DE4316784A1 - Antriebseinheit für Kraftfahrzeuge - Google Patents
Antriebseinheit für KraftfahrzeugeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für Kraftfahrzeuge
mit einem einen Elektromotor umfassenden Antrieb, einem eine
Kupplung umfassenden Getriebe sowie einem Antriebsräder umfas
senden Abtrieb.
Antriebseinheiten der vorstehend genannten Art sind in viel
fältiger Form bekannt.
Kraftfahrzeuge mit Elektroantrieb haben in den letzten Jahren
wieder erhöhte Aufmerksamkeit gewonnen, weil die Gesetzgebung
verschiedener Länder in immer stärkerem Maße Umwelt- und damit
Abgasfragen in den Vordergrund stellt. So gibt es beispielsweise
im Bundesstaat Kalifornien der Vereinigten Staaten von Amerika
eine Gesetzesinitiative, wonach ab dem Jahre 1998 zwei Prozent
der Fahrzeuge und ab dem Jahre 2003 zehn Prozent der Fahrzeuge
eines Kraftfahrzeugherstellers mit schadstofffreiem Antrieb
ausgerüstet sein müssen. Es werden daher vielfältige Anstren
gungen unternommen, um als Alternative zu herkömmlichen Antrieben
von Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor andere Antriebsarten
aufzufinden, die zumindest am Kraftfahrzeug selbst emissionsfrei,
das heißt schadstofffrei, sind. Eine dieser möglichen Alter
nativen sind Kraftfahrzeuge mit Elektroantrieb.
Bei den bislang bekanntgewordenen Kraftfahrzeugen mit Elektro
antrieb handelt es sich durchweg um solche, bei denen von einem
herkömmlichen Basisfahrzeug ausgegangen wird, dessen Antrieb
mit Verbrennungsmotor durch einen Antrieb mit Elektromotor
ersetzt wird. Derartige Kraftfahrzeuge unterscheiden sich daher
im Gewicht nur unwesentlich von herkömmlichen Fahrzeugen. Hinzu
kommt, daß bei Antrieben mit Elektromotor erhebliche Zusatz
gewichte durch die erforderlichen Batterien transportiert werden
müssen.
Es ist nun ferner bekannt, daß Elektromotoren, anders als
Verbrennungsmotoren, eine Drehmomentcharakteristik aufweisen,
die es gestattet, Elektromotoren über einen sehr weiten Drehzahl
bereich zu betreiben. Es sind daher verschiedene Konzepte
bekanntgeworden, um bei einem Kraftfahrzeugantrieb den Elektro
motor unmittelbar auf die Abtriebswelle, das heißt die Antriebs
räder, arbeiten zu lassen. In Anbetracht der weiter oben
erwähnten hohen Eigengewichte ist dieses Konzept jedoch nicht
in jedem Falle realisierbar, so daß man auch versucht hat, bei
Elektrofahrzeugen herkömmliche Antriebskonzepte mit Stufen
getriebe oder stufenlosem Getriebe, das heißt mit einem Kennungs
wandler, zu realisieren. Auch insoweit hat man sich dabei bislang
herkömmlicher Getriebetypen bedient.
Bei herkömmlichen Antriebssystemen mit stufengetrieben wird
üblicherweise eine Trennkupplung im Getriebeeingang vorgesehen,
um den Motor vom Getriebe abkoppeln zu können, insbesondere
während des Gangwechsels. Die Schaltvorgänge verlaufen bei
herkömmlichen Getrieben entweder von Hand, halbautomatisch (das
heißt mit automatisierter Kupplungsbetätigung) oder voll
automatisch. Bei all diesen bekannten Schaltmethoden tritt
während des Schaltvorganges eine mehr oder weniger spürbare
Zugkraftunterbrechung oder zumindest Zugkraftverminderung auf,
die den Schaltkomfort beeinträchtigt.
Ferner ist es bekannt, bei herkömmlichen Getrieben bestimmte
Betriebsarten vorzusehen, beispielsweise eine Parksperre, die
ein Wegrollen des geparkten Fahrzeugs verhindern soll, oder
eine sogenannte Bergstütze, die das Anfahren am Berg erleichtern
soll. Diese bekannten Zusatzfunktionen erfordern jedoch in
herkömmlichen Schaltgetrieben zusätzliche Bauteile.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine
Antriebseinheit der eingangs genannten Art dahingehend weiter
zubilden, daß für ein Kraftfahrzeug mit Elektromotor ein
besonders einfaches und damit leichtes Getriebe zur Verfügung
gestellt wird, bei dem ohne zusätzliche Bauteile Zusatzfunktionen
realisiert werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das
Getriebe als Zweigang-Doppelkupplungsgetriebe mit je einer
ausgangsseitigen Außenwelle und Innenwelle ausgebildet ist und
daß die Außenwelle sowie die Innenwelle jeweils über einen
stirnverzahnten Radsatz ohne Unterbrechung mit einer die
Antriebsräder antreibenden Abtriebswelle formschlüssig verbunden
sind.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auf diese Weise
vollkommen gelöst.
Die Erfindung verwendet nämlich das an sich bekannte Doppel
kupplungsprinzip, verzichtet jedoch im Gegensatz zu herkömmlichen
Doppelkupplungsgetrieben auf die dort übliche Vielzahl von
Radsätzen mit Schaltgabeln, Synchronisiereinrichtungen und
dergleichen und begnügt sich statt dessen mit zwei ständig in
Eingriff befindlichen einfachen Radsätzen, die zu jedem Zeitpunkt
formschlüssig, das heißt drehstarr, mit dem Abtrieb verbunden
sind. Es entfällt dabei jedwede mechanische Verbindung (Schalt-
und Kupplungsgestänge) zwischen Fahrer und Antriebseinheit.
Dies führt zu einer extrem einfachen und damit leichten Bauweise
bei ausreichender Funktion, weil für Antriebseinheiten mit
Elektromotoren üblicherweise zwei Gänge ausreichend sind.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird eine
der Kupplungen des Doppelkupplungsgetriebes durch Federkraft
in geschlossener Stellung gehalten, wobei diese Kupplung dem
Gang mit dem höheren Fahrzeitanteil zugeordnet ist.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß ohne Fremdkrafteinwirkung
derjenige Gang selbsttätig eingeschaltet bleibt, in dem das
Kraftfahrzeug jeweils aufgrund seines spezifischen Einsatz
gebietes am meisten fährt. Auf diese Weise bleibt das Ausrück
lager dieses Ganges im Betrieb unbelastet und kann daher
entsprechend klein und leicht dimensioniert werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind
eine erste Steuerungseinheit zum Ansteuern des Elektromotors
sowie eine zweite Steuerungseinheit zum Betätigen der Kupplungen
vorgesehen, und die Steuerungseinheiten schalten zum Anfahren
des Kraftfahrzeuges bei eingelegtem Gang den Elektromotor ein.
Die Steuerungseinheiten können in einem Steuergerät vereinigt
oder jeweils als eigenständige Steuergeräte ausgebildet sein.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind zum
Betätigen der Kupplungen des Doppelkupplungsgetriebes selbst
hemmende elektromechanische Betätigungsglieder vorgesehen.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß eine einfache Steuerung
der Betätigungsglieder und insbesondere eine problemlose
Energieversorgung möglich ist. Die Betätigungsglieder können
nämlich über die ohnehin an Bord vorhandene Batterie versorgt
werden, im Gegensatz zu herkömmlichen hydraulischen Betätigungs
gliedern, die eine zusätzliche Versorgung mit einem Hydraulik
medium erfordern und damit weiteres Gewicht mit sich bringen.
Besonders bevorzugt ist bei der Erfindung, wenn in einer
Betriebsart als Parksperre beide Gänge des Doppelkupplungs
getriebes eingelegt werden.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß eine kraftschlüssige Ver
rastung der Antriebseinheit vorgenommen wird, die ein ungewolltes
Wegrollen des Kraftfahrzeuges sicher verhindern.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden in einer
Betriebsart als Bergstütze zuerst beide Gänge des Doppel
kupplungsgetriebes eingelegt, und es wird dann der nicht zum
Anfahren benötigte Gang ausgeschaltet.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß zunächst, ähnlich wie bei
dem vorher geschilderten Fall der Parksperre, eine sichere
Verrastung der Antriebseinheit und damit eine Unbeweglichkeit
des Kraftfahrzeuges sichergestellt wird, während alsdann durch
Lösen des zum Anfahren nicht benötigten Ganges der Anfahrvorgang
sicher vollzogen werden kann.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind
die Kupplungen des Doppelkupplungsgetriebes als Trockenkupplungen
ausgebildet.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß der Wirkungsgrad der
erfindungsgemäßen Antriebseinheit optimiert wird, weil Verluste,
wie sie für andere Kupplungsarten (Flüssigkeitskupplungen)
typisch sind, vermieden werden.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der
beigefügten Zeichnung.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach
stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen
oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der
vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Die einzige Figur zeigt eine äußerst schematisierte
Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen
Antriebseinheit.
In der Figur bezeichnet 10 insgesamt ein Ausführungsbeispiel
einer Antriebseinheit. Die Antriebseinheit 10 umfaßt eingangs
seitig einen Antrieb 11, in der Mitte ein Getriebe 12 sowie
abtriebsseitig einen Abtrieb 13.
Der Antrieb 11 ist ein elektromotorischer Antrieb mit einer
Batterie 20, die einen Elektromotor 21 speist. Zu diesem Zweck
ist ein Stromkreis 22 vorgesehen, in den eine erste Steuerungs
einheit 23 geschaltet ist. Eine Ausgangswelle 24 des
Elektromotors 21 stellt den Ausgang des Antriebes 11 dar. Zum
Steuern des Antriebes 11 ist unter anderem ein Fahrpedal 25
vorgesehen, dessen vom Fahrer bewirkte Auslenkung mit α bezeich
net ist.
Das Getriebe 12 ist erfindungsgemäß als Doppelkupplungsgetriebe
ausgebildet. Eine Eingangswelle 30 des Getriebes 12 ist mit
einem im Betrieb rotierenden Käfig 31 verbunden. Der Käfig 31
ist in an sich bekannter Weise mit einem nach innen sich
erstreckenden Mitnahmeflansch 32 versehen. Aus dem Käfig 31
führen eine Außenwelle 33 sowie eine dazu konzentrische Innen
welle 34 heraus, die den Ausgang des Doppelkupplungsgetriebes
darstellen.
Das Doppelkupplungsgetriebe umfaßt zwei Kupplungen K1 und K2,
die als verlustarme Trockenkupplungen ausgebildet sind. Die
erste Kupplung K1 umfaßt eine erste Kupplungsscheibe 35, die
mit der Außenwelle 33 drehstarr verbunden ist. Die erste Kupp
lungsscheibe 35 trägt an ihrem Umfang einen ersten Reibkörper 36.
Eine zweite Kupplungsscheibe 37 ist mit dem Käfig 31 in Umfangs
richtung drehstarr verbunden, gegenüber diesem jedoch axial
bewegbar. Die zweite Kupplungsscheibe 37 trägt an ihrem Umfang
einen zweiten Reibkörper 38, der dem ersten Reibkörper 36 der
ersten Kupplungsscheibe 35 gegenübersteht. Eine Feder 39, die
zwischen der zweiten Kupplungsscheibe 37 und einer ersten
Stirnwand 40 des Käfigs 31 angeordnet ist, hält den zweiten
Reibkörper 38 im Ruhezustand in Anlage am ersten Reibkörper
36. Infolgedessen ist die erste Kupplung K1 im Ruhezustand
geschlossen, so daß im Ruhezustand die Eingangswelle 30 des
Getriebes 12 mit der Außenwelle 33 des Doppelkupplungsgetriebes
drehstarr umläuft.
Die zweite Kupplung K2 umfaßt eine dritte Kupplungsscheibe 45,
die mit der Innenwelle 34 drehstarr verbunden ist. Die dritte
Kupplungsscheibe 45 ist an ihrem Umfang mit einem dritten
Reibkörper 46 versehen.
Eine vierte Kupplungsscheibe 47 ist wiederum in Umfangsrichtung
drehstarr, jedoch in Axialrichtung beweglich am Käfig 31
angeordnet. Sie trägt an ihrem Umfang einen vierten Reibkörper
48, der dem dritten Reibkörper 46 gegenübersteht. Die vierte
Kupplungsscheibe 47 ist mit einem Fortsatz 49 versehen, und
an dem Fortsatz 49 liegt eine Feder 50 an, die sich an einem
weiteren Fortsatz 51 und damit an einer zweiten Stirnwand 52
des Käfigs 31 abstützt. Auf diese Weise hält die Feder 50 im
Ruhezustand den vierten Reibkörper stets im Abstand vom dritten
Reibkörper 46. Die zweite Kupplung K2 ist somit in diesem
Ruhezustand ständig geöffnet.
Eine erste Steuerleitung 60 führt zu einer ersten, elektro
mechanischen Betätigungseinheit 61, die an der zweiten Kupplungs
scheibe 37 angreift und bei Betätigung die Kraft der Feder 39
überdrückt und somit die erste Kupplung K1 öffnet.
In entsprechender Weise ist eine zweite Steuerleitung 62
vorgesehen, um eine zweite, elektromechanische Betätigungseinheit
63 an der vierten Kupplungsscheibe 47 zu betätigen, und zwar
im gerade entgegengesetzten Sinne, so daß bei Ansteuerung der
zweiten Betätigungseinheit 63 die Kraft der Feder 50 überdrückt
und damit die zweite Kupplung K2 geschlossen wird.
Die Steuerleitungen 60 und 62 führen zu einer zweiten Steuerungs
einheit 64.
Am Ausgang der Außenwelle 33 befindet sich ein erster Radsatz
70, bestehend aus einem stirnverzahnten Zahnrad 71, das mit
einem zugehörigen Zahnrad 72 kämmt. Das Zahnrad 72 ist drehstarr
mit einer Abtriebswelle 73 des Abtriebes 13 verbunden.
In entsprechender Weise befindet sich am rechten Ende der
Innenwelle 34 ein zweiter Radsatz 75, bestehend aus stirn
verzahnten Zahnrädern 76, 77, von denen das Zahnrad 77 ebenfalls
drehstarr mit der Abtriebswelle 73 verbunden ist.
Die Abtriebswelle 73 arbeitet auf ein Differentialgetriebe 78,
über das die Antriebsräder 79 des Kraftfahrzeuges angetrieben
werden.
Schließlich steht ein Sensor 80 mit der Abtriebswelle 73 in
Wirkverbindung, über den die Fahrgeschwindigkeit v des Kraftfahr
zeuges erfaßt wird.
Die Antriebseinheit 10 arbeitet wie folgt:
Wie man aus der Figur erkennt, handelt es sich bei dem Getriebe
12 um ein Zweiganggetriebe, bei dem der niedrigere Gang durch
den zweiten Radsatz 75 und der höhere Gang durch den ersten
Radsatz 70 dargestellt wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
dient der niedrigere Gang lediglich zum Anfahren, in besonderen
Situationen wie Anfahren an einer Steigung, bei reduzierter
Batterie-Kapazität oder in sportlicher Weise, während im üblichen
Fahrbetrieb und damit bei weit größerem Fahrzeitanteil der höhere
Gang eingeschaltet ist.
Zum Anfahren des Kraftfahrzeuges wird nun bei zunächst noch
nicht eingeschaltetem Elektromotor 21 der niedrigere Gang
eingelegt, indem über das zweite Steuergerät 64 beide Steuer
leitungen 60, 62 und damit beide Betätigungseinheiten 61, 63
aktiviert werden. Auf diese Weise wird die erste Kupplung K1
gelöst und die zweite Kupplung K2 betätigt, so daß der Käfig
31 drehstarr mit der Innenwelle 34 verbunden ist.
Sobald dieser Zustand eingestellt ist, wird über die erste
Steuerungseinheit 23 der Elektromotor 21 eingeschaltet, der
somit aus dem Stillstand hochläuft und damit das Kraftfahrzeug
in Bewegung setzt.
Über die Betätigung des Fahrpedals 25 (Winkel α) sowie das
Ausgangssignal des Sensors 80 (Fahrgeschwindigkeit v) kann nun
in an sich bekannter Weise über ein Schaltdiagramm der Punkt
bestimmt werden, bei dem aus dem niedrigeren Gang in den höheren
Gang umgeschaltet wird. Sobald dieser Punkt erreicht ist, werden
beide Betätigungseinheiten 61, 63 geregelt entlastet, so daß
sich die erste Kupplung K1 geregelt schließt und die zweite
Kupplung K2 geregelt öffnet. Die Schließ- bzw. Öffnungsbewegungen
der Kupplungen K1 und K2 verlaufen dabei zeitlich überschneidend,
so daß es nicht zu einer Zugkraftunterbrechung kommt. Zur
Komfortverbesserung kann während des Schaltens auch das Dreh
moment des Elektromotors gesteuert werden.
Für den normalen Fahrbetrieb bleibt nun der höhere Gang einge
schaltet, wobei beide Steuerleitungen 60 und 62 stromlos sind
und bleiben und beide Betätigungseinheiten 61 und 63 unerregt
sind.
Wenn die Fahrt beendet ist, kann dann, wenn eine Parksperre
gewünscht wird, durch Ansteuern der zweiten Betätigungseinheit
63 zusätzlich zu dem im Ruhezustand ohnehin eingeschalteten
höheren Gang auch der niedrigere Gang eingelegt werden. In diesem
Falle sind die Innenwelle 34 und die Außenwelle 33 drehstarr
miteinander verbunden, so daß das Fahrzeug nicht wegrollen kann,
weil die Antriebsräder 79 blockiert sind.
Soll am Berg angefahren werden, so ergibt sich die Möglichkeit
einer weiteren Zusatzfunktion:
Um zu verhindern, daß das Fahrzeug ungewollt zurückrollt, wird
zunächst, wie zuvor beschrieben, kurzzeitig die Funktion der
Parksperre eingeschaltet, um sicher zu verhindern, daß das
Fahrzeug zurückrollt. Es wird nun der Elektromotor 21 eingeschal
tet und zugleich die erste Kupplung K1 durch Ansteuern der ersten
Betätigungseinheit 61 geregelt gelöst. Das Drehmoment wird auf
diese Weise vom Elektromotor 21 über den niedrigeren Gang
(zweiter Radsatz 75) auf die zuvor blockierten Antriebsräder
79 übertragen.
Um all diese Funktionen ausführen zu können, ist die zweite
Steuerungseinheit 64, wie in der Figur dargestellt, mit diversen
Signaleingängen versehen, um Signale für die Fahrgeschwindig
keit v, die Auslenkung α des Fahrpedals 25 sowie die Sonder
funktionen Parksperre (PS) sowie Bergstütze (BS) nach Bedarf
einzuschalten und zu verarbeiten.
Claims (9)
1. Antriebseinheit für Kraftfahrzeuge mit einem einen Elektro
motor (21) umfassenden Antrieb (11), einem eine Kupplung
(K1, K2) umfassenden Getriebe (12) sowie einem Antriebsräder
(79) umfassenden Abtrieb (13), dadurch gekennzeichnet,
daß das Getriebe (12) als Zweigang-Doppelkupplungsgetriebe
mit je einer ausgangsseitigen Außenwelle (33) und Innenwelle
(34) ausgebildet ist, und daß die Außenwelle (33) sowie
die Innenwelle (34) jeweils über einen stirnverzahnten
Radsatz (70, 75) ohne Unterbrechung mit einer die Antriebs
räder (79) antreibenden Abtriebswelle (73) formschlüssig
verbunden sind.
2. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß eine der Kupplungen (K1) des Doppelkupplungsgetriebes
durch Federkraft (39) in geschlossener Stellung gehalten
wird, wobei diese Kupplung (K1) dem Gang mit dem höheren
Fahrzeitanteil zugeordnet ist.
3. Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß eine erste Steuerungseinheit (23) zum
Ansteuern des Elektromotors (21) sowie eine zweite
Steuerungseinheit (64) zum Betätigen der Kupplung (K1,
K2) vorgesehen sind, und daß die Steuerungseinheiten (23,
64) zum Anfahren des Kraftfahrzeuges bei eingelegtem Gang
den Elektromotor (21) einschalten.
4. Antriebseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerungseinheiten (23, 64) in einem Steuergerät
vereinigt sind.
5. Antriebseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerungseinheiten (23, 64) als eigenständige
Steuergeräte ausgebildet sind.
6. Antriebseinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Betätigen der
Kupplungen (K1, K2) des Doppelkupplungsgetriebes selbst
hemmende elektromechanische Betätigungsglieder vorgesehen
sind.
7. Antriebseinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Betriebsart
als Parksperre (PS) beide Gänge des Doppelkupplungsgetriebes
eingelegt werden.
8. Antriebseinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Betriebsart
als Bergstütze (BS) zuerst beide Gänge des Doppelkupplungs
getriebes eingelegt werden und dann der nicht zum Anfahren
benötigte Gang ausgeschaltet wird.
9. Antriebseinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungen (K1,
K2) des Doppelkupplungsgetriebes als Trockenkupplungen
ausgebildet sind.
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DE19934316784 DE4316784C2 (de) | 1993-05-19 | 1993-05-19 | Antriebseinheit für Kraftfahrzeuge |
Publications (2)
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---|---|
DE4316784A1 true DE4316784A1 (de) | 1994-11-24 |
DE4316784C2 DE4316784C2 (de) | 1997-02-06 |
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ID=6488488
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DE19934316784 Expired - Fee Related DE4316784C2 (de) | 1993-05-19 | 1993-05-19 | Antriebseinheit für Kraftfahrzeuge |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE4316784C2 (de) |
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