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DE102018120026A1 - Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit elektrischem Antrieb - Google Patents

Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit elektrischem Antrieb Download PDF

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DE102018120026A1
DE102018120026A1 DE102018120026.9A DE102018120026A DE102018120026A1 DE 102018120026 A1 DE102018120026 A1 DE 102018120026A1 DE 102018120026 A DE102018120026 A DE 102018120026A DE 102018120026 A1 DE102018120026 A1 DE 102018120026A1
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Thomas Eckhardt
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Voith Patent GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, das einen elektrischen Antrieb mit zumindest zwei Antriebseinheiten umfasst. Dabei umfasst jede Antriebseinheit einen E-Motor und ein Getriebe, wobei jede Antriebseinheit zumindest einem Fahrzeugrad zugeordnet ist und dieses antreibt. Gesteuert werden die Getriebe mittels einer Getriebesteuerung.Zur Verbesserung des Fahrkomfort wird vorgeschlagen, dass zumindest zwei Getriebe, die Schaltstufen und zumindest eine Neutralstellung aufweisen, Verwendung finden, wobei mittels der Getriebesteuerung die Getriebe derart geschaltet werden, dass sich bei der Fahrzeugbeschleunigung immer nur ein Getriebe in der Neutralstellung befindet. Durch diese Schaltung wird vermieden, dass es zu einer Zugkraftunterbrechung während des Schaltens kommt, was den Komfort erhöht.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit elektrischem Antrieb, wobei der elektrische Antrieb zumindest zwei Antriebseinheiten umfasst, die jeweils ein schaltbares Getriebe und einen E-Motor umfassen.
  • Die Kombination von elektrischen Maschinen mit Getrieben zu einer Motor-GetriebeEinheit ist aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Solche Motor-Getriebe-Einheiten können insbesondere in zumindest teilweise elektrischen Antriebsvorrichtung vorgesehen sein, wie sie beispielsweise für Hybridfahrzeuge oder rein elektrisch angetriebene Fahrzeuge eingesetzt werden.
  • Aus der DE 10 2009 002 437 A1 ist ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug bekannt, dass mindestens zwei Elektromaschinen umfasst, wobei zumindest eine Elektromaschine über ein Getriebe mit Zugkraftunterbrechung beim Schalten mit einem Antrieb gekoppelt ist.
  • Es wird vorgeschlagen das Getriebe derart zu schalten, dass das elektrisch erzeugte Gesamtmoment der Elektromaschinen vor und während der Schaltung unverändert bleibt und/oder dass die Zugkraftunterbrechung bei der Schaltung zu einem Giermoment um die Fahrzeughochachse führt, welches bedingt durch den Antriebslast- bzw. Bremsmomentabbau die Kurvenfahrt unterstützt.
  • Die DE 10 2010 062 227 A1 offenbart ein Elektrofahrzeug mit zwei Radachsen die jeweils von einer Antriebseinrichtungen mit einem E-Motor angetrieben werden. Diese Antriebseinrichtungen sind auf verschiedene Fahrsituationen hin optimiert, insbesondere auf verschiedene Geschwindigkeitsbereiche. Durch die unterschiedliche Auslegung der elektrischen Antriebseinrichtungen ist es vorteilhafterweise möglich, je nach Fahrsituation einen Zweiradantrieb mit derjenigen der beiden Antriebseinrichtungen durchzuführen, deren Wirkungsgrad auf die jeweilige Fahrsituation am effizientesten angepasst ist. Die Antriebseinrichtungen kann weiterhin ein schaltbares Getriebe umfassen.
  • Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein verbessertes Verfahren für den Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit mehreren elektrischen Antriebseinheiten vorzuschlagen.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren entsprechend Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführung finden sich in den Unteransprüchen.
  • Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, das einen elektrischen Antrieb mit zumindest zwei Antriebseinheiten umfasst, vorgeschlagen. Dabei umfasst jede Antriebseinheit einen E-Motor und ein Getriebe, wobei jede Antriebseinheit zumindest einem Fahrzeugrad zugeordnet ist und dieses antreibt. Gesteuert werden die Getriebe mittels einer Getriebesteuerung.
  • Zur Verbesserung des Fahrkomfort wird vorgeschlagen, dass zumindest zwei Getriebe, die Schaltstufen und zumindest eine Neutralstellung aufweisen, Verwendung finden, wobei mittels der Getriebesteuerung die Getriebe derart geschaltet werden, dass sich bei der Fahrzeugbeschleunigung immer nur ein Getriebe in der Neutralstellung befindet. Durch diese Schaltung wird vermieden, dass es zu einer Zugkraftunterbrechung während des Schaltens kommt, was den Komfort erhöht.
  • Der Schaltvorgang eines Getriebes einer Antriebseinheit erfolgt über die Getriebesteuerung, wobei der Schaltvorgang vorzugsweise folgende Schritte umfasst:
    • - schalten des entsprechenden E-Motors in den Leerlauf
    • - schalten des Getriebes in Neutralstellung
    • - anpassen der Motordrehzahl des entsprechenden E-Motors auf Getriebeübersetzungsdrehzahl im gewünschten Gang
    • - schalten des Getriebes in den gewünschten Gang.
  • In einer bevorzugten Ausführung sind die Getriebe als Zweiganggetriebe ausgeführt, wobei zwischen den Gängen eine Neutralstellung vorgesehen ist.
  • Es gibt nun unterschiedliche Möglichkeiten die Antriebseinheiten im Fahrzeug zu integrieren. In einer Ausführung ist es vorgesehen, dass an der Hinterachse des Fahrzeugs jedes Rad von einer Antriebseinheit angetrieben wird.
  • Alternativ kann vorgesehen sein, dass an mindestens zwei Achsen des Fahrzeugs jeweils eine Antriebseinheit angeordnet ist, die jeweils die Räder der Achse antreibt. Zwischen der Getriebeeinheit und den Rädern der Achse, kann dann ein Differentialgetriebe angeordnet werden.
  • Weiterhin ist es denkbar, dass an mindestens zwei der Achse des Fahrzeugs jeweils ein Rad von einer separaten Antriebseinheit angetrieben wird.
  • Die Schaltung der Getriebe kann in Abhängigkeit von mindestens einem der folgenden Parameter abhängen:
    • - Wartezeit
    • - Motormoment
    • - Achs-Eingangsdrehzahl
    • - Motordrehzahl
    • - Kurvenwinkel
    • - Drehzahlunterschied der Räder
    • - Motorenmoment
    • - Beschleunigung
    • - ABS Zustand
    • - Fahrwiderstand
    • - Fahrbahnneigung
    • - Fahrzeugmasse
    • - GPS
    • - vorausliegende Fahrstrecke
  • Anhand von Ausführungsbeispielen werden weitere vorteilhafte Ausprägungen der Erfindung erläutert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Die genannten Merkmale können nicht nur in der dargestellten Kombination vorteilhaft umgesetzt werden, sondern auch einzeln untereinander kombiniert werden. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
    • 1 eine Antriebsstrangkonfiguration eines Elektrofahrzeugs
    • 2 eine Antriebsstrangkonfiguration eines Elektrofahrzeugs gemäß einer alternativen Ausführungsform
  • 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 bzw. Elektrofahrzeug mit zwei Achsen 2, 3, wobei die Hinterachse 3 von zwei Antriebseinheiten 4 angetrieben wird. Jede Antriebseinheit 4a, b umfasst ein Getriebe 5a, b und einen E-Motor 6a, b. Die Räder 8 der Hinterachse 3 können so unabhängig voneinander angetrieben werden.
    Die Getriebe 5a, b sind als Zweiganggetriebe ausgeführt, die mittels der Getriebesteuerung 9 gesteuert werden. Es besteht nun die Möglichkeit, dass das Fahrzeug 1 mit einem oder beiden E-Motoren 6a, b angetrieben wird. Jedes Getriebe 5a, b für sich kann in Neutralstellung geschaltet werden, so dass keine Antriebskraft auf das entsprechende Rad 8 wirkt.
    Nach der Beschleunigungsphase des Elektrofahrzeugs im ersten Gang erfolgt die Umschaltung in den zweiten Gang wie folgt:
    • In einem ersten Schritt wird zunächst eines der Getriebe 5a in die Neutralstellung geschaltet, so dass das Fahrzeug 1 nur noch von dem zweiten Antriebsstrang 4b angetrieben wird. Anschließend erfolgt eine Drehzahlanpassung des E-Motors 6a, so dass die Motordrehzahl an die Getriebedrehzahl des zweiten Gangs angepasst ist, so dass der Antrieb des Elektrofahrzeugs 1 mittels des zweiten Antriebsstrangs 4b, im ersten Gang, und des ersten Antriebstrangs 4a, im zweiten Gang, angetrieben wird.
    Die E-Motoren 6a, b drehen somit mit unterschiedlichen Drehzahlen.
  • Anschließend kann das Getriebe 6b in die Neutralstellung geschaltet werden, die Anpassung der Motordrehzahl des E-Motors 6b erfolgen und schließlich auch dieses Getriebe 6b in den zweiten Gang geschaltet werden.
  • Durch dieses Vorgehen wird eine Unterbrechungsfreie Antriebsleistungsübertragung realisiert. Weiterhin Vorteilhaft erfolgt die Synchronisation beim Schalten durch die Drehzahlanpassung mit den E-Motoren 6a, b.
  • Nicht dargestellt sind weiter Ausführungen, bei denen die Antriebseinheiten 4a, b anderen Rädern 8 zugeordnet sind. Z. B nur den Vorderrädern oder an jeder Achse 2, 3 jeweils einem Rad. Auch ein Allradantrieb ist denkbar.
    2 zeigt eine Antriebsstrangkonfiguration eines Elektrofahrzeugs 1 gemäß einer alternativen Ausführungsform. Hier ist beispielhaft ein dreiachsiges Fahrzeug dargestellt. Jede Achse 2, 3, 7 verfügt über eine Antriebseinheit 4 c, d, e die über ein Differentialgetriebe 10 mit den Rädern 8 gekoppelt ist.
    Auch hier werden nicht alle Antriebseinheiten bzw. Getriebe 5 c, d, e gleichzeitig geschaltet. Wie oben beschrieben wird zuerst ein Getriebe geschaltet und nachfolgend die weiteren Getriebe. So ist immer sichergestellt, dass zwei Antriebsstränge für den Antrieb sorgen während eines geschaltet werden kann. Denkbar ist allerdings auch, dass zwei Getriebe gleichzeitig geschaltet werden.
  • In allen Varianten wird die Schaltung der Getriebe zentral über die Getriebesteuerung gesteuert. Die Schaltung der Getriebe ist insbesondere für eine unterbrechungsfreie Fahrzeugbeschleunigung wichtig, um den Beschleunigungswechsel des Fahrzeugs 1 zu minimieren. Um den Schaltvorgang weiter zu optimieren, können auch weiter Parameter, wie oben gelistet, von der Getriebesteuerung 9 verwendet werden. Mittels dieser Parameter kann der Schaltvorgang und die Drehzahlanpassung des E-Motors, für eine Antriebseinheit, an die aktuell vorherrschenden Bedingungen anzupassen werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kraftfahrzeug
    2
    Vorderachse
    3
    Hinterachse
    4
    Antriebseinheit
    5
    Getriebe
    6
    E-Motor
    7
    Zwischenachse
    8
    Fahrzeugrad
    9
    Getriebesteuerung
    10
    Differential
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102009002437 A1 [0003]
    • DE 102010062227 A1 [0005]

Claims (7)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs (1) mit elektrischem Antrieb, wobei zumindest zwei Antriebseinheiten (4), die jeweils einen E-Motor (6a ... 6x) und ein Getriebe (5a ... 5x) umfassen, wobei jede Antriebseinheit (4a, b, c) zumindest einem Fahrzeugrad (8) zugeordnet ist und dieses antreibt, und eine Getriebesteuerung (9) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Getriebe (5a...5x), die Schaltstufen und zumindest eine Neutralstellung aufweisen, mittels der Getriebesteuerung derart geschaltet werden, dass sich bei der Fahrzeugbeschleunigung immer nur ein Getriebe (5a ... 5x) in der Neutralstellung befindet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung eines Getriebes (5a...5x) einer Antriebseinheit (4a, b, c) folgende Schritte umfasst: - schalten des entsprechenden E-Motors (6a... 6x) in den Leerlauf - schalten des Getriebes (5a ... 5x) in Neutralstellung - anpassen der Motordrehzahl des entsprechenden E-Motors (6a... 6x) auf Getriebeübersetzungsdrehzahl im gewünschten Gang - schalten des Getriebes (5a... 5x) in den gewünschten Gang.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebe (5a...5x) Zweiganggetriebe mit einer Neutralstellung sind.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Hinterachse (3) des Fahrzeugs (1) jedes Rad von einer Antriebseinheit (4) angetrieben wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens zwei Achsen des Fahrzeugs (1) jeweils eine Antriebseinheit (4) angeordnet ist, die jeweils die Räder (8) der Achse (2, 3, 7) antreibt.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens zwei der Achsen (2,3.7) des Fahrzeugs (1) jeweils ein Rad (8) von einer separaten Antriebseinheit (4a, b, c) angetrieben wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung in Abhängigkeit von mindestens einem der folgenden Parameter abhängt: - Wartezeit - Motormoment - Achs-Eingangsdrehzahl - Motordrehzahl - Kurvenwinkel - Drehzahlunterschied der Räder - Motorenmoment - Beschleunigung - ABS Zustand - Fahrwiderstand - Fahrbahnneigung - Fahrzeugmasse - GPS - vorausliegende Fahrstrecke
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE2350939A1 (en) * 2022-08-09 2024-02-10 Ponsse Oyj Work machine and method in power transmission of work machine
DE102022209177A1 (de) 2022-09-05 2024-03-07 Zf Friedrichshafen Ag Elektrofahrzeuggetriebe
WO2024126597A1 (de) * 2022-12-13 2024-06-20 Man Truck & Bus Se Kräftebasierte bestimmung einer sollgangkombination für mehrere antriebssysteme

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