DE102022107439A1

DE102022107439A1 - Electric vehicle

Info

Publication number: DE102022107439A1
Application number: DE102022107439.0A
Authority: DE
Inventors: Andreas Fritz
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2022-03-29
Filing date: 2022-03-29
Publication date: 2023-10-05

Abstract

Die Erfindung stellt ein Elektrofahrzeug mit den folgenden Merkmalen bereit: Das Elektrofahrzeug weist ein Getriebe mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis auf; das Elektrofahrzeug ist für einen Anhängerbetrieb eingerichtet; und das Getriebe ist dazu eingerichtet, das Übersetzungsverhältnis beim Aufnehmen des Anhängerbetriebes zu verändern.The invention provides an electric vehicle having the following features: the electric vehicle has a variable ratio transmission; the electric vehicle is set up for towing a trailer; and the transmission is set up to change the gear ratio when starting towing a trailer.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektrofahrzeug.The present invention relates to an electric vehicle.

Hinlänglich bekannt sind Elektrofahrzeuge, welche eine Anhängerkupplung aufweisen. Es hat sich gezeigt, dass batterieelektrische Fahrzeuge im Anhängerbetrieb eine um 60 % reduzierte Reichweite haben. Diese Erscheinung lässt sich allein durch die bei der Beschleunigung wirksame zusätzliche Masse und den zusätzlichen Fahrwiderstand nicht erklären. Auch die fehlende Rekuperation der Anhängerenergie während der Verzögerung oder Bergabfahrt liefert keine hinreichende Begründung für diese Beeinträchtigung. Vielmehr ist im Anhängerbetrieb, d. h. bei einem an dem Elektrofahrzeug über die Anhängerkupplung angehängten Anhänger, ein erhöhtes Drehmoment bei einer niedrigen Drehzahl eines Traktionsmotors des Elektrofahrzeugs erforderlich, wobei dies zu einem schlechten Wirkungsgrad des Traktionsmotors führt.Electric vehicles that have a trailer hitch are well known. It has been shown that battery-electric vehicles have a range reduced by 60% when towing a trailer. This phenomenon cannot be explained solely by the additional mass and the additional driving resistance that occur during acceleration. The lack of recuperation of the trailer energy during deceleration or downhill does not provide sufficient justification for this impairment. Rather, in trailer operation, i.e. H. In the case of a trailer attached to the electric vehicle via the trailer hitch, an increased torque is required at a low speed of a traction motor of the electric vehicle, which leads to poor efficiency of the traction motor.

EP 3 708 451 A1 offenbart ein Verfahren zur Steuerung eines Zugbetriebs eines Elektrofahrzeugs, wobei eine Referenzleistung des Elektrofahrzeugs basierend auf der Geschwindigkeit und der Fahrbahnsteigung ermittelt wird, das Gewicht des Elektrofahrzeugs durch einen Abgleich der aktuellen Fahrleistung und der Referenzleistung ermittelt wird und der Zugbetrieb unter Berücksichtigung des ermittelten Gewichts ausgeführt wird. EP 3 708 451 A1 discloses a method for controlling a train operation of an electric vehicle, wherein a reference power of the electric vehicle is determined based on the speed and the road gradient, the weight of the electric vehicle is determined by comparing the current driving performance and the reference power and the train operation is carried out taking the determined weight into account .

DE 10 2017 107 921 A1 offenbart ein Verfahren zur Klassifizierung des Typs und des Gewichts eines von einem Kraftfahrzeug gezogenen Anhängers, wobei die Fahrzeugoperationen, beispielsweise das Getriebeschaltverhalten, basierend auf der Klassifizierung des Anhängers angepasst werden. DE 10 2017 107 921 A1 discloses a method for classifying the type and weight of a trailer towed by a motor vehicle, wherein vehicle operations, such as transmission shifting behavior, are adjusted based on the classification of the trailer.

US 10071742 B2 offenbart ein Verfahren zum Bestimmen des Gewichts eines Elektro- bzw. Hybridfahrzeugs. US 10071742 B2 discloses a method for determining the weight of an electric or hybrid vehicle.

DE 10 2014 220 442 A1 offenbart ein Hybridfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, einem elektrischen Traktionsmotor und einer Anhängerkupplung, wobei in einem Anhängerbetrieb der Verbrennungsmotor und der elektrische Traktionsmotor aktiv sind. DE 10 2014 220 442 A1 discloses a hybrid vehicle with an internal combustion engine, an electric traction motor and a trailer hitch, the internal combustion engine and the electric traction motor being active when towing a trailer.

Die Erfindung stellt ein Elektrofahrzeug gemäß Anspruch 1 bereit.The invention provides an electric vehicle according to claim 1.

Ein Vorzug dieser Lösung liegt darin, dass die elektrische Maschine des Fahrzeuges im Anhängerbetrieb an einem Betriebspunkt mit einem hohen Wirkungsgrad arbeiten kann.One advantage of this solution is that the vehicle's electrical machine can work at an operating point with high efficiency when towing a trailer.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. So kann ein Elektrofahrzeug mit festem Hauptgetriebe („Ein-Gang-Getriebe“), wie es in einem batterieelektrischen Sportwagen der Oberklasse vorgesehen sein mag, durch den Einbau eines schaltbaren Vorgeleges modifiziert werden. Ein herkömmliches Ausgangsmodell des Elektrofahrzeuges lässt sich auf diesem Wege werksseitig erfindungsgemäß ausrüsten, ohne das Hauptgetriebe konstruktiv zu verändern. Dies wiederum vereinfacht die Fahrzeugkonfiguration und Variantenverwaltung seitens des Fahrzeugherstellers, da die Ausstattung eines gattungsmäßigen Elektrofahrzeuges mit Anhängerkupplung und entsprechendem Vorgelege als einheitliche Wahlmöglichkeit angeboten werden kann.Further advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims. For example, an electric vehicle with a fixed main transmission (“single-speed transmission”), as may be provided in a luxury-class battery-electric sports car, can be modified by installing a switchable countershaft. In this way, a conventional initial model of the electric vehicle can be equipped at the factory according to the invention without structurally changing the main transmission. This in turn simplifies vehicle configuration and variant management on the part of the vehicle manufacturer, as equipping a generic electric vehicle with a trailer hitch and corresponding transmission can be offered as a uniform option.

Besondere Vorzüge bietet die Erfindung bei einem batterieelektrischen Fahrzeug (battery-electric vehicle, BEV). Hier vermag der vorgeschlagene Ansatz die Reichweite im Anhängerbetrieb beträchtlich zu erhöhen.The invention offers particular advantages in a battery-electric vehicle (BEV). Here, the proposed approach can significantly increase the range when towing a trailer.

Ein Ausführungsbeispiel wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Diese zeigt das Wirkungsgradkennfeld einer elektrischen Maschine.An exemplary embodiment is described in more detail below with reference to the drawing. This shows the efficiency map of an electrical machine.

Das abgebildete Kennfeld 10 beleuchtet den Grund für die eingangs beklagte Verminderung der Reichweite konventioneller Elektrofahrzeuge im Anhängerbetrieb. Das größtmögliche Drehmoment einer exemplarischen Antriebsmaschine in Newtonmeter ist hier über ihrer Drehzahl in Umdrehungen pro Minute aufgetragen, sodass jeder Punkt des Kennfeldes 10 einem Arbeits- oder Betriebspunkt der Maschine entspricht. Deren prozentualer Wirkungsgrad an diesem Punkt lässt sich anhand der jeweiligen Schraffur des Kennfeldes in Zusammenschau mit der Legende am rechten Abbildungsrand ablesen. Im Anhängerbetrieb eines Elektrofahrzeuges, welches über ein festes Getriebe mit einer derartigen Maschine angetrieben wird, könnte letztere nach dem Stand der Technik beispielsweise am Betriebspunkt 11 und somit bei einem Wirkungsgrad von lediglich 89 Prozent arbeiten.The map 10 shown highlights the reason for the initially complained reduction in the range of conventional electric vehicles when towing a trailer. The maximum possible torque of an exemplary drive machine in Newton meters is plotted here against its speed in revolutions per minute, so that each point of the map 10 corresponds to a working or operating point of the machine. Their percentage efficiency at this point can be read from the respective hatching of the map in conjunction with the legend on the right edge of the figure. When towing an electric vehicle, which is driven via a fixed gearbox with such a machine, the latter could, according to the prior art, work at operating point 11 and thus at an efficiency of only 89 percent.

Ein erfindungsgemäßes Elektrofahrzeug hingegen weist ein Getriebe mit einem veränderlichen Übersetzungsverhältnis auf. Hierzu ist es etwa als Schaltgetriebe mit einem zusätzlichen Gang ausgestaltet, welcher ausschließlich dem Anhängerbetrieb vorbehalten und für letzteren optimiert ist. Bei einer Auslegung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird bei einer typischen Anhängelast von bis zum 3500 Kilogramm für Pkw ein teilweise sehr hohes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen vom Antrieb des Elektrofahrzeuges gefordert.An electric vehicle according to the invention, on the other hand, has a transmission with a variable gear ratio. For this purpose, it is designed as a manual transmission with an additional gear, which is reserved exclusively for towing a trailer and is optimized for the latter. In a design according to the present exemplary embodiment, with a typical trailer load of up to 3500 kilograms for cars, a very high torque at low speeds is required from the drive of the electric vehicle.

In dem Wirkungsgraddiagramm werden daher im Anhängerbetrieb eher Betriebspunkte um den Punkt 11 angefahren, obwohl die Auslegung für das Fahrzeug eher Betriebspunkte um den Punkt 12 umfasst, da hier die für die Angabe der Reichweite wichtigen gesetzlichen Auslegungspunkte sind. Eine Angabe der Reichweite mit Anhänger ist aktuell nicht gefordert.In the efficiency diagram, operating points around point 11 are therefore approached when towing a trailer, although the design for the vehicle tends to include operating points around point 12, as these are the legal design points that are important for specifying the range. There is currently no requirement to specify the range with a trailer.

Somit wird das Fahrzeug beim Beschleunigen oder Bergauffahren mit Anhänger nicht im Bestpunkt betrieben.This means that the vehicle will not operate at its best when accelerating or driving uphill with a trailer.

In diesem Fall kann der Wirkungsgrad des elektrischen Antriebs im Anhängerbetrieb deutlich gegenüber dem ohne Anhänger abfallen.In this case, the efficiency of the electric drive when towing a trailer can drop significantly compared to without a trailer.

Die Begriffe „Schaltgetriebe“ sowie „Gang“ sind hierbei in einem weiten Sinne auszulegen, welcher die Kombination eines festen Hauptgetriebes mit einem derart schaltbaren Vorgelege einschließt, dass der Gang gleichsam durch Zuschalten des Vorgeleges eingelegt wird. Das Vorgelege wäre hierzu im vorliegenden Beispiel zweckmäßig abtriebsseitig des Hauptgetriebes anzuordnen, um dessen Übersetzungsverhältnis im Anhängerbetrieb weiter zu verringern („untersetzen“). Letzteren vermag das Elektrofahrzeug daran zu erkennen, dass an seiner Anhängerkupplung die Steckverbindung zwischen Anhänger und Elektrofahrzeug hergestellt wird. Die Zuschaltung des Vorgeleges kann somit selbsttätig durch das Fahrzeug erfolgen.The terms “manual transmission” and “gear” are to be interpreted in a broad sense, which includes the combination of a fixed main transmission with a shiftable countershaft in such a way that the gear is engaged, as it were, by engaging the countershaft. In the present example, it would be advisable to arrange the countershaft on the output side of the main gearbox in order to further reduce its gear ratio when towing a trailer (“reduction”). The electric vehicle can recognize the latter by the fact that the plug connection between the trailer and the electric vehicle is made on its trailer hitch. The counter gear can therefore be activated automatically by the vehicle.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 3708451 A1 [0003]
DE 102017107921 A1 [0004]
US 10071742 B2 [0005]
DE 102014220442 A1 [0006]

Claims

Electric vehicle, characterized by the following features: - the electric vehicle has a gearbox with a variable gear ratio, - the electric vehicle is set up for trailer operation and - the gearbox is set up to change the gear ratio when starting towing a trailer.

electric vehicle Claim 1 , characterized by the following features: - the transmission is a manual transmission with a gear reserved for towing a trailer and - the gear ratio is changed by engaging the gear.

electric vehicle Claim 2 , characterized by the following features: - the transmission includes a fixed main gear and a switchable counter gear and - the gear is engaged by switching on the counter gear.

electric vehicle Claim 3 , characterized by the following features: - the change is a reduction in the gear ratio and - the countershaft is arranged on the output side of the main transmission.

electric vehicle Claim 3 or 4 , characterized by the following features: - the electric vehicle also has a coupling for a trailer and - the coupling is set up for a plug connection between the trailer and the electric vehicle.

electric vehicle Claim 5 , characterized by the following features: - the electric vehicle is set up to recognize trailer operation via the plug connection and - switching takes place automatically when the plug connection is recognized.

Electric vehicle according to one of the Claims 2 until 6 , characterized by the following features: - the electric vehicle is set up for a driving speed adapted to trailer operation and - the gear is optimized for the driving speed when towing a trailer.

electric vehicle Claim 7 , characterized by the following feature: - the gear is designed in such a way that the driving speed is set when the transmission is operated in a speed/torque range of the highest efficiency of the electric machine.

Electric vehicle according to one of the Claims 1 until 8th , characterized by the following feature: - the electric vehicle is battery-operated.