DE102019202208A1

DE102019202208A1 - Drive axle of an electric vehicle

Info

Publication number: DE102019202208A1
Application number: DE102019202208.1A
Authority: DE
Inventors: Stefan Spühler; Johannes GLÜCKLER; Stefan Renner; Johannes Kaltenbach; Kai Bornträger
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-02-19
Filing date: 2019-02-19
Publication date: 2020-08-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Antriebsachse (1) eines elektrisch antreibbaren Fahrzeuges, umfassend eine erste und eine zweite elektrische Maschine (EM1, EM2) mit je einer ersten und einer zweiten Antriebswelle (1a, 1b), ein erstes und ein zweites Antriebsrad (R1, R2), ein erstes und ein zweites Schaltgetriebe (G1, G2) sowie ein zwischen den Antriebsrädern (R1, R2) angeordnetes Achsdifferenzial (DI) mit einem Differenzialkäfig (DIK) und einer ersten sowie einer zweiten Ausgangswelle (3a, 3b), wobei die erste elektrische Maschine (EM1) über das erste Schaltgetriebe (G1) und die zweite elektrische Maschine (EM2) über das zweite Schaltgetriebe (G2) in das Achsdifferenzial (DI) eintreiben und wobei das erste und das zweite Schaltgetriebe jeweils als Zwei-Gang-Getriebe (G1, G2) mit gleicher Übersetzung ausgebildet sind.The invention relates to a drive axle (1) of an electrically drivable vehicle, comprising a first and a second electrical machine (EM1, EM2) each with a first and a second drive shaft (1a, 1b), a first and a second drive wheel (R1, R2 ), a first and a second gearbox (G1, G2) and an axle differential (DI) arranged between the drive wheels (R1, R2) with a differential cage (DIK) and a first and a second output shaft (3a, 3b), the first drive the electric machine (EM1) via the first gearbox (G1) and the second electric machine (EM2) via the second gearbox (G2) into the axle differential (DI) and the first and the second gearbox each as a two-speed gearbox ( G1, G2) are designed with the same translation.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsachse eines elektrisch antreibbaren Fahrzeuges mit zwei Antriebsrädern, zwei elektrischen Maschinen und nachgeschalteten Schaltgetrieben.The invention relates to a drive axle of an electrically drivable vehicle with two drive wheels, two electrical machines and gearboxes connected downstream.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einem elektrisch antreibbaren Fahrzeug die Antriebskomponenten, d. h. die elektrischen Maschinen, die Getriebe und das Achsdifferenzial Raum und Gewicht sparend im Bereich der Antriebsachse anzuordnen.One object of the invention is to provide the drive components in an electrically drivable vehicle, i.e. H. to arrange the electrical machines, the gearbox and the axle differential in the area of the drive axle to save space and weight.

Die Erfindung umfasst die Merkmale des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The invention comprises the features of the patent claim 1 . Advantageous configurations result from the subclaims.

Erfindungsgemäß sind die beiden parallel geschalteten elektrischen Maschinen über die Schaltgetriebe mit dem Eingang eines Achsdifferenzials verbunden, wobei beide Schaltgetriebe jeweils als Zwei-Gang-Getriebe mit gleichen Übersetzungen ausgebildet sind. Beide Antriebsstränge der Antriebsachse sind symmetrisch zum Achsdifferenzial bzw. zu einer Mittel- und Symmetrieebene zwischen den Antriebsrädern aufgebaut. Der Vorteil dieser Antriebskonfiguration besteht darin, dass auf einer Seite geschaltet, d. h. der Gang gewechselt werden kann, während die elektrische Maschine von der anderen Seite stützt, d. h. bei einer Zugkraftunterbrechung infolge der Schaltung über das Differenzial beide Antriebsräder antreibt, so dass keine Zugkraftunterbrechung auftritt. Andererseits ist es auch möglich, dass auf beiden Seiten mit unterschiedlichen Gängen gefahren wird, z. B. links im ersten Gang und rechts im zweiten Gang, so dass eine der beiden Maschinen in einem günstigen Teillastbereich, verbunden mit einer Verbrauchseinsparung, betrieben werden kann. Durch das Zwei-Gang-Getriebe wird eine Übersetzung der Drehzahl der elektrischen Maschine ins Langsame und damit ein größeres Drehmoment an den Antriebsrädern erreicht, was insbesondere bei Nutzfahrzeugen mit erhöhten Zugkraftanforderungen von Vorteil ist. Darüber hinaus wird ein größerer Geschwindigkeitsbereich für das Elektrofahrzeug ermöglicht.According to the invention, the two electrical machines connected in parallel are connected to the input of an axle differential via the gearbox, both gearboxes being designed as two-speed gearboxes with the same gear ratios. Both drive trains of the drive axle are constructed symmetrically to the axle differential or to a center and symmetry plane between the drive wheels. The advantage of this drive configuration is that switched on one side, i.e. H. the gear can be changed while the electric machine is supporting from the other side, d. H. drives both drive wheels in the event of an interruption in tractive power due to the shift via the differential, so that no tractive power interruption occurs. On the other hand, it is also possible to drive with different gears on both sides, e.g. B. left in first gear and right in second gear, so that one of the two machines can be operated in a favorable partial load range, combined with reduced consumption. The two-speed gearbox translates the speed of the electric machine to slow speed and thus a greater torque at the drive wheels, which is particularly advantageous in commercial vehicles with increased tractive effort requirements. In addition, a larger speed range is made possible for the electric vehicle.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform umfasst jedes Schaltgetriebe ein Koppelgetriebe, welches aus zwei schaltbaren Planetensätzen, einem ersten und einem zweiten Planetensatz, aufgebaut ist. Jedes der beiden Planetengetriebe weist drei Wellen auf, von denen eine Welle des ersten Planetensatzes mit einer Welle des zweiten Planetensatzes gekoppelt ist. Eine Welle des Koppelgetriebes wird angetrieben, und eine weitere Welle des Koppelgetriebes fungiert als Abtriebswelle. Die übrigen Wellen sind koppelbar oder festsetzbar.According to a preferred embodiment, each gearbox comprises a coupling gear, which is composed of two shiftable planetary gear sets, a first and a second planetary gear set. Each of the two planetary gears has three shafts, of which one shaft of the first planetary set is coupled to a shaft of the second planetary set. One shaft of the linkage is driven, and another shaft of the linkage functions as an output shaft. The other shafts can be coupled or fixed.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die beiden Planetensätze jeweils eine Stegwelle, eine Hohlradwelle und eine Sonnenwelle auf, wobei die Sonnenwellen beider Planetensätze miteinander gekoppelt sind und gemeinsam von der Antriebswelle der elektrischen Maschine angetrieben werden. Darüber hinaus ist die Hohlradwelle des ersten Planetensatzes mit der Stegwelle des zweiten Planetensatzes gekoppelt. Insofern besteht hier eine zweifache Koppelung.According to a further preferred embodiment, the two planetary sets each have a spider shaft, a ring gear shaft and a sun shaft, the sun shafts of both planetary sets being coupled to one another and being driven jointly by the drive shaft of the electrical machine. In addition, the ring gear shaft of the first planetary set is coupled to the spider shaft of the second planetary set. To this extent there is a twofold coupling.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist jedes der beiden Schaltgetriebe eine Schalteinrichtung mit zwei Schaltpositionen auf, nämlich eine erste Schaltposition für den ersten Gang und eine zweite Schaltposition für den zweiten Gang.According to a further preferred embodiment, each of the two gearboxes has a shifting device with two shift positions, namely a first shift position for the first gear and a second shift position for the second gear.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird zur Schaltung des ersten Ganges die erste Schaltposition gewählt, wodurch die Hohlradwelle des ersten Planetensatzes festgehalten, d. h. gegenüber dem Gehäuse abgebremst wird. Damit wird eine erste Übersetzung ins Langsame erreicht.According to a further preferred embodiment, the first shift position is selected for shifting the first gear, whereby the ring gear shaft of the first planetary set is held, d. H. is braked against the housing. In this way, a first translation into slow speed is achieved.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird zur Schaltung des zweiten Ganges die zweite Schaltposition gewählt, wodurch die Hohlradwelle des zweiten Planetensatzes festgehalten, d. h. gegenüber dem Gehäuse abgebremst wird. Damit wird eine zweite Übersetzung ins Langsame erreicht.According to a further preferred embodiment, the second shift position is selected to shift the second gear, whereby the ring gear shaft of the second planetary set is held, d. H. is braked against the housing. This achieves a second slow-down ratio.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Schalteinrichtungen als unsynchronisierte, formschlüssige Schalteinrichtungen, insbesondere als Klauenschaltungen ausgebildet. Klauenschaltungen sind günstig in den Herstellungskosten, weisen jedoch den Nachteil einer Zugkraftunterbrechung beim Schalten auf. Dieser Nachteil kann jedoch durch die zweite elektrische Maschine kompensiert werden: Wenn auf der linken Seite geschaltet wird und eine Zugkraftunterbrechung auftritt, stützt die rechte elektrische Maschine, sodass eine Zugkraftunterbrechung vermieden wird. In diesem Falle treibt die rechte elektrische Maschine über das Differenzial beide Antriebsräder an.According to a further preferred embodiment, the switching devices are designed as unsynchronized, form-fitting switching devices, in particular as claw circuits. Claw shifts are inexpensive in terms of manufacturing costs, but have the disadvantage of an interruption in tractive force when shifting. This disadvantage can, however, be compensated for by the second electrical machine: if a shift is made on the left-hand side and an interruption in traction occurs, the electrical machine on the right provides support so that an interruption in traction is avoided. In this case, the right electric machine drives both drive wheels via the differential.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt der Abtrieb des Schalt- oder Koppelgetriebes über die Stegwelle des ersten Planetensatzes. Somit sind die Stegwelle des Schaltgetriebes auf der linken Seite und die Stegwelle des Schaltgetriebes auf der rechten Seite mit dem Differenzial, d. h. mit dem Differenzialkäfig, welcher dem Steg eines Umlaufgetriebes entspricht, verbunden. Im Differenzial werden die Leistungsflüsse des rechten und des linken Antriebsstranges summiert und symmetrisch auf die beiden Antriebsräder verteilt.According to a further preferred embodiment, the output of the shift or coupling gear takes place via the spider shaft of the first planetary gear set. Thus, the spider shaft of the gearbox on the left and the spider shaft of the gearbox on the right side with the differential, d. H. connected to the differential cage, which corresponds to the web of an epicyclic gear. In the differential, the power flows of the right and left drive train are summed up and distributed symmetrically to the two drive wheels.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen den Ausgängen des Achsdifferenzials und jeweils einem Antriebsrad eine konstante Übersetzungsstufe angeordnet. Dadurch wird eine weitere Übersetzung der Drehzahl der elektrischen Maschinen auf die Drehzahl der Antriebsräder ins Langsame erreicht, d. h. an den Antriebsrädern steht ein größeres Drehmoment zur Verfügung, was insbesondere bei Nutzfahrzeugen mit erhöhten Zugkraftanforderungen von Vorteil ist.According to a further preferred embodiment, between the outputs of the Axle differential and one drive wheel each have a constant gear ratio. As a result, the speed of the electrical machines is further reduced to the speed of the drive wheels, ie a greater torque is available at the drive wheels, which is particularly advantageous for commercial vehicles with increased tractive effort requirements.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die konstante Übersetzungsstufe als dritter Planetensatz ausgebildet. Dabei sind die Achswellen, d. h. die Ausgangswellen des Achsdifferenzials mit den Sonnenwellen der dritten Planetensätze und die Stegwellen der dritten Planetensätze mit den Antriebsrädern verbunden. Das Hohlrad des dritten Planetensatzes ist gehäusefest angeordnet, so dass sich eine Umlaufübersetzung zwischen der Sonnenwelle und der Stegwelle ergibt. Der dritte Planetensatz kann bevorzugt in das Antriebsrad integriert werden.According to a further preferred embodiment, the constant transmission stage is designed as a third planetary gear set. The axle shafts, d. H. the output shafts of the axle differential are connected to the sun shafts of the third planetary sets and the spider shafts of the third planetary sets are connected to the drive wheels. The ring gear of the third planetary gear set is fixed to the housing, so that there is a rotary transmission between the sun shaft and the spider shaft. The third planetary set can preferably be integrated into the drive wheel.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Schalteinrichtungen für das erste und das zweite Schaltgetriebe jeweils von einem ersten und einem zweiten Aktuator betätigbar, wobei der erste und der zweite Aktuator in einer gemeinsamen Ebene, welche senkrecht zur Rotationsachse der elektrischen Maschinen verläuft, angeordnet sind. Dadurch wird Bauraum in axialer Richtung eingespart. Die elektrischen Maschinen können daher relativ dicht nebeneinander angeordnet werden.According to a further preferred embodiment, the switching devices for the first and the second gearbox can each be actuated by a first and a second actuator, the first and the second actuator being arranged in a common plane which runs perpendicular to the axis of rotation of the electrical machines. This saves installation space in the axial direction. The electrical machines can therefore be arranged relatively close to one another.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die konstante Übersetzungsstufe als Standgetriebe ausgebildet, welches vorzugsweise einen Achsversatz zwischen Antriebs- und Abtriebswelle aufweist. Aufgrund dieses Achsversatzes ergibt sich für das Elektrofahrzeug eine erhöhte Bodenfreiheit.According to a further preferred embodiment, the constant transmission stage is designed as a stationary transmission, which preferably has an axial offset between the drive and output shafts. Due to this offset, the electric vehicle has increased ground clearance.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Standgetriebe einen gehäusefesten Steg, auf dem Planetenräder und ein Sonnenrad gelagert sind, sowie ein Hohlrad, welches mit den Planetenrädern in Eingriff steht. Der Antrieb des Standgetriebes erfolgt über eines der Planetenräder durch die Ausgangswelle des Achsdifferenzials, und der Abtrieb erfolgt über das Hohlrad auf das Antriebsrad. Durch die mindesten zwei Planetenräder auf dem Umfang ergibt sich eine Leistungsteilung im Leistungsfluss zwischen Antrieb und Abtrieb.According to a further preferred embodiment, the stationary transmission comprises a web fixed to the housing, on which planet gears and a sun gear are mounted, as well as a ring gear which meshes with the planet gears. The stationary gear is driven via one of the planetary gears through the output shaft of the axle differential, and the output takes place via the ring gear on the drive gear. The at least two planet gears on the circumference result in a power distribution in the power flow between drive and output.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Standgetriebe als Stirnradgetriebe mit einem Antriebszahnrad, zwei Zwischenrädern sowie einem Abtriebszahnrad ausgebildet, wobei die Zwischenräder gleichzeitig mit dem Antriebs- und dem Abtriebszahnrad in Eingriff stehen. Durch die beiden Zwischenräder ergibt sich auch hier eine Leistungsteilung.According to a further preferred embodiment, the stationary gear is designed as a spur gear with a drive gear, two intermediate gears and a driven gear, the intermediate gears being in engagement with the drive and driven gears at the same time. The two intermediate gears also result in a power sharing.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die elektrischen Maschinen hohlzylindrisch ausgebildete Rotoren auf, welche koaxial zu den Ausgangswellen des Achsdifferenzials angeordnet sind. Insofern kann das Achsdifferenzial Bauraum sparend innerhalb des Hohlraums der Rotoren angeordnet werden.According to a further preferred embodiment, the electrical machines have hollow-cylindrical rotors, which are arranged coaxially to the output shafts of the axle differential. In this respect, the axle differential can be arranged within the cavity of the rotors to save installation space.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die ersten und zweiten Planetensätze zumindest teilweise innerhalb der Rotoren und koaxial zu den Rotoren angeordnet. Dadurch ergibt sich eine äußerst kompakte Bauweise, da der gesamte Hohlraum innerhalb der Rotoren durch die Anordnung der Getriebekomponenten genutzt werden kann.According to a further preferred embodiment, the first and second planetary gear sets are arranged at least partially within the rotors and coaxially to the rotors. This results in an extremely compact design, since the entire cavity within the rotors can be used by the arrangement of the gear components.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen

1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine Antriebsachse eines Elektrofahrzeuges mit symmetrischem Getriebeaufbau und einem Achsdifferenzial,
2 die Antriebsachse gemäß 1 in vollständiger Darstellung mit Aktuatoren und Schaltelementen,
3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine als Portalachse ausgebildete Antriebsachse mit Standgetrieben und
4 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine Portalachse mit abgewandelten Standgetrieben.

Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing and are described in more detail below, it being possible for further features and / or advantages to emerge from the description and / or the drawing. Show it

1 a first embodiment of the invention for a drive axle of an electric vehicle with a symmetrical gear structure and an axle differential,
2 the drive axle according to 1 in complete representation with actuators and switching elements,
3 a second embodiment of the invention for a drive axle designed as a portal axle with stationary gears and
4th a third embodiment of the invention for a portal axle with modified stationary gears.

1 zeigt als erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Antriebsachse 1 eines elektrisch antreibbaren Fahrzeuges, im Folgenden auch kurz Elektrofahrzeug genannt. Die Antriebsachse 1 weist zwei Antriebsräder R1, R2 mit einer gemeinsamen Radachse a auf. Koaxial zu der Radachse a, die gleichzeitig eine Symmetrie- und Rotationsachse a bildet, sind zwei elektrische Maschinen EM1, EM2 mit Rotoren RO1, RO2 symmetrisch zu einer Mittelebene M, die senkrecht zur Rotationsachse a verläuft, angeordnet, wobei nur die obere Hälfte, d. h. die oberhalb der Rotationsachse a angeordnete Hälfte dargestellt ist. Die untere Hälfte entspricht der oberen Hälfte und ist spiegelbildlich in Bezug auf die Rotationsachse a ausgebildet - wie aus 2 ersichtlich. Innerhalb der Rotoren RO1, RO2 sind Schaltgetriebe G1, G2 angeordnet, welche als Zwei-Gang-Getriebe ausgebildet sind und eine Übersetzung der Drehzahl der elektrischen Maschinen EM1, EM2 auf die Antriebsräder R1, R2 ins Langsame ermöglichen. Die Anordnung und Ausbildung der elektrischen Maschinen EM1, EM2 und der Schaltgetriebe G1, G2 sind gleich und spiegelbildlich zu der Symmetrieebene M ausgebildet. Das auf der linken Seite angeordnete erste Schaltgetriebe G1, welches im Folgenden beschrieben wird, entspricht vollständig dem spiegelbildlich ausgebildeten Schaltgetriebe G2 auf der rechten Seite. Die nachfolgende Beschreibung für G1 gilt daher ebenso für G2. 1 shows as a first embodiment of the invention a drive axle 1 an electrically drivable vehicle, hereinafter also referred to as an electric vehicle for short. The drive axle 1 has two drive wheels R1 , R2 with a common wheel axle a. Two electrical machines are coaxial with the wheel axis a, which at the same time forms an axis of symmetry and rotation axis a EM1 , EM2 with rotors RO1 , RO2 symmetrical to a median plane M. , which runs perpendicular to the axis of rotation a, arranged, with only the upper half, ie the half arranged above the axis of rotation a is shown. The lower half corresponds to the upper half and is designed as a mirror image with respect to the axis of rotation a - as shown in FIG 2 evident. Inside the rotors RO1 , RO2 are manual transmissions G1 , G2 arranged, which are designed as a two-speed gearbox and a translation of the speed of the electrical machines EM1 , EM2 on the Drive wheels R1 , R2 enable slow. The arrangement and design of the electrical machines EM1 , EM2 and the manual transmission G1 , G2 are equal and mirror image of the plane of symmetry M. educated. The first manual transmission on the left G1 , which is described in the following, corresponds completely to the mirror-inverted gearbox G2 On the right side. The following description for G1 therefore also applies to G2 .

Das erste Schaltgetriebe G1 umfasst zwei Planetensätze, einen ersten Planetensatz PS1 und einen zweiten Planetensatz PS2, welche miteinander gekoppelt sind und insofern ein Koppelgetriebe bilden. Der erste Planetensatz PS1 weist eine Sonnenwelle SO1, eine Hohlradwelle HR1 und eine Stegwelle ST1 auf. Der zweite Planetensatz PS2 weist eine Sonnenwelle SO2, eine Hohlradwelle HR2 sowie eine Stegwelle ST2 auf. Der erste Planetensatz PS1 ist mit dem zweiten Planetensatz PS2 über die Hohlradwelle HR1 und die Stegwelle ST2 gekoppelt. Zusätzlich sind beide Planetensätze PS1, PS2 über beide Sonnenwellen SO1, SO2 gekoppelt, welche gemeinsam von der Antriebswelle 1a der elektrischen Maschine EM1 angetrieben werden. Zwischen den Antriebsrädern R1, R2 ist ein Achsdifferenzial DI mit einem Differenzialkäfig DIK sowie zwei Ausgangswellen 3a, 3b angeordnet. Die Stegwelle ST1 des ersten Planetensatzes PS1 ist mit dem Differenzialkäfig DIK fest verbunden. Insofern erfolgt der Antrieb des aus den beiden Planetensätzen PS1, PS2 bestehenden Koppelgetriebes über die Antriebswelle 1a, während der Abtrieb über die Stegwelle ST1 erfolgt. Gleiches gilt für die rechte Seite, d. h. die zweite elektrische Maschine EM2 mit nachgeschaltetem Schaltgetriebe G2, welches ebenfalls über die Stegwelle in das Differenzial DI eintreibt. Im Differenzial DI werden somit die Leistungsflüsse beider Seiten summiert und anschließend über die Ausgangswellen 3a, 3b symmetrisch auf die Antriebsräder R1, R2 verteilt.The first manual transmission G1 comprises two planetary gear sets, a first planetary gear set PS1 and a second planetary gear set PS2 , which are coupled to one another and thus form a coupling gear. The first planetary set PS1 exhibits a sun wave SO1 , a ring gear shaft HR1 and a web wave ST1 on. The second planetary set PS2 exhibits a sun wave SO2 , a ring gear shaft HR2 as well as a web wave ST2 on. The first planetary set PS1 is with the second planetary set PS2 via the ring gear shaft HR1 and the web shaft ST2 coupled. In addition, both are planetary sets PS1 , PS2 over both sun waves SO1 , SO2 coupled which is shared by the drive shaft 1a the electric machine EM1 are driven. Between the drive wheels R1 , R2 is an axle differential DI with a differential cage DIK as well as two output shafts 3a , 3b arranged. The web wave ST1 of the first planetary gear set PS1 is with the differential cage DIK firmly connected. In this respect, the drive takes place from the two planetary gear sets PS1 , PS2 existing linkage via the drive shaft 1a , while the output is via the spider shaft ST1 he follows. The same applies to the right side, ie the second electrical machine EM2 with downstream gearbox G2 , which is also fed into the differential via the spider shaft DI drives in. In the differential DI the power flows of both sides are thus summed up and then via the output shafts 3a , 3b symmetrically on the drive wheels R1 , R2 distributed.

Die Schaltgetriebe G1, G2 weisen jeweils eine erste und eine zweite Schalteinrichtung SE1, SE2 auf, welche jeweils zwei Schaltpositionen A, B bzw. D, C aufweisen. Die beiden Schalteinrichtungen SE1, SE2 sind somit als Doppelschaltelemente und vorzugsweise als Klauenschaltelemente ausgebildet. Mittels der Schalteinrichtungen SE1, SE2 können zwei Gänge, ein erster und ein zweiter Gang, sowohl auf der linken wie auf der rechten Seite gleichzeitig oder zeitlich versetzt geschaltet werden. Zur Schaltung des ersten Ganges für eine erste Übersetzung ins Langsame wird die Schaltposition B gewählt, wodurch die Hohlradwelle des ersten Planetensatzes und gleichzeitig die Stegwelle ST2 des zweiten Planetensatzes mit dem Gehäuse GH verbunden, d. h. fest gebremst werden. Der Abtrieb erfolgt über die Stegwelle ST1 des ersten Planetensatzes PS1. Zur Schaltung des zweiten Ganges für eine zweite Übersetzung ins Langsame wird die Schaltposition A angesteuert, wodurch die Hohlradwelle HR2 des zweiten Planetensatzes PS2 mit dem Gehäuse GH verbunden, d. h. festgehalten wird. Dadurch ergibt sich eine zweite Übersetzung ins Langsame, wobei der Abtrieb wiederum über die Stegwelle ST1 des ersten Planetensatzes PS1 erfolgt.The manual transmission G1 , G2 each have a first and a second switching device SE1 , SE2 on which two switching positions A. , B. or. D. , C. The two switching devices SE1 , SE2 are thus designed as double switching elements and preferably as claw switching elements. By means of the switching devices SE1 , SE2 two gears, a first and a second gear, both on the left and on the right side can be shifted at the same time or at different times. The shift position is used to shift the first gear for a first gear ratio B. selected, whereby the ring gear shaft of the first planetary set and at the same time the spider shaft ST2 of the second planetary gear set with the housing GH connected, ie firmly braked. The output takes place via the spider shaft ST1 of the first planetary gear set PS1 . The shift position is used to shift the second gear for a second gear ratio A. controlled, whereby the ring gear shaft HR2 of the second planetary gear set PS2 with the case GH connected, ie held on. This results in a second gear ratio to slow speed, with the output in turn via the spider shaft ST1 of the first planetary gear set PS1 he follows.

In den Neutralpositionen, d. h. zwischen den Schaltpositionen A und B kann die elektrische Maschine EM1 abgekoppelt werden, z. B. bei einem sogenannten Segelbetrieb, bei welchem das Elektrofahrzeug frei rollt, ohne dass Verluste durch die mitdrehende elektrische Maschine EM1 auftreten. Dies gilt analog für die Neutralpositionen des zweiten Schaltelements SE2 und die zweite elektrische Maschine EM2. Es können gleichzeitig beide elektrischen Maschinen EM1, EM2 abgekoppelt werden oder auch nur eine von beiden - in letzterem Falle kann die antreibende elektrische Maschine, z. B. bei geringer Leistungsanforderung in einem besseren Wirkungsgradbereich betrieben werden.In the neutral positions, ie between the shift positions A. and B. can the electric machine EM1 be disconnected, e.g. B. in a so-called sailing operation, in which the electric vehicle rolls freely without losses due to the rotating electrical machine EM1 occur. This also applies to the neutral positions of the second shift element SE2 and the second electric machine EM2 . Both electrical machines can be used at the same time EM1 , EM2 be decoupled or just one of the two - in the latter case, the driving electrical machine, z. B. can be operated with low power requirements in a better efficiency range.

Für eine weitere Übersetzung der Drehzahl der elektrischen Maschinen EM1, EM2 auf die Antriebsräder R1, R2 sind konstante Übersetzungsstufen, welche als dritte Planetensätze PS3 ausgebildet sind, im Bereich der Antriebsräder R1, R2 vorgesehen. Die beiden Planetenradsätze PS3 auf der rechten und der linken Seite werden jeweils über ihre Sonnenwellen SO3 von den Differenzialausgangswellen 3a, 3b angetrieben. Der Abtrieb erfolgt jeweils über die Stegwelle ST3 auf die Abtriebswelle 2a, 2b. Damit ergibt sich eine Gesamtübersetzung, welche sich aus der Übersetzung eines Schaltgetriebe G1, G2 und der Übersetzung des dritten Planetensatzes PS3 zusammensetzt.For a further translation of the speed of the electrical machines EM1 , EM2 on the drive wheels R1 , R2 are constant gear ratios, which are designed as third planetary sets PS3, in the area of the drive wheels R1 , R2 intended. The two planetary gear sets PS3 on the right and left are each via their sun shafts SO3 from the differential output shafts 3a , 3b driven. The output takes place via the spider shaft ST3 on the output shaft 2a , 2 B . This results in an overall ratio, which results from the ratio of a manual transmission G1 , G2 and the translation of the third planetary gear set PS3.

2 zeigt die Antriebsachse 1 gemäß 1, jedoch in vollständiger Darstellung, d. h. die elektrischen Maschinen EM1, EM2 sowie die innerhalb der Rotoren RO1, RO2 angeordneten Schaltgetriebe G1, G2 sind sowohl mit der oberen als auch mit der unteren Hälfte, spiegelbildlich zu den Achswellen 3a, 3b, dargestellt. Die rechte und die linke Seite sind spiegelbildlich zu der Symmetrie- und Mittelebene M ausgebildet. Zusätzlich zu der Darstellung gemäß 1 sind in 2 zwei Aktuatoren AK1, AK2 dargestellt, wobei der erste Aktuator AK1 das erste Schaltelemente SE1 mit den Schaltpositionen A, B und der zweite Aktuator AK2 das zweite Schaltelement SE2 mit den Schaltpositionen C, D ansteuert und betätigt. Beide Aktuatoren AK1, AK2 sind in einer gemeinsamen Ebene, hier der Symmetrie- und Mittelebene M, und zwischen den beiden elektrischen Maschinen EM1, EM2 angeordnet. Damit wird der Bauraum im zentralen Bereich zwischen den Antriebsrädern R1, R2 optimal ausgenutzt. 2 shows the drive axis 1 according to 1 , but in a complete representation, ie the electrical machines EM1 , EM2 as well as those inside the rotors RO1 , RO2 arranged manual transmission G1 , G2 are mirror images of the axle shafts with both the upper and lower halves 3a , 3b , shown. The right and left sides are a mirror image of the symmetry and center plane M. educated. In addition to the representation according to 1 are in 2 two actuators AK1 , AK2 shown, the first actuator AK1 the first switching element SE1 with the switch positions A. , B. and the second actuator AK2 the second switching element SE2 with the switching positions C, D controlled and operated. Both actuators AK1 , AK2 are in a common plane, here the symmetry and middle plane M. , and between the two electrical machines EM1 , EM2 arranged. This creates the space in the central area between the drive wheels R1 , R2 optimally used.

3 zeigt eine Antriebsachse 2, welche im Wesentlichen der Antriebsachse 1 gemäß 1 und 2 entspricht, jedoch mit dem Unterschied, dass die konstante Übersetzungsstufe als Standgetriebe StG1 mit einem Achsversatz h1 ausgebildet ist. Durch den Achsversatz h1 ergibt sich für das Elektrofahrzeug eine erhöhte Bodenfreiheit, da die Ausgangswellen 3a, 3b des Achsdifferenzials um den Betrag h1 oberhalb der Radachse a angeordnet sind. Das Standgetriebe StG1 ist als Planetensatz mit einem gehäusefesten Steg 21, auf welchem Planetenräder 22, 23 sowie ein Sonnenrad 24 gelagert sind, und einem Hohlrad 25 ausgebildet. Der Antrieb des Standgetriebes StG1 erfolgt über die Ausgangswelle 3a des Differenzials auf das Planetenrad 23, welches ebenso wie das Planetenrad 24 sowohl mit dem Sonnenrad 24 als auch mit dem Hohlrad 25 in Eingriff steht. Der Abtrieb erfolgt über das Hohlrad 25 auf die Abtriebswelle 2a zum Antriebsrad R1. Diese Achskonfiguration wird als Portalachse bezeichnet. 3 shows a drive axle 2, which is essentially the drive axle 1 according to 1 and 2 corresponds, but with the difference that the constant gear stage as stationary gear StG1 with an offset h1 is trained. Due to the offset h1 there is an increased ground clearance for the electric vehicle because the output shafts 3a , 3b of the axle differential by the amount h1 are arranged above the wheel axle a. The stationary transmission StG1 is a planetary gear set with a bridge fixed to the housing 21st on which planet gears 22nd , 23 as well as a sun gear 24 are stored, and a ring gear 25th educated. The drive of the stationary gear StG1 takes place via the output shaft 3a of the differential to the planet gear 23 , which as well as the planetary gear 24 both with the sun gear 24 as well as with the ring gear 25th is engaged. The output takes place via the ring gear 25th on the output shaft 2a to the drive wheel R1 . This axis configuration is called a portal axis.

4 zeigt eine Antriebsachse 3, welche sich von der Antriebsachse 2 durch ein alternatives Standgetriebe StG2 unterscheidet. Das Standgetriebe StG2 ist als Stirnradgetriebe ausgebildet und weist ein von der Ausgangswelle des 3a des Differenzials angetriebenes Antriebszahnrad 31, zwei Zwischenräder 32, 33 sowie ein Abtriebszahnrad 34 auf, welches mit der Abtriebswelle 2a verbunden ist. Die Zwischenräder 32, 33, welche sowohl mit dem Antriebszahnrad 31 als auch mit dem Abtriebszahnrad 34 in Eingriff stehen, sind hier in die Zeichenebene gedreht, was durch die Hilfslinie z schematisch dargestellt ist. In einer Radialebene, welche senkrecht zur Zeichenebene verläuft, bilden die Mittelpunkte der Zahnräder 31, 32, 33, 34 die Eckpunkte einer Raute. Die Antriebswelle 3a des Standgetriebes StG2 ist gegenüber der Abtriebswelle 2a um den Betrag h2 versetzt; aufgrund dieses Achsversatzes h2 ist auch die Antriebsachse 3 als Portalachse ausgebildet, verbunden mit einer erhöhten Bodenfreiheit für das Elektrofahrzeug. 4th shows a drive axle 3 which is from the drive axle 2 through an alternative stationary gear StG2 differs. The stationary transmission StG2 is designed as a spur gear and has a drive gear driven by the output shaft of 3a of the differential 31 , two intermediate gears 32 , 33 as well as an output gear 34 on which with the output shaft 2a connected is. The intermediate gears 32 , 33 which both with the drive gear 31 as well as with the output gear 34 are in engagement are rotated here in the plane of the drawing, which is indicated by the auxiliary line z is shown schematically. The center points of the gears form in a radial plane which runs perpendicular to the plane of the drawing 31 , 32 , 33 , 34 the corner points of a diamond. The drive shaft 3a of the stationary gear StG2 is opposite the output shaft 2a offset by the amount h2; because of this offset, h2 is also the drive axis 3 designed as a portal axis, combined with increased ground clearance for the electric vehicle.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: erste Antriebsachsefirst drive axle
1a1a: Antriebswelle (EM1)Drive shaft ( EM1 )
1b1b: Antriebswelle (EM2)Drive shaft ( EM2 )
22: zweite Antriebsachsesecond drive axle
2a2a: AbtriebswelleOutput shaft
2b2 B: AbtriebswelleOutput shaft
33: dritte Antriebsachsethird drive axle
3a3a: AchswelleAxle shaft
3b3b: Achswelle Axle shaft
2121st: Steg (StG1)Bridge ( StG1 )
2222nd: PlanetenradPlanetary gear
2323: PlanetenradPlanetary gear
2424: SonnenradSun gear
2525th: Hohlrad Ring gear
3131: Antriebszahnrad (StG2)Drive gear ( StG2 )
3232: erstes Zwischenradfirst idler
3333: zweites Zwischenradsecond intermediate gear
3434: Abtriebszahnrad Output gear
aa: Rotationsachse/RadachseRotation axis / wheel axis
AK1AK1: erster Aktuatorfirst actuator
AK2AK2: zweiter Aktuatorsecond actuator
A, BA, B: Schaltpositionen von SE1 Switch positions from SE1
D, ED, E: Schaltpositionen von SE2 Switch positions from SE2
EM1EM1: erste elektrische Maschinefirst electric machine
EM2EM2: zweite elektrische Maschinesecond electric machine
DIDI: Differenzialdifferential
DIKDIK: DifferenzialkäfigDifferential cage
G1G1: erstes Schaltgetriebefirst manual transmission
G2G2: zweites Schaltgetriebesecond manual transmission
GHGH: Gehäusecasing
h1h1: Achsversatz (StG1)Offset ( StG1 )
h2h2: Achsversatz (StG2)Offset ( StG2 )
HR1HR1: Hohlradwelle (PS1)Ring gear shaft ( PS1 )
HR2HR2: Hohlradwelle (PS2)Ring gear shaft ( PS2 )
HR3HR3: Hohlradwelle (PS3)Ring gear shaft ( PS3 )
MM.: MittelebeneMiddle plane
R1R1: erstes (linkes) Antriebsradfirst (left) drive wheel
R2R2: zweites (rechtes) Antriebsradsecond (right) drive wheel
RO1RO1: erster Rotor (EM1)first rotor ( EM1 )
RO2RO2: zweiter Rotor (EM2)second rotor ( EM2 )
SE1SE1: erstes Schaltelementfirst switching element
SE2SE2: zweites Schaltelementsecond switching element
SO1SO1: Sonnenwelle (PS1)Sun wave ( PS1 )
SO2SO2: Sonnenwelle (PS2)Sun wave ( PS2 )
SO3SO3: Sonnenwelle (PS3)Sun wave ( PS3 )
ST1ST1: Stegwelle (PS1)Web shaft ( PS1 )
ST2ST2: Stegwelle (PS2)Web shaft ( PS2 )
ST3ST3: Stegwelle (PS3)Web shaft ( PS3 )
StG1StG1: erstes Standgetriebe (erste Portalachse)first stationary gear (first portal axis)
StG2StG2: zweites Standgetriebe (zweite Portalachse)second stationary gear (second portal axis)
zz: Hilfslinie (StG2)Auxiliary line ( StG2 )

Claims

Drive axle of an electrically drivable vehicle, comprising - a first and a second electrical machine (EM1, EM2) each with a first and a second drive shaft (1a, 1b) - a first and a second drive wheel (R1, R2), - A first and a second gearbox (G1, G2) and - An axle differential (DI) arranged between the drive wheels (R1, R2) with a differential cage (DIK) and a first and a second output shaft (3a, 3b), the first electrical machine (EM1) via the first gearbox (G1) and Drive the second electric machine (EM2) into the axle differential (DI) via the second gearbox (G2) and the first and second gearboxes are each designed as two-speed gearboxes (G1, G2) with the same gear ratio.

Drive axle after Claim 1 , characterized in that the first and the second gearbox (G1, G2) each have a first, switchable planetary set (PS1) and a second switchable planetary set (PS2), the first planetary set (PS1) and the second planetary set (PS2) are coupled to each other.

Drive axle after Claim 2 , characterized in that the first planetary sets (PS1) and the second planetary sets (PS2) are each designed in three parts and each have a spider shaft (ST1, ST2), a ring gear shaft (HR1, HR2) and a sun shaft (SO1, SO2).

Drive axle after Claim 3 , characterized in that the ring gear shaft (HR1) of the first planetary set (PS1) is coupled to the spider shaft (ST2) of the second planetary set (PS2) and the sun shafts (SO1, SO2) of the first and second planetary sets (PS1, PS2) are coupled to one another are coupled.

Drive axle after Claim 3 or 4th , characterized in that the sun shafts (SO1, SO2) of the first and second planetary gear sets (PS1, PS2) are connected to the drive shafts (1a, 1b) of the electrical machines (EM1, EM2).

Drive axis according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the first and the second gearbox (G1, G2) each have a shifting device (SE1, SE2) with a first shift position (B) for the first gear and a second shift position (A) for the second gear.

Drive axle after Claim 6 , characterized in that the first shift position (B) is assumed to shift the first gear and the ring gear shaft (HR1) of the first planetary set (PS1) is held.

Drive axle after Claim 6 or 7th , characterized in that the second shift position (A) is assumed to shift the second gear and the ring gear shaft (HR2) of the second planetary gear set (PS2) is held.

Drive axle after Claim 6 , 7th or 8th , characterized in that the switching devices (SE1, SE2) are designed as unsynchronized, form-fitting switching devices, in particular as claw circuits.

Drive axis according to one of the Claims 3 to 8th , characterized in that the output of the first and the second gearbox (G1, G2) takes place via the spider shaft (ST1) of the first planetary gear set (PS1).

Drive axis according to one of the Claims 1 to 10 , characterized in that a constant transmission stage (PS3, StG1, StG2) is arranged between the first and the second drive wheel (R1, R2) and the axle differential (DI).

Drive axle after Claim 11 , characterized in that the constant transmission stage is designed as a third planetary gear set (PS3) with a sun shaft (SO3), a spider shaft (ST3) and a fixed ring gear shaft (HR3), with an output shaft (3a, 3b) of the axle differential (DI) with the sun shaft (SO3) of the third planetary set (PS3) and the spider shaft (ST3) of the third planetary set (PS3) are connected to a drive wheel (R1, R2).

Drive axis according to one of the Claims 6 to 12 , characterized in that the switching devices (SE1, SE2) for the first and the second gearbox (G1, G2) can be actuated by a first and a second actuator (AK1, AK2) and that the first and the second actuator (AK1, AK2) are arranged in a common plane (M) between the electrical machines (EM1, EM2).

Drive axle after Claim 11 , characterized in that the constant transmission stage is designed as a stationary transmission (StG1, StG2).

Drive axle after Claim 14 , characterized in that the stationary gear (StG1, StG2) has a drive shaft (3a, 3b) and an output shaft (2a, 2b) and that the drive shaft (3a, 3b) and the output shaft (2a, 2b) are arranged with an axial offset (h1, h2) to one another.

Drive axle after Claim 14 , characterized in that the stationary gear (StG1) has a web (21) with planetary gears (22, 23), a sun gear (24) and a ring gear (25), that the web (21) is held, the drive via one of the Planet gears (22, 23) and the output take place via the ring gear (25).

Drive axle after Claim 14 or 15th , characterized in that the stationary gear (StG2) has a drive gear (31), two intermediate gears (32, 33) and a driven gear (34), the intermediate gears (32, 33) both with the drive gear (31) and with the Output gear (34) are in engagement.

Drive axis according to one of the Claims 1 to 17th , characterized in that the electrical machines (EM1, EM2) have rotors (RO1, RO2) which are arranged coaxially to the output shafts (3a, 3b) of the axle differential (DI).

Drive axle after Claim 18 , characterized in that the first and second planetary gear sets (PS1, PS2) are arranged at least partially within and / or coaxially to the rotors (RO1, RO2).