CN115593213A - 用于车辆的电动力总成 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于车辆的电动力总成。典型地，本发明应用于被集成到车辆轮轴中的电动力总成。这种电轮轴(或“E‑轮轴”)是包括轮轴主体(或“壳体”)的前轮轴或后轮轴，该轮轴主体适于容纳动力总成，该动力总成被布置成向轮轴的车轮提供扭矩。所述“E‑轮轴”是一种紧凑而经济的电驱动解决方案，用于电池电动车辆、燃料电池应用和混合动力应用。电动马达、电子设备和变速器被组合在一个紧凑的单元中，该单元直接驱动设置在轮轴的纵向端部处的车轮。

Description

用于车辆的电动力总成
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的电动力总成(electric powertrain)。
典型地，本发明应用于集成到车辆轮轴中的电动力总成。这种电轮轴(或“E-轮轴”)是包括轮轴主体(或“壳体”)的前轮轴或后轮轴，该轮轴主体适于容纳动力总成，该动力总成被布置成向轮轴的车轮提供扭矩。“E-轮轴”是一种紧凑而经济的电驱动解决方案，其用于电池电动车辆、燃料电池应用和混合动力应用。电动马达、电子设备和变速器被组合在一个紧凑的单元中，其直接驱动车轮。
本发明可应用在轻型、中型和重型车辆(例如卡车、公共汽车和建筑设备)中，以及应用在乘用轿车中。尽管将针对卡车来描述本发明，但本发明不限于这种特定的车辆类型。实际上，本发明的电动力总成也可以用于诸如轮船或小船的水上交通工具中。
背景技术
交通运输行业目前正处于向电动交通过渡的过程中，这意味着使用电力来驱动车辆。电动交通的发展主要是为了满足日益严格的排放法规要求和一些城市禁止使用内燃机车辆的情况。
为了腾出尽可能多的空间用于电池、底盘和其它大型部件(例如空气动力学型材)，动力总成必须尽可能紧凑。
大多数电动马达具有在高速和低扭矩下实现的理想操作范围，而内燃机具有在低速和高扭矩下实现的理想操作范围。为了满足车轮处的扭矩需求，典型地对于斜坡起动或高负荷起动，在电动马达与车轮之间需要相对高的减速比(通常在20与50之间)。这种减速比只能通过几个减速级来实现，这需要空间。
使用具有固定速比的齿轮箱的问题在于，在巡航模式条件下，电动马达将在高速和低扭矩下运行，并且在这种条件下，马达的效率不是最佳的。此外，高速条件还会增加变速器的齿轮、轴承和密封圈上的应力，从而降低变速器的耐用性。
此外，具有高速旋转的齿轮的齿轮箱也会产生润滑问题。实际上，旋转过快的齿轮可能得不到适当的润滑，因为两个连续的齿之间的油由于离心力而被喷出，因而在啮合的两个齿轮的齿之间可能发生金属与金属的接触，这会产生热量，并因此产生潜在的不可逆的机械损坏。
高转速通常也会产生更多的噪音和振动。从法规的角度来看，这对于消费者(驾驶员和车外人员)来说可能是有问题的。
此外，常规的电动力总成不能适用于包括轻型车辆、中型车辆和重型车辆在内的各种各样的车辆。因此，车辆制造商必须开发和/或为自己供应各种各样的电动力总成，每个动力总成对应于一种车辆。因此，生产成本非常高，并且制造方法没有优化。
此外，已知使用动力输出装置(power take-off)从电动力总成获取动力并将其传递到外部机器。
文献WO2020182933公开了一种用于车辆(特别是用于具有运载车辆和集成式或可移除式作业设备的自行式作业机械)的电驱动单元。该驱动单元包括：动力分流齿轮(powersplit gear)；具有可旋转元件的行星齿轮；两个驱动源，每个驱动源都操作性地连接到行星齿轮的另外两个可旋转元件中的一个元件，并且可以驱动该一个元件；控制器，该控制器能够彼此独立地集中控制这两个驱动源，其中，两个电机对应于驱动源，并且至少一个动力输出装置被操作性地连接到这两个电机中的一个。
然而，常规的电动力总成不提供将电动力总成连接到动力输出装置的各种可能性。此外，包括动力输出装置的常规电动力总成通常很复杂，并且需要多个动力输出装置以将所期望的动力传递到外部机器。
更特别地，本发明旨在通过以下方式来弥补这些缺点：提供包括动力输出装置的更紧凑且更稳健的电动力总成，并通过提供多个变速比(gear ratios)而使得可以确保电动马达在许多情况下的更好效率。此外，本发明旨在提供一种能够容易地适用于各种车辆的电动力总成。
发明内容
该目的通过提供根据下文所述的用于车辆的电动力总成来实现。
因此，该电动力总成的架构针对一种类型的车辆，特别是针对车辆负荷、车辆架构、车辆地形、客户的期望和车辆应用来进行调适。此外，根据本发明的电动力总成的架构被优化以包括动力输出装置并提供更好的效率。因此，根据本发明的电动力总成允许优化的制造方法、生产成本的降低、生产率的提高和更好的效率。此外，该动力输出装置通过固定比率级联(fixed ratio cascade)或直接驱动而直接连接到第一或第二电动马达。该动力输出装置和第一或第二电动马达的速度和扭矩被单独控制。因此，该动力输出装置的速度和扭矩与车辆的速度无关。
根据本发明，该动力输出装置PTO包括任何其它辅助部件，例如：油泵或液压泵。
根据一个实施例，第一齿轮模块布置在第一齿轮外壳(casing)中，第二齿轮模块布置在第二齿轮模块壳中。
根据一个实施例，第一齿轮外壳与第二齿轮外壳相邻。
根据一个实施例，第一齿轮模块布置在第一齿轮外壳中，第二齿轮模块布置在第二齿轮模块壳中，并且第三齿轮模块布置在第三齿轮外壳中。
根据一个实施例，第一齿轮外壳、第二齿轮外壳和第三齿轮外壳相邻。
根据一个实施例，第一齿轮模块、第二齿轮模块和第三齿轮模块相邻并且布置在共同的外壳内。
根据一个实施例，第二齿轮模块布置在第二齿轮外壳中，并且第三齿轮模块布置在第三齿轮外壳中。
根据一个实施例，第二齿轮外壳与第三齿轮外壳相邻。
根据一个实施例，第二齿轮模块与第三齿轮模块相邻并布置在共同的外壳内。
根据一个实施例，该电动力总成包括被配置成控制第一电动马达和/或第二电动马达的控制设备。
根据一个实施例，该电动力总成包括至少一个轮毂减速器(hub reduction)。
该目的最终通过包括根据本发明的电动力总成的电动车辆、燃料电池车辆或混合动力车辆来实现。由于包括动力输出装置的该电动力总成的架构，根据本发明的电动力总成更加紧凑，从而允许质量减轻和优化的架构。因此，该电动力总成可以在各种各样的车辆中实施。
在下面的描述中公开了本发明的其它优点和有利特征。
附图说明
参考附图，下面是作为示例引用的本发明实施例的更详细描述。
在这些图中：
图1是包括根据本发明的电动力总成的车辆的透视图，所述动力总成被集成到车辆的一个轮轴中，该轮轴被称为“E-轮轴”，
图2是根据一个实施例的电动力总成的示意图，
图3是根据一个实施例的电动力总成的示意图，
图4是根据一个实施例的电动力总成的示意图，
图5是根据一个实施例的电动力总成的示意图，
图6是根据一个实施例的电动力总成的示意图，
图7是根据一个实施例的电动力总成的示意图，
图8是根据一个实施例的电动力总成的示意图，并且
图9是一个表格，其总结了作为E-轮轴的一部分的该动力总成的所有可能的操作模式。
具体实施方式
本说明书以X、Y、Z为参考给出，其中，X被定义为车辆1的纵向方向，Y被定义为横向方向，而Z被定义为车辆1的竖直方向。
图1示出了车辆，该车辆为电动车辆、燃料电池车辆或混合动力车辆，即，使用电能作为动力源的车辆。在本示例中，该车辆是卡车1，其包括两个轮轴A1a和A1b，分别是前轮轴A1a和后轮轴A1b。
在替代实施例中，该车辆可以包括一个或多个前轮轴和/或后轮轴。每个轮轴也可以是非驱动轮轴或驱动轮轴。
这两个轮轴A1a和A1b中的至少一个轮轴是机动化的，即包括至少一个电动马达。在本示例中，我们考虑只有后轮轴A1b是机动化的，即车辆1是一种推进车辆(其中，只有后轮轴是机动化的)。然而，本发明显然也适用于全轮驱动车辆和牵引车辆(其中，只有前轮轴是机动化的)。
轮轴A1b包括动力总成2a、2b、2c，该动力总成2a、2b、2c包括第一电动马达(或“E-马达”)EM1、包括第二电动马达EM2或包括第一电动马达EM1和第二电动马达EM2二者。在本示例中，两个马达EM1和EM2是相同的，因为它们具有相同的特性(电源电压、工作电流、扭矩-速度特性、机械功率等)。例如，EM1和EM2的机械功率在50kW到500kw之间。替代地，这两个马达EM1和EM2可以是不同的。
有利地，电动马达EM1和EM2是AC型马达(同步或异步马达)。替代地，电动马达EM1和EM2也可以是直流型马达(有刷马达)。更一般地，任何电动马达都是合适的。
如图2和3所示，在一个实施例中，本发明涉及用于车辆1的电动力总成2a，该电动力总成2a包括：布置在初级轴34上的第一初级齿轮31、第二初级齿轮32和第三初级齿轮33，以获得第一齿轮模块G1；和连结到第一齿轮模块G1的第一电动马达EM1。第一电动马达EM1包括马达轴(或“转子轴”)14，该马达轴14上可以布置有与第一初级齿轮31啮合的小齿轮16。
典型地，小齿轮16与马达轴14固定成一起旋转。例如，小齿轮16可以与轴14成一体，这意味着小齿轮16和轴14形成单一部件。马达轴14包括第一末端E1和第二末端E2。初级轴34具有第一末端E11和第二末端E22，所述第一初级齿轮31位于初级轴34的第一末端E11处。
电动力总成2a还包括与第一初级齿轮31啮合的第一次级齿轮41、与第二初级齿轮32啮合的第二次级齿轮42、与第三初级齿轮33啮合的第三次级齿轮43；所述第一次级齿轮41、第二次级齿轮42和第三次级齿轮43布置在次级轴44(也称为“输出轴”)上，以获得第二齿轮模块G2。
第一齿轮模块G1布置在第一齿轮外壳(未示出)中，并且第二齿轮模块G2布置在第二齿轮外壳(未示出)中，所述第一齿轮外壳与第二齿轮外壳相邻。第一齿轮模块G1和第二齿轮模块G2被布置成获得齿轮箱G12。在本示例中，第一次级齿轮41默认围绕次级轴44自由旋转。在替代实施例中，第一齿轮模块G1和第二齿轮模块G2布置在共同的齿轮外壳(未示出)中。
在该电动力总成2a中，主要的第一初级齿轮31相对于初级轴34、第二初级齿轮32和第三初级齿轮33旋转固定。主要的第一初级齿轮31、该第二初级齿轮32和第三初级齿轮33各自具有不同的(外径)和/或不同的齿数。典型地，主要的第一初级齿轮31的直径大于第二初级齿轮32的直径，并且第二初级齿轮32的直径大于第三初级齿轮33的直径。
在本示例中，第一初级齿轮31与轴34是一体的(即，被制成单件)。然而，第一初级齿轮31也可以使用紧固件、焊接、花键或压配合或任何其它方式固定地附接到轴34。此外，在这种特定布置中，第二初级齿轮32和第三初级齿轮33默认各自围绕初级轴34自由旋转。
电动力总成2a还包括连接到EM1的差速器10。例如，当配置该电动力总成2a时，轮轴A1b具有纵长的变速器壳体(未示出)。该变速器壳体包括中央部分和在该中央部分的两侧延伸的两个侧向部分，该中央部分容纳差速器10。
这两个侧向部分容纳分别连接到车轮W1和W2的两个驱动轴61和62。电动马达EM1被布置成将驱动扭矩(或马达扭矩)经由差速器10的冠状齿轮12传递到驱动轴61、62。
在本实施例中，EM1、差速器10和齿轮箱G12被布置成获得变速器单元。齿轮箱G12包括多个速比。
典型地，马达EM1通过任何合适的方式(特别是通过螺栓连接)附接到变速器壳体。这种紧固方式本身是已知的，这就是它们没有在附图中示出的原因。替代地，电动马达EM1的壳体与变速器壳体成一体。
有利地，第一电动马达EM1相对于车辆的纵向方向偏移。
优选地，电动马达EM1的旋转轴线平行于车辆的纵向方向。因此，动力总成2a被称为相对于轮轴处于纵向构造。
齿轮箱G12还包括第一联接构件40(也称为“换档机构”或“齿式离合器元件”)，该第一联接构件40沿着次级轴44布置并且能够在接合位置与空档位置之间移动，在该接合位置，第一联接构件40将第一次级齿轮41与次级轴44联接成一起旋转，在该空档位置，第一联接构件40允许第一次级齿轮41围绕次级轴44自由旋转。
齿轮箱G12还包括第二联接构件18，该第二联接构件18沿着初级轴34和次级轴44中的一个轴布置(通常沿着轴34布置)，并且可在第一位置、第二位置和空档位置之间移动，在该第一位置，第二联接构件18将第二初级齿轮32与初级轴34联接成一起旋转，在该第二位置，第二联接构件18将第三初级齿轮33与初级轴34联接成一起旋转，在该空档位置，第二联接构件18不阻止第二初级齿轮32和第三初级齿轮33围绕初级轴34旋转。
在一个替代实施例中，第二联接构件18可以沿着次级轴44布置。在这种情况下，第二联接构件18将可以在第一位置、第二位置和空档位置之间移动，在该第一位置，第二联接构件18将第二次级齿轮42与次级轴44联接成一起旋转，在第二位置，第二联接构件18将第三次级齿轮43与次级轴44联接成一起旋转，在该空档位置，第二联接构件18不会阻止第二次级齿轮42和第三次级齿轮43围绕次级轴44旋转。
优选地，第一联接构件40和第二联接构件18中的至少一个(优选地，联接构件18和40二者)是齿式离合器。
有利地，当第一联接构件40处于空档位置并且第二联接构件18处于第二位置时，获得第一速比(“EM1档1”)。在这种构造中，扭矩从初级轴34通过一对齿轮33和43传递到次级轴44。其它齿轮(即，齿轮32和41)分别与轴34和44分离。这意味着齿轮32的转速独立于轴34的转速，并且齿轮41的转速独立于轴44的转速。换句话说，齿轮32和41分别围绕轴34和44自由旋转。然而，这并不意味着齿轮32和41保持不动：齿轮32和41分别由齿轮42和31旋转驱动，齿轮42和31各自分别与轴44和34固定成一起旋转。
有利地，当第一联接构件40处于空档位置并且联接构件18处于第一位置时，获得了不同于第一速比的第二速比(“EM1档3”)。在这种构造中，扭矩从初级轴34通过一对齿轮32和42传递到次级轴44。其它齿轮(即，齿轮33和41)分别与轴34和44分离。这意味着齿轮33的转速独立于轴34的转速，并且齿轮41的转速独立于轴44的转速。换句话说，齿轮33和41分别围绕轴34和44自由旋转。然而，这并不意味着齿轮33和41保持不动：齿轮33和41分别由齿轮43和31旋转驱动，齿轮43和31各自分别与轴34和44固定成一起旋转。
有利地，当第一联接构件40处于接合位置且第二联接构件18处于空档位置时，获得了不同于第一速比和第二速比的第三速比(“EM1巡航档”)。在这种构造中，扭矩从初级轴34通过一对齿轮31和41传递到次级轴44。其它齿轮(即，齿轮32和33)与轴34分离。这意味着齿轮32和33的转速与轴34的转速无关。换句话说，齿轮32和33围绕轴34自由旋转。然而，这并不意味着齿轮32和33保持不动：齿轮32和33分别由齿轮42和43旋转地驱动，齿轮42和43与轴44固定成一起旋转。
齿轮箱G12的速比可以定义为输出齿轮46的转速与齿轮16的转速之间的商。所述第一速比低于第二速比，第二速比本身又低于第三速比(巡航变速比)。典型地，第一速比约为1：16，第二速比约为1：10，而第三速比约为1：7。
典型地，可以在低速下(即，在车辆启动时)选择第一速比，可以在中速下选择第二速比，并且可以在高速下选择第三速比。应当理解，齿轮箱G12的传动比是根据车速自动改变的。
此外，如果两个联接构件18和40都被置于空档位置，则电动马达EM1将不会把扭矩传递到车轮。
因此，在本示例中，齿轮箱G12具有至少三个不同的速比(三速齿轮箱)。应当注意，只有三个齿轮布置在齿轮箱G12的初级轴34上，这对于三速齿轮箱并不常见。实际上，三速齿轮箱通常包括输入轴，在该输入轴上布置有一个输入齿轮(连接到驱动源)和不同直径的三个分配齿轮以实现三个速比，即，布置有四个齿轮。这使得实现了非常紧凑的齿轮箱，尤其是在变速器的纵向方向上。
在一个替代实施例中，沿着次级轴44布置的第二次级齿轮42和第三次级齿轮43默认各自围绕所述次级轴44自由旋转。在这种情况下，将沿着次级轴44布置第三联接构件，并且第三联接构件可以在第一位置、第二位置和空档位置之间移动，在该第一位置，第三联接构件将第二齿轮42与次级轴44联接成一起旋转，在该第二位置，第三联接构件将第三齿轮43与次级轴44联接成一起旋转，在该空档位置，第二齿轮42和第三齿轮43可以围绕次级轴44自由旋转。具有第三联接构件的优点是，当齿轮组32、42或33、43不传递任何扭矩时，不需要对齿轮组32、42或33、43的齿轮接触部进行润滑。这些齿轮组不旋转的事实将限制齿轮接触部处的油搅动(oil churning)和摩擦损失。这也减少了齿轮齿的磨损，从而使齿轮箱G12更坚固(或更耐用)。
实际上，第三联接构件将允许仅使用传递扭矩的一对齿轮(例如32和42)，并且避免不传递任何扭矩的其它齿轮(例如33和43)旋转。当第二联接构件18处于空档位置时，第三联接构件也可被置于空档，从而齿轮32、42、33和43中没有一个齿轮将旋转。
动力输出装置PTO连接到第一电动马达EM1。如图2所示，动力输出装置PTO可以位于初级轴34的第二末端E22处。例如，布置在初级轴34的第二末端E22上的齿轮与PTO的齿轮啮合。在动力输出装置PTO与初级轴34之间可以设置有联接构件，特别是离合器。
图3示出了一个示例，其中，动力输出装置PTO位于马达轴14的第二末端E2处。例如，布置在马达轴14的第二末端E2上的齿轮与PTO的齿轮啮合。在该动力输出装置PTO与马达轴14之间可以设置有联接构件，特别是离合器。
如图4和5所示，在另一个实施例中，本发明涉及一种用于车辆1的电动力总成2b，该电动力总成2b包括布置在三级轴54上的第一三级齿轮51、第二三级齿轮52和第三三级齿轮53，该第一三级齿轮51被构造成相对于三级轴54固定而一起旋转。第一三级齿轮51、第二三级齿轮52和第三三级齿轮53在三级轴54上相邻布置，以获得第三齿轮模块G3。在本示例中，第二三级齿轮52和第三三级齿轮53默认围绕三级轴54自由旋转。
第二三级齿轮52与装配在次级轴44上的第二次级齿轮42啮合，并且第三输入齿轮53与第三次级齿轮43啮合。与第一齿轮箱G12的构造相反，第一输入齿轮51不与任何次级齿轮啮合，特别是不与第一次级齿轮41啮合。实际上，次级轴44上不存在第一次级齿轮41。
在附图的特定实施例中，第二电动马达EM2包括具有第一末端E1’和第二末端E2’的马达轴15。小齿轮17布置在马达轴15的第二末端E2’上，并且与位于三级轴54的第一末端E11’处的第一三级齿轮51啮合。第三输入齿轮53位于三级轴54的第二末端E22’处。马达轴15和次级轴44彼此平行地延伸。第二齿轮模块G2布置在第二齿轮外壳(未示出)中，并且第三齿轮模块G3布置在第三齿轮外壳(未示出)中，第二齿轮外壳和第三齿轮外壳相邻。第二齿轮模块G2和第三齿轮模块G3被包括在齿轮箱G23中。在替代实施例中，第一齿轮模块G1和第二齿轮模块G2布置在共同的齿轮外壳(未示出)中。
在本实施例中，布置有EM2、差速器10和齿轮箱G23以获得变速器单元。
典型地，马达EM2通过任何合适的方式(特别是通过螺栓连接)附接到变速器壳体。这种紧固方式本身是已知的，这就是它们没有在附图中示出的原因。替代地，电动马达EM2的壳体与变速器壳体成一体。
有利地，第二电动马达EM2相对于车辆的纵向方向偏移。
优选地，电动马达EM2的旋转轴线平行于车辆的纵向方向。因此，动力总成2b被称为相对于轮轴处于纵向构造。
齿轮箱G23可以包括联接构件55，该联接构件55装配在输入轴54上，典型地在第二三级齿轮52与第三三级齿轮53之间。联接构件55可以在第一位置、第二位置和空档位置之间移动，在该第一位置，联接构件55将第二三级齿轮52与三级轴54联接成一起旋转，在该第二位置，联接构件55将第三三级齿轮53与三级轴54联接成一起旋转，在该空档位置，联接构件55允许第二三级齿轮52和第三三级齿轮53围绕三级轴54自由旋转。
有利地，当联接构件55处于第二位置时，获得了第一速比(“EM2档2”)。在这种构造中，扭矩从轴54通过一对齿轮53和43传递到次级轴44。这意味着齿轮52的转速独立于轴54的转速。换句话说，齿轮52围绕轴54自由旋转。然而，这并不意味着齿轮52保持静止。齿轮52由齿轮42旋转地驱动，齿轮42与轴44固定成一起旋转。
有利地，当联接构件55处于第一位置时，获得了第二速比(“EM2档4”)。在这种构造中，扭矩从轴54通过一对齿轮52和42传递到次级轴44。这意味着齿轮53的转速独立于轴54的转速。换句话说，齿轮53围绕轴54自由旋转。然而，这并不意味着齿轮53保持不动。齿轮53由齿轮43旋转地驱动，齿轮43与轴44固定成一起旋转。
此外，当联接构件40和55都处于空档位置时，可以获得空档点。
齿轮箱G23的速比可以定义为输出齿轮46的转速与齿轮17的转速之间的商。应当理解，齿轮箱G23内的换档是根据车速自动实现的。
齿轮箱G23是具有空档点的两速齿轮箱，在该空档点，没有扭矩可以从电动马达EM2传递到车轮W1和W2。
动力输出装置PTO连接到第二电动马达EM2。如图4所示，动力输出装置PTO位于三级轴54的第二末端E22’处。例如，在三级轴54的第二末端E22’上可以布置有齿轮，该齿轮与PTO的齿轮啮合。例如，在动力输出装置PTO与三级轴54之间可以布置有联接构件，特别是离合器。
图5示出了一个示例，其中，动力输出装置PTO位于马达轴15的第二末端E2’处。例如，在马达轴15的第二末端E2’上可以布置有齿轮，该齿轮(或旋转齿轮(rational gear))与PTO的齿轮啮合。在动力输出装置PTO和马达轴15之间可以设置有联接构件，特别是离合器。
如图6至8所示，在另一个实施例中，本发明涉及一种用于车辆1的电动力总成2c。在本实施例中，两个电动马达EM1和EM2相对于车辆的横向方向横向布置，这意味着每个马达EM1和EM2的旋转轴线垂直于车辆的横向方向。因此，动力总成2c被称为相对于轮轴处于横向构造。这种横向构造的优点是：与纵向构造相比，它在纵向侧非常紧凑。相反，纵向布置在横向方向上需要较少空间。
在本实施例中，连结到第一齿轮模块G1的EM1、第二齿轮模块G2以及连结到第三齿轮模块G3的EM2彼此平行地延伸。第一齿轮模块G1布置在第一齿轮外壳(未示出)中，第二齿轮模块G2布置在第二齿轮外壳(未示出)中，并且第三齿轮模块G3布置在第三齿轮外壳(未示出)中。第一齿轮外壳、第二齿轮外壳和第三齿轮外壳相邻。在替代实施例中，第一齿轮模块G1、第二齿轮模块G2和第三齿轮模块G3布置在共同的齿轮外壳(未示出)中。
优选地，电动马达EM1和EM2、第一齿轮模块G1、第二齿轮模块G2和第三齿轮模块G3被封装在变速器壳体内。替代地，它们可以位于变速器壳体的外部。在这种情况下，该壳体将包括组装电动马达EM1和EM2的标准接口。
优选地，电动马达EM1和EM2由电动力源(例如至少一个电池或燃料电池)供电，该电动力源附接到车辆的另一部分，例如底盘。
此外，冠状齿轮12和输出齿轮46是锥形齿轮(也称为锥齿轮)。此外，第一次级齿轮41布置在第二次级齿轮42与输出齿轮46之间，而齿轮42在齿轮41与43之间，这意味着输出齿轮46通常布置在轴44的端部处。如上文所提到的，这种特定构造特别适合于在齿轮42与43之间布置另一个联接元件(未示出)。
动力输出装置PTO连接到第一EM1或第二电动马达EM2。图6至8示出了其中动力输出装置PTO连接到第二电动马达EM2的实施例。图6示出了一个示例，其中，动力输出装置PTO位于三级轴54的第二末端E22’处。图7示出了一个示例，其中，动力输出装置PTO位于马达轴15的第二末端E2’处。在本示例中，布置在马达轴15的第二末端E2’上的齿轮(或旋转齿轮(rational gear))28与PTO的齿轮60啮合。在该动力输出装置PTO和马达轴15之间可以设置有联接构件，特别是离合器。
图8示出了一个示例，其中，布置在三级轴54的第二末端E22’上的齿轮(或旋转齿轮(rational gear))19与动力输出装置PTO的齿轮60啮合。在该动力输出装置PTO与三级轴54之间可以设置有联接构件63，特别是离合器。在本实施例中，当离合器63断开时，三级轴54与动力输出装置脱离连接。第一电动马达EM1和第二电动马达EM2连接到车轮W1、W2，并允许对车辆1的推进。
当离合器63接合并且联接构件55处于空档位置且联接构件18、40处于第一位置或第二位置时，三级轴54通过与动力输出装置的齿轮60啮合的齿轮(或旋转齿轮(rationalgear))19而允许动力输出装置PTO的运动。第二电动马达EM2不向次级轴44传递扭矩，因此不向车轮W1、W2传递扭矩。在本实施例中，车辆1仍然由电动马达EM1驱动。实际上，电动马达EM1仍然可以机械连结到次级轴44，并因此连接到车轮W1、W2。此外，第二电动马达EM2的速度和扭矩完美地适应动力输出装置PTO。
当离合器63接合并且联接构件18、40、55处于空档位置时，三级轴54通过与动力输出装置的齿轮60啮合的齿轮(或旋转齿轮(rational gear))19而允许动力输出装置PTO的运动。第二电动马达EM2不向次级轴44传递扭矩，因此不向车轮W1、W2传递扭矩。在本实施例中，车辆1处于静止状态，并且PTO可以由两个电动马达EM1和EM2驱动。
当离合器63接合并且联接构件55处于第一位置或第二位置时，第二电动马达EM2连接到车轮W1、W2，从而允许车辆1的推进扭矩并允许动力输出装置PTO的运动。因此，车辆1和动力输出装置PTO同时运动。
至于其它，图6至图8所示的变速器的布置与图1至图5所示的布置相同。
图9示出了由所有电动力总成2a、2b和2c提供的所有可能的组合。在该图中,“巡航档”一栏代表了第一联接构件40的接合状态。当“巡航档”接合时，第二联接构件18(和联接构件55，如果有的话)优选处于空档位置。然而，在变型例中，当所述巡航档接合时(即，当第一联接构件40处于接合状态时)，联接构件55可以接合在第一位置或第二位置。
图9中的组合12允许车轮与电动马达之间脱离机械连接。它可以在下坡条件下使用，例如用于避免在不需要从马达到电池的电能回收时将电能从马达回收到电池。它还可以用来避免电动力总成的所有元件之间的寄生损失(parasitic losses)，从而允许节省能量。完全空档位置还允许在意外停车的情况下对卡车进行牵引，因为卡车通常在驱动轮仍接触地面并且仍在旋转的情况下被牵引。
有利地，EM2和/或EM1由控制设备(未示出)控制，该控制设备通常是ECU(未示出)。EM2和EM1可以同时被控制，也可以彼此独立地被控制。该ECU可以以以下方式控制两个电动马达EM2、EM1：在EM2正切换档位时，EM1将向车轮提供所需的扭矩，并且在EM1正切换档位时，EM2将向车轮提供所需的扭矩。这种构造对应于全动力换档模式，这意味着在切换档位时完全不存在扭矩中断。这种全动力换档效果可允许更好的车辆性能，并提高驾驶舒适性。
优选地，齿轮箱G23的传动比不同于齿轮箱G12的传动比。典型地，G12的第一速比(“EM1档1”)低于G23的第一速比(“EM2档2”)，G23的第一速比(“EM2档2”)低于G12的第二速比(“EM1档3”)，并且G12的第二速比(“EM1档3”)低于G23的第二速比(“EM2档4”)。G12的第三速比或“巡航变速比”高于G23的第二速比(“EM2档4”)。
总而言之，这两个齿轮箱G12和G23一起形成多输入变速器，其能够选择性地将电动马达EM1的扭矩和电动马达EM2的扭矩(作为变速器的输入)传递到车轮，通常是通过差速器10(作为变速器的输出)传递到车轮。
应理解，本发明不限于上文所述和附图所示的实施例；相反，本领域技术人员将认识到，可以在所附权利要求的范围内进行许多修改和变型。本发明根据车辆需求提供了紧凑的电动力总成。因此，该电动力总成的架构适用于任何类型的车辆。此外，根据本发明的电动力总成的架构被优化以包括动力输出装置并提供更好的效率。因此，根据本发明的电动力总成允许降低生产成本、提高生产率和更好的效率。

Claims (15)

1.一种用于车辆(1)的电动力总成(2a)，所述电动力总成(2a)被配置成提供所述车辆(1)的电推进，其特征在于，所述电动力总成(2a)包括：
变速器单元，所述变速器单元包括第一电动马达(EM1)、差速器(10)和齿轮箱(G12)，所述齿轮箱(G12)包括第一齿轮模块(G1)、第二齿轮模块(G2)，
所述第一电动马达(EM1)通过具有第一末端(E1)和第二末端(E2)的马达轴(14)连结到所述第一齿轮模块(G1)，所述第一齿轮模块(G1)包括具有第一末端(E11)和第二末端(E22)的初级轴(34)，在所述初级轴(34)上布置有位于所述初级轴(34)的第一末端(E11)处的第一初级齿轮(31)、第二初级齿轮(32)、以及位于所述初级轴(34)的第二末端(E22)处的第三初级齿轮(33)，所述第一初级齿轮(31)被相对于所述初级轴(34)固定而一起旋转，
所述第二齿轮模块(G2)包括次级轴(44)，在所述次级轴(44)上布置有与所述第一初级齿轮(31)啮合的第一次级齿轮(41)、与所述第二初级齿轮(32)啮合的第二次级齿轮(42)、以及与所述第三初级齿轮(33)啮合的第三次级齿轮(43)，
所述差速器(10)连结到所述第一电动马达(EM1)，
所述电动力总成(2a)使得所述第二齿轮模块(G2)和连结到所述第一齿轮模块(G1)的所述第一电动马达(EM1)彼此平行地延伸，并且使得动力输出装置(PTO)连接到所述第一电动马达(EM1)。
2.一种用于车辆(1)的电动力总成(2b)，所述电动力总成(2b)被配置成提供所述车辆(1)的电推进，其特征在于，所述电动力总成(2b)包括：
变速器单元，所述变速器单元包括第二电动马达(EM2)、差速器(10)和齿轮箱(G23)，所述齿轮箱(G23)包括第二齿轮模块(G2)和第三齿轮模块(G3)，
所述第二齿轮模块(G2)包括次级轴(44)，在所述次级轴(44)上布置有第二次级齿轮(42)和第三次级齿轮(43)，
所述第二电动马达(EM2)通过具有第一末端(E1’)和第二末端(E2’)的马达轴(15)连结到所述第三齿轮模块(G3)，所述第三齿轮模块(G3)包括具有第一末端(E11’)和第二末端(E22’)的三级轴(54)，在所述三级轴(54)上布置有不与任何次级齿轮啮合的第一三级齿轮(51)、与所述第二次级齿轮(42)啮合的第二三级齿轮(52)、以及与所述第三次级齿轮(43)啮合的第三三级齿轮(53)，所述第一三级齿轮(51)位于所述三级轴(54)的第一末端(E11’)处，所述第三三级齿轮(53)位于所述三级轴(54)的第二末端(E22’)处，与所述第一三级齿轮(51)啮合的旋转齿轮(17)布置在所述马达轴(15)的所述第二末端(E2’)处，所述第二三级齿轮(52)与所述第三三级齿轮(53)相邻，
所述差速器(10)连结到所述第二电动马达(EM2)，
所述电动力总成(2b)使得所述第二齿轮模块(G2)和连结到所述第三齿轮模块(G3)的所述第二电动马达(EM2)彼此平行地延伸，并且使得动力输出装置(PTO)连接到所述第二电动马达(EM2)。
3.一种用于车辆(1)的电动力总成(2c)，所述电动力总成(2c)被配置成提供所述车辆(1)的电推进，其特征在于，所述电动力总成(2c)包括：
变速器单元，所述变速器单元包括第一电动马达(EM1)、第二电动马达(EM2)、差速器(10)和齿轮箱(G12，G23)，所述齿轮箱(G12，G23)包括第一齿轮模块(G1)、第二齿轮模块(G2)和第三齿轮模块(G3)，
所述第一电动马达(EM1)通过具有第一末端(E1)和第二末端(E2)的马达轴(14)连结到所述第一齿轮模块(G1)，所述第一齿轮模块(G1)包括具有第一末端(E11)和第二末端(E22)的初级轴(34)，在所述初级轴(34)上布置有位于所述初级轴(34)的第一末端(E11)处的第一初级齿轮(31)、第二初级齿轮(32)以及位于所述初级轴(34)的第二末端(E22)处的第三初级齿轮(33)，所述第一初级齿轮(31)被相对于所述初级轴(34)固定而一起旋转；
所述第二齿轮模块(G2)包括次级轴(44)，在所述次级轴(44)上布置有与所述第一初级齿轮(31)啮合的第一次级齿轮(41)、与所述第二初级齿轮(32)啮合的第二次级齿轮(42)、以及与所述第三初级齿轮(33)啮合的第三次级齿轮(43)，
所述第二电动马达(EM2)通过具有第一末端(E1’)和第二末端(E2’)的马达轴(15)连结到所述第三齿轮模块(G3)，所述第三齿轮模块(G3)包括具有第一末端(E11’)和第二末端(E22’)的三级轴(54)，在所述三级轴(54)上布置有不与任何次级齿轮啮合的第一三级齿轮(51)、与所述第二次级齿轮(42)啮合的第二三级齿轮(52)、以及与所述第三次级齿轮(43)啮合的第三三级齿轮(53)，所述第一三级齿轮(51)位于所述三级轴(54)的第一末端(E11’)处，所述第三三级齿轮(53)位于所述三级轴(54)的第二末端(E22’)处，与所述第一三级齿轮(51)啮合的旋转齿轮(17)布置在所述马达轴(15)的所述第二末端(E2’)处，所述第二三级齿轮(52)与所述第三三级齿轮(53)相邻，
所述差速器(10)由两个电动马达(EM1，EM2)共用，
所述电动力总成(2c)使得连结到所述第一齿轮模块(G1)的所述第一电动马达(EM1)、所述第二齿轮模块(G2)以及连结到所述第三齿轮模块(G3)的所述第二电动马达(EM2)彼此平行地延伸，并且使得动力输出装置(PTO)连接到所述第一电动马达(EM1)或所述第二电动马达(EM2)。
4.根据权利要求1或3所述的用于车辆(1)的电动力总成(2a，2c)，其中，所述动力输出装置(PTO)位于所述初级轴(34)的所述第二末端(E22)处。
5.根据权利要求4所述的用于车辆(1)的电动力总成(2a，2c)，其中，布置在所述初级轴(34)的所述第二末端(E22)上的齿轮与所述PTO的齿轮啮合。
6.根据权利要求1、3至5所述的用于车辆(1)的电动力总成(2a、2c)，其中，在所述动力输出装置(PTO)与所述初级轴(34)之间设置有联接装置。
7.根据权利要求1或3所述的用于车辆(1)的电动力总成(2a，2c)，其中，所述动力输出装置(PTO)位于所述马达轴(14)的所述第二末端(E2)处。
8.根据权利要求7所述的用于车辆(1)的电动力总成(2a，2c)，其中，布置在所述马达轴(14)的所述第二末端(E2)上的齿轮与所述PTO的齿轮啮合。
9.根据权利要求1、3、7或8所述的用于车辆(1)的电动力总成(2a、2c)，其中，在所述动力输出装置(PTO)与所述马达轴(14)之间设置有离合器。
10.根据权利要求2或3所述的用于车辆(1)的电动力总成(2b，2c)，其中，所述动力输出装置(PTO)位于所述三级轴(54)的所述第二末端(E22’)处。
11.根据权利要求10所述的用于车辆(1)的电动力总成(2b，2c)，其中，布置在所述三级轴(54)的所述第二末端(E22’)上的齿轮(19)与所述PTO的齿轮(60)啮合。
12.根据权利要求2、3、10或11所述的用于车辆(1)的电动力总成(2b、2c)，其中，在所述动力输出装置(PTO)与所述三级轴(54)之间设置有联接构件(63)。
13.根据权利要求2或3所述的用于车辆(1)的电动力总成(2b，2c)，其中，所述动力输出装置(PTO)位于所述马达轴(15)的所述第二末端(E2’)处。
14.根据权利要求13所述的用于车辆(1)的电动力总成(2b，2c)，其中，布置在所述马达轴(15)的所述第二末端(E2’)上的齿轮(28)与所述PTO的齿轮(60)啮合。
15.根据权利要求2、3、13或14所述的用于车辆(1)的电动力总成(2b、2c)，其中，在所述动力输出装置(PTO)与所述马达轴(15)之间设置有离合器。
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