DE102022110816A1

DE102022110816A1 - Elektrisch betreibbarer Achsantriebsstrang, Verfahren zum Betrieb eines elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs, Computerprogrammprodukt und Steuereinheit

Info

Publication number: DE102022110816A1
Application number: DE102022110816.3A
Authority: DE
Inventors: Torsten Pieper; Marcus HOPPE
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2021-06-14
Filing date: 2022-05-03
Publication date: 2022-12-15
Also published as: CN117529418A; WO2022262891A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang (1) für ein Kraftfahrzeug (2) umfassend eine erste Fahrzeugachse (3) mit einer ersten elektrischen Maschine (4) zum Antrieb eines ersten Fahrzeugrads (5) der ersten Fahrzeugachse (3) und wenigstens einer zweiten elektrischen Maschine (6) zum Antrieb eines zweiten Fahrzeugrads (7) der ersten Fahrzeugachse (3), sowie einem Lenksystem (8) zur Lenkung des Kraftfahrzeugs (2) und einer Steuereinheit (9), welche eingerichtet ist, eine Aktuierung des Lenksystems (8) zu bewirken, wobei bei einer Fehlfunktion einer der elektrischen Maschinen (4,6) des elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs (1), bei welcher an einem der Fahrzeugräder (5) eine geringere Drehzahl und/oder ein geringeres Drehmoment anliegt als an dem jeweils anderen Fahrzeugrad (7), ein hierdurch entstehendes, auf das Kraftfahrzeug (2) einwirkendes Drehmoment (12) erzeugt ist, welches durch eine diesem Drehmoment (12) entgegenwirkende und durch die Steuereinheit (9) aktuierte Lenkstellung (13) des Lenksystems (8) ausgeglichen wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine erste Fahrzeugachse mit einer ersten elektrischen Maschine zum Antrieb eines ersten Fahrzeugrads der ersten Fahrzeugachse und wenigstens einer zweiten elektrischen Maschine zum Antrieb eines zweiten Fahrzeugrads der ersten Fahrzeugachse, sowie einem Lenksystem zur Lenkung des Kraftfahrzeugs und einer Steuereinheit, welche eingerichtet ist, eine Aktuierung des Lenksystems zu bewirken. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb eines elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs, Computerprogrammprodukt und Steuereinheit.
Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden.
Eine ausführliche Darstellung zu einem Elektroantrieb ergibt sich aus einem Artikel der Zeitschrift ATZ 113. Jahrgang, 05/2011, Seiten 360-365 von Erik Schneider, Frank Fickl, Bernd Cebulski und Jens Liebold mit dem Titel: Hochintegrativ und Flexibel Elektrische Antriebseinheit für E-Fahrzeuge, der wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet. In diesem Artikel wird eine Antriebseinheit für eine Achse eines Fahrzeugs beschrieben, welche einen E-Motor umfasst, der konzentrisch und koaxial zu einem Kegelraddifferenzial angeordnet ist, wobei in dem Leistungsstrang zwischen Elektromotor und Kegelraddifferenzial ein schaltbarer 2-Gang-Planetenradsatz angeordnet ist, der ebenfalls koaxial zu dem E-Motor bzw. dem Kegelraddifferenzial oder Stirnraddifferential positioniert ist. Die Antriebseinheit ist sehr kompakt aufgebaut und erlaubt aufgrund des schaltbaren 2-Gang-Planetenradsatzes einen guten Kompromiss zwischen Steigfähigkeit, Beschleunigung und Energieverbrauch. Derartige Antriebseinheiten werden auch als E-Achsen oder elektrisch betreibarer Antriebsstrang bezeichnet.
Es sind bei elektrischen Achsantriebsstrangen auch Konfigurationen bekannt, bei denen jedes Fahrzeugrad einer Achse mit einem separaten Elektromotor angetrieben ist. Die Elektromotoren sind dann in der Regel mechanisch mit jeweils einem der Fahrzeugräder verbunden. Zwischen Elektromotor und Fahrzeugrad kann dabei jeweils ein Getriebe eingebunden sein. Daher gibt es in derartigen Konfigurationen in der Regel keine Möglichkeit für einen der Motoren, beide Fahrzeugräder anzutreiben. Beispielsweise gibt es kein Differentialgetriebe, an dem beide Räder angebunden sind. Damit ergibt sich das Problem, dass bei einem Ausfall eines der beiden Motoren eine einseitige Krafteinleitung erfolgt und so ein Drehmoment entsteht, welches das Fahrzeug um die Fahrzeughochachse drehen möchte. Das Drehmoment basiert auf der Antriebskraft im Kontakt Reifen zu Straße und dem Hebelarm zum Fahrzeugschwerpunkt, was in etwa der halben Spurbreite entspricht.
Dieses Drehmoment kann für den Fahrer zu einem unerwarteten Ausbrechen des Fahrzeugs führen und erfordert ein schnelles und korrektes Eingreifen des Fahrers. Es ist ersichtlich, dass eine derartige Betriebssituation ein hohes Risiko für menschliche Fehlbedienungen bereithält.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, diese Risiken zu reduzieren oder vollständig zu vermeiden und einen elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang bereitzustellen, der eine hohe Sicherheit in der Steuerung des Fahrzeugs beim Ausfall einer elektrischen Maschine bereitstellt. Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Steuerung eines elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine erste Fahrzeugachse mit einer ersten elektrischen Maschine zum Antrieb eines ersten Fahrzeugrads der ersten Fahrzeugachse und wenigstens einer zweiten elektrischen Maschine zum Antrieb eines zweiten Fahrzeugrads der ersten Fahrzeugachse, sowie einem Lenksystem zur Lenkung des Kraftfahrzeugs und einer Steuereinheit, welche eingerichtet ist, eine Aktuierung des Lenksystems zu bewirken,wobei bei einer Fehlfunktion einer der elektrischen Maschinen, des elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs, bei welcher an einem der Fahrzeugräder eine geringere Drehzahl und/oder ein geringeres Drehmoment anliegt als an dem jeweils anderen Fahrzeugrad, ein hierdurch entstehendes, auf das Kraftfahrzeug einwirkendes Drehmoment erzeugt ist, welches durch eine diesem Drehmoment entgegenwirkende und durch die Steuereinheit aktuierte Lenkstellung des Lenksystems ausgeglichen wird.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Achsantriebsstrangs ist es, dass regelungstechnische Verfahren realisierbar werden, das Kraftfahrzeug beim Ausfall einer elektrischen Maschine sicher und beherrschbar in der Spur zu halten und hierzu lediglich bereits vorhandene Komponenten des Lenksystems oder des Fahrwerks zu verwenden. Da das Kraftfahrzeug „wissentlich“ in einen Notfallbetrieb übergeht, bei dem auch das Antriebsmoment an dem verbleibenden angetriebenen Fahrzeugrad bekannt ist, kann die Steuereinheit die entsprechenden Gegenmaßnahmen über das Lenksystem und/oder das Fahrwerk frühzeitig, sicher und mit maximal möglichem Komfort einleiten, ohne dass es eines manuellen Eingreifens des Fahrers bedarf.
Zunächst werden die einzelnen Elemente des beanspruchten Erfindungsgegenstandes in der Reihenfolge ihrer Nennung im Anspruchssatz erläutert und nachfolgend besonders bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
Ein elektrischer Achsantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs kann wenigstens eine elektrische Maschine und wenigstens eine Getriebeanordnung umfassen, wobei die elektrische Maschine und die Getriebeanordnung bevorzugt jeweils eine bauliche Einheit bilden. Bevorzugt weist der elektrische Achsantriebsstrang eine erste elektrische Maschine mit einer ersten Getriebeanordnung sowie eine zweite elektrische Maschine und mit einer zweiten Getriebeanordnung auf.
Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass jeweils eine elektrische Maschine und eine Getriebeanordnung in einem gemeinsamen Antriebsstranggehäuse angeordnet sind. Alternativ wäre es natürlich auch möglich, dass die elektrische Maschine ein Motorgehäuse und das Getriebe ein Getriebegehäuse besitzt, wobei die bauliche Einheit dann über eine Fixierung der Getriebeanordnung gegenüber der elektrischen Maschine bewirkbar ist. Diese bauliche Einheit wird gelegentlich auch als E-Achse bezeichnet.
Die elektrischen Maschinen und die Getriebeanordnungen können auch jeweils oder gemeinsam in einem Antriebsstranggehäuse aufgenommen sein. Das Antriebsstranggehäuse ist zumindest zur Aufnahme der elektrischen Maschine und der Getriebeanordnung vorgesehen. Das Antriebsstranggehäuse ist bevorzugt aus einem metallischen Material, insbesondere bevorzugt aus Aluminium, Grauguss oder Stahlguss, insbesondere mittels einem Urformverfahren wie Gießen oder Druckguss geformt. Grundsätzlich wäre es jedoch auch möglich, das Antriebsstranggehäuse aus einem Kunststoff zu bilden.
Das Antriebsstranggehäuse kann insbesondere bevorzugt eine topfartige Grundform aufweisen, so dass die elektrische Maschine und das Getriebe über die offene Stirnseite des Antriebsstranggehäuses in dieses eingesetzt werden können.
Eine elektrische Maschine dient zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und/oder umgekehrt, und umfasst in der Regel einen als Stator, Ständer oder Anker bezeichneten ortsfesten Teil sowie einen als Rotor oder Läufer bezeichneten und gegenüber dem ortsfesten Teil beweglich angeordneten Teil.
Im Falle von als Rotationsmaschinen ausgebildeten elektrischen Maschinen wird insbesondere zwischen Radialflussmaschinen und Axialflussmaschinen unterschieden. Dabei zeichnet sich eine Radialflussmaschine dadurch aus, dass die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator ausgebildeten Luftspalt, sich in radialer Richtung erstrecken, während im Falle einer Axialflussmaschine sich die Magnetfeldlinien in dem zwischen Rotor und Stator gebildeten Luftspalt in axialer Richtung erstrecken.
Im Zusammenhang mit der Erfindung kann die elektrische Maschine als Radial- oder Axialflussmaschine ausgebildet sein. Um einen axial besonders kompakt bauende Achsantriebsstrang auszubilden, sind Axialflussmaschinen zu bevorzugen.
Die elektrische Maschine ist insbesondere für die Verwendung innerhalb eines elektrisch betreibbaren Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs vorgesehen.
Insbesondere ist die elektrische Maschine so dimensioniert, dass Fahrzeuggeschwindigkeiten größer als 50 km/h, vorzugsweise größer als 80 km/h und insbesondere größer als 100 km/h erreicht werden können. Besonders bevorzugt weist der Elektromotor eine Leistung größer als 30 kW, vorzugsweise größer als 50 kW und insbesondere größer als 70 kW auf. Es ist des Weiteren bevorzugt, dass die elektrische Maschine Drehzahlen größer als 5.000 U/min, besonders bevorzugt größer als 10.000 U/min, ganz besonders bevorzugt größer als 12.500 U/min bereitstellt.
Die Getriebeanordnung des elektrischen Achsantriebsstrangs ist insbesondere mit der elektrischen Maschine koppelbar, welche zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments für das Kraftfahrzeug ausgebildet ist. Bei dem Antriebsdrehmoment handelt es sich besonders bevorzugt um ein Hauptantriebsdrehmoment, sodass das Kraftfahrzeug ausschließlich durch das Antriebsdrehmoment angetrieben wird.
Die Getriebeanordnung kann ein Differentialgetriebe aufweisen. Ein Differentialgetriebe ist ein Planetengetriebe mit einem Antrieb und zwei Abtrieben. Es hat üblicherweise die Funktion, zwei Fahrzeugräder eines Kraftfahrzeugs so anzutreiben, dass sie in Kurven unterschiedlich schnell, aber mit gleicher Vortriebskraft drehen können.
Das Lenksystem kann bevorzugt als ein Steer-by-wire-Lenksystem ausgebildet sein. Unter einem Steer-By-Wire-Lenksystem im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Lenkungssystem für die Vorderachse zu verstehen, welches im Wesentlichen aus einem sogenannten Hand Wheel Aktuator (HWA), beispielsweise der Aktuatorik um das befehlsgebende Fahrzeug-Lenkrad herum, und einem Road Wheel Aktuator (RWA), also der auf die mit den Fahrzeugrädern verbundene Lenkmechanik wirkenden Aktuatorik, besteht. Per Leitung („by wire“) wird dabei das Lenksignal vom HWA zum RWA übertragen.
Eine Steuereinheit, wie sie in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, dient der insbesondere elektronischen Steuerung und/oder Reglung eines oder mehrerer technischer Systeme des Kraftfahrzeugs. Insbesondere kann eine Steuereinheit zur Steuerung und/oder Reglung einer oder mehrerer elektrischer Maschinen oder und/oder eines Lenksystems vorgesehen sein.
Eine Steuereinheit weist insbesondere einen kabelgebundenen oder kabellosen Signaleingang zum Empfang von insbesondere elektrischen Signalen, wie beispielsweise Sensorsignalen, auf. Ferner besitzt eine Steuereinheit ebenfalls bevorzugt einen kabelgebundenen oder kabellosen Signalausgang zur Übermittlung von insbesondere elektrischen Signalen, beispielsweise an elektrische Aktuatoren oder elektrische Verbraucher des Kraftfahrzeugs.
Innerhalb der Steuereinheit können Steuerungsoperationen und/oder Reglungsoperationen durchgeführt werden. Ganz besonders bevorzugt ist es, dass die Steuereinheit eine Hardware umfasst, die ausgebildet ist, eine Software auszuführen. Bevorzugt umfasst die Steuereinheit wenigstens einen elektronischen Prozessor zur Ausführung von in einer Software definierten Programmabläufen.
Die Steuereinheit kann ferner einen oder mehrere elektronische Speicher aufweisen, in denen die in den an die Steuereinheit übermittelten Signalen enthaltenen Daten gespeichert und wieder ausgelesen werden können. Ferner kann die Steuereinheit einen oder mehrere elektronische Speicher aufweisen, in denen Daten veränderbar und/oder unveränderbar gespeichert werden können.
Eine Steuereinheit kann eine Mehrzahl von Steuergeräten umfassen, welche insbesondere räumlich getrennt voneinander im Kraftfahrzeug angeordnet sind. Steuergeräte werden auch als Electronic Control Unit (ECU) oder Electronic Control Module (ECM) bezeichnet und besitzen bevorzugt elektronische Mikrocontroller zur Durchführung von Rechenoperationen zur Verarbeitung von Daten, besonders bevorzugt mittels einer Software. Die Steuergeräte können bevorzugt miteinander vernetzt sein, so dass ein kabelgebundener und/oder kabelloser Datenaustausch zwischen Steuergeräten ermöglicht ist. Insbesondere ist es auch möglich, die Steuergeräte über im Kraftfahrzeug vorhandene Bus-Systeme, wie beispielsweise CAN-Bus oder LIN-Bus, miteinander zu vernetzen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit das Lenksystem derart aktuiert, dass ein drittes Fahrzeugrad und/oder ein viertes Fahrzeugrad einer zweiten Fahrzeugachse in eine Lenkstellung überführbar sind, die das Drehmoment ausgleicht. Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Steuereinheit das Lenksystem derart aktuiert, dass das erste Fahrzeugrad und/oder das zweite Fahrzeugrad der ersten Fahrzeugachse in eine Lenkstellung überführbar sind/ist, die das Drehmoment ausgleicht. So ist es beispielsweise ermöglicht, dass das Lenksystem an einer Vorderachslenkung und/oder Hinterradlenkung angesprochen wird.
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Steuereinheit das Lenksystem derart aktuiert, dass das dritte Fahrzeugrad und/oder das vierte Fahrzeugrad der zweiten Fahrzeugachse in eine Lenkstellung überführbar ist, die das Drehmoment ausgleicht, indem in der Lenkstellung der Sturzwinkel des dritten Fahrzeugrads und/oder des vierten Fahrzeugrads in eine dem Drehmoment entgegenwirkende Sturzwinkelstellung gebracht ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass auf das Fahrwerk des Lenksystems eingewirkt wird, ohne dass beispielsweise der Lenkeinschlagswinkel des Fahrwerks bzw. des Lenksystems verändert werden müssen.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Steuereinheit das Lenksystem derart aktuiert, dass das dritte Fahrzeugrad und/oder das vierte Fahrzeugrad der zweiten Fahrzeugachse in eine Lenkstellung überführbar ist, die das Drehmoment ausgleicht, indem in der Lenkstellung der Vorspurwinkel des dritten Fahrzeugrads und/oder des vierten Fahrzeugrads in eine dem Drehmoment entgegenwirkende Vorspurwinkelstellung gebracht ist.
Des Weiteren kann die Erfindung auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die Steuereinheit eingerichtet ist, beim Vorliegen einer Fehlfunktion einer der elektrischen Maschinen, des elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs ein die Fehlfunktion repräsentierendes Signal zu erzeugen und an eine übergeordnete Steuereinheit des Kraftfahrzeugs und/oder Signalempfänger außerhalb des Kraftfahrzeugs zu senden.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die Steuereinheit eingerichtet ist, beim Vorliegen einer Fehlfunktion einer der elektrischen Maschinen, des elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs, die Zeit des Auftretens der Fehlfunktion in der Steuereinheit und/oder einer übergeordneten Steuereinheit zu speichern und/oder Signalempfänger außerhalb des Kraftfahrzeugs zu senden.
Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs für ein Kraftfahrzeug umfassend eine erste Fahrzeugachse mit einer ersten elektrischen Maschine zum Antrieb eines ersten Fahrzeugrads der ersten Fahrzeugachse und wenigstens einer zweiten elektrischen Maschine zum Antrieb eines zweiten Fahrzeugrads der ersten Fahrzeugachse, sowie einem Lenksystem zur Lenkung des Kraftfahrzeugs und einer Steuereinheit, welche eingerichtet ist, eine Aktuierung des Lenksystems zu bewirken, umfassend die folgenden Schritte:

a) Überwachung der Funktion der elektrischen Maschinen, und
b) Überprüfung, ob eine Fehlfunktion einer der elektrischen Maschinen, vorliegt, bei welcher an einem der Fahrzeugräder eine geringere Drehzahl und/oder ein geringeres Drehmoment anliegt als an dem jeweils anderen Fahrzeugrad, so dass ein hierdurch entstehendes, auf das Kraftfahrzeug einwirkendes Drehmoment erzeugt ist,
c) Berechnung einer diesem Drehmoment entgegenwirkenden Lenkstellung des Lenksystems durch die Steuereinheit,
d) Aktuierung des Lenksystems in die berechnete, dem Drehmoment entgegenwirkende Lenkstellung.

Die Aufgabe der Erfindung kann ferner gelöst werden durch ein Computerprogrammprodukt, das auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, oder Computer-Datensignal, verkörpert durch eine elektromagnetische Welle, mit Programmcode, der geeignet ist zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 8.
Schließlich kann die Aufgabe der Erfindung auch gelöst sein durch Steuereinheit zur Steuerung eines elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Prozessor und einen Speicher, der einen Computerprogrammcode enthält, wobei der Speicher und der Computerprogrammcode konfiguriert sind, mit dem Prozessor, die Steuereinheit zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 8 zu veranlassen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.
Es zeigt:

1 eine erste Ausführungsform eines elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs in einer schematischen Blockschaltdarstellung,
2 eine zweite Ausführungsform eines elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs in einer schematischen Blockschaltdarstellung,
3 eine dritte Ausführungsform eines elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs in einer schematischen Blockschaltdarstellung,
4 eine vierte Ausführungsform eines elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs in einer schematischen Blockschaltdarstellung,
5 eine fünfte Ausführungsform eines elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs in einer schematischen Blockschaltdarstellung,
6 eine sechste Ausführungsform eines elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs in einer schematischen Blockschaltdarstellung,
7 eine Steuereinheit in einer schematischen Blockschaltdarstellung, und

Im Folgenden sind in den 1-6 verschiedene Ausführungsbeispiele und Lösungsansätze aufgezeigt, die einzeln oder in Kombination zum Einsatz kommen können. Bei allen folgenden Ausführungsbeispielen befindet sich der Antrieb des Fahrzeugs 2 am linken Hinterrad, die erste elektrische Maschine 4 treibt also das erste Fahrzeugrad 5 an, was in den Figuren auch durch den entsprechenden senkrecht in der Bildebene verlaufenden Pfeil F_EM angedeutet ist. Dies dient lediglich der sprachlichen Vereinfachung und gilt in entsprechender Weise auch für den Fall des Antriebs am rechten Hinterrad 7 oder an einem der Vorderräder 15,16.
Die 1 zeigt einen elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrang 1 für ein Kraftfahrzeug 2 umfassend eine erste Fahrzeugachse 3 mit einer ersten elektrischen Maschine 4 zum Antrieb eines ersten Fahrzeugrads 5 der ersten Fahrzeugachse 3 und wenigstens einer zweiten elektrischen Maschine 6 zum Antrieb eines zweiten Fahrzeugrads 7 der ersten Fahrzeugachse 3. Im Momentenfluss zwischen den elektrischen Maschinen 4,6 und den jeweiligen Fahrzeugrädern 5,7 ist je ein Getriebe 23 angeordnet, dass insbesondere als Planetengetriebe ausgebildet sein kann. Der elektrisch betreibbare Achsantriebsstrang 1 ist mit einem Lenksystem 8 zur Lenkung des Kraftfahrzeugs 2 gekoppelt und besitzt eine Steuereinheit 9, welche eingerichtet ist, eine Aktuierung des Lenksystems 8 zu bewirken.
Bei einer Fehlfunktion einer der elektrischen Maschinen 4,6 des elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs 1, bei welcher an einem der Fahrzeugräder 5 eine geringere Drehzahl und/oder ein geringeres Drehmoment anliegt als an dem jeweils anderen Fahrzeugrad 7, wird ein hierdurch entstehendes, auf das Kraftfahrzeug 2 einwirkendes Drehmoment 12 erzeugt, welches durch eine diesem Drehmoment 12 entgegenwirkende und durch die Steuereinheit 9 aktuierte Lenkstellung 13 des Lenksystems 8 ausgeglichen wird. In den Figuren zeigt die zweite elektrische Maschine 6 eine Fehlfunktion und stellt dem Fahrzeugrad 7 kein Drehmoment zur Verfügung.
In der 1 ist gezeigt, dass die Steuereinheit 9 das Lenksystem 8 in einer ersten Ausführungsform derart aktuiert, dass ein drittes Fahrzeugrad 15 und ein viertes Fahrzeugrad 16 einer zweiten Fahrzeugachse 17 in eine Lenkstellung 13 überführbar sind, die das Drehmoment 12 ausgleicht. In der Ausführungsform der 1 ist dies für ein Kraftfahrzeug 2 mit einer Überlagerungslenkung, Steer-by-Wire System oder für ein autonom fahrendes Fahrzeug gezeigt. Das durch den einseitigen Antrieb auf der ersten Fahrzeugachse 3 erzeugte Drehmoment 12 wirkt in den gezeigten Ausführungsformen im Uhrzeigersinn auf das Kraftfahrzeug 2 ein. Um ein Gegenmoment zu erzeugen, können im Ausführungsbeispiel der 1 die Vorderräder mit einem geringen Winkel nach links eingeschlagen werden. Auf Grund der erhöhten Seitenführungskräfte der Reifen und des Hebelarms zum Schwerpunkt entsteht so ein Drehmoment, welches dem des angetriebenen Rades entgegenwirkt.
In der 1 ist ferner gezeigt, dass die Steuereinheit 9 eingerichtet ist, beim Vorliegen einer Fehlfunktion einer der elektrischen Maschinen 4,6 des elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs 1 ein die Fehlfunktion repräsentierendes Signal 24 zu erzeugen und an eine übergeordnete Steuereinheit 25 des Kraftfahrzeugs 2 und/oder Signalempfänger 26 außerhalb des Kraftfahrzeugs 2 zu senden.
Der Signalempfänger 26 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel außerhalb des Kraftfahrzeugs 2 angeordnet. Beispielsweise kann der Signalempfänger 26 ein Smartphone und/oder ein über eine drahtlose Verbindung kontaktierbarer Server 27 sein, welche jeweils zur Verarbeitung des Signals 24 eingerichtet sind. Was der 1 auch entnommen werden kann, ist die Steuereinheit 9 eingerichtet, beim Vorliegen einer Fehlfunktion einer der elektrischen Maschinen 4,6 des elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs 1, die Zeit des Auftretens der Fehlfunktion in der Steuereinheit 9 und/oder einer übergeordneten Steuereinheit 25 zu speichern und/oder Signalempfänger 26 außerhalb des Kraftfahrzeugs 2 zu senden.
Mit dieser Systemarchitektur lassen sich nun verschiedenste Mehrwertdienste realisieren, wobei nachfolgend einige exemplarisch näher erläutert werden.
Beispielsweise wäre es denkbar, dass das Signal 24 dazu genutzt wird, die nächste geeignete Werkstatt zu bestimmen und der Werkstatt Informationen über die aufgetretene Fehlfunktion, Fahrzeugtyp etc. zu übermitteln und im Navigationsgerät des Fahrzeugs 2 die schnellste Route zu der Werkstatt anzuzeigen.
Auch wäre es möglich, das Signal 24 zu nutzen, um einen definierten Empfängerkreis per Smartphone über die Fehlfunktion zu unterrichten, beispielsweise einen Empfängerkreis eines Termins im digitalen Kalender des Fahrers, so dass dieser vorsorglich über mögliche Verspätungen informiert wird.
Selbstverständlich kann das Signal 24 auch dazu genutzt werden, dem Fahrer ein Warnsignal optisch und/oder akustisch und/oder haptisch anzuzeigen, dass eine der elektrischen Maschinen 4,6 eine Fehlfunktion aufweist, was in der 1 durch das Warndreieck in der Steuereinheit 25 angedeutet ist.
Schließlich kann das Signal 24 auch eine Geschwindigkeitsbegrenzung und/oder Leistungsabregelung des Kraftfahrzeugs 2 durch die Steuereinheit 9 und/oder die übergeordnete Steuereinheit 25 bewirken, um die Fahrsicherheit zu im Fehlerzustand einer der antreibenden elektrischen Maschinen zu erhöhen.
Anders als in der 1 gezeigt, wäre auch das Einlenken nur eines der beiden Vorderräder oder der Hinterräder sowie die Kombination der Maßnahmen denkbar. Eine Kombination würde zudem die zusätzliche Belastung auf die Reifen aufteilen. Diese Ausführungsbeispiele sind in den nachfolgenden 2-4 gezeigt und werden kurz näher erläutert.
So ist zum Beispiel in der 2 gezeigt, dass die Steuereinheit 9 das Lenksystem 8 derart aktuiert, dass lediglich ein drittes Fahrzeugrad 15 einer zweiten Fahrzeugachse 17 in eine Lenkstellung 13 überführbar ist, die das Drehmoment 12 ausgleicht.
Die 3 zeigt eine Ausführungsform mit einer Hinterachslenkung, bei der die Steuereinheit 9 das Lenksystem 8 derart aktuiert, dass das erste Fahrzeugrad 5 und das zweite Fahrzeugrad 7 der ersten Fahrzeugachse 3 in eine Lenkstellung 13 überführbar sind, die das Drehmoment 12 ausgleicht.
In der 4 ist eine Kombination der vorab beschriebenen Hinterachs- und Vorderachslenkungen gezeigt.
Die folgenden Varianten, die in den 5-6 wiedergegeben sind, bieten Vorteile bei Kraftfahrzeugen 2, die bereits über aktive Fahrwerkselemente in ihrem Lenksystem 8 verfügen, welche z.B. eine aktive Verstellung des Sturzes oder der Vorspur während der Fahrt ermöglichen.
In der 5 ist eine Ausführungsform gezeigt, dass die Steuereinheit 9 das Lenksystem 8 derart aktuiert, dass das dritte Fahrzeugrad 15 und/oder das vierte Fahrzeugrad 16 der zweiten Fahrzeugachse 17 in eine Lenkstellung 13 überführbar ist, die das Drehmoment 12 ausgleicht, indem in der Lenkstellung 13 der Sturzwinkel 18 des dritten Fahrzeugrads 15 und/oder des vierten Fahrzeugrads 16 in eine dem Drehmoment 12 entgegenwirkende Sturzwinkelstellung gebracht ist.
Hierdurch können die erforderlichen Seitenkräfte zur Kompensation des Drehmoments 12 erzeugt werden. Der Sturzwinkel 18 am rechten Vorderrad 15 ist in der gezeigten Ausführungsform der 5 in negativer Richtung erhöht. Am linken Vorderrad 16 würde die Änderung entsprechend in positiver Sturzrichtung erfolgen. Die so erhöhten Seitenführungskräfte erzeugen über den Hebelarm zum Schwerpunkt das stabilisierende Drehmoment, welches dem Drehmoment 12 entgegenwirkt.
Eine weitere Möglichkeit der Korrektur ist in diesem Zusammenhang die Anpassung der Vorspur (des Vorspurwinkels), was in der 6 gezeigt ist. Hierbei aktuiert die Steuereinheit 9 das Lenksystem 8 derart, dass das dritte Fahrzeugrad 15 und/oder das vierte Fahrzeugrad 16 der zweiten Fahrzeugachse 17 in eine Lenkstellung 13 überführbar ist, die das Drehmoment 12 ausgleicht, indem in der Lenkstellung 13 der Vorspurwinkel 19 des dritten Fahrzeugrads 15 und/oder des vierten Fahrzeugrads 16 in eine dem Drehmoment 12 entgegenwirkende Vorspurwinkelstellung gebracht ist. Im Ausführungsbeispiel der 6 würde hierbei das rechte Vorderrad 16 weiter in Richtung Vorspur (Fahrzeuginnenseite) und das linke Vorderrad 15 in Richtung Nachspur (Fahrzeugaußenseite) verstellt werden.
Schließlich zeigt die 7 eine Steuereinheit 9 zur Steuerung des elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs 1 für das Kraftfahrzeug 2, umfassend einen Prozessor 21 und einen Speicher 22, der einen Computerprogrammcode enthält, wobei der Speicher 22 und der Computerprogrammcode konfiguriert sind, mit dem Prozessor 21, die Steuereinheit 9 zur Durchführung nachfolgend skizzierten Verfahrens zu veranlassen.
Das Verfahren zum Betrieb eines elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs 1 für ein Kraftfahrzeug 2 wie es bereits aus den 1-6 bekannt ist, umfasst die folgenden Schritte:

a) Überwachung der Funktion der elektrischen Maschinen 4,6 und
b) Überprüfung, ob eine Fehlfunktion einer der elektrischen Maschinen 4,6 vorliegt, bei welcher an einem der Fahrzeugräder 5 eine geringere Drehzahl und/oder ein geringeres Drehmoment anliegt als an dem jeweils anderen Fahrzeugrad 7, so dass ein hierdurch entstehendes, auf das Kraftfahrzeug 2 einwirkendes Drehmoment 12 erzeugt ist,
c) Berechnung einer diesem Drehmoment 12 entgegenwirkenden Lenkstellung 13 des Lenksystems 8 durch die Steuereinheit 9,
d) Aktuierung des Lenksystems 8 in die berechnete, dem Drehmoment 12 entgegenwirkende Lenkstellung 13.

Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
Bezugszeichenliste

1: Achsantriebsstrang
2: Kraftfahrzeug
3: Fahrzeugachse
4: Maschine
5: Fahrzeugrad
6: Maschine
7: Fahrzeugrad
8: Lenksystem
9: Steuereinheit
12: Drehmoment
13: Lenkstellung
15: Fahrzeugrad
16: Fahrzeugrad
17: Fahrzeugachse
18: Sturzwinkel
19: Vorspurwinkel
21: Prozessor
22: Speicher
24: Signal
25: Steuereinheit
26: Signalempfänger
27: Server

Claims

Elektrisch betreibbarer Achsantriebsstrang (1) für ein Kraftfahrzeug (2) umfassend eine erste Fahrzeugachse (3) mit einer ersten elektrischen Maschine (4) zum Antrieb eines ersten Fahrzeugrads (5) der ersten Fahrzeugachse (3) und wenigstens einer zweiten elektrischen Maschine (6) zum Antrieb eines zweiten Fahrzeugrads (7) der ersten Fahrzeugachse (3), sowie einem Lenksystem (8) zur Lenkung des Kraftfahrzeugs (2) und einer Steuereinheit (9), welche eingerichtet ist, eine Aktuierung des Lenksystems (8) zu bewirken, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Fehlfunktion einer der elektrischen Maschinen (4,6) des elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs (1), bei welcher an einem der Fahrzeugräder (5) eine geringere Drehzahl und/oder ein geringeres Drehmoment anliegt als an dem jeweils anderen Fahrzeugrad (7), ein hierdurch entstehendes, auf das Kraftfahrzeug (2) einwirkendes Drehmoment (12) erzeugt ist, welches durch eine diesem Drehmoment (12) entgegenwirkende und durch die Steuereinheit (9) aktuierte Lenkstellung (13) des Lenksystems (8) ausgeglichen wird.
Achsantriebsstrang (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (9) das Lenksystem (8) derart aktuiert, dass ein drittes Fahrzeugrad (15) und/oder ein viertes Fahrzeugrad (16) einer zweiten Fahrzeugachse (17) in eine Lenkstellung (13) überführbar sind, die das Drehmoment (12) ausgleicht.
Achsantriebsstrang (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (9) das Lenksystem (8) derart aktuiert, dass das erste Fahrzeugrad (5) und/oder das zweite Fahrzeugrad (7) der ersten Fahrzeugachse (3) in eine Lenkstellung (13) überführbar sind/ist, die das Drehmoment (12) ausgleicht.
Achsantriebsstrang (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (9) das Lenksystem (8) derart aktuiert, dass das dritte Fahrzeugrad (15) und/oder das vierte Fahrzeugrad (16) der zweiten Fahrzeugachse (17) in eine Lenkstellung (13) überführbar ist, die das Drehmoment (12) ausgleicht, indem in der Lenkstellung (13) der Sturzwinkel (18) des dritten Fahrzeugrads (15) und/oder des vierten Fahrzeugrads (16) in eine dem Drehmoment (12) entgegenwirkende Sturzwinkelstellung gebracht ist.
Achsantriebsstrang (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (9) das Lenksystem (8) derart aktuiert, dass das dritte Fahrzeugrad (15) und/oder das vierte Fahrzeugrad (16) der zweiten Fahrzeugachse (17) in eine Lenkstellung (13) überführbar ist, die das Drehmoment (12) ausgleicht, indem in der Lenkstellung (13) der Vorspurwinkel (19) des dritten Fahrzeugrads (15) und/oder des vierten Fahrzeugrads (16) in eine dem Drehmoment (12) entgegenwirkende Vorspurwinkelstellung gebracht ist.
Achsantriebsstrang (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (9) eingerichtet ist, beim Vorliegen einer Fehlfunktion einer der elektrischen Maschinen (4,6) des elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs (1) ein die Fehlfunktion repräsentierendes Signal (24) zu erzeugen und an eine übergeordnete Steuereinheit (25) des Kraftfahrzeugs (2) und/oder Signalempfänger (26) außerhalb des Kraftfahrzeugs (2) zu senden.
Achsantriebsstrang (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (9) eingerichtet ist, beim Vorliegen einer Fehlfunktion einer der elektrischen Maschinen (4,6) des elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs, die Zeit des Auftretens der Fehlfunktion in der Steuereinheit (9) und/oder einer übergeordneten Steuereinheit (25) zu speichern und/oder Signalempfänger (26) außerhalb des Kraftfahrzeugs (2) zu senden.
Verfahren zum Betrieb eines elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs (1) für ein Kraftfahrzeug (2) umfassend eine erste Fahrzeugachse (3) mit einer ersten elektrischen Maschine (4) zum Antrieb eines ersten Fahrzeugrads (5) der ersten Fahrzeugachse (3) und wenigstens einer zweiten elektrischen Maschine (6) zum Antrieb eines zweiten Fahrzeugrads (7) der ersten Fahrzeugachse (3), sowie einem Lenksystem (8) zur Lenkung des Kraftfahrzeugs (2) und einer Steuereinheit (9), welche eingerichtet ist, eine Aktuierung des Lenksystems (8) zu bewirken, umfassend die folgenden Schritte: a) Überwachung der Funktion der elektrischen Maschinen (4,6) und b) Überprüfung, ob eine Fehlfunktion einer der elektrischen Maschinen (4,6) vorliegt, bei welcher an einem der Fahrzeugräder (5) eine geringere Drehzahl und/oder ein geringeres Drehmoment anliegt als an dem jeweils anderen Fahrzeugrad (7), so dass ein hierdurch entstehendes, auf das Kraftfahrzeug (2) einwirkendes Drehmoment (12) erzeugt ist, c) Berechnung einer diesem Drehmoment (12) entgegenwirkenden Lenkstellung (13) des Lenksystems (8) durch die Steuereinheit (9), d) Aktuierung des Lenksystems (8) in die berechnete, dem Drehmoment (12) entgegenwirkende Lenkstellung (13) .
Computerprogrammprodukt, das auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, oder Computer-Datensignal, verkörpert durch eine elektromagnetische Welle, mit Programmcode, der geeignet ist zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 8.
Steuereinheit (9) zur Steuerung eines elektrisch betreibbaren Achsantriebsstrangs (1) für ein Kraftfahrzeug (2), umfassend einen Prozessor (21) und einen Speicher (22), der einen Computerprogrammcode enthält, wobei der Speicher (22) und der Computerprogrammcode konfiguriert sind, mit dem Prozessor (21), die Steuereinheit (9) zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 8 zu veranlassen.