DE102018222256A1 - Arrangement for driving a vehicle axle and method for operating the drive arrangement - Google Patents
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- F16H2200/0021—Transmissions for multiple ratios specially adapted for electric vehicles
Abstract
Antriebsanordnung mit einem stufenloses Getriebe (16) und mit einer ersten und einer zweiten elektrischen Maschine (1, 2), wobei eine Abtriebsdrehzahl des stufenlosen Getriebes (16) durch kontinuierliches Verändern einer oder beider elektrischer Maschinen (1, 2) eingestellt wird, wobei die erste und die zweite elektrische Maschine (1, 2) achsparallel zueinander angeordnet sind und das stufenlose Getriebe (16) eine erste, eine zweite, eine dritte und eine vierte Radebenen (3, 4, 5, 6) umfasst und keine Schaltelemente aufweist.Drive arrangement with a continuously variable transmission (16) and with a first and a second electrical machine (1, 2), an output speed of the continuously variable transmission (16) being set by continuously changing one or both electrical machines (1, 2), the the first and the second electrical machine (1, 2) are arranged axially parallel to one another and the continuously variable transmission (16) comprises a first, a second, a third and a fourth wheel plane (3, 4, 5, 6) and has no shifting elements.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Antrieb einer Fahrzeugachse eines Kraftfahrzeugs sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Antriebsanordnung gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.The present invention relates to an arrangement for driving a vehicle axle of a motor vehicle and a method for operating such a drive arrangement according to the preamble of the independent claims.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, bei unterschiedlichen Fahrzeugen wie unter anderem Bussen und LKWs elektrisch mittels elektrischen Maschinen angetriebene Achsen einzusetzen, die mehrere über ein Getriebe abbildbare schaltbare Gangstufen aufweisen können.It is known from the prior art to use axles which are electrically driven by means of electrical machines in different vehicles, including buses and trucks, and which can have a plurality of switchable gear stages which can be mapped via a transmission.
Um das hohe Drehzahlniveau elektrischer Antriebe bei angetriebenen Achsen nutzen zu können, sind Getriebe notwendig, welche aus Bauraumgründen so kompakt wie möglich gestaltet werden müssen. Bei Verwendung von zwei elektrischen Maschinen werden diese meist koaxial angeordnet. Nachteil dieser Anordnung ist ein sehr lang bauender Antriebsstrang. Auch sind alternative Konzepte meist als reine Stirnradgetriebe ausgeführt, was die Verwendung der elektrischen Maschinen einschränkt.In order to be able to use the high speed level of electric drives with driven axes, gearboxes are necessary, which must be made as compact as possible for reasons of installation space. When using two electrical machines, these are usually arranged coaxially. The disadvantage of this arrangement is a very long drive train. Alternative concepts are mostly designed as pure spur gears, which limits the use of electrical machines.
Aus der
Bei Hybridantrieben ist außerdem ein elektrodynamisches Anfahrelement bekannt, was zum Beispiel in der Schrift
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsanordnung für eine elektrisch angetriebene Achse eines Kraftfahrzeugs aufzuzeigen, welche die Nachteile des Stands der Technik reduziert, sowie ein Verfahren zum Betreiben dieser Anordnung vorzuschlagen. Im Weiteren soll die Antriebsanordnung stufenlos betrieben werden können.The present invention has for its object to show a drive arrangement for an electrically driven axle of a motor vehicle, which reduces the disadvantages of the prior art, and to propose a method for operating this arrangement. Furthermore, the drive arrangement should be able to be operated continuously.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus der Beschreibung und den Unteransprüchen hervor.This object is achieved by the features of the independent claims. Further advantages and advantageous configurations emerge from the description and the subclaims.
Es wird eine Antriebsanordnung mit einem stufenlosen Getriebe und mit einer ersten und einer zweiten elektrischen Maschine vorgeschlagen, wobei eine Abtriebsdrehzahl des stufenlosen Getriebes durch kontinuierliches Verändern einer oder beider elektrischer Maschinen eingestellt wird. Die erste und die zweite elektrische Maschine können dabei bevorzugt achsparallel zueinander angeordnet sein. Das stufenlose Getriebe weist eine erste, eine zweite, eine dritte und eine vierte Radebenen und keine Schaltelemente auf. Eine der Radebenen ist als Planetengetriebe ausgeführt. Bevorzugt ist dies die dritte Radebene, welche als Planetengetriebe ausgeführt ist, und die anderen Radebenen sind als Stirnradebenen ausgeführt. Das Planetengetriebe weist zumindest die Elemente Hohlrad, Sonnenrad, Planetenräder und Steg auf.A drive arrangement with a continuously variable transmission and with a first and a second electrical machine is proposed, an output speed of the continuously variable transmission being set by continuously changing one or both electrical machines. The first and the second electrical machine can preferably be arranged axially parallel to one another. The continuously variable transmission has a first, a second, a third and a fourth wheel plane and no shift elements. One of the wheel planes is designed as a planetary gear. This is preferably the third gear plane, which is designed as a planetary gear, and the other gear planes are designed as spur gear planes. The planetary gear has at least the elements ring gear, sun gear, planet gears and web.
Die erste, die zweite und die dritte Radebene können auch als Stirnradebene ausgeführt sein. Bei dieser Ausführungsvariante wird die vierte Radebene als Planetengetriebe ausgeführt.The first, the second and the third gear plane can also be designed as a spur gear plane. In this variant, the fourth wheel plane is designed as a planetary gear.
Die erste elektrische Maschine ist in der bevorzugten Ausführungsvariante mit Planetenradgetriebe als dritte Radebene mit einer ersten Eingangswelle verbunden, welche über die erste Radebene mit einer achsparallel verlaufenden Getriebehauptwelle verbunden ist und die zweite elektrische Maschine ist mit einer zweiten Eingangswelle verbunden, welche ebenfalls achsparallel zur ersten Getriebeeingangswelle verläuft und über die zweite Radebene mit einer Getriebehohlwelle verbunden ist, die koaxial zur Getriebehauptwelle verläuft und als Hohlwelle die Getriebehauptwelle umgibt. Die Getriebehauptwelle ist mit dem Sonnenrad der dritten Radebene verbunden und die Getriebehohlwelle ist mit dem Hohlrad der vierten Radebene verbunden, wobei der Steg der dritten Radebene mit einer weiteren Getriebewelle verbunden ist von der über die vierte Radebene Leistung auf ein Differentialgetriebe übertragen werden kann. Dazu ist die vierte Radebene abtriebsseitig mit einer Getriebeausgangswelle verbunden. Die weitere Getriebewelle ist koaxial zur Getriebehauptwelle angeordnet. Antriebsseitig beschreibt die Seite der Leistungsentstehung und abtriebsseitig die gegenüberliegende Seite, auf der die Leistung weitergegeben bzw. abgegeben wird.The first electrical machine is connected in the preferred embodiment variant with planetary gear as the third gear plane to a first input shaft, which is connected via the first gear plane to an axially parallel main gear shaft and the second electric machine is connected to a second input shaft, which is also axially parallel to the first gear input shaft runs and is connected via the second wheel plane to a hollow transmission shaft which runs coaxially to the main transmission shaft and surrounds the transmission main shaft as a hollow shaft. The main gear shaft is connected to the sun gear of the third gear level and the hollow gear shaft is connected to the ring gear of the fourth gear level, the web of the third gear level being connected to a further gear shaft from which power can be transmitted to a differential gear via the fourth gear level. For this purpose, the fourth wheel level is connected on the output side to a transmission output shaft. The further gear shaft is arranged coaxially to the main gear shaft. The drive side describes the side of the power generation and the output side the opposite side on which the power is passed on or given off.
Die vierte Radebene kann auch als direkter Antrieb auf das Differentialgetriebe oder als Planetengetriebe ausgeführt sein, wobei das Planetengetriebe zumindest die Elemente Hohlrad, Sonnenrad, Planetenräder und Steg aufweist.The fourth gear plane can also be designed as a direct drive on the differential gear or as a planetary gear, the planetary gear having at least the elements ring gear, sun gear, planet gears and web.
Die erste und die zweite elektrische Maschine können baugleich ausgeführt sein.The first and the second electrical machine can be constructed identically.
Es wird auch ein Verfahren zum Betreiben der Antriebsanordnung vorgeschlagen, wobei ein Drehmoment der elektrischen Maschinen so eingestellt wird, dass am Planetenrad des Planetengetriebes ein Kräftegleichgewicht herrscht. Die Anordnung zeigt damit ein stufenloses Getriebe, bei dem die Abtriebsdrehzahl durch kontinuierliches Verändern einer oder beider elektrischer Maschinen eingestellt wird. A method for operating the drive arrangement is also proposed, wherein a torque of the electrical machines is set such that there is a balance of forces on the planet gear of the planetary gear. The arrangement thus shows a continuously variable transmission in which the output speed is set by continuously changing one or both electrical machines.
Im Teillastbereich kann bei einer konstanten Abtriebsdrehzahl, eine Antriebsdrehzahl der ersten elektrischen Maschine und der zweiten elektrischen Maschine so gewählt werden, dass in einem bestimmten Betriebsbereich gefahren werden kann, z.B. im günstigsten Betriebspunkt.In the partial load range, at a constant output speed, a drive speed of the first electrical machine and the second electrical machine can be selected such that driving can take place in a specific operating range, e.g. at the cheapest operating point.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung kann elektrodynamisch angefahren werden, was die elektronischen Bauteile, vor allem den Wechselrichter, schont. Außerdem können die elektrischen Maschinen mit der Drehzahl im Bereich von Null betrieben werden, so dass eine Hillholder-Funktion dauerhaft möglich ist. Auch ein Dauerkriechen ist möglich und ein Rangieren ohne Nulldurchgang der Drehzahlen der elektrischen Maschinen.The arrangement according to the invention can be used electrodynamically, which protects the electronic components, especially the inverter. In addition, the electrical machines can be operated at a speed in the range of zero, so that a hill holder function is permanently possible. Continuous crawling is also possible and maneuvering without zero speed of the electrical machines.
Die Antriebsanordnung ist bevorzugt als Antriebsanordnung für eine Fahrzeugachse vorgesehen. Dabei kann die Antriebsanordnung als elektrischer Zentralantrieb eine Fahrzeugachse antreiben.The drive arrangement is preferably provided as a drive arrangement for a vehicle axle. The drive arrangement can drive a vehicle axle as an electric central drive.
Zum Betreiben dieser Anordnung sind keine Schaltelemente erforderlich. Es kann damit der volle Drehzahlbereich beider elektrischer Maschinen ausgenutzt werden.No switching elements are required to operate this arrangement. The full speed range of both electrical machines can be used.
Die Übersetzung der zweiten Radebene ist so zu wählen, dass die Leistung der zwei elektrischen Maschinen gut ausgenutzt wird. Das bedeutet, dass bei zwei baugleichen elektrischen Maschinen die Übersetzung der zweiten Radebene gleich der absoluten Standübersetzung der dritten Radebene multipliziert mit der Übersetzung der ersten Radebene ist.The ratio of the second wheel level should be selected so that the performance of the two electrical machines is used well. This means that with two identical electrical machines, the translation of the second wheel plane is equal to the absolute stationary translation of the third wheel plane multiplied by the translation of the first wheel plane.
Anhand der folgenden Zeichnung wird die Erfindung näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können.
-
1 erfindungsgemäße Anordnung zum Antrieb einer Fahrzeugachse
-
1 Arrangement according to the invention for driving a vehicle axle
Das Getriebe
Die zweite Radebene
Das Getriebe
Die Getriebeausgangswelle
Die Abtriebsdrehzahl wird durch kontinuierliches Verändern einer oder beider elektrischer Maschinen eingestellt. Dabei ist das Drehmoment der elektrischen Maschinen so einzustellen, dass an den Planetenrädern des Planetengetriebes ein Kräftegleichgewicht herrscht.The output speed is adjusted by continuously changing one or both electrical machines. The torque of the electrical machines must be set so that there is an equilibrium of forces on the planet gears of the planetary gear.
Bezugszeichenliste Reference list
- 11
- erste elektrische Maschinefirst electrical machine
- 22nd
- zweite elektrische Maschinesecond electrical machine
- 33rd
- erste Radebenefirst wheel plane
- 44th
- zweite Radebenesecond wheel plane
- 55
- dritte Radebenethird wheel plane
- 66
- vierte Radebenefourth wheel plane
- 77
- erste Getriebeeingangswellefirst transmission input shaft
- 88th
- zweite Getriebeeingangswellesecond transmission input shaft
- 99
- GetriebehohlwelleHollow gear shaft
- 1010th
- HohlradRing gear
- 1111
- SonnenradSun gear
- 1212th
- PlanetenradPlanet gear
- 1313
- Stegweb
- 1414
- weitere Getriebewellefurther gear shaft
- 1515
- GetriebeausgangswelleTransmission output shaft
- 1616
- Getriebetransmission
- 1717th
- GetriebehauptwelleMain transmission shaft
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- US 2006/0000308 A1 [0004]US 2006/0000308 A1 [0004]
- DE 19934696 A1 [0005]DE 19934696 A1 [0005]
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DE102018222256.8A DE102018222256A1 (en) | 2018-12-19 | 2018-12-19 | Arrangement for driving a vehicle axle and method for operating the drive arrangement |
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-
2018
- 2018-12-19 DE DE102018222256.8A patent/DE102018222256A1/en active Pending
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Legal Events
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