahrzeug, beispielsweise Nutzfahrzeug 1 motor vehicle, for example commercial vehicle
2 Primärantriebsachse 2 primary drive axle
3 Räder 3 wheels
3a Raddrehzahlsensor 3a wheel speed sensor
4 Energiespeicher für elektrische Energie 4 energy storage devices for electrical energy
5 Steuervorrichtung 5 control device
6 Speichervorrichtung für elektrische Energie 6 Electrical energy storage device
10 Sekundärantriebsachse 10 secondary drive axle
11 Räder 11 wheels
12 Elektrische Maschine 12 Electric Machine
12a Drehzahlsensor E-Maschine 12a E-machine speed sensor
13 Kupplungseinrichtung 13 coupling device
13a Klauenkupplung 13a claw coupling
13b Klauenkupplung 13b claw coupling
13c Kupplungssensor 13c clutch sensor
14 Untersetzungsgetriebe 14 reduction gears
15 Winkelgetriebe 15 angle gears
15a Drehzahlsensor des Winkelgetriebes oder Differenzialgetriebes15a Speed sensor of the angular gear or differential gear
16 Radantriebswelle 16 wheel drive shaft
17 Achskörper 17 axle bodies
18 Kreuzgelenk 18 universal joint
19 Differenzialgetriebe 19 differential gears
100 Erster Betriebsmodus 100 First operating mode
200 Zweiter Betriebsmodus 200 Second operating mode
300 Dritter Betriebsmodus 300 Third operating mode
400 Vierter Betriebsmodus 400 Fourth operating mode
500 Fünfter Betriebsmodus 500 Fifth operating mode

Claims

Patentansprüche Patent claims
1. Verfahren zur Steuerung von Komponenten einer bedarfsweise antreibbaren Sekundärantriebsachse eines mehrachsangetriebenen Kraftfahrzeugs (1), wobei das Kraftfahrzeug (1) umfasst: a) eine permanent angetriebene Primärantriebsachse (2), und b) eine bedarfsweise antreibbare Sekundärantriebsachse (10), die von mindestens einer elektrischen Maschine (12) als Antriebsquelle angetrieben wird, wobei eine Wirkverbindung zwischen der mindestens einen elektrischen Maschine (12) und den Rädern (11) der Sekundärantriebsachse (11) mittels einer Kupplungseinrichtung (13) wahlweise hergestellt oder unterbrochen werden kann, wobei das Verfahren ein Ansteuern der mindestens einen elektrischen Maschine (12) und der Kupplungseinrichtung (13) zur Realisierung mindestens eines Betriebsmodus (100; 200; 300) umfasst, in dem die mindestens eine elektrische Maschine (12) mit einer Drehzahl größer Null betrieben wird und kein oder im Wesentlichen kein Antriebsmoment oder Schleppmoment auf die Sekundärantriebsachse (10) erzeugt. 1. Method for controlling components of a secondary drive axle of a multi-axle driven motor vehicle (1), which can be driven as required, the motor vehicle (1) comprising: a) a permanently driven primary drive axle (2), and b) a secondary drive axle (10) which can be driven as required and which has at least an electric machine (12) is driven as a drive source, wherein an operative connection between the at least one electric machine (12) and the wheels (11) of the secondary drive axle (11) can be selectively established or interrupted by means of a coupling device (13), the method a control of the at least one electric machine (12) and the clutch device (13) to realize at least one operating mode (100; 200; 300) in which the at least one electric machine (12) is operated at a speed greater than zero and no or Substantially no drive torque or drag torque is generated on the secondary drive axle (10).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der mindestens eine Betriebsmodus einen ersten Betriebsmodus (100) umfasst, in dem die Kupplungseinrichtung (13) geöffnet ist zur Unterbrechung der Wirkverbindung zwischen der mindestens einen elektrischen Maschine2. The method according to claim 1, wherein the at least one operating mode comprises a first operating mode (100) in which the clutch device (13) is opened to interrupt the operative connection between the at least one electrical machine
(12) und den Rädern (13) der Sekundärantriebsachse (10) und indem die mindestens eine elektrische Maschine (12) mit einer Drehzahl betrieben wird, die in einem Bereich zwischen 0 U/min und 100 U/min liegt. (12) and the wheels (13) of the secondary drive axle (10) and in that the at least one electric machine (12) is operated at a speed that is in a range between 0 rpm and 100 rpm.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der erste Betriebsmodus (100) eingesetzt wird bei fahrendem Kraftfahrzeug und einer Fahrgeschwindigkeit, die größer ist als eine vorbestimmte Mindestgeschwindigkeit. 3. The method according to claim 2, wherein the first operating mode (100) is used when the motor vehicle is moving and at a driving speed that is greater than a predetermined minimum speed.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die vorbestimmte Mindestgeschwindigkeit einen Wert aufweist, der in einem Bereich zwischen 5 km/h und 50 km/h liegt. 4. The method according to claim 3, wherein the predetermined minimum speed has a value which is in a range between 5 km/h and 50 km/h.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der mindestens eine Betriebsmodus einen zweiten Betriebsmodus (200) umfasst, in dem die Kupplungseinrichtung5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the at least one operating mode comprises a second operating mode (200) in which the clutch device
(13) geöffnet ist zur Unterbrechung der Wirkverbindung zwischen der mindestens einen elektrischen Maschine (12) und den Rädern (13) der Sekundärantriebsachse (10) und indem die mindestens eine elektrische Maschine (12) mit einer Drehzahl betrieben wird, die an eine Raddrehzahl der Sekundärantriebsachse (10) angepasst ist. (13) is opened to interrupt the operative connection between the at least one electric machine (12) and the wheels (13) of the secondary drive axle (10) and thereby the at least one electric machine (12) is operated at a speed that is adapted to a wheel speed of the secondary drive axle (10).
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der mindestens eine Betriebsmodus einen dritten Betriebsmodus (300) umfasst, in dem die Kupplungseinrichtung (13) geschlossen ist zur Herstellung der Wirkverbindung zwischen der mindestens einen elektrischen Maschine (12) und den Rädern (13) der Sekundärantriebsachse (10) und indem die mindestens eine elektrische Maschine (12) in einem lastfreien Betriebsmodus betrieben wird. 6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the at least one operating mode comprises a third operating mode (300), in which the clutch device (13) is closed to establish the operative connection between the at least one electric machine (12) and the wheels (13). the secondary drive axle (10) and in that the at least one electrical machine (12) is operated in a load-free operating mode.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die mindestens eine elektrische Maschine (12) in dem lastfreien Betriebsmodus a) unbestromt ist, oder b) lediglich zum Ausgleich von internen Lagerverlusten und/oder des Schleppmoments der mindestens einen elektrischen Maschine (12) bestromt wird. 7. The method according to claim 6, wherein the at least one electrical machine (12) in the load-free operating mode a) is not energized, or b) is energized only to compensate for internal bearing losses and / or the drag torque of the at least one electrical machine (12).
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Kupplungseinrichtung (13) mindestens eine formschlüssige Kupplung, vorzugsweise eine Klauenkupplung (13), umfasst. 8. The method according to any one of the preceding claims, wherein the coupling device (13) comprises at least one positive coupling, preferably a claw coupling (13).
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die mindestens eine elektrische Maschine (12) lediglich eine elektrische Maschine (12) umfasst, die mit einer Eingangswelle eines Differenzialgetriebes (19) der Sekundärantriebsachse (10) in Antriebsverbindung steht und/oder bringbar ist, wobei vorzugsweise zwischen der elektrischen Maschine (12) und der Eingangswelle ein Untersetzungsgetriebe (14) angeordnet ist. 9. The method according to any one of the preceding claims, wherein the at least one electrical machine (12) comprises only one electrical machine (12) which is in drive connection and/or can be brought to an input shaft of a differential gear (19) of the secondary drive axle (10), wherein a reduction gear (14) is preferably arranged between the electrical machine (12) and the input shaft.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Kupplungseinrichtung (13) eine Kupplung (13a) umfasst, die zwischen der elektrischen Maschine und dem Differenzialgetriebe der Sekundärantriebsachse angeordnet ist. 10. The method according to claim 9, wherein the clutch device (13) comprises a clutch (13a) which is arranged between the electric machine and the differential gear of the secondary drive axle.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Räder (11) der Sekundärantriebsachse (10) über jeweils eine von zwei Radantriebswellen (16) in Antriebsverbindung mit dem Differenzialgetriebe (19) stehen und die Kupplungseinrichtung (13) zwei Kupplungen (13b) umfasst, die an jeweils einer der beiden Radantriebswellen (16) angeordnet sind, vorzugsweise an einem radseitigen Endbereich einer der beiden Radantriebswellen (16) angeordnet sind. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die mindestens eine elektrische Maschine (12) zwei elektrische Maschinen umfasst, die zueinander auf gegenüberliegenden Seiten der Sekundärantriebsachse (10) angeordnet sind. 11. The method according to claim 9 or 10, wherein the wheels (11) of the secondary drive axle (10) are in drive connection with the differential gear (19) via one of two wheel drive shafts (16) and the coupling device (13) comprises two clutches (13b). , which are arranged on one of the two wheel drive shafts (16), preferably on a wheel-side end region of one of the two wheel drive shafts (16). 12. The method according to any one of claims 1 to 8, wherein the at least one electrical machine (12) comprises two electrical machines which are arranged on opposite sides of the secondary drive axle (10).
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Kupplungseinrichtung (13) zwei Kupplungen (13a) umfasst, die jeweils zwischen einer der zwei elektrischen Maschinen (12) und einem Untersetzungsgetriebe (15) der Sekundärantriebsachse (10) angeordnet sind. 13. The method according to claim 12, wherein the clutch device (13) comprises two clutches (13a), each of which is arranged between one of the two electrical machines (12) and a reduction gear (15) of the secondary drive axle (10).
14. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Räder (11) der Sekundärantriebsachse (10) über jeweils eine von zwei Radantriebswellen (16) in Antriebsverbindung mit einem von zwei Untersetzungsgetrieben (15) stehen und die Kupplungseinrichtung (13) zwei Kupplungen (13b) umfasst, die jeweils einer der beiden Radantriebswellen (16) angeordnet sind, vorzugsweise an einem radseitigen Endbereich einer der beiden Radantriebswellen (16) angeordnet sind. 14. The method according to claim 12, wherein the wheels (11) of the secondary drive axle (10) are in drive connection with one of two reduction gears (15) via one of two wheel drive shafts (16) and the coupling device (13) comprises two clutches (13b). , which are each arranged on one of the two wheel drive shafts (16), are preferably arranged on a wheel-side end region of one of the two wheel drive shafts (16).
15. Kraftfahrzeug (1), vorzugsweise rein elektrisch angetriebenes Nutzfahrzeug, umfassend a) eine permanent angetriebene Primärantriebsachse (2), und b) eine bedarfsweise antreibbare Sekundärantriebsachse (10), die von mindestens einer elektrischen Maschine (12) als Antriebsquelle angetrieben wird, wobei eine Wirkverbindung zwischen der mindestens einen elektrischen Maschine (12) und den Rädern (11) der Sekundärantriebsachse (10) mittels einer Kupplungseinrichtung (13) wahlweise hergestellt oder unterbrochen werden kann, und c) eine Steuervorrichtung (5) zur Ansteuerung der mindestens einen elektrischen Maschine (12) und der Kupplungseinrichtung (13), wobei die Steuervorrichtung (5) ausgebildet ist, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 durchzuführen. 15. Motor vehicle (1), preferably purely electrically driven commercial vehicle, comprising a) a permanently driven primary drive axle (2), and b) a secondary drive axle (10) which can be driven as required and which is driven by at least one electric machine (12) as a drive source, wherein an operative connection between the at least one electric machine (12) and the wheels (11) of the secondary drive axle (10) can be selectively established or interrupted by means of a coupling device (13), and c) a control device (5) for controlling the at least one electric machine (12) and the coupling device (13), wherein the control device (5) is designed to carry out the method according to one of claims 1 to 14.
PCT/EP2023/069377 2022-07-26 2023-07-12 Method for controlling components of a secondary drive axle, which can be driven if necessary, of a motor vehicle driven using multiple axles WO2024022829A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022118650.4A DE102022118650A1 (en) 2022-07-26 2022-07-26 Method for controlling components of a secondary drive axle, which can be driven as required, of a multi-axle driven motor vehicle
DE102022118650.4 2022-07-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024022829A1 true WO2024022829A1 (en) 2024-02-01

Family

ID=87280780

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2023/069377 WO2024022829A1 (en) 2022-07-26 2023-07-12 Method for controlling components of a secondary drive axle, which can be driven if necessary, of a motor vehicle driven using multiple axles

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102022118650A1 (en)
WO (1) WO2024022829A1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004088873A (en) * 2002-08-26 2004-03-18 Nissan Motor Co Ltd Drive controller for motor four-wheel drive car
DE102005026874A1 (en) * 2005-06-10 2006-12-14 Volkswagen Ag Vehicle e.g. off-road vehicle, driving device, has coupling device producing coupling between electric motors, so that drive torque of electrical driving device is directed to one of drive wheels, while other is decouplable from device
US20210155219A1 (en) * 2019-11-27 2021-05-27 Ford Global Technologies, Llc System and method for activating a secondary axle
US11065949B2 (en) * 2016-12-14 2021-07-20 Dana Heavy Vehicle Systems Group, Llc Hybrid electric vehicle axle with two motors

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018189202A1 (en) 2017-04-11 2018-10-18 Dana Italia S.R.L. A hydraulic circuit for an adaptive park braking system and method of operation thereof
JP2019006173A (en) 2017-06-21 2019-01-17 株式会社ジェイテクト Auxiliary driving device
DE102019201945B4 (en) 2019-02-14 2023-07-20 Audi Ag Drive device for a vehicle axle of a vehicle
CN115465094A (en) 2022-06-30 2022-12-13 中国第一汽车股份有限公司 Electric drive assembly for vehicle, electric drive system and vehicle

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004088873A (en) * 2002-08-26 2004-03-18 Nissan Motor Co Ltd Drive controller for motor four-wheel drive car
DE102005026874A1 (en) * 2005-06-10 2006-12-14 Volkswagen Ag Vehicle e.g. off-road vehicle, driving device, has coupling device producing coupling between electric motors, so that drive torque of electrical driving device is directed to one of drive wheels, while other is decouplable from device
US11065949B2 (en) * 2016-12-14 2021-07-20 Dana Heavy Vehicle Systems Group, Llc Hybrid electric vehicle axle with two motors
US20210155219A1 (en) * 2019-11-27 2021-05-27 Ford Global Technologies, Llc System and method for activating a secondary axle

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GODFREY DOUGLAS: "Fretting corrosion or false brinelling", TRIBOLOGY & LUBRICATION TECHNOLOGY, 31 December 2003 (2003-12-31), XP093091525, Retrieved from the Internet <URL:https://www.stle.org/images/pdf/STLE_ORG/BOK/LS/Bearings/Fretting%20Corrosion%20or%20False%20Brinelling_tlt%20article_Dec03.pdf> [retrieved on 20231013] *

Also Published As

Publication number Publication date
DE102022118650A1 (en) 2024-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2888125B1 (en) Mechanical and electric drive train of a motor vehicle and motor vehicle with mechanical and electric drive train
EP1458586B1 (en) Device and method for adjusting the speed of a vehicle
DE102013224383A1 (en) Power-split final drive for working machines
DE102010015423A1 (en) Drive device for a four-wheel drive vehicle
EP3152102B1 (en) Vehicle combination with multiple driven vehicle modules
DE102019114375A1 (en) ELECTRIC MOTOR AXLE GEAR WITH SIDE-TO-SIDE TORQUE CONTROL
WO2018095950A1 (en) All-wheel system for an electric motor vehicle, and method for operating an all-wheel system of such a vehicle
EP3354504B1 (en) Powertrain system
DE102018206411B4 (en) Drive train for an electrically operated machine
WO2019091510A1 (en) Vehicle having a wheel-selective drive torque assembly and articulated joint, and method for controlling the vehicle
DE102021113913A1 (en) MULTI SPEED DRIVE ASSEMBLY FOR A WORK VEHICLE WITH FORK COUPLINGS
EP3854616A1 (en) Transmission with pto
EP3513997B1 (en) Vehicle with an arrangement for dynamically adjusting forward motion
DE102020101667A1 (en) Drive train for a motor vehicle
DE102019220191A1 (en) Method for starting an internal combustion engine in a drive train with a hybridized dual clutch transmission
DE102016216356A1 (en) Method for controlling a vehicle drive for a motor vehicle and vehicle drive
WO2024022829A1 (en) Method for controlling components of a secondary drive axle, which can be driven if necessary, of a motor vehicle driven using multiple axles
DE102022203567A1 (en) ELECTRIC DRIVE AXLE SYSTEM AND OPERATING METHOD
DE102022203568A1 (en) ELECTRICAL PROPULSION SYSTEM AND OPERATING METHOD
EP3855048A1 (en) Modular transmission case for a motor vehicle
DE102020101668A1 (en) Shift strategy for a transmission
DE102018211504B4 (en) Electric vehicle
DE102022003151B3 (en) Method for operating an electric drive system
DE102011086062A1 (en) Electrified drive assembly for hybrid vehicle, has coupling element formed such that drive unit is uncoupled for transferring torque to or from powertrain, where drive unit is formed as high-speed electromotor and rear drive
DE102016214421A1 (en) Method for operating a clutch of a motor vehicle, and motor vehicle

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23741397

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1