Titel

Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, Kraftfahrzeug Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, das zwei anzutreibende Räder an einer Radachse aufweist, mit einer elektrischen

Maschine, die wenigstens einen Stator und wenigstens einen Rotor aufweist, wobei der Rotor mit zumindest einem der Räder zu dessen Antrieb

wirkverbindbar ist.

Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das eine Radachse mit zwei anzutreibenden Rädern aufweist, sowie eine Antriebseinrichtung zum Antreiben der Räder. Stand der Technik

Antriebseinrichtungen für Kraftfahrzeuge der Eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Üblicherweise werden bei Kraftfahrzeugen zwei Räder einer Radachse, also beispielsweise die Räder der Vorderradachse oder die Räder der Hinterradachse durch eine Antriebseinrichtung angetrieben. Unter einer Radachse ist insofern, unabhängig davon, ob die Räder der Achse lenkbar oder mechanisch miteinander wirkverbunden sind, eine gedachte Achse des Kraftfahrzeugs zu verstehen, an welcher zwei mit einer Fahrbahn in Wirkkontakt stehende Räder beabstandet zueinander angeordnet sind. Um die beiden Räder anzutreiben ist es bekannt, eine Antriebsmaschine, beispielsweise eine

Brennkraftmaschine oder eine elektrische Maschine, durch ein

Differenzialgetriebe mit beiden Rädern beziehungsweise mit den Rädern verbundenen Antriebswellen zu verbinden. Durch das Differenzialgetriebe wird erreicht, dass die angetriebenen Räder mit unterschiedlichen Drehzahlen laufen können, wodurch die Fahrstabilität des Fahrzeugs, insbesondere bei einer

Kurvenfahrt erhöht wird. Bei Antriebseinrichtungen, die mehrere Antriebsmaschinen aufweisen, ergeben sich unterschiedliche Möglichkeiten, um das Differenzialgetriebe zu ersetzen. Eine Spezialform stellt der sogenannte Tandemantrieb dar, bei welchem für jedes Rad eine einzelne antreibbare elektrische Maschine vorgesehen wird. Die Funktion des Differenzialgetriebes wird durch die Ansteuerung und/oder

Regelung der elektrischen Maschinen übernommen. Da zwei elektrische

Maschinen und auch zwei entsprechende Regeleinheiten/Leistungsendstufen vorgesehen werden müssen, ist eine derartige Lösung verhältnismäßig kostenaufwändig.

Offenbarung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass bei gleichbleibender Funktionalität Bauteilanzahl,

Herstellungskosten sowie Montageaufwand reduziert werden. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass die elektrische Maschine als Asynchronmaschine ausgebildet ist und zwei unabhängig voneinander drehbare beziehungsweise drehbar gelagerte Rotoren, die jeweils mit einem Rad der Radachse

wirkverbunden/wirkverbindbar sind, und eine Einrichtung zum insbesondere stufenlosen Verändern des elektrischen Rotorwiderstands von zumindest einem der Rotoren aufweist. Durch Betätigung der Einrichtung zum Verändern des elektrischen Rotorwiderstandes von zumindest einem der Rotoren lässt sich das Leistungsverhalten des betroffenen Rotors unabhängig von einer Ansteuerung des Stators beeinflussen. Durch das Verändern des Rotorwiderstands kann somit die Drehzahl und/oder das Drehmoment eines Rotors auf einfache Art und Weise verändert werden. Dadurch ist es möglich, die Ansteuerung der elektrischen Maschine zu vereinfachen, indem beispielsweise nur eine

Leistungsendstufe vorgesehen ist und eine Leistungsdifferenz an den Rotoren durch das Verändern des elektrischen Rotorwiderstands von zumindest einem der Rotoren erzeugt wird.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Einrichtung wenigstens einen Halbleiterschalter aufweist, der mit einer Phase einer insbesondere mehrere Phasen aufweisenden Wicklung des Rotors in Reihe geschaltet und zum Verändern des elektrischen Widerstands der Phase ansteuerbar ist. Der Halbleiterschalter wird dazu beispielsweise in einen

Linearbetrieb geschaltet, um den Widerstand der Phase und damit den

Rotorwiderstand zu beeinflussen. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Einrichtung einem Potentiometer zum Einstellen des elektrischen Widerstandes der Phase aufweist. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Einrichtung für mehrere Phasen der Wicklung jeweils einen Halbleiterschalter zum Verändern des elektrischen Widerstands der jeweiligen Phase aufweist. Insbesondere ist vorgesehen, dass für jede Phase der Wicklung ein ansteuerbarer Halbleiterschalter vorgesehen ist. Vorliegend wird unter einer Phase der Wicklung insbesondere ein Wicklungsdraht der Wicklung verstanden, der insbesondere mit der Einrichtung verbunden ist, sodass mittels der

Einrichtung der elektrische Widerstand der jeweiligen Phase veränderbar ist.

Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die elektrische Maschine nur einen Stator aufweist, der mit beiden Rotoren zusammenwirkt. Hierzu ist vorgesehen, dass sich der Stator entlang der Rotationsachsen der Rotoren, die

zweckmäßigerweise fluchtend zueinander ausgerichtet sind, über beide Rotoren hinweg erstreckt. Für den einen Stator ist zum Betreiben der elektrischen Maschine nur ein Inverter notwendig. Eine Drehzahldifferenz zwischen den beiden Rädern beziehungsweise Rotoren ist durch die Einrichtung zum

Verändern des elektrischen Rotorwiderstandes möglich.

Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die elektrische Maschine für jeden der Rotoren jeweils einen Stator aufweist. Hierdurch ist es möglich, auf

kostengünstigere Standardteile für die elektrische Maschine zurückzugreifen. Aufgrund der vorteilhaften Einrichtung können die beiden Statoren jedoch identisch betrieben werden, so dass sich der Ansteueraufwand für die Statoren durch die Einrichtung verringert.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Antriebseinrichtung nur einen Inverter zum Betreiben der beiden Statoren aufweist. Weil die beiden Statoren gleich betrieben werden können, reicht ein Inverter beziehungsweise eine

Leistungsendstufe zum Betrieb der elektrischen Maschine beziehungsweise beider Rotoren aus. Durch das Vorsehen von nur einem Inverter werden entsprechend die Kosten für einen zweiten Inverter eingespart. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die beiden Statoren in Reihe geschaltet sind. Dadurch wird ein

Verkabelungsaufwand zum Verbinden des Inverters mit den beiden Statoren auf ein Minimum reduziert.

Alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass die Statoren parallel zueinander geschaltet sind. Dadurch sind die beiden Statoren jeweils mit dem Inverter verbunden. Hierdurch ergibt sich zwar ein höherer Verkabelungsaufwand, jedoch erfolgt eine verbesserte Spannungsausnutzung.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rotoren mit dem jeweiligen Stator jeweils eine Asynchronmaschine bilden. Dazu sind die Wicklungen beziehungsweise Phasen der Rotoren der elektrischen Maschine jeweils mit der Einrichtung verbunden beziehungsweise an diese angeschlossen. Durch die Einrichtung lässt sich dabei auf einfache Art und Weise der elektrische Rotorwiderstand des jeweiligen Rotors, wie zuvor beschrieben, anpassen beziehungsweise einstellen.

Im Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Einrichtung wenigstens eine Schleifringeinrichtung zum elektrischen Kontaktieren der zumindest einen Phase der Wicklung des Rotors, deren elektrischer Widerstand verändert werden soll, zugeordnet ist. Dadurch kann die Einrichtung im Wesentlichen feststehend ausgebildet sein. Insbesondere der Potentiometer oder der Halbleiterschalter können an einem feststehenden Gehäuseteil der elektrischen Maschine oder des Kraftfahrzeugs angeordnet sein, und durch die Schleifringeinrichtung die jeweilige Phase des gewählten Rotors elektrisch kontaktieren. Die ansonsten kurzgeschlossene Phase der Wicklung wird also durch die Schleifringeinrichtung aus dem drehbaren Rotor herausgeführt, wodurch eine Ansteuerung des Potentiometers oder Halbleiterschalters außerhalb des Rotors einfacher und kostengünstiger darstellbar ist.

Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10 zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Antriebseinrichtung aus. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile. Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus dem oben Beschriebenen sowie aus den

Ansprüchen. Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen im Folgenden:

Figur 1 ein Kraftfahrzeug mit einer vorteilhaften Antriebseinrichtung in einer vereinfachten Darstellung,

Figur 2 die Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs in einer schematischen

Darstellung, und

Figur 3 eine Einrichtung der Antriebseinrichtung in einer vereinfachten

Detailansicht.

Figur 1 zeigt in einer vereinfachten Draufsicht ein Kraftfahrzeug 1, das zwei Radachsen 2 und 3 aufweist, wobei die vordere Radachse 2 als lenkbare Radachse 2 und die hintere Radachse 3 als antreibbare Radachse 3 ausgebildet ist. Dazu ist der vorderen Radachse 2 eine Lenkeinrichtung 4 zugeordnet, mittels welcher Räder 5 der vorderen Radachse 2 gelenkt werden können. Die hintere Radachse 3 weist zwei Räder 6 und 7 auf, die durch eine Antriebseinrichtung 8 antreibbar sind. Die Antriebseinrichtung 8 ist dabei als elektrische

Antriebseinrichtung ausgebildet.

Die Antriebseinrichtung 8 weist dazu eine elektrische Maschine 9 auf, die als Asynchronmaschine ausgebildet und einen Stator 10 und zwei unabhängig voneinander drehbar gelagerte Rotoren 11, 12 aufweist. Die Rotoren 11, 12 sind dabei als Innenläuferrotoren 11, 12 ausgebildet, die innerhalb des Stators 10 angeordnet sind. Rotationsachsen der Rotoren 11, 12 liegen dabei fluchtend zueinander und koaxial zu dem Stator 10. Die Rotoren 11, 12 sind dabei auf herkömmliche Art und Weise in einem Gehäuse 13, welches auch den Stator 10 trägt, insbesondere mittels Gleitlager oder Wälzkörper drehbar gelagert. Jeder der Rotoren 11, 12 weist eine Wicklung 14, 15 auf.

Der Rotor 11 ist durch eine Antriebswelle 16 mit dem Rad 6 wirkverbunden und der Rotor 12 über eine Antriebswelle 17 mit dem Rad 7. Außerdem ist jedem Rotor 11, 12 eine Schleifringeinrichtung 18, 19 zugeordnet, durch welche wenigstens eine der Phasen des jeweiligen Rotors 11, 12 elektrisch kontaktierbar ist. Dabei ist vorliegend vorgesehen, dass jeweils eine Phase eines Rotors über die Schleifringeinrichtung 18 beziehungsweise 19 herausgeführt wird. Vorliegend wird die herausgeführte Phase, wie in Figur 1 dargestellt, einer

Leistungselektronik 20 zugeführt, die auch den Stator 10 betreibt.

Figur 2 zeigt hierzu eine vereinfachte Detailansicht der Antriebseinrichtung 8. Die Leistungselektronik 20 weist einen Inverter 21 auf, der eine herkömmliche Brückenschaltung zum Betreiben des Stators 10 aufweist. Weiterhin weist die Leistungselektronik 20 eine Einrichtung 22 auf, die dazu dient, den elektrischen Widerstand der mittels der Schleifringeinrichtung 18 oder 19 herausgeführten Phase des entsprechenden Rotors, hier nur für den Rotor 12 dargestellt, einzustellen. Dazu weist die Einrichtung 22 einen Halbleiterschalter 23 auf.

Figur 3 zeigt hierzu eine vereinfachte Darstellung der Einrichtung 22. Dabei ist die herausgeführte Phase P der Wicklung 15 des Rotors 12 in Reihe mit dem Halbleiterschalter 23 geschaltet. Zum Beeinflussen des elektrischen Widerstands der Phase P wird der Halbleiterschalter 23 in einen Linearbetrieb geschaltet. Dadurch lässt sich der elektrische Widerstand der Phase P auf einen

gewünschten Widerstand einstellen. Zweckmäßigerweise ist eine entsprechende Einrichtung auch für den Rotor 11 vorgesehen. Die Einrichtung 22 kann dabei (wie dargestellt) der Leistungselektronik 20 oder einem Steuergerät des

Kraftfahrzeugs 1 zugeordnet sein oder separat vorgesehen werden.

Der Antriebseinrichtung 8 ist weiterhin ein elektrischer Speicher 24 in Form einer wiederaufladbaren Batterie zugeordnet. Die von dem elektrischen Speicher 24 bereitgestellte Energie wird mittels des Inverters 21, der vorzugsweise pulsweitenmoduliert angesteuert wird, dem Stator 10 zum Betreiben der elektrischen Maschine 9 zur Verfügung gestellt. Das durch den Stator 10 erzeugte Magnetfeld beaufschlagt beide Rotoren 11 und 12 gleichermaßen, so dass im Betrieb die Räder 6 und 7 zunächst mit dem gleichen Drehmoment beaufschlagt werden. Durch Betätigen der Einrichtung 22, in dem der elektrische Widerstand der Wicklung 14 und/oder des Rotors 11 beziehungsweise 12 verändert wird, ändert sich jedoch die von dem jeweiligen Rotor 11, 12 erbrachte und auf die Räder 6, 7 wirkende Leistung. Dadurch ergeben sich an den Rädern 6, 7 unterschiedliche Drehzahlen und/oder Drehmoment. Dies kann beispielsweise bei einer Kurvenfahrt von Vorteil sein, um die Fahrstabilität des Kraftfahrzeugs 1 zu gewährleisten.

Durch die vorteilhafte und oben stehend beschriebene Antriebseinrichtung 8 wird somit das sonst übliche Differenzialgetriebe an der angetriebenen Radachse 3 des Kraftfahrzeugs 1 ersetzt. Der jeweilige Rotor 11 und 12 bildet mit dem Stator 10 zusammen jeweils eine Asynchronmaschine. Durch das Verändern des elektrischen Widerstands zumindest eines der Rotoren 11 oder 12, lassen sich unterschiedliche Drehzahl- und Drehmomentverhältnisse, insbesondere stufenlos, darstellen. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel werden zwei Phasen der jeweiligen Wicklung 14, 15, durch die jeweilige Einrichtung 22 geregelt. Selbstverständlich sind auch Wicklungen mit mehr als zwei Phasen, insbesondere mit drei Phasen, denkbar. Alternativ zur Verwendung des

Halbleiterschalters 23, der vorzugsweise als MOSFET oder IGBT ausgebildet ist, ist es auch denkbar, einen Potentiometer vorzusehen. Die Anzahl der

Schleifringe der Schleifringeinrichtungen 18, 19 hängt dann von der Anzahl der herausgeführten und in ihrem elektrischen Widerstand einzustellenden Phasen der jeweiligen Rotor-Wicklung 14, 15 ab. Die Leistungselektronik 20 steuert die Einrichtung 22 entsprechend an. Dies kann beispielsweise in Abhängigkeit von einem von der Lenkeinrichtung 4 eingestellten Lenkwinkel erfolgen, der der Leistungselektronik 20 beispielsweise durch einen Lenkwinkelsensor 25 mitgeteilt wird. Auch ist es denkbar, die Einrichtung 22 für den jeweiligen Rotor 11, 12 in Abhängigkeit von einer tatsächlichen Ist-Drehzahl des jeweiligen Rades 6, 7 beziehungsweise der jeweiligen Antriebswelle 16, 17 zu regeln.

Optional werden zusätzlich Federwegsensoren den angetriebenen Rädern 6, 7 zugeordnet, die im Betrieb des Kraftfahrzeugs 1 den Federweg eines das jeweilige Rad 6, 7 stützenden Federsystems erfassen, um bei unterschiedlichen Federwegen der Räder 6, 7 die Raddrehzahlen der Asynchronmaschinen durch eine entsprechende Einstellung des elektrischen Widerstandes der Wicklung 14 oder 15 mittels der Einrichtung 22 anzupassen. Die Antriebseinrichtung 8 erfüllt somit auch die Funktion des Differenzialgetriebes, die einen Ausgleich der Strecken bei größeren Bodenwellen oder Schlaglöchern erlaubt. Fahren beide Räder in eine Bodenwelle, so ist der zurückgelegte Weg für beide Räder gleich und es muss keine Drehzahlanpassung erfolgen. Fährt ein Rad über eine Bodenwelle, würden unterschiedliche Strecken entstehen, bei der eine Drehzahlanpassung erfolgen muss, die vorliegend durch die Antriebseinrichtung 8 und die Ansteuerung der Einrichtung 22 erfolgt.

Um die Regelgenauigkeit der Antriebseinrichtung 8 zu erhöhen, ist gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass anstelle von einem

gemeinsamen Stator 10 zu jedem der Rotoren 11, 12 ein eigener Stator 10' und 10", wie in Firgur 2 gezeigt, vorgesehen wird. In einem ersten Fall sind dazu die beiden Statoren dann parallel geschaltet und die Leistungselektronik 20 ist an beide Statoren 10', 10" anzuschließen. In einem zweiten Fall sind die beiden Statoren 10', 10" in Reihe geschaltet, wodurch sich die Betriebsspannung auf beide Statoren verteilt. Dabei steuert die Leistungselektronik 20 eine

reihengeschaltete elektrische Maschine an. Grundsätzlich reicht dazu das Vorsehen einer einzigen Leistungselektronik 20 beziehungsweise eines einzelnen Inverters 21, insbesondere einer einzigen B6-Brückenschaltung aus. Selbstverständlich ist es aber auch denkbar, zwei parallel geschaltete

Leistungsmodule mit jeweils einem Inverter vorzusehen, um eine hohe Leistung der Antriebseinrichtung 8 zu realisieren.

Im Unterschied zu den beschriebenen Ausführungsbeispielen ist es außerdem möglich, nur einen der Rotoren 11, 12 mit einer Schleifringeinrichtung 18, 19 zu versehen, so dass auch nur der elektrische Widerstand einer der Wicklungen 14, 15 durch die Einrichtung 22 veränderbar ist. Der Vorteil der Antriebseinrichtung 8 ergibt sich bereits dann, wenn der elektrische Widerstand auch nur von nur einem der Rotoren 11, 12 beziehungsweise der Wicklungen 14, 15 insbesondere stufenlos veränderbar ist. Vorzugsweise sind die Rotoren 11, 12, und der eine oder die zwei Statoren zusammen mit der Leistungselektronik 20 in einem gemeinsamen Gehäuse vorgesehen, so dass sie ein Achsmodul bilden, das leicht handhabbar und montierbar ist.