DE102019132989A1

DE102019132989A1 - Planetarisches differentialantriebssystem

Info

Publication number: DE102019132989A1
Application number: DE102019132989.2A
Authority: DE
Inventors: Alan G. Holmes; Joseph R. Littlefield; Brendan M. Conlon
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2019-01-15
Filing date: 2019-12-04
Publication date: 2020-07-16
Also published as: US10982745B2; CN111434952A; US20200224754A1; CN111434952B

Abstract

Ein Differentialantriebssystem beinhaltet einen Elektromotor zum Erzeugen eines Elektromotordrehmoments und ein Eingangsplanetengetriebe, das funktional mit dem Elektromotor verbunden ist, um das Drehmoment des Elektromotors aufzunehmen. Das Eingangsplanetengetriebe hat ein erstes, zweites und drittes Element. Das erste Element empfängt das Drehmoment des Elektromotors, das zweite Element liefert ein erstes Eingangsdrehmoment in einer ersten Drehrichtung als Reaktion auf das Drehmoment des Elektromotors und das dritte Element liefert ein zweites Eingangsdrehmoment in einer zweiten Drehrichtung, entgegen der ersten Richtung, als Reaktion auf das Drehmoment des Elektromotors. Das System beinhaltet auch ein erstes Antriebsgetriebe, das funktional mit dem Eingangsplanetengetriebe verbunden ist und ein erstes Antriebsmoment als Reaktion auf das erste Eingangsmoment bereitstellt. Das System beinhaltet zusätzlich ein zweites Antriebsgetriebe, das funktional mit dem Eingangsplanetengetriebe verbunden ist und ein zweites Antriebsmoment als Reaktion auf das zweite Eingangsmoment bereitstellt.

Description

Die Offenbarung bezieht sich auf ein planetarisches Differentialantriebssystem für ein Kraftfahrzeug.
Moderne Kraftfahrzeuge sind typischerweise entweder als Zweiradantrieb, d.h. mit einer einzigen Antriebsachse, oder mit mehreren Antriebsachsen eingerichtet. Jeder Fahrzeugtyp kann einen konventionellen Antriebsstrang verwenden, bei dem ein einzelner Motor zum Antreiben des Fahrzeugs verwendet wird, einen elektrischen Antriebsstrang, bei dem ein Elektromotor zum Antreiben des Fahrzeugs verwendet wird, oder einen hybriden Antriebsstrang, bei dem zwei oder mehr verschiedene Energiequellen, wie beispielsweise ein Verbrennungsmotor und ein Elektromotor, zur Erfüllung derselben Aufgabe verwendet werden.
Eine Mehrfach-Antriebsachse, wie beispielsweise ein allradgetriebenes Hybridfahrzeug, kann ein Mitteldifferenzial verwenden, um das Drehmoment zwischen den Antriebsachsen des Fahrzeugs zu verteilen. Darüber hinaus kann ein Hybridfahrzeug mit mehreren Antriebsachsen eine Achssplit-Konfiguration aufweisen. In einem solchen Fahrzeug werden unabhängige Energiequellen, wie beispielsweise ein Verbrennungsmotor und ein Elektromotor, eingerichtet, um einzelne Fahrzeugantriebsachsen, die funktional mit den jeweiligen Energiequellen verbunden sind, unabhängig voneinander zu betreiben und so bei Bedarf einen Mehrachsantrieb zu erzeugen. In einem solchen achsengeteilten Hybridfahrzeug, das einen Motor und einen Elektromotor verwendet, kann der Elektromotor in der Lage sein, das Fahrzeug bei abgeschaltetem Motor über die entsprechende Achse anzutreiben.
Jede angetriebene Achse beinhaltet typischerweise eine Achsantriebsanordnung mit einem Differential, das es ermöglicht, dass sich die angetriebenen Räder auf der gegenüberliegenden Seite, d.h. auf der linken und rechten Seite, mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehen, wenn das Fahrzeug eine Kurve fährt. Insbesondere erlaubt das Differential, dass das angetriebene Rad, das sich um die Außenseite der Drehkurve bewegt, weiter und schneller rollt als das angetriebene Rad, das sich um die Innenseite der Drehkurve bewegt, während ein etwa gleiches Drehmoment auf jedes der angetriebenen Räder aufgebracht wird. Eine Erhöhung der Geschwindigkeit eines angetriebenen Rades wird durch eine Verringerung der Geschwindigkeit des anderen angetriebenen Rades ausgeglichen, während die Durchschnittsgeschwindigkeit der beiden angetriebenen Räder der Eingangsdrehzahl der Antriebswelle entspricht, die die Energiequelle mit dem Differential verbindet.
BESCHREIBUNG
Ein Differentialantriebssystem beinhaltet einen Elektromotor, der eingerichtet ist, um ein Elektromotordrehmoment zu erzeugen, und ein Eingangsplanetengetriebe (Eingangsplanetenradsatz), das funktional mit dem Elektromotor verbunden ist, um das Drehmoment des Elektromotors aufzunehmen. Das Eingangsplanetengetriebe hat ein erstes, zweites und drittes Element. Das erste Element ist eingerichtet, um das Drehmoment des Elektromotors aufzunehmen, das zweite Element ist eingerichtet, um ein erstes Eingangsdrehmoment in einer ersten Drehrichtung als Reaktion auf das Drehmoment des Elektromotors bereitzustellen, und das dritte Element ist eingerichtet, um ein zweites Eingangsdrehmoment in einer zweiten Drehrichtung, entgegen der ersten Drehrichtung, als Reaktion auf das Drehmoment des Elektromotors bereitzustellen. Das Differentialantriebssystem beinhaltet auch ein erstes Antriebsgetriebe (Antriebsradsatz), das funktional mit dem Eingangsplanetengetriebe verbunden ist und eingerichtet ist, um ein erstes Antriebsmoment als Reaktion auf das erste Eingangsmoment bereitzustellen. Das Differentialantriebssystem beinhaltet zusätzlich ein zweites Antriebsgetriebe, das funktional mit dem Eingangsplanetengetriebe verbunden ist und eingerichtet ist, um ein zweites Antriebsmoment als Reaktion auf das zweite Eingangsmoment bereitzustellen.
Das Differentialantriebssystem kann auch ein Differentialgehäuse beinhalten. Der Elektromotor kann einen Stator und einen Rotor beinhalten. Der Stator kann am Differentialgehäuse befestigt werden, und der Rotor kann über eine Hülsenwelle direkt mit dem ersten Element des Eingangsplanetengetriebes verbunden sein. In einer solchen Ausführungsform kann eines der zweiten und dritten Elemente des Eingangsgetriebes direkt mit dem zweiten Antriebsgetriebe über eine Mittelwelle verbunden sein, die sich koaxial durch die Hülsenwelle erstreckt.
Das Eingangsplanetengetriebe kann ein Verbundgetriebe sein, das zusätzlich ein viertes Element und einen ersten und zweiten Satz Ritzeln aufweist. In einer solchen Ausführungsform kann das erste Element des Verbundgetriebes ein erstes Sonnenrad in Eingriff mit dem ersten Satz von Ritzeln sein; das zweite Element des Verbundgetriebes kann ein Planetenträger sein; das dritte Element des Verbundgetriebes kann ein zweites Sonnenrad in Eingriff mit dem zweiten Satz von Ritzeln sein; und das vierte Element des Verbundgetriebes kann ein Hohlrad sein. Das erste Sonnenrad kann eingerichtet werden, um das Drehmoment des Elektromotors aufzunehmen, und das zweite Sonnenrad kann eingerichtet werden, um das erste Eingangsdrehmoment für das erste Antriebsgetriebe bereitzustellen.
Das Differentialantriebssystem kann zusätzlich eine Eingangsbremse beinhalten, die eingerichtet ist, um eines der Elemente des Eingangsplanetengetriebes selektiv mit dem Differentialgehäuse zu erden.
Das erste Element des Eingangsplanetengetriebes kann ein Sonnenrad sein, das zweite Element des Eingangsplanetengetriebes kann ein Planetenträger sein, und das dritte Element des Eingangsplanetengetriebes kann ein Hohlrad sein.
Das zweite Element des Eingangsplanetengetriebes kann direkt mit dem ersten Element des zweiten Antriebsgetriebes verbunden sein.
Jedes der ersten und zweiten Antriebsgetriebe kann ein Planetengetriebe mit einem ersten, zweiten und dritten Element sein. In einer solchen Ausführungsform kann das zweite Element des Eingangsplanetengetriebes direkt mit dem ersten Element des zweiten Antriebsgetriebes verbunden sein.
Das Differentialantriebssystem kann zusätzlich eine erste Antriebsbremse beinhalten, die eingerichtet ist, um selektiv eines der Elemente des ersten Antriebsgetriebes mit dem Differentialgehäuse zu erden. Darüber hinaus kann das Differentialantriebssystem weiterhin eine zweite Antriebsbremse beinhalten, die eingerichtet ist, um selektiv eines der Elemente des zweiten Antriebsgetriebes mit dem Differentialgehäuse zu erden.
Das zweite Element des Eingangsplanetengetriebes kann direkt mit dem ersten Element des zweiten Antriebsgetriebes verbunden sein. In einer solchen Ausführungsform kann das zweite Element des ersten Antriebsgetriebes ein Planetenträger sein, der eingerichtet ist, um das erste Antriebsdrehmoment bereitzustellen, und das dritte Element des zweiten Antriebsgetriebes kann ein Hohlrad sein, das eingerichtet ist, um das zweite Antriebsdrehmoment bereitzustellen.
Alternativ kann das dritte Element des Eingangsplanetengetriebes direkt mit dem ersten Element des zweiten Antriebsgetriebes verbunden sein. In einer solchen Ausführungsform kann das dritte Element des ersten Antriebsgetriebes ein Planetenträger sein, der eingerichtet ist, um das erste Antriebsmoment bereitzustellen, und das zweite Element des zweiten Antriebsgetriebes kann ein Planetenträger sein, der eingerichtet ist, um das zweite Antriebsmoment bereitzustellen.
Das Differentialantriebssystem kann in einem Kraftfahrzeug unter Verwendung einer Antriebsachse mit ersten und zweiten Antriebsrädern angeordnet sein. In einer solchen Konstruktion kann das erste Antriebsdrehmoment zum Antreiben des ersten Antriebsrades und das zweite Antriebsdrehmoment zum Antreiben des zweiten Antriebsrades eingerichtet werden. Darüber hinaus können in einer solchen Ausführungsform die ersten und zweiten Antriebsgetriebe auf den jeweiligen Naben der ersten und zweiten Antriebsräder angeordnet sein.
Das Differentialantriebssystem kann in einem Kraftfahrzeug mit mehreren Antriebsachsen angeordnet sein, das eine erste Antriebsachse mit einem ersten Antriebsrad und eine zweite Antriebsachse mit einem zweiten Antriebsrad verwendet. In einer solchen Ausführungsform kann das erste Antriebsdrehmoment eingerichtet werden, um das erste Antriebsrad anzutreiben, und das zweite Antriebsdrehmoment kann eingerichtet werden, um das zweite Antriebsrad in einer zweiten Antriebsachse anzutreiben.
Ein Kraftfahrzeug, das ein solches Differentialantriebssystem verwendet, wird ebenfalls offenbart.
Die oben genannten Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsform(en) und des/der besten Modus(e) für die Durchführung der beschriebenen Offenbarung im Zusammenhang mit den beigefügten Figuren und beigefügten Ansprüchen.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer achsengeteilten Mehrfachachsanordnung und unter Verwendung eines in einer Intraachsanordnung angeordneten Differentialantriebssystems mit einem Elektromotor, einem Eingangsplanetengetriebe und zwei Antriebsplanetengetrieben, die einzelne Achswellen einer Fahrzeugachse antreiben, gemäß der Offenbarung.
2 ist eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer gefügten mehrachsigen Antriebsachskonfiguration und unter Verwendung des in einer interaxialen Konfiguration angeordneten Differentialantriebssystems mit einem Elektromotor, einem Eingangsplanetengetriebe und zwei Antriebsgetrieben, die einzelne Fahrzeugachsen antreiben, gemäß der Offenbarung.
3 ist eine schematische Nahaufnahme des Querschnitts einer Ausführungsform des Differentialantriebssystems, die entweder in 1 oder 2 dargestellt ist.
4 ist eine schematische Nahaufnahme einer weiteren Ausführungsform des Differentialantriebssystems, die entweder in 1 oder 2 dargestellt ist.
5 ist eine schematische Nahaufnahme einer weiteren Ausführungsform des Differentialantriebssystems, die entweder in 1 oder 2 dargestellt ist.
6 ist eine schematische Nahaufnahme des in 3, 4 oder 5 dargestellten Differentialantriebssystems mit Radnabenmontage der ersten und zweiten Antriebsplanetengetriebe.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen gleichartige Elemente mit durchgängig identischen Ziffern gekennzeichnet sind, veranschaulichen die 1 und 2 ein fahrbares Kraftfahrzeug 10. Wie in 1 dargestellt, ist das Fahrzeug 10 ein Hybridfahrzeug mit unabhängigen ersten und zweiten Energiequellen, die funktional mit den jeweiligen Antriebsgetrieben verbunden sind, um bei Bedarf einen Mehrfach-Antriebsachsantrieb bereitzustellen. Wie in 2 dargestellt, ist das Fahrzeug 10 ein batteriebetriebenes Elektrofahrzeug (BEV). Das Fahrzeug 10 kann, ist aber nicht darauf beschränkt, ein Nutzfahrzeug, ein Industriefahrzeug, ein Personenkraftwagen, ein Zug oder dergleichen sein. Wie dargestellt, beinhaltet das Fahrzeug 10 im Allgemeinen eine Kombination von Energiequellen für den Antrieb.
Wie dargestellt, beinhalten die Energiequellen einen Verbrennungsmotor 12, der eingerichtet ist, um ein Motordrehmoment zu erzeugen, und einen Elektromotor 14, der im Folgenden näher erläutert wird und eingerichtet ist, um ein Elektromotordrehmoment T_M zu erzeugen. Jede der betreffenden Energiequellen 12, 14 ist eingerichtet, um mindestens einige der jeweiligen linken und rechten vorderen Straßenräder 16-1 und 16-2 des Fahrzeugs sowie die jeweiligen linken und rechten hinteren Straßenräder 16-3 und 16-4 anzutreiben. Die spezifischen Räder 16-1, 16-2, 16-3, 16-4, die ein Drehmoment von der/den Energiequelle(n) empfangen, um das Fahrzeug 10 auf einer Fahrbahnoberfläche 13 anzutreiben, können als „Antriebsräder“ definiert werden. Wie in den 1 und 2 zu sehen ist, ist das Fahrzeug 10 im Allgemeinen entlang einer Fahrzeuglängsachse X angeordnet.
Wie dargestellt, sind die vorderen Straßenräder 16-1 und 16-2 funktional durch eine erste oder vordere Antriebsachse 18 mit ersten und zweiten Achsenwellen 18-1, 18-2 verbunden. Ebenso sind die hinteren Straßenräder 16-3 und 16-4 durch eine zweite oder hintere Antriebsachse 20 mit ersten und zweiten Achswellen 20-1, 20-2 funktional verbunden. Die erste Antriebsachse 18 kann funktionell unabhängig von der zweiten Antriebsachse 20 sein, so dass der Motor 12 die Vorderachse und der Elektromotor 14 die Hinterachse antreibt. Der Elektromotor 14 bezieht seine elektrische Energie von einer Energiespeichervorrichtung 22. Wie von den Fachleuten verstanden, beinhaltet der Motor 14 einen Stator 14-1 und einen Rotor 14-2, die eingerichtet sind, um das Drehmoment T_M des Elektromotors zu übertragen.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung weist das in 1 dargestellte Fahrzeug eine achsengeteilte Mehrfachachskonfiguration auf und kann vom Elektromotor 14 über das Elektromotordrehmoment T_M unabhängig vom Motor 12 angetrieben werden und somit das Fahrzeug 10 mit einem bedarfsgerechten Elektroachsantrieb 18 versehen. Im Allgemeinen kann das in 1 dargestellte Fahrzeug 10 auch ausschließlich über den Elektromotor 14, d.h. in einem reinen Elektrofahrzeug oder „EV“-Modus, angetrieben werden. Alternativ weist das in 2 dargestellte Fahrzeug eine AWD-Gelenkachsenkonfiguration auf, so dass jede der ersten und zweiten Achsen 16, 18 vom Elektromotor 14 über das Elektromotordrehmoment T_M angetrieben werden kann und somit dem Fahrzeug 10 den Antrieb durch die ersten und zweiten Achsen 18, 20 ermöglicht.
Das Fahrzeug 10 beinhaltet auch ein Differentialantriebssystem 24 mit einem Differentialgehäuse 24-1. Wie dargestellt, ist das Differentialantriebssystem 24 eingerichtet, um erste und zweite Straßenräder anzutreiben, die die linken und rechten vorderen Straßenräder 16-1 und 16-2 oder die linken und rechten hinteren Straßenräder 16-3 und 16-4 sein können (siehe Abbildung 1). Alternativ können in der AWD-Fahrzeug 10-Konfiguration das erste und zweite Straßenrad, die vom Differentialantriebssystem 24 angetrieben werden, mindestens eines der linken und rechten vorderen Straßenräder 16-1 und 16-2 und mindestens eines der linken und rechten hinteren Straßenräder 16-3 und 16-4 sein (dargestellt in 2).
Das Differentialantriebssystem 24 beinhaltet den Elektromotor 14. Der Stator 14-1 des Elektromotors 14 ist am Differentialgehäuse 24-1 befestigt. Wie in 2 dargestellt, kann der Elektromotor 14-2 im Fahrzeug 10 auf oder entlang der ersten Achse X angeordnet werden, so dass sich der Rotor 14-2 um die erste Achse X dreht. Alternativ kann der Elektromotor 14-2, wie in 1 dargestellt, auf einer zweiten Achse Y angeordnet werden, die im Wesentlichen quer zur ersten Achse X verläuft, so dass sich der Rotor 14-2 um die zweite Achse Y dreht. Das System 24 beinhaltet auch ein Eingangsplanetengetriebe 26, das funktional mit dem Elektromotor 14 verbunden ist, um das Drehmoment T_M des Elektromotors aufzunehmen, und ein erstes Element 26-1, ein zweites Element 26-2 und ein drittes Element 26-3 aufweist. Das erste Element 26-1 ist eingerichtet, um das Drehmoment T_M des Elektromotors aufzunehmen. Das zweite Element 26-2 ist eingerichtet, um ein erstes Eingangsdrehmoment TI1 in einer ersten Drehrichtung, wie beispielsweise im Uhrzeigersinn (CW), als Reaktion auf das Drehmoment T_M des Elektromotors bereitzustellen. Das dritte Element 26-3 ist eingerichtet, um ein zweites Eingangsdrehmoment TI2 in einer zweiten Drehrichtung entgegen der ersten Drehrichtung bereitzustellen, wie beispielsweise gegen den Uhrzeigersinn (CCW) als Reaktion auf das Drehmoment T_M des Elektromotors. Im Allgemeinen ist das Eingangsplanetengetriebe 26 eingerichtet, um die Leistung des Elektromotors in einen ersten und einen zweiten Antriebsabschnitt aufzuteilen, indem er das Elektromotordrehmoment T_M verwendet, um ein erstes und zweites Eingangsdrehmoment TI1 und TI2 zu erzeugen.
Das Differentialantriebssystem 24 beinhaltet auch ein erstes Antriebsgetriebe 28, das ein Planetengetriebe mit einem ersten Element 28-1, einem zweiten Element 28-2 und einem dritten Element 28-3 sein kann, wie in den 1 und 3-6 dargestellt. Das System 24 beinhaltet ferner ein zweites Antriebsgetriebe 30, das ein Planetengetriebe mit einem ersten Element 30-1, einem zweiten Element 30-2 und einem dritten Element 30-3 sein kann, wie auch in den 1 und 3-6 dargestellt. Alternativ kann, wie in 2 dargestellt, das im Folgenden beschrieben wird, jedes der ersten und zweiten Antriebsgetriebe 28, 30 als Kegelgetriebe eingerichtet werden. In jeder Ausführungsform sind das erste Antriebsgetriebe 28 und das zweite Antriebsgetriebe 30 funktional mit dem ersten Planetengetriebe 26 verbunden. Das erste Antriebsplanetengetriebe 28 ist eingerichtet, um ein erstes Antriebsdrehmoment TO₁ als Reaktion auf das erste Eingangsdrehmoment TI₁ bereitzustellen, während das zweite Antriebsgetriebe 30 eingerichtet ist, um ein zweites Antriebsdrehmoment TO₂ als Reaktion auf das zweite Eingangsdrehmoment TI₂ bereitzustellen. Wie im Folgenden ausführlich beschrieben, werden das erste Antriebsgetriebe 28 und das zweite Antriebsgetriebe 30 in drehzahlreduzierenden Konfigurationen oder Ausführungsformen verwendet, die den Antrieb von zwei Getriebesätzen des Eingangsplanetengetriebes 26 ausgleichen.
Wie in den 3 und 4 dargestellt, kann der Rotor 14-2 des Elektromotors 14 direkt mit dem ersten Element 26-1 des Eingangsplanetengetriebes 26-1 über eine Hülse oder eine äußere konzentrische Welle 32 verbunden sein. Eines der zweiten und dritten Elemente 26-2, 26-3 des Eingangsgetriebes 26 kann direkt mit dem ersten Element 30-1 des zweiten Antriebsplanetengetriebes 30 über eine Mittelwelle 34 verbunden sein, die sich koaxial durch die Hülsenwelle 32 erstreckt. Wie in den 3 und 4 dargestellt, kann das erste Element 26-1 des Eingangsplanetengetriebes 26 ein Sonnenrad sein, das zweite Element 26-2 kann ein Planetenträger sein und das dritte Element 26-3 kann ein Hohlrad sein. Zusätzlich kann, wie in 3 dargestellt, das dritte Element 26-3 des Eingangsplanetengetriebes 26 direkt mit dem ersten Element 28-1 des ersten Antriebsplanetengetriebes 28 verbunden werden. Darüber hinaus kann, wie in 3 ausdrücklich dargestellt, das zweite Element 26-2 des Eingangsplanetengetriebes 26 direkt mit dem ersten Element 30-1 des zweiten Antriebsplanetengetriebes 30 verbunden werden. In der betreffenden Ausführungsform, wie in 3 dargestellt, kann das zweite Element 28-2 des ersten Antriebsplanetengetriebes 28 ein Planetenträger sein, der eingerichtet ist, um das erste Antriebsdrehmoment TO₁ bereitzustellen. Wie in 3 dargestellt, kann das dritte Element 30-3 des zweiten Antriebsplanetengetriebes 30 in der Subjektverkörperung ein Hohlrad sein, das eingerichtet ist, um das zweite Antriebsdrehmoment TO₂ bereitzustellen.
Wie in 4 ausdrücklich dargestellt, kann das dritte Element 26-3 des Eingangsplanetengetriebes 26 direkt mit dem ersten Element 30-1 des zweiten Antriebsplanetengetriebes 30 verbunden werden. Wie auch in 4 dargestellt, kann das zweite Element 26-2 des Eingangsplanetengetriebes 26 direkt mit dem ersten Element 28-1 des ersten Antriebsplanetengetriebes 28 verbunden werden. In der betreffenden Ausführungsform, wie in 4 dargestellt, kann das dritte Element 28-3 des ersten Antriebsplanetengetriebes 28 ein Hohlrad sein, das eingerichtet ist, um das erste Antriebsdrehmoment TO₁ bereitzustellen. Zusätzlich, wie in 4 dargestellt, kann das zweite Element 30-2 des zweiten Antriebsplanetengetriebes 30 in der Subjektverkörperung ein Planetenträger sein, der eingerichtet ist, um das zweite Antriebsdrehmoment TO₂ bereitzustellen. Dementsprechend werden in jeder der in den 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen des erste Antriebsplanetengetriebes 28 und des zweiten Antriebsplanetengetriebes 30 in drehzahlreduzierenden Konfigurationen verwendet, die die Antriebs- und Planetenträgerausgänge des leistungsverzweigten Eingangsplanetengetriebes 26 ausgleichen.
5 stellt ein Differentialantriebssystem 24' dar, das analog zum in den 3 und 4 dargestellten Differentialantriebssystem 24' ist, jedoch für eine alternative Ausführungsform des Eingangsplanetengetriebes. Wie in 5 dargestellt, kann das Eingangsplanetengetriebe als Ravigneaux-Getriebesatz 26' eingerichtet werden. Im Allgemeinen besteht das Ravigneaux Planetengetriebe aus zwei ineinandergreifenden Zahnradpaaren - einem Hohlradelement / Planetengetriebepaar und einem Planetengetriebe / Sonnenradpaar. Ein Ravigneaux-Planetengetriebe kann zwei Sonnenräder haben - ein großes Sonnenrad und ein kleines Sonnenrad. Alternativ kann ein Ravigneaux-Planetengetriebe auch zwei separate Hohlräder aufweisen. Ein Ravigneaux-Planetengetriebe hat ein einzelnes Planetenträgerelement, das zwei Sätze von Planeten- oder Ritzeln hält - innere Planetenräder und äußere Planetenräder. Das Planetenträgerelement ist eine einzelne Unterbaugruppe, die das innere und äußere Planetengetriebe auf unterschiedlichen, jeweils inneren und äußeren Teilkreisen trägt.
In einem typischen Ravigneaux-Planetengetriebe sind die beiden Planetengetriebe ineinandergreifend und drehen sich daher gleich mit einem festen Übersetzungsverhältnis zueinander, jedoch unabhängig vom Träger. In der Ausführungsform mit zwei Sonnenradelementen koppeln die inneren Planetenräder mit dem kleinen Sonnenrad und drehen sich in einem festen Übersetzungsverhältnis zu diesem mit, während die äußeren Planetenräder mit dem großen Sonnenrad koppeln und sich mit einem festen Übersetzungsverhältnis zu diesem mitdrehen. In der Ausführungsform mit zwei Hohlradelementen kann ein Hohlradelement mit den äußeren Planetenrädern ineinander greifen und sich mit den äußeren Planetenrädern in einem festen Übersetzungsverhältnis mitdrehen, während ein anderes Hohlradelement mit den inneren Planetenrädern ineinander greifen und sich mit den inneren Planetenrädern in einem festen Übersetzungsverhältnis mitdrehen kann.
5 stellt eine separate Ausführungsform des Differentialantriebs dar, die durch die Ziffer 24' gekennzeichnet ist. Im System 24' ist der Eingangsplanetengetriebe ein Verbundgetriebe, dargestellt als Ravigneaux-Planetengetriebe 26'. Im Vergleich zu dem in Bezug auf die 3 und 4 beschriebenen „konventionellen“ Eingangsplanetengetriebe 24 beinhaltet der Eingangs-Ravigneaux-Planetengetriebe 26' zusätzlich ein viertes Element 26-4 sowie jeweils einen ersten und zweiten Satz von Ritzeln 36-1, 36-2. Das erste Element 26-1 des Ravigneaux-Getriebesatz 26' kann ein erstes Sonnenrad sein, das mit dem ersten Satz von Ritzeln 36-1 in Eingriff steht. Das zweite Element 26-2 des Ravigneaux-Getriebesatzes 26' kann ein Planetenträger sein. Das dritte Element 26-3 des Ravigneaux-Getriebesatzes 26' kann ein zweites Sonnenrad sein, das mit dem zweiten Satz von Ritzeln 36-2 in Eingriff steht. Das vierte Element 26-4 des Ravigneaux-Getriebesatzes 26' kann ein Hohlrad sein. Wie in der Ausführungsform von 5 dargestellt, kann das erste Sonnenrad 26-1 eingerichtet werden, um das Drehmoment T_M des Elektromotors aufzunehmen, und das zweite Sonnenrad 26-3 ist eingerichtet, um das erste Eingangsdrehmoment TI1 in der ersten Drehrichtung als Reaktion auf das Drehmoment T_M des Elektromotors auf das erste Antriebsplanetenrad 28 bereitzustellen. Dementsprechend werden in der in 5 dargestellten Ausführungsform das erste Antriebsplanetengetriebe 28 und das zweite Antriebsplanetengetriebe 30 in drehzahlreduzierenden Konfigurationen verwendet, die die Sonnenrad- und Planetenträgerausgänge des leistungsverzweigten Eingangs Ravigneaux-Planetengetriebes 26' ausgleichen.
Unter fortgesetzter Bezugnahme auf 5 kann das Differentialantriebssystem 24' auch mindestens eine steuerbare Bremse beinhalten, die zum selektiven Erden, wie beispielsweise mit einer kontrollierten Schlupfmenge, ein entsprechendes mindestens ein Element des Eingangsplanetengetriebes 26', des ersten Antriebsplanetengetriebes 28 und des zweiten Planetengetriebes 30 zum Differentialgehäuse 24-1 eingerichtet ist. Insbesondere kann die betreffende Bremse eine Schlupfbremse sein, die eingerichtet ist, um ein Drehmoment auf das jeweilige mindestens eine Element des Eingangsplanetengetriebes 26', des ersten Antriebsplanetengetriebes 28 und des zweiten Planetengetriebes 30 auszuüben, um dadurch einen Betrag des ersten Antriebsdrehmoments TO₁ und des zweiten Antriebsdrehmoments TO₂ zu regeln. Wie dargestellt, kann das Differenzsystem 24' eine Eingangsbremse 38 beinhalten, die eingerichtet ist, um ein Drehmoment auf das vierte Element 26-4 des Eingangsplanetengetriebes 26' aufzubringen, eine erste Antriebsbremse 40, die eingerichtet ist, um ein Drehmoment auf das dritte Element 28-3 des ersten Antriebsplanetengetriebes 28 aufzubringen, und eine zweite Antriebsbremse 42, die eingerichtet ist, um ein Drehmoment auf das zweite Element 30-2 des zweiten Planetengetriebes 30 aufzubringen.
Jede der in den 3, 4 und 6 dargestellten Ausführungsformen des Differentialantriebssystems 24 kann die oben beschriebene Eingangsbremse 38 (wie in 3 dargestellt) beinhalten. Die Steuerung der Eingangsbremse 38 ist eingerichtet, um sie abwechselnd, d.h. selektiv, zu erden oder einen kontrollierten Schlupf in Bezug auf das Differentialgehäuse 24-1 zu ermöglichen. Die Eingangsbremse 38 kann eingerichtet werden, um ein Drehmoment unter Schlupf auf das dritte Element 26-3 des Eingangsplanetengetriebes 26-3 aufzubringen, um das zweite Antriebsdrehmoment TO₂ gegenüber dem ersten Antriebsdrehmoment TO₁ zu erhöhen. Ebenso kann eine komplementäre wählbare Eingangsbremse (nicht dargestellt) in das Differentialantriebssystem 24 aufgenommen und eingerichtet werden, um ein Drehmoment unter Schlupf auf das zweite Element 26-2 des Eingangsplanetengetriebes 26-2 aufzubringen, um das erste Antriebsdrehmoment TO1 gegenüber dem zweiten Antriebsdrehmoment TO₂ zu erhöhen. Dementsprechend ist eine solche Verwendung einer Eingangsbremse 38 eingerichtet, um eine Drehmomentvektorisierung für das Fahrzeug 10 zu erzeugen.
Zusätzlich kann jede der in den 3, 4 und 6 dargestellten Ausführungsformen des Differentialantriebssystems 24 die erste und zweite Antriebsbremse 40, 42 beinhalten (wie in 3 dargestellt). Die wählbare erste Antriebsbremse 40 kann eingerichtet werden, um ein Drehmoment auf das dritte Element 28-3 des ersten Antriebsplanetengetriebes 28 aufzubringen, und die wählbare zweite Antriebsbremse 42 kann eingerichtet werden, um ein Drehmoment auf das zweite Element 30-2 des zweiten Planetengetriebes 30 aufzubringen, um dadurch alternativ dessen Drehung in Bezug auf das Differentialgehäuse 24-1 zu erden oder zu ermöglichen. Dementsprechend kann das Lösen einer oder beider Antriebsbremsen 40, 42 das Drehen der Straßenräder 16-3, 16-4 einer zweiten Antriebsachse 20 im Fahrzeug 10 ermöglichen, während sich der Elektromotor 14 nicht dreht und während das Fahrzeug 10 von einer anderen Energiequelle 12 angetrieben wird. Die vollständige Verriegelung der Antriebsbremsen 40, 42 nur unterhalb einer vorbestimmten Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 kann es ermöglichen, das Differentialantriebssystem 24 mit einem großen Gesamtverhältnis, z.B. 40:1, zwischen dem Elektromotordrehmoment T_M und der Summe der ersten und zweiten Antriebsdrehmomente TO₁ , TO₂ zu konfigurieren, während gleichzeitig die maximale Drehzahl des Elektromotors 14 zum selektiven Antreiben eines Fahrzeugs 10 mit mehreren Leistungsquellen 12, 14 begrenzt wird.
Wie in den 1 und 5 dargestellt, kann das Fahrzeug 10 auch eine programmierbare Steuerung 44 beinhalten, die eingerichtet ist, um den Betrieb der ersten Energiequelle, wie beispielsweise des Verbrennungsmotors 12, und des Elektromotors 14 zu regeln und zu koordinieren. Zusätzlich kann die Steuerung 44 programmiert werden, um den Betrieb des Differentialantriebssystems 24' auf Befehl(en) eines Bedieners des betreffenden Fahrzeugs zu steuern, wenn das Fahrzeug die Fahrbahnoberfläche 13 überquert. Insbesondere kann die Steuerung 44 programmiert werden, um die Kraftmenge zu modulieren, die auf die jeweiligen Schlupfbremsen 38-42 ausgeübt wird, beispielsweise über einen Hydraulikdruck, um das Drehmoment T_M des Elektromotors auf eines der ausgewählten Straßenräder 16-1, 16-2, 16-3 und 16-4 entsprechend zu übertragen. Um dies zu erreichen, kann die Steuerung 44 einen Prozessor und einen greifbaren, nichtflüchtigen Speicher beinhalten, der Anweisungen für den Betrieb des darin programmierten Differentialantriebssystems 24, 24' beinhaltet. Der Speicher kann ein beschreibbares Medium sein, das an der Bereitstellung computerlesbarer Daten oder Prozessanweisungen beteiligt ist. Ein solches beschreibbares Medium kann viele Formen annehmen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf nichtflüchtige Medien und flüchtige Medien.
Nichtflüchtige Medien für die Steuerung 44 können beispielsweise optische oder magnetische Platten und andere persistente Speicher beinhalten. Flüchtige Medien können beispielsweise dynamischen Direktzugriffsspeicher (DRAM) beinhalten, der einen Hauptspeicher darstellen kann. Entsprechende Anweisungen können durch ein oder mehrere Übertragungsmedien übertragen werden, einschließlich Koaxialkabel, Kupferdraht und Glasfaser, einschließlich der Drähte, die einen Systembus umfassen, der mit einem Prozessor eines Computers gekoppelt ist. Der Speicher der Steuerung 44 kann auch eine flexible Platte, Festplatte, Magnetband, ein anderes magnetisches Medium, eine CD-ROM, DVD, ein anderes optisches Medium usw. beinhalten. Die Steuerung 44 kann eingerichtet oder mit anderer erforderlicher Computerhardware ausgestattet werden, wie beispielsweise einem Hochgeschwindigkeitstakt, der erforderlichen Analog-Digital- (A/D) und/oder Digital-Analog- (D/A) Schaltung, einer Ein-/Ausgabeschaltung und Vorrichtungen (I/O) sowie einer entsprechenden Signalkonditionierung und/oder Pufferschaltung. Algorithmen, die von der Steuerung 44 gefordert oder zugänglich gemacht werden, können im Speicher gespeichert und automatisch ausgeführt werden, um die erforderliche Funktionalität des Fahrzeugs 10 und des Differentialantriebssystems 24' bereitzustellen.
Mit wieder aufgenommenem Bezug auf 1, der eine achsengeteilte Mehrfach-Antriebsachskonfiguration zeigt, kann das Differential-Antriebssystem 24 (oder 24') auf der spezifischen zweiten Antriebsachse 20 (oder auf der ersten Achse 18, wenn der Elektromotor 14 auf der ersten Achse angeordnet ist) angeordnet und eingerichtet werden, um als Intra-Achs-Differenzial zu arbeiten. Wenn beispielsweise das Differentialantriebssystem 24 oder 24' auf der zweiten Antriebsachse 20 als Teil davon in der Nähe der Achse X angeordnet ist, kann das erste Antriebsdrehmoment TO₁ auf die erste Achswelle 20-1 und das zweite Antriebsdrehmoment TO₂ auf die zweite Achswelle 20-2 übertragen werden. Alternativ können das erste Antriebsplanetengetriebe 28 und das zweite Antriebsplanetengetriebe 30 entfernt vom Antriebsplanetengetriebe 26 angeordnet werden, entweder an der jeweiligen linken und rechten Frontseite 16-1 und 16-2 oder an den jeweiligen linken und rechten Hinterrädern 16-3 und 16-4. So können beispielsweise die ersten und zweiten Antriebsplanetengetriebe 28, 30 an oder auf den jeweiligen Radnaben 46-1 und 46-2 (dargestellt in 6) der jeweiligen ersten und zweiten Antriebsräder 16-1, 16-3 und 16-2, 16-4 montiert sein.
In der in 6 dargestellten Ausführungsform, wobei das Differentialantriebssystem 24 (oder 24') auf der zweiten Antriebsachse 20 angeordnet ist, überträgt das Eingangsplanetengetriebe 26 das erste Eingangsdrehmoment TI1 funktional oder indirekt auf das erste Antriebsplanetengetriebe 28 über die erste Achswelle 20-1 und das zweite Eingangsdrehmoment TI₂ funktional auf das zweite Antriebsplanetengetriebe 30 über die zweite Achswelle 20-2. Dementsprechend ist in einem solchen Beispiel jedes der ersten Antriebsdrehmomente TO₁ und das zweite Antriebsdrehmoment TO₂ eingerichtet, um die zweite Antriebsachse 20 anzutreiben. Zusätzlich ist das Differentialgehäuse 24-1 eingerichtet, um den Elektromotor 14 und das Eingangsplanetengetriebe 26 oder 26' aufzunehmen und zu umschließen, und in den in den 3-5 dargestellten Ausführungsformen kann das Differentialgehäuse zusätzlich die ersten und zweiten Antriebsplanetengetriebe 28, 30 aufnehmen.
In einer separaten Ausführungsform, wie in 2 dargestellt, kann das Differentialantriebssystem 24 (oder 24') im Kraftfahrzeug 10 mit der oben beschriebenen verbundenen mehrachsigen Konfiguration zwischen den spezifischen Antriebsachsen 18, 20 angeordnet und eingerichtet werden, um als Zwischenachsdifferenzial zum Antreiben eines ersten und zweiten Straßenrades zu arbeiten. In einer solchen Ausführungsform kann jedes der ersten und zweiten Antriebsgetriebe 28, 30 als Planetengetriebe mit den jeweiligen ersten, zweiten und dritten Elementen 28-1, 28-2, 28-3 und 30-1, 30-2, 30-3, wie vorstehend in Bezug auf die 1 und 3-6 beschrieben, oder als Kegelgetriebe eingerichtet werden, der speziell in 2 dargestellt ist. Darüber hinaus kann das erste Straßenrad, das vom Differentialantriebssystem 24 (oder 24') angetrieben wird, eines der linken und rechten vorderen Straßenräder 16-1 und 16-2 sein, und das zweite Straßenrad kann eines der linken und rechten hinteren Straßenräder 16-3 und 16-4 sein. Das in 2 dargestellte System verwendet eine erste Antriebswelle 48-1 und eine zweite Antriebswelle 48-2, um das erste und zweite Eingangsdrehmoment TI₁ , TI₂ auf die jeweiligen ersten und zweiten Antriebsachsen 18, 20 zu übertragen.
Wie dargestellt, überträgt das Eingangsplanetengetriebe 26 das erste Eingangsdrehmoment TI₁ über die erste Antriebswelle 48-1 wirksam oder indirekt auf das ersten Planetengetriebe 28 und überträgt das zweite Eingangsdrehmoment TI₂ über die zweite Antriebswelle 48-2 wirksam auf das zweiten Antriebsgetriebe 30. Alternativ, obwohl nicht ausdrücklich dargestellt, kann das erste Antriebsgetriebe 28 das erste Eingangsdrehmoment TI₁ direkt vom Eingangsplanetengetriebe 26 empfangen und das erste Antriebsdrehmoment TO₁ auf die erste Antriebswelle 48-1 übertragen. Ebenso kann das zweite Antriebsgetriebe 30 das zweite Eingangsdrehmoment TI₂ direkt vom Eingangsplanetengetriebe 26 empfangen und das zweite Antriebsdrehmoment TO₂ auf die zweite Antriebswelle 48-2 übertragen. In beiden Alternativen des Zwischenachsdifferentials ist das erste Antriebsdrehmoment TO₁ zum Antreiben der ersten Antriebsachse 18 und das zweite Antriebsdrehmoment TO₂ zum Antreiben der zweiten Antriebsachse 20 eingerichtet.
Die detaillierte Beschreibung und die Figuren oder Abbildungen unterstützen und beschreiben die Offenbarung, aber der Umfang der Offenbarung wird ausschließlich durch die Ansprüche bestimmt. Während einige der bevorzugten Ausführungsformen und andere Ausführungsformen für die Durchführung der beanspruchten Offenbarung detailliert beschrieben wurden, gibt es verschiedene alternative Designs und Ausführungsformen für die Ausübung der in den beigefügten Ansprüchen definierten Offenbarung. Darüber hinaus sind die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen oder die Eigenschaften verschiedener in der vorliegenden Beschreibung genannter Ausführungsformen nicht unbedingt als voneinander unabhängige Ausführungsformen zu verstehen. Vielmehr ist es möglich, dass jedes der in einem der Beispiele für eine Ausführungsform beschriebenen Merkmale mit einem oder mehreren anderen gewünschten Merkmalen aus anderen Ausführungsformen kombiniert werden kann, so dass andere Ausführungsformen nicht in Worten oder unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben werden. Dementsprechend fallen solche anderen Ausführungsformen in den Rahmen des Umfangs der beigefügten Ansprüche.

Claims

Ein Differentialantriebssystem, umfassend: einen Elektromotor, der eingerichtet ist, ein Drehmoment eines Elektromotors zu erzeugen; ein Eingangsplanetengetriebe, das funktional mit dem Elektromotor verbunden ist, um das Drehmoment des Elektromotors aufzunehmen, und das erste, zweite und dritte Elemente aufweist, wobei: das erste Element eingerichtet ist, das Drehmoment des Elektromotors aufzunehmen; das zweite Element eingerichtet ist, ein erstes Eingangsdrehmoment in einer ersten Drehrichtung als Reaktion auf das Drehmoment des Elektromotors bereitzustellen; und das dritte Element eingerichtet ist, ein zweites Eingangsdrehmoment in einer zweiten Drehrichtung, entgegen der ersten Drehrichtung, als Reaktion auf das Drehmoment des Elektromotors bereitzustellen; ein erstes Antriebsgetriebe, das funktional mit dem Eingangsplanetengetriebe verbunden und eingerichtet ist, ein erstes Antriebsdrehmoment als Reaktion auf das erste Eingangsdrehmoment bereitzustellen; und ein zweites Antriebsgetriebe, das funktional mit dem Eingangsplanetengetriebe verbunden und eingerichtet ist, ein zweites Antriebsdrehmoment als Reaktion auf das zweite Eingangsdrehmoment bereitzustellen.
Das Differentialantriebssystem nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Differentialgehäuse, wobei: der Elektromotor einen Stator und einen Rotor beinhaltet; der Stator am Differentialgehäuse befestigt ist; der Rotor über eine Hülsenwelle direkt mit dem ersten Element des Eingangsplanetengetriebes verbunden ist; und eines der zweiten und dritten Elemente des Eingangsplanetengetriebes ist über eine Mittelwelle, die sich koaxial durch die Hülsenwelle erstreckt, direkt mit dem zweiten Antriebsgetriebe verbunden.
Das Differentialantriebssystem nach Anspruch 2, wobei das Eingangsplanetengetriebe ein Verbundgetriebe ist, das zusätzlich ein viertes Element und einen ersten und zweiten Satz Ritzeln aufweist, und wobei: das erste Element des Verbundgetriebes ein erstes Sonnenrad ist, das mit dem ersten Satz von Ritzeln in Eingriff steht; das zweite Element des Verbundgetriebes ein Planetenträger ist; das dritte Element des Verbundgetriebes ein zweites Sonnenrad ist, das in Eingriff mit dem zweiten Satz von Ritzeln steht; und das vierte Element des Verbundgetriebes ein Hohlrad ist.
Das Differentialantriebssystem nach Anspruch 2, ferner umfassend eine Eingangsbremse, die eingerichtet ist, eines der Elemente des Eingangsplanetengetriebes mit dem Differentialgehäuse selektiv zu erden.
Das Differentialantriebssystem nach Anspruch 2, wobei das erste Element des Eingangsplanetengetriebes ein Sonnenrad ist, das zweite Element des Eingangsplanetengetriebes ein Planetenträger ist und das dritte Element des Eingangsplanetengetriebes ein Hohlrad ist, und wobei jedes der ersten und zweiten Antriebsgetriebe ein Planetengetriebe mit ersten, zweiten und dritten Elementen ist.
Das Differentialantriebssystem nach Anspruch 5, ferner umfassend eine erste Antriebsbremse, die eingerichtet ist, eines der Elemente des ersten Antriebsgetriebes mit dem Differentialgehäuse selektiv zu erden, und eine zweite Antriebsbremse, die eingerichtet ist, eines der Elemente des zweiten Antriebsgetriebes mit dem Differentialgehäuse selektiv zu erden.
Das Differentialantriebssystem nach Anspruch 5, wobei das zweite Element des Eingangsplanetengetriebes direkt mit dem ersten Element des zweiten Antriebsgetriebes verbunden ist, und wobei das zweite Element des ersten Antriebsgetriebes ein Planetenträger ist, der eingerichtet ist, das erste Antriebsdrehmoment bereitzustellen, und das dritte Element des zweiten Antriebsgetriebes ein Hohlrad ist, das eingerichtet ist, das zweite Antriebsdrehmoment bereitzustellen.
Das Differentialantriebssystem nach Anspruch 5, wobei das dritte Element des Eingangsplanetengetriebes direkt mit dem ersten Element des zweiten Antriebsgetriebes verbunden ist, und wobei das dritte Element des ersten Antriebsgetriebes ein Planetenträger ist, der eingerichtet ist, das erste Antriebsdrehmoment bereitzustellen, und das zweite Element des zweiten Antriebsgetriebes ein Planetenträger ist, der eingerichtet ist, das zweite Antriebsdrehmoment bereitzustellen.
Das Differentialantriebssystem nach Anspruch 1, wobei das Differentialantriebssystem in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist, das eine Antriebsachse mit einem ersten und einem zweiten Antriebsrad verwendet, und wobei das erste Antriebsdrehmoment eingerichtet ist, das erste Antriebsrad anzutreiben, und das zweite Antriebsdrehmoment eingerichtet ist, das zweite Antriebsrad anzutreiben.
Das Differentialantriebssystem nach Anspruch 1, wobei das Differentialantriebssystem in einem Kraftfahrzeug mit mehreren Antriebsachsen angeordnet ist, das eine erste Antriebsachse mit einem ersten Antriebsrad und eine zweite Antriebsachse mit einem zweiten Antriebsrad verwendet, und wobei das erste Antriebsdrehmoment eingerichtet ist, das erste Antriebsrad anzutreiben, und das zweite Antriebsdrehmoment eingerichtet ist, das zweite Antriebsrad anzutreiben.