DE102020124571A1 - Powertrain device comprising a star-delta switchover and a mechanical switchover, as well as a motor vehicle - Google Patents

Powertrain device comprising a star-delta switchover and a mechanical switchover, as well as a motor vehicle Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für einen Antriebsstrang (1) eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs umfassend zumindest eine Drehstrommaschine (4, 5, 5'), zumindest einen Pulswechselrichter (41, 51, 51'), zumindest ein Getriebe (23, 23', 33) umfassend ein Übersetzungsverhältnis (G1, G2) mit zumindest zwei Gängen, einen Umschalter (6) für eine Stern-Dreieck-Umschaltung (11) einer Schaltungsanordnung (8) der Drehstrommaschine (4, 5, 5') und eine Recheneinheit (7). Von der jeweiligen Drehstrommaschine (4, 5, 5') wird über das zumindest eine Getriebe jeweils ein Drehmoment an die jeweiligen Räder (21, 22, 31, 32) zumindest einer Achse (2, 2', 3) übertragen. Die Recheneinheit (7) ist dabei dazu eingerichtet, den Zeitpunkt (t1) der Stern-Dreieck-Umschaltung durch den Umschalter (6) mit einem Schaltvorgang (N) des Getriebes (23, 23', 33) aufeinander zeitlich abzustimmen. Dadurch kann die Stern-Dreieck-Umschaltung (11) von Passagieren des Kraftfahrzeugs unbemerkt erfolgen. Die besagte Vorrichtung kann in verschiedenen Antriebsstrangkonfigurationen bereitgestellt sein.The invention relates to a device for a drive train (1) of an electrically driven motor vehicle, comprising at least one three-phase machine (4, 5, 5 '), at least one pulse-controlled inverter (41, 51, 51'), at least one transmission (23, 23 ', 33 ) comprising a transmission ratio (G1, G2) with at least two gears, a changeover switch (6) for star-delta switching (11) of a circuit arrangement (8) of the three-phase machine (4, 5, 5 ') and a computing unit (7) . The respective three-phase machine (4, 5, 5 ') transmits a torque to the respective wheels (21, 22, 31, 32) of at least one axle (2, 2', 3) via the at least one gear. The arithmetic unit (7) is set up to synchronize the point in time (t1) of the star-delta switchover by the changeover switch (6) with a switching process (N) of the transmission (23, 23 ', 33). As a result, the star-delta switchover (11) can take place unnoticed by passengers of the motor vehicle. Said device can be provided in various drive train configurations.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsstrangvorrichtung für einen Antriebsstrang zum Antreiben eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs.The invention relates to a drive train device for a drive train for driving an electrically driven motor vehicle.

In einigen elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen wird eine Kombination aus einer Drehstrommaschine und einem mechanischen Getriebe mit einer variablen Übersetzung verwendet, um die Beschleunigung und um die Effizienz des Kraftfahrzeugs zu verbessern. Mittels einer Kombination aus einer Drehstrommaschine und einem Zweiganggetriebe kann beispielsweise durch Verwendung eines ersten Ganges im unteren Geschwindigkeitsbereich eine größere Beschleunigung sowie im Bereich einer hohen Geschwindigkeit eine Verbesserung der Effizienz durch den Betrieb im zweiten Gang erreicht werden. Dabei kann die Drehstrommaschine entweder in eine Sternschaltung oder in eine Dreieckschaltung geschaltet sein. Vorteilhaft an der Sternschaltung ist, dass die Drehstrommaschine im unteren Drehzahlbereich ein höheres Drehmoment erzielen kann und bei einer Dreieckschaltung im hohen Drehzahlbereich. Die Drehzahl kann dabei mittels eines Pulswechselrichters gesteuert werden.In some electrically powered motor vehicles, a combination of a three-phase machine and a mechanical transmission with a variable ratio is used in order to improve the acceleration and the efficiency of the motor vehicle. Using a combination of a three-phase machine and a two-speed transmission, for example, by using a first gear in the lower speed range, greater acceleration and, in the high speed range, an improvement in efficiency through operation in second gear. The three-phase machine can either be connected in a star connection or in a delta connection. The advantage of the star connection is that the three-phase machine can achieve a higher torque in the lower speed range and with a delta connection in the high speed range. The speed can be controlled by means of a pulse inverter.

Die Vorteile der jeweiligen Beschaltungsweise lassen sich mittels einer Stern-Dreieck-Umschaltung nutzbar machen. Eine Anwendung der Stern-Dreieck-Umschaltung ist bereits aus folgenden Veröffentlichungen bekannt:

  • Aus der DE 10 2014 217 269 A1 ist eine Schaltungsanordnung zum Speisen einer Last und ein Verfahren zu deren Betreiben in einem Kraftfahrzeug bekannt. Die Schaltungsanordnung ist dazu eingerichtet, eine Stern-Dreieck-Umschaltung durchzuführen sowie als Pulswechselrichter für die Drehstrommaschine zu fungieren. Die Stern-Dreieck-Umschaltung kann durch die mehrstufige Umrichteranordnung in der Schaltungsanordnung unterbrechungsfrei durchgeführt werden.
  • Aus der WO 2012/163433 A2 ist eine elektrische Maschine mit lastabhängiger Stern- oder Dreieck-Beschaltung bekannt. Eine Asynchronmaschine ist mittels einer Schaltungsanordnung umfassend einen Stern-Kontaktor und einen Dreieck-Kontaktor zur Stern-Dreieck-Umschaltung mit einem Mehrphasennetz elektrisch verbunden. Die Ansteuerung des jeweiligen Kontaktors zur Schaltung der Schaltungsanordnung in einem Stern oder einem Dreieck erfolgt dabei mittels einer Logikeinheit, welche in Abhängigkeit der Motorlast jeweils eine Stern- und eine Dreieckschaltung in der Schaltungsanordnung schaltet. Die Last der elektrischen Maschine wird dabei mittels der Logikeinheit gemessen, beispielsweise der aktuellen Motorspannung, wobei die Logikeinheit anhand vorbestimmter Schwellwerte eine Umschaltung der jeweiligen Kontaktoren vornimmt.
The advantages of the respective wiring method can be used by means of a star-delta switchover. An application of star-delta switching is already known from the following publications:
  • From the DE 10 2014 217 269 A1 a circuit arrangement for supplying a load and a method for operating it in a motor vehicle are known. The circuit arrangement is set up to carry out a star-delta switchover and to act as a pulse inverter for the three-phase machine. The star-delta switchover can be carried out without interruption due to the multi-stage converter arrangement in the circuit arrangement.
  • From the WO 2012/163433 A2 an electrical machine with load-dependent star or delta wiring is known. An asynchronous machine is electrically connected to a multi-phase network by means of a circuit arrangement comprising a star contactor and a delta contactor for star-delta switching. The control of the respective contactor for switching the circuit arrangement in a star or a triangle takes place by means of a logic unit which, depending on the motor load, switches a star and a delta connection in the circuit arrangement. The load on the electrical machine is measured by means of the logic unit, for example the current motor voltage, the logic unit switching over the respective contactors on the basis of predetermined threshold values.

Nachteilig bei den genannten Veröffentlichungen bezüglich einer Stern-Dreieck-Umschaltung ist, dass schlagartig im Zuge der Stern-Dreieck-Umschaltung ein Drehmomentsprung, wie beispielsweise um einen Faktor 3, bei einer Umschaltung von einer Stern- auf eine Dreieckschaltung auf den Antriebsstrang erfolgt. Dies kann ein starkes Ruckeln im Kraftfahrzeug verursachen und von den Passagieren des Kraftfahrzeugs als störend wahrgenommen werden.A disadvantage of the publications mentioned with regard to a star-delta switchover is that suddenly in the course of the star-delta switchover, a torque jump, such as by a factor of 3, occurs when switching from a star to a delta connection on the drive train. This can cause severe jerking in the motor vehicle and be perceived as annoying by the passengers of the motor vehicle.

Ein elektrischer Antrieb kann in einem Kraftfahrzeug in unterschiedlichen Antriebskonfigurationen vorgesehen sein. So ist aus der WO 2012/072310 A1 ein Verfahren zum Antreiben eines Elektrofahrzeugs bekannt, bei welchem in einem Elektrofahrzeug auf zwei Achsen jeweils eine elektrische Antriebseinheit zum Abgeben eines Drehmoments an die Räder der jeweiligen Achse angeordnet ist. Dabei können die elektrischen Antriebseinheiten eine eigene Effizienzcharakteristik bezüglich einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs aufweisen. Je nach Geschwindigkeitsbereich kann diejenige elektrische Antriebseinheit auf der jeweiligen Achse angetrieben werden, welche in der aktuellen Geschwindigkeit eine größere Effizienz aufweist. Nachteilig bei dem bekannten Verfahren ist, dass die jeweilige Effizienzcharakteristik für eine elektrische Antriebseinheit allein aus einer Kombination einer elektrischen Maschine und eines mechanischen Getriebes zum Antreiben der Räder jeweils einer Achse erreicht wird und dabei die jeweiligen elektrischen Einheiten jeweils eine unveränderliche Schaltungskonfiguration aufweisen.An electric drive can be provided in a motor vehicle in different drive configurations. So is from the WO 2012/072310 A1 a method for driving an electric vehicle is known in which an electric drive unit for delivering a torque to the wheels of the respective axle is arranged on two axles in an electric vehicle. The electric drive units can have their own efficiency characteristic with regard to a speed of the motor vehicle. Depending on the speed range, that electric drive unit can be driven on the respective axis which is more efficient at the current speed. The disadvantage of the known method is that the respective efficiency characteristic for an electric drive unit is achieved solely from a combination of an electric machine and a mechanical transmission for driving the wheels of one axle and the respective electric units each have an unchangeable circuit configuration.

Eine elektrische Optimierung des elektrischen Antriebsstrangs in einem Kraftfahrzeug ist aus der DE 10 2018 211 110 A1 bekannt. Sie erfolgt mittels einer Drehstrommaschine mit zwei dreiphasigen über einen Wicklungssystemen, welche über ihre jeweiligen Phasenleitungen jeweils mit einem ersten Wechselrichter und einen zweiten Wechselrichter elektrisch derart verbunden sind, sodass einerseits an der Drehstrommaschine jeweils zwei voneinander getrennten Stern- oder Dreieckschaltungen der jeweiligen Wicklungssysteme der Drehstrommaschine entstehen. Nachteilig bei den oben genannten Veröffentlichungen ist, dass keine kombinierte mechanische und elektrische Optimierung des Betriebsverhaltens und des Wirkungsgrades einer Drehstrommaschine in einem Kraftfahrzeug erfolgt.An electrical optimization of the electric drive train in a motor vehicle is from DE 10 2018 211 110 A1 known. It takes place by means of a three-phase machine with two three-phase winding systems, which are electrically connected to a first inverter and a second inverter via their respective phase lines in such a way that, on the one hand, two separate star or delta connections of the respective winding systems of the three-phase machine are created on the three-phase machine . A disadvantage of the publications mentioned above is that there is no combined mechanical and electrical optimization of the operating behavior and the efficiency of a three-phase machine in a motor vehicle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische und eine mechanische Abstimmung des Betriebs einer elektrischen Maschine in einem Kraftfahrzeug mit Schaltgetriebe zu vorzunehmen.The invention is based on the object of an electrical and a mechanical coordination to undertake the operation of an electrical machine in a motor vehicle with a manual transmission.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben.The object is achieved by the subjects of the independent claims. Advantageous developments of the invention are described by the dependent claims, the following description and the figures.

Durch die Erfindung ist eine Antriebsstrangvorrichtung zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Die Antriebsstrangvorrichtung umfasst Folgendes:

  • - zumindest zwei Achsen, wobei jede der Achsen jeweils zumindest zwei Räder verbindet,
  • - zumindest eine Drehstrommaschine, wobei die zumindest eine Drehstrommaschine dazu eingerichtet ist, jeweils ein Drehmoment an die Räder zumindest einer der Achsen abzugeben,
  • - zumindest ein schaltbares Getriebe, wobei das jeweilige Getriebe dazu eingerichtet ist, zumindest ein umschaltbares Übersetzungsverhältnis für die Übertragung des von der Drehstrommaschine abgegebenen Drehmoments an zumindest ein Rad der jeweiligen Achse bereitzustellen,
  • - zumindest einen Pulswechselrichter, wobei der jeweilige Pulswechselrichter mit jeweils einer der zumindest einen Drehstrommaschine elektrisch verbunden ist, wobei der jeweilige Pulswechselrichter und die jeweilige zugehörige Drehstrommaschine dazu eingerichtet sind, dass der jeweilige Pulswechselrichter die jeweilige Drehstrommaschine ansteuert,
  • - eine Schaltungsanordnung umfassend einen Umschalter, wobei die Schaltungsanordnung die zumindest eine Drehstrommaschine jeweils abwechselnd in einer Sternschaltung und einer Dreieckschaltung beschaltet und dazu eingerichtet ist, mittels des Umschalters eine Stern-Dreieck-Umschaltung durchzuführen,
  • - eine Recheneinheit zur Steuerung des Umschalters, wobei die Recheneinheit dazu eingerichtet ist, den Umschalter für die Stern-Dreieck-Umschaltung anzusteuern.
The invention provides a drive train device for driving a motor vehicle. The powertrain device includes:
  • - at least two axles, each of the axles connecting at least two wheels,
  • - At least one three-phase machine, the at least one three-phase machine being set up to deliver a torque to the wheels of at least one of the axles,
  • - At least one switchable transmission, the respective transmission being set up to provide at least one switchable transmission ratio for the transmission of the torque output by the three-phase machine to at least one wheel of the respective axle,
  • - At least one pulse-controlled inverter, the respective pulse-controlled inverter being electrically connected to one of the at least one three-phase machines, the respective pulse-controlled inverter and the respective associated three-phase machine being set up so that the respective pulse-controlled inverter controls the respective three-phase machine,
  • - a circuit arrangement comprising a changeover switch, the circuit arrangement of the at least one three-phase machine being alternately wired in a star connection and a delta connection and being set up to carry out a star-delta changeover by means of the changeover switch,
  • a computing unit for controlling the changeover switch, the computing unit being set up to control the changeover switch for star-delta switching.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit dazu eingerichtet ist, einen Zeitpunkt der Stern-Dreieck-Umschaltung der Schaltungsanordnung durch den Umschalter mit einem Zeitpunkt eines Schaltvorgangs des zumindest einen Getriebes aufeinander zeitlich abzustimmen. Das zeitliche Verhältnis (vorher, nachher, gleichzeitig) während eines Beschleunigungsvorgangs oder Entschleunigungsvorgangs ist also im Voraus festgelegt.The invention is characterized in that the arithmetic unit is set up to time-coordinate a point in time of the star-delta switchover of the circuit arrangement by the changeover switch with a point in time of a shifting process of the at least one transmission. The temporal relationship (before, after, at the same time) during an acceleration process or deceleration process is therefore determined in advance.

Mit anderen Worten ist in einem elektrisch betriebenen Kraftfahrzeug eine Drehstrommaschine dazu eingerichtet, ein Drehmoment an die Räder zumindest einer Achse über ein Getriebe mit einem umschaltbaren Übersetzungsverhältnis abzugeben. Das Getriebe kann beispielsweise als ein Zweiganggetriebe ausgelegt sein. Die Drehstrommaschine kann mittels eines Pulswechselrichters gesteuert werden und dabei in der Schaltungsanordnung in einer Sternschaltung geschaltet und mittels der Schaltungsanordnung mit dem Pulswechselrichter elektrisch verbunden sein. Die Schaltungsanordnung kann dabei derart ausgelegt sein, dass sie mittels des Umschalters die Beschaltung der Drehstrommaschine von einer Sternschaltung in eine Dreieckschaltung umschalten kann. Der Umschalter kann dabei als ein mechanischer Kontaktor oder als ein Thyristor ausgelegt sein.In other words, in an electrically operated motor vehicle, a three-phase machine is set up to deliver a torque to the wheels of at least one axle via a transmission with a switchable gear ratio. The transmission can for example be designed as a two-speed transmission. The three-phase machine can be controlled by means of a pulse-controlled inverter and connected in the circuit arrangement in a star connection and electrically connected to the pulse-controlled inverter by means of the circuit arrangement. The circuit arrangement can be designed in such a way that it can switch the wiring of the three-phase machine from a star connection to a delta connection by means of the changeover switch. The changeover switch can be designed as a mechanical contactor or as a thyristor.

Eine Recheneinheit kann dazu ausgelegt sein, einen Schaltvorgang des Getriebes, den Pulswechselrichter und den Umschalter zu steuern. Dabei kann die Recheneinrichtung den Schaltvorgang des Getriebes mit einem Zeitpunkt des Umschaltens durch den Umschalter von einer Sternschaltung in eine Dreieckschaltung abstimmen. Ebenfalls kann die Recheneinheit den Pulswechselrichter derart ansteuern, dass der Pulswechselrichter einen Ausgabestrom an die Drehstrommaschine abgibt, damit nach einer Stern-Dreieck-Umschaltung durch den Umschalter ein Drehmoment der Drehstrommaschine, welches an die Räder des Kraftfahrzeugs einer Achse abgegeben wird, auf einen (im Vergleich zum aktuellen Wert) reduzierten Zwischenwert eingestellt werden kann.A computing unit can be designed to control a shifting process of the transmission, the pulse-controlled inverter and the changeover switch. In this case, the computing device can coordinate the shifting process of the transmission with a point in time of the changeover by the changeover switch from a star connection to a delta connection. The processing unit can also control the pulse-controlled inverter in such a way that the pulse-controlled inverter delivers an output current to the three-phase machine so that, after a star-delta switchover by the changeover switch, a torque of the three-phase machine, which is transmitted to the wheels of the motor vehicle on an axle, is transferred to a (in Compared to the current value) reduced intermediate value can be set.

Im Rahmen einer Stern-Dreieck-Umschaltung kann sich ansonsten insbesondere das Drehmoment der Drehstrommaschine erhöhen. Dabei kann ein Drehmomentsprung um den Faktor 3 auftreten, wenn eine Ausgangsspannung der Leistungselektronik vor und nach der Stern-Dreieck-Umschaltung gleich bleibt. Bei einer Veränderung der Ausgangsspannung der Leistungselektronik kann der Faktor des Drehmomentsprungs auch größer oder kleiner als 3 sein. So kann es beispielsweise sein, dass das Drehmoment der Drehstrommaschine bei der Stern-Dreieck-Umschaltung um das Zwölffache ansteigt. Der Zwischenwert kann deshalb ein Wert zwischen 0 und dem mit dem jeweiligen Faktor multiplizierten letzten Drehmomentwert vor der Stern-Dreieck-Umschaltung sein. Dazu kann die Recheneinheit dazu eingerichtet sein, den Pulswechselrichter derart anzusteuern, dass dieser einen Ausgabestrom nach dem Umschalten des Umschalters derart abgibt, dass ein Drehmoment der Drehstrommaschine derart angeglichen ist, dass der Drehmomentanstieg durch die Stern-Dreieck-Umschaltung nicht schlagartig erfolgt, sondern stetig oder ruckfrei.Otherwise, the torque of the three-phase machine in particular can increase in the context of a star-delta switchover. A torque jump by a factor of 3 can occur if an output voltage of the power electronics remains the same before and after the star-delta switchover. If the output voltage of the power electronics changes, the torque jump factor can also be greater or less than 3. It can be the case, for example, that the torque of the three-phase machine increases by a factor of twelve with star-delta switching. The intermediate value can therefore be a value between 0 and the last torque value multiplied by the respective factor before the star-delta switchover. For this purpose, the computing unit can be set up to control the pulse-controlled inverter in such a way that it emits an output current after switching the switch in such a way that a torque of the three-phase machine is adjusted in such a way that the torque increase due to the star-delta switch does not occur suddenly, but steadily or jerk-free.

Das Abstimmen des Umschaltens von einer Sternschaltung in eine Dreieckschaltung kann mit dem Schaltvorgang zum Hochschalten des Getriebes derart abgestimmt werden, dass die Drehstrommaschine während der Stern-Dreieck-Umschaltung von den Rädern mechanisch entkoppelt ist, sodass durch die Dauer des Schaltvorgangs des Getriebes, also wenn eine Kupplung geöffnet ist, ebenfalls dem Pulswechselrichter Zeit gegeben ist, einen entsprechenden Ansteuerstrom bezüglich der veränderten Beschaltung der Drehstrommaschine einzustellen. Beispielsweise kann die Stern-Dreieck-Umschaltung während der mechanischen Umschaltung des Zweiganggetriebes erfolgen. Die Stern-Dreieck-Umschaltung wird synchronisiert, daher gleichzeitig zur Getriebeschaltung durchgeführt, sodass die Stern-Dreieck-Umschaltung sich im gleichen Zeitfenster wie der Schaltvorgang des mechanischen Getriebes befindet.The coordination of switching from a star connection to a delta connection can be coordinated with the shifting process for upshifting the transmission in such a way that the three-phase machine is mechanically decoupled from the wheels during the star-delta switching so that the duration of the shifting process of the transmission, i.e. when a clutch is open, the pulse-controlled inverter is also given time to set a corresponding control current with regard to the changed wiring of the three-phase machine. For example, the star-delta switchover can take place during the mechanical switchover of the two-speed transmission. The star-delta changeover is synchronized and therefore carried out at the same time as the gear change, so that the star-delta changeover takes place in the same time window as the switching process of the mechanical gearbox.

Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Stern-Dreieck-Umschaltung ohne einen Ruck erfolgen kann und damit die Fahrzeuginsassen einen Komfortzuwachs haben. Weiterhin können durch die Abstimmung der Stern-Dreieck-Umschaltung mit einem Schaltvorgang des Getriebes die Leistung und der Wirkungsgrad des Betriebs der Drehstrommaschine erhöht werden.This has the advantage that the star-delta switchover can take place without a jolt and thus the vehicle occupants have an increase in comfort. Furthermore, by coordinating the star-delta switchover with one gear shifting operation, the power and the efficiency of the operation of the three-phase machine can be increased.

Die Stern-Dreieck-Umschaltung kann nicht ohne Nachteile unter Last bei der Drehstrommaschine vorgenommen werden. Soll durch den Umschalter eine Stern-Dreieck-Umschaltung vorgenommen werden, so kann der Pulswechselrichter den Strom vor dem Zeitpunkt des Umschaltens senken/reduzieren, um Spannungsspitzen in der elektrischen Maschine entsprechend der jeweiligen momentanen Belastung zu vermeiden. Dabei kann der Pulswechselrichter die Stromstärke des Betriebsstroms der Drehstrommaschine vor dem Zeitpunkt des Umschaltens herunterfahren oder senken, sodass der Strom in der Drehstrommaschine auf einen Wert von 0 Ampere oder zumindest kleiner als 50 Ampere kommen kann. Während des Umschaltens kann sich die Drehstrommaschine daher in einem Leerlauf befinden.The star-delta changeover cannot be carried out under load on the three-phase machine without disadvantages. If a star-delta changeover is to be made by the changeover switch, the pulse-controlled inverter can lower / reduce the current before the time of changeover in order to avoid voltage peaks in the electrical machine according to the respective momentary load. The pulse-controlled inverter can shut down or lower the current strength of the operating current of the three-phase machine before the time of the switchover, so that the current in the three-phase machine can reach a value of 0 amperes or at least less than 50 amperes. During the switchover, the three-phase machine can therefore be in an idle state.

Die Umschaltung kann dabei mittels eines Kontaktors erfolgen, der die Wicklungsenden der Drehstrommaschine entsprechend einer Dreieckschaltung ausgehend von einer Sternschaltung mechanisch neu miteinander verbindet. Ergänzend oder alternativ kann dies ebenfalls mittels einer Leistungselektronik, beispielsweise mittels eines Thyristors, erfolgen. Nach dem Umschalten kann der Pulswechselrichter den Strom der Drehstrommaschine wieder graduell hochfahren. Dabei kann der Wert, auf den der Strom nach der Umschaltung hochgefahren werden soll, von dem Pulswechselrichter gemäß einer Fahrsituation entsprechend eingestellt werden, sodass der Fahrer und die Passagiere des Kraftfahrzeugs nicht schlagartig ein um den jeweiligen Faktor, wie beispielsweise Faktor 3, vergrößertes Drehmoment spüren können. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine Stärke des Drehmomentsprungs von dem Faktor 1, daher das gleiche Drehmoment in der Dreieckschaltung wie in der vorherigen Sternschaltung, bis zu einem in Abhängigkeit von der Leistungselektronik maximalen Faktor, daher maximal mögliches Drehmoment, gemäß einem Fahrmodus und/oder einer Fahrsituation eingestellt werden kann.The switchover can take place by means of a contactor which mechanically reconnects the winding ends of the three-phase machine to one another in accordance with a delta connection, starting from a star connection. In addition or as an alternative, this can also be done by means of power electronics, for example by means of a thyristor. After the switchover, the pulse-controlled inverter can gradually increase the current of the three-phase machine again. The value to which the current is to be increased after the switchover can be set accordingly by the pulse-controlled inverter according to a driving situation, so that the driver and the passengers of the motor vehicle do not suddenly increase by the respective factor, such as a factor 3 feel increased torque. This has the advantage that a strength of the torque jump depends on the factor 1 , therefore the same torque in the delta connection as in the previous star connection, up to a maximum factor depending on the power electronics, therefore the maximum possible torque, according to a driving mode and / or a driving situation.

Beispielsweise kann durch Zusammenwirken des Umschalters und des Pulswechselrichters ein sogenannter Kickdown-Prozess einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Automatikgetriebe simuliert werden. Dabei besteht der Prozess des Kickdowns einer herkömmlichen Verbrennungskraftmaschine in Verbindung mit einem Automatikgetriebe dahingehend, dass der Fahrer zunächst einen Beschleunigungswunsch der Verbrennungskraftmaschine beispielsweise über ein volles Betätigen eines Gaspedals mitteilt und das Automatikgetriebe daraufhin einen Gangwechsel zum Schalten in einen niedrigeren Gang durchführt, sodass die Verbrennungskraftmaschine in einen Drehzahlbereich gelangt, in welchem sie ihr maximales Drehmoment für eine maximale Beschleunigung bereitstellen kann. Dies wird dabei vom dem Fahrer des Kraftfahrzeugs in der Regel als ein Rucken wahrgenommen, bevor die eigentliche Beschleunigung beginnt. Dies kann ebenfalls mittels des Zusammenwirkens der Stern-Dreieck-Umschaltung und dem Pulswechselrichter durch ein angepasstes Hochfahren des Betriebsstroms der Drehstrommaschine nach der Stern-Dreieck-Umschaltung entsprechend modelliert oder nachgeahmt werden.For example, a so-called kickdown process of an internal combustion engine with an automatic transmission can be simulated by the interaction of the switch and the pulse inverter. The process of kickdown of a conventional internal combustion engine in connection with an automatic transmission consists in that the driver first communicates an acceleration request of the internal combustion engine, for example by fully depressing an accelerator pedal, and the automatic transmission then performs a gear change to shift into a lower gear, so that the internal combustion engine in reaches a speed range in which it can provide its maximum torque for maximum acceleration. The driver of the motor vehicle generally perceives this as a jolt before the actual acceleration begins. This can also be modeled or imitated accordingly by means of the interaction of the star-delta switchover and the pulse-controlled inverter through an adapted ramp-up of the operating current of the three-phase machine after the star-delta switchover.

Zu der Erfindung gehören auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.The invention also includes embodiments which result in additional advantages.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Recheneinheit dazu eingerichtet ist, in zumindest einer vorbestimmten Fahrsituation den Zeitpunkt der Stern-Dreieck-Umschaltung derart zu bestimmen, dass die Stern-Dreieck-Umschaltung während des Schaltvorgangs des Getriebes von dem Umschalter durchgeführt wird.One embodiment provides that the computing unit is set up to determine the point in time of the star-delta changeover in at least one predetermined driving situation such that the star-delta changeover is carried out by the changeover switch during the shifting process of the transmission.

Mit anderen Worten, die Stern-Dreieck-Umschaltung der Schaltungsanordnung durch den Umschalter wird vor einem Beenden des Schaltvorgangs abgeschlossen, insbesondere vor einem Kraftschluss einer Kupplung des schaltbaren Getriebes. Bei Betrieb des Zweiganggetriebes in Verbindung mit einer elektrischen Maschine, insbesondere einer Drehstrommaschine, kann der Schaltvorgang in einem Fahrmodus ab einem Schwellenwert einer Drehzahl stattfinden. Eine Verwendung des Zweiganggetriebes kann beispielsweise vorgesehen sein, um in einem Drehzahlbereich unterhalb des Schwellenwertes ein großes Raddrehmoment für eine bessere Beschleunigung zu erreichen. Erreicht die Drehzahl der Drehstrommaschine den Schwellenwert, kann das Zweiganggetriebe einen Schaltvorgang zum Schalten von einem ersten Übersetzungsverhältnis in ein zweites Übersetzungsverhältnis durchführen. Hierzu kann während der Dauer des Schaltvorgangs die Drehstrommaschine mechanisch von den Rädern entkoppelt werden, sodass der Schaltvorgang nicht unter Last stattfinden kann.In other words, the star-delta changeover of the circuit arrangement by the changeover switch is completed before the shifting process is ended, in particular before a frictional connection of a clutch of the shiftable transmission. When the two-speed transmission is operated in conjunction with an electrical machine, in particular a three-phase machine, the shifting process can take place in a driving mode from a speed threshold value. A use of the two-speed transmission can be provided, for example, in a speed range below the Threshold to achieve a large wheel torque for better acceleration. If the speed of the three-phase machine reaches the threshold value, the two-speed transmission can carry out a shifting process for shifting from a first gear ratio to a second gear ratio. For this purpose, the three-phase machine can be mechanically decoupled from the wheels for the duration of the shifting process, so that the shifting process cannot take place under load.

Die Stern-Dreieck-Umschaltung bewirkt eine Änderung der Drehmomenteigenschaft der Drehstrommaschine, insbesondere der Drehzahl-Drehmoment-Charakteristik. Nach dem Schalten des Zweiganggetriebes in das zweite Übersetzungsverhältnis kann die Drehmomenteigenschaft der Drehstrommaschine bei einer niedrigen Drehzahl ebenfalls in einem höheren Geschwindigkeitsbereich genutzt werden. Beispielsweise kann das Zweiganggetriebe derart ausgelegt sein, dass bei einer Geschwindigkeit eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs bei einem Geschwindigkeitswert in einem Bereich von 50 km/h bis 100 km/h ein Schaltvorgang des Getriebes zum Schalten vom ersten Übersetzungsverhältnis in das zweite Übersetzungsverhältnis, daher von einem ersten Gang in einen zweiten Gang, erfolgen kann. Der jeweilige Schwellenwert der Drehzahl für die Drehstrommaschine kann entsprechend dem Übersetzungsverhältnis angepasst werden, sodass bei der besagten Geschwindigkeit ein Schalten erfolgen kann.The star-delta switching causes a change in the torque properties of the three-phase machine, in particular the speed-torque characteristics. After switching the two-speed transmission into the second gear ratio, the torque property of the three-phase machine can also be used in a higher speed range at a low speed. For example, the two-speed transmission can be designed in such a way that at a speed of an electrically powered motor vehicle at a speed value in a range from 50 km / h to 100 km / h, a shift operation of the transmission to shift from the first gear ratio to the second gear ratio, hence from a first Gear into a second gear. The respective threshold value of the speed for the three-phase machine can be adapted according to the transmission ratio, so that switching can take place at said speed.

Ein Schwellenwert zum Runterschalten von dem zweiten Übersetzungsverhältnis in das erste Übersetzungsverhältnis kann derart ausgelegt sein, dass dies bei einem Geschwindigkeitswert in einem Bereich von 50 km/h bis 100 km/h erfolgen kann. Je nach Fahrmodus kann ebenfalls eine Abhängigkeit des Schaltvorgangs nach der aktuellen Last der Drehstrommaschine erfolgen. Beispielsweise kann zum Erreichen einer höchstmöglichen Beschleunigung vorgesehen sein, dass von bei Überschreiten der Last der Drehstrommaschine über einen Schwellenwert das Getriebe einen Schaltvorgang durchführen kann. Dies kann der Fall sein, wenn der Fahrer des Kraftfahrzeugs beispielsweise den beschriebenen Kickdown durchführt. Hierzu wird die Drehmomentübertragung der Drehstrommaschine mittels der Übersetzung des Zweiganggetriebes optimiert.A threshold value for downshifting from the second gear ratio to the first gear ratio can be designed in such a way that this can take place at a speed value in a range from 50 km / h to 100 km / h. Depending on the driving mode, the switching process can also be dependent on the current load of the three-phase machine. For example, in order to achieve the highest possible acceleration, it can be provided that when the load of the three-phase machine is exceeded above a threshold value, the transmission can perform a shifting process. This can be the case when the driver of the motor vehicle carries out the kickdown described, for example. For this purpose, the torque transmission of the three-phase machine is optimized by means of the translation of the two-speed transmission.

In einer Ausführungsform kann eine Stern-Dreieck-Umschaltung außerhalb des Schaltvorgangs des Getriebes erfolgen. So sieht eine Ausführungsform vor, dass die Recheneinheit dazu eingerichtet ist, in zumindest einer vorbestimmten Fahrsituation den Zeitpunkt der Stern-Dreieck-Umschaltung derart zu bestimmen, dass die Stern-Dreieck-Umschaltung vor oder nach dem Schaltvorgang des Getriebes von dem Umschalter durchgeführt wird. Mit anderen Worten, die Stern-Dreieck-Umschaltung kann vor oder nach dem Schaltvorgang eines Zweiganggetriebes beispielsweise durchgeführt werden. Dies kann dadurch erfolgen, dass die Recheneinheit dazu eingerichtet sein kann, den Pulswechselrichter derart anzusteuern, dass die Stern-Dreieck-Umschaltung nicht unter Last (lastfrei) erfolgt. Hierzu kann die Recheneinheit den Pulswechselrichter derart ansteuern, dass der Pulswechselrichter den Betriebsstrom der Drehstrommaschine mittels einer Ansteuerung des Tastverhältnisses herunterfährt. Dadurch können Überspannungen in der Drehstrommaschine bei einem Abschalten des Betriebsstromes vermieden werden. Der Betriebsstrom kann derart unter einen Schwellwert heruntergefahren werden, dass die Stern-Dreieck-Umschaltung in einem Leerlauf erfolgt.In one embodiment, a star-delta changeover can take place outside of the shifting process of the transmission. One embodiment provides that the computing unit is set up to determine the point in time of the star-delta changeover in at least one predetermined driving situation such that the star-delta changeover is carried out by the changeover switch before or after the gearbox is shifted. In other words, the star-delta switchover can be carried out before or after the switching process of a two-speed transmission, for example. This can take place in that the computing unit can be set up to control the pulse-controlled inverter in such a way that the star-delta switchover does not take place under load (no load). For this purpose, the computing unit can control the pulse-controlled inverter in such a way that the pulse-controlled inverter reduces the operating current of the three-phase machine by controlling the pulse duty factor. In this way, overvoltages in the three-phase machine can be avoided when the operating current is switched off. The operating current can be reduced below a threshold value in such a way that the star-delta switchover takes place in an idle state.

Hierdurch ergibt sich ebenfalls der Vorteil, dass ein zusätzlicher Gang des mechanischen Getriebes simuliert werden kann. Liegt beispielsweise ein Zweiganggetriebe vor, so kann die Stern-Dreieck-Umschaltung während des zweiten Übersetzungsverhältnisses, daher im zweiten Gang, erfolgen, wenn die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs einen Schwellenwert überschritten hat. Hierdurch kann der Fahrer durch den Drehmomentanstieg bei der Stern-Dreieck-Umschaltung den Eindruck erhalten, als würde ein „dritter“ Gang eingelegt werden. Da das Gewicht des mechanischen Getriebes mit einem Übersetzungsverhältnis und/oder einer Anzahl von Gängen korreliert, kann damit ebenfalls ein Gewicht und Bauraum gespart werden.This also results in the advantage that an additional gear of the mechanical transmission can be simulated. If, for example, there is a two-speed transmission, the star-delta changeover can take place during the second gear ratio, therefore in second gear, when the speed of the motor vehicle has exceeded a threshold value. As a result of the increase in torque during star-delta switching, the driver can get the impression that a “third” gear is being engaged. Since the weight of the mechanical transmission correlates with a transmission ratio and / or a number of gears, weight and installation space can also be saved.

In einer Ausführungsform kann der Zeitpunkt der Stern-Dreieck-Umschaltung vor dem Schaltvorgang des Getriebes erfolgen, beispielsweise während des ersten Ganges. Beispielsweise kann ein Beschleunigungsvorgang derart aussehen, dass zuerst im ersten Gang des Zweiganggetriebes beschleunigt wird, dann die Stern-Dreieck-Umschaltung durchgeführt wird und nachher in einen zweiten Gang des mechanischen Getriebes umgeschaltet wird.In one embodiment, the point in time of the star-delta switchover can take place before the shifting process of the transmission, for example during the first gear. For example, an acceleration process can be such that it is first accelerated in the first gear of the two-speed transmission, then the star-delta changeover is carried out and then a second gear of the mechanical transmission is switched over.

Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Drehstrommaschine in einem niedrigen Drehzahlbereich beim ersten (elektrischen) Umschalten für eine kürzere Dauer sich in einem Leerlauf befindet, da die Dauer der Stern-Dreieck-Umschaltung kleiner ist als die Dauer des Schaltvorgangs des mechanischen Getriebes. Dadurch kann beispielsweise eine Beschleunigung von beispielsweise einer Geschwindigkeit von 0 Kilometern pro Stunde auf 100 Kilometer pro Stunde verbessert werden.This has the advantage that the three-phase machine is idling for a shorter period of time in a low speed range during the first (electrical) switchover, since the duration of the star-delta switchover is shorter than the duration of the switching process of the mechanical transmission. In this way, for example, an acceleration from, for example, a speed of 0 kilometers per hour to 100 kilometers per hour can be improved.

Für unterschiedliche Fahranforderungen, wie beispielsweise ein Sportfahren oder ein Komfortfahren, können unterschiedliche Antriebsstrangtopologien vorteilhaft sein. So sieht eine Ausführungsform vor, dass eine erste Drehstrommaschine und ein erstes schaltbares Getriebe umfassend ein erstes Übersetzungsverhältnis dazu eingerichtet sind, ein erstes Drehmoment an die Räder einer ersten Achse abzugeben und eine zweite Drehstrommaschine und ein zweites Getriebe umfassend ein zweites, konstantes Übersetzungsverhältnis und die Schaltungsanordnung dazu eingerichtet sind, die Stern-Dreieck-Umschaltung durchzuführen und ein zweites Drehmoment an die Räder einer zweiten Achse abzugeben.Different drive train topologies can be advantageous for different driving requirements, such as sport driving or comfort driving. Thus, one embodiment provides that a first three-phase machine and a first switchable transmission comprising a first Gear ratio are set up to output a first torque to the wheels of a first axle and a second three-phase machine and a second transmission comprising a second, constant gear ratio and the circuit arrangement are set up to carry out the star-delta switch and a second torque to the wheels a second axle.

Mit anderen Worten, die erste Achse kann eine hintere Achse eines Kraftfahrzeugs sein und die zweite Achse eine vordere Achse. An der ersten Achse, also der Hinterachse, kann die erste Drehstrommaschine beispielsweise in einer Sternschaltung mit einem Pulswechselrichter derart eingerichtet sein, dass sie über ein Zweiganggetriebe beispielsweise ein Drehmoment an die Räder der Hinterachse abgeben kann. Die zweite Drehstrommaschine ist mit einem zweiten Pulswechselrichter in einer Schaltungsanordnung derart verbunden, dass sie abwechselnd in einer Sternschaltung und in einer Dreieckschaltung betrieben werden kann. Die Schaltungsanordnung der zweiten Drehstrommaschine kann dabei mittels des Umschalters von einer Sternschaltung in eine Dreieckschaltung umgeschaltet werden. Die zweite Drehstrommaschine kann dabei derart eingerichtet sein, dass sie über ein konstantes Getriebe ein Drehmoment an die Räder der vorderen Achse, also der zweiten Achse, abgeben kann. Die erste Drehstrommaschine kann in einer Sternschaltung die Räder der hinteren Achse antreiben und die zweite Drehstrommaschine in wahlweise einer Sternschaltung oder einer Dreieckschaltung die Räder der vorderen Achse.In other words, the first axle can be a rear axle of a motor vehicle and the second axle can be a front axle. On the first axle, that is to say the rear axle, the first three-phase machine can be set up, for example in a star connection with a pulse-controlled inverter, in such a way that it can output torque to the wheels of the rear axle via a two-speed transmission, for example. The second three-phase machine is connected to a second pulse-controlled inverter in a circuit arrangement in such a way that it can be operated alternately in a star connection and in a delta connection. The circuit arrangement of the second three-phase machine can be switched from a star connection to a delta connection by means of the changeover switch. The second three-phase machine can be set up in such a way that it can deliver a torque to the wheels of the front axle, that is to say the second axle, via a constant transmission. The first three-phase machine can drive the wheels of the rear axle in a star connection and the second three-phase machine can drive the wheels of the front axle in either a star connection or a delta connection.

Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass an einer Achse ohne eine Einbuße einer Drehmomentübertragung an die Räder ein schaltbares Getriebe gespart werden kann und der Ruck durch die Stern-Dreieck-Umschaltung mittels des Schaltvorgangs des Getriebes kaschiert wird.This results in the advantage that a switchable gear can be saved on an axle without a loss of torque transmission to the wheels and the jolt is masked by the star-delta switching by means of the gear shifting process.

Ebenfalls ist es möglich, dass für eine Fahranforderung nur eine Achse des Kraftfahrzeugs angetrieben werden kann. So sieht eine Ausführungsform vor, dass zumindest eine Drehstrommaschine und ein Getriebe umfassend das umschaltbare Übersetzungsverhältnis und die Schaltungsanordnung dazu eingerichtet sind, die Stern-Dreieck-Umschaltung durchzuführen und ein Drehmoment an die jeweiligen Räder der Achse abzugeben. Die Achse kann dabei jeweils eine Vorder- oder eine Hinterachse des Kraftfahrzeugs sein. Dabei kann ein Ruck durch die Stern-Dreieck-Umschaltung ebenfalls durch den Schaltvorgang des Getriebes kaschiert werden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass ein Wirkungsgrads der Drehstrommaschine über einen großen Drehzahlbereich ausgedehnt werden kann und somit eine Reichweite oder eine Beschleunigung des Kraftfahrzeugs verbessert wird.It is also possible that only one axle of the motor vehicle can be driven for a driving request. For example, one embodiment provides that at least one three-phase machine and a transmission comprising the switchable transmission ratio and the circuit arrangement are set up to carry out the star-delta switchover and to deliver a torque to the respective wheels of the axle. The axle can be a front or a rear axle of the motor vehicle. A jolt caused by the star-delta switchover can also be concealed by the gear shifting process. This has the advantage that the efficiency of the three-phase machine can be extended over a large speed range and thus a range or acceleration of the motor vehicle is improved.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass eine erste Drehstrommaschine und ein erstes Getriebe umfassend ein erstes umschaltbares Übersetzungsverhältnis und die Schaltungsanordnung dazu eingerichtet sind, die Stern-Dreieck-Umschaltung durchzuführen und ein erstes Drehmoment an die Räder der ersten Achse abzugeben und eine zweite Drehstrommaschine und ein zweites Getriebe umfassend ein zweites Übersetzungsverhältnis dazu eingerichtet sind, ein zweites Drehmoment an die Räder einer zweiten Achse abzugeben. Die erste Achse und die zweite Achse können dabei jeweils eine Vorderachse oder eine Hinterachse des Kraftfahrzeugs sein. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass ein Schwerpunkt einer Drehmomentübertragung auf eine Achse gelegt werden kann und somit beispielsweise ein hecklastiges Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs erreicht werden kann.One embodiment provides that a first three-phase machine and a first transmission comprising a first switchable gear ratio and the circuit arrangement are set up to carry out the star-delta switchover and output a first torque to the wheels of the first axle and a second three-phase machine and a second Transmission comprising a second gear ratio are set up to deliver a second torque to the wheels of a second axle. The first axle and the second axle can each be a front axle or a rear axle of the motor vehicle. This results in the advantage that a focus of a torque transmission can be placed on an axle and thus, for example, a rear-heavy driving behavior of the motor vehicle can be achieved.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass eine erste Drehstrommaschine und ein erstes Getriebe umfassend ein erstes umschaltbares Übersetzungsverhältnis und die Schaltungsanordnung dazu eingerichtet sind, die Stern-Dreieck-Umschaltung durchzuführen und ein erstes Drehmoment an die Räder der ersten Achse abzugeben und eine zweite und eine dritte Drehstrommaschine umfassend jeweils ein zweites und ein drittes Getriebe jeweils umfassend ein zweites konstantes Übersetzungsverhältnis und ein drittes konstantes Übersetzungsverhältnis dazu eingerichtet sind, jeweils ein zweites und ein drittes Drehmoment an jeweils ein Rad einer zweiten Achse abzugeben. Die erste Achse und die zweite Achse können dabei jeweils eine Vorderachse oder eine Hinterachse des Kraftfahrzeugs sein. Mit anderen Worten, mittels der zweiten und der dritten Drehstrommaschine kann an einer Achse ein Torque-Vectoring betrieben werden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass durch das Torque-Vectoring auf einer Achse ein Kurvenverhalten des Kraftfahrzeugs verbessert und mittels der Kombination der Stern-Dreieck-Umschaltung mit dem Getriebe auf der anderen Achse eine höchstmögliche Beschleunigung und ein höchstmöglicher Wirkungsgrad über einen großen Drehzahlbereich der jeweiligen Drehstrommaschine erreicht werden kann.One embodiment provides that a first three-phase machine and a first transmission comprising a first switchable gear ratio and the circuit arrangement are set up to carry out the star-delta switchover and output a first torque to the wheels of the first axle and a second and a third three-phase machine each comprising a second and a third transmission each comprising a second constant gear ratio and a third constant gear ratio are set up to output a second and a third torque each to a wheel of a second axle. The first axle and the second axle can each be a front axle or a rear axle of the motor vehicle. In other words, by means of the second and the third three-phase machine, torque vectoring can be carried out on one axis. This has the advantage that the torque vectoring on one axis improves the cornering behavior of the motor vehicle and, by combining the star-delta switching with the gearbox on the other axis, the highest possible acceleration and the highest possible efficiency over a large speed range of the respective Three-phase machine can be achieved.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass eine erste Drehstrommaschine und ein erstes Getriebe umfassend ein erstes umschaltbares Übersetzungsverhältnis und die Schaltungsanordnung dazu eingerichtet sind, die Stern-Dreieck-Umschaltung durchzuführen und ein erstes Drehmoment an die Räder der ersten Achse abzugeben und eine zweite Drehstrommaschine und ein zweites Getriebe umfassend ein zweites Übersetzungsverhältnis mittels der Schaltungsanordnung umfassend den Umschalter für die Stern-Dreieck-Umschaltung dazu eingerichtet sind, ein zweites Drehmoment an die Räder einer zweiten Achse abzugeben. Mit anderen Worten, jede Achse des Kraftfahrzeugs kann mittels einer gleichen Konfiguration bestehend aus einer Drehstrommaschine, der Schaltungsanordnung, dem Umschalter, dem Getriebe und einem Pulswechselrichter angetrieben werden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass an allen Achsen des Kraftfahrzeugs gleichzeitig ein höchstmögliches Drehmoment über den Drehzahlbereich erreicht und dabei die jeweilige Drehstrommaschine in einem optimalen Wirkungsgradbereich betrieben werden kann.One embodiment provides that a first three-phase machine and a first transmission comprising a first switchable gear ratio and the circuit arrangement are set up to carry out the star-delta switchover and output a first torque to the wheels of the first axle and a second three-phase machine and a second Transmission comprising a second gear ratio by means of the circuit arrangement comprising the Changeover switches for star-delta switching are set up to deliver a second torque to the wheels of a second axle. In other words, each axle of the motor vehicle can be driven by means of the same configuration consisting of a three-phase machine, the circuit arrangement, the changeover switch, the transmission and a pulse-controlled inverter. This results in the advantage that the highest possible torque is achieved simultaneously on all axles of the motor vehicle over the speed range and the respective three-phase machine can be operated in an optimal efficiency range.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass die zumindest eine Drehstrommaschine und das Getriebe und die Schaltungsanordnung dazu eingerichtet sind, die Stern-Dreieck-Umschaltung durchzuführen und ein Drehmoment an die Räder von zumindest zwei Achsen abzugeben. Mit anderen Worten, die zumindest zwei Achsen können mittels einer Welle mechanisch miteinander fest verbunden sein. Beispielsweise kann dies in einem Nutzfahrzeug vorteilhaft sein, wobei zwei Achsen im hinteren Bereich miteinander mechanisch gekoppelt sein können und dabei durch die mechanische Verbindung jeweils eine Drehstrommaschine benötigt werden braucht, um die Räder von zumindest zwei Lastachsen des Nutzfahrzeugs anzutreiben.One embodiment provides that the at least one three-phase machine and the transmission and the circuit arrangement are set up to carry out the star-delta switchover and to deliver a torque to the wheels of at least two axles. In other words, the at least two axes can be mechanically firmly connected to one another by means of a shaft. For example, this can be advantageous in a commercial vehicle, where two axles in the rear area can be mechanically coupled to one another and the mechanical connection requires a three-phase machine to drive the wheels of at least two load axles of the commercial vehicle.

Eine Ausführungsform sieht ein Kraftfahrzeug vor, welches eine Vorrichtung für einen der besagten Antriebsstränge umfasst. Mit anderen Worten, das Kraftfahrzeug kann zumindest eine Drehstrommaschine und zumindest eine Schaltungsanordnung mit zumindest einem Umschalter umfassen, wobei der Umschalter dazu eingerichtet sein kann, die jeweilige Schaltungsanordnung in eine Sternschaltung oder in eine Dreieckschaltung umzuschalten. Dabei kann das Kraftfahrzeug einen der besagten Antriebsstränge umfassen.One embodiment provides a motor vehicle which comprises a device for one of said drive trains. In other words, the motor vehicle can include at least one three-phase machine and at least one circuit arrangement with at least one changeover switch, wherein the changeover switch can be configured to switch the respective circuit arrangement into a star connection or into a delta connection. The motor vehicle can include one of said drive trains.

Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.The invention also includes the combinations of the features of the described embodiments.

Zu der Erfindung gehört auch die Steuervorrichtung für das Kraftfahrzeug. Die Steuervorrichtung kann eine Datenverarbeitungsvorrichtung oder eine Prozessoreinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller und/oder zumindest einen FPGA (Field Programmable Gate Array) und/oder zumindest einen DSP (Digital Signal Processor) aufweisen. Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein.The control device for the motor vehicle also belongs to the invention. The control device can have a data processing device or a processor device which is set up to carry out an embodiment of the method according to the invention. For this purpose, the processor device can have at least one microprocessor and / or at least one microcontroller and / or at least one FPGA (Field Programmable Gate Array) and / or at least one DSP (Digital Signal Processor). Furthermore, the processor device can have program code which is set up to carry out the embodiment of the method according to the invention when it is executed by the processor device. The program code can be stored in a data memory of the processor device.

Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mittels den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.The invention also includes further developments of the method according to the invention which have features as they have already been described in connection with the further developments of the motor vehicle according to the invention. For this reason, the corresponding developments of the method according to the invention are not described again here.

Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.The motor vehicle according to the invention is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger vehicle or truck, or as a passenger bus or motorcycle.

Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombinationen der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.The invention also includes the combinations of the features of the described embodiments. The invention therefore also includes implementations which each have a combination of the features of several of the described embodiments, unless the embodiments have been described as mutually exclusive.

Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs, wobei die Stern-Dreieck-Umschaltung auf einer anderen Achse erfolgt, an welcher sich das Getriebe befindet,
  • 2 zeigt in einem Drehzahl- und Drehmomentdiagramm die Vorteile der Anwendung einer Kombination einer Stern-Dreieck-Umschaltung mit einem Pulswechselrichter für eine feste Windungszahl der Drehstrommaschine,
  • 3 zeigt eine zeitliche Darstellung einer Abstimmung des Schaltvorgangs des Getriebes mit einem Zeitvorgang der Stern-Dreieck-Umschaltung,
  • 4 zeigt einen Antriebsstrang, wobei die Stern-Dreieck-Umschaltung an der gleichen Achse erfolgt, an welcher sich das Getriebe befindet,
  • 5 zeigt einen Antriebsstrang für einen Allradantrieb, wobei die Stern-Dreieck-Umschaltung sich an der gleichen Achse befindet, an welcher das Getriebe ist,
  • 6 zeigt einen Antriebsstrang mit zwei Drehstrommaschinen auf einer Achse, wobei die Stern-Dreieck-Umschaltung an der gleichen Achse erfolgt, an der sich das Getriebe befindet,
  • 7 zeigt einen Antriebsstrang, wobei die Stern-Dreieck-Umschaltung an der gleichen Achse erfolgt, an der das zweite Getriebe sich befindet und wobei der Antriebsstrang als ein Allradantrieb ausgerichtet ist.
Exemplary embodiments of the invention are described below. This shows:
  • 1 a schematic representation of a drive train, where the star-delta switchover takes place on another axis on which the gearbox is located,
  • 2 shows in a speed and torque diagram the advantages of using a combination of a star-delta switchover with a pulse inverter for a fixed number of turns of the three-phase machine,
  • 3 shows a temporal representation of a coordination of the shifting process of the transmission with a time process of the star-delta changeover,
  • 4th shows a drive train, where the star-delta switchover takes place on the same axis on which the gearbox is located,
  • 5 shows a drive train for a four-wheel drive, where the star-delta switch is located on the same axis on which the transmission is,
  • 6th shows a drive train with two three-phase machines on one axis, where the star-delta switchover takes place on the same axis on which the gearbox is located,
  • 7th shows a drive train, the star-delta switching takes place on the same axis on which the second transmission is located and the drive train is designed as an all-wheel drive.

Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiment explained below is a preferred embodiment of the invention. In the exemplary embodiment, the described components of the embodiment each represent individual features of the invention that are to be considered independently of one another, which also develop the invention independently of one another and are therefore also to be regarded as part of the invention individually or in a combination other than the one shown. Furthermore, the described embodiment can also be supplemented by further features of the invention that have already been described.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference symbols denote functionally identical elements.

1 zeigt einen Antriebsstrang 1, wobei die Stern-Dreieck-Umschaltung an einer anderen Achse erfolgen kann, an welcher das Getriebe sich befindet. Die erste Drehstrommaschine 4 kann in einer Sternschaltung mit einem ersten Pulswechselrichter 41 in einer Sternschaltung geschaltet sein. Dazu ist die erste Drehstrommaschine 4 dazu ausgelegt, ein Drehmoment über eine Welle auf das erste Getriebe 33, wobei das erste Getriebe 33 beispielsweise als ein Zweiganggetriebe ausgelegt sein kann, zu übertragen. Das erste Getriebe 33 kann das Drehmoment von der ersten Drehstrommaschine 4 an die Räder 31, 32 der ersten Achse 3 abgeben. Die zweite Drehstrommaschine 5 kann mittels einer Schaltungsanordnung 8 in einer Sternschaltung 9 oder einer Dreieckschaltung 10 beschaltet sein. Dies kann durch wahlweises Betätigen der jeweiligen Schaltelemente K1 und K2 für eine Sternschaltung 9 und K1 und K3 für eine Dreieckschaltung 10 durch den Umschalter 6 erfolgen. Der zweite Pulswechselrichter 51 kann einen Betriebsstrom an die zweite Drehstrommaschine 5 über die Schaltungsanordnung 8 abgeben. Dabei kann die Schaltungsanordnung 8 mittels des Umschalters 6 jeweils in eine Sternschaltung 9 oder in eine Dreieckschaltung 10 umgeschaltet werden. Die zweite Drehstrommaschine 5 kann über eine Welle ein Drehmoment an das zweite Getriebe 23 zum Übertragen des Drehmoments an die Räder 21, 22 der zweiten Achse 2 abgeben. Das zweite Getriebe 23 kann dabei ein konstantes Übersetzungsverhältnis bereitstellen, wie beispielsweise ein Einganggetriebe. Dabei können jeweils die erste Achse 3 als eine Hinterachse und die zweite Achse 2 als eine Vorderachse des Kraftfahrzeugs ausgeführt sein oder umgekehrt. 1 shows a powertrain 1 , whereby the star-delta switchover can take place on another axis on which the gearbox is located. The first three-phase machine 4th can be in a star connection with a first pulse inverter 41 be connected in a star connection. This is the first three-phase machine 4th designed to apply a torque to the first gear via a shaft 33 , with the first gear 33 for example, it can be designed as a two-speed transmission. The first transmission 33 can the torque from the first three-phase machine 4th to the wheels 31 , 32 the first axis 3 submit. The second three-phase machine 5 can by means of a circuit arrangement 8th in a star connection 9 or a delta connection 10 be wired. This can be done by optionally pressing the respective switching elements K1 and K2 for a star connection 9 and K1 and K3 for a delta connection 10 through the switch 6th respectively. The second pulse inverter 51 can supply an operating current to the second three-phase machine 5 about the circuit arrangement 8th submit. The circuit arrangement can 8th by means of the switch 6th each in a star connection 9 or in a delta connection 10 be switched. The second three-phase machine 5 can apply torque to the second gear via a shaft 23 to transmit the torque to the wheels 21 , 22nd the second axis 2 submit. The second gear 23 can provide a constant transmission ratio, such as an input gear. The first axis 3 as a rear axle and the second axle 2 be designed as a front axle of the motor vehicle or vice versa.

Der Umschalter 6 kann, wenn ein Schwellenwert für eine Drehzahl oder eine Last der zweiten Drehstrommaschine 5 erreicht wird, ein Umschalten der Schaltungsanordnung 8 von einer Sternschaltung 9 in eine Dreieckschaltung 10 durchführen. Die Recheneinheit 7 kann dazu eingerichtet sein, das erste Getriebe 33, den Umschalter 6 und den zweiten Pulswechselrichter 51 derart anzusteuern, sodass der Schaltvorgang des ersten Getriebes 33 mit dem Umschalten der Schaltungsanordnung 8 durch den Umschalter 6 von einer Sternschaltung in eine Dreieckschaltung 10 abgestimmt werden kann.The switch 6th can if a threshold value for a speed or a load of the second three-phase machine 5 is achieved, a switching of the circuit arrangement 8th from a star connection 9 in a delta connection 10 carry out. The arithmetic unit 7th can be set up to the first transmission 33 , the toggle switch 6th and the second pulse-controlled inverter 51 to be controlled in such a way that the shifting process of the first transmission 33 with switching the circuit arrangement 8th through the switch 6th from a star connection to a delta connection 10 can be matched.

Wenn beispielsweise ein Schwellenwert einer Drehzahl der zweiten Drehstrommaschine 5 erreicht wird, kann die Recheneinheit 7 das erste Getriebe 33 dazu veranlassen, den Schaltvorgang durchzuführen und dabei den Umschalter 6 derart ansteuern, sodass der Umschalter 6 eine Umschaltung der Schaltungsanordnung 8 von der Sternschaltung 9 in eine Dreieckschaltung 10 einerseits während des Schaltvorgangs des ersten Getriebes 33 oder alternativ vor oder nach dem Schaltvorgang des ersten Getriebes 33 bei einem Be- oder Entschleunigungsvorgang durchführen kann.For example, if a threshold value of a speed of the second three-phase machine 5 is reached, the arithmetic unit can 7th the first transmission 33 cause the switching process to be carried out and the changeover switch 6th control in such a way that the toggle switch 6th a switchover of the circuit arrangement 8th from the star connection 9 in a delta connection 10 on the one hand during the shifting process of the first transmission 33 or alternatively before or after the shift of the first transmission 33 can perform during an acceleration or deceleration process.

Für die Stern-Dreieck-Umschaltung der Schaltungsanordnung 8 durch den Umschalter 6 kann hierzu die Recheneinheit 7 dazu ausgelegt sein, den zweiten Pulswechselrichter 51 derart anzusteuern, dass der zweite Pulswechselrichter 51 einen Betriebsstrom der zweiten Drehstrommaschine 5 vor dem Umschalten auf einen Schwellenwert herunterfährt, sodass sich die zweite Drehstrommaschine 5 in einem Leerlaufbetrieb befinden kann. Wenn sich die zweite Drehstrommaschine in einem Leerlaufbetrieb befindet, kann die Recheneinheit 7 den Umschalter 6 ansteuern, dass dieser eine Umschaltung der Schaltungsanordnung 8 von einer Sternschaltung 9 in eine Dreieckschaltung 10 oder umgekehrt vornimmt. Nach dem Umschalten kann die Recheneinheit 7 den Pulswechselrichter 51 ansteuern, dass dieser ein Tastverhältnis derart einstellt, dass ein Zwischenwert des Drehmoments der zweiten Drehstrommaschine 5 entsprechend einer Fahrsituation erreicht werden kann. Hierzu kann die Recheneinheit 7 den Pulswechselrichter 51 derart ansteuern, dass dieser ein Tastverhältnis derart einstellt, dass ein Betriebsstrom der zweiten Drehstrommaschine 5 derart hochgefahren werden kann, dass eine Mechanik des Kraftfahrzeugs entsprechend einem Fahrmodus geschont werden kann. Dies kann ebenfalls in umgekehrter Richtung erfolgen, daher, dass die Recheneinheit 7 den Umschalter 6 derart ansteuert, dass der Umschalter 6 die Schaltungsanordnung 8 von einer Dreieckschaltung 10 in eine Sternschaltung 9 umschaltet, wenn beispielsweise das Kraftfahrzeug einen Geschwindigkeitsschwellenwert unterschreitet. Beispielsweise kann der Drehmomentsprung in einem sportbetonten Fahrmodus größer sein als ein einem komfortbetonten Fahrmodus.For star-delta switching of the circuit arrangement 8th through the switch 6th the arithmetic unit can do this 7th be designed to use the second pulse-controlled inverter 51 to be controlled in such a way that the second pulse-controlled inverter 51 an operating current of the second three-phase machine 5 before switching to a threshold value, so that the second three-phase machine 5 can be in an idle mode. When the second three-phase machine is in idle mode, the computing unit 7th the switch 6th control that this is a switchover of the circuit arrangement 8th from a star connection 9 in a delta connection 10 or vice versa. After switching over, the arithmetic unit can 7th the pulse inverter 51 control that this sets a pulse duty factor such that an intermediate value of the torque of the second three-phase machine 5 can be achieved according to a driving situation. To this end, the computing unit 7th the pulse inverter 51 control in such a way that it sets a pulse duty factor such that an operating current of the second three-phase machine 5 can be started up in such a way that a mechanics of the motor vehicle can be spared in accordance with a driving mode. This can also be done in the opposite direction, hence the arithmetic unit 7th the switch 6th controls such that the switch 6th the circuit arrangement 8th from a delta connection 10 in a star connection 9 switches when, for example, the motor vehicle falls below a speed threshold. For example, the The torque jump in a sport-oriented driving mode can be greater than in a comfort-oriented driving mode.

Dadurch, dass die Recheneinheit 7 die Stern-Dreieck-Umschaltung während des Schaltvorgangs des ersten Getriebes 33 durchführt, kann ein durch die Stern-Dreieck-Umschaltung entstehender Ruck jeweils mit dem Ruck des Schaltvorgangs des ersten Getriebes 33 zusammenfallen. Dies hat den Vorteil, dass ein Ruckeln, welches bei der Stern-Dreieck-Umschaltung entstehen kann, von den Passagieren des Kraftfahrzeugs nicht wahrgenommen wird, da diese bereits ein Ruckeln bei einem Umschalten des Getriebes 33 gewohnt sind.By having the arithmetic unit 7th the star-delta changeover during the switching process of the first gearbox 33 carries out, a jolt caused by the star-delta switchover can be combined with the jerk of the shifting process of the first gearbox 33 coincide. This has the advantage that jerking, which can occur during star-delta switching, is not perceived by the passengers of the motor vehicle, since these already jerking when switching the transmission 33 familiar with.

2 zeigt in einem Diagramm die Vorteile der Anwendung einer Stern-Dreieck-Umschaltung zusammen mit einem Pulswechselrichter. Hierzu sind auf der x-Achse eine Drehzahl n und auf der y-Achse ein Drehmoment der Drehstrommaschine eingetragen. Die beiden eingezeichneten Graphen zeigen einerseits den Drehmomentverlauf über die Drehzahl der Drehstrommaschine für eine Sternschaltung 9 und für eine Dreieckschaltung 10. Hierbei ist ersichtlich, dass die Sternschaltung 9 in einem geringen Drehzahlbereich der Drehzahl N, insbesondere von circa 0 bis 10000 Umdrehungen pro Minute, ein höheres Drehmoment aufweist und die Dreieckschaltung 10 in einem hohen Drehzahlbereich des Drehmoments N, insbesondere von circa 10000 bis 17000 Umdrehungen pro Minute. Durch eine Stern-Dreieck-Umschaltung ab einem Schwellenwert der Drehzahl n kann hierdurch der jeweilige Vorteil in der Sternschaltung 9 und in der Dreieckschaltung 10 über für eine Drehzahl n im jeweiligen Drehzahlbereich genutzt werden. 2 shows in a diagram the advantages of using a star-delta switchover together with a pulse-controlled inverter. For this purpose, a speed n is entered on the x-axis and a torque of the three-phase machine is entered on the y-axis. The two graphs shown show, on the one hand, the torque curve over the speed of the three-phase machine for a star connection 9 and for a delta connection 10 . It can be seen here that the star connection 9 in a low speed range of the speed N , in particular from about 0 to 10,000 revolutions per minute, has a higher torque and the delta connection 10 in a high speed range of torque N , in particular from about 10,000 to 17,000 revolutions per minute. With a star-delta switch from a threshold value of the speed n, the respective advantage of the star connection can be achieved 9 and in the delta connection 10 can be used for a speed n in the respective speed range.

Unterhalb des Graphen für die Sternschaltung 9 sind ebenfalls die Wirkungsgradkennfelder mit einer aktuellen Wirkungsgradzahl in Prozent eingezeichnet. So kann in der Sternschaltung 9 die Drehstrommaschine beispielsweise einen höchstmöglichen Wirkungsgrad in einem Drehzahlbereich von 500 bis 11.000 Umdrehungen pro Minute von 98 Prozent haben. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn die Drehstrommaschine in ihrem jeweiligen optimalen Drehzahlbereich, in weichem sie den Wirkungsgrad im Bereich von beispielsweise 98 Prozent aufweist, betrieben werden kann. Die schraffierte Darstellung unterhalb des Graphen für die Dreieckschaltung 10 zeigt den Bereich an, in welchem die Dreieckschaltung ein höheres Drehmoment aufweisen kann als die Sternschaltung 9. Bei der Dreieckschaltung 10 kann ebenfalls das Wirkungsgradkennfeld von 98 Prozent über einen Drehzahlschwellenwert von 11.000 Umdrehungen hinaus bis auf beispielsweise 17.000 Umdrehungen pro Minute verlängert werden.Below the graph for the star connection 9 the efficiency maps are also drawn in with a current efficiency figure in percent. So can in the star connection 9 the three-phase machine, for example, have the highest possible efficiency in a speed range of 500 to 11,000 revolutions per minute of 98 percent. It can be advantageous if the three-phase machine can be operated in its respective optimal speed range, in which it has an efficiency in the range of, for example, 98 percent. The hatched representation below the graph for the delta connection 10 indicates the range in which the delta connection can have a higher torque than the star connection 9 . With the delta connection 10 the efficiency map can also be extended from 98 percent to a speed threshold of 11,000 revolutions up to, for example, 17,000 revolutions per minute.

Die Darstellung des Verlaufs der Drehmomentkurven für die Sternschaltung 9 und für die Dreieckschaltung 10 ist dabei bei einer konstanten Windungszahl der Drehstrommaschine dargestellt. Wird die Windungszahl der Drehstrommaschine erhöht, kann sich der Graph für die Sternschaltung nach links verschieben, wobei das maximale Drehmoment sich dabei erhöht. Bei einer Erhöhung der Windungszahl wird ebenfalls der Graph die Dreieckschaltung nach links verschoben, wobei die Drehzahl ebenfalls bei einem kleineren Schwellenwert, unterhalb einer kleineren Drehzahl, abfallen kann. Mittels einer entsprechenden Auslegung der Windungszahl der Drehstrommaschine kann dabei ebenfalls der Übergang von einer Sternschaltung 9 in eine Dreieckschaltung 10 harmonisch, daher als ein Kompromiss zwischen einem maximal erreichbaren Drehmoment und einem gleichmäßigen Drehmomentverlauf über die Drehzahl N, ausgelegt werden.The representation of the course of the torque curves for the star connection 9 and for the delta connection 10 is shown with a constant number of turns of the three-phase machine. If the number of turns of the three-phase machine is increased, the graph for the star connection can shift to the left, whereby the maximum torque increases. With an increase in the number of turns, the graph of the delta connection is also shifted to the left, whereby the speed can also drop at a lower threshold value, below a lower speed. By appropriately designing the number of turns of the three-phase machine, the transition from a star connection can also be made 9 in a delta connection 10 harmonious, therefore as a compromise between a maximum achievable torque and a uniform torque curve over the speed N , be interpreted.

Für den Zeitpunkt t1 der Stern-Dreieck-Umschaltung können verschiedene Drehzahlschwellenwerte vorgesehen sein. Liegt beispielsweise die Kombination vor, dass die Drehstrommaschine ihr Drehmoment direkt an die Räder einer Achse und damit mittels eines konstanten mechanischen Übersetzungsverhältnisses abgibt, so kann bei einem Beschleunigungsvorgang die Stern-Dreieck-Umschaltung zum Zeitpunkt t1 erfolgen, also sobald das Drehmoment der Sternschaltung 9 bei Erreichen einer Drehzahl n unterhalb des Drehmoments der jeweiligen Dreieckschaltung 10 sinkt. Bei einem Entschleunigungsvorgang kann die Stern-Dreieck-Umschaltung ebenfalls zum Zeitpunkt t1 erfolgen oder bei einer Drehzahl n kleiner als die Drehzahl zum Zeitpunkt t1. Erfolgt die Stern-Dreieck-Umschaltung zu einem anderen Zeitpunkt t1', so kann bei einer Sternschaltung 9 und bei einer Dreieckschaltung 10 durch ein Einstellen eines Tastverhältnisses durch denFor the time t1 Various speed threshold values can be provided for star-delta switching. If, for example, there is the combination that the three-phase machine transmits its torque directly to the wheels of an axle and thus by means of a constant mechanical transmission ratio, then the star-delta switchover can occur during an acceleration process t1 take place, so as soon as the torque of the star connection 9 when reaching a speed n below the torque of the respective delta connection 10 sinks. In the case of a deceleration process, the star-delta switchover can also occur at the time t1 take place or at a speed n less than the speed at the point in time t1 . If the star-delta switchover takes place at a different point in time t1 ', so can with a star connection 9 and with a delta connection 10 by setting a duty cycle by the

Zur Schonung der Mechanik kann die Recheneinheit den Pulswechselrichter derart ansteuern, dass der Pulswechselrichter ein Tastverhältnis für einen Betriebsstrom der Drehstrommaschine derart auf einen Zwischenwert einstellt, dass die Differenz D des Drehmomentunterschiedes zwischen der Kurve der Sternschaltung 9 und der Dreieckschaltung 10 zum Zeitpunkt t1' über ein Zeitintervall angeglichen wird. Dies kann beispielsweise abhängig von einem aktuellen Fahrmodus erfolgen. Beispielsweise kann in einem sportlichen Fahrmodus die Differenz D in einem kürzeres Zeitintervall abgebaut werden als bei einem komfortbetonten Fahrmodus, daher der Drehmomentsprung durch die Differenz D fällt im sportlichen Fahrmodus größer aus als im komfortbetonten Fahrmodus.To protect the mechanics, the computing unit can control the pulse-controlled inverter in such a way that the pulse-controlled inverter sets a pulse duty factor for an operating current of the three-phase machine to an intermediate value such that the difference D of the torque difference between the curve of the star connection 9 and the delta connection 10 at the time t1 'is adjusted over a time interval. This can take place, for example, as a function of a current driving mode. For example, in a sporty driving mode, the difference D can be reduced in a shorter time interval than in a comfort-oriented driving mode, so the torque jump due to the difference D is greater in the sporty driving mode than in the comfort-oriented driving mode.

3 zeigt in einem Diagramm über die Zeit den Zeitpunkt und den Verlauf der Stern-Dreieck-Umschaltung 11 während eines Schaltvorgangs eines beispielhaften mechanischen Zweiganggetriebes G. In dem Diagramm sind auf der x-Achse die Zeit t und auf der y-Achse jeweils ein Drehmoment τ der elektrischen Maschine E vom Zeitpunkt 0 bis zum Zeitpunkt des Schaltvorgangs des Zweiganggetriebes G bei einem Be- oder Entschleunigungsvorgang aufgetragen. Dabei sind in der 3 oben der Drehmomentverlauf über die Zeit des Zweiganggetriebes G und unten der Drehmomentverlauf der elektrischen Maschine E eingetragen. Das Zweiganggetriebe G befindet sich vom Zeitpunkt 0 bis t0 im ersten Gang G1 und ab dem Zeitpunkt t2, daher nach dem Schaltvorgang, im zweiten Gang G2. Zum Zeitpunkt t0 wird ein Schaltvorgang zum Schalten von dem ersten Gang G1 in den zweiten Gang G2 vorgenommen, wobei der Schaltvorgang des Zweiganggetriebes G die Dauer N aufweist. Während der Dauer N kann also eine Kupplung des Zweiganggetriebes G geöffnet sein. Der Schaltvorgang N dauert daher vom Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t2. Beispielsweise kann der Schaltvorgang dahingehend ausgelöst werden, dass ein Schwellenwert einer aktuellen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs überschritten wird oder ein Schwellenwert für eine Last der elektrischen Maschine E. Wenn zum Zeitpunkt t0 der Schaltvorgang des Zweiganggetriebes G startet, so kann das Zweiganggetriebe G in einen Leerlauf schalten. Während des Schaltvorgangs kann die Recheneinheit 7 den Umschalter 6 veranlassen, die Stern-Dreieck-Umschaltung 11 in der Schaltungsanordnung 8 der elektrischen Maschine E durchzuführen. 3 shows in a diagram over time the point in time and the course of the star-delta switchover 11 during a shift of an exemplary mechanical two-speed transmission G . In the diagram, the time t is on the x-axis and a torque τ of the electrical machine is in each case on the y-axis E. from the time 0 until the two-speed gearbox shifts G applied during an acceleration or deceleration process. Thereby are in the 3 above the torque curve over the time of the two-speed transmission G and below the torque curve of the electrical machine E. registered. The two-speed transmission G is from the time 0 to t0 in first gear G1 and from the point in time t2 , therefore after the shift, in second gear G2 . At time t0, a shift becomes to shift from the first gear G1 into second gear G2 made, the switching process of the two-speed transmission G the duration N having. During the duration N So can a clutch of the two-speed transmission G to be open. The switching process N therefore lasts from time t0 to time t2 . For example, the switching process can be triggered in such a way that a threshold value for a current speed of the motor vehicle is exceeded or a threshold value for a load on the electrical machine E. . If at time t0 the shift of the two-speed transmission G starts, so can the two-speed transmission G shift to idle. During the switching process, the computing unit 7th the switch 6th cause the star-delta changeover 11 in the circuit arrangement 8th of the electric machine E. perform.

Die Stern-Dreieck-Umschaltung 11 kann dabei zu einem Zeitpunkt t1 durchgeführt werden, sodass die Stern-Dreieck-Umschaltung 11 innerhalb des Zeitfensters der Dauer N des Schaltvorgangs des Zweiganggetriebes G erfolgt. Dies beinhaltet ein Herunterfahren des Betriebsstroms der elektrischen Maschine E durch den Pulswechselrichter durch Einstellen eines entsprechenden Tastverhältnisses, das Durchführen der Stern-Dreieck-Umschaltung 11 während eines Leerlaufs der elektrischen Maschine E und ein Hochfahren des Betriebsstroms durch den Pulswechselrichter innerhalb der Dauer N des Schaltvorgangs des Zweiganggetriebes G.The star-delta changeover 11 can do this at a time t1 be carried out so that the star-delta switchover 11 within the duration time window N the switching process of the two-speed transmission G he follows. This includes shutting down the operating current of the electrical machine E. by the pulse-controlled inverter by setting a corresponding pulse duty factor, carrying out the star-delta switchover 11 while the electrical machine is idling E. and an increase in the operating current through the pulse-controlled inverter within the duration N the switching process of the two-speed transmission G .

4 zeigt einen Antriebsstrang 1, wobei die Stern-Dreieck-Umschaltung an der gleichen Achse 3 erfolgen kann, an welcher das Getriebe 33 sich befindet. Das Getriebe 33 kann dabei als ein Zweiganggetriebe ausgelegt sein. Die Drehstrommaschine 4 kann dabei mittels der Schaltungsanordnung 8 elektrisch mit dem Pulswechselrichter 41 in einer Sternschaltung 9 oder in einer Dreieckschaltung 10 elektrisch verbunden sein. Der Umschalter 6 kann dazu eingerichtet sein, die Schaltungsanordnung 8 jeweils in eine Sternschaltung 9 oder in eine Dreieckschaltung 10 umzuschalten. Dies kann durch wahlweises Betätigen der jeweiligen Schaltelemente K1 und K2 für eine Sternschaltung 9 und K1 und K3 für eine Dreieckschaltung 10 durch den Umschalter 6 erfolgen. Über das Tastverhältnis des Schalters K1 kann ein Betriebsstrom der Drehstrommaschine 4 eingestellt werden. Durch Betätigen des jeweiligen Schalters K2 kann eine Sternschaltung 9 durch den Umschalter 6 geschaltet werden und durch Betätigen des Schalters K3 eine Dreieckschaltung 10. 4th shows a powertrain 1 , with the star-delta switching on the same axis 3 can be done on which the transmission 33 located. The gear 33 can be designed as a two-speed transmission. The three-phase machine 4th can by means of the circuit arrangement 8th electrically with the pulse inverter 41 in a star connection 9 or in a delta connection 10 be electrically connected. The switch 6th can be set up for this purpose, the circuit arrangement 8th each in a star connection 9 or in a delta connection 10 to switch. This can be done by optionally pressing the respective switching elements K1 and K2 for a star connection 9 and K1 and K3 for a delta connection 10 through the switch 6th respectively. Via the duty cycle of the switch K1 can be an operating current of the three-phase machine 4th can be set. By pressing the respective switch K2 can be a star connection 9 through the switch 6th can be switched and by pressing the switch K3 a delta connection 10 .

Die Drehstrommaschine 4 kann dazu eingerichtet sein, über eine Welle ein Drehmoment an das Getriebe 33 zum Antreiben der Räder 31 und 32 der Achse 3 abzugeben. Der Pulswechselrichter 41 der Drehstrommaschine 4 kann von der Batterie 12 gespeist werden. Die Recheneinheit 7 kann dazu eingerichtet sein, das Getriebe 33, den Umschalter 6 und dem Pulswechselrichter 41 zu steuern, sodass die Recheneinheit 7 den Umschalter 6 im Zeitpunkt t1 des Umschaltens von einer Sternschaltung 9 in eine Dreieckschaltung 10 oder umgekehrt durch mit einem Schaltvorgang des Getriebes 33 abstimmen kann. Hierzu kann die Recheneinheit 7 ebenfalls den Pulswechselrichter 41 derart ansteuern, dass dieser einen entsprechenden Betriebsstrom für die Drehstrommaschine 5 nach dem Umschalten durch den Umschalter 6 einstellen kann. Die Achse 2 mit den Rädern 21 und 22 wird nicht angetrieben. Die Achse 3 kann dabei jeweils eine Vorderachse oder eine Hinterachse eines Kraftfahrzeugs sein.The three-phase machine 4th can be set up to apply a torque to the transmission via a shaft 33 to drive the wheels 31 and 32 the axis 3 submit. The pulse inverter 41 the three-phase machine 4th can from the battery 12th be fed. The arithmetic unit 7th can be set up to the transmission 33 , the toggle switch 6th and the pulse inverter 41 to control so that the computing unit 7th the switch 6th at the time t1 switching from a star connection 9 in a delta connection 10 or vice versa by switching the transmission 33 can vote. To this end, the computing unit 7th also the pulse inverter 41 control in such a way that it generates a corresponding operating current for the three-phase machine 5 after switching through the switch 6th can adjust. The axis 2 with the wheels 21 and 22nd is not driven. The axis 3 can be a front axle or a rear axle of a motor vehicle.

5 zeigt einen Antriebsstrang 1 für einen Allradantrieb, bei welchem die Stern-Dreieck-Umschaltung an der gleichen Achse erfolgen kann, an welcher sich das Getriebe 33 befindet. Eine Batterie 12 kann die Pulswechselrichter 41 und 51 für die jeweilige Drehstrommaschine 4 und 5 speisen. Hierzu kann eine erste Drehstrommaschine 4 über eine Welle ein Drehmoment an das erste Getriebe 33 zum Antreiben der Räder 31, 32 der ersten Achse 3 abgeben. Die erste Drehstrommaschine 4 kann mit einer Schaltungsanordnung 8 mit einem ersten Pulswechselrichter 41 derart verschaltet sein, sodass die Schaltungsanordnung 8 mittels des Umschalters 6 jeweils in eine Sternschaltung 9 oder in eine Dreieckschaltung 10 durch ein entsprechendes Einstellen der Schaltelemente K1, K2 und K3 geschaltet werden kann. Die Recheneinheit 7 kann dazu eingerichtet sein, das ersten Getriebe 33, den Umschalter 6 und den ersten Pulswechselrichter 41 anzusteuern. Dabei kann die Recheneinheit 7 dazu ausgelegt sein, den Zeitpunkt der Stern-Dreieck-Umschaltung durch den Umschalter 6 mit einem Schaltvorgang des ersten Getriebes 33 derart abzustimmen, sodass sie bei einem Be- oder Entschleunigungsvorgang gleichzeitig mit dem Schaltvorgang des Getriebes 33 oder davor oder danach erfolgt. An der Batterie 12 kann ebenfalls ein zweiter Pulswechselrichter 51 angeschlossen sein, welcher mit einer zweiten Drehstrommaschine 5 verbunden ist, wobei die zweite Drehstrommaschine 5 kann in einer Sternschaltung 9 beschaltet sein kann. Über das zweite Getriebe 23 kann ein Drehmoment der zweiten Drehstrommaschine 5 an die Räder 21, 22 der zweiten Achse abgeben werden. 5 shows a powertrain 1 for an all-wheel drive, in which the star-delta switchover can take place on the same axis on which the gearbox is located 33 is located. One battery 12th can the pulse inverter 41 and 51 for the respective three-phase machine 4th and 5 Food. A first three-phase machine can do this 4th A torque is applied to the first gear via a shaft 33 to drive the wheels 31 , 32 the first axis 3 submit. The first three-phase machine 4th can with a circuit arrangement 8th with a first pulse-controlled inverter 41 be connected in such a way that the circuit arrangement 8th by means of the switch 6th each in a star connection 9 or in a delta connection 10 by setting the switching elements accordingly K1 , K2 and K3 can be switched. The arithmetic unit 7th can be set up to use the first transmission 33 , the toggle switch 6th and the first pulse inverter 41 head for. The arithmetic unit can 7th be designed to indicate the point in time of the star-delta changeover by the changeover switch 6th with one shift of the first transmission 33 to be coordinated in such a way that, during an acceleration or deceleration process, they are synchronized with the gear shifting process 33 or before or after. On the battery 12th a second pulse-controlled inverter can also be used 51 be connected, which with a second three-phase machine 5 is connected, the second three-phase machine 5 can be in a star connection 9 can be connected. About the second gear 23 can be a torque of the second Three-phase machine 5 to the wheels 21 , 22nd the second axis.

Durch die Kombination der Stern-Dreieck-Umschaltung mit dem Schaltvorgang des Getriebes an der ersten Achse 3 kann der Antriebsstrang 1 des Kraftfahrzeugs für ein bestimmtes Fahrverhalten, wie beispielsweise einen sportlichen Fahrmodus, optimiert werden. Ist die erste Achse 3 eine Hinterachse, so kann das Kraftfahrzeug hecklastig ausgerichtet sein, da das höchstmögliche Drehmoment mittels der Stern-Dreieck-Umschaltung und des Getriebes 33 an die Hinterachse übertragen wird.By combining the star-delta switching with the switching process of the gearbox on the first axis 3 can the powertrain 1 of the motor vehicle can be optimized for a specific driving behavior, such as a sporty driving mode. Is the first axis 3 a rear axle, the motor vehicle can be rear-heavy, since the highest possible torque is achieved by means of the star-delta changeover and the transmission 33 is transmitted to the rear axle.

6 zeigt einen Antriebsstrang 1 mit zwei Drehstrommaschinen 5 und 5` auf einer Achse 2 und 2', wobei die Stern-Dreieck-Umschaltung an der gleichen Achse durchgeführt werden kann, wo das Zweiganggetriebe sitzt. Hierzu ist ebenfalls eine erste Drehstrommaschine 4 dazu eingerichtet, ein Drehmoment an die Räder 31, 32 der ersten Achse 3 über das erste Getriebe 33 zu übertragen. Die Recheneinheit 7 kann dazu eingerichtet sein, den Zeitpunkt der Stern-Dreieck-Umschaltung der Schaltungsanordnung 8 mit dem Schaltvorgang des ersten Getriebes 33 abzustimmen. 6th shows a powertrain 1 with two three-phase machines 5 and 5` on one axis 2 and 2 ' , whereby the star-delta switchover can be carried out on the same axis as the two-speed gearbox. There is also a first three-phase machine for this purpose 4th set up a torque to the wheels 31 , 32 the first axis 3 about the first gear 33 transferred to. The arithmetic unit 7th can be set up to indicate the point in time of the star-delta switchover of the circuit arrangement 8th with the shift of the first gearbox 33 to vote.

Die Batterie 12 kann dabei eine Hochspannungsbatterie des Kraftfahrzeugs sein, welche die Pulswechselrichter 41, 51 und 51' speist. Im Unterschied zu den vorherigen Antriebssträngen sind an der zweiten Achse 2 zwei Drehstrommaschinen 5 und 5' angeordnet, wobei die zweite Drehstrommaschine 5 ein Drehmoment an das Rad 21 und die dritte Drehstrommaschine ein Drehmoment an das Rad 22 zum Betreiben eines Torque-Vectorings abgibt. Dabei kann einerseits die erste Achse 3 eine Hinterachse und die zweite Achse 2 eine Vorderachse des Kraftfahrzeugs sein oder umgekehrt.The battery 12th can be a high-voltage battery of the motor vehicle, which the pulse-controlled inverter 41 , 51 and 51 ' feeds. In contrast to the previous drive trains, they are on the second axle 2 two three-phase machines 5 and 5 ' arranged, the second three-phase machine 5 a torque on the wheel 21 and the third three-phase machine applies torque to the wheel 22nd to operate torque vectoring. On the one hand, the first axis 3 a rear axle and the second axle 2 be a front axle of the motor vehicle or vice versa.

7 zeigt einen Antriebsstrang 1, bei welchem die Stern-Dreieck-Umschaltung an der gleichen Achse erfolgen kann, an welcher das Getriebe sitzt. Die erste Drehstrommaschine 4 kann dabei über eine Welle ein Drehmoment an das erste Getriebe 33 der ersten Achse 3 zum Antreiben der Räder 31 und 32 der ersten Achse 3 abgeben und die zweite Drehstrommaschine 5 ein Drehmoment an die Räder 21 und 22 der zweiten Achse 2. Die erste und die zweite Drehstrommaschine 4 und 5 erhalten ihren Betriebsstrom über den ersten und zweiten Pulswechselrichter 41 und 51, welche von der Batterie 12 gespeist werden. Die Recheneinheit 7 kann im Unterschied zu den vorherigen Antriebssträngen 1 dazu eingerichtet sein, die Stern-Dreieck-Umschaltung der ersten und zweiten Schaltungsanordnung 8 und 8' mit dem jeweiligen Schaltvorgang des ersten und zweiten Getriebes 23 und 33 derart abzustimmen, sodass die jeweilige Stern-Dreieck-Umschaltung der Schaltungsanordnungen 8 und 8' durch die Umschalter 6 und 6' jeweils mit dem Schaltvorgang des ersten Getriebes 33 und/oder des zweiten Getriebes 23 synchronisiert werden. Beispielsweise kann die Stern-Dreieck-Umschaltung der ersten und zweiten Schaltungsanordnung 8 und 8' gleichzeitig erfolgen. Das erste Getriebe 33 und das zweite Getriebe 23 können dabei beispielsweise als ein Zweiganggetriebe ausgelegt sein. Ergänzend oder alternativ kann das erste Getriebe 33 ein anderes Übersetzungsverhältnis aufweisen als das zweite Getriebe 23. Ebenfalls ist eine unterschiedliche Gangzahl beim ersten und zweiten Getriebe 33 und 23 möglich. 7th shows a powertrain 1 , in which the star-delta switchover can take place on the same axis on which the gearbox is located. The first three-phase machine 4th can apply a torque to the first gear via a shaft 33 the first axis 3 to drive the wheels 31 and 32 the first axis 3 and the second three-phase machine 5 a torque to the wheels 21 and 22nd the second axis 2 . The first and second three-phase machines 4th and 5 receive their operating current via the first and second pulse-controlled inverters 41 and 51 which from the battery 12th be fed. The arithmetic unit 7th can in contrast to the previous powertrains 1 to be set up, the star-delta switching of the first and second circuit arrangement 8th and 8th' with the respective shift of the first and second gear 23 and 33 to be coordinated so that the respective star-delta switching of the circuit arrangements 8th and 8th' through the switch 6th and 6 ' each time with the shift of the first gearbox 33 and / or the second transmission 23 be synchronized. For example, the star-delta switchover of the first and second circuit arrangement can be used 8th and 8th' take place at the same time. The first transmission 33 and the second gear 23 can for example be designed as a two-speed transmission. In addition or as an alternative, the first transmission 33 have a different gear ratio than the second gear 23 . There is also a different number of gears in the first and second gearbox 33 and 23 possible.

Ergänzend oder alternativ können die jeweiligen Achsen zur Realisierung eines Allradantriebs oder zum Abgeben eines Drehmoments an die Räder von zumindest zwei Achsen, beispielsweise die erste Achse 3 und die zweite Achse 2, mittels einer Welle mechanisch fest miteinander verbunden werden.In addition or as an alternative, the respective axles can be used to implement all-wheel drive or to output torque to the wheels of at least two axles, for example the first axle 3 and the second axis 2 , are mechanically firmly connected to one another by means of a shaft.

Die Stern-Dreieck-Umschaltung wird in der Regel für das Starten von Drehstrommaschinen, insbesondere Synchron- und Asynchronmaschinen, aus einem dreiphasigen Netz verwendet. Dabei ist für das Starten aus Kostengründen kein Pulswechselrichter involviert, da diese Maschinen mit einer festen Drehzahl betrieben werden. Allerdings ist nach dem Starten die Drehzahl nicht derart flexibel steuerbar, wie das mit einem Pulswechselrichter möglich wäre. Die Stern-Dreieck-Umschaltung benötigt daher eine elektrische Maschine, die keinen festen Sternpunkt hat. Bei einem festen Sternpunkt sind die Phasenenden der elektrischen Maschine jeweils im Wickelkopf auf der Schaltseite mechanisch fest zusammengebunden. Dagegen können für einen flexiblen Sternpunkt beide Enden aller Phasenwicklungen aus dem Wickelkopf ausgeführt und dadurch verschaltbar angeordnet werden.The star-delta switching is usually used to start three-phase machines, especially synchronous and asynchronous machines, from a three-phase network. For reasons of cost, no pulse-controlled inverter is involved for starting, as these machines are operated at a fixed speed. However, after starting, the speed cannot be controlled as flexibly as would be possible with a pulse-controlled inverter. The star-delta changeover therefore requires an electrical machine that does not have a fixed star point. With a fixed star point, the phase ends of the electrical machine are mechanically tightly bound together in the winding head on the switching side. On the other hand, for a flexible star point, both ends of all phase windings can be carried out from the winding head and thus arranged such that they can be interconnected.

In einem elektrisch betriebenen Kraftfahrzeug kann die Stern-Dreieck-Umschaltung mit einer Anwendung eines Pulswechselrichters (Leistungselektronik) kombinierbar sein. In diesem Fall können bei gleicher Leistungselektronik, die dadurch gekennzeichnet ist, dass ein gleicher Maximalausgabestrom und eine maximale Spannung durch die Leistungselektronik erreicht werden kann, in einem passenden Schaltmodus mit nur einer gering modifizierten elektrischen Maschine mehr Drehmoment und/oder ein besserer Wirkungsgrad (mehr Reichweite des Fahrzeugs) erreichbar sein. Dabei können nicht nur Asynchronmaschinen, sondern alle drei- oder mehrphasigen elektrischen Maschinen (zum Beispiel Synchronmaschinen, permanenterregte Synchronmaschinen (PSM) oder Synchronreluktanzmaschinen (SRN)) im Stern oder Dreieck geschaltet werden und das im gleichen oder einem sehr ähnlichen Maschinenbauraum für die jeweilige elektrische Maschine.In an electrically operated motor vehicle, the star-delta switchover can be combined with an application of a pulse inverter (power electronics). In this case, with the same power electronics, which are characterized in that the same maximum output current and maximum voltage can be achieved by the power electronics, more torque and / or better efficiency (more range) can be achieved in a suitable switching mode with only a slightly modified electrical machine of the vehicle). Not only asynchronous machines, but all three- or multi-phase electrical machines (e.g. synchronous machines, permanent-magnet synchronous machines (PSM) or synchronous reluctance machines (SRN)) can be connected in star or delta and in the same or a very similar machine installation space for the respective electrical machine .

Eine Optimierung der elektrischen Maschine für mehr Drehmoment über einen breiten Drehzahlbereich der elektrischen Maschine kann dabei einerseits mittels einer Kombination der elektrischen Maschine und einem mechanischen Getriebe oder andererseits mittels einer Stern-Dreieck-Umschaltung erreicht werden. Heute werden Elektroautos, welche mindestens ein Zweiganggetriebe aufweisen, gebaut. Dabei können bei einem allradgetriebenen Elektrofahrzeug mittels zweier elektrischen Maschinen die jeweilige elektrische Maschinen einen festen, nicht lösbaren oder umschaltbaren Sternpunkt beziehungsweise Sternschaltung aufweisen. Die Stern-Dreieck-Umschaltung wird in der Regel für das Starten von Asynchronmaschinen aus einem dreiphasigen Netz angewendet. Ein Pulswechselrichter ist dabei aus Kostengründen und den Anforderungen einer festen Drehzahl nicht involviert. Nach dem Starten ist die Drehzahl somit nicht so flexibel steuerbar, als dies mit einem Pulswechselrichter der Fall wäre. Die Stern-Dreieck-Umschaltung braucht daher eine spezielle elektrische Maschine, die keinen festen Sternpunkt hat. Dabei sind die Phasen in der elektrischen Maschine im Wickelkopf an der Schaltseite nicht mechanisch fest zusammengebunden, sondern sind aus dem Wickelkopf der elektrischen Maschine ausgeführt und verschaltbar ausgelegt.An optimization of the electrical machine for more torque over a wide speed range of the electrical machine can be achieved on the one hand by means of a combination of the electrical machine and a mechanical transmission or on the other hand by means of a star-delta switchover. Today, electric cars that have at least one two-speed transmission are built. In an all-wheel drive electric vehicle, the respective electric machines can have a fixed, non-detachable or switchable star point or star connection by means of two electrical machines. The star-delta changeover is usually used to start asynchronous machines from a three-phase network. A pulse inverter is not involved for reasons of cost and the requirements of a fixed speed. After starting, the speed cannot be controlled as flexibly as would be the case with a pulse-controlled inverter. The star-delta changeover therefore requires a special electrical machine that does not have a fixed star point. In this case, the phases in the electrical machine in the winding head on the switching side are not mechanically tightly bound together, but are made from the winding head of the electrical machine and designed to be interconnectable.

Bei einer Veränderung der Windungszahl der elektrischen Maschine kann bei einer Vergrößerung der Windungsanzahl das maximale Drehmoment über den Verlauf der Drehzahl der elektrischen Maschine zwar größer werden, jedoch kann das Drehmoment bei einer kleineren Drehzahl bereits früher abfallen. Dies ist jeweils bei einer Sternschaltung und bei einer Dreieckschaltung möglich. Für eine Maximierung der Beschleunigung kann eine höhere Wicklungszahl verwendet werden, da dies bei kleineren Drehzahlen ein höheres Maximaldrehmoment erzeugen kann. Dies hat Vorteile im Fahrzeug in einem Launch-Control-Modus. Dies hat dabei Vorteile einer entsprechenden Stern-Dreieck-Schaltbarkeit im Vergleich zu einer fest im Stern geschalteten elektrischen Maschine.When the number of turns of the electrical machine changes, the maximum torque can indeed increase over the course of the speed of the electrical machine when the number of turns increases, but the torque can drop earlier at a lower speed. This is possible with a star connection and with a delta connection. A higher number of windings can be used to maximize the acceleration, as this can generate a higher maximum torque at lower speeds. This has advantages in the vehicle in a launch control mode. This has the advantages of a corresponding star-delta switchability compared to an electrical machine permanently connected in a star.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für einen Antriebsstrang eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs umfassend zumindest eine Drehstrommaschine, zumindest einen Pulswechselrichter, zumindest ein Getriebe umfassend ein Übersetzungsverhältnis mit zumindest zwei Gängen, einen Umschalter für eine Stern-Dreieck-Umschaltung einer Schaltungsanordnung der Drehstrommaschine und eine Recheneinheit. Von der jeweiligen Drehstrommaschine wird über das zumindest eine Getriebe jeweils ein Drehmoment an die jeweiligen Räder zumindest einer Achse übertragen. Die Recheneinheit ist dabei dazu eingerichtet, den Zeitpunkt der Stern-Dreieck-Umschaltung durch den Umschalter mit einem Schaltvorgang des Getriebes aufeinander zeitlich abzustimmen. Dadurch kann die Stern-Dreieck-Umschaltung von Passagieren des Kraftfahrzeugs unbemerkt erfolgen. Dadurch kann die Stern-Dreieck-Umschaltung von Passagieren des Kraftfahrzeugs unbemerkt erfolgen. Die besagte Vorrichtung kann in verschiedenen Antriebsstrangkonfigurationen bereitgestellt sein.The invention relates to a device for a drive train of an electrically driven motor vehicle comprising at least one three-phase machine, at least one pulse inverter, at least one transmission comprising a gear ratio with at least two gears, a changeover switch for star-delta switching of a circuit arrangement of the three-phase machine and a computing unit. The respective three-phase machine transmits a torque to the respective wheels of at least one axle via the at least one transmission. The arithmetic unit is set up to time the point in time of the star-delta changeover by the changeover switch with a shifting process of the transmission. As a result, the star-delta switchover can take place unnoticed by passengers in the motor vehicle. As a result, the star-delta switchover can take place unnoticed by passengers in the motor vehicle. Said device can be provided in various drive train configurations.

Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung eine weitere Verbesserung eines elektrischen Antriebs für ein Kraftfahrzeug mittels einer Stern-Dreieck-Umschaltung gleichzeitig zu einer mechanischen Schaltung erreicht werden kann.Overall, the example shows how the invention can achieve a further improvement of an electric drive for a motor vehicle by means of a star-delta switchover at the same time as a mechanical circuit.

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Claims (10)

Antriebsstrangvorrichtung (1) zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs umfassend: - zumindest zwei Achsen (2, 2', 3), wobei jede der Achsen (2, 2', 3) jeweils zumindest zwei Räder (21, 22, 31, 32) verbindet, - zumindest eine Drehstrommaschine (4, 5, 5'), wobei die zumindest eine Drehstrommaschine (4, 5, 5') dazu eingerichtet ist, jeweils ein Drehmoment an die Räder (21, 22, 31, 32) zumindest einer der Achsen (2, 2', 3) abzugeben, - zumindest ein schaltbares Getriebe (23, 23', 33), wobei das jeweilige Getriebe (23, 23', 33) dazu eingerichtet ist, zumindest ein umschaltbares Übersetzungsverhältnis (G1, G2) für die Übertragung des von der Drehstrommaschine (4, 5, 5') abgegebenen Drehmoments an zumindest ein Rad (21, 22, 31, 32) der jeweiligen Achse (2, 2', 3) bereitzustellen, - zumindest einen Pulswechselrichter (41, 51, 51'), wobei der jeweilige Pulswechselrichter (41, 51, 51') mit jeweils einer der zumindest einen Drehstrommaschine (4, 5, 5') elektrisch verbunden ist, wobei der jeweilige Pulswechselrichter (41, 51, 51') und die jeweilige zugehörige Drehstrommaschine (4, 5, 5') dazu eingerichtet sind, dass der jeweilige Pulswechselrichter (41, 51, 51') die jeweilige Drehstrommaschine (4, 5, 5') ansteuert, - eine Schaltungsanordnung (8) umfassend einen Umschalter (6), wobei die Schaltungsanordnung (8) die zumindest eine Drehstrommaschine (4, 5, 5') jeweils abwechselnd in einer Sternschaltung (9) und einer Dreieckschaltung (10) beschaltet und dazu eingerichtet ist, mittels des Umschalters (6) eine Stern-Dreieck-Umschaltung (11) durchzuführen, - eine Recheneinheit (7) zur Steuerung des Umschalters (6), wobei die Recheneinheit (7) dazu eingerichtet ist, den Umschalter (6) anzusteuern, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (7) dazu eingerichtet ist, einen Zeitpunkt (t1) der Stern-Dreieck-Umschaltung (11) der Schaltungsanordnung (8) durch den Umschalter (6) mit einem Zeitpunkt (t1) eines Schaltvorgangs (N) des zumindest einen Getriebes (23, 23', 33) aufeinander zeitlich abzustimmen.Drive train device (1) for driving a motor vehicle comprising: - at least two axles (2, 2 ', 3), each of the axles (2, 2', 3) connecting at least two wheels (21, 22, 31, 32), - At least one three-phase machine (4, 5, 5 '), the at least one three-phase machine (4, 5, 5') being set up to apply a torque to each of the wheels (21, 22, 31, 32) of at least one of the axles ( 2, 2 ', 3), - at least one switchable gear (23, 23', 33), the respective gear (23, 23 ', 33) being set up to provide at least one switchable gear ratio (G1, G2) for the To provide transmission of the torque output by the three-phase machine (4, 5, 5 ') to at least one wheel (21, 22, 31, 32) of the respective axle (2, 2', 3), - at least one pulse inverter (41, 51, 51 '), the respective pulse-controlled inverter (41, 51, 51') being electrically connected to one of the at least one three-phase machines (4, 5, 5 '), the respective pulse inverter (41, 51, 51 ') and the respective associated three-phase machine (4, 5, 5') are set up so that the respective pulse-controlled inverter (41, 51, 51 ') controls the respective three-phase machine (4, 5, 5') - A circuit arrangement (8) comprising a changeover switch (6), the circuit arrangement (8) connecting the at least one three-phase machine (4, 5, 5 ') alternately in a star connection (9) and a delta connection (10) and being set up for this purpose is to carry out a star-delta changeover (11) by means of the changeover switch (6), - an arithmetic unit (7) for controlling the changeover switch (6), the arithmetic unit (7) being set up to control the changeover switch (6), characterized in that the arithmetic unit (7) is set up to set a point in time (t1) of the star-delta switchover (11) of the circuit arrangement (8) by the changeover switch (6) with a point in time (t1) of a switching process (N) of the at least one gear (23, 23 ', 33) one on top of the other in time to vote. Antriebsstrangvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Recheneinheit (7) dazu eingerichtet ist, in zumindest einer vorbestimmten Fahrsituation den Zeitpunkt (t1) der Stern-Dreieck-Umschaltung (11) derart zu bestimmen, dass die Stern-Dreieck-Umschaltung (11) während des Schaltvorgangs (N) des Getriebes (23, 23', 33) von dem Umschalter (6) durchgeführt wird.Powertrain device (1) according to Claim 1 , wherein the computing unit (7) is set up to determine the point in time (t1) of the star-delta switchover (11) in at least one predetermined driving situation in such a way that the star-delta switchover (11) occurs during the switching process (N) of the transmission (23, 23 ', 33) is carried out by the switch (6). Antriebsstrangvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Recheneinheit (7) dazu eingerichtet ist, in zumindest einer vorbestimmten Fahrsituation den Zeitpunkt (t1) der Stern-Dreieck-Umschaltung (11) derart zu bestimmen, dass die Stern-Dreieck-Umschaltung (11) vor oder nach dem Schaltvorgang (N) des Getriebes (23, 23', 33) von dem Umschalter (6) durchgeführt wird.Drive train device (1) according to one of the preceding claims, wherein the arithmetic unit (7) is set up to determine the point in time (t1) of the star-delta switchover (11) in at least one predetermined driving situation in such a way that the star-delta switchover (11) is carried out before or after the switching process (N) of the transmission (23, 23 ', 33) by the switch (6). Antriebsstrangvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine erste Drehstrommaschine (4) und ein erstes schaltbares Getriebe (33) umfassend ein erstes Übersetzungsverhältnis (G1, G2) dazu eingerichtet sind, ein erstes Drehmoment an die Räder (31, 32) einer ersten Achse (3) abzugeben und eine zweite Drehstrommaschine (5) und ein zweites Getriebe (23) umfassend ein zweites konstantes Übersetzungsverhältnis (G1) und die Schaltungsanordnung (8) dazu eingerichtet sind, die Stern-Dreieck-Umschaltung (11) durchzuführen und ein zweites Drehmoment an die die Räder (21, 22) einer zweiten Achse (2) abzugeben.Drive train device (1) according to one of the preceding claims, wherein a first three-phase machine (4) and a first switchable transmission (33) comprising a first transmission ratio (G1, G2) are set up to deliver a first torque to the wheels (31, 32) first axis (3) and a second three-phase machine (5) and a second gear (23) comprising a second constant transmission ratio (G1) and the circuit arrangement (8) are set up to carry out the star-delta switchover (11) and a to deliver a second torque to the wheels (21, 22) of a second axle (2). Antriebsstrangvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zumindest eine Drehstrommaschine (4) und ein Getriebe (33) umfassend das umschaltbare Übersetzungsverhältnis (G1, G2) und die Schaltungsanordnung (8) dazu eingerichtet sind, die Stern-Dreieck-Umschaltung (11) durchzuführen und ein Drehmoment an die jeweiligen Räder (31, 32) der Achse (3) abzugeben.Drive train device (1) according to one of the Claims 1 to 3 , wherein at least one three-phase machine (4) and a gear (33) comprising the switchable transmission ratio (G1, G2) and the circuit arrangement (8) are set up to carry out the star-delta switchover (11) and a torque to the respective wheels (31, 32) of the axle (3). Antriebsstrangvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine erste Drehstrommaschine (4) und ein erstes Getriebe (33) umfassend ein erstes umschaltbares Übersetzungsverhältnis (G1, G2) und die Schaltungsanordnung (8) dazu eingerichtet sind, die Stern-Dreieck-Umschaltung (11) durchzuführen und ein erstes Drehmoment an die Räder (31, 32) der ersten Achse (3) abzugeben und eine zweite Drehstrommaschine (5) und ein zweites Getriebe (23) umfassend ein zweites Übersetzungsverhältnis (G1) dazu eingerichtet sind, ein zweites Drehmoment an die Räder (21, 22) einer zweiten Achse (2) abzugeben.Drive train device (1) according to one of the Claims 1 to 3 , wherein a first three-phase machine (4) and a first gear (33) comprising a first switchable gear ratio (G1, G2) and the circuit arrangement (8) are set up to carry out the star-delta switchover (11) and a first torque the wheels (31, 32) of the first axle (3) and a second three-phase machine (5) and a second transmission (23) comprising a second gear ratio (G1) are set up to deliver a second torque to the wheels (21, 22) a second axle (2) to deliver. Antriebsstrangvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine erste Drehstrommaschine (4) und ein erstes Getriebe (33) umfassend ein erstes umschaltbares Übersetzungsverhältnis (G1, G2) und die Schaltungsanordnung (8) dazu eingerichtet sind, die Stern-Dreieck-Umschaltung (11) durchzuführen und ein erstes Drehmoment an die Räder (31, 32) der ersten Achse (3) abzugeben und eine zweite und eine dritte Drehstrommaschine (5, 5') umfassend jeweils ein zweites und ein drittes Getriebe (23, 23') jeweils umfassend ein zweites konstantes Übersetzungsverhältnis (G1) und ein drittes konstantes Übersetzungsverhältnis (G1) dazu eingerichtet sind, jeweils ein zweites und ein drittes Drehmoment an jeweils ein Rad (21, 22) einer zweiten Achse (2, 2') abzugeben.Drive train device (1) according to one of the Claims 1 to 3 , wherein a first three-phase machine (4) and a first transmission (33) comprising a first switchable gear ratio (G1, G2) and the circuit arrangement (8) are set up to carry out the star-delta switchover (11) and to output a first torque to the wheels (31, 32) of the first axle (3) and a second and a third three-phase machine (5, 5 ') each comprising a second and a third gear (23, 23') each comprising a second constant transmission ratio (G1) and a third constant transmission ratio (G1) are set up to each have a second and to deliver a third torque to a respective wheel (21, 22) of a second axle (2, 2 '). Antriebsstrangvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine erste Drehstrommaschine (4) und ein erstes Getriebe (33) umfassend ein erstes umschaltbares Übersetzungsverhältnis (G1, G2) und die Schaltungsanordnung (8) dazu eingerichtet sind, die Stern-Dreieck-Umschaltung (11) durchzuführen und ein erstes Drehmoment an die Räder (31, 32) der ersten Achse (3) abzugeben und eine zweite Drehstrommaschine (5) und ein zweites Getriebe (23) umfassend ein zweites Übersetzungsverhältnis (G1, G2) mittels der Schaltungsanordnung (8) umfassend den Umschalter (6) für die Stern-Dreieck-Umschaltung (11) dazu eingerichtet sind, ein zweites Drehmoment an die Räder (21, 22) einer zweiten Achse (2) abzugeben.Drive train device (1) according to one of the Claims 1 to 3 , wherein a first three-phase machine (4) and a first gear (33) comprising a first switchable gear ratio (G1, G2) and the circuit arrangement (8) are set up to carry out the star-delta switchover (11) and a first torque the wheels (31, 32) of the first axle (3) and a second three-phase machine (5) and a second gear (23) comprising a second gear ratio (G1, G2) by means of the circuit arrangement (8) comprising the switch (6) for the star-delta switchover (11) are set up to deliver a second torque to the wheels (21, 22) of a second axle (2). Antriebsstrangvorrichtung (1) einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die zumindest eine Drehstrommaschine (4, 5, 5') und das Getriebe (23, 23', 33) und die Schaltungsanordnung (8) dazu eingerichtet sind, die Stern-Dreieck-Umschaltung (11) durchzuführen und ein Drehmoment an die Räder (21, 22, 31, 32) von zumindest zwei Achsen abzugeben.Powertrain device (1) one of the Claims 1 to 3 , wherein the at least one three-phase machine (4, 5, 5 ') and the gear (23, 23', 33) and the circuit arrangement (8) are set up to carry out the star-delta switchover (11) and to apply a torque to the Deliver wheels (21, 22, 31, 32) from at least two axles. Kraftfahrzeug, welches eine Antriebsstrangvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umfasst.Motor vehicle which has a drive train device (1) according to one of the Claims 1 to 9 includes.
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