DE102019206954A1 - Drive axle for an electrically powered vehicle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsachse mit zwei Antriebsrädern (R1, R2) und einer gemeinsamen Radachse (a) für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, umfassend zwei achsparallel angeordnete elektrische Maschinen (EM1, EM2), zwei koaxial zur Radachse (a) nebeneinander angeordnete, miteinander gekoppelte Planetensätze (PS1, PS2), welche jeweils eine Hohlradwelle (HR1, HR2), eine Sonnenwelle (SO1, SO2) sowie eine Stegwelle (ST1, ST2) aufweisen und ein Zweigang-Schaltgetriebe (G) bilden, ein Achsdifferenzial (DI) auf der Radachse (a), wobei der erste Planetensatz (PS1) über die Hohlradwelle (HR1) von der ersten elektrischen Maschine (EM1) und der zweite Planetensatz (PS2) über die Hohlradwelle (HR2) von der zweiten elektrischen Maschine (EM2) antreibbar sind, wobei der erste Planetensatz (PS1) und der zweite Planetensatz (PS2) über eine gemeinsame Stegwelle (ST1/ST2) gekoppelt sind und wobei die gemeinsame Stegwelle (ST1/ST2) die Getriebeausgangswelle (GAW) des Zweigang-Schaltgetriebes (G) bildet und das Differenzial (DI) antreibt.The invention relates to a drive axle with two drive wheels (R1, R2) and a common wheel axle (a) for an electrically drivable vehicle, comprising two axially parallel electrical machines (EM1, EM2), two coaxially to the wheel axle (a) arranged side by side and coupled to one another Planetary sets (PS1, PS2), which each have a ring gear shaft (HR1, HR2), a sun shaft (SO1, SO2) and a spider shaft (ST1, ST2) and form a two-speed gearbox (G), an axle differential (DI) on the Wheel axle (a), whereby the first planetary set (PS1) can be driven via the ring gear shaft (HR1) from the first electrical machine (EM1) and the second planetary set (PS2) via the ring gear shaft (HR2) from the second electrical machine (EM2), wherein the first planetary gear set (PS1) and the second planetary gear set (PS2) are coupled via a common spider shaft (ST1 / ST2) and the common spider shaft (ST1 / ST2) is the transmission output shaft (GAW) of the two-speed gearbox ( G) forms and drives the differential (DI).

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsachse mit zwei Antriebsrädern und einer gemeinsamen Radachse für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, umfassend zwei achsparallel angeordnete elektrische Maschinen, zwei koaxial zur Radachse nebeneinander angeordnete, miteinander gekoppelt Planetensätze, welche jeweils eine Hohlradwelle, eine Sonnenwelle sowie eine Stegwelle aufweisen und ein Zweigang-Schaltgetriebe bilden, und ein Achsdifferenzial auf der Radachse.The invention relates to a drive axle with two drive wheels and a common wheel axle for an electrically drivable vehicle, comprising two axially parallel electrical machines, two coaxially to the wheel axle arranged next to each other, coupled with each other, each having a ring gear shaft, a sun shaft and a spider shaft and a two-speed gear -Manual transmission form, and an axle differential on the wheel axle.

Durch die DE 10 2009 002 437 A1 wurde ein rein elektrisch angetriebenes Fahrzeug in mehreren Varianten bekannt, wobei eine Variante gemäß 2 eine rein elektrisch antreibbare Hinterachse mit Einzelradantrieben, d. h. einem so genannten radindividuellen Antrieb aufweist. Jedem Antriebsrad ist eine elektrische Maschine mit nachgeschaltetem Schaltgetriebe zugeordnet, wobei beide Einzelradantriebe voneinander getrennt sind. Die Schaltgetriebe sind als Zweigang-Getriebe ausgebildet und werden mittels einer Klauenschaltung geschaltet, d. h. während des Schaltvorganges tritt eine Zugkraftunterbrechung auf. Wird beispielsweise nur das Getriebe auf der rechten Seite, welches das rechte Rad antreibt, geschaltet, so tritt infolge der Zugkraftunterbrechung für das rechte Rad ein Giermoment um die Hochachse des Fahrzeuges auf, welches das Fahrzeug nach rechts zu lenken versucht. Um ein solches Giermoment zu vermeiden, werden die Schaltungen daher gleichzeitig auf beiden Seiten durchgeführt. Andererseits kann ein Giermoment, z. B. bei Kurvenfahrten erwünscht sein, um die Agilität des Fahrzeuges zu verbessern. In einem solchen Falle kann das Giermoment gezielt durch eine unterschiedliche Drehmomentverteilung am rechten und linken Antriebsrad erzeugt werden (so genanntes torque-vectoring).Through the DE 10 2009 002 437 A1 a purely electrically powered vehicle was known in several variants, one variant according to 2 a purely electrically drivable rear axle with individual wheel drives, ie a so-called individual wheel drive. Each drive wheel is assigned an electrical machine with a downstream gearbox, the two individual wheel drives being separate from one another. The manual transmissions are designed as two-speed transmissions and are shifted by means of a dog clutch, ie an interruption in tractive force occurs during the shifting process. If, for example, only the transmission on the right-hand side, which drives the right wheel, is shifted, a yaw moment occurs around the vertical axis of the vehicle which tries to steer the vehicle to the right as a result of the interruption in tractive force for the right wheel. In order to avoid such a yaw moment, the shifts are therefore carried out simultaneously on both sides. On the other hand, a yaw moment, e.g. B. be desirable when cornering to improve the agility of the vehicle. In such a case, the yaw moment can be generated specifically by a different torque distribution on the right and left drive wheel (so-called torque vectoring).

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

Die Erfindung umfasst die Merkmale des Patenanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The invention comprises the features of claim 1. Advantageous embodiments emerge from the subclaims.

Erfindungsgemäß ist bei einer Antriebsachse für ein Elektrofahrzeug eine achsparallele Anordnung der elektrischen Maschinen und eine zur Radachse koaxiale Anordnung eines Zweigang-Schaltgetriebes, welches zwei nebeneinander angeordnete, über eine gemeinsame Stegwelle gekoppelte Planentensätze aufweist, vorgesehen. Jede elektrische Maschine treibt einen Planetensatz an, wobei die Leistungen beider Planetensätze über die Koppelwelle summiert und einer gemeinsamen Getriebeabtriebswelle zugeführt werden. Über ein Achsdifferenzial wird die Leistung der Getriebeabtriebswelle auf beide Antriebsräder verteilt.According to the invention, an axially parallel arrangement of the electrical machines and an arrangement of a two-speed gearbox which is coaxial to the wheel axis and which has two sets of tarpaulins arranged side by side and coupled via a common spider shaft is provided for a drive axle for an electric vehicle. Each electrical machine drives a planetary gear set, the outputs of both planetary gear sets being summed up via the coupling shaft and fed to a common transmission output shaft. The power of the transmission output shaft is distributed to both drive wheels via an axle differential.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist jedem Planetensatz eine Stirnradstufe vorgeschaltet, welche von der elektrischen Maschine angetrieben wird. Durch die Stirnradstufe wird die Drehzahl der elektrischen Maschine reduziert.According to a preferred embodiment, a spur gear stage, which is driven by the electrical machine, is connected upstream of each planetary set. The speed of the electrical machine is reduced by the spur gear stage.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die Hohlräder der Hohlradwellen beider Planetensätze Außenverzahnungen auf. Damit erhalten die Hohlradwellen beider Planetensätze eine Doppelfunktion, nämlich einerseits als Hohlrad des Planetengetriebes und andererseits als Abtriebszahnrad der Stirnradstufe.According to a further preferred embodiment, the ring gears of the ring gear shafts of both planetary sets have external gears. The ring gear shafts of both planetary sets thus have a double function, namely on the one hand as a ring gear of the planetary gear and on the other hand as the output gear of the spur gear stage.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die Stirnradstufen jeweils Zwischenräder auf, welche zwischen den Antriebszahnrädern und den Abtriebszahnrädern respektive den außenverzahnten Hohlrädern angeordnet sind. Damit kann der durch den Achsversatz bedingte Abstand zwischen den Achsen der elektrischen Maschinen und der Radachse räumlich überbrückt werden.According to a further preferred embodiment, the spur gear stages each have intermediate gears which are arranged between the drive gears and the output gears or the externally toothed ring gears. In this way, the distance between the axes of the electrical machines and the wheel axis caused by the axial offset can be bridged spatially.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind jedem Planetensatz zwei Schaltelemente zugeordnet, welche vorzugsweise als Klauenschaltelemente ausgebildet sind. Die Schaltelemente werden vorzugsweise durch Aktuatoren betätigt.According to a further preferred embodiment, two switching elements are assigned to each planetary set, which are preferably designed as claw switching elements. The switching elements are preferably operated by actuators.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der erste Gang durch Schließen des Schaltelements A gebildet, wodurch die Sonnenwelle mit dem Gehäuse gekoppelt, d. h. festgehalten wird. Das Übersetzungsverhältnis für den ersten Gang ergibt sich dann aus der Drehzahl der angetriebenen Hohlradwelle und der abtreibenden Stegwelle.According to a further preferred embodiment, the first gear is activated by closing the shift element A. formed, whereby the sun shaft is coupled to the housing, ie is held. The transmission ratio for the first gear then results from the speed of the driven ring gear shaft and the driven spider shaft.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der zweite Gang durch Schließen des Schaltelements B gebildet; dadurch wird der betreffende Planetensatz „verblockt“, d. h. er läuft im Block um, was einer Übersetzung von 1:1 entspricht. Grundsätzlich sind drei Verblockungsvarianten möglich, nämlich Sonnenwelle mit Hohlradwelle oder Hohlradwelle mit Stegwelle oder Stegwelle mit Sonnenwelle.According to a further preferred embodiment, the second gear is activated by closing the shift element B. educated; as a result, the planetary set in question is "blocked", ie it rotates in the block, which corresponds to a ratio of 1: 1. In principle, three locking variants are possible, namely sun shaft with ring gear shaft or ring gear shaft with spider shaft or spider shaft with sun shaft.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können die elektrischen Maschinen einzeln oder gemeinsam abgekoppelt werden: dies geschieht durch Anwählen einer Neutralposition, in welcher keines der beiden Schaltelemente geschlossen ist. Damit ist ein so genannter Segelbetrieb des Elektrofahrzeuges, d. h. ein freies Rollen ohne den Schleppwiderstand der mitdrehenden elektrischen Maschinen möglich.According to a further preferred embodiment, the electrical machines can be decoupled individually or together: this is done by selecting a neutral position in which neither of the two switching elements is closed. This is what is known as a sailing operation of the electric vehicle, ie free rolling possible without the drag of the rotating electrical machines.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der Getriebeausgangswelle und dem Differenzial eine Konstantübersetzungsstufe angeordnet, welche eine weitere Reduktion der Drehzahlen der elektrischen Maschinen bewirkt.According to a further preferred embodiment, a constant transmission stage is arranged between the transmission output shaft and the differential, which brings about a further reduction in the speeds of the electrical machines.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Konstantübersetzungsstufe als dritter Planetensatz ausgebildet, dessen Sonnenwelle von der Getriebeabtriebswelle angetrieben wird, dessen Hohlradwelle festgehalten ist und dessen Stegwelle in das Differenzial eintreibt. Durch den Planetensatz wird eine koaxiale Bauweise zwischen Antrieb und Abtrieb möglich.According to a further preferred embodiment, the constant transmission stage is designed as a third planetary gear set, the sun shaft of which is driven by the transmission output shaft, the ring gear shaft of which is held and which drives the spider shaft into the differential. The planetary set enables a coaxial design between drive and output.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Differenzial sperrbar, und zwar durch ein Schaltelement, durch welches das Gehäuse des Differenzials mit einer Differenzialausgangswelle gekoppelt wird. Damit wird eine starre Verbindung zwischen beiden Antriebsrädern hergestellt, die dadurch stets mit derselben Drehzahl angetrieben werden.According to a further preferred embodiment, the differential can be locked, specifically by a switching element, by means of which the housing of the differential is coupled to a differential output shaft. This creates a rigid connection between the two drive wheels, which are always driven at the same speed.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist jeweils zwischen dem Differenzial und einem Antriebsrad eine Konstantübersetzungsstufe vorgesehen, die vorzugsweise im radnahen Bereich angeordnet ist oder auch in das Antriebsrad integriert werden kann. Damit erfolgt die Reduktion der Drehzahl der elektrischen Maschinen erst hinter dem Differenzial, welches somit mit einem geringeren Drehmoment beaufschlagt wird. Die beiden Konstantübersetzungsstufen sind ebenfalls als dritte Planetensätze ausgebildet.According to a further preferred embodiment, a constant transmission step is provided between the differential and a drive wheel, which is preferably arranged in the area close to the wheel or can also be integrated into the drive wheel. This means that the speed of the electrical machines is only reduced after the differential, which is therefore subjected to a lower torque. The two constant gear ratios are also designed as third planetary gear sets.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Zweigang-Schaltgetriebe zwischen den elektrischen Maschinen und einem Antriebsrad angeordnet. Damit liegt eine asymmetrische Anordnung der Antriebskomponenten vor.According to a further preferred embodiment, the two-speed gearbox is arranged between the electrical machines and a drive wheel. This means that the drive components are arranged asymmetrically.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Konstantübersetzungsstufe koaxial zur Radachse und zwischen den elektrischen Maschinen angeordnet. Damit wird der Bauraum zwischen den achsparallel angeordneten elektrischen Maschinen für eine achsnahe Anordnung von Antriebskomponenten genutzt.According to a further preferred embodiment, the constant transmission stage is arranged coaxially to the wheel axle and between the electrical machines. The installation space between the axially parallel electrical machines is used for an axially close arrangement of drive 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 eine Antriebsachse für ein Elektrofahrzeug mit zwei elektrischen Maschinen in achsparalleler Anordnung, einem Zweigang-Schaltgetriebe und einem Achsdifferenzial,
  • 2 die Antriebsachse gemäß 1, jedoch mit einem Sperrdifferenzial,
  • 3 eine Antriebsachse mit zwei radnahen Konstantübersetzungsstufen und
  • 4 die Antriebsachse gemäß 3, jedoch mit Sperrdifferenzial.
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 drive axle for an electric vehicle with two electric machines in an axially parallel arrangement, a two-speed gearbox and an axle differential,
  • 2 the drive axle according to 1 , but with a limited slip differential,
  • 3 a drive axle with two constant gear ratios close to the wheel and
  • 4th the drive axle according to 3 , but with limited slip differential.

1 zeigt als erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Antriebsachse 1 eines elektrisch antreibbaren Fahrzeuges, im Folgenden auch kurz Elektrofahrzeug genannt, mit zwei auf einer Radachse a angeordneten Antriebsrädern R1, R2. Achsparallel zur Radachse a, d. h. mit einem Achsversatz b sind eine erste elektrische Maschine EM1 und eine zweite elektrische Maschine EM2 angeordnet, welche über ein Zweigang-Schaltgetriebe G und ein auf der Radachse a angeordnetes Achsdifferenzial DI die Antriebsräder R1, R2 antreiben. Das Zweigang-Schaltgetriebe G umfasst zwei miteinander gekoppelte Planetensätze PS1, PS2, denen jeweils Schaltelemente A, B, C, D zugeordnet sind, welche durch einen ersten Aktuator AK1 und einen zweiten Aktuator AK2 betätigbar sind. Der erste Planetensatz PS1, welcher von der ersten elektrischen Maschine EM1 antreibbar ist, umfasst eine Sonnenwelle SO1, eine Hohlradwelle HR1 und eine Stegwelle ST1. Der zweite Planetensatz PS2, welcher von der zweiten elektrischen Maschine EM2 antreibbar ist, umfasst eine Sonnenwelle SO2, eine Hohlradwelle HR2 sowie eine Stegwelle ST2, welche mit der Stegwelle ST1 des ersten Planetensatzes PS1 fest verbunden ist und eine gemeinsame Stegwelle ST1/ST2 bildet. Die gemeinsame Stegwelle, auch Koppelwelle ST1/ST2 genannt, bildet die Getriebeausgangswelle GAW des Zweigang-Schaltgetriebes G. Jedem Planetensatz PS1, PS2 ist eine Stirnradstufe SS1, SS2 vorgeschaltet. Die Hohlräder der Hohlradwellen HR1, HR2 des ersten und des zweiten Planetensatzes PS1, PS2 weisen jeweils eine Außenverzahnung AZ1, AZ2 auf - zusätzlich zu der Innenverzahnung. Die elektrischen Maschinen EM1, EM2 weisen jeweils Antriebswellen 1a, 1b auf, welche jeweils ein Antriebszahnrad der ersten und der zweiten Stirnradstufe antreiben. Die Abtriebszahnräder der ersten und der zweiten Stirnradstufe SS1, SS2 werden durch die Hohlräder mit den Außenverzahnungen AZ1, AZ2 gebildet, d. h. die Hohlräder sind Teil der Stirnradstufen SS1, SS2. Zwischen den auf den Antriebswellen 1a, 1b angeordneten Antriebszahnrädern und den Abtriebszahnrädern AZ1, AZ2 sind Zwischenräder ZR1, ZR2 angeordnet, welche den Achsversatz b, d. h. den Abstand der elektrischen Maschinen EM1, EM2 zur Radachse a überbrücken. 1 ist eine Draufsicht auf die Antriebsachse 1, d. h. die Zeichenebene ist eine x-y-Ebene des Elektrofahrzeuges. Die achsparallele Anordnung ist insbesondere für elektrische Maschinen mit kleinerem Durchmesser vorteilhaft - dies zeigt auch deutlich die Zeichnung. Zwischen dem Zweigang-Schaltgetriebe G und dem Differenzial DI ist eine Konstantübersetzungsstufe, ausgebildet als dritter Planetensatz PS3 mit einer Sonnenwelle SO3 einer Stegwelle ST3 und einer Hohlradwelle HR3, angeordnet. Der dritte Planetensatz PS3 wird über die Sonnenwelle SO3 von der Getriebeabtriebswelle GAW angetrieben, die Hohlradwelle HR3 ist gehäusefest, und die Stegwelle ST3, welche den Abtrieb bildet, ist direkt mit dem Differenzialkorb DIK des Differenzials DI verbunden. Die Ausgangswellen des Differenzials DI, die mit den Bezugsziffern 2a, 2b bezeichnet sind, treiben die Antriebsräder R1, R2 an. 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, with two on one wheel axle a arranged drive wheels R1 , R2 . Axially parallel to the wheel axle a , ie with an offset b are a first electrical machine EM1 and a second electric machine EM2 arranged which via a two-speed manual transmission G and one on the wheel axle a arranged axle differential DI the drive wheels R1 , R2 drive. The two-speed manual transmission G comprises two planetary sets coupled with one another PS1 , PS2 , each of which switching elements A. , B. , C. , D. are assigned, which by a first actuator AK1 and a second actuator AK2 are operable. The first planetary set PS1 which from the first electric machine EM1 is drivable, includes a sun shaft SO1 , a ring gear shaft HR1 and a web wave ST1 . The second planetary set PS2 , which from the second electrical machine EM2 is drivable, includes a sun shaft SO2 , a ring gear shaft HR2 as well as a web wave ST2 , which with the web wave ST1 of the first planetary gear set PS1 is firmly connected and a common web shaft ST1 / ST2 forms. The common web shaft, also known as the coupling shaft ST1 / ST2 called, forms the transmission output shaft GAW of the two-speed manual transmission G . Every planetary set PS1 , PS2 is a spur gear stage SS1 , SS2 upstream. The ring gears of the ring gear shafts HR1 , HR2 the first and the second planetary gear set PS1 , PS2 each have an external toothing AZ1 , AZ2 on - in addition to the internal gearing. The electrical machines EM1 , EM2 each have drive shafts 1a , 1b which each drive a drive gear of the first and second spur gear stages. The output gears of the first and second spur gear stages SS1 , SS2 are through the ring gears with the external gears AZ1 , AZ2 formed, ie the ring gears are part of the spur gear stages SS1 , SS2 . Between those on the drive shafts 1a , 1b arranged drive gears and the output gears AZ1 , AZ2 are intermediate gears ZR1 , ZR2 arranged which the axial offset b , ie the distance between the electrical machines EM1 , EM2 to the wheel axle a bridge. 1 Figure 3 is a top view of the drive axle 1 , ie the plane of the drawing is an xy plane of the Electric vehicle. The axially parallel arrangement is particularly advantageous for electrical machines with a smaller diameter - this is also clearly shown in the drawing. Between the two-speed manual transmission G and the differential DI is a constant transmission stage, designed as a third planetary gear set PS3 with a sun wave SO3 a web wave ST3 and a ring gear shaft HR3 , arranged. The third planetary set PS3 is about the sun wave SO3 from the gearbox output shaft GAW driven, the ring gear shaft HR3 is fixed to the housing, and the spider shaft ST3 , which forms the output, is directly connected to the differential basket DIK of the differential DI connected. The output shafts of the differential DI , those with the reference numbers 2a , 2 B are designated, drive the drive wheels R1 , R2 at.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist die Anordnung der elektrischen Maschinen EM1, EM2, der beiden Planetensätze PS1, PS2 und des Differenzials DI asymmetrisch in Bezug auf eine zwischen den Antriebsrädern R1, R2 gedachte Mittelebene. Das Zweigang-Schaltgetriebe G liegt, gemäß der Zeichnung, im Wesentlichen auf der rechten Seite der beiden elektrischen Antriebsmaschinen EM1, EM2 oder zwischen dem rechten Antriebsrad R2 und den beiden elektrischen Maschinen EM1, EM2. Die rechte Ausgangswelle 2b des Differenzials DI ist durch Hohlwellen der Planetensätze PS3, PS1, PS2 hindurchgeführt.As can be seen from the drawing, the arrangement of the electrical machines EM1 , EM2 , the two planetary sets PS1 , PS2 and the differential DI asymmetrical with respect to one between the drive wheels R1 , R2 imaginary center plane. The two-speed manual transmission G is, according to the drawing, essentially on the right side of the two electric drive machines EM1 , EM2 or between the right drive wheel R2 and the two electrical machines EM1 , EM2 . The right output shaft 2 B of the differential DI is through hollow shafts of the planetary gear sets PS3 , PS1 , PS2 passed through.

Das Zweigang-Schaltgetriebe G wird über die Schaltelemente A, B, C, D, die vorzugsweise als Klauenschaltelemente ausgebildet sind, wie folgt betätigt: Die Schaltelemente A, B sind dem ersten Planetensatz PS1 und die Schaltelemente C, D dem zweiten Planetensatz PS2 zugeordnet und spiegelbildlich zueinander angeordnet. Infolge der Klauenschaltung ergibt sich beim Schaltvorgang eine Zugkraftunterbrechung. Es ist daher sinnvoll, dass beide Planetensätze PS1, PS2 nicht gleichzeitig, sondern nacheinander geschaltet werden, weil dann die elektrische Maschine, die den nicht von der Schaltung betroffenen Planetensatz antreibt, stützt, d. h. über die gemeinsame Stegwelle ST1/ST2 und die Getriebeabtriebswelle GAW in das Differenzial DI eintreibt. Somit kann zugkraftunterbrechungsfrei geschaltet werden. Der Schaltvorgang kann durch die elektrische Maschine, die den von der Schaltung betroffenen Planetensatz antreibt, synchronisiert werden.The two-speed manual transmission G is via the switching elements A. , B. , C. , D. , which are preferably designed as claw switching elements, operated as follows: The switching elements A. , B. are the first planetary set PS1 and the switching elements C. , D. the second planetary set PS2 assigned and arranged in mirror image to one another. As a result of the claw shifting, there is an interruption of traction during the shifting process. It therefore makes sense that both planetary sets PS1 , PS2 are not switched simultaneously, but one after the other, because then the electrical machine that drives the planetary gear set that is not affected by the circuit is supported, ie via the common spider shaft ST1 / ST2 and the transmission output shaft GAW into the differential DI drives in. This means that there is no interruption in traction. The shifting process can be synchronized by the electrical machine that drives the planetary set affected by the shift.

Der erste Gang für den ersten Planetensatz PS1 wird durch Schließen des Schaltelements A gebildet, wodurch die Sonnenwelle SO1 mit dem Gehäuse (dargestellt durch eine Schraffur) gekoppelt, d. h. festgehalten wird. Die Synchronisation erfolgt hier durch die erste elektrische Maschine EM1. Der erste Planetensatz PS1 läuft dann mit einer Standübersetzung zwischen der angetriebenen Hohlradwelle HR1 und der abtreibenden Stegwelle ST1. Analog wird der erste Gang für den zweiten Planetensatz PS2 gebildet, d. h. durch Schließen des Schaltelements C, wodurch die Sonnenwelle SO2 mit dem Gehäuse gekoppelt wird.The first gear for the first planetary gear set PS1 is by closing the switching element A. formed, causing the sun wave SO1 is coupled to the housing (shown by hatching), ie is held. The synchronization takes place here through the first electrical machine EM1 . The first planetary set PS1 then runs with a stationary transmission between the driven ring gear shaft HR1 and the driving shaft ST1 . The first gear for the second planetary gear set is analogous PS2 formed, ie by closing the switching element C. making the sun wave SO2 is coupled to the housing.

Der zweite Gang wird durch Schließen des Schaltelements B für den ersten Planetensatz PS1 bzw. durch Schließen des Schaltelements D für den zweiten Planetensatz PS2 gebildet. In beiden Fällen ergibt sich eine „Verblockung“ der Planetensätze, indem die Sonnenwellen jeweils mit den Hohlradwellen gekoppelt oder „verblockt“ werden, d. h. der erste und der zweite Planetensatz PS1, PS2 laufen jeweils als Block um, was einer Übersetzung von 1:1 entspricht. Die abtreibende Stegwelle ST1 bzw. ST2 läuft somit mit derselben Drehzahl wie das angetriebene Hohlrad HR1 bzw. HR2 um. Bei nicht geschlossenen Schaltelementen A, B bzw. D, C ergibt sich eine Neutralstellung, in welcher die erste elektrische Maschine EM1 oder die zweite elektrische Maschine EM2 oder auch beide elektrischen Maschinen EM1, EM2 abgekoppelt werden können.The second gear is activated by closing the shift element B. for the first planetary set PS1 or by closing the switching element D. for the second planetary set PS2 educated. In both cases, the planetary sets are “blocked” by coupling or “blocking” the sun shafts with the ring gear shafts, ie the first and second planetary sets PS1 , PS2 each run as a block, which corresponds to a ratio of 1: 1. The driving shaft ST1 or. ST2 thus runs at the same speed as the driven ring gear HR1 or. HR2 around. With not closed switching elements A. , B. or. D. , C. the result is a neutral position in which the first electrical machine EM1 or the second electric machine EM2 or both electrical machines EM1 , EM2 can be disconnected.

Anstelle der Verblockung von Sonnenwelle und Hohlradwelle können ebenso die Sonnenwelle mit der Stegwelle oder die Stegwelle mit der Hohlradwelle verblockt werden. Bei allen drei Verblockungsvarianten läuft der Planetensatz als Block um, d. h. mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:1 zwischen Antrieb und Abtrieb.Instead of locking the sun shaft and the ring gear shaft, the sun shaft can also be locked with the spider shaft or the spider shaft with the ring gear shaft. In all three interlocking variants, the planetary gear set rotates as a block, i.e. H. with a transmission ratio of 1: 1 between input and output.

2 zeigt als weiters Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Antriebsachse 2, welche eine Variante der Antriebsachse 1 gemäß 1 darstellt. Der Unterschied gegenüber der Antriebsachse 1 besteht lediglich darin, dass das Differenzial DI sperrbar ist. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet. Ein Schaltelement E verbindet in geschlossenem Zustand den Differenzialkorb DIK (auch Differenzialgehäuse genannt) mit der Differenzialausgangswelle 2a. Damit ist eine direkte mechanische Verbindung zwischen dem linken Antriebsrad R1 und dem rechten Antriebsrad R2 hergestellt, so dass beide Antriebsräder R1, R2 stets dieselbe Raddrehzahl haben. 2 shows a drive axle as a further embodiment of the invention 2 , which is a variant of the drive axle 1 according to 1 represents. The difference compared to the drive axle 1 is simply that the differential DI is lockable. The same parts are denoted by the same reference numbers. A switching element E. connects the differential cage when closed DIK (also called differential housing) with the differential output shaft 2a . This creates a direct mechanical connection between the left drive wheel R1 and the right drive wheel R2 made so that both drive wheels R1 , R2 always have the same wheel speed.

3 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Antriebsachse 3, welche eine Variante gegenüber der Antriebsachse 1 gemäß 1 darstellt; für gleiche Teile sind gleiche Bezugszeichen verwendet. Der Unterschied gegenüber der Antriebsachse 1 besteht darin, dass anstelle der einzigen Konstantübersetzungsstufe PS3 in 1 bei der Antriebsachse 3 zwei radnah angeordnete Konstantübersetzungsstufen PS3 vorgesehen sind, welche - in Kraftflussrichtung gesehen - zwischen dem Differenzial DI und den beiden Antriebsrädern R1, R2 angeordnet sind. Beide Konstantübersetzungsstufen sind als dritte Planetensätze PS3 ausgebildet und entsprechen dem Planetensatz PS3 in 1. Die Sonnenwellen SO3 der dritten Planetensätze PS3 werden von den Differenzialausgangswellen 2a, 2b angetrieben, die Hohlradwellen HR3 sind gehäusefest, und die Stegwellen ST3 bilden die Abtriebswellen, welche die Antriebsräder R1, R2 antreiben. 3 shows a drive axle as a further embodiment of the invention 3 , which is a variant of the drive axle 1 according to 1 represents; The same reference numerals are used for the same parts. The difference compared to the drive axle 1 is that instead of the single constant translation stage PS3 in 1 at the drive axle 3 two constant gear ratios arranged close to the wheel PS3 are provided which - seen in the direction of force flow - between the differential DI and the two drive wheels R1 , R2 are arranged. Both constant gear ratios are the third planetary gear sets PS3 trained and correspond to the planetary gear set PS3 in 1 . The sun waves SO3 of the third planetary sets PS3 are from the differential output shafts 2a , 2 B driven, the ring gear shafts HR3 are fixed to the housing, and the web shafts ST3 form the output shafts, which the drive wheels R1 , R2 drive.

4 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Antriebsachse 4, welche eine Variante der Antriebsachse 3 gemäß 3 darstellt, wobei für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Unterschiedlich bei der Antriebsachse 4 ist ein Schaltelement E, über welches das Differenzial DI gesperrt werden kann. Bei geschlossenem Schaltelement E sind der Differenzialkorb DIK und die Differenzialausgangswelle 2a miteinander gekoppelt, so dass beide Differenzialausgangswellen 2a, 2b starr miteinander verbunden sind. 4th shows a drive axle as a further embodiment of the invention 4th , which is a variant of the drive axle 3 according to 3 represents, wherein the same reference numerals are used for the same parts. Different for the drive axle 4th is a switching element E. over which the differential DI can be blocked. With the switching element closed E. are the differential basket DIK and the differential output shaft 2a coupled together so that both differential output shafts 2a , 2 B are rigidly connected to each other.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
AntriebsachseDrive axle
1a1a
Antriebswelle (EM1)Drive shaft (EM1)
1b1b
Antriebswelle (EM2)Drive shaft (EM2)
22
AntriebsachseDrive axle
2a2a
AbtriebswelleOutput shaft
2b2 B
AbtriebswelleOutput shaft
33
AntriebsachseDrive axle
44th
Antriebsachse Drive axle
AA.
SchaltelementSwitching element
aa
RadachseWheel axle
AK1AK1
erster Aktuatorfirst actuator
AK2AK2
zweiter Aktuatorsecond actuator
AZ1AZ1
Außenverzahnung (HR1)External toothing ( HR1 )
AZ2AZ2
Außenverzahnung (HR2)External toothing ( HR2 )
bb
AchsversatzOffset
BB.
SchaltelementSwitching element
CC.
SchaltelementSwitching element
DD.
SchaltelementSwitching element
DIDI
Differenzialdifferential
DIKDIK
DifferenzialkorbDifferential basket
EE.
SchaltelementSwitching element
EM1EM1
erste elektrische Maschinefirst electric machine
EM2EM2
zweite elektrische Maschinesecond electric machine
GG
Zweigang-SchaltgetriebeTwo-speed manual transmission
GAWGAW
GetriebeausgangswelleTransmission output shaft
HR1HR1
Hohlradwelle (PS1)Ring gear shaft (PS1)
HR2HR2
Hohlradwelle (PS2)Ring gear shaft ( PS2 )
HR3HR3
Hohlradwelle (PS3)Ring gear shaft ( PS3 )
PS1PS1
erster Planetensatzfirst planetary set
PS2PS2
zweiter Planetensatzsecond planetary set
PS3PS3
dritter Planetensatzthird planetary set
R1R1
erstes Antriebsradfirst drive wheel
R2R2
zweites Antriebsradsecond drive wheel
SO1SO1
Sonnenwelle (PS1)Sun wave ( PS1 )
SO2SO2
Sonnenwelle (PS2)Sun wave ( PS2 )
SO3SO3
Sonnenwelle (PS3)Sun wave ( PS3 )
SS1SS1
erste Stirnradstufefirst spur gear stage
SS2SS2
zweite Stirnradstufesecond spur gear stage
ST1ST1
Stegwelle (PS1)Web shaft ( PS1 )
ST2ST2
Stegwelle (PS2)Web shaft ( PS2 )
ST3ST3
Stegwelle (PS3)Web shaft ( PS3 )
ZR1ZR1
Zwischenrad (SS1)Intermediate gear ( SS1 )
ZR2ZR2
Zwischenrad (SS2)Intermediate gear ( SS2 )

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102009002437 A1 [0002]DE 102009002437 A1 [0002]

Claims (15)

Antriebsachse mit zwei Antriebsrädern (R1, R2) und einer gemeinsamen Radachse (a) für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, umfassend - zwei achsparallel angeordnete elektrische Maschinen (EM1, EM2), - zwei koaxial zur Radachse (a) nebeneinander angeordnete, miteinander gekoppelte Planetensätze (PS1, PS2), welche jeweils eine Hohlradwelle (HR1, HR2), eine Sonnenwelle (SO1, SO2) sowie eine Stegwelle (ST1, ST2) aufweisen und ein Zweigang-Schaltgetriebe (G) bilden, - ein Differenzial (DI) auf der Radachse (a), - wobei der erste Planetensatz (PS1) über die Hohlradwelle (HR1) von der ersten elektrischen Maschine (EM1) und der zweite Planetensatz (PS2) über die Hohlradwelle (HR2) von der zweiten elektrischen Maschine (EM2) antreibbar sind, wobei der erste Planetensatz (PS1) und der zweite Planetensatz (PS2) über eine gemeinsame Stegwelle (ST1/ST2) gekoppelt sind und - wobei die gemeinsame Stegwelle (ST1/ST2) die Getriebeausgangswelle (GAW) des Zweigang-Schaltgetriebes (G) bildet und das Differenzial (DI) antreibt.Drive axle with two drive wheels (R1, R2) and a common wheel axle (a) for an electrically drivable vehicle, comprising - two axially parallel electrical machines (EM1, EM2), - two planetary sets (PS1, PS2) which are arranged coaxially to the wheel axis (a) and are coupled to one another, each of which has a ring gear shaft (HR1, HR2), a sun shaft (SO1, SO2) and a spider shaft (ST1, ST2) and a two-speed Form manual transmission (G), - a differential (DI) on the wheel axle (a), - The first planetary gear set (PS1) being drivable via the ring gear shaft (HR1) from the first electrical machine (EM1) and the second planetary gear set (PS2) via the ring gear shaft (HR2) from the second electrical machine (EM2), the first planetary gear set (PS1) and the second planetary gear set (PS2) are coupled via a common spider shaft (ST1 / ST2) and - The common spider shaft (ST1 / ST2) forms the transmission output shaft (GAW) of the two-speed manual transmission (G) and drives the differential (DI). Antriebsachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten elektrischen Maschine (EM1) und dem ersten Planetensatz (PS1) eine erste Stirnradstufe (SS1) und zwischen der zweiten elektrischen Maschine (EM2) und dem zweiten Planetensatz (PS2) eine zweite Stirnradstufe (SS2) geschaltet ist.Drive axle after Claim 1 , characterized in that a first spur gear stage (SS1) is connected between the first electrical machine (EM1) and the first planetary set (PS1) and a second spur gear stage (SS2) is connected between the second electrical machine (EM2) and the second planetary set (PS2) . Antriebsachse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlradwellen (HR1, HR2) des ersten und des zweiten Planetensatzes (PS1, PS2) jeweils Hohlräder mit einer Außenverzahnung (AZ1, AZ2) aufweisen und dass die Hohlräder die Abtriebszahnräder der ersten und der zweiten Stirnradstufe (SS1, SS2) bilden.Drive axle after Claim 2 , characterized in that the ring gear shafts (HR1, HR2) of the first and second planetary gear sets (PS1, PS2) each have ring gears with external teeth (AZ1, AZ2) and that the ring gears are the output gears of the first and second spur gear stages (SS1, SS2 ) form. Antriebsachse nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnradstufen (SS1, SS2) jeweils ein Zwischenrad (ZR1, ZR2) umfassen.Drive axle after Claim 2 or 3 , characterized in that the spur gear stages (SS1, SS2) each comprise an intermediate gear (ZR1, ZR2). Antriebsachse nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Planetensatz (PS1, PS2) zwei Schaltelemente (A, B, C, D) zugeordnet sind.Drive axle after Claim 1 , 2 , 3 or 4th , characterized in that two switching elements (A, B, C, D) are assigned to each planetary set (PS1, PS2). Antriebsachse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gang durch Festhalten der Sonnenwelle (SO1, SO2) des ersten und/oder des zweiten Planetensatzes (PS1, PS2) gebildet wird.Drive axis according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the first gear is formed by holding the sun shaft (SO1, SO2) of the first and / or the second planetary gear set (PS1, PS2). Antriebsachse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Gang durch Verblockung von zwei der drei Wellen (SO1, HR1, ST1; SO2, HR2, ST2) des ersten und/oder des zweiten Planetensatzes (PS1, PS2) gebildet wird.Drive axis according to one of the Claims 1 to 6th , characterized in that the second gear is formed by locking two of the three shafts (SO1, HR1, ST1; SO2, HR2, ST2) of the first and / or the second planetary gear set (PS1, PS2). Antriebsachse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Maschine oder beide elektrischen Maschinen (EM1, EM2) abkoppelbar sind.Drive axis according to one of the Claims 1 to 7th , characterized in that one electrical machine or both electrical machines (EM1, EM2) can be decoupled. Antriebsachse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Getriebeausgangswelle (GAW) des Zweigang-Schaltgetriebes (G) und dem Differenzial (DI) eine Konstantübersetzungsstufe (PS3) angeordnet ist.Drive axis according to one of the Claims 1 to 8th , characterized in that a constant transmission stage (PS3) is arranged between the transmission output shaft (GAW) of the two-speed manual transmission (G) and the differential (DI). Antriebsachse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Konstantübersetzungsstufe als dritter Planetensatz (PS3) mit einer Sonnenwelle (SO3), einer Hohlradwelle (HR3) und einer Stegwelle (ST3) ausgebildet ist, wobei die Sonnenwelle (SO3) von der Getriebeausgangswelle (GAW) angetrieben, die Hohlradwelle (HR3) festgehalten ist und die Stegwelle (ST3) das Differenzial (DI) antreibt.Drive axle after Claim 9 , characterized in that the constant transmission stage is designed as a third planetary gear set (PS3) with a sun shaft (SO3), a ring gear shaft (HR3) and a spider shaft (ST3), the sun shaft (SO3) being driven by the gear output shaft (GAW), the ring gear shaft (HR3) is held and the spider shaft (ST3) drives the differential (DI). Antriebsachse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzial (DI) durch Betätigen eines Schaltelements (E) sperrbar ist.Drive axis according to one of the Claims 1 to 10 , characterized in that the differential (DI) can be locked by actuating a switching element (E). Antriebsachse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Differenzial (DI) und den Antriebsrädern (R1, R2) jeweils eine Konstantübersetzungsstufe (PS3) angeordnet ist.Drive axis according to one of the Claims 1 to 8th , characterized in that a constant transmission stage (PS3) is arranged between the differential (DI) and the drive wheels (R1, R2). Antriebsachse nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Konstantübersetzungsstufen jeweils als dritte Planetensätze (PS3) mit einer Sonnenwelle (SO3), einer Hohlradwelle (HR3) und einer Stegwelle (ST3) ausgebildet sind, wobei die Sonnenwelle (SO3) jeweils von einer Ausgangswelle (3a, 3b) des Differenzials (DI) antreibbar ist, die Hohlradwelle (HR3) jeweils festgehalten ist und die Stegwelle (ST3) jeweils ein Antriebsrad (R1, R2) antreibt.Drive axle after Claim 12 , characterized in that the two constant transmission stages are each designed as third planetary gear sets (PS3) with a sun shaft (SO3), a ring gear shaft (HR3) and a spider shaft (ST3), the sun shaft (SO3) each from an output shaft (3a, 3b ) of the differential (DI) can be driven, the ring gear shaft (HR3) is held in place and the spider shaft (ST3) each drives a drive wheel (R1, R2). Antriebsachse nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Planetensatz (PS1, PS2), in Richtung der Radachse (a) gesehen, zwischen der ersten und der zweiten elektrischen Maschine (EM1, EM2) und einem der beiden Antriebsräder (R1, R2) angeordnet sind.Drive axis according to one of the Claims 1 to 13 , characterized in that the first and the second planetary set (PS1, PS2), seen in the direction of the wheel axis (a), arranged between the first and the second electrical machine (EM1, EM2) and one of the two drive wheels (R1, R2) are. Antriebsachse nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Konstantübersetzungsstufe (PS3), in Richtung senkrecht zur Radachse (a) gesehen, zwischen den elektrischen Maschinen (EM1, EM2) angeordnet ist.Drive axle after Claim 14 , characterized in that the constant gear ratio (PS3), in the direction perpendicular to the wheel axis (a) seen, is arranged between the electrical machines (EM1, EM2).
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