DE102015110839A1

DE102015110839A1 - Electric final drive for a motor vehicle

Info

Publication number: DE102015110839A1
Application number: DE102015110839.9A
Authority: DE
Inventors: Falk Heilfort; Wael Mohamed
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2015-07-06
Filing date: 2015-07-06
Publication date: 2017-01-12

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Achsantrieb (1) für ein Kraftfahrzeug, wobei dieser eine Getriebeanordnung (2) mit zwei Gängen aufweist, mit einer Elektromaschine (11), einer mit der Elektromaschine (11) gekuppelten Eingangswelle (3) und einer Zwischenwelle (4), wobei die Eingangswelle (3) im ersten Gang über eine erste Stirnradstufe (5) und einen ersten Freilauf (6) an die Zwischenwelle (4) angebunden ist und die Eingangswelle (3) im zweiten Gang über eine zweite Stirnradstufe (7) und einen zweiten Freilauf (8) sowie eine Kupplung (9) an die Zwischenwelle (4) angebunden ist. Bei einem solchen Achsantrieb ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Eingangswelle (3) im zweiten Gang zusätzlich über einen zweiten Freilauf (8) an die Zwischenwelle (4) angebunden ist, wobei im ersten Gang, in einem Motorbetrieb der Elektromaschine (11), die Kupplung (9) geöffnet und der Momentenfluss über die erste Stirnradstufe (5) und den ersten Freilauf (6) zur Zwischenwelle (4) erfolgt, und im zweiten Gang, im Motorbetrieb, die Kupplung (9) geschlossen ist und der Momentenfluss über die zweite Stirnradstufe (7) und den zweiten Freilauf (8), bei überholtem Freilauf (6), zur Zwischenwelle (4) erfolgt, sowie die Zwischenwelle (4) in beiden Gängen über eine dritte Getriebestufe (18) an ein abtriebsseitiges Differential (20) des Achsantriebs (1) angebunden ist.The invention relates to an electric axle drive (1) for a motor vehicle, having a gear arrangement (2) with two gears, an electric machine (11), an input shaft (3) coupled to the electric machine (11) and an intermediate shaft (4). , wherein the input shaft (3) in the first gear via a first spur gear (5) and a first freewheel (6) is connected to the intermediate shaft (4) and the input shaft (3) in the second gear via a second spur gear (7) and a second freewheel (8) and a coupling (9) to the intermediate shaft (4) is connected. In such a final drive is inventively provided that the input shaft (3) is additionally connected via a second freewheel (8) to the intermediate shaft (4) in the second gear, wherein in the first gear, in a motor operation of the electric machine (11), the clutch (9) and the torque flow via the first spur gear (5) and the first freewheel (6) to the intermediate shaft (4), and in the second gear, in engine operation, the clutch (9) is closed and the torque flow through the second spur gear (7) and the second freewheel (8), with overhauled freewheel (6) to the intermediate shaft (4), and the intermediate shaft (4) in both courses via a third gear stage (18) to a driven-side differential (20) of the final drive (1) is connected.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Achsantrieb für ein Kraftfahrzeug, wobei dieser eine Getriebeanordnung mit zwei Gängen aufweist, mit einer Elektromaschine, einer mit der Elektromaschine gekuppelten Eingangswelle und einer Zwischenwelle, wobei die Eingangswelle im ersten Gang über eine erste Stirnradstufe und einen ersten Freilauf an die Zwischenwelle angebunden ist und die Eingangswelle im zweiten Gang über eine zweite Stirnradstufe und eine Kupplung an die Zwischenwelle angebunden ist. The invention relates to an electric final drive for a motor vehicle, wherein this has a transmission arrangement with two gears, with an electric machine, coupled to the electric machine input shaft and an intermediate shaft, wherein the input shaft in the first gear via a first spur gear and a first freewheel to the intermediate shaft is connected and the input shaft is connected in the second gear via a second spur gear and a clutch to the intermediate shaft.

Ein derartiger elektrischer Achsantrieb ist in der DE 10 2013 102 161 A1 , dort zum Stand der Technik beschrieben. Bei diesem Achsantrieb nimmt eine Rotorwelle einer Elektromaschine zwei Stirnräder auf, von denen ein Stirnrad fest mit der Rotorwelle verbunden ist und das andere Stirnrad durch Schließen einer Kupplung drehfest mit der Rotorwelle verbindbar ist. Das fest mit der Rotorwelle verbundene Stirnrad kämmt mit einem Stirnrad, das über einen Freilauf in einer weiteren Welle gelagert ist. Diese Welle nimmt drehfest ein weiteres Stirnrad auf, das mit dem nur über die Kupplung zuschaltbaren Stirnrad der Rotorwelle in Eingriff steht. Die Welle, der der Freilauf des Getriebes zugeordnet ist, nimmt drehfest ein weiteres Stirnrad auf, das mit einem Zahnrad eines Differentials zusammenwirkt. Über dieses Differential können zwei seitlich eines Kraftfahrzeugs angeordnete Räder, die zwei Achsabschnitten einer Achse des Kraftfahrzeugs zugeordnet sind, angetrieben werden. Der bei diesem Getriebe verwendete Freilauf stellt eine einseitig wirkende Kupplung dar. Wird die andere Kupplung geschlossen, sodass das dieser Kupplung zugeordnete Stirnrad drehfest mit der Rotorwelle verbunden ist, wird die parallel zur Rotorwelle angeordnete Welle mit einer solchen Winkelgeschwindigkeit angetrieben, dass der Freilauf überholt wird und demzufolge des Drehmoment, unter Umgehung des Freilaufs, übertragen wird. Such an electric final drive is in the DE 10 2013 102 161 A1 , described there in the prior art. In this final drive, a rotor shaft of an electric machine receives two spur gears, of which one spur gear is fixedly connected to the rotor shaft and the other spur gear is rotatably connected to the rotor shaft by closing a clutch. The fixedly connected to the rotor shaft spur gear meshes with a spur gear, which is mounted via a freewheel in another shaft. This shaft rotatably receives another spur gear, which engages with the only engageable via the clutch spur gear of the rotor shaft. The shaft, which is associated with the freewheel of the transmission, rotatably receives another spur gear, which cooperates with a gear of a differential. About this differential two laterally disposed of a motor vehicle wheels, which are associated with two axle sections of an axle of the motor vehicle, are driven. The freewheel used in this transmission is a one-way clutch. If the other clutch is closed so that the spur gear associated with this clutch is rotatably connected to the rotor shaft, the shaft arranged parallel to the rotor shaft is driven at such an angular speed that the freewheel is overhauled and consequently the torque is transmitted, bypassing the freewheel.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen gegenüber diesem elektrischen Achsantrieb modifizierten Achsantrieb zu schaffen, der insbesondere baulich besonders einfach gestaltet ist. Bei Betrieb des Achsantriebs im jeweiligen Gang sollen Getriebeteile, die dem anderen Gang zugeordnet sind, minimal in die Kinematik einbezogen sein. Überdies soll gemäß einer Weiterbildung auch ein Rekuperationsbetrieb möglich sein. Object of the present invention is to provide a relative to this electric axle drive modified final drive, which is particularly structurally particularly simple design. When operating the final drive in each gear transmission parts that are assigned to the other gear to be minimally involved in the kinematics. Moreover, according to a development, a recuperation operation should also be possible.

Gelöst wird die Aufgabe durch einen elektrischen Achsantrieb, der die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist. The object is achieved by an electric axle drive having the features of claim 1.

Bei dem elektrischen Achsantrieb ist die Eingangswelle im zweiten Gang zusätzlich über einen zweiten Freilauf an die Zwischenwelle angebunden. Im ersten Gang, bei einem Motorbetrieb der Elektromaschine, ist die Kupplung geöffnet und der Momentenfluss erfolgt über die erste Stirnradstufe und den ersten Freilauf zur Zwischenwelle. Im zweiten Gang, im Motorbetrieb, ist die Kupplung geschlossen und es erfolgt der Momentenfluss über die zweite Stirnradstufe und den zweiten Freilauf, bei überholtem ersten Freilauf, zur Zwischenwelle. Die Zwischenwelle ist in beiden Gängen über eine dritte Getriebestufe an ein abtriebsseitiges Differential des Achsantriebs angebunden. Bevorzugt ist die Eingangswelle koaxial zu einer Rotorwelle der Elektromaschine angeordnet. Diese koaxiale Anordnung ermöglicht eine besonders platzsparende Ausbildung des elektrischen Achsantriebs. Insbesondere bilden die Eingangswelle und die Rotorwelle ein Bauteil. In the electric axle drive, the input shaft in the second gear is additionally connected via a second freewheel to the intermediate shaft. In first gear, in an engine operation of the electric machine, the clutch is opened and the torque flow via the first spur gear and the first freewheel to the intermediate shaft. In the second gear, in engine operation, the clutch is closed and there is the flow of torque via the second spur gear and the second freewheel, with overhauled first freewheel, the intermediate shaft. The intermediate shaft is connected in both gears via a third gear stage to a driven-side differential of the final drive. Preferably, the input shaft is arranged coaxially with a rotor shaft of the electric machine. This coaxial arrangement allows a particularly space-saving design of the electric final drive. In particular, the input shaft and the rotor shaft form a component.

Die Kupplung ist vorzugsweise als reibschlüssig wirkende Kupplung ausgebildet. Durch einfaches Schalten der Kupplung kann demnach die kraftschlüssige Verbindung zwischen der Eingangswelle und der Zwischenwelle im zweiten Gang hergestellt bzw. getrennt werden. The coupling is preferably designed as a frictionally engaging coupling. By simply switching the clutch, therefore, the non-positive connection between the input shaft and the intermediate shaft in the second gear can be made or separated.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die dritte Getriebestufe eine dritte Stirnradstufe des Achsantriebs ist. Der elektrische Achsantrieb ist somit, abgesehen vom Differential, ausschließlich durch Getriebestufen, die als Stirnradstufen ausgebildet sind, aufgebaut. Auch dies ermöglicht eine besonders platzsparende und insbesondere baulich besonders einfache Gestaltung der Getriebeanordnung und damit des elektrischen Achsantriebs. It is particularly advantageous if the third gear stage is a third spur gear stage of the final drive. The electric final drive is thus, apart from the differential, built exclusively by gear stages, which are designed as spur gears. This also allows a particularly space-saving and in particular structurally particularly simple design of the gear assembly and thus the electric final drive.

Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Elektromaschine nicht nur im Motorbetrieb, sondern auch im Generatorbetrieb betrieben werden kann. Im Generatorbetrieb, zum Zwecke der Rekuperation, ist vorzugsweise eine Einrichtung zum Überbrücken des zweiten Freilaufs vorgesehen. Hierbei überbrückt in dem Generatorbetrieb der Elektromaschine im zweiten Gang die Einrichtung den zweiten Freilauf, womit der Momentenfluss zum Rekuperieren von der zweiten Stirnradstufe zur Eingangswelle erfolgt. In particular, it is provided that the electric machine can be operated not only in engine operation but also in generator operation. In generator mode, for the purpose of recuperation, a device for bridging the second freewheel is preferably provided. In the generator operation of the electric machine in second gear, the device bridges the second freewheel, with which the torque flow for recuperation from the second spur gear stage to the input shaft takes place.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der beigefügten Zeichnung und der Beschreibung des in der Zeichnung wiedergegebenen, bevorzugten Ausführungsbeispiels, ohne hierauf beschränkt zu sein. Further features of the invention will become apparent from the accompanying drawings and the description of the reproduced in the drawing, preferred embodiment, without being limited thereto.

Es zeigt: It shows:

1 den erfindungsgemäßen elektrischen Achsantrieb in einer schematischen Darstellung. 1 the electric axle drive according to the invention in a schematic representation.

Figurenbeschreibung figure description

Der elektrische Achsantrieb 1 für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen, weist ein lastschaltbares 2-Gang-Getriebe, nachfolgend als Getriebeanordnung 2 bezeichnet, auf. The electric final drive 1 for a motor vehicle, in particular a passenger car, has a power shift 2-speed transmission, hereinafter referred to as transmission arrangement 2 referred to.

Der Achsantrieb 1 weist eine Elektromaschine 11, eine mit der Elektromaschine 11 gekuppelte Eingangswelle 3 und eine parallel zur Eingangswelle 3 angeordnete Zwischenwelle 4 auf. Die Eingangswelle 3 ist im ersten Gang über eine erste Stirnradstufe 5 und einen ersten Freilauf 6 an die Zwischenwelle 4 angebunden. Die Eingangswelle 3 ist im zweiten Gang über eine zweite Stirnradstufe 7 und einen zweiten Freilauf 8 sowie eine Kupplung 9 an die Zwischenwelle 4 angebunden. The final drive 1 has an electric machine 11 , one with the electric machine 11 coupled input shaft 3 and one parallel to the input shaft 3 arranged intermediate shaft 4 on. The input shaft 3 is in first gear via a first spur gear stage 5 and a first freewheel 6 to the intermediate shaft 4 tethered. The input shaft 3 is in second gear via a second spur gear 7 and a second freewheel 8th as well as a clutch 9 to the intermediate shaft 4 tethered.

Im Einzelnen ist eine Rotorwelle 10 der Elektromaschine 11 drehfest mit der Eingangswelle 3 verbunden. Diese Eingangswelle 3 ist mit koaxial zur Rotorwelle 10 angeordnet. Die erste Stirnradstufe 5 ist durch ein fest mit der Eingangswelle 3 verbundenes Stirnrad 12 mit relativ geringem Durchmesser und ein mit diesem Stirnrad 12 kämmendes Stirnrad 13, das einen bezüglich des Stirnrads 12 relativ großen Durchmesser aufweist, gebildet. Das Stirnrad 13 ist über den ersten Freilauf 6 an die Zwischenwelle 4 angebunden. Die Eingangswelle 3 ist über das Stirnrad 12 hinaus verlängert. Ein Stirnrad 14 der zweiten Stirnradstufe 7 ist über die Kupplung 9 mit der Eingangswelle 3 drehfest verbindbar. Bei dieser Kupplung 9 handelt es sich um eine reibschlüssig wirksame Kupplung. Das Stirnrad 14 bildet Bestandteil der zweiten Stirnradstufe 7 und kämmt mit einem im Durchmesser bezüglich diesem relativ größeren Stirnrad 15 dieser zweiten Stirnradstufe 7. Das Stirnrad 15 ist über den zweiten Freilauf 8 an die Zwischenwelle 4 angebunden. Zusätzlich ist eine Einrichtung 16 zum Überbrücken des zweiten Freilaufs 8 vorgesehen, sodass bei geschalteter Einrichtung 16 die Zwischenwelle 4 drehfest mit dem Stirnrad 15 der zweiten Stirnradstufe 7 verbunden ist. In detail is a rotor shaft 10 the electric machine 11 rotatably with the input shaft 3 connected. This input shaft 3 is coaxial with the rotor shaft 10 arranged. The first spur gear stage 5 is through a fixed to the input shaft 3 connected spur gear 12 with a relatively small diameter and one with this spur gear 12 combing spur gear 13 that one with respect to the spur gear 12 relatively large diameter formed. The spur gear 13 is about the first freewheel 6 to the intermediate shaft 4 tethered. The input shaft 3 is over the spur gear 12 extended beyond. A spur gear 14 the second spur gear 7 is about the clutch 9 with the input shaft 3 rotatably connected. In this clutch 9 it is a frictionally engaged coupling. The spur gear 14 forms part of the second spur gear 7 and meshes with a diameter with respect to this relatively larger spur gear 15 this second spur gear 7 , The spur gear 15 is about the second freewheel 8th to the intermediate shaft 4 tethered. In addition, there is a facility 16 for bridging the second freewheel 8th provided so that when switched device 16 the intermediate shaft 4 rotatably with the spur gear 15 the second spur gear 7 connected is.

Im Detail ist mit der Zwischenwelle 4, zwischen den beiden Freiläufen 6 und 7 angeordnet, ein Stirnrad 17 einer dritten Stirnradstufe 18 drehfest mit der Zwischenwelle 4 verbunden. Dieses Stirnrad 17 kämmt mit einem Stirnrad 19 der dritten Stirnradstufe 18, das mit einem Differential 20 zusammenwirkt. Das Differential 20 dient dem Antreiben zweier Laufräder 21 über Achswellen 22 der Fahrzeugachse. In detail is with the intermediate shaft 4 , between the two freewheels 6 and 7 arranged, a spur gear 17 a third spur gear 18 rotatably with the intermediate shaft 4 connected. This spur gear 17 combs with a spur gear 19 the third spur gear stage 18 that with a differential 20 interacts. The differential 20 serves to drive two wheels 21 over axle shafts 22 the vehicle axle.

Im ersten Gang, in einem Motorbetrieb der Elektromaschine 11, ist die Kupplung 9 geöffnet und es erfolgt der Momentenfluss über die erste Stirnradstufe 5 und den ersten Freilauf 6 zur Zwischenwelle 4, da diese langsamer dreht. Von der Zwischenwelle 4 erfolgt der Momentenfluss über die dritte Stirnradstufe 18 zum Differential 20 und von dort über die Achswellen 22 zu den Laufrädern 21 des Fahrzeugs. Die Stirnräder 17 und 19 der dritten Stirnradstufe 18 bilden einen Final Drive. Über das Differential 20 wird das Abtriebsmoment auf beide Laufräder 21 verteilt. In first gear, in an engine operation of the electric machine 11 , is the clutch 9 opened and there is the flow of torque over the first spur gear 5 and the first freewheel 6 to the intermediate shaft 4 as it rotates slower. From the intermediate shaft 4 the torque flow takes place via the third spur gear stage 18 to the differential 20 and from there via the axle shafts 22 to the wheels 21 of the vehicle. The spur wheels 17 and 19 the third spur gear stage 18 form a final drive. About the differential 20 the output torque on both wheels 21 distributed.

Beim Schalten vom ersten in den zweiten Gang wird die Kupplung 9 geschlossen und somit das Stirnrad 14 aktiviert. Die Stirnräder 14 und 15 der zweiten Stirnradstufe 7 kämmen miteinander und bilden die Übersetzung des zweiten Gangs. Diese Übersetzung ist kleiner als die im ersten Gang, womit der zweite Freilauf 8 greift und den ersten Freilauf 6 überholt. Über das Stirnrad 15, den zweiten Freilauf 8 und die Zwischenwelle 4 wird in diesem zweiten Gang das Moment in die dritte Stirnradstufe 18 und von dieser zum Differential 20 und den Laufrädern 21 eingeleitet. When switching from the first to the second gear, the clutch 9 closed and thus the spur gear 14 activated. The spur wheels 14 and 15 the second spur gear 7 mesh with each other and form the translation of the second gear. This ratio is smaller than that in first gear, bringing the second freewheel 8th attacks and the first freewheel 6 outdated. About the spur gear 15 , the second freewheel 8th and the intermediate shaft 4 In this second gear, the moment is in the third spur gear 18 and from this to the differential 20 and the wheels 21 initiated.

Im Generatorbetrieb, zum Rekuperieren, wird über ein Schaltelement die Einrichtung 16 im zweiten Gang aktiviert. Demzufolge verläuft in diesem Generatorbetrieb der Elektromaschine 11 der Momentenfluss von den Laufrädern 21 über die Achswellen 22 zum Differential 20 und von dort über die dritte Stirnradstufe 18 und die mittels der Einrichtung 16 nunmehr drehfest verbundenen Stirnräder 17 und 15 von dritter Stirnradstufe 18 und zweiter Stirnradstufe 7 zur Eingangswelle 3 und damit zur Elektromaschine 11. Bei Rekuperieren ist somit der zweite Freilauf 8 überbrückt. – Es ist somit im zweiten Gang, bei aktivierter Einrichtung 16, ein Generatorbetrieb der Elektromaschine 11 möglich. Im ersten Gang hingegen ist bei Schubbetrieb der erste Freilauf 6 wirksam, sodass kein Moment zur Elektromaschine 11 übertragen werden kann. In generator mode, for recuperation, via a switching element, the device 16 activated in second gear. Consequently, runs in this generator mode of the electric machine 11 the moment flow of the wheels 21 over the axle shafts 22 to the differential 20 and from there on the third spur gear 18 and by means of the device 16 now rotatably connected spur gears 17 and 15 from third spur gear 18 and second spur gear 7 to the input shaft 3 and thus to the electric machine 11 , When Rekuperieren is thus the second freewheel 8th bridged. - It is thus in second gear, with activated device 16 , a generator operation of the electric machine 11 possible. In first gear, however, is the first freewheel during coasting 6 effective, so no moment to the electric machine 11 can be transferred.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102013102161 A1 [0002]

Claims

Electric final drive ( 1 ) for a motor vehicle, wherein this a transmission arrangement ( 2 ) with two gears, with an electric machine ( 11 ), one with the electric machine ( 11 ) coupled input shaft ( 3 ) and an intermediate wave ( 4 ), wherein the input shaft ( 3 ) in first gear via a first spur gear stage ( 5 ) and a first freewheel ( 6 ) to the intermediate shaft ( 4 ) and the input shaft ( 3 ) in second gear via a second spur gear ( 7 ) and a second freewheel ( 8th ) as well as a coupling ( 9 ) to the intermediate shaft ( 4 ), characterized in that the input shaft ( 3 ) in second gear additionally via a second freewheel ( 8th ) to the intermediate shaft ( 4 ), wherein in first gear, in an engine operation of the electric machine ( 11 ), the coupling ( 9 ) and the torque flow over the first spur gear stage ( 5 ) and the first freewheel ( 6 ) to the intermediate shaft ( 4 ), and in second gear, in engine operation, the clutch ( 9 ) is closed and the torque flow through the second spur gear ( 7 ) and the second freewheel ( 8th ), with overhauled freewheel ( 6 ), to the intermediate wave ( 4 ), as well as the intermediate shaft ( 4 ) in both gears via a third gear stage ( 18 ) to a driven-side differential ( 20 ) of the final drive ( 1 ) is attached.

Final drive according to claim 1, characterized in that the input shaft ( 3 ) coaxial with a rotor shaft ( 10 ) of the electric machine ( 11 ) is arranged.

Final drive according to claim 2, characterized in that the input shaft ( 3 ) and the rotor shaft ( 10 ) are a component.

Final drive according to one of claims 1 to 3, characterized in that the coupling ( 9 ) is a friction-acting coupling.

Axle drive according to one of claims 1 to 4, characterized in that the third gear stage ( 18 ) a third spur gear stage of the final drive ( 1 ).

Final drive according to one of claims 1 to 5, characterized in that a device ( 16 ) for bridging the second freewheel ( 8th ) is provided, wherein in a generator operation of the electric machine ( 11 ) in the second gear the device ( 16 ) the second freewheel ( 8th ), with torque flow for recuperation of the third gear stage to the input shaft ( 3 ).