DE102019211734A1

DE102019211734A1 - Antriebsvorrichtung zum Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe

Info

Publication number: DE102019211734A1
Application number: DE102019211734.1A
Authority: DE
Inventors: Lars Klimentew
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2019-08-05
Filing date: 2019-08-05
Publication date: 2021-02-11

Abstract

Eine Antriebsvorrichtung (2) zum Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe (11) umfasst ein Getriebe (3), eine Antriebsbaugruppe zum Antreiben des Getriebes (3), eine Abtriebsbaugruppe zum Übertragen einer Verstellkraft auf die Fahrzeugbaugruppe (11) und eine Steuereinrichtung (6) zum Steuern der Antriebsbaugruppe. Dabei ist vorgesehen, dass das Getriebe (3) ein drehbar gelagertes, erstes Getriebeteil (33), ein drehbar gelagertes, zweites Getriebeteil (30) und ein drehbar gelagertes, mit dem ersten Getriebeteil (33) und dem zweiten Getriebeteil (30) in Wirkverbindung stehendes, mit der Abtriebsbaugruppe verbundenes, drittes Getriebeteil (31) aufweist und dass die Antriebsbaugruppe einen ersten elektromotorischen Antrieb (4) zum Antreiben des ersten Getriebeteils (33) und einen zweiten elektromotorischen Antrieb (5) zum Antreiben des zweiten Getriebeteils (30) aufweist. Die Steuereinrichtung (6) ist ausgebildet, zum Verdrehen des dritten Getriebeteils (31) in einem ersten Betriebsmodus einen der Antriebe (4, 5) zum Antreiben des zugeordneten Getriebeteils (33, 30) anzusteuern und in einem zweiten Betriebsmodus den ersten Antrieb (4) zum Antreiben des ersten Getriebeteils (33) und den zweiten Antrieb (5) zum Antreiben des zweiten Getriebeteils (30) anzusteuern.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung zum Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Steuern einer Antriebsvorrichtung zum Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe.
Eine derartige Antriebsvorrichtung weist ein Getriebe, eine Antriebsbaugruppe zum Antreiben des Getriebes, eine Abtriebsbaugruppe zum Übertragen einer Verstellkraft auf die Fahrzeugbaugruppe und eine Steuereinrichtung zum Steuern der Antriebsbaugruppe auf.
Eine solche Antriebsvorrichtung kann zum Beispiel als Türantrieb zum Verstellen einer Fahrzeugtür, zum Beispiel einer Fahrzeugseitentür oder einer Heckklappe, ausgebildet sein.
Eine beispielsweise aus der DE 10 2015 215 627 A1 bekannte Antriebsvorrichtung ist ortsfest an einer Fahrzeugtür angeordnet und weist ein Getriebe in Form eines Planetenradgetriebes auf, das über einen elektromotorischen Antrieb angetrieben werden kann, um eine Seiltrommel zu verdrehen. Die Seiltrommel ist über ein Übertragungselement in Form eines Zugseils mit einem Verstellteil in Form eines gelenkig mit einer Fahrzeugkarosserie verbundenen Fangbands gekoppelt derart, dass durch Verdrehen der Seiltrommel das Verstellteil gegenüber der Seiltrommel verstellt und dadurch die Fahrzeugtür relativ zur Fahrzeugkarosserie bewegt werden kann.
Eine Antriebsvorrichtung, zum Beispiel in Form eines Türantriebs, soll in einem Automatikbetrieb ein automatisches Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe, beispielsweise einer Fahrzeugtür, ohne einen Nutzereingriff ermöglichen.
Im Rahmen eines solchen automatischen Verstellens wird die Fahrzeugbaugruppe beispielsweise zwischen vorbestimmten Positionen elektromotorisch bewegt, wobei hierzu ein vergleichsweise großes Drehmoment zur Verfügung gestellt werden muss, bei jedoch vergleichsweise geringer Verstellgeschwindigkeit der Fahrzeugbaugruppe und somit geringer Drehzahl eines elektromotorischen Antriebs.
Bei einer solchen Antriebsvorrichtung ist zudem jedoch wünschenswert, einen Servobetrieb zur Verfügung zu stellen, in dem ein manuelles Verstellen der Fahrzeugbaugruppe durch einen Nutzer elektromotorisch unterstützt wird derart, dass ein Nutzer über einen Verstellweg (nur) eine nach Möglichkeit gleichförmige Verstellkraft aufzubringen hat, eine darüber hinaus erforderliche Kraft aber von der Antriebsvorrichtung zur Verfügung gestellt wird. Im Rahmen eines solchen Servobetriebs ist das von der Antriebsvorrichtung bereitzustellende Drehmoment geringer als in einem Automatikbetrieb, weil der Nutzer zumindest einen Teil der erforderlichen Verstellkraft selbst aufbringt. Das Verstellen erfolgt dabei aber üblicherweise deutlich schneller, sodass die Antriebsvorrichtung mit erhöhter Drehzahl und zudem vergleichsweise großer Leistung betrieben werden muss.
Dies erfordert das Einstellen unterschiedlicher Betriebspunkte an einem elektromotorischen Antrieb der Verstelleinrichtung. Zudem kann mit einem herkömmlichen Antrieb nicht ohne weiteres ein Betriebspunkt eingestellt werden, bei dem sowohl eine große Drehzahl als auch eine große Leistung für ein servounterstütztes Verstellen bereitgestellt werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Antriebsvorrichtung und ein Verfahren zum Steuern einer Antriebsvorrichtung zum Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe zur Verfügung zu stellen, die eine variable Auslegung eine Antriebsvorrichtung zum Bereitstellen eines Automatikbetriebs und eines Servobetriebs ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Demnach weist das Getriebe ein drehbar gelagertes, erstes Getriebeteil, ein drehbar gelagertes, zweites Getriebeteil und ein drehbar gelagertes, mit dem ersten Getriebeteil und dem zweiten Getriebeteil in Wirkverbindung stehendes, mit der Abtriebsbaugruppe verbundenes, drittes Getriebeteil auf. Die Antriebsbaugruppe weist einen ersten elektromotorischen Antrieb zum Antreiben des ersten Getriebeteils und einen zweiten elektromotorischen Antrieb zum Antreiben des zweiten Getriebeteils auf. Die Steuereinrichtung ist ausgebildet, zum Verdrehen des dritten Getriebeteils in einem ersten Betriebsmodus einen der Antriebe zum Antreiben des zugeordneten Getriebeteils anzusteuern und in einem zweiten Betriebsmodus den ersten Antrieb zum Antreiben des zweiten Getriebeteils und den zweiten Antrieb zum Antreiben des zweiten Getriebeteils anzusteuern.
Die Antriebsbaugruppe zum Antreiben des Getriebes weist demnach zwei elektromotorische Antriebe auf. Ein jeder Antrieb dient dazu, ein zugeordnetes Getriebeteil anzutreiben, sodass über die Antriebe unterschiedliche Getriebeteile des Getriebes in überlagerter Weise angetrieben werden können.
Gesteuert durch die Steuereinrichtung können die Antriebe hierbei wahlweise zugeschaltet oder abgeschaltet werden.
So wird in dem ersten Betriebsmodus lediglich einer der Antriebe bestromt, sodass lediglich eines der Getriebeteile aktiv angetrieben wird. Ein Drehmoment wird somit im ersten Betriebsmodus lediglich über den aktiven Antrieb eingespeist, während der andere Antrieb nicht bestromt wird. Der erste Betriebsmodus kann beispielsweise einem Automatikbetrieb zugeordnet sein, sodass in dem ersten Betriebsmodus ein Verstellen der Fahrzeugbaugruppe ohne Nutzereingriff bei vergleichsweise geringer Verstellgeschwindigkeit erfolgt.
In dem zweiten Betriebsmodus hingegen werden beide Antriebe bestromt, und somit werden sowohl das erste Getriebeteil als auch das zweite Getriebeteil angetrieben. Es erfolgt somit ein überlagertes Einspeisen von Drehmomenten über die Antriebe in das Getriebe, und entsprechend wird das der Abtriebsbaugruppe zugeordnete, dritte Getriebeteil mit erhöhter Leistung zum Verstellen der Abtriebsbaugruppe angetrieben. Der zweite Betriebsmodus kann beispielsweise einem Servobetrieb zugeordnet sein, in dem ein manuelles Verstellen der Fahrzeugbaugruppe durch einen Nutzer elektromotorisch durch die Antriebsvorrichtung unterstützt wird, wobei das Verstellen mit vergleichsweise großer Verstellgeschwindigkeit und somit bei vergleichsweise großer Leistung der Antriebsvorrichtung erfolgt.
Dadurch, dass die Antriebsbaugruppe der Antriebsvorrichtung zwei (gesonderte) elektromotorische Antriebe aufweist, können an der Antriebsvorrichtung zwei gesonderte Betriebspunkte eingestellt werden, die hinsichtlich der unterschiedlichen Betriebsmodi optimiert sind. So kann ein erster Betriebspunkt dem ersten Betriebsmodus zugeordnet sein und ein Verstellen der Fahrzeugbaugruppe in einem Automatikbetrieb mit günstigem Wirkungsgrad ermöglichen. Ein zweiter Betriebspunkt kann demgegenüber dem zweiten Betriebsmodus, in dem eine Antriebswirkung beider Antriebe überlagert ist, zugeordnet sein und ein Verstellen der Fahrzeugbaugruppe in einem Servobetrieb bei hoher Verstellgeschwindigkeit und großer Leistung ermöglichen.
In einer Ausgestaltung ist das Getriebe durch ein Planetengetriebe ausgebildet. Ein solches Planetengetriebe kann beispielsweise als einstufiges Planetengetriebe ausgebildet sein und weist ein um eine Drehachse drehbares Sonnenrad mit einer um die Drehachse umlaufenden Außenverzahnung, einen um die Drehachse drehbaren Planetenträger, zumindest ein drehbar an dem Planetenträger gelagertes Planetenrad und ein um die Drehachse drehbares Hohlrad mit einer um die Drehachse umlaufenden Innenverzahnung auf. Das zumindest eine Planetenrad kämmt hierbei sowohl mit der Außenverzahnung des Sonnenrads als auch mit der Innenverzahnung des Hohlrads, sodass eine Relativbewegung zwischen dem Sonnenrad und dem Hohlrad zu einer Drehbewegung an dem zumindest eine Planetenrad und - abhängig von der Bewegung des Hohlrads und des Sonnenrads - zu einer Bewegung des Planetenträgers führt.
Ein das Getriebe verwirklichende Planetengetriebe kann aber auch als zweistufiges oder mehrstufiges Planetengetriebe ausgebildet sein.
Ist das Getriebe zum Beispiel durch ein einstufiges Planetengetriebe ausgebildet, so kann das erste Getriebeteil beispielsweise durch das Sonnenrad und das zweite Getriebeteil durch das Hohlrad des Planetenradgetriebes gebildet sein. Das dritte Getriebeteil kann in diesem Fall beispielsweise durch den Planetenträger verwirklicht sein.
Es sind jedoch auch andere Zuordnungen denkbar und möglich. So kann das dritte Getriebeteil beispielsweise auch durch das Sonnenrad oder das Hohlrad verwirklicht sein. Entsprechend kann das erste Getriebeteil beispielsweise auch durch den Planetenträger oder das Hohlrad und das zweite Getriebeteil durch den Planetenträger oder das Sonnenrad ausgebildet sein.
Über das dritte Getriebeteil erfolgt im Betrieb der Abtrieb. Das dritte Getriebeteil ist hierzu mit einer Welle der Abtriebsbaugruppe verbunden, sodass eine Drehbewegung des dritten Getriebeteils in eine Drehbewegung der Welle übertragen wird. Die Welle ist der Abtriebsbaugruppe zugeordnet, sodass über die Welle ein Drehmoment zum Verstellen der Fahrzeugbaugruppe, beispielsweise der Fahrzeugtür relativ zu einer Fahrzeugkarosserie, bewirkt wird.
In dem ersten Betriebsmodus wird lediglich einer der Antriebe bestromt und somit lediglich eines der Getriebeteil angetrieben. Das dem anderen Antrieb zugeordnete Getriebeteil wird demgegenüber festgehalten, sodass das Getriebe als übliches Standgetriebe wirkt, bei dem eine Drehbewegung des dem aktiven Antrieb zugeordneten Getriebeteils in eine Drehbewegung des dem Abtrieb zugeordneten Getriebeteils übersetzt wird. Wird beispielsweise das Sonnenrad über einen zugeordneten, aktiven Antrieb angetrieben, kann das Hohlrad festgestellt sein, sodass eine Antriebsbewegung des Sonnenrads in eine Drehbewegung des Planetenträgers übersetzt und über den Planetenträger auf den Abtrieb übertragen wird.
Das Feststellen des dem anderen Antrieb zugeordneten Getriebeteils kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. So kann der andere Antrieb oder eine Getriebeverbindung, über die der andere Antrieb mit dem zugeordneten Getriebeteil verbunden ist, zum Beispiel selbsthemmend ausgebildet sein. In diesem Fall wird das Getriebeteil über den Antrieb bzw. die den Antrieb mit dem Getriebeteil verbindende Getriebeverbindung festgehalten. Alternativ kann die Antriebsvorrichtung beispielsweise eine (schaltbare) Bremse aufweisen, über die der andere Antrieb und/oder das dem anderen Antrieb zugeordnete Getriebeteil im ersten Betriebsmodus festgestellt wird.
Einer oder beide der Antriebe können über eine eine Übersetzungsstufe bereitstellende Getriebeverbindung mit dem zugeordneten Getriebeteil verbunden sein. Zwischen dem Antrieb und dem jeweils zugeordneten Getriebeteil kann somit eine zusätzliche Übersetzungsstufe vorhanden sein, sodass eine Antriebsbewegung des jeweiligen Antriebs übersetzt wird in eine Drehbewegung des jeweils zugeordneten Getriebeteils.
Beispielsweise kann eine solche Getriebeverbindung durch ein Schneckengetriebe verwirklicht sein. Beispielsweise kann eine Antriebswelle des jeweiligen Antriebs eine Antriebsschnecke tragen, die mit einer Stirnradverzahnung des jeweils zugeordneten Getriebeteils kämmt, sodass über die Getriebeverbindung eine Untersetzung der Drehzahl, aber eine Übersetzung des Drehmoments erfolgt.
Eine solche Getriebeverbindung kann vorteilhafterweise selbsthemmend ausgebildet sein.
In einer Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, in dem zweiten Betriebsmodus den ersten Antrieb und den zweiten Antrieb für eine gleichgerichtete Bewegung des ersten Getriebeteils und des zweiten Getriebeteils anzusteuern. Im zweiten Betriebsmodus werden somit beide Antriebe aktiv bestromt und somit angetrieben, sodass das Getriebe als Überlagerungsgetriebe wirkt, das durch die Antriebe eingeleitete Drehmomente überlagert und auf das dem Abtrieb zugeordnete dritte Getriebeteil überträgt.
Dadurch, dass die den Antrieben zugeordneten Getriebeteile gleichgerichtet bewegt werden, überlagern sich die Drehbewegungen, sodass sich die Drehzahl des dritten Getriebeteils vergrößert. Werden die durch die Antriebe angetriebenen Getriebeteile mit gleicher Drehzahl verdreht, so entspricht die Drehzahl des dritten Getriebeteils beispielsweise der Drehzahl des ersten und zweiten Getriebeteils. Das Getriebe wirkt somit als Kupplung, die die Drehzahl der Getriebeteile unverändert auf das dritte Getriebeteil überträgt.
Insbesondere kann die Drehzahl des dritten Getriebeteils in dem ersten Betriebsmodus kleiner sein als in dem zweiten Betriebsmodus. Der erste Betriebsmodus kann hierbei vorzugsweise einem Automatikbetrieb zugeordnet sein, im Rahmen dessen die Fahrzeugbaugruppe automatisch, also ohne Nutzereingriff, verstellt wird. Der zweite Betriebsmodus ist demgegenüber vorzugsweise einem Servobetrieb zugeordnet, im Rahmen dessen ein manuelles Verstellen der Fahrzeugbaugruppe elektromotorisch durch die Antriebsvorrichtung unterstützt wird. Im zweiten Betriebsmodus ist die Verstellgeschwindigkeit der Fahrzeugbaugruppe höher, und dementsprechend ist die durch die Antriebsvorrichtung bereitzustellende Drehzahl deutlich größer als in dem dem Automatikbetrieb zugeordneten, ersten Betriebsmodus.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Steuern einer Antriebsvorrichtung zum Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe, bei dem eine Steuereinrichtung eine Antriebsbaugruppe zum Antreiben einer über ein Getriebe mit der Antriebsbaugruppe verbundenen Abtriebsbaugruppe steuert, um eine Verstellkraft auf die Fahrzeugbaugruppe zu übertragen. Dabei ist vorgesehen, dass das Getriebe ein drehbar gelagertes, erstes Getriebeteil, ein drehbar gelagertes, zweites Getriebeteil und ein drehbar gelagertes, mit dem ersten Getriebeteil und dem zweiten Getriebeteil in Wirkverbindung stehendes, mit der Abtriebsbaugruppe verbundenes, drittes Getriebeteil aufweist. Weiter ist vorgesehen, dass die Antriebsbaugruppe einen ersten elektromotorischen Antrieb zum Antreiben des ersten Getriebeteils und einen zweiten elektromotorischen Antrieb zum Antreiben des zweiten Getriebeteils aufweist. Die Steuereinrichtung steuert zum Verdrehen des dritten Getriebeteils in einem ersten Betriebsmodus einen der Antriebe zum Antreiben des zugeordneten Getriebeteils an. In einem zweiten Betriebsmodus hingegen steuert die Steuereinrichtung den ersten Antrieb zum Antreiben des ersten Getriebeteils und den zweiten Antrieb zum Antreiben des zweiten Getriebeteils an.
Die vorangehend für die Antriebsvorrichtung beschriebenen Vorteile und vorteilhaften Ausgestaltungen sind identisch auch auf das Verfahren anwendbar, sodass diesbezüglich auf das vorangehend Ausgeführte verwiesen werden soll.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke soll nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:

1 eine Ansicht einer Fahrzeugbaugruppe in Form einer Fahrzeugseitentür, die relativ zu einer Fahrzeugkarosserie zu verstellen ist;
2 eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Antriebsvorrichtung, mit einer zwei Antriebe umfassenden Antriebsbaugruppe und einem als Planetengetriebe ausgebildeten Getriebe;
3 eine schematische Ansicht einer Antriebsvorrichtung, nach einem Ausführungsbeispiel;
4 eine Ansicht eines anderen Ausführungsbeispiels einer Antriebsvo rrichtu ng ;
5A eine Ansicht einer veränderlichen Drehzahl, bei feststehendem Hohlrad des als Planetengetriebe ausgebildeten Getriebes;
5B eine Ansicht einer veränderlichen Drehzahl, bei feststehendem Sonnenrad des als Planetengetriebe ausgebildeten Getriebes;
5C eine Ansicht der Drehzahl, bei Antreiben sowohl des Sonnenrads als auch des Hohlrads;
6 eine Ansicht der veränderlichen Drehzahl, bei Betreiben der Antriebsvorrichtung in unterschiedlichen Betriebsmodi;
7 eine Ansicht einer Motorkennlinie; und
8 eine Ansicht von überlagerten Motorkennlinien zweier Antriebe der Antriebsvorrichtung.

1 zeigt eine Anordnung eines Fahrzeugs 1, bei der eine Fahrzeugbaugruppe 11 in Form einer Fahrzeugtür, insbesondere einer Fahrzeugseitentür, über einen Türscharnier 111 verschwenkbar an einer Fahrzeugkarosserie 10 angeordnet ist. Die Fahrzeugbaugruppe 11 kann entlang einer Öffnungsrichtung O zwischen einer geschlossenen Stellung, in der eine Öffnung in der Fahrzeugkarosserie 10 verschlossen ist, und einer geöffneten Stellung verschwenkt werden, um beispielsweise einem Nutzer einen Einstieg in das Fahrzeug 1 zu ermöglichen.
Die Fahrzeugbaugruppe 11 kann über eine Antriebsvorrichtung 2 elektromotorisch verstellt werden. Die Antriebsvorrichtung 2 ist beispielsweise ortsfest in einem Innenraum 110 der Fahrzeugbaugruppe 11 angeordnet und wirkt auf ein über ein Gelenk 20 gelenkig mit der Fahrzeugkarosserie 10 verbundenes Verstellteil, zum Beispiel in Form eines Fangbands ein, um darüber eine Relativkraft zwischen der Fahrzeugbaugruppe 11 und der Fahrzeugkarosserie 10 zum Verstellen der Fahrzeugbaugruppe 11 zu bewirken.
Eine in 2 in einem Ausführungsbeispiel dargestellte Antriebsvorrichtung 2 weist ein Getriebe 3 auf, das als Planetengetriebe ausgebildet ist und zum Antreiben einer einen Abtrieb bereitstellenden, um eine Drehachse D drehbaren Welle 34 dient. Über die Welle 34 kann beispielsweise ein Abtriebselement angetrieben werden, beispielsweise eine Seiltrommel wie in der DE 10 2015 215627A1 beschrieben, um auf diese Weise das Verstellteil 21 relativ zu der Antriebsvorrichtung 2 zu verstellen und darüber die Fahrzeugbaugruppe 11 zu bewegen. Die Welle 34 kann dazu an einem Ende 340 mit einem Abtriebselement, zum Beispiel einer Seiltrommel oder einem Zahnrad, gekoppelt sein. An einem gegenüberliegenden Ende 341 der Welle 34 kann demgegenüber beispielsweise eine Sensoreinrichtung zum Detektieren der (absoluten oder relativen) Position der Welle 34 angeordnet sein,
Das Getriebe 30 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als einstufiges Planetengetriebe ausgebildet, das ein äußeres Hohlrad 30, ein inneres Sonnenrad 33, einen Planetenträger 31 und eine Mehrzahl von drehbar um Lagerachsen 320 an dem Planetenträger 31 gelagerten Planetenrädern 32 aufweist. Das Hohlrad 30 weist eine innenseitig umlaufende Innenverzahnung 301 auf. Das Sonnenrad 33 bildet demgegenüber eine außenseitig umlaufende Außenverzahnung 330 aus. Die Planetenräder 32 sind als Stirnräder ausgebildet und kämmen sowohl mit der Innenverzahnung 301 des Hohlrads 30 als auch mit der Außenverzahnung 330 des Sonnenrads 33.
Das Hohlrad 30 ist über einen Lagerbund 300 drehbar zu der Welle 34 gelagert und somit um die Drehachse D relativ zur Welle 34 drehbar. Das Sonnenrad 33 ist ebenso an der Welle 34 drehbar gelagert und somit ebenfalls um die Drehachse D zur Welle 34 drehbar. Der Planetenträger 31 demgegenüber ist drehfest mit der Welle 34 verbunden, sodass eine Drehbewegung des Planetenträgers 31 zu einer Drehbewegung der Welle 34 führt.
Die Antriebsvorrichtung 2 weist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Antriebsbaugruppe auf, die aus zwei gesonderten elektromotorischen Antrieben 4, 5 besteht. Die Antriebe 4, 5 dienen zum Antreiben unterschiedlicher Getriebeteile des Getriebes 3, sodass über die Antriebe 4, 5 in überlagerter Weise Drehmomente in das Getriebe 3 und darüber in die Welle 34 eingeleitet werden können.
Eine Steuereinrichtung 6 dient zum Steuern der Antriebe 4, 5, insbesondere zum Schalten zwischen unterschiedlichen Betriebsmodi.
Ein erster Antrieb 4 ist dem Sonnenrad 33 zugeordnet und steht über eine Getriebeverbindung 40 in Form eines Schneckengetriebes mit einer an dem Sonnenrad 33 geformten Stirnradverzahnung 331 in Verzahnungseingriff. Die Getriebeverbindung 40 ist durch eine an einer Antriebswelle 400 angeordnete Antriebsschnecke 401 des Antriebs 4 gebildet, die mit der Stirnradverzahnung 331 kämmt, sodass eine Drehbewegung der Antriebswelle 400 bei untersetzter Drehzahl, aber übersetztem Drehmoment in eine Drehbewegung des Sonnenrads 33 umgesetzt wird.
Ein zweiter Antrieb 5 ist demgegenüber dem Hohlrad 30 zugeordnet und dient zum Antreiben des Hohlrads 30. Hierzu ist der Antrieb 5 über eine (in 2 nicht im Detail ersichtliche) Getriebeverbindung 50 mit dem Hohlrad 30 wirkverbunden, beispielsweise über ein Schneckengetriebe, analog wie dies bei dem Antrieb 4 verwirklicht ist. Insbesondere kann eine Antriebsschnecke des Antriebs 5 mit einer umlaufenden, außenseitigen Stirnradverzahnung 302 des Hohlrads 30 in Verzahnungseingriff stehen, sodass über den Antrieb 5 das Hohlrad 30 in eine Drehbewegung versetzt werden kann.
Die Funktionsweise der Antriebsvorrichtung 2 ist - in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen - in den schematischen Ansichten gemäß 3 und 4 veranschaulicht. Antriebe 4, 5 sind unterschiedlichen Getriebeteilen, nämlich dem Sonnenrad 33 und dem Hohlrad 30, zugeordnet und dienen zum (überlagerten) Antreiben der Getriebeteile 33, 30. Die abtriebsseitige Welle 34 ist demgegenüber mit dem Planetenträger 31 verbunden, sodass eine Drehbewegung des Planetenträgers 31 in eine Drehbewegung der Welle 34 um die Drehachse D umgesetzt wird.
Während bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 die Antriebe 4, 5 über je eine Kupplung und somit ohne wesentliche Über-/Untersetzung mit den zugeordneten Getriebeteilen 33, 30 verbunden sind, sind die Antriebe 4, 5 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 über zusätzliche Getriebeverbindungen 40, 50, die Über-/Untersetzungsstufen darstellen können, mit den zugeordneten Getriebeteilen 33, 30 gekoppelt. Über die Getriebeverbindungen 40, 50 können die durch die Antriebe 4, 5 bereitgestellten Antriebsmomente und Drehzahlen für eine Überlagerung am Getriebe 3 in geeigneter Weise angepasst werden.
Die Antriebsvorrichtung 2 kann in unterschiedliche Betriebsmodi geschaltet werden.
Ein erster Betriebsmodus kann beispielsweise einem Automatikbetrieb zum automatischen, nutzerunabhängigen Verstellen der Fahrzeugbaugruppe 11 zugeordnet sein. In einem solchen Automatikbetrieb soll die Fahrzeugbaugruppe 11 zum Beispiel mit vergleichsweise niedriger Verstellgeschwindigkeit verstellt werden, sodass eine vergleichsweise geringe Drehzahl an der abtriebsseitigen Welle 34 erforderlich ist.
In dem ersten Betriebsmodus ist vorgesehen, dass lediglich einer der Antriebe 4, 5 aktiv angetrieben und somit ein Drehmoment lediglich über eins der Getriebeteile 33, 30 in das Getriebe 3 eingeleitet wird. Der andere Antrieb 5, 4 ist demgegenüber inaktiv und wird entsprechend nicht bestromt.
In dem ersten Betriebsmodus kann vorgesehen sein, dass das dem inaktiven Antrieb 5, 4 zugeordnete Getriebeteil 30, 33 festgehalten wird, sodass das Getriebe 3 als Standgetriebe wirkt. Hierzu kann der jeweilige Antrieb 5, 4 und/oder die dem Antrieb zugeordnete Getriebeverbindung 50, 40 selbsthemmend ausgebildet sein, sodass das zugeordnete Getriebeteil 30, 33 über den Antrieb 5, 4 bzw. die Getriebeverbindung 50, 40 festgestellt ist. Zusätzlich oder alternativ kann eine Bremsvorrichtung vorgesehen sein, die geschaltet werden kann, um im ersten Betriebsmodus das zugeordnete Getriebeteil festzustellen.
Möglich ist hierbei, im ersten Betriebsmodus den dem Sonnenrad 33 zugeordneten Antrieb 4 zu bestromen und somit das Sonnenrad 33 anzutreiben, während der dem Hohlrad 30 zugeordnete Antrieb 5 inaktiv ist. Umgekehrt ist aber auch möglich, im ersten Betriebsmodus das Hohlrad 30 über den Antrieb 5 anzutreiben, während das Sonnenrad 33 festgestellt ist.
Wird das Hohlrad 30 festgehalten, so wird eine Drehzahl (n_{an_Sonne}) des Sonnenrads 33 in eine reduzierte Drehzahl (n_{an_Steg}) des Planetenträgers 31 und damit der abtriebsseitigen Welle 34 untersetzt, wie dies in 5A (anhand der zum Beispiel über der Zeit t veränderlichen Drehzahl) dargestellt ist. Wird, wie in 5B dargestellt, hingegen das Sonnenrad 33 festgehalten und das Hohlrad 30 angetrieben, wird die Drehzahl (n_{an_Hohlrad}) des Hohlrads 30 in eine ebenfalls reduzierte Drehzahl (n_{ab_steg}) des Planetenträgers 31 und somit der abtriebsseitigen Welle 34 untersetzt. Die sich ergebende, maximale Drehzahl (n_max1, n_max2) ist hierbei bei festgehaltenem Sonnenrad 33 (5B) größer als bei festgehaltenem Hohlrad 30 (5A).
Im ersten Betriebsmodus kann durch Antreiben des Getriebes 3 durch einen (einzigen) Antrieb 4, 5 die Antriebsvorrichtung 2 auf einen Betriebspunkt BP1 mit hoher Leistung (P_max) und hohem Wirkungsgrad optimiert werden, wie sich dies aus der schematisch in 7 dargestellten Motorkennlinie eines einzelnen Antriebs 4, 5 ergibt. Im ersten Betriebsmodus kann somit durch Ansteuern eines einzigen Antriebs 4, 5 die Fahrzeugbaugruppe 11 mit vergleichsweise niedriger Verstellgeschwindigkeit, aber gutem Wirkungsgrad verstellt werden.
Im zweiten Betriebsmodus werden beide Antriebe 4, 5 aktiv bestromt und treiben somit das jeweils zugeordnete Getriebeteil 33, 30 an. Die Steuereinrichtung 6 steuert hierbei die Antriebe 4, 5 derart, dass die Getriebeteile 33, 30 mit gleichgerichtetem Drehsinn um die Drehachse D angetrieben werden. Werden die Getriebeteile 33, 30 beispielsweise mit gleicher Drehzahl (na_{n_Sonne}, n_{an_Hohlrad}) verdreht, so entspricht die Drehzahl des Planetenträgers 31 und damit der abtriebsseitigen Welle 34 (n_{ab_Steg}) der Drehzahl der Getriebeteile 33, 30, wie dies schematisch in 5C veranschaulicht ist. Ein gleichgerichtetes, gleichförmiges Antreiben der Getriebeteile 33, 30 über die getrennten Antriebe 4, 5 ermöglicht somit ein Verstellen der abtriebsseitigen Welle 34 mit maximaler Drehzahl (n_maxll).
Während bei Bestromen lediglich eines Antriebs 4, 5 das Getriebe 3 als Standgetriebe mit durch die Bauform des Planetenradgetriebes vorgegebener Übersetzung / Untersetzung wirkt, wirkt das Getriebe 3 bei Antreiben beider Antriebe 4, 5 als Überlagerungsgetriebe (3-Wellen-Getriebe). Werden die den Antrieben 4, 5 zugeordneten Getriebeteile 33, 30 mit gleicher Drehzahl bewegt, so wirkt das Getriebe 3 im Wesentlichen als Kopplung, bei der die Drehzahl der Getriebeteile 33, 30 direkt in eine Drehbewegung des Planetenträgers 31 und darüber der Welle 34 umgesetzt wird.
Das Betriebsverhalten in den unterschiedlichen Betriebsmodi ist in 6 schematisch veranschaulicht. In dem ersten Betriebsmodus (Bereich I) ist lediglich ein Antrieb 4, 5 (zum Beispiel der Antrieb 4) aktiv, während der andere Antrieb 5, 4 nicht bestromt und das diesem Antrieb 5, 4 zugeordnete Getriebeteil 30 festgehalten ist. In einem zweiten Betriebsmodus (Bereich II) ist demgegenüber der andere Antrieb 5, 4 zugeschaltet. Es ergibt sich eine Überlagerung der Drehzahlen der Getriebeteile 33, 30 (n_an1, n_an2) und eine resultierende Drehzahl der Welle 34 (n_{ab_Steg}).
In dem ersten Betriebsmodus kann hierbei zum Beispiel auf einen ersten Betriebspunkt BP1 bei einer ersten Drehzahl (n₁) optimiert werden (zum Beispiel über eine Drehzahlregelung). In dem zweiten Betriebsmodus kann demgegenüber auf einen zweiten Betriebspunkt BP2 bei einer zweiten Drehzahl (n2) optimiert werden (zum Beispiel unter Verwendung einer Drehzahlregelung und/oder einer Stromregelung).
Das Verwenden der zwei Antriebe 4, 5 ermöglicht hierbei auch neue Regelstrategien, indem wahlweise zum Beispiel drehzahlabhängig einer der Antriebe 4, 5 zugeschaltet oder abgeschaltet wird, beispielsweise wenn das durch einen Antrieb 4, 5 bereitgestellte Drehmoment zum Verstellen der Verstellbaugruppe 11 (zum Beispiel ab einer Grenzdrehzahl n_G) nicht (mehr) hinreichend ist und somit der andere Antrieb 5, 4 unterstützend mitwirken soll.
Wie in 8 veranschaulicht ist, ergibt sich abhängig vom Betriebsmodus eine Überlagerung der Drehmomente, sodass im zweiten Betriebsmodus die Antriebe 4, 5 in überlagerter Weise zusammenwirken, um ein Verstellen der Welle 34 bei hoher Drehzahl und hoher Leistung zu ermöglichen (Betriebspunkt BP1). Im ersten Betriebsmodus hingegen ist nur einer der Antriebe 4, 5 aktiv, und entsprechend wird die Drehzahl und das zur Verfügung stehende Drehmomente durch die Motorkennlinie des aktiven Antriebs 4, 5 bestimmt (Betriebspunkt BP1).
Dies ermöglicht, im Automatikbetrieb die Fahrzeugbaugruppe 11 mit vergleichsweise kleiner Verstellgeschwindigkeit, aber hinreichender Leistung und gutem Wirkungsgrad zu verstellen (erster Betriebsmodus). Im Servobetrieb hingegen kann ein Verstellen der Fahrzeugbaugruppe 11 mit großer Verstellgeschwindigkeit und hoher Leistung unterstützt werden, wobei in diesem Fall die Antriebe 4, 5 gemeinsam zum Bereitstellen einer großen Leistung bei großer Drehzahl wirken (zweiter Betriebsmodus).
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke ist nicht auf die vorangehend geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern lässt sich auch in anderer Weise verwirklichen.
Ein Überlagerungsgetriebe kann grundsätzlich auch anders ausgestaltet sein. Insbesondere kann ein Planetengetriebe anderer Bauform, beispielsweise mit anders dimensionierten Elementen und mehr als einer Stufe verwendet werden.
Durch den zweiten Antrieb ergibt sich die Möglichkeit für eine variable Drehzahlübersetzung hin zum Abtrieb. Die Auslegung des ersten Antriebs kann auf den Betriebspunkt des elektrischen Betriebs hin erfolgen, was ermöglicht, die Motorleistung des Antriebs kleiner auszuwählen als für den Fall, dass der Antrieb sowohl den Automatikbetrieb als auch den Servobetrieb abdecken müsste. Hierdurch können sich Kosteneinsparungen durch eine verringerte elektrische Leistung bei Motor und Steuerelektronik ergeben.
Da die Motorleistung und das Motormoment der einzelnen Antriebe gegebenenfalls kleiner ausgewählt werden kann, kann sich auch der Bauraumbedarf der Antriebsvorrichtung verringern.
Durch die Wahl einer Übersetzung einer vorgeschalteten Getriebestufe kann ein Unterstützungsbereich (bei Verwendung beider Antriebe) variiert werden, was die Anpassung an verschiedenen Last- und Drehzahlanforderungen ermöglicht.
Die Wahl einer zusätzlichen Bremse oder eines selbsthemmenden Getriebes ermöglicht den Einsatz von Antrieben mit einer niedrigen Leistung.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
10: Karosserie
11: Fahrzeugbaugruppe (Fahrzeugtür)
110: Türinnenraum
111: Türscharnier
2: Antriebsvorrichtung
20: Gelenk
21: Verstellteil (Fangband)
3: Getriebe
30: Zweites Getriebeteil (Hohlrad)
300: Lagerbund
301: Innenverzahnung
302: Stirnradverzahnung
31: Drittes Getriebeteil (Planetenträger)
32: Planetenräder
320: Lagerachse
33: Erstes Getriebeteil (Sonnenrad)
330: Verzahnung
331: Stirnradverzahnung
34: Welle
340,341: Ende
4: Antrieb
40: Übersetzungsgetriebe
400: Antriebswelle
401: Antriebsschnecke
5: Antrieb
50: Übersetzungsgetriebe
6: Steuereinrichtung
BP1, BP2: Betriebspunkt
D: Drehachse
O: Öffnungsrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015215627 A1 [0004, 0035]

Claims

Antriebsvorrichtung (2) zum Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe (11), mit einem Getriebe (3), einer Antriebsbaugruppe zum Antreiben des Getriebes (3), einer Abtriebsbaugruppe zum Übertragen einer Verstellkraft auf die Fahrzeugbaugruppe (11) und einer Steuereinrichtung (6) zum Steuern der Antriebsbaugruppe, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (3) ein drehbar gelagertes, erstes Getriebeteil (33), ein drehbar gelagertes, zweites Getriebeteil (30) und ein drehbar gelagertes, mit dem ersten Getriebeteil (33) und dem zweiten Getriebeteil (30) in Wirkverbindung stehendes, mit der Abtriebsbaugruppe verbundenes, drittes Getriebeteil (31) aufweist und dass die Antriebsbaugruppe einen ersten elektromotorischen Antrieb (4) zum Antreiben des ersten Getriebeteils (33) und einen zweiten elektromotorischen Antrieb (5) zum Antreiben des zweiten Getriebeteils (30) aufweist, wobei die Steuereinrichtung (6) ausgebildet ist, zum Verdrehen des dritten Getriebeteils (31) in einem ersten Betriebsmodus einen der Antriebe (4, 5) zum Antreiben des zugeordneten Getriebeteils (33, 30) anzusteuern und in einem zweiten Betriebsmodus den ersten Antrieb (4) zum Antreiben des ersten Getriebeteils (33) und den zweiten Antrieb (5) zum Antreiben des zweiten Getriebeteils (30) anzusteuern.
Antriebsvorrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (3) durch ein Planetengetriebe ausgebildet ist.
Antriebsvorrichtung (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe ein um eine Drehachse (D) drehbares Sonnenrad mit einer um die Drehachse (D) umlaufenden Außenverzahnung (330), einen um die Drehachse (D) drehbaren Planetenträger (31), zumindest ein drehbar an dem Planetenträger (31) gelagertes Planetenrad (32) und ein um die Drehachse (D) drehbares Hohlrad mit einer um die Drehachse (D) umlaufenden Innenverzahnung (301) aufweist, wobei das zumindest eine Planetenrad (32) mit der Außenverzahnung (330) des Sonnenrads und mit der Innenverzahnung (301) des Hohlrads kämmt.
Antriebsvorrichtung (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Getriebeteil (33) durch das Sonnenrad des Planetengetriebes und das zweite Getriebeteil (30) durch das Hohlrad des Planentengetriebes gebildet ist.
Antriebsvorrichtung (2) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Getriebeteil (31) durch den Planetenträger gebildet ist.
Antriebsvorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Getriebeteil (31) mit einer Welle (34) der Abtriebsbaugruppe zum Übertragen einer Drehbewegung auf die Abtriebsbaugruppe verbunden ist.
Antriebsvorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Betriebsmodus das dem anderen der Antriebe (5, 4) zugeordnete Getriebeteil (30, 33) festgehalten wird.
Antriebsvorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Antriebe (5, 4) über eine Getriebeverbindung mit dem zugeordneten Getriebeteil (30, 33) verbunden ist.
Antriebsvorrichtung (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeverbindung durch ein Schneckengetriebe ausgebildet ist.
Antriebsvorrichtung (2) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeverbindung selbsthemmend ist.
Antriebsvorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (6) ausgebildet ist, in dem zweiten Betriebsmodus den ersten Antrieb (4) und den zweite Antrieb (5) für eine gleichgerichtete Bewegung des ersten Getriebeteils (33) und des zweiten Getriebeteils (30) anzusteuern.
Antriebsvorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl (n) des dritten Getriebeteils (31) in dem ersten Betriebsmodus kleiner ist als in dem zweiten Betriebsmodus.
Antriebsvorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung (2) ausgebildet ist, in dem ersten Betriebsmodus die Fahrzeugbaugruppe (11) in einem Automatikbetrieb automatisch zu verstellen und in dem zweiten Betriebsmodus ein manuelles Verstellen der Fahrzeugbaugruppe (11) in einem Servobetrieb elektromotorisch zu unterstützen.
Verfahren zum Steuern einer Antriebsvorrichtung (2) zum Verstellen einer Fahrzeugbaugruppe (11), bei dem eine Steuereinrichtung (6) eine Antriebsbaugruppe zum Antreiben einer über ein Getriebe (3) mit der Antriebsbaugruppe verbundenen Abtriebsbaugruppe steuert, um eine Verstellkraft auf die Fahrzeugbaugruppe (11) zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (3) ein drehbar gelagertes, erstes Getriebeteil (33), ein drehbar gelagertes, zweites Getriebeteil (30) und ein drehbar gelagertes, mit dem ersten Getriebeteil (33) und dem zweiten Getriebeteil (30) in Wirkverbindung stehendes, mit der Abtriebsbaugruppe verbundenes, drittes Getriebeteil (31) aufweist und dass die Antriebsbaugruppe einen ersten elektromotorischen Antrieb (4) zum Antreiben des ersten Getriebeteils (33) und einen zweiten elektromotorischen Antrieb (5) zum Antreiben des zweiten Getriebeteils (30) aufweist, wobei die Steuereinrichtung (6) zum Verdrehen des dritten Getriebeteils (31) in einem ersten Betriebsmodus einen der Antriebe (4, 5) zum Antreiben des zugeordneten Getriebeteils (33, 30) ansteuert und in einem zweiten Betriebsmodus den ersten Antrieb (4) zum Antreiben des ersten Getriebeteils (33) und den zweiten Antrieb (5) zum Antreiben des zweiten Getriebeteils (33) ansteuert.