DE102019129635A1 - Drive device for a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine elektrische Antriebsmaschine, die über eine Antriebswelle (2) mit einer Getriebevorrichtung (3) wirkverbunden ist, wobei die Getriebevorrichtung (3) mindestens eine erste und zweite Planetenradstufe (4, 5) sowie eine Differentialstufe (6) aufweist, wobei die erste und die zweite Planetenradstufe (4, 5) mit einer Doppelkupplungsvorrichtung (11) mit einer ersten und einer zweiten lastschaltbaren Kupplung (12a, 12b) wirkverbunden sind, und wobei ein Sonnenrad (9a, 9b) einer Planetenradstufe (4, 5) und ein Hohlrad (10a, 10b) der anderen Planetenradstufe (4, 5) drehfest miteinander verbunden sind.The invention relates to a drive device (1) for a motor vehicle, comprising an electric drive machine which is operatively connected to a transmission device (3) via a drive shaft (2), the transmission device (3) having at least one first and second planetary gear set (4, 5). as well as a differential stage (6), the first and the second planetary gear stage (4, 5) being operatively connected to a double clutch device (11) with a first and a second power shift clutch (12a, 12b), and wherein a sun gear (9a, 9b ) a planetary gear set (4, 5) and a ring gear (10a, 10b) of the other planetary gear set (4, 5) are non-rotatably connected to one another.
Description
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine elektrische Antriebsmaschine, die über eine Antriebswelle mit einer Getriebevorrichtung wirkverbunden ist, wobei die Getriebevorrichtung mindestens eine erste und zweite Planetenradstufe sowie eine Differentialstufe aufweist, und wobei die erste und die zweite Planetenradstufe mit einer Doppelkupplungsvorrichtung mit einer ersten und einer zweiten lastschaltbaren Kupplung wirkverbunden sind.The invention relates to a drive device for a motor vehicle, comprising an electric drive machine which is operatively connected to a transmission device via a drive shaft, the transmission device having at least a first and second planetary gear stage and a differential stage, and the first and second planetary gear stage having a double clutch device a first and a second power shiftable clutch are operatively connected.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Antriebsvorrichtungen für Kraftfahrzeuge bekannt. Beispielsweise zeigt
Auch zeigt die
Der Stand der Technik hat jedoch immer den Nachteil, dass aufgrund einer komplexen Getriebestruktur eine große Anzahl an unterschiedlichen Bauteilen und Komponenten verbaut werden und daher die Fertigungskosten steigen und die Montage erschwert wird.However, the prior art always has the disadvantage that a large number of different parts and components are installed due to a complex transmission structure and therefore the production costs increase and assembly is made more difficult.
Es ist also die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu mildern. Insbesondere soll eine Antriebsvorrichtung bzw. ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug weiterentwickelt werden, wobei der Fokus auf einer möglichst einfachen Getriebestruktur mit vielen Gleichteilen und passender Übersetzungsaufteilung bzw. Spreizung liegt.It is therefore the object of the invention to avoid or at least mitigate the disadvantages of the prior art. In particular, a drive device or a drive train for a motor vehicle is to be further developed, the focus being on the simplest possible transmission structure with many identical parts and a suitable gear ratio distribution or spread.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Sonnenrad einer Planetenradstufe und ein Hohlrad der anderen Planetenradstufe (dauerhaft) drehfest miteinander verbunden sind.This object is achieved according to the invention in a device of the generic type in that a sun gear of one planetary gear set and a ring gear of the other planetary gear set are (permanently) connected to one another in a rotationally fixed manner.
Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst eine elektrische Antriebsmaschine, die über eine Antriebswelle mit einer Getriebevorrichtung wirkverbunden ist.The drive device according to the invention for a motor vehicle comprises an electric drive machine which is operatively connected to a transmission device via a drive shaft.
Dies hat den Vorteil, dass in dem Antriebsstrang mit möglichst einfacher Getriebestruktur ein Zweigangbetrieb umsetzbar ist.This has the advantage that two-speed operation can be implemented in the drive train with the simplest possible transmission structure.
Die Getriebevorrichtung weist mindestens eine erste und zweite Planetenradstufe sowie eine Differentialstufe auf, wobei die erste Planetenradstufe einen ersten Planetenradsatz mit mehreren Planetenrädern aufweist, wobei die Planetenräder des ersten Planetenradsatzes drehbar an einem ersten Planetenradträger angeordnet sind und mit einem ersten Sonnenrad sowie mit einem ersten Hohlrad im Zahneingriff stehen, wobei die zweite Planetenradstufe einen zweiten Planetenradsatz mit mehreren Planetenrädern aufweist, wobei die Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes drehbar an einem zweiten Planetenradträger angeordnet sind und mit einem zweiten Sonnenrad sowie mit einem zweiten Hohlradrad im Zahneingriff stehen, und wobei die erste und die zweite Planetenradstufe mit einer Doppelkupplungsvorrichtung mit einer ersten und einer zweiten lastschaltbaren Kupplung wirkverbunden sind.The transmission device has at least a first and second planetary gear set and a differential stage, the first planetary gear set having a first planetary gear set with several planet gears, the planet gears of the first planetary gear set being rotatably arranged on a first planetary gear carrier and with a first sun gear and a first ring gear The second planetary gear set has a second planetary gear set with a plurality of planetary gears, the planetary gears of the second planetary gear set are rotatably arranged on a second planetary gear carrier and mesh with a second sun gear and a second ring gear, and the first and second planetary gear sets are operatively connected to a double clutch device with a first and a second power shiftable clutch.
Unter dem Begriff „wirkverbunden“ ist dabei zu verstehen, dass zwei Getriebeelemente zur Drehmomentübertragung direkt miteinander verbunden sein können, oder dass sich zwischen zwei Getriebeelementen zur Drehmomentübertragung noch weitere Getriebeelemente befinden, beispielsweise eine Welle oder mehrere Wellen oder Zahnräder. Zwei miteinander im Zahneingriff stehende bzw. kämmende Zahnräder sind zur Übertragung eines Drehmoments und einer Drehzahl von dem einen Zahnrad auf das andere Zahnrad vorgesehen. Unter einem Zahnrad sind beispielsweise ein Sonnenrad, ein Hohlrad sowie ein Planetenrad eines Planetenradsatzes zu verstehen.The term “operatively connected” means that two transmission elements for torque transmission can be directly connected to one another, or that further transmission elements are located between two transmission elements for torque transmission, for example one shaft or several shafts or gears. Two gearwheels that are in meshing engagement with one another are provided for transmitting a torque and a speed from one gearwheel to the other gearwheel. A gear is to be understood as meaning, for example, a sun gear, a ring gear and a planet gear of a planetary gear set.
Unter einer Doppelkupplungsvorrichtung ist eine Vorrichtung mit zwei lastschaltbaren Kupplungen zu verstehen. Ferner ist unter dem Begriff „lastschaltbare Kupplung“ eine Vorrichtung zu verstehen, die zumindest einen geöffneten und einen geschlossenen Zustand aufweist und unter Last zwischen den mindestens zwei Zuständen schaltbar ist. Im geöffneten Zustand überträgt die Kupplung kein Drehmoment.A double clutch device is to be understood as a device with two power-shiftable clutches. Furthermore, the term “load-shiftable clutch” is to be understood as a device which has at least one open and one closed state and can be switched between the at least two states under load. in the In the open state, the clutch does not transmit any torque.
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.Advantageous exemplary embodiments are claimed in the subclaims and are explained in more detail below.
In einer bevorzugten Ausführung kann ein Sonnenrad der anderen Planetenradstufe über die zweite Kupplung drehfest mit einem Planetenradträger der einen Planetenradstufe und über die erste Kupplung drehfest mit einem Hohlrad der einen Planetenradstufe koppelbar sein.In a preferred embodiment, a sun gear of the other planetary gear stage can be coupled non-rotatably to a planetary gear carrier of one planetary gear stage via the second clutch and non-rotatably coupled to a ring gear of one planetary gear stage via the first clutch.
Zudem kann es zweckmäßig sein, wenn der Planetenradträger der ersten Planetenradstufe oder der Planetenradträger der zweiten Planetenradstufe ortsfest / drehfest / stationär in einem Gehäuse festgelegt bzw. aufgenommen ist.In addition, it can be expedient if the planetary gear carrier of the first planetary gear set or the planetary gear carrier of the second planetary gear set is fixed or received in a fixed / non-rotatable / stationary manner in a housing.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann das Sonnenrad der einen Planetenradstufe und das Hohlrad der anderen Planetenradstufe mit der Differentialstufe wirkverbunden ist.According to an advantageous development, the sun gear of one planetary gear set and the ring gear of the other planetary gear set can be operatively connected to the differential stage.
Somit erlaubt die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung eine große Flexibilität bei der konstruktiven Ausgestaltung der Getriebestruktur, was die Anpassung der gewünschten Übersetzung und Spreizung erleichtert, ohne die Getriebestruktur unnötig zu verkomplizieren.The drive device according to the invention thus allows great flexibility in the design of the gear structure, which makes it easier to adapt the desired gear ratio and spread without unnecessarily complicating the gear structure.
Vorzugsweise kann ein Teilkreisdurchmesser des Sonnenrads der ersten Planetenradstufe einem Teilkreisdurchmesser des Sonnenrads der zweiten Planetenradstufe entsprechen. D.h. der Teilkreisdurchmesser des Sonnenrads der ersten Planetenradstufe ist gleich dem Teilkreisdurchmesser des Sonnenrads der zweiten Planetenradstufe. Durch diese Ausgestaltung kann die Herstellung der beiden Sonnenräder vereinfacht werden.A pitch circle diameter of the sun gear of the first planetary gear set can preferably correspond to a pitch circle diameter of the sun gear of the second planetary gear set. That is, the pitch circle diameter of the sun gear of the first planetary gear set is equal to the pitch circle diameter of the sun gear of the second planetary gear set. This configuration enables the manufacture of the two sun gears to be simplified.
Besonders bevorzugt können dabei das Sonnenrad der ersten Planetenradstufe und das Sonnenrad der zweiten Planetenradstufe auf einer gemeinsamen Welle angeordnet oder ausgebildet sein, wodurch zusätzlich die Teilezahl und damit der Montageaufwand verringert werden kann.Particularly preferably, the sun gear of the first planetary gear set and the sun gear of the second planetary gear set can be arranged or formed on a common shaft, whereby the number of parts and thus the assembly effort can also be reduced.
Zudem ist es vorteilhaft, wenn ein Teilkreisdurchmesser des Hohlrads der ersten Planetenradstufe einem Teilkreisdurchmesser des Hohlrads der zweiten Planetenradstufe entspricht. Bei jeweils gleichen Teilkreisdurchmessern der Hohlräder bzw. der Sonnenräder der ersten und zweiten Planetenradstufe können für beide Planetenradstufen im Wesentlichen baugleiche Planetenräder verwendet werden, was die Anzahl der verwendeten Gleichteile erhöht und somit die Herstellkosten verringert.In addition, it is advantageous if a pitch circle diameter of the ring gear of the first planetary gear set corresponds to a pitch circle diameter of the ring gear of the second planetary gear set. With the same pitch circle diameters of the ring gears or the sun gears of the first and second planetary gear sets, essentially identical planet gears can be used for both planetary gear sets, which increases the number of identical parts used and thus reduces manufacturing costs.
Des Weiteren kann eine vorteilhafte Ausgestaltung zudem dadurch gekennzeichnet sein, dass im Drehmomentfluss zwischen der elektrischen Antriebsmaschine und der Differentialstufe ein zusätzliches Reduziergetriebe angeordnet ist. Dabei kann das Reduziergetriebe eingangsseitig zwischen der elektrischen Antriebsmaschine und der ersten Planetenradstufe oder ausgangsseitig zwischen der zweiten Planetenradstufe und der Differentialstufe angeordnet sein. Das zusätzliche Reduziergetriebe erhöht die Spreizung der Getriebevorrichtung und kann beispielsweise als Stirnradstufe oder als weitere Planetenradstufe ausgeführt sein.Furthermore, an advantageous embodiment can also be characterized in that an additional reduction gear is arranged in the torque flow between the electric drive machine and the differential stage. The reduction gear can be arranged on the input side between the electric drive machine and the first planetary gear stage or on the output side between the second planetary gear stage and the differential stage. The additional reduction gear increases the spread of the transmission device and can be designed, for example, as a spur gear stage or as a further planetary gear stage.
Die erste und zweite Kupplung der Doppelkupplungsvorrichtung können vorzugsweise als Reibkupplung ausgebildet sein. Ferner können die beiden Kupplungen bevorzugt koaxial zueinander angeordnet sein. Insbesondere kann die jeweilige Kupplung von einem jeweiligen Aktuator betätigt werden, um ein Öffnen oder Schließen der jeweiligen Kupplung einzuleiten. Der Aktuator kann hydraulisch, elektromechanisch, elektromagnetisch oder beispielsweise auch pneumatisch betätigbar ausgeführt sein.The first and second clutch of the double clutch device can preferably be designed as a friction clutch. Furthermore, the two couplings can preferably be arranged coaxially to one another. In particular, the respective clutch can be actuated by a respective actuator in order to initiate opening or closing of the respective clutch. The actuator can be implemented hydraulically, electromechanically, electromagnetically or, for example, also pneumatically.
Dabei ist es zweckmäßig, wenn ein Öffnen beider Kupplungen zugleich eine Leistungsabschaltung realisieren kann. Ein Schließen der ersten Kupplung und ein Öffnen der zweiten Kupplung kann eine erste Getriebeübersetzung realisieren, wohingegen ein Schließen der zweiten Kupplung und ein Öffnen der ersten Kupplung eine zweite Getriebeübersetzung realisieren kann. Um einen weitestgehend zugkraftunterbrechungsfreien Schaltvorgang von der einen Kupplung zur anderen Kupplung zu gewährleisten, kann die eine Kupplung in einem zeitlichen Übergangsbereich, während sich die andere schließt, öffnen. Über den Schlupf in den Kupplungen, ausgebildet als Reibkupplungen, kann so eine drehmomentunterbrechungsfreie Umschaltung zwischen zwei Getriebestufen stattfinden, welche als zugkraftunterbrechungsfreier Umschaltmodus zwischen zwei Getriebestufen vom Betreiber der Antriebsvorrichtung wahrgenommen werden kann, wodurch wiederum der Schaltkomfort für den Betreiber der Antriebvorrichtung gesteigert wird. Vorzugsweise ist die erste Getriebeübersetzung ungleich der zweiten Getriebeübersetzung. Beispielsweise kann die erste Getriebeübersetzung größer als die zweite Getriebeübersetzung sein. Alternativ kann die erste Getriebeübersetzung kleiner als die zweite Getriebeübersetzung sein.It is useful here if opening both clutches can realize a power cut-off at the same time. Closing the first clutch and opening the second clutch can realize a first gear ratio, whereas closing the second clutch and opening the first clutch can realize a second gear ratio. In order to ensure that the shifting process from one clutch to the other clutch is largely free of tractive force interruption, one clutch can open in a transitional period while the other closes. Via the slip in the clutches, designed as friction clutches, a torque-free switchover between two gear stages can take place, which can be perceived by the operator of the drive device as a switchover mode between two gear stages without traction, which in turn increases the shifting comfort for the operator of the drive device. The first gear ratio is preferably not the same as the second gear ratio. For example, the first gear ratio can be greater than the second gear ratio. Alternatively, the first gear ratio can be smaller than the second gear ratio.
Ferner weist die elektrische Antriebsmaschine bevorzugt einen Stator und einen Rotor auf, wobei der Rotor drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist. Die Antriebswelle kann als Rotorwelle ausgebildet sein oder es besteht ein Achsversatz zwischen der Antriebs- und der Rotorwelle, wobei eine Drehmomentübertragungsvorrichtung (Reduziergetriebe) zwischen beiden Wellen angeordnet sein kann.Furthermore, the electric drive machine preferably has a stator and a rotor, the rotor being non-rotatably connected to the drive shaft. The drive shaft can be designed as a rotor shaft or there is an axial offset between the drive shaft and the rotor shaft, with one Torque transmission device (reduction gear) can be arranged between the two shafts.
Ferner ist die Differentialstufe bevorzugt als Stirnraddifferential ausgebildet, wobei die Differentialstufe dazu vorgesehen ist, eine Antriebsleistung der Antriebsmaschine auf eine erste und zweite Abtriebswelle zu verteilen.Furthermore, the differential stage is preferably designed as a spur gear differential, the differential stage being provided to distribute a drive power of the drive machine to a first and a second output shaft.
Die Antriebsmaschine kann koaxial oder achsparallel zur Differentialstufe angeordnet sein. Vorzugsweise ist die Antriebswelle koaxial zu zumindest einer, insbesondere zwei, Abtriebswelle(n) angeordnet. Insbesondere ist die Antriebswelle als Hohlwelle ausgebildet, wobei wenigstens eine der beiden Abtriebswellen axial durch die Antriebswelle geführt ist. Vorzugsweise sind die beiden Abtriebswellen auf einer gemeinsamen Antriebsachse angeordnet. Alternativ ist die Antriebwelle achsparallel zu den beiden Abtriebswellen angeordnet, wobei achsparallel bedeutet, dass ein Achsversatz zwischen Antriebswelle und Abtriebswellen vorhanden ist.The drive machine can be arranged coaxially or axially parallel to the differential stage. The drive shaft is preferably arranged coaxially with at least one, in particular two, output shaft (s). In particular, the drive shaft is designed as a hollow shaft, with at least one of the two output shafts being guided axially through the drive shaft. The two output shafts are preferably arranged on a common drive axle. Alternatively, the drive shaft is arranged axially parallel to the two output shafts, with axially parallel meaning that there is an axial offset between the drive shaft and the output shafts.
Mit anderen Worten, betrifft die Erfindung ein Zwei-Gang-Getriebe für elektrische Achsen mit Sonne-Hohlrad-Bindung. Auf der Suche nach Getrieben für zwei Gänge mit vorteilhafter Übersetzungsaufteilung in achsparalleler und koaxialer Anordnung soll eine möglichst einfache Getriebestruktur mit vielen Gleichteilen und passender Übersetzungsaufteilung bzw. Spreizung durch eine Kombination zweier Planetenradstufen mit einer Stirnradstufe und einem als Doppelkupplung oder Synchroeinheit ausgestalteten Schaltelement bereitgestellt werden, wobei die Grundstruktur des Getriebes eine Sonne-Hohlrad-Bindung aufweist. Bei einer ersten möglichen achsparallelen Ausgestaltung mit einem mittig angeordneten Schaltelement kann eine hohe Übersetzung bei moderater Spreizung erreicht werden. Optional kann eine beispielsweise als Stirnraddifferenzial ausgeführte, zusätzliche Stirnradstufe sowohl vorangestellt als auch nachgeschaltet werden, was wiederum die umsetzbare Übersetzung erhöht. Eine zweite achsparallele Ausgestaltung mit mittig angeordnetem Schaltelement und optionaler, vorangestellter bzw. nachgeschalteter Stirnradstufe ermöglicht eine hohe Übersetzung bei gehobener Spreizung. Auch hier kann die Übersetzung durch ein mögliches Voran- bzw. Nachstellen der Stirnradstufe erhöht werden.In other words, the invention relates to a two-speed transmission for electric axles with a sun-ring gear connection. In the search for transmissions for two gears with an advantageous ratio distribution in an axially parallel and coaxial arrangement, the aim is to provide the simplest possible transmission structure with many identical parts and a suitable ratio distribution or spreading through a combination of two planetary gear stages with a spur gear stage and a shifting element designed as a double clutch or synchro unit, whereby the basic structure of the transmission has a sun-ring gear connection. In a first possible axially parallel configuration with a centrally arranged switching element, a high gear ratio can be achieved with a moderate spread. Optionally, an additional spur gear stage, for example designed as a spur gear differential, can be placed both upstream and downstream, which in turn increases the translation that can be implemented. A second axially parallel configuration with a centrally arranged switching element and optional, upstream or downstream spur gear stage enables a high gear ratio with increased spread. Here, too, the translation can be increased by possibly adjusting the spur gear stage before or after.
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Die Figuren zeigen jeweils eine vereinfachte schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus erfindungsgemäßer Antriebsvorrichtungen. Es zeigen:
-
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung, -
2 eine Modifikation der Antriebsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, -
3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung, und -
4 eine Modifikation der Antriebsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
-
1 a first embodiment of a drive device according to the invention, -
2 a modification of the drive device according to the first embodiment, -
3 a second embodiment of a drive device according to the invention, and -
4th a modification of the drive device according to the second embodiment.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können untereinander ausgetauscht werden.The figures are merely of a schematic nature and serve exclusively for the understanding of the invention. The same elements are provided with the same reference symbols. The features of the individual exemplary embodiments can be interchanged with one another.
Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung
Die Getriebevorrichtung
Des Weiteren ist eine Doppelkupplungsvorrichtung
Mit anderen Worten ausgedrückt, kann durch Schalten der Doppelkupplungsvorrichtung
Wie in
In der Antriebsvorrichtung
Des Weiteren ist der erste Planetenradträger
Wie in
Durch das ausgangsseitig angeordnete Reduziergetriebe
Im Gegensatz zu dem in
Die zweite Kupplung
Wie in
Durch das ausgangsseitig angeordnete Reduziergetriebe
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- AntriebsvorrichtungDrive device
- 22
- Antriebswelledrive shaft
- 33
- GetriebevorrichtungTransmission device
- 44th
- erste Planetenradstufefirst planetary gear stage
- 55
- zweite Planetenradstufesecond planetary gear stage
- 66th
- DifferentialstufeDifferential stage
- 7a, 7b7a, 7b
- PlanetenradPlanetary gear
- 8a, 8b8a, 8b
- PlanetenradträgerPlanetary gear carrier
- 9a, 9b9a, 9b
- SonnenradSun gear
- 10a, 10b10a, 10b
- HohlradRing gear
- 1111
- DoppelkupplungsvorrichtungDouble clutch device
- 12a, 12b12a, 12b
- Kupplungcoupling
- 13a, 13b13a, 13b
- AbtriebswelleOutput shaft
- 1414th
- Gehäusecasing
- 1515th
- ReduziergetriebeReduction gear
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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