DE102016120971A1

DE102016120971A1 - Antriebsstrang mit multi-planetarischer Einzelmotor-Antriebseinheit

Info

Publication number: DE102016120971A1
Application number: DE102016120971.6A
Authority: DE
Inventors: Joseph Ralph Littlefield; Pete R. Garcia; Alan G. Holmes
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2015-11-12
Filing date: 2016-11-03
Publication date: 2017-05-18
Also published as: US20170136870A1; CN106696670A; US9950607B2; CN106696670B

Abstract

Ein Antriebsstrang umfasst ein Ausgangselement und erste und zweite einfache Planetenradsätze. Die Planetenradsätze weisen jeweils ein erstes, ein zweites und ein drittes Element mit einem Sonnenrad, Trägerelement und Hohlradelement auf. Die Antriebseinheit umfasst einen Einzelelektromotor, der als Motor bedienbar ist und mit einem Rotor zum gemeinsamen Drehen und Antreiben des Sonnenradelementes des ersten Planetenradsatzes verbunden ist. Ein Verbindungselement verbindet das zweite Element des ersten Planetenradsatzes zum gemeinsamen Drehen mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes. Das dritte Element des ersten Planetenradsatzes oder das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes ist kontinuierlich mit dem ortsfesten Element verankert oder funktionsfähig zum Antrieb durch einen Motor verbunden. Das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes ist kontinuierlich funktionsfähig mit dem Ausgangselement verbunden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegenden Offenbarungen betreffen im Allgemeinen einen Antriebsstrang mit einer elektrischen Antriebseinheit.
HINTERGRUND
Hybridantriebsstränge für Fahrzeuge verwenden unterschiedliche Energiequellen unter verschiedenen Fahrzeugbetriebsbedingungen. Ein elektromechanischer Hybridantriebsstrang weist normalerweise einen Verbrennungsmotor auf, wie etwa einen Diesel- oder Ottomotor und einen oder mehrere Motoren/ Generatoren. Unterschiedliche Betriebsmodi, wie etwa ein rein motorischer Betriebsmodus, ein rein elektrischer Betriebsmodus und ein hybrider Betriebsmodus, werden durch das Zuschalten der Bremsen und/ oder Kupplungen in verschiedenen Kombinationen eingestellt und Steuern die Maschine und den Motor/ Generator. Die verschiedenen Betriebsmodi sind vorteilhaft, da sie zum Verbessern der Kraftstoffeffizienz verwendet werden können. Jedoch erhöhen die benötigten zusätzlichen Bauteile, die für einen Hybridantriebsstrang erforderlich sind, wie etwa der Motor/ die Generatoren, Bremsen und/ oder Kupplungen, die Kosteneffizienz des Fahrzeugs und Bauraumanforderungen.
ZUSAMMENFASSUNG
Verschiedene Ausführungsformen der multi-planetarischen Einzelmotor-Antriebseinheiten, die relativ kompakt sind, werden bereitgestellt und können zum Antrieb einer Achse als eine Einzelachse, elektrische Antriebsachse oder mit einem Motor oder einer anderen Energiequelle zum Antrieb einer Achse als mehrachsige leistungsverzweigte Antriebsachsenanordnung angeordnet sein. Die Antriebseinheit kann einen vollelektrischen oder rein elektrischen Antrieb mit nur dem Einzelelektromotor als Energiequelle aufweisen und als elektrische Achse beschrieben werden. Zusätzlich oder alternativ kann eine leistungsverzweigte Antriebsachsenanordnung auf einer Achse eines Fahrzeugs, wie etwa einer Vorderachse verwendet werden sowie eine elektrische Antriebsachse auf einer zweiten Achse, wie etwa einer Hinterachse zum Erstellen einer Allradantriebsanordnung. Die Antriebseinheiten können als Module mit einem ersten Modul konfiguriert werden, das an der eingabeverzweigten Antriebsachse verwendet wird und einem im Wesentlichen identischen zweiten Modul an der elektrischen Antriebsachse. Die Modularität kann Skaleneffekte in der Herstellung erzielen. Da die Antriebseinheiten Planetengetriebeanordnungen verwenden, sind sie kompakter als andere Getriebeanordnungen, wie etwa dreiachsige Anordnungen.
Ein Antriebsstrang kann eine Antriebseinheit umfassen, die ein Ausgangselement, einen ersten Planetenradsatz und einen zweiten Planetenradsatz umfassen. Jede der ersten und zweiten Planetenradsätze sind einfache Planetenradsätze mit einem ersten Element, einem zweiten Element und einem dritten Element, einschließlich einem Sonnenradelement, einem Trägerelement und einem Hohlradelement. Die Antriebseinheit umfasst einen Einzelelektromotor, der als Motor bedienbar ist und mit einem Rotor zum gemeinsamen Drehen und Antreiben des Sonnenradelementes des ersten Planetenradsatzes verbunden ist. Ein Verbindungselement verbindet das zweite Element des ersten Planetenradsatzes zum gemeinsamen Drehen mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes. Ein drittes Element des ersten Planetenradsatzes und das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes sind kontinuierlich am ortsfesten Element verankert oder funktionsfähig zum Antrieb durch den Motor verbunden (z. B. in einer Antriebseinheit, die in einer eingabeverzweigten Anordnung angeordnet ist). Das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes ist kontinuierlich funktionsfähig mit dem Ausgangselement verbunden. Verschiedene Ausführungsformen können eine zusätzliche Bremse, eine Kupplung und/ oder einen dritten Planetenradsatz umfassen.
Bei Verwendung als Module mit einer Antriebseinheit auf einer ersten Achse eines Fahrzeugs, die mit funktionsfähiger Verbindung mit einem Motor verbunden sind und einer Antriebseinheit auf einer zweiten Achse des Fahrzeugs, können verschiedene Betriebsmodi mit Allradantrieb-Betriebsmodi, abhängig von spezifischen Konfiguration der verwendeten elektrischen Antriebseinheit, bereitgestellt werden.
Die oben genannten Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der gegenwärtigen Offenbarung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bestmöglichen praktischen Umsetzung der dargestellten Offenbarung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen hervor.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung in Form eines Hebeldiagramms eines Antriebsstrangs mit einer elektrischen Antriebseinheit.
2 ist eine schematische Darstellung in Form eines Strichdiagramms des Antriebsstrangs der 1, einschließlich eines Steuersystems.
3 ist eine schematische Darstellung in Form eines Hebeldiagramms eines Antriebsstrangs mit einer elektrischen Antriebseinheit gemäß eines alternativen Aspektes der vorliegenden Offenbarung.
4 ist eine schematische Darstellung in Form eines Strichdiagramms des Antriebsstrangs der 3, einschließlich eines Steuersystems.
5 ist eine schematische Darstellung in Form eines Hebeldiagramms eines Antriebsstrangs mit einer elektrischen Antriebseinheit gemäß eines alternativen Aspektes der vorliegenden Offenbarung.
6 ist eine schematische Darstellung in Form eines Strichdiagramms einer Ausführungsform des Antriebsstrangs der 5, einschließlich eines Steuersystems.
7 ist eine schematische Darstellung in Form eines Strichdiagramms einer weiteren Ausführungsform des Antriebsstrangs der 5, einschließlich eines Steuersystems.
8 ist eine schematische Darstellung in Form eines Strichdiagramms eines Antriebsstrangs, einschließlich einer elektrischen Antriebseinheit, einem Steuersystem und einem Motor, der funktionsfähig mit der elektrischen Antriebseinheit verbunden ist.
9 ist eine schematische Darstellung in Form eines Strichdiagramms eines Antriebsstrangs mit einer elektrischen Antriebseinheit gemäß eines alternativen Aspektes der vorliegenden Offenbarung.
10 ist eine schematische Darstellung in Form eines Strichdiagramms einer Ausführungsform des Antriebsstrangs der 9, einschließlich eines Steuersystems.
11 ist eine schematische Darstellung in Form eines Strichdiagramms einer weiteren Ausführungsform des Antriebsstrangs der 9, einschließlich eines Steuersystems.
12 ist eine schematische Darstellung in Form eines Hebeldiagramms eines Antriebsstrangs mit einer elektrischen Antriebseinheit gemäß eines alternativen Aspektes der vorliegenden Offenbarung.
13 ist eine schematische Darstellung in Form eines Strichdiagramms einer Ausführungsform des Antriebsstrangs der 12, einschließlich eines Steuersystems.
14 ist eine schematische Darstellung in Form eines Hebeldiagramms eines Antriebsstrangs mit einer elektrischen Antriebseinheit gemäß eines alternativen Aspektes der vorliegenden Offenbarung.
15 ist eine schematische Darstellung in Form eines Strichdiagramms einer Ausführungsform des Antriebsstrangs von 14, einschließlich eines Steuersystems.
16 ist eine schematische Darstellung in Form eines Hebeldiagramms eines Antriebsstrangs mit einer elektrischen Antriebseinheit gemäß eines alternativen Aspektes der vorliegenden Offenbarung.
17 ist eine schematische Darstellung in Form eines Hebeldiagramms eines Antriebsstrangs mit einer elektrischen Antriebseinheit gemäß eines alternativen Aspektes der vorliegenden Offenbarung.
18 ist eine schematische Darstellung in Form eines Strichdiagramms einer Ausführungsform eines Antriebsstrangs mit einer elektrischen Antriebseinheit und einschließlich eines Steuersystems gemäß eines alternativen Aspektes der vorliegenden Offenbarung.
19 ist eine schematische Darstellung in Form eines Strichdiagramms eines Antriebsstrangs, einschließlich einer elektrischen Antriebseinheit, einem Steuersystem und einem Motor, der funktionsfähig mit der elektrischen Antriebseinheit, gemäß einem alternativen Aspekt der vorliegenden Offenbarung, verbunden ist.
20 ist eine schematische Darstellung in Form eines Strichdiagramms einer Ausführungsform eines Antriebsstrangs mit einer elektrischen Antriebseinheit und einschließlich eines Steuersystems gemäß eines alternativen Aspektes der vorliegenden Offenbarung.
21 ist eine schematische Darstellung in Form eines Strichdiagramms eines Antriebsstrangs, einschließlich einer elektrischen Antriebseinheit, einem Steuersystem und einem Motor, der funktionsfähig mit der elektrischen Antriebseinheit, gemäß einem alternativen Aspekt der vorliegenden Offenbarung, verbunden ist.
22 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit dem bedienbaren Antriebsstrang der 8 zum Antreiben einer ersten Achse und einer separaten elektrischen Antriebseinheit, die zum Antrieb einer zweiten Achse bedienbar ist.
23 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit dem bedienbaren Antriebsstrang der 19 zum Antreiben einer ersten Achse und der elektrischen Antriebseinheit aus 18, die zum Antrieb einer zweiten Achse bedienbar ist.
24 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit dem bedienbaren Antriebsstrang der 21 zum Antreiben einer ersten Achse und der elektrischen Antriebseinheit aus 20, die zum Antrieb einer zweiten Achse bedienbar ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Bezugnehmend auf die Zeichnungen, in denen sich gleiche Referenznummern auf gleiche Komponenten in den Ansichten beziehen, zeigt 1 einen Antriebsstrang 10, wie etwa für ein Fahrzeug. Der Antriebsstrang 10 umfasst eine elektrische Antriebseinheit 12. Die elektrische Antriebseinheit 12 umfasst nur einen Einzelelektromotor 14, der zum Betreiben als Motor oder auch als Generator konfiguriert ist.
Die elektrische Antriebseinheit 12 umfasst weiterhin einen ersten Planetenradsatz 20 und einen zweiten Planetenradsatz 30, die in Hebelform in 1 dargestellt sind. Die ersten und zweiten Planetenradsätze 20 und 30 sind einfache Planetenradsätze. Der Planetenradsatz 20 umfasst ein erstes Element 22, ein zweites Element 26 und ein drittes Element 24, einschließlich einem Sonnenradelement, einem Hohlradelement und einem Trägerelement. Beispielsweise, in der dargestellten Ausführungsform nach 2, ist das erste Element 22 ein Sonnenradelement, das zweite Element 26 ein Trägerelement und das dritte Element 24 ein Hohlradelement. Unter Bezugnahme auf 2, werden mehrere Ritzelräder 27 drehbar auf dem Trägerelement 26 gestützt und sind mit sowohl jeweils dem ersten Element (Sonnenradelement 22) und dem dritten Element (Hohlradelement 34) verzahnt.
Der zweite Planetenradsatz 30 umfasst ein erstes Element 32, ein zweites Element 34 und ein drittes Element 36. In der dargestellten Ausführungsform nach 2 ist das erste Element 32 ein Sonnenradelement, das zweite Element 34 ein Hohlradelement und das dritte Element 36 ein Trägerelement. Unter Bezugnahme auf 2 werden mehrere Ritzelräder 37 drehbar auf dem Trägerelement 36 gestützt und sind mit sowohl jeweils dem ersten Element (Sonnenradelement 32) und dem dritten Element (Hohlradelement 34) verzahnt.
Der Elektromotor 14 ist detaillierter in 2 dargestellt. Der Elektromotor 14 umfasst einen Rotor 16, der zum gemeinsamen Drehen und Antreiben mit dem Sonnenradelement 22 des ersten Planetenradsatzes 20 über eine Rotornabe 15 und Hohlwelle 17 verbunden ist. Der Elektromotor 14 umfasst ebenfalls einen Stator 18, der den Rotor 16 radial umschließt und mit einem ortsfesten Element 41, wie etwa einem Motorgehäuse des ersten Elektromotors 14 oder einem anderen ortsfesten Element, verankert ist.
Der Stator 18 des Elektromotors 14 umfasst elektrische Wicklungen, die funktionsfähig mit einem Energiespeicher 50 verbunden sind, der eine oder mehrere Batterien umfassen kann, als B in 2 gekennzeichnet. Andere elektrische Speichergeräte, die die Fähigkeit zum Speichern und Verteilen elektrischer Energie haben, können anstelle der Batterien verwendet werden. Eine Steuerung 52, als C in 2 gekennzeichnet, ist funktionsfähig mit dem Elektromotor 14 verbunden und überwacht die Geschwindigkeit des Rotors 16. Die Steuerung 52 empfängt ebenfalls Informationen über andere Fahrzeugbetriebsbedingungen, wie etwa Beschleunigungsbefehle des Fahrers und ist zum Bereitstellen von elektrischer Energie aus dem Energiespeicher 50 durch einen Wechselrichter 54, als I in 2 gekennzeichnet, am Elektromotor 14 bedienbar, um den Elektromotor 14 als Motor zu verwenden, was dem Sonnenradelement 22 Drehmoment hinzufügt. Der Wechselrichter 54 wandelt Gleichstrom des Energiespeichers 50 in Wechselstrom um, wenn die elektrische Energie dem Elektromotor 14 bereitgestellt wird. Der Energiespeicher 50, die Steuerung 52 und der Wechselrichter 54 sind nicht in 1 dargestellt.
Wenn die Information, die von Steuerung 52 empfangen wird angibt, dass der Elektromotor 14 als Generator betrieben werden sollte und dabei mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt, veranlasst die Steuerung 52 den Wechselrichter 54 zum Umwandeln von Wechselstrom, der durch den Elektromotor 14 bereitgestellt wird, in Gleichstrom, der im Energiespeicher 50 gespeichert ist. Die Linien in 2, die den Elektromotor 14, den Energiespeicher 50, die Steuerung 52, den Wechselrichter 54 und Statorwicklungen des Stators 18 verbinden, stellen Übertragungsleiter zum Weiterleiten elektrischen Stroms oder Signalen zwischen den Komponenten dar.
Die elektrische Antriebseinheit 12 umfasst ebenfalls ein Verbindungselement 60, das das zweite Element 26 des ersten Planetenradsatzes 20 zum gemeinsamen Drehen mit dem ersten Element 32 des zweiten Planetenradsatzes 30 verbindet. Wie hierin verwendet, kann ein „Verbindungselement” eine einzelne starre, drehbare Komponente sein, wie etwa eine Welle oder ein oder mehrere miteinander verbundene Abschnitte, wie etwa eine Nabe und ein Wellenabschnitt, die sich miteinander drehen. Das zweite Element 34 des zweiten Planetenradsatzes 30 ist kontinuierlich mit dem ortsfesten Element 41 verankert, das das gleiche ortsfeste Element sein kann, an das der Stator 18 verankert ist oder ein anderes ortsfestes Element. Ortsfeste Elemente werden hierin mit der Referenznummer 41 beschrieben und können die gleichen oder unterschiedliche ortsfeste Elemente innerhalb einer bestimmten Ausführungsform darstellen. Wie hierin verwendet, bedeutet ein „ortsfestes Element” ein Element, das so befestigt ist, dass es während des Betriebes des Antriebsstrangs nicht drehbar ist. Die elektrische Antriebseinheit 12 umfasst ebenfalls ein Ausgangselement 62. Das dritte Element 36 des zweiten Planetenradsatzes 30 ist kontinuierlich funktionsfähig mit dem Ausgangselement 62 verbunden. Wie hierin verwendet, ist ein Element „kontinuierlich funktionsfähig” an ein anderes Element verbunden, wenn keine gezielt zuschaltbaren Kupplungen oder Bremsen zugeschaltet werden müssen, damit die Elemente verbunden sind und sich miteinander drehen. Wie hierin verwendet, „drehen sich” zwei Komponenten „miteinander”, wenn sie miteinander funktionsfähig verbunden sind, wie etwa dass sie sich bei gleicher Geschwindigkeit drehen, einschließlich bei Nullgeschwindigkeit (d. h., wenn sie zusammen ortsfest sind).
Das Ausgangselement 62 treibt ein Differenzial 64 an, das zum Verteilen von Drehmoment an eine Antriebsachse A konfiguriert ist. Die Antriebsachse A umfasst zwei getrennte Achsenabschnitte, die als erste Halbwelle A1 und zweite Halbwelle A2 beschrieben sind, trotzdem sie unterschiedlich lang sein können. Das Differenzial 64 stellt ein, dass die Geschwindigkeit der Achse A der Mittelwert der Geschwindigkeiten der beiden separaten Halbwellen A1, A2 ist. Ein Rad, nicht in 2 dargestellt, ist verbunden mit und drehbar an jeder Halbwelle A1, A2. Die Halbwellen A1, A2 erstrecken sich entlang und sind drehbar um eine Drehachse 66. Das Ausgangselement 62, der Elektromotor 14 und die Planetenradsätze 20, 30 sind konzentrisch zu den Halbwellen A1, A2 um die Drehachse 66 ausgerichtet und das Ausgangselement 62 ist funktionsfähig mit den Halbwellen A1, A2 verbunden, so dass der Elektromotor 14 die Halbwellen A1, A2 durch die Planetenradsätze 20, 30 antreibt.
Eine erste Bremse B1 ist gezielt zum Verankern des dritten Elementes 24 des ersten Planetenradsatzes 20 mit dem ortsfesten Element 41 zuschaltbar. Das zweite Element 34 des dritten Planetenradsatzes 30 ist kontinuierlich mit dem ortsfesten Element 41 verbunden. Dementsprechend ist das Hohlradelement 34 kontinuierlich ortsfest. Das Hohlradelement 24 ist gezielt ortsfest, wenn die Bremse B1 zugeschaltet ist, wenn ein Steuersignal von der Steuerung 52 oder einer anderen Steuerung empfangen wird, die nicht dargestellt ist, aber funktionsfähig mit der Steuerung 52 gemäß den vorbestimmten Fahrzeugbetriebsbedingungen verbunden ist. Der Antriebsstrang 10 wird als neutrale Bremse am Eingabe-Radsatzantriebsstrang beschrieben. Wenn die Bremse B1 nicht zugeschaltet ist, befindet sich der Antriebsstrang 10 in einem neutralen Zustand. Wenn die Bremse B1 zugeschaltet ist, befindet sich der Antriebsstrang 10 in einem Fahrzustand, wenn der Elektromotor 14 als Motor zum Antrieb der Achse A durch die Planetenradsätze 20, 30 oder als Generator zum Verlangsamen der Achse A betrieben wird. Der Übergang vom neutralen Zustand zum Fahrzustand kann durch die Steuerung 52 zum Steuern der Geschwindigkeit des Elektromotors 14 synchronisiert werden, so dass der Rotor 16 das Hohlradelement 24 zum Verlangsamen auf Nullgeschwindigkeit veranlasst, unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit des Trägerelementes 26, das durch die Geschwindigkeit der Achse A (die ortsfest ist oder sich drehen kann) beeinflusst wird. Alternativ kann das Anziehen oder Lösen der Bremse B1 ein „Leistungswechsel” zwischen dem neutralen Zustand und dem Fahrzustand sein. Wie hierin verwendet, bedeutet ein „Leistungswechsel”, dass die Bremse oder Kupplung, die zugeschaltet wird (hier die Bremse B1), Schlupf bedingt und Drehmoment während des Anziehens abhält. Beispielsweise befindet sich das Hohlradelement 24 nicht bei Nullgeschwindigkeit zum Zeitpunkt des Anziehens der Bremse B1 während eines Leistungswechsels. Zum Beispiel kann das Anziehen der Bremse B1 ein Leistungswechsel sein, wenn die Bremse B1 eine gut kontrollierte Leistungskupplung oder eine auswählbare Einweg-Kupplung ist.
3 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Antriebsstrangs 10A mit einer elektrischen Antriebseinheit 12A. Der Antriebsstrang 10A umfasst viele gleiche Komponenten wie der Antriebsstrang 10. Die erste Bremse B1 ist gezielt zum Verankern des zweiten Elementes 34 des zweiten Planetenradsatzes 30 an ein ortsfestes Element 41 zuschaltbar. Das dritte Element 34 des ersten Planetenradsatzes 20 ist kontinuierlich mit dem ortsfesten Element 41 verankert. 4 ist ein Antriebsstrang 10A mit einer elektrischen Antriebseinheit 12A1 und einer bestimmten Ausführungsform des Antriebsstrangs 10A und der elektrischen Antriebseinheit 12A der 3. Der Antriebsstrang 10A wird als neutrale Bremse am Ausgabe-Radsatzantriebsstrang beschrieben.
5 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Antriebsstrangs 10B mit einer elektrischen Antriebseinheit 12B. Der Antriebsstrang 10B umfasst viele gleiche Komponenten wie der Antriebsstrang 10. Die erste Bremse B1 ist gezielt zum Verankern des dritten Elementes 24 des ersten Planetenradsatzes 20 an das ortsfeste Element 41 zuschaltbar. Das dritte Element 34 des zweiten Planetenradsatzes 30 ist kontinuierlich mit dem ortsfesten Element 41 verankert. Eine Kupplung C1 ist zum gezielten Verbinden des ersten Elementes 22 des ersten Planetenradsatzes 20 (z. B. das Sonnenradelement 22) zum gemeinsamen Drehen mit dem ersten Element 32 des zweiten Planetenradsatzes 30 (z. B. das Sonnenradelement 32) zuschaltbar.
6 zeigt eine erste Ausführungsform 10B1 des Antriebsstrangs 10B mit einer elektrischen Antriebseinheit 12B1, die eine erste Ausführungsform der elektrischen Antriebseinheit 12B der 5 darstellt. Das Trägerelement 36 des zweiten Planetenradsatzes 30 trägt drehbar einen ersten Satz Ritzelräder 37. 7 zeigt eine zweite Ausführungsform 10B2 des Antriebsstrangs 10B mit einer elektrischen Antriebseinheit 12B2, die eine zweite Ausführungsform der elektrischen Antriebseinheit 12B der 5 darstellt. Das Trägerelement 36 trägt drehbar einen ersten Satz Stufen-Ritzelräder 37A. Die Stufen-Ritzelräder 37A umfassen einen ersten Abschnitt 37B mit relativ großem Getriebedurchmesser und einen zweiten Abschnitt 37C mit einem relativ kleinen Getriebedurchmesser. Mit anderen Worten weist der zweite Teil 37C einen kleineren Durchmesser als der erste Abschnitt 37B auf. Die Stufen-Ritzelräder 37A ermöglichen größere Drehmomentverstärkung vom Sonnenradelement 32 zum Trägerelement 36 als die Ritzelräder 37.
Die hierin beschriebenen Ausführungsformen umfassen nur eine einzelne Bremse und eine einzelne Kupplung, wie etwa Bremse B1 und Kupplung C1 in 5, und können als zweistufige P4-Ausführungsformen oder als zweistufige elektrische Achsen beschrieben werden. Beispielsweise kann der Antriebsstrang 10B in zwei unterschiedlichen Geschwindigkeitsverhältnissen zum Antrieb der Achse A unter Verwendung ausschließlich elektrischer Energie vom Elektromotor 14 verwendet werden. Ein erster Gang wird eingestellt (d. h. ein erster rein elektrischer Modus), wenn der Elektromotor 14 zum Betreiben als Motor gesteuert wird und nur die Bremse B1 zugeschaltet ist; ein neutraler Zustand wird eingestellt, wenn weder die Bremse B1 noch die Kupplung C1 zugeschaltet ist und ein zweiter Gang wird eingestellt (d. h. ein zweiter rein elektrischer Modus), wenn der Elektromotor 14 zum Betreiben als Motor gesteuert wird und nur die Kupplung C1 zugeschaltet ist. Im ersten Gang sind beide Planetenradsätze 20, 30 zum Verringern der Geschwindigkeit und Erhöhen des Drehmoments eingeschaltet. Im Leerlauf entsteht keine Drehmomentübertragung vom Elektromotor 14 zum Ausgangselement 62. Im zweiten Gang ist der erste Planetenradsatz 20 ausgeschaltet, da dieser zum Drehen bei gleicher Geschwindigkeit des Rotors des Elektromotors 14 festgestellt ist. Dementsprechend ist im zweiten Gang nur der zweite Planetenradsatz 30 eingeschaltet, um das Drehmoment zu erhöhen und die Geschwindigkeit zu verringern. Die Geschwindigkeit am Ausgangselement 62 ist für eine bestimmte Geschwindigkeit des Elektromotors 14 im zweiten Gang höher als im ersten Gang. Der erste Gang kann daher als niedriger Gang und der zweite Gang als hoher Gang beschrieben werden.
Der Übergang vom ersten in den zweiten Gang kann durch den neutralen Zustand (d. h. Änderungen der Geschwindigkeit des Elektromotors 14, um das Trägerelement 26 auf die gleiche Geschwindigkeit zu bringen wie das Sonnenradelement 22) durch Unterbrechen der Energiezufuhr an das Ausgangselement 62 synchronisierbar werden, wenn weder die Bremse B1 noch die Kupplung C1 zugeschaltet ist. Alternativ kann das Umschalten aus dem ersten in den zweiten Gang ein Leistungswechsel sein (in welchem die Bremse B1 gelöst und die Kupplung C1 gleichzeitig zugeschaltet sein kann) und/ oder die Kupplung C1 kann während einer Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Trägerelement 26 und dem Sonnenradelement 22 zugeschaltet sein. Für einen Leistungswechsel sollte die Kupplung C1 eine Leistungskupplung (d. h. eine Kupplung, die Schlupf handhaben und dämpfen kann) und die Bremse B1 eine Leistungskupplung oder eine auswählbare Einweg-Kupplung sein.
8 zeigt einen Antriebsstrang 10C mit einer elektrischen Antriebseinheit 12C mit vielen gleichen Komponenten des Antriebsstrangs 10 und der elektrischen Antriebseinheit 12. Die erste Bremse B1 ist gezielt zum Verankern des zweiten Elementes 34 des zweiten Planetenradsatzes 30 mit dem ortsfesten Element 41 zuschaltbar. Die Kupplung C1 ist zum gezielten Verbinden des Sonnenradelementes 22 des ersten Planetenradsatzes 20 an das Trägerelement 26 und das Sonnenradelement 32 des zweiten Planetenradsatzes 30 über das Verbindungselement 60 zuschaltbar. Das Differenzial 64 ist näher in 8 dargestellt. Die Ritzelräder 67 sind mit den Seitenrädern 68 verankert und zur Drehung mit den ersten und zweiten Achsenabschnitten A1, A2 angeordnet.
Das dritte Element des ersten Planetenradsatzes 20, d. h. das Hohlradelement 24, ist funktionsfähig zum Antrieb durch einen Motor 70 verbunden. Der Motor 70 ist schematisch mit mehreren Zylindern 71 dargestellt und kann 2, 3, 4, 6, 8 oder eine andere Anzahl der Zylinder 71 in jeglicher Anordnung aufweisen. Genauer gesagt ist das Hohlradelement 24 über eine Kette 72 an ein externes Getriebe verbunden, wie etwa ein Hohlrad 74, das zum Drehen mit einer Kurbelwelle 76 des Motors 70 verbunden ist. Ein Torsionsdämpfer 78 und ein Schwungrad 80 drehen sich ebenfalls mit der Kurbelwelle 76. Eine Nabe 82 auf der Kurbelwelle 76 ist gezielt mit dem ortsfesten Element 41 über eine zweite Bremse B2 zum Festhalten der Kurbelwelle 76 und dadurch zum Festhalten des Hohlradelementes 24 verankert.
Die elektrische Antriebseinheit 12C ist in einer eingabeverzweigten Anordnung mit einem Motor 70 in 8 angeordnet. In 22 sind die Antriebseinheit 12C der 8 und die Antriebseinheit 12B1 der 6 in einem Allradantrieb-Antriebsstrang 110 eines Fahrzeugs 100 verbunden. Der Antriebsstrang 110 umfasst die erste Antriebseinheit 12C und ist konzentrisch um eine erste Achse A angeordnet und treibt diese an, dargestellt als Vorderachse in einer eingabeverzweigten Anordnung. Die Antriebseinheit 12B1 ist konzentrisch um eine zweite Achse B angeordnet und treibt diese an, dargestellt als die Hinterachse, als elektrisch angetriebene Achse um eine Drehachse 166. Die zweite Achse B umfasst erste und zweite Halbwellen B1, B2, die sich von einem Differenzial 64 aus anstelle der Halbwellen A1, A2 erstrecken, das dem Differenzial 64 der 5 identisch ist. Die Vorderräder 69A werden an der Vorderachse A und den Hinterrädern 69B angetrieben, die an der Hinterachse B angetrieben werden. In der ersten Antriebseinheit 12C wird der Elektromotor als 14A und in der zweiten Antriebseinheit 12B1 als 14B beschrieben. Die Steuerung 52 und der Wechselrichter 54 werden als motorgesteuertes Wechselrichter-Modul angeordnet dargestellt, das mit den Statoren 18 der beiden Elektromotoren 14A, 14B verbunden ist. Zwei einzelne Sätze aus Steuerungen 52 und Wechselrichtern 54 können ebenfalls verwendet werden. Die Steuerung 52 ist ebenfalls funktionsfähig mit der Bremse B1 jeder Antriebseinheit 12B1, 12C, wie mit der gestrichelten Verbindung dargestellt, und der Bremse B2 der Antriebseinheit 12C (Verbindung ist zum Zwecke der Übersichtlichkeit der Zeichnungen nicht dargestellt) verbunden. Optional kann das motorgesteuerte Wechselrichtermodul ferner einen Hochsetzsteller zum Verstärken (d. h. Boosten) der Gleichspannung umfassen, die durch den Energiespeicher 50 von einem ersten Niveau auf ein höheres zweites Niveaus bereitgestellt wird.
Die Antriebseinheiten 12B und 12C, die im Antriebsstrang 110 verwendet werden, haben die meisten ihrer Teile gemeinsam und können als Module hergestellt werden, bestehend aus allen gemeinsamen Teilen. Der Antriebsstrang 110 kann somit als modular mit zwei der Module an jeder Antriebsachse beschrieben werden. Zusätzlich kann die Antriebseinheit 12C alleine in einem rein elektrischen Fahrzeug verwendet werden, das keinen Motor und lediglich die Batterie 50 als eine Energiequelle aufweist oder gegebenenfalls ebenfalls eine Brennstoffzelle.
Der Antriebsstrang 110 kann zum Fungieren als ein eingabeleistungsverzweigter Betriebsmodus mit dem Motor 70 gesteuert werden und die Vorderachse A mit dem Elektromotor 14A antreiben, der als Motor oder als Generator betrieben werden kann. Der Elektromotor 14B kann als ein Motor zum Bereitstellen eines eingabeverzweigten Allradantrieb-Betriebsmodus mit dem Elektromotor 14A und/ oder dem Energiespeicher 50 betrieben werden, der elektrische Energie an den Elektromotor 14B bereitstellt. Der Elektromotor 14B kann zum Fungieren als Motors während dem eingabeleistungsverzweigten Allradantrieb-Betriebsmodus zum Antrieb der zweiten Achse B, unter Verwendung der Energie vom Elektromotor 14A oder vom Energiespeicher 50, gesteuert werden. Während dem eingabeleistungsverzweigten Betriebsmodus ist B1 zugeschaltet, nicht B2. Der Elektromotor 14B kann auch zum Betreiben als Motor in einem rein elektrischen Betriebsmodus mit sowohl dem Motor 70 und dem Elektromotor 14A gesteuert werden, so dass nur die Antriebsachse B angetrieben wird. Die Bremse B1 der elektrischen Antriebseinheit 12B1 kann mit ausgeschaltetem Motor im elektrisch angetriebenen Betriebsmodus zugeschaltet sein.
In einem Startmodus für den Motor 70 sind die Ausgangsring-Bremse B1 und die Überbrückungskupplung C1 der Antriebseinheit 12C zugeschaltet und der Elektromotor 14A wird als ein Motor zum Starten des Motors 70 betrieben. In einem seriellen hybriden Betriebsmodus sind die Ausgangsring-Bremse B1 und die Überbrückungskupplung C1 der Antriebseinheit 12C zugeschaltet, der Motor 70 ist angeschaltet und der Elektromotor 14A wird als Generator betrieben, der der Batterie 50 und/ oder dem Elektromotor 14B, der als ein Motor betrieben werden kann, zum Antrieb der Achse B Energie zuführt. In einem parallelen hybriden Betriebsmodus ist die Überbrückungskupplung C1 der Antriebseinheit 12C zugeschaltet, der Motor 70 ist eingeschaltet und der Elektromotor 14A, der als ein Motor zum Antrieb der Achse A parallel mit dem Motor 70 betrieben wird. Während dieser Zeit kann der Elektromotor 14B zum Betreiben als Motor zum Antrieb der zweiten Achse B mit der Bremse B1 der Antriebseinheit 12B1 gesteuert werden, so dass der parallele hybride Betriebsmodus ein Allradantrieb-Betriebsmodus ist. Des Weiteren kann der Elektromotor 14A zum Betreiben als Motor mit beiden Bremsen B1 und B2 der elektrischen Antriebseinheit 12C zugeschaltet gesteuert werden, so dass der Elektromotor 14A die Achse A mit dem ausgeschalteten Motor 70 alleine antreibt.
9 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Antriebsstrangs 10D mit einer elektrischen Antriebseinheit 12D, die eine weitere zweigängige P4-Anordnung darstellt. Der Antriebsstrang 10D hat die gleichen Komponenten wie Antriebsstrang 10 der 1, jedoch mit einer Kupplung C2, die zum gezielten Verbinden des zweiten Elementes 26 (z. B. dem Trägerelement) des ersten Planetenradsatzes 20 zum Drehen mit dem dritten Element 24 (z. B. dem Hohlradelement) des ersten Planetenradsatzes 20 zuschaltbar ist. 10 zeigt eine erste Ausführungsform 10D1 des Antriebsstrangs 10D mit einer elektrischen Antriebseinheit 12D1, die eine erste Ausführungsform der elektrischen Antriebseinheit 12D der 9 darstellt, in der das Trägerelement 36 des zweiten Planetenradsatzes 30 einen ersten Satz Ritzelräder 37 drehbar trägt. 11 zeigt eine zweite Ausführungsform 10D2 des Antriebsstrangs 10B mit einer elektrischen Antriebseinheit 12D2, die eine zweite Ausführungsform der elektrischen Antriebseinheit 12D der 9 darstellt, in der das Trägerelement 36 einen ersten Satz Stufen-Ritzelräder 37A drehbar trägt. Die Stufen-Ritzelräder 37A umfassen einen ersten Abschnitt 37B mit relativ großem Getriebedurchmesser und einen zweiten Abschnitt 37C mit einem relativ kleinen Getriebedurchmesser. Mit anderen Worten weist der zweite Teil 37C einen kleineren Durchmesser als der erste Abschnitt 37B auf. Die Stufen-Ritzelräder 37A ermöglichen größere Drehmomentverstärkung vom Sonnenradelement 32 zum Trägerelement 36 als die Ritzelräder 37.
Der Antriebsstrang 10D (und dessen Ausführungsformen 10D1, 10D2) ist in einem ersten Gang bedienbar, wenn der Elektromotor 14 zum Betreiben als Motor gesteuert wird und nur die Bremse B1 in einem neutralen Zustand zugeschaltet ist, wenn weder die Bremse B1 noch die Kupplung C2 zugeschaltet ist und in einem zweiten Gang, wenn der Elektromotor 14 zum Betreiben als Motor gesteuert wird und nur die Kupplung C2 zugeschaltet ist. Im ersten Gang sind beide Planetenradsätze zum Verringern der Geschwindigkeit und Erhöhen des Drehmoments eingeschaltet. Im Leerlauf entsteht keine Drehmomentübertragung vom Elektromotor 14 zum Ausgangselement 62. Im zweiten Gang ist der erste Planetenradsatz 20 ausgeschaltet, da dieser zum Drehen bei gleicher Geschwindigkeit des Rotors des Elektromotors 14 festgestellt ist. Dementsprechend ist im zweiten Gang nur der zweite Planetenradsatz 30 eingeschaltet, um das Drehmoment zu erhöhen und die Geschwindigkeit zu verringern. Die Geschwindigkeit am Ausgangselement 62 ist für eine bestimmte Geschwindigkeit des Elektromotors 14 im zweiten Gang höher als im ersten Gang. Der erste Gang kann daher als niedriger Gang und der zweite Gang als hoher Gang beschrieben werden.
12 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Antriebsstrangs 10E mit einer elektrischen Antriebseinheit 12E, die eine weitere zweigängige P4-Anordnung darstellt. 13 zeigt eine Ausführungsform 10E1 des Antriebsstrangs 10E in Form eines Strichdiagramms mit einer elektrischen Antriebseinheit 12E1, die eine erste Ausführungsform der elektrischen Antriebseinheit 12E der 12 darstellt. Der Antriebsstrang 10E umfasst viele gleiche Komponenten wie der Antriebsstrang 10. Das erste Element des Planetenradsatzes 20 ist das Sonnenradelement 22, das zweite Element ist das Hohlradelement 24 und das dritte Element ist das Trägerelement 26. Das erste Element des Planetenradsatzes 30 ist das Sonnenradelement 32, das zweite Element ist das Trägerelement 36 und das dritte Element das Hohlradelement 34. Die Bremse B1 ist gezielt zum Verankern des Trägerelementes 26 mit dem ortsfesten Element 41 zuschaltbar.
Die Kupplung C2 ist zum gezielten Verbinden des Trägerelementes 26 zum gemeinsamen Drehen mit dem Hohlradelement 24 zuschaltbar. Ein Verbindungselement 61 ist zum gezielten Verbinden des Hohlradelementes 24 zum gemeinsamen Drehen mit dem Sonnenradelement 32 zuschaltbar. Die Zuschaltung der Kupplung C2 veranlasst aufgrund des Verbindungselementes 61 den gesamten Planetenradsatz 20 zum Drehen bei gleicher Geschwindigkeit und auch das Sonnenradelement 32 zum Drehen bei gleicher Geschwindigkeit. Das Trägerelement 36 ist kontinuierlich mit dem ortsfesten Element 41 verankert.
Ein zusätzlicher einfacher Planetenradsatz 40 ist in Antriebsstrang 10E umfasst. Jeder der Planetenradsätze 20, 30, 40 und der Elektromotor 14 befinden sich konzentrisch um die Drehachse 66 mit Bezug auf den Antriebsstrang 10E1 in 13. Der Planetenradsatz 40 umfasst ein erstes Element 42, ein zweites Element 46 und ein drittes Element 44 mit einem Sonnenradelement, einem Trägerelement und einem Hohlradelement. Beispielsweise ist in der dargestellten Ausführungsform nach 13 das erste Element 42 ein Sonnenradelement, das zweite Element 46 ein Trägerelement und das dritte Element 44 ein Hohlradelement. Unter Bezugnahme auf 13 werden mehrere Ritzelräder 47 drehbar zum Drehen durch das Trägerelement 46 und Verzahnen mit sowohl dem ersten Element (Sonnenradelement 42) und dem dritten Element (Hohlradelement 44) getragen. Das Hohlradelement 44 ist kontinuierlich mit dem ortsfesten Element 41 verankert. Ein zusätzliches Verbindungselement 63 verbindet kontinuierlich das dritte Element 34 des zweiten Planetenradsatzes 30 an das erste Element 42 des dritten Planetenradsatzes 40. Das Ausgangselement 62 ist kontinuierlich mit dem zweiten Element (Trägerelement 46) des dritten Planetenradsatzes 40 verbunden. Aufgrund des Verbindungselementes 63 ist das Ausgangselement 62 kontinuierlich funktionsfähig mit dem dritten Element (Hohlradelement 34) des zweiten Planetenradsatzes 30 verbunden und dreht sich mit einer durch den dritten Planetenradsatz 40 entstandenen Geschwindigkeit mit Bezug auf das dritte Element 34.
Der Antriebsstrang 10E und dessen Ausführungsform 10E1 ist in den gleichen Formen bedienbar, wie in Bezug auf den Antriebsstrang 10D beschrieben wurde: in einem ersten Gang, wenn der Elektromotor 14 zum Betreiben als Motor gesteuert wird und nur die Bremse B1 in einem neutralen Zustand zugeschaltet ist, wenn weder die Bremse B1 noch die Kupplung C2 zugeschaltet ist und in einem zweiten Gang, wenn der Elektromotor 14 zum Betreiben als Motor gesteuert wird und nur die Kupplung C2 zugeschaltet ist. Das Hinzufügen des dritten Planetenradsatzes 40 ermöglicht einen zusätzlichen Geschwindigkeitsabbau und Drehmomentverstärkung zwischen dem Elektromotor 14 und dem Ausgangselement 62, wie durch das Verhältnis des Hohlradelementes 44 zum Sonnenradelement 42 im Vergleich zu einer Ausführungsform mit nur zwei Planetenradsätzen bestimmt wird.
14 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Antriebsstrangs 10F mit einer elektrischen Antriebseinheit 12F, die eine weitere zweigängige P4-Anordnung darstellt. 15 zeigt eine Ausführungsform 10F1 des Antriebsstrangs 10F in Form eines Strichdiagramms mit einer elektrischen Antriebseinheit 12F1, die eine erste Ausführungsform der elektrischen Antriebseinheit 12F der 14 darstellt. Der Antriebsstrang 10F umfasst viele gleiche Komponenten wie der Antriebsstrang 10. Die erste Bremse B1 ist gezielt zum Verankern des zweiten Elementes 34 (d. h. das Hohlradelement) des zweiten Planetenradsatzes 30 mit einem ortsfesten Element 41 zugeschaltet. Das dritte Element 24 des ersten Planetenradsatzes 20 (d. h. das Hohlradelement 24) ist kontinuierlich mit dem ortsfesten Element 41 verankert. Eine Kupplung C1 ist zum gezielten Verbinden des Verbindungselementes 60 zum gemeinsamen Drehen mit dem zweiten Element 34 des ersten Planetenradsatzes 30 (z. B. das Hohlradelement 34) zugeschaltet und veranlasst dadurch den gesamten Planetenradsatz 30 und das Ausgangselement 62 zum Drehen bei gleicher Geschwindigkeit wie das Trägerelement 26. In der ersten Ausführungsform 10F1 des Antriebsstrangs 10F trägt das Trägerelement 36 des zweiten Planetenradsatzes 30 drehbar einen ersten Satz Ritzelräder 37.
16 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Antriebsstrangs 10G mit einer elektrischen Antriebseinheit 12G, die eine weitere zweigängige P4-Anordnung darstellt. Der Antriebsstrang 10G umfasst viele gleiche Komponenten wie der Antriebsstrang 10. Das erste Element des Planetenradsatzes 20 ist das Sonnenradelement 22, das zweite Element ist das Hohlradelement 24 und das dritte Element ist das Trägerelement 26. Das erste Element des Planetenradsatzes 30 ist das Sonnenradelement 32, das zweite Element ist das Hohlradelement 34 und das dritte Element das Trägerelement 36. Ein Verbindungselement 61 verbindet kontinuierlich das Hohlradelement 24 zum gemeinsamen Drehen mit dem Sonnenradelement 32. Die erste Bremse B1 ist gezielt zum Verankern des zweiten Elementes 34 (d. h. das Hohlradelement) des zweiten Planetenradsatzes 30 mit dem ortsfesten Element 41 zuschaltbar. Das dritte Element 26 des ersten Planetenradsatzes 20 (d. h. das Trägerelement 36) ist kontinuierlich mit dem ortsfesten Element 41 verankert. Eine Kupplung C1 ist zum gezielten Verbinden des Verbindungselementes 61 zum gemeinsamen Drehen mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes 30 (z. B. das Hohlradelement 34) zugeschaltet und veranlasst dadurch den gesamten Planetenradsatz 30 und das Ausgangselement 62 zum Drehen bei gleicher Geschwindigkeit wie das Hohlradelement 24.
Der erste Planetenradsatz 20 ist ein Radsatz mit einem festen Verhältnis, während das Trägerelement 26 kontinuierlich verankert ist. Mit dem verankerten Trägerelement 26 wird die Fliehkraft, die auf die Ritzelräder wirkt, die drehbar durch das Trägerelement 26 (identisch den Ritzelrädern 27 dargestellt in 2) getragen werden, eliminiert.
17 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Antriebsstrangs 10H mit einer elektrischen Antriebseinheit 12H, die eine weitere zweigängige P4-Anordnung darstellt. Der Antriebsstrang 10H umfasst viele gleiche Komponenten wie der Antriebsstrang 10G der 16, mit der Ausnahme, dass die Kupplung C1 eliminiert ist. Der Antriebsstrang 10H ist somit keine zweigängige Anordnung, sondern umfasst eine neutrale Bremse am Abtriebsrädersatz (d. h. Planetenradsatz 30). Mit anderen Worten befindet sich die elektrische Antriebseinheit 12H in einem neutralen Zustand, wenn die Bremse B1 nicht angezogen ist und stellt die Drehmomentübertragung vom Elektromotor 14 zum Ausgangselement 62 bei einem Geschwindigkeitsverhältnis bereit, das durch Zahnverhältnisse des Hohlradelementes zum Sonnenradelement, sowohl der ersten und zweiten Planetenradsätze 20, 30, bestimmt wird. Wie in Bezug auf die Ausführungsform der 2 beschrieben ist, kann der Übergang vom neutralen Zustand zum Fahrzustand durch die Steuerung 52 zum Steuern der Geschwindigkeit des Elektromotors 14 synchronisiert werden, so dass der Rotor 16 das Hohlradelement 34 zum Verlangsamen auf Nullgeschwindigkeit veranlasst, unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit des Trägerelementes 36 (das ortsfest ist oder sich drehen kann). Alternativ kann das Anziehen oder Lösen der Bremse B1 einen „Leistungswechsel” zwischen dem neutralen Zustand und dem Fahrzustand sein, was bedeutet, dass sich das Hohlradelement 34 zum Zeitpunkt des Zuschaltens der Bremse B1 nicht bei Nullgeschwindigkeit befindet. Zum Beispiel kann das Anziehen der Bremse B1 ein Leistungswechsel sein, wenn die Bremse B1 eine gut kontrollierte Leistungskupplung oder eine auswählbare Einweg-Kupplung ist.
18 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Antriebsstrangs 10I mit einer elektrischen Antriebseinheit 12I, die eine weitere zweigängige P4-Anordnung darstellt. Der Antriebsstrang 10I umfasst viele gleiche Komponenten wie der Antriebsstrang 10A der 3 und 10A1 der 4, mit der Ausnahme, dass eine zusätzliche gezielt zuschaltbare Bremse B3 zum gezielten Verankern des Verbindungselementes 60 hinzugefügt wird und damit das Trägerelement 26 und das Sonnenradelement 32 mit dem ortsfesten Element 41 verbunden wird. Die Bremse B3 kann zum Verhindern von Drehung des Elektromotors 14 zugeschaltet werden und wenn die Bremse B1 auch zugeschaltet ist, eine Drehung der Achse A (d. h. eine Feststellbremse bereitstellen) verhindern.
19 zeigt einen Antriebsstrang 10J mit einer elektrischen Antriebseinheit 12J ähnlich der elektrischen Antriebseinheit 12I der 18, jedoch mit dem dritten Element 24 des ersten Planetenradsatzes 20 funktionsfähig mit dem Antrieb durch einen Motor 70 in einer eingabeverzweigten Anordnung verbunden, wie oben mit Bezug auf 8 offenbart ist.
In 23 werden die Antriebseinheiten 12I und 12J in einem Allradantrieb-Antriebsstrang 210 eines Fahrzeugs 200 verbunden. Der Antriebsstrang 210 umfasst die erste Antriebseinheit 12J, die konzentrisch um eine erste Achse A angeordnet ist und diese antreibt, dargestellt als Vorderachse. Die Antriebseinheit 10I ist konzentrisch um eine zweite Achse B angeordnet und treibt diese an, dargestellt als Hinterachse. Der Elektromotor der Antriebseinheit 12J wird als 14A beschrieben und der Elektromotor der Antriebseinheit 12I wird als 14B beschrieben, wie oben mit Bezug auf 22 offenbart. Die Antriebseinheiten 12I und 12J im Antriebsstrang 110 haben die meisten ihrer Teile gemeinsam und können als Module, bestehend aus allen gemeinsamen Teilen, hergestellt werden. Der Antriebsstrang 210 kann somit als modular, mit zwei der Module an jeder Antriebsachse, beschrieben werden. Zusätzlich kann die Antriebseinheit 12C alleine in einem rein elektrischen Fahrzeug verwendet werden, das keinen Motor und lediglich die Batterie 50 als eine Energiequelle aufweist oder gegebenenfalls ebenfalls eine Brennstoffzelle.
Der Antriebsstrang 210 kann zum Fungieren als ein eingabeleistungsverzweigter Betriebsmodus mit dem Motor 70 gesteuert werden und die Vorderachse A mit dem Elektromotor 14A antreiben, der als Motor oder als Generator betrieben werden kann. Der Elektromotor 14B kann als ein Motor zum Bereitstellen eines eingabeverzweigten Allradantrieb-Betriebsmodus mit dem Elektromotor 14A und/ oder dem Energiespeicher 50 betrieben werden, der elektrische Energie an den Elektromotor 14B bereitstellt. Während dem eingabeleistungsverzweigten Allradantrieb-Betriebsmodus sind beide Bremsen B1 sind zugeschaltet und nicht B2 und B3. Der Elektromotor 14B kann auch zum Betreiben als Motor in einem rein elektrischen Betriebsmodus mit sowohl dem Motor 70 und dem ausgeschalteten Elektromotor 14A gesteuert werden, so dass nur die Antriebsachse B angetrieben wird und mit der Bremse B1 des elektrischen Antriebsmoduls 12I zugeschaltet ist. Die Bremse B2 kann mit dem ausgeschalteten Motor 70 und die Bremse B1 der elektrischen Antriebseinheit 12J kann ebenfalls mit dem Elektromotor 14A zugeschaltet werden, der als ein Motor im elektrisch angetriebenen Betriebsmodus betrieben wird.
In einem Startmodus für den Motor 70 ist die Trägerbremse B3 der Antriebseinheit 12J zugeschaltet und der Elektromotor 14A wird als ein Motor zum Starten des Motors 70 betrieben. In einem seriellen hybriden Betriebsmodus ist die Bremse B1 nicht zugeschaltet und die Bremse B3 der Antriebseinheit 12J zugeschaltet, der Motor 70 ist angeschaltet und der Elektromotor 14A wird als Generator betrieben, der der Batterie 50 und/ oder dem Elektromotor 14B Energie zuführt, der als ein Motor betrieben werden kann zum Antrieb der Achse B oder ausgeschaltet sein kann, wenn Energie durch die Batterie 50 zugeführt wird.
20 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Antriebsstrangs 10K mit einer elektrischen Antriebseinheit 12K, die keine Kupplungen oder Bremsen umfasst. Der Antriebsstrang 10K umfasst viele gleiche Komponenten wie der Antriebsstrang 10. Das erste Element des Planetenradsatzes 20 ist das Sonnenradelement 22, das zweite Element das Trägerelement 26 und das dritte Element das Hohlradelement 24. Das erste Element des Planetenradsatzes 30 ist das Sonnenradelement 32, das zweite Element ist das Hohlradelement 34 und das dritte Element das Trägerelement 36. Das Verbindungselement 60 verbindet kontinuierlich das Trägerelement 26 zum gemeinsamen Drehen mit dem Sonnenradelement 32. Das dritte Element des ersten Planetenradsatzes 20 (d. h. das Hohlradelement 24) ist kontinuierlich mit dem ortsfesten Element 41 verankert. Das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes 30 (d. h. das Hohlradelement 34) ist kontinuierlich mit dem ortsfesten Element 41 verankert. Die elektrische Antriebseinheit 12K stellt nur ein Geschwindigkeitsverhältnis bereit, das durch das Verhältnis des Hohlradelementes zum Sonnenradelement jedes der Planetenradsätze 20, 30 bestimmt wird.
21 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Antriebsstrangs 10L mit einer elektrischen Antriebseinheit 12L, die die dieselben Komponenten umfasst wie die elektrische Antriebseinheit 12K, mit der Ausnahme, dass das Hohlradelement 24 über eine Kette 72 mit einem Motor 70 in einer eingabeverzweigten Anordnung, wie mit Bezug auf 8 beschrieben, verbunden ist. Die Antriebseinheit 12L ist durch die Abwesenheit von Kupplungen und Bremsen gekennzeichnet. Ein Anlassermotor 90 ist zum Starten des Motors 70 bereitgestellt. In 24 sind die Antriebseinheiten 12K und 12L in einem Allradantrieb-Antriebsstrang 310 eines Fahrzeugs 300 verbunden. Der Antriebsstrang 310 umfasst die erste Antriebseinheit 12L und ist konzentrisch um eine erste Achse A angeordnet und treibt diese an, dargestellt als Vorderachse. Die Antriebseinheit 12K ist konzentrisch um eine zweite Achse B angeordnet und treibt diese an, dargestellt als die Hinterachse. Der Elektromotor der Antriebseinheit 12L wird als 14A beschrieben und der Elektromotor der Antriebseinheit 12K wird als 14B beschrieben, wie oben mit Bezug auf 22 offenbart. Die Antriebseinheiten 12L und 12K, die in dem Antriebsstrang 310 verwendet werden, haben die meisten ihrer Teile gemeinsam und können als Module, bestehend aus allen gemeinsamen Teilen, hergestellt werden. Der Antriebsstrang 310 kann somit als modular mit zwei der Module an jeder Antriebsachse beschrieben werden. Zusätzlich kann die Antriebseinheit 12C alleine in einem rein elektrischen Fahrzeug verwendet werden, das keinen Motor 70 und lediglich die Batterie 50 als eine Energiequelle aufweist oder gegebenenfalls ebenfalls eine Brennstoffzelle.
Die Antriebseinheit 12L kann einen eingegebenen leistungsverzweigten Betriebsmodus an der ersten Antriebsachse A mit dem angeschalteten Motor 70 bereitstellen und das Hohlradelement 24 und den Elektromotor 14A antreiben, der als Motor zum Antrieb des Sonnenradelementes 22 oder als Generator zum Bereitstellen elektrischer Energie der Batterie 50 und/ oder zum Elektromotor 14B wirkt. Der Elektromotor 14B kann während des eingabeverzweigten Betriebsmodus der Antriebseinheit 12L ausgeschaltet sein oder als ein Motor unter Verwendung von Energie einer Batterie 50 und/ oder vom Elektromotor 14A betrieben werden, um einen eingabeverzweigten Allradantrieb-Betriebsmodus zu bestimmen. Zusätzlich kann die Antriebseinheit 12K alleine in einem rein elektrischen Betriebsmodus verwendet werden, in dem nur die Achse B angetrieben wird und jeweils der Motor 70 und der Elektromotor 14A ausgeschaltet sind.
Während die besten Arten zur Durchführung der zahlreichen Aspekte der vorliegenden Offenbarung im Detail geschildert wurden, werden diejenigen, die mit diesen Offenbarungen vertraut sind, verschiedene alternative Aspekte zur Durchführung der gegenwärtigen Offenbarungen erkennen, die innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Patentansprüche liegen.

Claims

Antriebsstrang, Folgendes umfassend: ein Ausgangselement; einen ersten Planetenradsatz; einen zweiten Planetenradsatz; worin jeder erste und zweite Planetenradsatz einfache Planetenradsätze mit einem ersten Element, einem zweiten Element und einem dritten Element sind, einschließlich einem Sonnenradelement, einem Trägerelement und einem Hohlradelement; einen Einzelelektromotor, der als Motor bedienbar ist und mit einem Rotor zum gemeinsamen Drehen und Antreiben des Sonnenradelementes des ersten Planetenradsatzes verbunden ist; ein Verbindungselement zum Verbinden des zweiten Elements des ersten Planetenradsatzes zum gemeinsamen Drehen mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes; worin ein drittes Element des ersten Planetenradsatzes und das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes kontinuierlich am ortsfesten Element verankert oder funktionsfähig zum Antrieb durch den Motor verbunden sind; und worin das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes kontinuierlich funktionsfähig mit dem Ausgangselement verbunden ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine erste Bremse, die zum gezielten Verankern eines der drei Elemente des ersten Planetenradsatzes und zweiten Elementes des zweiten Planetenradsatzes zuschaltbar ist, das nicht kontinuierlich am ortsfesten Element verankert oder funktionsfähig zum Antrieb durch den Motor verbunden ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 2, worin das dritte Element des ersten Planetenradsatzes am ortsfesten Element verankert ist, wenn die erste Bremse zugeschaltet ist; und ferner umfassend: eine Kupplung, die zum gezielten Verbinden des zweiten Elementes des ersten Planetenradsatzes zum gemeinsamen Drehen mit dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes zuschaltbar ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Kupplung, die zum gezielten Verbinden des Sonnenradelementes des ersten Planetenradsatzes zum gemeinsamen Drehen mit dem Sonnenradelement des zweiten Planetenradsatzes zuschaltbar ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, worin der zweite Planetenradsatz ein Stufen-Ritzelrad zum Unterstützen der Drehung am Trägerelement des zweiten Planetenradsatzes umfasst.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Achse, umfassend die ersten und zweiten Halbwellen, die sich entlang einer Drehachse erstrecken; und worin das Ausgangselement, der Elektromotor und die Planetenradsätze sich konzentrisch zu den Halbwellen befinden und das Ausgangselement funktionsfähig mit den Halbwellen verbunden ist, so dass der Elektromotor die Halbwellen durch die Planetenradsätze antreibt.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Motor; worin das dritte Element des ersten Planetenradsatzes das Hohlradelement des ersten Planetenradsatzes ist und funktionsfähig mit dem Motor zum Antrieb durch den Motor verbunden ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine erste Achse; eine zweite Achse, die sich verteilt von der ersten Achse aus und parallel zu dieser befindet; worin der erste Planetenradsatz, der zweite Planetenradsatz, der Einzelelektromotor und das Verbindungselement als erste Antriebseinheit konzentrisch um die erste Achse mit dem Ausgangselement angeordnet sind, das funktionsfähig mit der ersten Achse verbunden ist; und ferner umfassend: einen Motor; worin das dritte Element des ersten Planetenradsatzes das Hohlradelement des ersten Planetenradsatzes ist und funktionsfähig mit dem Motor zum Antrieb durch den Motor verbunden ist; eine zweite Antriebseinheit umfassend ein Ausgangselement; einen ersten Planetenradsatz; einen zweiten Planetenradsatz; worin jeder erste und zweite Planetenradsatz der zweiten Antriebseinheit einfache Planetenradsätze mit einem ersten Element, einem zweiten Element und einem dritten Element sind, einschließlich einem Sonnenradelement, einem Trägerelement und einem Hohlradelement; einen Einzelelektromotor, der als Motor bedienbar ist und mit einem Rotor zum gemeinsamen Drehen und Antreiben des Sonnenradelementes des ersten Planetenradsatzes der zweiten Antriebseinheit verbunden ist; ein Verbindungselement zum Verbinden des zweiten Elements des ersten Planetenradsatzes zum gemeinsamen Drehen mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes der zweiten Antriebseinheit; worin ein drittes Element des ersten Planetenradsatzes der zweiten Antriebseinheit und das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes der zweiten Antriebseinheit kontinuierlich am ortsfesten Element verankert oder funktionsfähig zum Antrieb durch den Motor verbunden sind; worin das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes kontinuierlich funktionsfähig mit dem Ausgangselement der zweiten Antriebseinheit verbunden ist; und worin der erste Planetenradsatz, der zweite Planetenradsatz, der Einzelelektromotor und das Verbindungselement der zweiten Antriebseinheit konzentrisch um die zweite Achse mit dem Ausgangselement der zweiten Antriebseinheit angeordnet sind, die funktionsfähig mit der zweiten Achse verbunden ist.
Fahrzeug, Folgendes umfassend: einen Antriebsstrang, einschließlich mindestens einer modularen Antriebseinheit, umfassend: ein Ausgangselement; einen ersten Planetenradsatz; einen zweiten Planetenradsatz; worin jeder erste und zweite Planetenradsatz einfache Planetenradsätze mit einem ersten Element, einem zweiten Element und einem dritten Element sind, einschließlich einem Sonnenradelement, einem Trägerelement und einem Hohlradelement; einen Einzelelektromotor, der als Motor bedienbar ist und mit einem Rotor zum gemeinsamen Drehen und Antreiben des Sonnenradelementes des ersten Planetenradsatzes verbunden ist; ein Verbindungselement zum Verbinden des zweiten Elements des ersten Planetenradsatzes zum gemeinsamen Drehen mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes; worin ein drittes Element des ersten Planetenradsatzes und das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes kontinuierlich am ortsfesten Element verankert oder funktionsfähig zum Antrieb durch den Motor verbunden sind; worin das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes kontinuierlich funktionsfähig mit dem Ausgangselement verbunden ist; und worin die Antriebseinheit angepasst wird: eine rein elektrische Antriebseinheit darzustellen, durch das Verankern des besagten dritten Elementes des ersten Planetenradsatzes und dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes mit dem ortsfesten Element; und eine eingegebene leistungsverzweigte Antriebseinheit darzustellen, durch das funktionsfähige Verbinden des besagten dritten Elementes des ersten Planetenradsatzes und dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes mit einem Motor.
Antriebsstrang nach Anspruch 9, ferner umfassend: eine erste Antriebsachse; eine zweite Antriebsachse, die sich verteilt von der ersten Achse aus und parallel zu dieser befindet; worin mindestens eine der besagten modularen Antriebseinheiten umfasst: eine erste modulare Antriebseinheit, die als eingegebene leistungsverzweigte Antriebseinheit konfiguriert ist, die funktionsfähig mit der ersten Antriebsachse verbunden ist; und eine zweite modulare Antriebseinheit, die als eine rein elektrische Antriebseinheit funktionsfähig mit der zweiten Antriebsachse verbunden ist.