Titel

Elektrofahrzeug und Verfahren zum Antreiben eines Elektrofahrzeugs

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektrofahrzeug mit zwei elektrischen

Antriebseinrichtungen und ein Verfahren zum Antreiben eines Elektrofahrzeugs mit zwei elektrischen Antriebseinrichtungen.

Stand der Technik

Elektrofahrzeuge werden über Elektromaschinen betrieben. Dabei ist es möglich, ein vierrädriges Elektrofahrzeug in einem Zweiradantrieb, beispielsweise einem Frontantrieb oder einem Heckantrieb, oder einem Allradantrieb zu betreiben. Hierbei können

Elektromaschinen in verschiedenen Antriebsstrangkonfigurationen einzelnen Rädern, einzelnen Achsen oder mehreren Achsen zugeordnet sein. Zur Übertragung der Drehmomente der Elektromaschinen auf die Räder oder Radachsen werden dabei üblicherweise Getriebe und/oder Differentiale verwendet.

Bei Elektrofahrzeugen ist ein wichtiger Aspekt die Reichweite des Elektrofahrzeugs, welches durch die verfügbare elektrische Energie in Energiespeichern des Fahrzeugs begrenzt ist. Es ist daher von Vorteil, eine Antriebsstrangkonfiguration eines

Elektrofahrzeugs zum Einen leicht, zum Anderen aber effizient auszugestalten. Bei einem Allradantrieb ist der Energieverbrauch gegenüber einem Zweiradantrieb häufig erhöht, was zu einer verringerten Reichweite des Fahrzeugs führen kann.

Die Druckschrift US 2009/0024262 A1 offenbart ein Verfahren für ein Elektrofahrzeug zum selektiven Umschalten von einem Allradantrieb auf einen Zweiradantrieb, so dass der Zeitraum, während der das Elektrofahrzeug in einem Allradantrieb betrieben wird, auf kritische Fahrsituationen begrenzt werden kann.

Weiterhin ist bei der Antriebsstrangkonfiguration zu beachten, dass bei einem

Umschalten von einem Allradantrieb auf einen Zweiradantrieb die erforderliche Leistungsabgabe an die jeweils angetriebenen Radachsen bzw. Antriebsräder entsprechend abgestimmt ist. Die Druckschrift DE 10 2007 056 302 A1 offenbart beispielsweise ein Hybridfahrzeug, welches an einer ersten Radachse mit einem ersten Elektromotor und an einer zweiten Radachse mit einem zweiten Elektromotor angetrieben werden kann. Dabei kann der zweite Elektromotor je nach Antriebsmodus ab- oder zugeschaltet werden.

Für Elektrofahrzeuge mit mindestens zwei Elektromotoren besteht ein Bedarf an Antriebsstrangkonfigurationen, welche einerseits sowohl einen Allrad- als auch einen Zweiradantrieb ermöglichen, andererseits aber möglichst energieeffizient arbeiten, um eine Reichweite des angetriebenen Elektrofahrzeugs zu maximieren.

Offenbarung der Erfindung Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist es daher, in einem Elektrofahrzeug elektrische Antriebseinrichtungen für verschiedene Radachsen bzw. Antriebsräder vorzusehen, die in ihrem Wirkungsgrad auf verschiedene Fahrsituationen, insbesondere verschiedene Geschwindigkeitsbereiche angepasst sind. Durch die unterschiedliche Auslegung der elektrischen Antriebseinrichtungen ist es vorteilhafterweise möglich, je nach

Fahrsituation einen Zweiradantrieb mit derjenigen der beiden elektrischen

Antriebseinrichtungen durchzuführen, deren Wirkungsgrad auf die jeweilige

Fahrsituation am effizientesten angepasst ist.

Gemäß Anspruch 1 ist ein Elektrofahrzeug vorgesehen, mit einer ersten Radachse, einer zweiten Radachse, einer ersten elektrischen Antriebseinrichtung, welche für den Antrieb der ersten Radachse ausgelegt ist, und einer zweiten elektrischen

Antriebseinrichtung, welche für den Antrieb der zweiten Radachse ausgelegt ist. Dabei ist die erste elektrische Antriebseinrichtung im Wrkungsgrad für einen ersten einer Vielzahl von Geschwindigkeitsbereichen des Elektrofahrzeugs und die zweite elektrische Antriebseinrichtung im Wirkungsgrad für einen zweiten einer Vielzahl von

Geschwindigkeitsbereichen des Elektrofahrzeugs optimiert. Dadurch kann während der Fahrt des Elektrofahrzeugs je nach momentaner Fahrgeschwindigkeit von einer elektrischen Antriebseinrichtung auf die andere für einen Zweirad antrieb umgeschaltet werden, so dass stets diejenige elektrische Antriebseinrichtung, die für die jeweilige Fahrgeschwindigkeit optimiert ist, das Elektrofahrzeug antreibt. Damit lässt sich der Energieverbrauch des Elektrofahrzeugs reduzieren.

Vorzugsweise weist die erste elektrische Antriebseinrichtung mindestens einen ersten Elektromotor auf, welcher eine erste Leistungscharakteristik besitzt, und

die zweite elektrische Antriebseinrichtung mindestens einen zweiten Elektromotor auf, welcher eine zweite Leistungscharakteristik besitzt, die von der ersten

Leistungscharakteristik abweicht. Dies ermöglicht ein Abdecken eines großen

Geschwindigkeitsbereiches hinsichtlich der Effizienz des Antriebs.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist die erste elektrische

Antriebseinrichtung ein erstes Getriebe auf, welches eine Vielzahl von ersten

Übersetzungen besitzt, und die zweite elektrische Antriebseinrichtung ein zweites Getriebe auf, welches eine Vielzahl von zweiten Übersetzungen besitzt, die von den ersten Übersetzungen abweichen. Durch die Wahl unterschiedlicher Übersetzungen lassen sich viele verschiedene Übersetzungskombinationen realisieren, die jeweils in ihrem Wirkungsgrad auf die Fahrsituation, insbesondere die Fahrgeschwindigkeit des Elektrofahrzeugs abgestimmt werden können. Nach Anspruch 4 ist erfindungsgemäß ein Verfahren zum Antreiben eines

Elektrofahrzeugs mit ersten Antriebsrädern auf einer ersten Radachse und zweiten Antriebsrädern auf einer zweiten Radachse in einem Zweiradantrieb vorgesehen. Dabei erfolgt ein Antreiben ausschließlich der ersten Antriebsräder mit einer ersten

elektrischen Antriebseinrichtung in einem ersten Geschwindigkeitsbereich des

Elektrofahrzeugs, und ein Antreiben ausschließlich der zweiten Antriebsräder mit einer zweiten elektrischen Antriebseinrichtung in einem zweiten Geschwindigkeitsbereich des Elektrofahrzeugs. Der so realisierte Zweiradantrieb ist wirkungsgradoptimiert auf die jeweilige Fahrgeschwindigkeit, was vorteilhafterweise zu einem verringerten

Energieverbrauch des Elektrofahrzeugs und damit zu einer erhöhten Reichweite des Elektrofahrzeugs führt.

Vorzugsweise kann ein Umschalten vom Zweiradantrieb in einen Allradantrieb erfolgen, wobei die ersten Antriebsräder mit der ersten elektrischen Antriebseinrichtung und die zweiten Antriebsräder mit der zweiten elektrischen Antriebseinrichtung im Allradantrieb gleichzeitig angetrieben werden. Dies bietet den Vorteil, in kritischen Fahrsituationen und/oder hohen Leistungsanforderungen mit der gleichen Antriebsstrangkonfiguration wie für einen Zweiradantrieb einen Allradantrieb schaffen zu können. Weitere Ausführungsformen und Weiterbildungen sind in den abhängigen

Patentansprüchen angegeben.

Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:

Fig. 1 eine Antriebsstrangkonfiguration eines Elektrofahrzeugs gemäß einer

Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 Antriebsstrangkonfiguration eines Elektrofahrzeugs gemäß

weiteren Ausführungsform der Erfindung; Fig. 3 eine Antriebsstrangkonfiguration eines Elektrofahrzeugs gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 eine Antriebsstrangkonfiguration eines Elektrofahrzeugs gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 5 eine Antriebsstrangkonfiguration eines Elektrofahrzeugs gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. In den Figuren der Zeichnung sind gleiche und funktionsgleiche Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nichts Anderes ausgeführt ist - jeweils mit denselben

Bezugszeichen versehen. Es versteht sich, dass Komponenten und Elemente in den Zeichnungen aus Gründen der Übersichtlichkeit und Verständlichkeit nicht

notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander wiedergegeben sind.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Elektrofahrzeuge mit mindestens zwei elektrischen Antriebseinrichtungen. Die Antriebseinrichtungen können dabei

Elektromotoren, Elektromaschinen, Getriebe und/oder Differentiale aufweisen.

Elektrofahrzeuge im Sinne dieser Anmeldung können auch Fahrzeuge sein, welche neben elektrischen Antriebseinrichtungen auch Verbrennungsmotoren oder ähnliche nicht-elektrische Antriebseinrichtungen aufweisen, beispielsweise Hybridfahrzeuge. Elektromotoren und/oder Elektromaschinen im Sinne dieser Anmeldung können auch elektrische Maschinen umfassen, die in einem Motorbetrieb zur Umwandlung

elektrischer Energie in mechanische Energie und in einem Generatorbetrieb zur

Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie genutzt werden können. Getriebe im Sinne dieser Anmeldung können dabei beispielsweise Zweiganggetriebe, Mehrganggetriebe und schaltbare Getriebe umfassen. Die Getriebe können dabei schaltbar sein und es sind beliebige Getriebeauslegungen, wie beispielsweise

Planetengetriebe, Stirnradgetriebe, Kegelradgetriebe, Riemengetriebe oder andere Getriebeformen gleichermaßen möglich. Die Getriebe können weiterhin einen oder mehrere Über- und/oder Untersetzungen mit unterschiedlicher Über- oder

Untersetzungsverhältnissen aufweisen. Differentiale im Sinne dieser Anmeldung können verschiedene Differentialgetriebetypen wie beispielsweise Achsdifferentiale oder Zentraldifferentiale sein. Elektrofahrzeuge im Sinne dieser Anmeldung können eine unterschiedliche Anzahl von Antriebsrädern aufweisen. Es kann möglich sein, dass ein Elektrofahrzeug vier Antriebsräder aufweist, von denen zwei Antriebsräder auf einer ersten gemeinsamen Achse auf einer Seite des Elektrofahrzeugs, und zwei

Antriebsräder auf einer zweiten gemeinsamen Achse auf der anderen Seite des

Elektrofahrzeugs angeordnet sind. Es kann jedoch auch möglich sein, dass mehr oder weniger als zwei Antriebsräder auf einer der Radachsen angeordnet sind.

Beispielsweise ist es möglich, dass auf einer der Radachsen nur ein Antriebsrad angeordnet ist, und auf der anderen der Radachsen zwei Antriebsräder angeordnet sind. Fig. 1 zeigt eine Antriebsstrangkonfiguration eines Elektrofahrzeugs 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Elektrofahrzeug 10 umfasst vier Antriebsräder 1 , 2, 3 und 4, von denen je zwei Antriebsräder einer gemeinsamen Radachse zugeordnet sind. Im vorliegenden Beispiel sind die Antriebsräder 1 und 2 einer vorderen oder Frontachse des Elektrofahrzeugs 10 zugeordnet und die Antriebsräder 3 und 4 sind einer hinteren oder Heckachse des Elektrofahrzeugs 10 zugeordnet.

Das Elektrofahrzeug 10 umfasst weiterhin eine erste elektrische Antriebseinrichtung 5 und eine zweite elektrische Antriebseinrichtung 6. Die erste elektrische

Antriebseinrichtung 5 ist der ersten Radachse mit den Antriebsrädern 1 und 2 zugeordnet und die zweite elektrische Antriebseinrichtung 6 ist der zweiten Radachse mit den Antriebsrädern 3 und 4 zugeordnet. Die elektrischen Antriebseinrichtungen 5 und 6 sind dabei jeweils für den Antrieb der ihnen zugeordneten Radachsen bzw. der ihnen zugeordneten Antriebsräder ausgelegt.

Die erste elektrische Antriebseinrichtung 5 ist dabei in ihrem Wirkungsgrad bezüglich des Antriebs auf einen ersten Geschwindigkeitsbereich optimiert. Beispielsweise kann die erste elektrische Antriebseinrichtung 5 so ausgelegt sein, dass ihre

Leistungscharakteristik in einem niedrigen Geschwindigkeitsbereich des

Elektrofahrzeugs 10 wirkungsgradgünstig ist, das heißt, dass die erste elektrische Antriebseinrichtung 5 für den Antrieb der Antriebsräder 1 und 2 in dem niedrigen Geschwindigkeitsbereich einen optimierten Energieverbrauch aufweist. Es kann auch vorgesehen sein, dass die erste elektrische Antriebseinrichtung 5 in weiteren

Geschwindigkeitsbereichen, beispielsweise einem mittleren bis hohen

Geschwindigkeitsbereich des Elektrofahrzeugs 10 wirkungsgradgünstig arbeitet.

Die zweite elektrische Antriebseinrichtung 6 ist in ihrem Wirkungsgrad bezüglich des Antriebs auf einen zweiten Geschwindigkeitsbereich optimiert, welcher sich von dem ersten Geschwindigkeitsbereich und eventuell weiteren Geschwindigkeitsbereichen, in denen die erste elektrische Antriebseinrichtung 5 wirkungsgradoptimiert arbeitet, unterscheidet. Beispielsweise kann die zweite elektrische Antriebseinrichtung 6 in einem niedrigen bis mittleren Geschwindigkeitsbereich wirkungsgradgünstig arbeiten. Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass die zweite elektrische Antriebseinrichtung 6 in weiteren Geschwindigkeitsbereichen, beispielsweise einem hohen Geschwindigkeitsbereich des Elektrofahrzeugs 10 wirkungsgradgünstig arbeitet.

Das Elektrofahrzeug 10 kann in einem Zweiradantriebsbetrieb über die Antriebsräder 1 und 2 durch die erste elektrische Antriebseinrichtung 5 oder über die Antriebsräder 3 und 4 durch die zweite elektrische Antriebseinrichtung 6 angetrieben werden. Das Elektrofahrzeug 10 kann weiterhin in einem Allradantriebsbetrieb über die Antriebsräder 1 und 2 durch die erste elektrische Antriebseinrichtung 5 und gleichzeitig über die Antriebsräder 3 und 4 durch die zweite elektrische Antriebseinrichtung 6 angetrieben werden. Es kann vorgesehen sein, dass das Elektrofahrzeug 10 einen Allradantrieb bei hohen Leistungsanforderungen und/oder fahrdynamisch kritischen Situationen aufweist, und einen Zweiradantrieb bei niedrigen Leistungsanforderungen und/oder

fahrdynamisch unkritischen Situationen aufweist. In einem Zweiradantriebsbetrieb kann es vorgesehen sein, die jeweils für den Antrieb des Elektrofahrzeugs 10 nicht erforderliche elektrische Antriebseinrichtung 5 bzw. 6 abzuschalten.

Das Elektrofahrzeug 10 kann dazu ausgelegt sein, bei einem Wechsel des

Fahrgeschwindigkeitsbereiches im Zweiradantriebsbetrieb die angetriebenen

Antriebsräder zu wechseln, das heißt, von einem Antrieb durch eine der elektrischen Antriebseinrichtungen auf einen Antrieb durch die jeweils andere der elektrischen Antriebseinrichtungen 5 und 6 umzuschalten. Der Wechsel der elektrischen

Antriebseinrichtungen 5 und 6 erfolgt dabei in Abhängigkeit des Wrkungsgrades der elektrischen Antriebseinrichtungen 5 und 6. Beispielsweise kann diejenige der elektrischen Antriebseinrichtungen 5 und 6 für den Antrieb des Elektrofahrzeugs 10 ausgewählt werden, deren Wirkungsgrad auf die jeweils momentane

Fahrgeschwindigkeit optimiert ist.

Fig. 2 zeigt eine Antriebsstrangkonfiguration 200 eines Elektrofahrzeugs 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Die Antriebsstrangkonfiguration 200 unterscheidet sich von der Antriebsstrangkonfiguration in Fig. 1 dadurch, dass die erste elektrische Antriebseinrichtung 5 einen ersten Elektromotor 11 aufweist, der über ein erstes Differentialgetriebe 13 eine erste Radachse 12 mit den ersten zwei

Antriebsrädern 1 und 2 antreibt, und dass die zweite elektrische Antriebseinrichtung 5 einen zweiten Elektromotor 14 aufweist, der über ein zweites Differentialgetriebe 16 eine zweite Radachse 15 mit den zweiten zwei Antriebsrädern 3 und 4 antreibt.

Dabei kann es vorgesehen sein, dass die Elektromotoren 11 und 14 jeweils

unterschiedliche Leistungscharakteristiken aufweisen. Der erste Elektromotor 11 kann beispielsweise eine erste Leistungscharakteristik aufweisen, die den ersten Elektromotor 1 1 hinsichtlich seines Wirkungsgrades in einem ersten Geschwindigkeitsbereich optimiert, und der zweite Elektromotor 14 kann beispielsweise eine zweite

Leistungscharakteristik aufweisen, die den zweiten Elektromotor 14 hinsichtlich seines Wirkungsgrades in einem zweiten Geschwindigkeitsbereich optimiert. Die

Differentialgetriebe 13 und 16 können dabei ebenfalls unterschiedliche Auslegungen und/oder Übersetzungen aufweisen, die einen optimalen Wirkungsgrad hinsichtlich der jeweiligen Geschwindigkeitsbereiche für die jeweiligen Antriebsachsen 12 bzw. 15 bereitstellen.

Beispielsweise kann der erste Elektromotor 11 in einem niedrigen bis mittleren

Geschwindigkeitsbereich wirkungsgradgünstig ausgelegt sein, und der zweite

Elektromotor 14 kann in einem mittleren bis hohen Geschwindigkeitsbereich

wirkungsgradgünstig ausgelegt sein. Je nach Fahrgeschwindigkeit des Elektrofahrzeugs 10 kann dann in einem Zweiradantriebsbetrieb von einem Antrieb durch den ersten Elektromotor 11 auf einen Antrieb durch den zweiten Elektromotor 14 und umgekehrt umgeschaltet werden.

Fig. 3 zeigt eine Antriebsstrangkonfiguration 300 eines Elektrofahrzeugs 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Die Antriebsstrangkonfiguration 300 unterscheidet sich von der Antriebsstrangkonfiguration 200 in Fig. 2 dadurch, dass zwischen dem ersten Elektromotor 1 1 und dem ersten Differentialgetriebe 13 ein erstes Getriebe 21 vorgesehen ist, und dass zwischen dem zweiten Elektromotor 14 und dem zweiten Differentialgetriebe 16 ein zweites Getriebe 24 vorgesehen ist.

Das erste Getriebe 21 kann eine Vielzahl von ersten Übersetzungsverhältnissen aufweisen, und das zweite Getriebe 24 kann eine Vielzahl von zweiten

Übersetzungsverhältnissen aufweisen, die von der Vielzahl der ersten Übersetzungsverhältnisse abweicht. Die zwei Getriebe 21 und 24 können dabei beispielsweise Zweiganggetriebe sein.

Beispielsweise können die zwei ersten Übersetzungen des ersten Getriebes 21 H ^v =3,5 und i ₂ ^v =1.0 betragen, und die zwei zweiten Übersetzungen des zweiten Getriebes 24 können betragen. Beispielsweise kann die Übersetzung der ersten und zweiten Differentialgetriebe 13 und 16 jeweils i _D =4 betragen. In einem

Zweiradantriebsbetrieb des Elektrofahrzeugs 10 kann dann je nach Fahrgeschwindigkeit einer der beiden Elektromotoren 11 und 14 für den Antrieb der ihm jeweils zugeordneten Radachse 12 bzw. 15 ausgewählt werden. Weiterhin kann je nach Fahrgeschwindigkeit eine der zwei ersten i und i ₂ ^v bzw. einer der zwei zweiten Übersetzungen H ^h und i ₂ ^H für den Betrieb des dem jeweils ausgewählten Elektromotors 1 1 oder 14 zugeordneten ersten oder zweiten Getriebes 21 bzw. 24 ausgewählt werden. In Tabelle 1 ist in Abhängigkeit eines Fahrgeschwindigkeitsbereiches des Elektrofahrzeugs 10 die jeweils angetriebene Achse in einem Zweiradantriebsbetrieb und die Übersetzungswahl für die beiden Getriebe 21 und 24 beispielhaft aufgeführt.

Tabelle 1

Ist für eine fahrdynamisch kritische Situation oder eine Fahrsituation hoher

Leistungsanforderung ein Umschalten in einen Allradantriebsbetrieb für das

Elektrofahrzeug notwendig, so kann die Übersetzungswahl wie beispielhaft in Tabelle 2 ausgeführt erfolgen.

Tabelle 2 Fig. 4 zeigt eine Antriebsstrangkonfiguration 400 eines Elektrofahrzeugs 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Die Antriebsstrangkonfiguration 400 unterscheidet sich von der Antriebsstrangkonfiguration 200 in Fig. 2 dadurch, dass für jedes der Antriebsräder 1 , 2, 3 und 4 jeweils ein separater Elektromotor 31 , 32, 33 bzw. 34 vorgesehen ist. Die Elektromotoren 31 , 32, 33 und 34 können dabei

Radnabemotoren sein. In der Antriebsstrangkonfiguration 400 kann daher auf

Differentialgetriebe verzichtet werden. Die Elektromotoren 31 und 32 können dabei ähnlich dem ersten Elektromotor 1 1 in Fig. 2 ausgestaltet sein. Die Elektromotoren 33 und 34 können dabei ähnlich dem zweiten Elektromotor 14 in Fig. 2 ausgestaltet sein. Es kann entsprechend der Antriebsweise nach der Antriebsstrangkonfiguration 200 in Fig. 2 vorgesehen sein, bei einem Zweiradantriebsbetrieb wahlweise die Elektromotoren 31 und 32 für den Antrieb der Antriebsräder 1 bzw. 2 oder die Elektromotoren 33 und 34 für den Antrieb der Antriebsräder 3 bzw. 4 vorzusehen, jeweils in Abhängigkeit des momentanen Fahrgeschwindigkeitsbereiches.

Fig. 5 zeigt eine Antriebsstrangkonfiguration 500 eines Elektrofahrzeugs 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Die Antriebsstrangkonfiguration 500 unterscheidet sich von der Antriebsstrangkonfiguration 300 in Fig. 2 dadurch, dass für jedes der Antriebsräder 1 , 2, 3 und 4 jeweils ein separater Elektromotor 31 , 32, 33 bzw. 34 mit einem separaten Getriebe 41 , 42, 43 bzw. 44 vorgesehen ist. Die Getriebe 41 , 42, 43 und 44 können dabei jeweils ähnlich dem ersten bzw. zweiten Getriebe 21 bzw. 24 in Fig. 3 ausgelegt sein.