DE102015106503B4

DE102015106503B4 - Fahrzeuggetriebe mit planetenradsatz mit gemeinsamem trägerelement

Info

Publication number: DE102015106503B4
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: 2022-07-28
Anticipated expiration: 2035-04-29
Also published as: CN105090390B; CN105090390A; US20150330492A1; US9707834B2; DE102015106503A1

Abstract

Antriebsstrang (211A) für ein Batterie-Elektrofahrzeug, wobei der Antriebsstrang (211 A) umfasst:eine erste und eine zweite Antriebsachsen-Halbwelle (16A, 16B), die eine Drehachse (A) herstellen, um die beide Antriebsachsen-Halbwellen (16A, 16B) drehbar sind,einen Elektromotor/Generator (20), der eine Motorwelle (17) aufweist, wobei die Motorwelle (17) eine Hohlwelle ist, die koaxial mit der ersten Antriebsachsen-Halbwelle (16A) liegt und einen Abschnitt von dieser radial umgibt;ein Getriebe (212A), umfassend:einen Planetenradsatz (40) mit:einem ersten Sonnenradelement (S1), das ständig mit der Motorwelle (17) verbunden ist;einem zweiten Sonnenradelement (S2), das ständig mit der Motorwelle (17) verbunden ist;einem ersten und zweiten Ritzelrad (P1, P2), die koaxial zueinander sind;einem Trägerelement (PC), das das erste Ritzelrad (P1) und das zweite Ritzelrad (P2) drehbar lagert, so dass das erste Ritzelrad (P1) mit dem ersten Sonnenradelement (S1) kämmt und das zweite Ritzelrad (P2) mit dem zweiten Sonnenradelement (S2) kämmt;einem ersten Hohlradelement (R1), das mit dem ersten Ritzelrad (P1) kämmt;einem zweiten Hohlradelement (R2), das mit dem zweiten Ritzelrad (P2) kämmt;ein nichtrotierendes Gehäuse (60), das die Hohlradelemente (R1; R2) radial umgibt; wobei das erste Hohlradelement (R1) selektiv über eine erste Bremse (B1) mit dem Gehäuse (60) verbindbar ist und das zweite Hohlradelement (R2) selektiv über eine zweite Bremse (B2) mit dem Gehäuse (60) verbindbar ist;ein Differenzial (70), das aufweist:einen Differenzialträger (DC), der mit dem Trägerelement (PC) und mit den Antriebsachsen-Halbwellen (16A, 16B) funktional verbunden ist.

Description

Die vorliegenden Lehren betreffen ein Fahrzeuggetriebe zum Liefern von Traktionsdrehmoments von einem Elektromotor/Generator an Antriebsachsen-Halbwellen eines Fahrzeugs.
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.
Aus der US 2 871 726 A ist ein Antriebsstrang bekannt, bei welchem koaxial zwischen einer von einer Brennkraftmaschine kommender Eingangswelle und einer Ausgangswelle ein Getriebe angeordnet ist, das einen Planetenradsatz mit einem ersten und einem zweiten Sonnenradelement, die selektiv mit der Eingangswelle verbindbar sind, einem Satz Stufenritzelräder mit einem ersten Satz Ritzelrädern mit größerem Durchmesser und einem zweiten Satz Ritzelrädern mit kleinerem Durchmesser, einem Trägerelement, das den Satz Stufenritzelräder drehbar lagert, so dass der erste Satz Ritzelräder mit größerem Durchmesser mit dem ersten Sonnenradelement kämmt und der zweite Satz Ritzelräder mit kleinerem Durchmesser mit dem zweiten Sonnenradelement kämmt, einem ersten und einem zweiten Hohlradelement, die jeweils mit einem Satz der beiden Sätze Ritzelräder mit größerem und kleinerem Durchmesser kämmen, und ein nichtrotierendes Gehäuse aufweist, das die Hohlradelemente radial umgibt, wobei die Hohlradelemente selektiv mit dem Gehäuse verbindbar sind.
Die DE 10 2009 041 085 A1 offenbart einen Hybridantriebstrang mit koaxialen Eingangs- und Ausgangswellen und einem dazwischen angeordneten Getriebe, das umfasst: zwei Planetenradsätze mit einem ersten Sonnenradelement, das ständig mit einem Elektromotor verbunden ist, einem zweiten Sonnenradelement, das ständig mit einem Verbrennungsmotor verbunden ist, einem ersten Planetenrad und einem zweiten Planetenrad, die koaxial zueinander liegen und über eine Kupplung miteinander verbindbar sind, einem Trägerelement, das die Planetenräder drehbar lagert, einem ersten Hohlradelement und einem zweiten Hohlradelement, wobei die Planetenräder jeweils mit einem zugehörigen Sonnenradelement und Hohlradelement kämmen, einem nichtrotierenden Gehäuse, das die Hohlradelemente radial umgibt; wobei die Hohlradelemente selektiv mit dem Gehäuse verbindbar sind.
Die WO 2001/ 122 063 A1 offenbart Antriebsstränge, bei denen ein Motor über eine Eingangswelle ein Sonnenrad eines Planetengetriebes antreibt, wobei das Sonnenrad mit einem Ritzel mit größerem Durchmesser eines Stufenritzelrades kämmt. Das Ritzel mit größerem Durchmesser und ein Ritzel mit kleinerem Durchmesser des Stufenritzelrades kämmen jeweils mit einem Hohlrad, das jeweils über eine Bremse an einem Getriebegehäuse festlegbar ist. Das Stufenritzelrad ist auf einem Träger gelagert, der über eine Hohlwelle, die die Eingangswelle umgibt, mit einem Zahnrad verbunden ist, welches mit einem Zahnrad eines Differenzialgehäuses kämmt.
Die DE 690 18 675 T2 offenbart Antriebsstränge mit koaxial angeordneten Eingangs- und Ausgangswellen, zwischen welchen unterschiedliche Kombinationen von zusammengesetzten Planetenradsätzen angeordnet sein können, die drei Kupplungen und drei Bremsen aufweisen.
Die nachveröffentlichte DE 10 2013 225 519 A1 offenbart einen Antriebsstrang für ein Elektrofahrzeug, das eine erste und eine zweite Antriebsachsen-Halbwelle, die eine Drehachse herstellen, um die beide Antriebsachsen-Halbwellen drehbar sind, einen Elektromotor/Generator, der eine Motorwelle aufweist, wobei die Motorwelle eine Hohlwelle ist, die koaxial mit der ersten Antriebsachsen-Halbwelle liegt und einen Abschnitt von dieser radial umgibt; ein Getriebe mit einem einen Planetenradsatz und ein Differenzial, umfasst. Der Planetenradsatz umfasst ein Sonnenradelement, das ständig mit der Motorwelle verbunden ist; ein erstes Hohlradelement und ein zweites Hohlradelement; ein Stufenritzel mit einem ersten und einem zweiten Ritzelrad, die koaxial miteinander verbunden sind; ein Trägerelement, das das Stufenritzel drehbar lagert, so dass das erste Ritzelrad mit dem Sonnenradelement und dem ersten Hohlrad kämmt und das zweite Ritzelrad mit dem zweiten Hohlrad kämmt; ein nichtrotierendes Gehäuse, das das erste und zweite Hohlradelement radial umgibt; wobei das erste Hohlradelement und das zweite Hohlradelement über eine erste Bremse bzw. eine zweite Bremse selektiv mit dem Gehäuse verbindbar sind. Das Differenzial weist einen Differenzialträger auf, der mit dem Trägerelement und mit den Antriebsachsen-Halbwellen funktional verbunden ist.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Antriebsstrang für ein Batterie-Elektrofahrzeug zur Verfügung zu stellen, der wenig Bauraum einnimmt.
Diese Aufgabe wird durch Antriebsstränge mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und den Merkmalen des Anspruchs 2 gelöst.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft beschrieben:

1 ist eine schematische Darstellung in Prinzipdiagrammform eines Abschnitts eines Fahrzeugs mit einem nicht beanspruchten Antriebsstrang.
2 ist eine schematische Darstellung in Prinzipdiagrammform eines Abschnitts eines Fahrzeugs mit einem nicht beanspruchten Antriebsstrang.
3 ist eine schematische Darstellung in Prinzipdiagrammform eines Abschnitts eines Fahrzeugs mit einem nicht beanspruchten Antriebsstrang.
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 eines Fahrzeugs mit einer ersten erfindungsgemäßen 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 eines Fahrzeugs mit einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Antriebsstrangs.
8 ist eine Tabelle, die den Einrückungszustand der Drehmomentübertragungsmechanismen angibt, um unterschiedliche verfügbare Übersetzungsverhältnisse in dem Getriebe von 7 herzustellen.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, wobei sich ähnliche Bezugszeichen überall in den verschiedenen Ansichten auf ähnliche Bauteile beziehen, zeigt 1 einen Teil 10 eines Fahrzeugs, das als ein Batterie-Elektrofahrzeug bezeichnet werden kann. Das Fahrzeug kann stattdessen ein Batterie-Brennstoffzellenfahrzeug sein, das eine Brennstoffzelle (nicht gezeigt) aufweist, die mit der hierin beschriebenen Batterie 28 verbunden ist. Das Fahrzeug weist einen nicht beanspruchten 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 Trägerelement und ein Differenzial 70 überträgt. Die Antriebsachsen-Halbwellen 16A, 16B können vordere Antriebsachsen-Halbwellen sein, so dass das Fahrzeug 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 Trägerelement 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.
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 Motorwelle 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 Trägerelement 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 einen Teil 110 eines anderes Batterie-Elektrofahrzeugs mit einem nicht beanspruchten Antriebsstrang 111 und einem Getriebe 112, die in vielerlei Hinsicht dem Antriebsstrang 11 und dem Getriebe 12 des Fahrzeugs 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 Trägerelement 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 Trägerelement 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 einen Teil 210 eines Batterie-Elektrofahrzeugs mit einem nicht beanspruchten 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 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 einen Planetenradsatz 240 mit gemeinsamem Trägerelement 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 Antriebssträngen 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 Trägerelement 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 einen Teil 210A eines Batterie-Elektrofahrzeug mit einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Antriebsstrangs 211A, der ein Getriebe 212A aufweist. Der Antriebsstrang 211A und das Getriebe 212A gleichen in vielerlei Hinsicht dem Antriebsstrang 211 und dem Getriebe 212 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 einen Planetenradsatz 240A mit gemeinsamem Trägerelement 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 Trägerelement und Stufenritzel, weist der Planetenradsatz 240A mit gemeinsamem Trägerelement 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 das gemeinsame Trägerelement PC drehbar gelagert sind, so dass der Planetenradsatz 240A ein Planetenradsatz mit gemeinsamem Trägerelement 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 einen Teil 310 eines Batterie-Elektrofahrzeug mit einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Antriebsstrangs 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 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 Trägerelement gelagert und verbunden, um in Einklang miteinander zu rotieren. Dementsprechend ist der Planetenradsatz ein Planetenradsatz mit gemeinsamem Trägerelement 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 Motorwelle 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 Getriebe 12 oder 112, das ein Einganggetriebe ist, herzustellen, verwendet werden, um die Getriebe 212, 212A und 312, die Zweigang- und Fünfganggetriebe sind, 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.

Claims

Antriebsstrang (211A) für ein Batterie-Elektrofahrzeug, wobei der Antriebsstrang (211 A) umfasst: eine erste und eine zweite Antriebsachsen-Halbwelle (16A, 16B), die eine Drehachse (A) herstellen, um die beide Antriebsachsen-Halbwellen (16A, 16B) drehbar sind, einen Elektromotor/Generator (20), der eine Motorwelle (17) aufweist, wobei die Motorwelle (17) eine Hohlwelle ist, die koaxial mit der ersten Antriebsachsen-Halbwelle (16A) liegt und einen Abschnitt von dieser radial umgibt; ein Getriebe (212A), umfassend: einen Planetenradsatz (40) mit: einem ersten Sonnenradelement (S1), das ständig mit der Motorwelle (17) verbunden ist; einem zweiten Sonnenradelement (S2), das ständig mit der Motorwelle (17) verbunden ist; einem ersten und zweiten Ritzelrad (P1, P2), die koaxial zueinander sind; einem Trägerelement (PC), das das erste Ritzelrad (P1) und das zweite Ritzelrad (P2) drehbar lagert, so dass das erste Ritzelrad (P1) mit dem ersten Sonnenradelement (S1) kämmt und das zweite Ritzelrad (P2) mit dem zweiten Sonnenradelement (S2) kämmt; einem ersten Hohlradelement (R1), das mit dem ersten Ritzelrad (P1) kämmt; einem zweiten Hohlradelement (R2), das mit dem zweiten Ritzelrad (P2) kämmt; ein nichtrotierendes Gehäuse (60), das die Hohlradelemente (R1; R2) radial umgibt; wobei das erste Hohlradelement (R1) selektiv über eine erste Bremse (B1) mit dem Gehäuse (60) verbindbar ist und das zweite Hohlradelement (R2) selektiv über eine zweite Bremse (B2) mit dem Gehäuse (60) verbindbar ist; ein Differenzial (70), das aufweist: einen Differenzialträger (DC), der mit dem Trägerelement (PC) und mit den Antriebsachsen-Halbwellen (16A, 16B) funktional verbunden ist.
Antriebsstrang (311) für ein Batterie-Elektrofahrzeug, wobei der Antriebsstrang (311) umfasst: eine erste und eine zweite Antriebsachsen-Halbwelle (16A, 16B), die eine Drehachse (A) herstellen, um die beide Antriebsachsen-Halbwellen (16A, 16B) drehbar sind, einen Elektromotor/Generator (20), der eine Motorwelle (17) aufweist, wobei die Motorwelle (17) eine Hohlwelle ist, die koaxial mit der ersten Antriebsachsen-Halbwelle (16A) liegt und einen Abschnitt von dieser radial umgibt; ein Getriebe (312), umfassend: einen Planetenradsatz (40) mit: einem ersten Sonnenradelement (S1), das über eine erste Kupplung (C1) und eine erste Hohlwelle (82) mit der Motorwelle (17) verbindbar ist; einem zweiten Sonnenradelement (S2), das selektiv über eine zweite Kupplung (C2) und eine zweite Hohlwelle (84) mit der Motorwelle (17) verbindbar ist; mehrere Stufenritzel (47), wobei jedes Stufenritzel (47) ein erstes und zweites Ritzelrad (P1, P2) umfasst, die koaxial zueinander sind; einem Trägerelement (PC), das die Stufenritzel (47) drehbar lagert, so dass die ersten Ritzelräder (P1) mit dem ersten Sonnenradelement (S1) kämmen und die zweiten Ritzelräder (P2) mit dem zweiten Sonnenradelement (S2) kämmen; einem ersten Hohlradelement (R1), das mit den ersten Ritzelrädern (P2; P1; P1, P2) kämmt; einem zweiten Hohlradelement (R2), das mit den zweiten Ritzelrädern (P2) kämmt; ein nichtrotierendes Gehäuse (60), das das erste und zweite Hohlradelement (R1; R2) radial umgibt; wobei das erste Hohlradelement (R1) selektiv über eine erste Bremse (B1) mit dem Gehäuse (60) verbindbar ist und das zweite Hohlradelement (R2) selektiv über eine zweite Bremse (B2) mit dem Gehäuse (60) verbindbar ist; ein Differenzial (70), das aufweist: einen Differenzialträger (DC), der mit dem Trägerelement (PC) und mit den Antriebsachsen-Halbwellen (16A, 16B) funktional verbunden ist.