DE102018203458A1 - Drive device for an electrically operated vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, mit genau einer Elektromaschine (EM), die über ein Achsdifferenzial (5) auf Fahrzeugräder einer Fahrzeugachse abtreibt, wobei bei einem eingelegten ersten Vorwärtsgang die Elektromaschine (EM) über einen ersten Antriebs-Lastpfad (L1) mit dem Achsdifferenzial (5) in Antriebsverbindung ist, und bei einem eingelegten zweiten Vorwärtsgang die Elektromaschine (EM) über einen zweiten Antriebs-Lastpfad (L2) mit dem Achsdifferenzial (5) in Antriebsverbindung ist. Erfindungsgemäß ist im ersten Antriebs-Lastpfad (L1) eine erste Freilaufkupplung (F1) geschaltet, deren drehmomentübertragende Sperrfunktion aktiviert ist beim Betrieb der Elektromaschine (EM) in einer ersten Antriebsdrehrichtung (A1) und deren übertragungsfreie Freilauffunktion aktiviert ist beim Betrieb der Elektromaschine (EM) in einer gegensinnigen zweiten Antriebsdrehrichtung (A2). Im zweiten Antriebs-Lastpfad (L2) ist eine zweite Freilaufkupplung (F2) geschaltet, deren Sperrfunktion aktiviert ist beim Betrieb der Elektromaschine (EM) in der zweiten Antriebsdrehrichtung (A2) und deren Freilauffunktion aktiviert ist beim Betrieb der Elektromaschine (EM) in der gegensinnigen ersten Antriebsdrehrichtung (A1). The invention relates to a drive device for an electrically operated vehicle, with exactly one electric machine (EM), which drives off a vehicle axle via an axle differential (5), wherein at an engaged first forward gear the electric machine (EM) is driven via a first drive load path (FIG. L1) is in driving connection with the axle differential (5), and in the case of an engaged second forward gear the electric machine (EM) is in driving connection with the axle differential (5) via a second drive load path (L2). According to the invention, in the first drive load path (L1), a first one-way clutch (F1) is activated whose torque-transmitting blocking function is activated during operation of the electric machine (EM) in a first drive rotational direction (A1) and whose transfer-free freewheeling function is activated during operation of the electric machine (EM). in an opposite second drive direction of rotation (A2). In the second drive load path (L2), a second one-way clutch (F2) is switched, the lock function is activated during operation of the electric machine (EM) in the second drive direction (A2) and their free-running function is activated during operation of the electric machine (EM) in the opposite direction first drive direction of rotation (A1).
Description
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a drive device for an electrically operated vehicle according to the preamble of
Ein Fahrzeug mit Elektroantrieb kann ein automatisiertes zwei- oder mehrgängiges Getriebe mit einer Elektromaschine aufweisen. Im Stand der Technik werden solche zwei- oder mehrgängigen Getriebe meist durch elektrisch oder hydraulisch betätigte kraftschlüssige Lamellenkupplungen oder formschlüssige Klauenkupplungen geschaltet. Bei solchen Formschlussschaltungen sind zusätzliche Synchronisierungen mittels zusätzlicher Bauteile und/oder Synchronisierungen durch entsprechende Ansteuerung der Elektromaschinen erforderlich. Kraftschlüssige nasse Lamellenkupplungen weisen zudem starke Schleppverluste durch das Öl zwischen den Lamellen auf. Beispielhaft ist aus der
Die obigen zwei- oder mehrgängigen Getriebe weisen jeweils einen komplexen Schaltmechanismus auf. Zudem sind die Schaltmechanismen bauteilaufwendig unter anderem mit aktiv schaltbaren, kraftschlüssigen Kupplungen (das heißt hydraulisch oder elektromechanisch aktuierte Lamellenkupplungen) realisiert. Solche Lamellenkupplungen erzeugen außerdem zusätzliche nachteilige Schleppverluste.The above two- or more-speed transmissions each have a complex shifting mechanism. In addition, the switching mechanisms component-consuming, inter alia, with actively switchable, non-positive clutches (that is, hydraulically or electromechanically actuated multi-plate clutches) realized. Such multi-plate clutches also generate additional adverse drag losses.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Antriebsvorrichtung für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug bereitzustellen, dessen automatisiertes Zwei-Gang-Getriebe im Vergleich zum obigen Stand der Technik bauteilreduziert aufgebaut ist sowie ohne aktiv geschaltete kraftschlüssige Kupplungen (das heißt Lamellenkupplungen) realisierbar ist.The object of the present invention is to provide a drive device for an electrically operated vehicle, the automated two-speed transmission is constructed reduced component compared to the above prior art and without active switched non-positive clutches (that is, multi-plate clutches) is feasible.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.The object is solved by the features of
Die Erfindung geht von einer Antriebsvorrichtung aus, Antriebsvorrichtung für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, mit genau einer Elektromaschine, die über ein Achsdifferenzial auf Fahrzeugräder einer Fahrzeugachse abtreibt, wobei bei einem eingelegten ersten Vorwärtsgang die Elektromaschine über einen ersten Antriebs-Lastpfad mit dem Achsdifferenzial in Antriebsverbindung ist, und bei einem eingelegten zweiten Vorwärtsgang die Elektromaschine über einen zweiten Antriebs-Lastpfad mit dem Achsdifferenzial in Antriebsverbindung ist. Das Achsdifferenzial ist jedoch nur bei einem zweispurigen Fahrzeug erforderlich.The invention is based on a drive device, drive device for an electrically operated vehicle, with exactly one electric machine, which drives off an axle differential on vehicle wheels of a vehicle axle, wherein at an engaged first forward gear, the electric machine via a first drive load path with the axle differential in drive connection , and at an engaged second forward gear, the electric machine is in drive connection with the axle differential via a second drive load path. However, the axle differential is only required for a two-lane vehicle.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 wird bei einer solchen Getriebestruktur der Antriebsvorrichtung eine Umschaltung zwischen den Vorwärtsgängen wie folgt realisiert: So ist im ersten Antriebs-Lastpfad eine erste Freilaufkupplung geschaltet, deren drehmomentübertragende Sperrfunktion aktiviert ist beim Betrieb der Elektromaschine in einer ersten Antriebsdrehrichtung und deren übertragungsfreie Freilauffunktion aktiviert ist beim Betrieb der Elektromaschine in einer gegensinnigen zweiten Antriebsdrehrichtung. Alternativ dazu ist im zweiten Antriebs-Lastpfad eine zweite Freilaufkupplung geschaltet. Deren Sperrfunktion ist aktiviert beim Betrieb der Elektromaschine in der zweiten Antriebsdrehrichtung, wobei deren Freilauffunktion aktiviert ist beim Betrieb der Elektromaschine in der gegensinnigen ersten Antriebsdrehrichtung.According to the characterizing part of
In einer technischen Umsetzung können der ersten Freilaufkupplung und/oder der zweiten Freilaufkupplung zumindest ein Schaltelement zugeordnet sein, das in einer Rekuperations-Schaltstellung die erste und/oder zweite Freilaufkupplung blockiert, um eine Drehmomentübertragung vom Achsdifferenzial zur Elektromaschine über den ersten und/oder zweiten Lastpfad zu ermöglichen.In a technical implementation of the first one-way clutch and / or the second one-way clutch may be assigned at least one switching element which blocks the first and / or second overrunning clutch in a recuperation switching position to a torque transmission from the axle differential to the electric machine via the first and / or second load path to enable.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Getriebestruktur der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung beschrieben: So kann im ersten Antriebs-Lastpfad die Elektromaschinenwelle über eine erste Vorgelegestufe mit dem Achsdifferenzial verbindbar sein. Im zweiten Antriebs-Lastpfad kann die Elektromaschine über eine zweite Vorgelegestufe mit dem Achsdifferenzial verbindbar sein. Die beiden Vorgelegestufen können bevorzugt als Stirnradstufen ausgebildet sein.A preferred transmission structure of the drive device according to the invention is described below: Thus, in the first drive load path, the electric machine shaft can be connectable to the axle differential via a first countershaft stage. In the second drive load path, the electric machine can be connected to the axle differential via a second countershaft stage. The two countershift stages can preferably be designed as spur gear stages.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante kann die zweite Vorgelegestufe ein drehfest auf der Elektromaschinenwelle angeordnetes antriebsseitiges Zahnrad aufweisen, das unter Zwischenschaltung eines Umkehr-Zahnrads mit einem auf einer Zwischenwelle angeordneten abtriebsseitigen Zahnrad kämmt. Durch die Zwischenschaltung des Umkehr-Zahnrads wird eine Drehrichtungsänderung im zweiten Antriebs-Lastpfad bewerkstelligt.In a preferred embodiment variant, the second countershaft stage can have a drive-side gear arranged rotatably on the electric machine shaft, which meshes with a driven gear arranged on an intermediate shaft with the interposition of a reversing gear. Through the interposition of the reverse gear a direction of rotation change in the second drive load path is accomplished.
In gleicher Weise kann auch die erste Vorgelegestufe ein drehfest auf der Elektromaschinenwelle angeordnetes antriebsseitiges Zahnrad aufweisen, das mit einem abtriebsseitigen Zahnrad kämmt. Die beiden abtriebsseitigen Zahnräder der beiden Vorgelegestufen können bevorzugt jeweils über die erste und die zweite Freilaufkupplung mit der Zwischenwelle verbindbar sein. Die Zwischenwelle kann zudem ein weiteres Festzahnrad aufweisen, das mit einem Zahnrad das Achsdifferenzials kämmt.In the same way, the first countershaft stage can also have a drive-side toothed wheel arranged rotationally fixed on the electric machine shaft and meshing with a driven-side toothed wheel. The two output side gears of the two Vorgelegestufen can preferably be connected via the first and the second one-way clutch with the intermediate shaft. The intermediate shaft may also have another fixed gear that meshes with the axle differential axle.
In der oben angedeuteten Getriebestruktur können die Elektromaschinenwelle und die Zwischenwelle zueinander achsparallel angeordnet sein.In the above-indicated transmission structure, the electric machine shaft and the intermediate shaft can be arranged axially parallel to each other.
Zudem ist es bevorzugt, wenn die erste und zweite Freilaufkupplung in Axialrichtung unmittelbar nebeneinander angeordnet sind. In diesem Fall kann den beiden Freilaufkupplungen ein gemeinsames Schaltelement zugeordnet sein, das axial zwischen den beiden Freilaufkupplungen angeordnet ist und alternierend entweder die erste Freilaufkupplung oder die zweite Freilaufkupplung blockiert.In addition, it is preferred if the first and second overrunning clutch are arranged directly next to each other in the axial direction. In this case, the two one-way clutches may be assigned a common switching element, which is arranged axially between the two one-way clutches and alternately blocks either the first overrunning clutch or the second overrunning clutch.
In einer alternativen Ausführungsform kann das Zwei-Gang-Getriebe nicht als ein Stirnradgetriebe, sondern als ein schaltbares Planetengetriebe ausgeführt sein. Dessen Eingangselement, insbesondere ein Sonnenrad, kann mit der Elektromaschine gekoppelt werden, wobei dessen Ausgangselement, insbesondere ein radial äußeres Hohlrad, mit der Eingangsseite des Achsdifferenzials verbindbar ist. Das Reaktionselement des schaltbaren Planetengetriebes, insbesondere ein Planetenräder tragender Planetenradträger, kann mittels der beiden Freilaufkupplungen am Ein- oder Ausgangselement anbindbar sein oder alternativ gehäusefest festbremsbar sein.In an alternative embodiment, the two-speed transmission can not be designed as a spur gear, but as a switchable planetary gear. Whose input element, in particular a sun gear, can be coupled to the electric machine, wherein the output element, in particular a radially outer ring gear, with the input side of the axle differential is connectable. The reaction element of the switchable planetary gear, in particular a planetary gear-carrying planet carrier, can be connected by means of the two overrunning clutches on the input or output element or alternatively fixed to the housing can be firmly braked.
In einer technischen Umsetzung kann der Planetenradträger des schaltbaren Planetengetriebes über einen Kupplungsflansch in eine Außenhohlwelle übergehen. Die Außenhohlwelle kann entweder über die erste Freilaufkupplung am Getriebegehäuse festbremsbar sein oder über die zweite Freilaufkupplung mit dem Sonnenrad (das heißt Eingangselement) des schaltbaren Planetengetriebes verblockbar sein.In a technical implementation of the planet carrier of the switchable planetary gear can pass over a coupling flange in an outer hollow shaft. The outer hollow shaft can either be braked by the first one-way clutch on the transmission housing or be blockable via the second overrunning clutch with the sun gear (that is input element) of the switchable planetary gear.
Das Sonnenrad (das heißt Eingangselement) des schaltbaren Planetengetriebes kann über eine Innenhohlwelle direkt oder indirekt in trieblicher Verbindung mit der Elektromaschine sein. Zwischen der Innenhohlwelle und der oben erwähnten Außenhohlwelle kann die zweite Freilaufkupplung wirken. Demgegenüber kann zwischen der Außenhohlwelle und einer Getriebegehäusewand die erste Freilaufkupplung wirken. Bei dieser Anordnung ergeben sich die folgenden Lastfälle: So kann beim Betrieb der Elektromaschine in der ersten Antriebsdrehrichtung (zum Beispiel linksdrehend) die erste Freilaufkupplung selbsttätig in ihre Sperrposition verstellt sein, in der der Planetenradträger des schaltbaren Planetengetriebes am Getriebegehäuse festgebremst ist, wogegen in der zweiten Freilaufkupplung die Freilauffunktion aktiviert ist.The sun gear (that is input element) of the switchable planetary gear can be directly or indirectly in operative connection with the electric machine via an internal hollow shaft. Between the inner hollow shaft and the above-mentioned outer hollow shaft, the second one-way clutch can act. In contrast, can act between the outer hollow shaft and a transmission housing wall, the first overrunning clutch. In this arrangement, the following load cases arise: Thus, during operation of the electric machine in the first drive direction of rotation (for example, left-handed), the first one-way clutch automatically be adjusted to its locked position in which the planet carrier of the switchable planetary gear is braked on the transmission housing, whereas in the second One-way clutch the freewheel function is activated.
Umgekehrt kann beim Betrieb der Elektromaschine in der zweiten Antriebsdrehrichtung (das heißt zum Beispiel rechtsdrehend) die erste Freilaufkupplung selbsttätig ihre Freilauffunktion aktivieren und die zweite Freilaufkupplung selbsttätig sich in ihre Sperrposition verstellen, in der der Planetenradträger des schaltbaren Planetengetriebes mit dem Sonnenrad (das heißt Eingangselement) verblockt ist.Conversely, during operation of the electric machine in the second drive direction of rotation (that is, for example, clockwise), the first one-way clutch automatically activate their free-wheeling function and the second one-way clutch automatically adjust to its blocking position in which the planet carrier of the switchable planetary gear with the sun gear (ie input element) is blocked.
Im Hinblick auf eine Drehmomentwandlung der Elektromaschine ist es bevorzugt, wenn das schaltbare Planetengetriebe nicht unmittelbar an der Elektromaschine angekoppelt ist, sondern vielmehr über eine Vorgelegestufe mit der Elektromaschinenwelle gekoppelt ist. Im Hinblick auf eine Reduzierung des in Axialrichtung erforderlichen Bauraums ist es bevorzugt, wenn die Vorgelegestufe als ein Planetenvorgelege realisiert ist, das zusammen mit dem schaltbaren Planetengetriebe und der Elektromaschine koaxial zu den beiden Flanschwellen angeordnet ist. Das Planetenvorgelege kann mit seinem Eingangselement (bevorzugt Sonnenrad) drehfest mit der Elektromaschinenwelle verbunden sein und mit seinem Ausgangselement (insbesondere ein Planetenräder tragender Planetenradträger) drehfest mit dem Eingangselement des schaltbaren Planetengetriebes verbunden sein. Das Reaktionselement des Planetenvorgeleges (insbesondere ein radial äußeres Hohlrad) kann dagegen gehäusefest am Getriebegehäuse angebunden sein.With regard to a torque conversion of the electric machine, it is preferred if the switchable planetary gear is not coupled directly to the electric machine, but rather is coupled via a countershaft stage with the electric machine shaft. With regard to a reduction of the space required in the axial direction, it is preferred if the counter stage is realized as a planetary gear, which is arranged together with the switchable planetary gear and the electric machine coaxial with the two stub shafts. The planetary gear can be connected to its input element (preferably sun gear) rotatably connected to the electric machine shaft and with its output element (in particular a planetary gear bearing planet carrier) rotatably connected to the input element of the switchable planetary gear. The reaction element of the planetary gear (in particular a radially outer ring gear), however, can be fixed to the housing fixed to the housing.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.Hereinafter, an embodiment of the invention with reference to the accompanying figures will be described.
Es zeigen:
-
1 eine Antriebsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel; -
2a und2b jeweils Prinzipskizzen, die die Funktionsweise einer Freilaufkupplung veranschaulichen; -
3 und4 jeweils den sich bei eingelegtem ersten Vorwärtsgang ergebenden Lastpfad und den sich bei eingelegtem zweiten Vorwärtsgang ergebenden Lastpfad; sowie -
5 ,6 und7 weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung.
-
1 a drive device according to a first embodiment; -
2a and2 B each schematic diagrams illustrating the operation of a one-way clutch; -
3 and4 in each case the load path resulting when the first forward gear is engaged and the load path resulting when the second forward gear is engaged; such as -
5 .6 and7 further embodiments of the invention.
In der
Nachfolgend ist die in der
In der
Wie aus der
Die erste Vorgelegestufe
In der
In der
Mit der in den Figuren gezeigten Getriebestruktur ist ein Schalten vom ersten in den zweiten Vorwärtsgang wie folgt ermöglicht: So wird hierzu in einer Drehrichtungsänderung die Antriebsdrehrichtung
In der
In der
Wie aus der
Beispielhaft ist im Anfahrbetrieb der erste Vorwärtsgang eingelegt, sofern die Elektromaschine
Demgegenüber kann der zweite Vorwärtsgang durch eine Drehrichtungsumkehr der Elektromaschine
Wie aus den
Das in der
In der
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |