Die Erfindung betrifft einen Personenkraftwagen mit elektrischem Heckantrieb gemäß dem unabhängigen Anspruch.

Personenkraftwagen (PKW) gemäß der voliegenden Erfindung ist im weitesten Sinne ein mehrspuriges, insbesondere für die Teilnahme am öffentlichen Straßenverkehr zu gelassenes Fahrzeug mit eigenem Antrieb zum vorwiegenden Zweck der Personen beförderung. Dabei kann es sich zum Beispiel auch um ein autonom fahrendes Shut- tle-Fahrzueug handeln.

Bei Personenkraftwagen (PKW), gemäß dem Stand der Technik, ist jedes einzelne Rad mit einer eigenen Bremse gekoppelt. Ein PKW, der üblicherweise vier Räder auf weist hat damit vier einzelne Bremsen. Das Bremssystem und das Antriebssystem sind dabei voneinander getrennt ausgeführte Systeme. Dies gilt sowohl für konventio nell als auch für elektrisch angetriebene PKWs. Bei den elektrisch angetriebenen PK Ws besteht eine Besonderheit noch darin, dass der Elektromotor (E-Motor) im Ge neratorbetrieb zusätzlich zu den Radbremsen ein signifikantes und situationsabhängig in der Höhe veränderliches Bremsmoment beisteuern kann.

Es ist die Aufgabe der Erfindung für einen elektrisch angetriebene PKW, bei dem der E-Motor auf die Hinterachse wirkt, die Herstellkosten zu senken indem das Bremssys tem der angetriebenen Hinterachse vereinfacht wird.

Diese Aufgabe wird für einen Personenkraftwagen mit elektrischem Heckantrieb ge mäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind in den rückbezogenen Unter ansprüchen beschrieben.

Die Erfindung umfasst einen Personenkraftwagen mit elektrischem Heckantrieb, mit einem Antriebsystem, enthaltend eine Leistungselektronik, einen E-Motor, ein Über setzungsgetriebe und ein Differenzialgetriebe, gemeinsam eine E -Achse bildend, und zwei mit dem Differenzialgetriebe verbundene Seitenwellen an deren freien Enden je weils ein Hinterrad angebracht ist, und einem Bremssystem. Indem das Bremssystem eine Zentralbremse aufweist, die innerhalb der E -Achse zwischen dem E-Motor und dem Differenzialgetriebe wirkend angeordnet ist, wird ein elektrisch angetriebener PKW, bei dem der E-Motor auf die Hinterachse wirkt mit vereinfachtem Bremssystem an der angetriebenen Hinterachse bereitgestellt.

Bevorzugt ist die Zentralbremse eine Scheibenbremse mit einer Bremsscheibe und einem Bremssattel.

Vorteilhafterweise ist dabei die Bremsscheibe durch ein Zahnrad des Übersetzungs getriebes gebildet.

Alternativ ist die Bremsscheibe auf einer Rotorwelle des E-Motors, einer Zwischen welle des Übersetzungsgetriebes oder einem Differenzialeingang des Differenzialge triebes angeordnet.

Eine Variante sieht vor, dass die Zentralbremse eine Lamellenbremse ist, die an einem Differenzialeingang des Differenzialgetriebes angeordnet ist.

Vorteilhafterweise weist das Bremssystem zwei Bremskreise auf, die jeweils eine von zwei Vorderradbremsen und die Zentralbremse einschließen.

Gemäß einer Alternative weist das Bremssystem zwei Bremskreise auf, von denen jeweils beide zwei Vorderradbremsen und die Zentralbremse einschließen, wobei die Vorderradbremsen und die Zentralbremse jeweils zwei Bremskolben aufweisen.

Bevorzugt weist das Bremssystem zwei Bremskreise auf, die jeweils eine von zwei Vorderradbremsen einschließen und wobei ein weiterer Bremskreis vorhanden ist, mit der Zentralbremse und einem Hinterachsenbremsaktor, der in der E -Achse integriert angeordnet ist.

Bevorzugt weisen die erste Seitenwelle und die zweite Seitenwelle eine gleiche Stei figkeit auf. Bevorzugt ist die Zentralbremse eine Wirbelstrombremse, die entweder auf der Rotor welle des E-Motors oder einer Zwischenwelle des Übersetzungsgetriebes angeordnet ist.

Ferner bevorzugt enthält die E -Achse ein internes Steuergerät, das dazu ausgelegt ist, eine Aufteilung einer notwendigen Bremsleistung auf eine Motorbremsung durch den E-Motor und eine Reibbremsung durch die Zentralbremse zu steuern. Dabei kann für den Fall, dass nicht nur die Hinterachse, sondern auch die Vorderräder mit elektrome chanischen Brake by wire Bremsen versehen sind, die Steuerung des gesamten Bremssystems des Fahrzeugs, inklusive der Fahrstabilitätsregelung, vorteilhafter weise auf dem Steuergerät der E -Achse laufen.

Nachfolgend wird die Erfindung an Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierzu zeigen:

Fig. 1 - 10 verschiedene vorteilhafte Anordnungen der Zentralbremse entlang der E-Achse,

Fig. 11 - 13 verschiedene Ausführungen der Aufteilung des Bremssystems in Bremskreisen,

Fig. 14 eine Ausführung mit integrierter Parkbremsfunktion,

Fig. 15 ein erstes Kühlkonzept für die Kühlung der Zentralbremse und Fig. 16 ein zweites Kühlkonzept für die Kühlung der Zentralbremse.

In Fig. 1 ist eine grobe schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen PKW 1 mit den für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Merkmalen gezeigt.

Ein erfindungsgemäßer PKW 1 mit elektrischem Heckantrieb enthält wie gattungsglei che Fahrzeuge ein elektrisches Antriebssystem und ein Bremssystem, um die zwei Hinterräder 3 anzutreiben und davon unabhängig, die beiden Vorderräder und die bei den Hinterräder 3 abzubremsen. Das Antriebssystem, enthält eine Leistungselektronik 4, einen E-Motor 5, ein Übersetzungsgetriebe 6, ein Differenzialgetriebe 7 und zwei, die Hinterachse definierende und mit dem Differenzialgetriebe 7 verbundene Seiten wellen 8, 18, an deren freien Enden jeweils eines der Hinterräder 3 angebracht ist. Die das Antriebsmoment des E-Motors 5 auf die Hinterräder 3 übertragenden Bauteile des Antriebssystems bilden gemeinsam eine sogenannte E -Achse 2.

Das Bremssystem enthält im Unterschied zum Stand der Technik, in dem jedem der beiden Hinterräder 3 eine Bremse zugeordnet ist, eine Zentralbremse 9, die innerhalb der E -Achse 2 zwischen dem E-Motor 5 und dem Differenzialgetriebe 7 wirkend ange ordnet ist. Ein einfaches Weglassen der üblicherweise jeweils auf ein Hinterrad 3 wir kenden Bremsen ist nicht möglich, da der E-Motor 5 im Generatorbetrieb allein nicht die für eine Vollbremsung an den Seitenwellen 8, 18 der Hinterachse erforderliche Bremsleistung erzeugen kann und insbesondere abhängig vom Ladezustand und der Temperatur der Batterie im Extremfall gar kein wirksames Rekuperationsmoment er zeugt wird. Die Zentralbremse 9 bildet vorteilhaft eine funktionale und konstruktive Ein heit mit der E -Achse 2, was in Fig. 1 durch die beispielhafte Zuordnung der Zentral bremse 9 an einer Rotorwelle 11 des E-Motors 5 dargestellt ist.

In Abhängigkeit der Bauart der E -Achse 2, das heißt insbesondere der Ausführung des Übersetzungsgetriebes 6 und des Differenzialgetriebes 7, kann die Zentralbremse 9 vorteilhaft an verschiedenen Positionen entlang der E -Achse 2 wirkend angeordnet sein.

Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für die Anordnung der Zentralbremse 9 in nerhalb der E -Achse 2. Die in einem E-Achsen-Gehäuse 10 untergebrachte E -Achse 2 weist ein Übersetzungsgetriebe 6 in Form eines zweistufigen, achsparallelen Getrie bes auf. Das Übersetzungsgetriebe 6 verbindet eine Rotorwelle 11 des E-Motors 5 über eine Zwischenwelle 12 mit dem Differenzialgetriebe 7, welches das am Differen zialgetriebe 7 wirkende Drehmoment auf die Seitenwellen 8, 18 der Hinterachse auf teilt. Die Zentralbremse 9 ist auf der Rotorwelle 11 angeordnet, und zwar außerhalb des E-Achsen-Gehäuses 10. Eine Anordnung der Zentralbremse 9, hier dargestellt durch eine Bremsscheibe 13 und einen Bremssattel 14, außerhalb des E-Achsen-Ge- häuses 10, hat den Vorteil der direkten Kühlung durch die Umgebungsluft, sowie dass kein Bremsenabrieb im Inneren des E-Achsen-Gehäuses 10, die E -Achse 2 ver schmutzend, freigesetzt wird. Gemäß einem zweiten, nicht in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel, ist die Zentralbremse 9 ebenfalls an der Rotorwelle 11 , jedoch im Unterscheid zum vorherigen Ausführungsbeispiel innerhalb des E-Achsen-Gehäuses 10 angeordnet. Die Zentralbremse 9 ist hier gegen äußere Einflüsse geschützt, ein Bremsabrieb wird gegenüber der Umwelt zurückgehalten und sie kann durch das Schmiermittel und den Kühlkreislauf der E -Achse 2 aktiv gekühlt werden.

In einem dritten vorteilhaften Ausführungsbeispiel, gezeigt in Fig. 3, ist die Zentral bremse 9 auf einem dem Übersetzungsgetriebe 6 abgewandten Ende der Rotorwelle

11 angeordnet.

Ein viertes Ausführungsbeispiel, gezeigt in Fig. 4, unterscheidet sich zu dem vorheri gen dadurch, dass die Zentralbremse 9 in einem separaten Bremsen-Gehäuse 15 au ßerhalb des E-Achsen-Gehäuses 10 angeordnet ist. Hierdurch kann einerseits eine Fernhaltung von Bremsenabrieb von der E -Achse 2, als auch eine Kapselung der Zent ralbremse 9 gegenüber äußeren Einflüssen sowie eine Rückhaltung von Bremsenab rieb erreicht werden.

In einem fünften Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 5 ist die Zentralbremse 9 auf der Zwischenwelle 12 des Übersetzungsgetriebes 6 angeordnet. Die Zwischenwelle

12 stellt in Bezug auf die Höhe der Betriebsdrehzahl der Zentralbremse 9 sowie das von ihr zu stellende Bremsmoment einen guten Kompromiss zwischen einer Anord nung auf der Rotorwelle 11 und einer Anordnung an einem Differenzialeingang 16 dar. Aufgrund der Übersetzungsstufe zum Differenzialgetriebe 7 bzw. zu den Seitenwellen 8, 18 muss sie hier ein geringeres Drehmoment aufbringen als dort. Deshalb ist bei gleicher Betätigungskraft ein geringerer Reibradius möglich, was die Integration in die E -Achse 2 vereinfacht. Die Zentralbremse 9 ist hier wiederum innerhalb des E-Achsen- Gehäuses 10 angeordnet.

Ein sechstes, nicht in den Zeichnungen dargestelltes Ausführungsbeispiel unterschei det sich zu dem vorherigen nur dadurch, dass die Zentralbremse 9 außerhalb des E- Achsen-Gehäuses 10 angeordnet ist. In einem siebenten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 6, ist die Zentralbremse 9 stärker in die E -Achse 2 integriert, indem ein auf der Zwischenwelle 12 sitzendes Zahn rad 17 des Übersetzungsgetriebes 6, an dem Reibflächen ausgebildet sind, als Brems scheibe 13 dient. Alternativ können bei anderen, nicht in den Zeichnungen dargestell ten Ausführungen, andere die Drehbewegung der Rotorwelle 11 auf das Differenzial getriebe 7 übertragenden Bauteile als Bremsscheibe 13 genutzt werden.

Gemäß einem achten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 7, enthält die Zentral bremse 9 eine, mit dem Differenzialeingang 16 verbundene separate Bremsscheibe 13.

Im Unterschied zu den vorgenannten Ausführungsbeispielen ist das Übersetzungsge triebe 6 der E -Achse 2 in einem neunten, in Fig. 8 gezeigten Ausführungsbeispiel, ein einstufiges Getriebe mit einem vergleichsweise sehr großen Zahnrad 17 am Differen zialeingang 16, um eine vergleichbar hohe Übersetzung wie ein zweistufiges Getriebe zu erhalten. Dieses Zahnrad 17 wird hier als Bremsscheibe 13 genutzt.

Statt das Zahnrad 17 als Bremsscheibe 13 zu nutzen, kann alternativ, parallel zum Zahnrad 17, am Differenzialeingang 16 eine separate Bremsscheibe 13 angebracht sein.

Bei dem in Fig. 9 gezeigten zehnten Ausführungsbeispiel ist anstelle der Brems scheibe 13 am Differenzialeingang 16 eine nasslaufende Lamellenbremse 19 ange ordnet. Solch ein Konzept ist besonders vorteilhaft in Bezug auf die Abführung von Reibungswärme durch den Volumenstrom einer Kühlflüssigkeit. Die Wärme kann so mit auch besonders günstig zu weiter entfernten Positionen im PKW transportiert wer den, wo sie über einen Wärmetauscher an die Umgebung abgegeben oder beispiels weise zum Heizen des Innenraums genutzt werden kann.

Ein in Fig. 10 dargestelltes Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von vorgenannten Ausführungsbeispiel durch die Ausführung der E -Achse 2 koaxial zu den beiden Sei tenwellen 8, 18. Hier ist das Übersetzungsgetriebe 6 als Planetengetriebe ausgeführt, wobei ein Steg 20 mit dem Differenzialeingang 16 verbunden ist. Mit diesen Teilen ist wiederum die Bremsscheibe 13 mit der Zentral bremse 9 verbunden.

Eine Anordnung der Zentralbremse 9 auf der Rotorwelle 11 analog zu Fig. 3 wäre selbstverständlich auch möglich.

Unabhängig davon, ob gemäß dem Stand der Technik jeweils eine Bremse auf ein Hinterrad 3 wirkt oder erfindungsgemäß mittelbar eine Zentralbremse 9 auf beide Hin terräder 3 wirkt, werden an das Bremssystem hohe Anforderungen bezüglich der Funktionssicherheit und der Redundanz gestellt. So ist eine Aufteilung des Bremssys tems auf zwei Bremskreise erforderlich und üblich, damit auch beim Ausfall eines Teil systems noch hinreichend Bremswirkung zur Verfügung steht.

Die folgenden Ausführungsbeispiele zeigen vorteilhafte Varianten davon, wie eine sol che Aufteilung des Bremssystems mit einer Zentralbremse 9 erfolgen kann. Auf eine detaillierte Darstellung von aus dem Stand der Technik bekannter Komponenten des Bremssystems, wie einer Bremspedalerie oder einem ABS Aktor, wird der Übersicht halber verzichtet.

In den nachfolgenden Ausführungsbeispielen ist die Zentralbremse 9 analog zu Fig. 1 beispielhaft an der Rotorwelle 11 dargestellt, kann aber an jedem anderen Ort an der E -Achse 2 angeordnet sein, wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ge zeigt.

In Fig. 11 ist schematisch eine mögliche Aufteilung des Bremssystems gezeigt, bei der die zwei Vorderradbremsen und die Zentralbremse 9 hydraulisch betätigt werden, da bei sind die beiden Vorderradbremsen über einen ersten Bremskreis 21 und die Zent ralbremse 9 über einen zweiten Bremskreis 22 mit einem Bremskraftverstärker 23 ver bunden. Beim Ausfall des ersten Bremskreises 21 steht damit aber nur noch ein deut lich verringertes durch die Zentralbremse 9 erzeugtes Bremsmoment zur Verfügung.

Gemäß der Ausführung in Fig. 12 sind die beiden Vorderradbremsen jeweils separaten hydraulischen Bremskreisen 21 , 22 zugeordnet. Beide Bremskreise 21 , 22 schließen zudem jeweils die Zentralbremse 9 ein, welche dazu zwei voneinander unabhängige Bremskolben aufweist. Hierdurch steht beim Ausfall eines der beiden Bremskreise ein höheres Restbremsmoment zur Verfügung, als wenn, wie bei der vorhergehenden Va riante, der Bremskreis der Vorderachse ausfällt. Nachteile dieser Lösung sind ein er höhter Teileaufwand, sowie beim Ausfall eines Bremskreises eine Asymmetrie des Bremsmomentes um die Fahrzeug-Längsachse, so dass ggf. über einen Lenkeingriff einer Fahrzeugdrehung entgegengewirkt werden muss.

Ein asymmetrisches Bremsmoment beim Ausfall eines Bremskreises wird vermieden, wenn auch die Vorderradbremsen jeweils zwei Bremskolben aufweisen, welche je weils den beiden voneinander unabhängigen Bremskreisen zugeordnet sind. Dies ist jedoch eine kostenintensive Lösung.

Fig. 13 zeigt eine weitere Ausführung, bei der die Vorderradbremsen über jeweils ei nen separaten hydraulischen Bremskreis 21 22 angesteuert werden. Die Zentral bremse 9 ist in diesem Fall nicht mit den Vorderradbremsen verbundenen Bremskraft verstärker 23 über eine Hydraulikleitung verbunden, sondern in einem weiteren sepa raten Bremskreis mit einem autarken Hinterachsenbremsaktor 26 verbunden der in der E -Achse 2 integriert angeordnet ist. Dieser kann als elektrohydraulischer oder elektro mechanischer Bremsaktor ausgeführt sein, der die Steuerinformation vorteilhaft über einen Datenbus 25 des PKW 1 erhält.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Steuerelektronik des Hinterachsenbremsaktor 24 in die Leistungselektronik 4 integriert ist. Dadurch ist eine kostengünstige Ausfüh rung möglich, da für die Steuerelektronik kein separates Gehäuse benötigt wird. Zu dem ist dadurch eine optimale Abstimmung der Längsdynam ikfunktionen Antreiben und Bremsen, insbesondere auch der Kombination aus Rekuperationsbremsung des E-Motors 5 und unterstützender Reibbremsung der Zentralbremse 9 besonders ein fach umzusetzen. Analog zu der in Fig. 13 gezeigten Schema ist es selbstverständlich auch möglich, die beiden Vorderradbremsen mit einer separaten elektrohydraulischen oder elektrome chanischen Betätigung auszustatten. Damit wäre dann ein vollständiges „brake by wire“ - Konzept umgesetzt.

Zur Umsetzung einer Parkbremsfunktion gibt es bei einem Bremssystem mit einer Zentralbremse 9 zwei sinnvolle Varianten.

Es können die beiden Vorderradbremsen jeweils mit einer elektrischen Parkbremse ausgestattet sein, was nicht in den Zeichnungen dargestellt ist.

Vorteilhafter ist, wie in Fig. 14 dargestellt, wenn die Parkbremsfunktion ebenfalls in die E -Achse 2 integriert ist. Der mit der Zentralbremse 9 verbundene Hinterachsenbrems aktor 26 ist dabei so ausgeführt, dass er auch bei längerem Fahrzeug-Stillstand ein notwendiges Bremsmoment bereitstellt. Die Funktion der elektrischen Parkbremse ist somit in die Zentralbremse 9 integriert. Da zwischen der Zentralbremse 9 und den Hinterrädern 3 das Differenzialgetriebe 7 angeordnet ist, könnte der PKW jedoch weg rollen, wenn beispielsweise eines der Hinterräder 3 zum Reifenwechsel angehoben wird. Aus diesem Grund ist diese Variante nur in Kombination mit einer Differenzial sperre 27 sinnvoll. Um die Parkbremsfunktion darstellen zu können, kann diese Diffe renzialsperre 27 aber sehr einfach, beispielsweise als schaltbare formschlüssige Ver bindung, ausgeführt sein.

Die Anordnung der Zentralbremse 9 in der E -Achse 2 stellt auch besondere Anforde rungen an den Übertragungspfad zwischen der Zentralbremse 9 und den Hinterrädern 3 dar, welcher deutlich länger ist als bei konventionellen Hinterradbremsen.

Die Auslegung der Bauteile auf die maximal möglichen Bremsmomente mit entspre chenden Sicherheiten versteht sich von selbst. Für eine gute Systemperformance, Fahrkomfort und Sicherheit ist es besonders vorteilhaft, wenn die beiden Seitenwellen 8, 18 eine ähnliche, insbesondere gleiche Steifigkeit aufweisen. Bei unterschiedlicher Länge der Seitenwellen 8, 18 kann dies durch unterschiedliche Querschnitte kompen- siert werden. Zudem ist es vorteilhaft, die Seitenwellen 8, 18 möglichst steif auszufüh ren, um einerseits den Verdrehwinkel bei einer Vollbremsung gering zu halten und andererseits dynamische Effekte durch hohe Drehmomentgradienten an der Zentral bremse 9, insbesondere auch bei einem ABS Eingriff zu begrenzen. Die Seitenwellen 8, 18 stellen bei Elektrofahrzeugen die wesentliche Steifigkeit des Antriebsstrangs dar. Der E-Motor 5 und im vorliegenden Fall die Zentralbremse 9 bilden das wesentliche Massenträgheitsmoment in Bezug auf die Eigenfrequenz des Antriebssystems. Um die Anregung von Resonanzen durch die Zentralbremse 9, insbesondere bei ABS Brem sungen zu vermeiden, sind das Antriebssystem und das Bremssystem vorteilhaft so auszulegen, dass der Quotient aus Eigenfrequenz des Antriebssystems und die ABS- Regelfrequenz nicht die Werte 0,5, 1 , 0,75 oder 2 annimmt. Insbesondere ist ein Ab stand von mindestens 0,05 von diesen Verhältniswerten einzuhalten. Besonders vor teilhaft ist es beispielsweise, wenn ein Verhältnis von Antriebssystem -Eigenfrequenz und Bremsen-Regelfrequenz im Bereich von 0,6-0, 7 eingestellt wird.

Es sind verschiedene Ausführungen der Zentralbremse 9 möglich, insbesondere als trockenlaufende Trommel- bzw. Scheibenbremse oder als nasslaufende Lamellen bremse 19. Besonders vorteilhaft ist dabei die Ausführung als trockenlaufende Schei benbremse, da diese ein Optimum aus geringem Schleppmoment, hoher Drehmo ment-Übertragungsfähigkeit in Bezug auf den notwendigen radialen Bauraum und Re gelbarkeit darstellt.

Eine Sonderstellung nimmt die Ausführung der Zentralbremse 9 als Wirbelstrom bremse ein. Das maximale Drehmoment einer Wirbelstrombremse ist abhängig von der Drehzahl bzw. Fahrzeuggeschwindigkeit. Deshalb ist es besonders vorteilhaft, die Wrbelstrombremse auf einer Welle mit möglichst hoher Drehzahl anzuordnen, sprich der Rotorwelle oder einer Zwischenwelle, um eine vergleichsweise bessere Wirkung zu erhalten. Ein Vorteil der Kombination aus E-Motor 5 und Wirbelstrombremse liegt darin, dass im niedrigen Geschwindigkeitsbereich, in dem die Wirbelstrombremse we niger Bremsmoment stellen kann, der E-Motor 5 sein maximales Drehmoment zum Bremsen bzw. Rekuperieren einbringen kann. Im hohen Drehzahlbereich ist es genau gegensätzlich. Auch stellt bei dieser Kombination die aktuell mögliche Ladeleistung der Batterie keine Begrenzung der Generatorleistung dar, da die vom im Generator betrieb arbeitenden E-Motor 5 gewandelte Energie direkt in der Wirbelstrombremse umgesetzt werden kann.

Um die Zentralbremse 9 möglichst klein bauen zu können und damit deren Integration in die E -Achse 2 zu erleichtern, ist es sinnvoll, einen möglichst hohen Anteil des Bremsmoments für die Hinterräder 3 durch ein negatives Drehmoment des E-Motors 5 als Motorbremsung bereit zu stellen.

Eine optimale Voraussetzung für eine optimale Koordination beider Bremsvarianten bietet die Topologie nach Fig. 13, bei der die E -Achse 2 über den Datenbus 25 auf elektronischem Weg vom Fahrzeug die Bremsanforderung erhält. Ein internes Steuer gerät der E -Achse 2 stellt dann die situationsabhängig optimale Aufteilung zwischen Motorbremsung und Reibbremsung durch die Zentralbremse 9 ein, wobei Faktoren wie Batterieladezustand, Temperatur von Batterie, E-Motor 5, Leistungselektronik 4 und Bremsscheibe 13 (erfasst über Sensoren oder Rechenmodelle), Fahrzeugge schwindigkeit, bisheriges Fahrerverhalten sowie Streckeninformationen ausgewertet werden.

In Situationen, in denen der Zustand der Fahrzeugbatterie keine hinreichend hohe La deleistung zulässt, kann ein für die Auslegung der Zentralbremse 9 angesetzter Min- dest-Bremsanteil des E-Motors 5 auch dadurch sichergestellt werden, dass der er zeugte Strom über einen Lastwiderstand in Wärme umgewandelt wird, oder der E- Motor 5 durch die Art der Ansteuerung gezielt in einen schlechten Wrkungsgrad ver setzt wird und somit selbst einen erhöhten Anteil an Wärmeenergie aufnimmt.

Um die verschiedenen Systemkomponenten zu schützen, wird vorgeschlagen, über ein Rechenmodell den thermischen Zustand des E-Motors 5, der Leistungselektronik 4 und der Zentralbremse 9 zu überwachen und eine modellbasierte Vorausschau für die Temperaturen zu implementieren. Über einen Eingriff in das Antriebsmoment kann dann verhindert werden, dass der PKW in einen Geschwindigkeitsbereich beschleu nigt wird, aus dem er nicht ohne die Überschreitung einer kritischen Temperaturgrenze sicher wieder abgebremst werden könnte. Eine besondere Herausforderung stellt die Bereitstellung einer adäquaten Fahrstabili tätsregelung dar, wenn die Hinterräder 3 der Hinterachse nicht radselektiv gebremst werden können.

Im Fall der ABS Regelung kommt deshalb vorzugsweise eine sogenannte „select low“ Regelstrategie zum Einsatz, bei der der optimale Schlupf der Hinterräder mit dem nied rigsten Haftwert zur Straße für die Seitenwellen 8, 18 eingestellt wird. Nach dem Stand der Technik wird die Schlupfdrehzahl über Drehzahlsensoren an den jeweiligen Rä dern gemessen. Dies ist auch bei dem vorliegenden System mit Zentralbremse 9 mög lich. Alternativ kann auch auf die Drehzahlsensoren der Seitenwellen 8, 18 verzichtet werden und auf Basis der Sensordaten der Vorderräder sowie der Drehzahl des E- Motors 5, welche über den Rotorlagesensor genau bekannt ist, die Bremsenregelung vorgenommen werden.

Eine Antriebsschlupfregelung ist bei dem vorgestellten Konzept nur in dem Umfang möglich, wie das Antriebsmoment des E-Motors 5 auf einen Wert begrenzt wird, der das angetriebene Hinterrad 3 mit den ungünstigsten Reibverhältnissen nicht zum Durchdrehen bringt. Aufgrund der guten und sehr flinken Regelbarkeit des E-Motors 5 ist dies besser möglich, als bei einem Verbrennungsmotor. Alternativ kann über eine Differenzialsperre 27 bei niedriger Geschwindigkeit auch ein Anfahren mit höherem Drehmoment bei stark unterschiedlichen Reibwerten an den Antriebsrädern ermöglicht werden.

Eine weitere Herausforderung bei der Gestaltung von Bremsen besteht in dem Abfüh ren der in Wärme umgewandelten Bremsenergie. Nach dem Stand der Technik sind verschiedene Konzepte für Luft- und Flüssigkeitskühlungen bekannt. Im Fall der In tegration einer Zentralbremse 9 in die E -Achse 2 kann es vorteilhaft sein, dasselbe Kühlmedium zu nutzen wie für den E-Motor 5. Besonders sinnvoll ist dies bei einem luftgekühlten E-Motor 5, da hier das Kühlmedium Luft nicht zirkuliert, sondern an die Umwelt abgegeben wird. Die Idee besteht somit darin, die Zentralbremse 9 an der letzten Stelle in den Kühlluftpfad des E-Motor 5 einzubeziehen. Dadurch wird das Kühl system, welches primär die Komponenten des elektrischen Antriebsstrangs kühlen muss, nicht durch die Bremswärme zusätzlich belastet.

In Fig. 15 ist schematisch ein Kühlkonzept gezeigt, bei dem die Kühlluft des E-Motors 5 auch zur aktiven Kühlung der Zentralbremse 9 genutzt wird. Von einem Lüfter 28 aus wird die Kühlluft über entsprechende Führungskanäle zuerst in den E-Motor 5 ge leitet, da die zulässige Maximaltemperatur des E-Motors 5 geringer ist als die der Zent ralbremse 9. Vom Austritt aus dem E-Motor 5 wird die Kühlluft zur Zentralbremse 9 geführt, um diese zu kühlen, bevor sie in die Umwelt austritt.

In Fig. 16 ist schematisch eine weitere Umsetzung eines Kühlkonzepts dargestellt. Hier wird die vom Lüfter 28 angesaugte Kühlluft zunächst in eine Verzweigung 29 geleitet, in welcher der Luftstrom je nach Bedarf auf zwei Pfade aufgeteilt werden kann. Der erste Pfad führt durch den E-Motor 5 und der zweite Pfad führt direkt zur Zentralbremse 9, so dass dieser, im Vergleich zum vorgenannten Kühlkonzept, kühlere Luft zur Ver fügung gestellt werden kann, die nicht bereits durch den E-Motor 5 vorgewärmt wurde. Hinter der Zentralbremse 9 ist zur Reduzierung der Feinstaub-Emission ein Partikelfil ter 30 angeordnet. Dahinter befindet sich eine weitere Verzweigung 31 , von der aus ein Teil der Luft in Richtung Batterie 32 abgezweigt wird, womit diese mit der Abwärme des E-Motors 5 und der Zentralbremse 9 schneller auf Betriebstemperatur erwärmt wird. Anstatt bzw. zusätzlich zur Batterie 32 kann mit der erwärmten Luft auch der Fahrgastraum geheizt werden.

Analog zur Luftkühlung kann die Grundidee auch auf Flüssigkeitskühlsysteme ange wandt werden, nur, dass hier das Kühlmedium im System zirkuliert.

Die verschiedenen dargelegten Ausführungen für die Zentralbremse 9, die Möglichkei ten deren Anordnung entlang der E -Achse 2, die Variationen der Ausbildung der Bremskreise 21 , 22, die verschiedenen Konzepte der Kühlung, die Möglichkeiten der Kombinationen mit einer Parkbremse und die Möglichkeiten der Steuerung der Brems leistung der Zentralbremse 9 lassen sich untereinander kombinieren und sind nicht auf die konkret aufgezeigten Lösungen beschränkt. Bezuqszeichen PKW E -Achse Hinterrad Leistungselektronik E-Motor Übersetzungsgetriebe Differenzialgetriebe erste Seitenwelle Zentralbremse E-Achsen-Gehäuse Rotorwelle Zwischenwelle Bremsscheibe Bremssattel Bremsen-Gehäuse Differenzialeingang Zahnrad zweite Seitenwelle Lamellenbremse Steg erster Bremskreis zweiter Bremskreis Bremskraftverstärker Datenbus Hinterachsenbremsaktor Differenzialsperre Lüfter Verzweigung Partikelfilter weitere Verzweigung Batterie