DE102015106503A1

DE102015106503A1 - Fahrzeuggetriebe mit Planetenradsatz mit gemeinsamem Träger

Info

Publication number: DE102015106503A1
Application number: DE102015106503.7A
Authority: DE
Inventors: Chi Teck Lee; Arthur L. McGrew Jr.
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2014-05-13
Filing date: 2015-04-28
Publication date: 2015-11-19
Anticipated expiration: 2035-04-29
Also published as: CN105090390B; CN105090390A; US20150330492A1; US9707834B2; DE102015106503B4

Abstract

Es ist ein Getriebe mit einem Planetenradsatz mit gemeinsamem Träger für ein Fahrzeug vorgesehen, das Antriebsachsen-Halbwellen, die eine Drehachse definieren, einen Elektromotor/Generator mit einer Motorwelle parallel zu der Drehachse, entweder konzentrisch mit der Drehachse oder von dieser beabstandet, und ein Differenzial mit einem Differenzialträger, der mit den Antriebsachsen-Halbwellen verbunden ist, aufweist. Der Planetenradsatz besitzt ein erstes Sonnenradelement, das ständig oder selektiv mit der Motorwelle verbindbar ist, erste und zweite Ritzelräder, ein Trägerelement, das das erste und zweite Ritzelrad drehbar lagert, so dass das erste Ritzelrad mit dem ersten Sonnenradelement kämmt, und ein Hohlradelement, das mit einem der Ritzelräder kämmt. Das Hohlrad ist mit einem nichtrotierenden Gehäuse verbindbar. Das Trägerelement ist funktional mit dem Differenzialträger verbunden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegenden Lehren betreffen ein Fahrzeuggetriebe zum Liefern von Traktionsdrehmoments von einem Elektromotor/Generator an Antriebsachsen-Halbwellen eines Fahrzeugs.
HINTERGRUND
Ein Batterie-Elektrofahrzeug benutzt elektrische Energie, die in einer oder mehreren Batterien gespeichert ist, um einen oder mehrere Elektromotoren mit Energie zu beaufschlagen, die Traktionsdrehmoment zum Vorantreiben des Fahrzeugs liefern. Ein Batterie-Elektrofahrzeug ist ein vollständig elektrisches Fahrzeug und weist keine Brennkraftmaschine oder Brennstoffzelle auf, wie es viele andere Hybridfahrzeuge tun. Ein Batterie-Brennstoffzellenfahrzeug ist ein Typ von Hybridfahrzeug, der gespeicherte Energie von der Batterie benutzt, um einen Elektromotor mit Energie zu beaufschlagen, um das Fahrzeug voranzutreiben, sowie gegebenenfalls die Batterie mit von einer Wasserstoffbrennstoffzelle erzeugter Energie wiederaufladen kann. Getriebekastenkonstruktionen, die eine Architektur auf der Grundlage von Stufenritzeln verwenden, sind bei verschiedenen Elektrofahrzeug-Antriebseinheitsanwendungen mit einer einzigen Mittellinie verwendet worden, bei denen axialer Raum begrenzt ist und ein tieferes Zahnradübersetzungsverhältnis erforderlich ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Es ist ein Getriebe mit einem Planetenradsatz für ein Fahrzeug vorgesehen. Das Fahrzeug weist eine erste und eine zweite Antriebsachsen-Halbwelle auf, die eine Drehachse definieren, und einen Elektromotor/Generator mit einer Motorwelle parallel zu den Antriebsachsen-Halbwellen. In manchen Ausführungsformen liegt die Motorwelle parallel zu und konzentrisch mit einer der Antriebsachsen-Halbwellen und rotiert um die gleiche Drehachse wie die Halbwellen, was als eine ”achsgleiche” Anordnung bezeichnet wird. In solchen Ausführungsformen umfasst das Differenzial ein erstes Seitenrad, das verbunden ist, um in Einklang mit der ersten Antriebsachsen-Halbwelle zu rotieren, und ein zweites Seitenrad, das verbunden ist, um in Einklang mit der zweiten Antriebsachsen-Halbwelle zu rotieren. In anderen Ausführungsformen liegt die Drehachse der Halbwellen parallel zu der Drehachse der Motorwelle, unterscheidet sich aber von dieser, was als eine ”achsversetzte” Anordnung bezeichnet wird.
Ein Differenzial mit einem Differenzialträger ist funktional mit dem Trägerelement verbunden. Der Planetenradsatz besitzt ein erstes Sonnenradelement, das ständig oder selektiv mit der Motorwelle verbindbar ist, ein erstes und zweites Ritzelrad, die koaxial zueinander sind, ein Trägerelement, das das erste und zweite Ritzelrad drehbar lagert, so dass das erste Ritzelrad mit dem ersten Sonnenradelement kämmt, und ein Hohlradelement, das mit einem der Ritzelräder kämmt. In manchen Ausführungsformen sind das erste und zweite Ritzelrad an einem Stufenritzel vorgesehen, so dass sie in Einklang rotieren. In anderen Ausführungsformen können das erste und zweite Ritzelrad unabhängig voneinander rotieren.
Das Getriebe umfasst ein nichtrotierendes Gehäuse, das das Hohlradelement radial umgibt. Das Hohlradelement ist ständig oder selektiv mit dem Gehäuse verbindbar. Der Differenzialträger ist durch das Trägerelement drehbar angetrieben.
Der beschriebene Planetenradsatz ermöglicht ein relativ tiefes Verhältnis von Drehmoment des Trägerelements zu Drehmoment der Motorwelle, was eine größere Drehmomentvervielfachung bietet und somit eine kleinere Bemessung des Elektromotors/Generators ermöglicht und gleichzeitig die gleiche Getriebeausgangsleistung wie eine Konstruktion mit einem zahlenmäßig kleineren Übersetzungsverhältnis erreicht. Zusätzlich erlaubt der Bauraum, der durch das Trägerelement und das Gehäuse gewährt wird, dass dem Planetenradsatz zusätzliche Elemente, wie etwa ein zusätzliches Sonnenradelement und ein zusätzliches Hohlradelement hinzugefügt werden können. Zusätzliche Bremsen und Kupplungen können ebenfalls in dem internen Hohlraum und der axialen Länge, die durch das Gehäuse und das Trägerelement vorgesehen sind, hinzugefügt werden. Es können somit Getriebe erreicht werden, die mit nur einem einzigen Gang oder bis zu fünf Vorwärtsgängen betreibbar sind, während viele der gleichen Bauteile gemeinsam genutzt werden. Zum Beispiel würden die zusätzlichen Drehzahlverhältnisse mit zahlenmäßig niedrigeren Übersetzungsverhältnissen als das tiefere erste Übersetzungsverhältnis ein Verringerung der maximal erforderlichen Drehzahl des Motors/Generators und der zugehörigen Umlaufverluste ermöglichen.
Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Arten zum Ausführen der vorliegenden Lehren, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen werden, leicht deutlich werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung in Prinzipdiagrammform eines Abschnitts einer ersten Ausführungsform eines Fahrzeugs mit einer ersten Ausführungsform eines Antriebsstrangs.
2 ist eine schematische Darstellung in Prinzipdiagrammform eines Abschnitts einer zweiten Ausführungsform eines Fahrzeugs mit einer zweiten Ausführungsform eines Antriebsstrangs.
3 ist eine schematische Darstellung in Prinzipdiagrammform eines Abschnitts einer dritten Ausführungsform eines Fahrzeugs mit einer dritten Ausführungsform eines Antriebsstrangs.
4 ist eine Tabelle, die den Einrückungszustand der Drehmomentübertragungsmechanismen angibt, um unterschiedliche verfügbare Übersetzungsverhältnisse in dem Getriebe von 3 herzustellen.
5 ist eine schematische Darstellung in Prinzipdiagrammform eines Abschnitts einer vierten Ausführungsform eines Fahrzeugs mit einer vierten Ausführungsform eines Antriebsstrangs.
6 ist eine Tabelle, die den Einrückungszustand der Drehmomentübertragungsmechanismen angibt, um unterschiedliche verfügbare Übersetzungsverhältnisse in dem Getriebe von 5 herzustellen.
7 ist eine schematische Darstellung in Prinzipdiagrammform eines Abschnitts einer fünften Ausführungsform eines Fahrzeugs mit einer fünften Ausführungsform eines Antriebsstrangs.
8 ist eine Tabelle, die den Einrückungszustand der Drehmomentübertragungsmechanismen angibt, um unterschiedliche verfügbare Übersetzungsverhältnisse in dem Getriebe von 7 herzustellen.
9 ist eine schematische Darstellung in Prinzipdiagrammform eines Abschnitts einer sechsten Ausführungsform eines Fahrzeugs mit einer sechsten Ausführungsform eines Antriebsstrangs.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, wobei sich ähnliche Bezugszeichen überall in den verschiedenen Ansichten auf ähnliche Bauteile beziehen, zeigt 1 ein Fahrzeug 10, das als ein Batterie-Elektrofahrzeug bezeichnet werden kann. Das Fahrzeug 10 kann stattdessen ein Batterie-Brennstoffzellenfahrzeug sein, das eine Brennstoffzelle (nicht gezeigt) aufweist, die mit der hierin beschriebenen Batterie 28 verbunden ist. Das Fahrzeug 10 weist einen Antriebsstrang 11 auf, der ein Getriebe 12 umfasst, das Drehmoment von einem Elektromotor/Generator 20 auf eine erste Antriebsachsen-Halbwelle 16A und eine zweite Antriebsachsen-Halbwelle 16B durch einen Planetenradsatz 40 mit gemeinsamem Träger und ein Differenzial 70 überträgt. Die Antriebsachsen-Halbwellen 16A, 16B können vordere Antriebsachsen-Halbwellen sein, so dass das Fahrzeug 10 ein Fahrzeug mit Vorderradantrieb ist. Alternativ könnten die Antriebsachsen-Halbwellen 16A, 16B stattdessen hintere Antriebsachsen-Halbwellen sein. Darüber hinaus könnten die Komponenten des Antriebsstrangs 11 sowohl an den Vorderachs- als auch den Hinterachs-Halbwellen vorgesehen sein, um ein Fahrzeug mit Allradantrieb zur Verfügung zu stellen.
Das Getriebe 12 überträgt Drehmoment von einer Motorwelle 17, die als das Getriebeeingangselement dient, auf einen Planetenträger PC, der als das Getriebeausgangselement dient. Die erste und zweite Antriebsachsen-Halbwelle 16A, 16B teilen sich eine gemeinsame Drehachse A. Der Motor/Generator 20 ist konzentrisch um die Drehachse A angeordnet, was als eine achsgleiche Anordnung bezeichnet wird. Genauer ist die Motorwelle 17 eine Hohlwelle, die parallel zu und koaxial mit der Antriebsachsen-Halbwelle 16A liegt und einen Abschnitt von dieser radial umgibt. In anderen Ausführungsformen, wie etwa mit Bezug auf 9 beschrieben, ist die Motorwelle parallel zu, aber nicht koaxial mit den Antriebsachsen-Halbwellen.
Der Elektromotor/Generator 20 umfasst einen Rotor 22, der drehbar angetrieben ist, wenn einem ringförmigen Stator 24, der den Rotor 22 umgibt, elektrischer Strom zugeführt wird. Der Motor/Generator 20 kann ein Wechselstrom-Elektromotor (AC-Motor) sein, der gespeicherte Energie von einer Batterie (B) 28 nutzt. Ein Leistungsstromrichter 30 wandelt Strom aus Gleichstrom, der von der Batterie 28 zugeführt wird, in Wechselstrom um, um den Motor/Generator 20 anzutreiben. Die Batterie 28 und der Stromrichter (I) 30 werden von dem Controller (C) 26 gesteuert. Der Controller 26 kann auch den Elektromotor/Generator 20 steuern, um als ein Generator zu fungieren und somit mechanische Energie der Rotorwelle 17 in gespeicherte elektrische Energie in der Batterie 28 umzuwandeln, wie etwa in einem Rekuperationsbremsmodus, um die Antriebsachsen-Halbwellen 16A, 16B zu verlangsamen.
Der Planetenradsatz 40 umfasst ein erstes Sonnenradelement S1, das verbunden ist, um in Einklang mit der Motorwelle 17 zu rotieren. So wie es hierin verwendet wird, sind zwei Komponenten verbunden um ”in Einklang” miteinander” zu rotieren”, wenn sie permanent und nicht selektiv verbunden sind, so dass sie gemeinsam mit der gleichen Drehzahl rotieren müssen und beide feststehend sind, wenn eines feststehend gehalten wird. Der Planetenradsatz 40 umfasst auch ein Trägerelement PC, das mehrere Stufenritzel 47, von denen nur zwei gezeigt sind, drehbar lagert. Das Trägerelement PC wird als ein ”gemeinsamer Träger” oder ein ”gemeinsames Trägerelement” bezeichnet, weil es beide Ritzelräder P1, P2 drehbar lagert und derart ausgestaltet ist, dass die Ritzelräder P1, P2 koaxial sind. Jedes Stufenritzel 47 umfasst ein erstes Ritzelrad P1 und ein zweites Ritzelrad P2, die koaxial miteinander sind. In dieser Ausführungsform ist jedes Paar von koaxialen Ritzeln P1 und P2 verbunden, um in Einklang miteinander zu rotieren, und wird daher hier gemeinsam als Stufenritzel 47 bezeichnet. Dementsprechend ist der Planetenradsatz 40 ein Planetenradsatz mit gemeinsamem Träger und Stufenritzeln. Der Durchmesser des ersten Ritzels P1 ist größer als der des zweiten Ritzel P2 und es kämmt mit dem ersten Sonnenradelement S1. Schließlich umfasst der Planetenradsatz 40 ein Hohlradelement R2, das ständig an einem feststehenden Gehäuse 60 festgelegt ist. Das Hohlradelement R2 wird hierin als das zweite Hohlradelement bezeichnet, ist aber das einzige Hohlradelement in dem Getriebe 12. Das Hohlradelement R2 kämmt mit dem zweiten Ritzelrad P2. Das Gehäuse 60 ist ausgestaltet, um einen internen Hohlraum IC zu definieren, der einen vorbestimmten ersten Durchmesser D1 aufweist.
Das Gehäuse 60 ist nur in partieller fragmentarischer Ansicht gezeigt. Das Gehäuse 60 kann im Allgemeinen ringförmig sein. Allerdings ist das Gehäuse 60 nicht auf eine ringförmige Form beschränkt. Der Durchmesser D1 oder D2 (in 2 gezeigt) des internen Hohlraums kann einen effektiven Durchmesser für einen nichtzylindrischen internen Hohlraum IC darstellen. Das Trägerelement PC definiert ähnlich einen Innenraum 62, der eine axiale Länge AL aufweist. Die erste Antriebsachsen-Halbwelle 16A erstreckt sich durch den Innenraum 62.
Das Trägerelement PC rotiert in Einklang mit einem Differenzialträger DC des Differenzials 70. Ein feststehendes Differenzialgehäuse (nicht gezeigt) kann den Differenzialträger DC umgeben. Eine Welle 73, die an dem Differenzialträger DC befestigt ist, weist daran befestigte Differenzialritzel 72 auf. Die Differenzialritzel 72 kämmen mit ersten und zweiten Seitenrädern 74, 76. Das erste Seitenrad 74 ist an der ersten Antriebsachsen-Halbwelle 16A befestigt, um in Einklang mit dieser zu rotieren. Das zweite Seitenzahnrad 76 ist an der zweiten Antriebsachsen-Halbwelle 16B befestigt, um in Einklang mit dieser zu rotieren. Lager 80 sind strategisch montiert, um rotierende Komponenten, wie die Motorwelle 17, das Trägerelement PC und den Differenzialträger DC, abzustützen.
Das Getriebe 12 weist keine selektiv einrückbaren Drehmomentübertragungsmechanismen, wie etwa Kupplungen und Bremsen, auf. Dementsprechend kann das Getriebe 12 nur ein einziges Vorwärtsverhältnis von Drehmoment des Trägerelements PC zu Drehmoment der Motorwelle 17 (d. h. das Getriebedrehmomentverhältnis, das auch als das Getriebeübersetzungsverhältnis bezeichnet wird) herstellen. Wenn z. B. das Sonnenradelement S1 23 Zähne hat, das erste Ritzelrad P1 46 Zähne hat, das zweite Ritzelrad P2 25 Zähne hat und das zweite Hohlradelement R2 91 Zähne hat, dann wird das Getriebeübersetzungsverhältnis 8,3 sein. Ein Rückwärtsdrehmomentverhältnis in der gleichen Größenordnung wird durch Steuern des Motors/Generators 20 hergestellt, so dass der Rotor 22 und die Motorwelle 17 in einer Rückwärtsrichtung rotieren. Das tiefe Vorwärtsübersetzungsverhältnis, das durch die Verwendung des Planetenradsatzes 40 mit Stufenritzeln gewährt wird, ermöglicht es, dass der Motor/Generator 20 aufgrund des tiefen Drehmomentmultiplikationsverhältnisses kleiner bemessen werden kann.
2 zeigt eine andere Ausführungsform eines Batterie-Elektrofahrzeugs 110 mit einem Antriebsstrang 111 und einem Getriebe 112, die in vielerlei Hinsicht dem Antriebsstrang 11 und dem Getriebe 12 des Fahrzeugs 10 von 1 gleichen. Komponenten, die identisch wie jene von 1 sind, funktionieren wie mit Bezug auf 1 beschrieben und sind unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Anstelle eines zweiten Hohlradelements R2 des Planetenradsatzes 40 weist das Getriebe 112 einen Planetenradsatz 140 mit gemeinsamem Träger mit einem Hohlradelement R1 auf, das hier als ein erstes Hohlradelement bezeichnet wird. Hohlrad R1 ist ständig an dem feststehenden Gehäuse 60 festgelegt, so dass das Hohlrad R1 feststehend ist. Hohlradelement R1 kämmt mit dem größeren ersten Ritzelrad P1. Das erste Ritzelrad P1 ist als Stufenritzel koaxial mit dem zweiten Ritzelrad P2 und ist ständig verbunden, um in Einklang mit diesem zu rotieren. Beide Ritzelräder P1 und P2 sind durch das gemeinsame Trägerelement PC drehbar gelagert. Dementsprechend ist der Planetenradsatz 140 ein Planetenradsatz mit gemeinsamem Träger und Stufenritzeln. Der Durchmesser D2 des Gehäuses 60 radial außen von dem ersten Hohlradelement R1 kann geringfügig größer als der Durchmesser D1 von 1 sein, oder die Durchmesser D1 und D2 können gleich sein. In jedem Fall sind die Durchmesser D1 oder D2 ausreichend, um das Packen einer Bremse zwischen dem Hohlradelement R1 und dem Gehäuse 60 und/oder zwischen dem Hohlradelement R2 und dem Gehäuse 60 zuzulassen, wie es in den 3, 5 und 7 gezeigt ist.
Das Getriebe 112 weist keine selektiv einrückbaren Drehmomentübertragungsmechanismen, wie etwa Kupplungen und Bremsen, auf. Dementsprechend kann das Getriebe 112 nur ein einziges Vorwärtsverhältnis von Drehmoment des Trägerelements PC zu Drehmoment der Motorwelle 17 herstellen. Wenn zum Beispiel das Sonnenradelement S1 23 Zähne hat, das erste Ritzelrad P1 46 Zähne hat, das zweite Ritzelrad P2 25 Zähne hat und das erste Hohlradelement R1 115 Zähne hat, dann wird das Getriebeübersetzungsverhältnis 6,0 sein. Ein Rückwärtsdrehmomentverhältnis in der gleichen Größenordnung wird durch Steuern des Motors/-Generators 20 hergestellt, so dass der Rotor 22 und die Motorwelle 17 in einer Rückwärtsrichtung rotieren.
Obwohl die Getriebe 12, 112 jeweils als Einganggetriebe ausgestaltet sind, sind der interne Hohlraum IC und der Innenraum 62 und die axiale Länge AL ausreichend bemessen, so dass viele der gleichen Komponenten in Zweigang-, Dreigang-, Viergang- und Fünfgang-Anwendungen unter Hinzufügung von einer oder zwei Bremsen, einer oder zwei Kupplungen und eines zweiten Sonnenradelements wiederverwendet werden können, wie es mit Bezug auf die 3–8 gezeigt und beschrieben ist. Die Zweigang-, Dreigang-, Viergang- und Fünfgang-Anwendungen ermöglichen es, dass der Motor/Generator 20 bei einer relativ niedrigen maximalen Rotordrehzahl funktionieren kann. Ein Betreiben des Motors/Generators 20 bei einem niedrigeren Drehzahlbereich verringert Umlaufverluste, die zu durch den Motor/Generator 20 zirkulierendem Kühlfluid gehören. Darüber hinaus wird weniger Energie benötigt, um den Motor/Generator 20 zu kühlen, und die Antriebsstränge 11, 111 arbeiten somit effizienter als ein Antriebsstrang mit einem Planetenradsatz, der ein niedrigeres Getriebeübersetzungsverhältnis als der Planetenradsatz 40 oder 140 aufweist.
3 zeigt eine andere Ausführungsform eines Batterie-Elektrofahrzeugs 210 mit einem Antriebsstrang 211, der ein Getriebe 212 aufweist. Der Antriebsstrang 211 und das Getriebe 212 gleichen in vielerlei Hinsicht dem Antriebsstrang 11 und dem Getriebe 12 des Fahrzeugs 10 von 1 und dem Antriebsstrang 111 und dem Getriebe 112 von 2. Komponenten, die identisch mit jenen der 1 und 2 sind und wie in Bezug auf die 1 und 2 beschrieben funktionieren, sind unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Das Getriebe 212 der 3 weist ein Planetengetriebe 240 mit gemeinsamem Träger mit sowohl mit einem ersten Hohlradelement R1 als auch einem zweiten Hohlradelement R2 auf. Zusätzlich weist das Getriebe 212 eine erste Bremse B1 auf, die selektiv einrückbar ist, um das erste Hohlradelement R1 an dem Gehäuse 60 festzulegen. Die erste Bremse B1 umgibt das erste Hohlradelement R1 radial. Das Getriebe 212 weist auch eine zweite Bremse B2 auf, die selektiv einrückbar ist, um das zweite Hohlradelement R2 an dem Gehäuse 60 festzulegen. Die zweite Bremse B2 umgibt das zweite Hohlradelement R2 radial. Wie bei den Ausführungsformen der 1 und 2 ist das erste Ritzelrad P1 als Stufenritzel koaxial mit dem zweiten Ritzelrad P2 und ständig verbunden, um in Einklang mit diesem zu rotieren. Beide Ritzelräder P1 und P2 sind durch das gemeinsame Trägerelement PC drehbar gelagert. Dementsprechend ist der Planetenradsatz 240 ein Planetenradsatz mit gemeinsamem Träger und Stufenritzeln.
Die Bremsen B1 und B2 können jede Art von selektiv einrückbaren Bremsen sein, wie es Fachleuten ohne weiteres ersichtlich sein wird, wie etwa eine Bremse mit Reibplatten, die sich von dem Hohlradelement erstrecken und mit Reibplatten ineinandergreifen, die sich von dem Gehäuse 60 erstrecken, und ein Betätigungselement, das betätigbar ist, um die Platten miteinander in Eingriff zu bringen. Die Einrückung und Ausrückung der Bremse B1 und B2 kann durch den Controller 26 oder durch einen separaten Getriebe-Controller, der funktional mit dem Controller 26 verbunden ist, gesteuert werden. Zum Beispiel kann der Controller 26 ein Magnetventil steuern, das Hydraulikdruck zum Einrücken oder Ausrücken der Bremse B1 oder B2 freigibt.
Das Getriebe 212 kann als ein Zweiganggetriebe mit zwei verschiedenen Vorwärtsdrehmomentverhältnissen betrieben werden. Insbesondere wird ein Vorwärtsverhältnis von Drehmoment des Trägerelements PC zu Drehmoment der Motorwelle 17 hergestellt, wenn nur die erste Bremse B1 eingerückt ist, und ein weiteres Vorwärtsverhältnis von Drehmoment des Trägerelements PC zu Drehmoment der Motorwelle 17 wird hergestellt, wenn nur die zweite Bremse B2 eingerückt ist. Mit den mit Bezug auf die 1 und 2 besprochenen Zahnradzähnezahlen wird ein erstes Drehmomentverhältnis von 8,3 hergestellt werden, wenn nur die zweite Bremse B2 eingerückt ist, und ein zweites Drehmomentverhältnis von 6,0 wird hergestellt werden, wenn nur die erste Bremse B1 eingerückt ist. Ein Rückwärtsdrehmomentverhältnis mit der gleichen Größenordnung wie das erste Drehmomentverhältnis wird durch Steuern des Motors/Generators 20, so dass der Rotor 22 und die Motorwelle 17 in einer Rückwärtsrichtung rotieren, hergestellt, wenn die zweite Bremse B2 eingerückt ist.
Eine Tabelle der verschiedenen Übersetzungsverhältnisse, die durch das Getriebe 212 hergestellt werden können, ist in 4 gezeigt. Die erste Spalte gibt die Gangzustände an, die zu unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen Rückwärts R, Neutral N, erster Gang ”1” und zweiter Gang ”2” gehören. Ein in der Tabelle gezeigtes ”X” gibt an, dass der Drehmomentübertragungsmechanismus, der der Spalte zugeordnet ist, in der das ”X” auftritt, in einem eingerückten Zustand ist. Wenn kein ”X” auftritt, dann ist der Drehmomentübertragungsmechanismus, der der Spalte zugeordnet ist, in einem ausgerückten Zustand.
5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Batterie-Elektrofahrzeugs 210A mit einem Antriebsstrang 211A, der ein Getriebe 212A aufweist. Der Antriebsstrang 211A und das Getriebe 212A gleichen in vielerlei Hinsicht dem Antriebsstrang 211 und dem Getriebe 212 des Fahrzeugs 210 von 3. Komponenten, die identisch mit jenen der 1–3 sind und wie mit Bezug auf die 1–3 beschrieben funktionieren, sind unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Das Getriebe 212A von 5 weist ein Planetengetriebe 240A mit gemeinsamem Träger auf, das sowohl das erste Hohlradelement R1 als auch das zweite Hohlradelement R2 aufweist. Zusätzlich weist das Getriebe 212A die erste Bremse B1 und die zweite Bremse B2 auf. Im Gegensatz zu dem Planetenradsatz 240 mit gemeinsamem Träger und Stufenritzel, weist der Planetenradsatz 240A mit gemeinsamem Träger ein zweites Sonnenradelement S2 auf, das ständig mit dem ersten Sonnenradelement S1 verbunden ist, um im Einklang mit dem ersten Sonnenradelement S1 zu rotieren. Das Getriebe 212A ist ebenfalls anders als das Getriebe 212, denn obwohl das Ritzelrad P1 koaxial mit dem Ritzelrad P2 ist und beide durch den gemeinsamen Träger PC drehbar gelagert sind, so dass der Planetenradsatz 240A ein Planetenradsatz mit gemeinsamem Träger ist, ist das Ritzelrad P1 nicht ständig zur gemeinsamen Rotation mit dem Ritzelrad P2 verbunden. Mit anderen Worten kann das erste Ritzelrad P1 unabhängig von dem zweiten Ritzelrad P2 rotieren, und die Ritzelräder P1, P2 rotieren nicht in Einklang als ein Stufenritzel.
Mit dem Getriebe 212A, wie es beschrieben ist und unter der Annahme, dass das zweite Sonnenradelement S2 41 Zähne hat und die anderen Hohlradelemente die gleiche Anzahl von Zähnen haben, wie es in Bezug auf die 1–3 beschrieben ist, dann kann das Getriebe 212A gesteuert werden, um als Zweiganggetriebe zu arbeiten, das zwei unterschiedliche Vorwärtsdrehmomentverhältnisse aufweist.
Insbesondere wird ein Vorwärtsverhältnis von Drehmoment des Trägerelements PC zu Drehmoment der Motorwelle 17 hergestellt, wenn nur die erste Bremse B1 eingerückt ist, und ein weiteres Vorwärtsverhältnis von Drehmoment des Trägerelements PC zu Drehmoment der Motorwelle 17 wird hergestellt, wenn nur die zweite Bremse B2 eingerückt ist. Mit den Zahnradzähnezahlen, die mit Bezug auf die 1 und 2 besprochen sind, wird ein erstes Drehmomentverhältnis von 6,0 hergestellt werden, wenn nur die erste Bremse B1 eingerückt ist, und ein zweites Drehmomentverhältnis von 3,2 wird hergestellt werden, wenn nur die zweite Bremse B2 eingerückt ist. Ein Rückwärtsdrehmomentverhältnis mit der gleichen Größenordnung wie das erste Drehmomentverhältnis wird durch Steuern des Motors/Generators 20, so dass der Rotor 22 und die Motorwelle 17 in einer Rückwärtsrichtung rotieren, hergestellt, wenn die zweite Bremse B1 eingerückt ist. Eine Tabelle der verschiedenen Übersetzungsverhältnisse, die durch das Getriebe 212A hergestellt werden können, ist in 6 gezeigt.
7 zeigt eine andere Ausführungsform eines Batterie-Elektrofahrzeugs 310 mit einem Antriebsstrang 311, der ein Getriebe 312 aufweist. Der Antriebsstrang 311 und das Getriebe 312 gleichen in vielerlei Hinsicht den Antriebssträngen 11, 111, 211 und 211A und Getrieben 12, 112, 112A und 212A der Fahrzeuge 10, 110, 210 und 210A der 1, 2, 3 und 5. Komponenten, die identisch mit denen der 1, 2, 3 und 5 sind und wie mit Bezug auf die 1, 2, 3 und 5 beschrieben sind, sind unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Wie 1 und 3 sind die Ritzelräder P1 und P2 des Getriebes 312 koaxial zueinander, aber drehbar auf einem gemeinsamen Träger gelagert und verbunden, um in Einklang miteinander zu rotieren. Dementsprechend ist der Planetenradsatz ein Planetenradsatz mit gemeinsamem Träger und Stufenritzeln. Das erste und zweite Sonnenradelement S1 und S2 sind nicht miteinander zur Rotation in Einklang verbunden und können und stattdessen unabhängig voneinander mit unterschiedlichen Drehzahlen rotieren. Das Getriebe 312 umfasst ein erste Hohlwelle 82, die konzentrisch mit und radial außen von der Motorwelle 17 liegt und mit dem ersten Sonnenradelement S1 verbunden ist. Eine erste Kupplung C1 ist selektiv einrückbar, um die Motorwelle 17 mit der ersten Hohlwelle 82 zu verbinden, so dass die Motorwelle 17 in Einklang mit dem ersten Sonnenradelement S1 rotiert.
Das Getriebe 312 umfasst auch eine zweite Hohlwelle 84 konzentrisch mit und radial außen von der ersten Hohlwelle 82 und der Motorwelle 17. Die zweite Hohlwelle 84 ist mit dem zweiten Sonnenradelement S2 verbunden. Eine zweite Kupplung C2 ist selektiv einrückbar, um die Motorwelle 17 mit der zweiten Hohlwelle 84 zu verbinden, so dass die Motorwelle 17 in Einklang mit dem zweiten Sonnenradelement S2 rotiert.
Das Getriebe 312 ist betreibbar, um durch Einrücken der Kupplungen C1, C2 und Bremsen B1, B2 in unterschiedlichen Zweierkombinationen bis zu fünf Vorwärtsübersetzungsverhältnisse herzustellen. Eine Tabelle der verschiedenen Übersetzungsverhältnisse, die durch das Getriebe 312 hergestellt werden können, ist in 7 gezeigt. Genauer ist ein erstes Vorwärtsverhältnis von Drehmoment des Trägerelements PC zu Drehmoment der Motorwelle 17 in dem ersten Gang (1) hergestellt, wenn nur die zweite Bremse B2 und die erste Kupplung C1 eingerückt sind. Ein Rückwärtsdrehmomentverhältnis mit der gleichen Größenordnung wie das erste Drehmomentverhältnis ist im Rückwärtsgang (R) durch Steuern des Motors/Generators 20, so dass der Rotor 22 und die Motorweile 17 in einer Rückwärtsrichtung rotieren, hergestellt, wenn nur die zweite Bremse B2 und die erste Kupplung C1 eingerückt sind. Ein zweites Vorwärtsverhältnis von Drehmoment des Trägerelements PC zu Drehmoment der Motorwelle 17 in dem zweiten Gang (2) ist hergestellt, wenn nur die erste Bremse B1 und die erste Kupplung C1 eingerückt sind. Ein drittes Vorwärtsverhältnis von Drehmoment des Trägerelements PC zu Drehmoment der Motorwelle 17 in dem dritten Gang (3) ist hergestellt, wenn nur die zweite Bremse B2 und die zweite Kupplung C2 eingerückt sind. Ein viertes Vorwärtsverhältnis von Drehmoment des Trägerelements PC zu Drehmoment der Motorwelle 17 in dem vierten Gang (4) ist hergestellt, wenn nur die erste Bremse B1 und die zweite Kupplung C2 eingerückt sind. Ein fünftes Vorwärtsverhältnis von Drehmoment des Trägerelements PC zu Drehmoment der Motorwelle 17 in dem fünften Gang (5) ist hergestellt, wenn nur die erste Kupplung C1 und die zweite Kupplung C2 eingerückt sind.
Mit den mit Bezug auf die 1 und 2 besprochenen Zahnradzähnezahlen ist das erste Drehmomentverhältnis 8,3, das zweite Drehmomentverhältnis ist 6,0, das dritte Drehmomentverhältnis ist 3,22, das vierte Drehmomentverhältnis ist 2,5 und das fünfte Drehmomentverhältnis ist 1,0 (direkter Antrieb). Somit lässt der fünfte Gang eine sehr hohe Fahrzeuggeschwindigkeit mit relativ niedriger Drehzahl des Elektromotors zu, wie etwa 1000 Umdrehungen pro Minute (U/min), aber nicht darauf begrenzt. Dies lässt vorteilhafterweise zu, dass das maximale Motordrehmoment beim Betrieb mit hoher Fahrzeuggeschwindigkeit verwendet werden kann. Das Getriebe 312 kann gesteuert werden, um nur manche der verfügbaren Drehzahlverhältnisse oder alle der verfügbaren Drehzahlverhältnisse herzustellen.
Der interne Hohlraum IC ist ausreichend bemessen, um die erste und zweite Bremse B1, B2 radial außen von den Hohlradelementen R1, R2 unterzubringen. Der Innenraum 62 und die axiale Länge AL sind ausreichend, um die erste Kupplung C1 und die zweite Kupplung C2 unterzubringen. Weil der interne Hohlraum IC, der Innenraum 62 und die axiale Länge AL ausreichend groß sind, können dementsprechend viele der gleichen Komponenten, die verwendet werden, um das Einganggetriebe 12 oder 112 herzustellen, verwendet werden, um die Zweigang- und Fünfganggetriebe 212, 212A und 312 herzustellen. Achsgleiche Batterie-Elektrofahrzeuge können für viele unterschiedliche Anwendungen durch Vorsehen des Motors/Generators 20, eines Differenzials, das gleich oder ähnlich wie das Differenzial 70 ist, und die Komponenten des Getriebes 12, 112, 212, 212A oder 312 kosteneffizient ausgestaltet werden. Die verschiedenen hierin gezeigten und beschriebenen Planetenradsätze 40, 140, 240, 240A und 340 ermöglichen die Flexibilität und Wirkungen der Antriebsstränge 11, 111, 211, 211A und 311.
9 zeigt eine andere Ausführungsform eines Batterie-Elektrofahrzeugs 410 mit einem Antriebsstrang 411, der ein Getriebe 412 aufweist. Der Antriebsstrang 411 und das Getriebe 412 gleichen in vielerlei Hinsicht den Antriebssträngen 11, 111, 211, 211A, 311 und Getrieben 12, 112, 212, 212A, 312 der Fahrzeuge 10, 110, 210, 210A, 310 der 1, 2, 3, 5 und 7. Komponenten, die identisch mit jenen der 1, 2, 3, 5 und 7 sind und wie mit Bezug auf die 1, 2, 3, 5 und 7 beschrieben funktionieren, sind unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Das Getriebe 412 ist als ein achsversetztes Getriebe angeordnet, da die Drehachse B der Halbwellen 16A, 16B parallel zu aber eine andere als die Drehachse A der Motorwelle 117 ist, was als eine achsversetzte Anordnung bezeichnet wird. Die Motorwelle 117 ist eine feste Welle oder könnte eine Hohlwelle sein, ist aber nicht konzentrisch zu der Halbwelle 16A wie bei den Getrieben 12, 112, 212, 212A, 312.
Ein erster Satz von Außenradzähnen 90 umgibt das gemeinsame Trägerelement PC. Die Außenradzähne 90 können einstückig an dem Außendurchmesser des Trägerelements PC gebildet sein oder können sich an einem Hohlrad befinden, das zur Rotation an dem Trägerelement PC angeschraubt oder auf andere Weise angebracht ist. Der erste Satz von Außenradzähnen 90 kämmt mit einem zweiten Satz von Außenradzähnen 92, die den Differenzialträger DC umgeben. Die Außenradzähne 92 können einstückig an dem Differenzialträger DC gebildet sein oder können sich an einem Hohlrad befinden, das zur Rotation mit dem Differenzialträger DC angeschraubt oder auf andere Weise angebracht ist. Wie gezeigt ist, erstreckt sich auch eine Hülse 94 von dem Differenzialträger DC und umgibt die Halbwelle 16A. Die Hülse 94 kann ein einstückig gebildeter Abschnitt des Differenzialträgers DC sein oder kann zur Rotation an dem Differenzialträger DC angeschraubt oder auf andere Weise verbunden sein.
Die relativen Zahlen der Außenradzähne 90, 92 können derart ausgestaltet sein, dass sie eine zusätzliche Drehzahlreduktion oder ein zusätzliches Achsantriebs-Übersetzungsverhältnis von dem Trägerelement PC zu den Halbwellen 16A, 16B zur Verfügung stellen. Mit der zusätzlichen Drehzahlreduktion könnten viele oder alle Bauteile des Getriebes 412 kleiner bemessen werden (d. h. relativ kleiner hergestellt werden als) die Komponenten der Getriebe 12, 112, 212, 212A, 312, während sie den gleichen Bereich von Ausgangsdrehmoment und Ausgangsdrehzahl der Halbwellen 16A, 16B zur Verfügung stellen. Zum Beispiel könnte irgendeiner oder könnten alle von dem Motor/Generator 20, dem Planetenradsatz 40, der Motorwelle 117 und den Lagern 80 aufgrund der zusätzlichen Drehzahlreduktion kleiner bemessen werden.
Obgleich die besten Ausführungsarten der vorliegenden Lehren ausführlich beschrieben worden sind, werden Fachleute auf dem Gebiet, das diese Lehren betrifft, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur praktischen Ausführung der vorliegenden Lehren innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche erkennen.

Claims

Getriebe für ein Fahrzeug, das erste und zweite Antriebsachsen-Halbwellen, die eine Drehachse definieren, einen Elektromotor/Generator mit einer Motorwelle parallel zu den Antriebsachsen-Halbwellen, und ein Differenzial mit einem Differenzialträger, der mit den Antriebsachsen-Halbwellen funktional verbunden ist, aufweist, wobei das Getriebe umfasst: einen Planetenradsatz mit: einem ersten Sonnenradelement, das ständig oder selektiv mit der Motorwelle verbindbar ist; ersten und zweiten Ritzelrädern, die koaxial zueinander sind; einem Trägerelement, das das erste und zweite Ritzelrad drehbar lagert, so dass das erste Ritzelrad mit dem ersten Sonnenradelement kämmt; einem Hohlradelement, das mit einem der Ritzelräder kämmt; einem nichtrotierenden Gehäuse, das das Hohlradelement radial umgibt; wobei das Hohlradelement ständig oder selektiv mit dem Gehäuse verbindbar ist; und wobei das Trägerelement funktional mit dem Differenzialträger verbindbar ist.
Getriebe nach Anspruch 1, wobei das erste Ritzelrad einen größeren Durchmesser als das zweite Ritzelrad aufweist und ständig verbunden ist, um in Einklang mit dem zweiten Ritzelrad als ein Stufenritzel zu rotieren; und wobei das Hohlradelement ständig an dem Gehäuse festgelegt ist und nur mit dem zweiten Ritzelrad kämmt.
Getriebe nach Anspruch 1, wobei das erste Ritzelrad einen größeren Durchmesser als das zweite Ritzelrad aufweist und ständig verbunden ist, um in Einklang mit dem zweiten Ritzelrad als ein Stufenritzel zu rotieren; und wobei das Hohlradelement ständig an dem Gehäuse festgelegt ist und nur mit dem ersten Ritzelrad kämmt.
Getriebe nach Anspruch 1, wobei das Hohlradelement ein erstes Hohlradelement ist, das mit dem ersten Ritzelrad kämmt; wobei der Planetenradsatz ein zweites Hohlradelement umfasst, das mit dem zweiten Ritzelrad kämmt; und ferner umfassend: eine erste Bremse, die selektiv einrückbar ist, um das erste Hohlradelement an dem Gehäuse festzulegen; eine zweite Bremse, die selektiv einrückbar ist, um das zweite Hohlradelement an dem Gehäuse festzulegen; wobei das erste Ritzelrad ständig verbunden ist, um in Einklang mit dem zweiten Ritzelrad als ein Stufenritzel zu rotieren; wobei ein Verhältnis von Drehmoment des Trägerelements zu Drehmoment der Motorwelle hergestellt ist, wenn nur die erste Bremse eingerückt ist, und ein anderes Verhältnis von Drehmoment des Trägerelements zu Drehmoment der Motorwelle hergestellt ist, wenn nur die zweite Bremse eingerückt ist.
Getriebe nach Anspruch 1, wobei der Planetenradsatz ein zweites Sonnenradelement aufweist, das mit dem zweiten Ritzelradelement kämmt; wobei das Hohlradelement ein erstes Hohlradelement ist; wobei der Planetenradsatz ein zweites Hohlradelement umfasst, das mit dem zweiten Ritzelrad kämmt; und ferner umfassend: eine erste Bremse, die selektiv einrückbar ist, um das erste Hohlradelement an dem Gehäuse festzulegen; eine zweite Bremse, die selektiv einrückbar ist, um das zweite Hohlradelement an dem Gehäuse festzulegen; wobei das erste Sonnenrad mit dem zweiten Sonnenrad verbunden ist, um in Einklang damit zu rotieren; wobei das erste Ritzelrad und das zweite Ritzelrad mit voneinander verschiedenen Drehzahlen rotierbar sind; und wobei ein erstes Verhältnis von Drehmoment des Trägerelements zu Drehmoment der Motorwelle hergestellt ist, wenn nur die erste Bremse eingerückt ist, und ein niedrigeres zweites Verhältnis von Drehmoment des Trägerelements zu Drehmoment der Motorwelle hergestellt ist, wenn nur die zweite Bremse eingerückt ist.
Getriebe nach Anspruch 1, wobei der Planetenradsatz ein zweites Sonnenradelement aufweist, das mit dem zweiten Ritzelrad kämmt; wobei das Hohlradelement ein erstes Hohlradelement ist; wobei der Planetenradsatz ein zweites Hohlradelement aufweist, das mit dem zweiten Ritzelrad kämmt; das ferner umfasst: eine erste Bremse, die selektiv einrückbar ist, um das erste Hohlradelement an dem Gehäuse festzulegen; eine zweite Bremse, die selektiv einrückbar ist, um das zweite Hohlradelement an dem Gehäuse festzulegen; wobei das erste Ritzelrad und das zweite Ritzelrad ständig miteinander verbunden sind, um in Einklang miteinander als ein Stufenritzel zu rotieren; eine erste Kupplung, die selektiv einrückbar ist, um die Motorwelle zu verbinden und somit in Einklang mit dem ersten Sonnenradelement zu rotieren; eine zweite Kupplung, die selektiv einrückbar ist, um die Motorwelle zu verbinden und somit in Einklang mit dem zweiten Sonnenradelement zu rotieren; und das Getriebe somit betreibbar ist, um bis zu fünf unterschiedliche Vorwärtsverhältnisse von Drehmoment des Trägerelements zu Drehmoment der Motorwelle durch Einrücken der Kupplungen und Bremsen in unterschiedlichen Zweierkombinationen herzustellen.
Getriebe nach Anspruch 1, wobei der Planetenradsatz ein zweites Sonnenradelement aufweist, das mit dem zweiten Ritzelrad kämmt; wobei das Hohlradelement ein erstes Hohlradelement ist; wobei der Planetenradsatz ein zweites Hohlradelement aufweist, das mit dem zweiten Ritzelrad kämmt; wobei das Gehäuse einen internen Hohlraum definiert, der einen ersten vorbestimmten Durchmesser aufweist; wobei der Planetenradsatz in dem internen Hohlraum angeordnet ist; wobei der interne Hohlraum ausreichend bemessen ist, um eine erste selektiv einrückbare Bremse, die einrückbar ist, um das erste Hohlradelement an dem Gehäuse festzulegen, und eine zweite selektiv einrückbare Bremse, die einrückbar ist, um das zweite Hohlradelement an dem Gehäuse festzulegen, unterzubringen; wobei das Trägerelement radial innen davon einen Innenraum definiert und eine axiale Länge definiert; und wobei der Innenraum und die axiale Länge ausreichend sind, um eine erste Kupplung, die selektiv einrückbar ist, um die Motorwelle zur Rotation in Einklang mit dem ersten Sonnenradelement zu verbinden, und eine zweite Kupplung, die selektiv einrückbar ist, um die Motorwelle zur Rotation in Einklang mit dem zweiten Sonnenradelement zu verbinden, unterzubringen.
Antriebsstrang für ein Fahrzeug, das erste und zweite Antriebsachsen-Halbwellen aufweist, die eine Drehachse herstellen, um die beiden Antriebsachsen-Halbwellen drehbar sind; wobei der Antriebsstrang umfasst: einen Elektromotor/Generator, der eine Motorwelle parallel zu der Drehachse aufweist; ein Getriebe, umfassend: einen Planetenradsatz mit: einem ersten Sonnenradelement, das ständig oder selektiv mit der Motorwelle verbindbar ist; einem ersten und zweiten Ritzelrad, die koaxial zueinander sind; einem Trägerelement, das das erste Ritzelrad und das zweite Ritzelrad drehbar lagert, so dass das erste Ritzelrad mit dem ersten Sonnenradelement kämmt; einem Hohlradelement, das mit einem der Ritzelräder kämmt; einem nichtrotierenden Gehäuse, das das Hohlradelement radial umgibt; wobei das Hohlradelement ständig oder selektiv mit dem Gehäuse verbindbar ist; ein Differenzial, das aufweist: einen Differenzialträger, der mit dem Trägerelement und mit den Antriebsachsen-Halbwellen funktional verbunden ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 8, wobei die Motorwelle koaxial mit der Drehachse der ersten und zweiten Antriebsachsen-Halbwelle und konzentrisch mit einer der Antriebsachsen-Halbwellen ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 8, wobei die Motorwelle um eine andere Drehachse parallel zu der Drehachse der ersten und zweiten Antriebsachsen-Halbwelle rotiert; und ferner umfassend: einen ersten Satz Außenradzähnen, der mit dem Trägerelement verbunden ist; und einen zweiten Satz Außenradzähnen, der mit dem Differenzialträger verbunden ist und mit dem ersten Satz Außenradzähnen kämmt.