DE102019220283A1

DE102019220283A1 - Arrangement for driving an axle of an electric vehicle

Info

Publication number: DE102019220283A1
Application number: DE102019220283.7A
Authority: DE
Inventors: Kai Bornträger; Werner Hechberger; Paul Lenz; Andreas Grossl; Maik Wörl; Stefan Renner; Frank Seemann; Marco Di Sarno; Cong REN
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-12-19
Filing date: 2019-12-19
Publication date: 2021-06-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung (1) zum Antrieb einer Achse (2) eines Elektrofahrzeuges, umfassend zwei elektrische Maschinen (EM1, EM2) mit jeweils einer ersten Rotorwelle (RO1) und einer zweiten Rotorwelle (RO2), ein Planetengetriebe (PG) mit einer Hohlradwelle (HR), einer Sonnenwelle (SO) und einer Stegwelle (ST), ein mindestens zwei Gangstufen (G1, G2) aufweisendes Schaltgetriebe (G) und ein Achsdifferenzial (DI), wobei die Hohlradwelle (HR) von der ersten elektrischen Maschine (EM1) und/oder die Sonnenwelle (SO) von der zweiten elektrischen Maschine (EM2) antreibbar sind und wobei die Stegwelle (ST) die Abtriebswelle bildet.The invention relates to an arrangement (1) for driving an axle (2) of an electric vehicle, comprising two electrical machines (EM1, EM2) each with a first rotor shaft (RO1) and a second rotor shaft (RO2), a planetary gear (PG) with a Ring gear shaft (HR), a sun shaft (SO) and a spider shaft (ST), a gearbox (G) with at least two gears (G1, G2) and an axle differential (DI), the ring gear shaft (HR) being connected to the first electrical machine ( EM1) and / or the sun shaft (SO) can be driven by the second electrical machine (EM2) and the spider shaft (ST) forms the output shaft.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Antrieb einer Achse eines Elektrofahrzeuges mit zwei elektrischen Maschinen und einem Schaltgetriebe.The invention relates to an arrangement for driving an axle of an electric vehicle with two electric machines and a gearbox.

Durch die DE 10 2013 005 721 B4 wurde eine Antriebseinrichtung für ein Elektrofahrzeug mit zwei elektrischen Maschinen und einer Schaltgetriebeeinrichtung bekannt, die in drei Betriebsarten betreibbar ist. In der ersten Betriebsart treibt die erste E-Maschine bei abgekoppelter zweiter E-Maschine über eine erste Übersetzung an; in der zweiten Betriebsart treibt die zweite E-Maschine bei abgekoppelter erster E-Maschine über eine zweite Übersetzung an; in der dritten Betriebsart treiben die erste E-Maschine über eine erste Koppelübersetzung und die zweite E-Maschine über eine zweite Koppelübersetzung an. Es sind mindestens drei Übersetzungen möglich. Die Schaltgetriebeeinrichtung ist als Vorgelegegetriebe mit drei Stirnradstufen und zwei Schaltelementen ausgebildet; insofern besteht bei einem gemeinsamen Antrieb durch beide E-Maschinen eine feste Drehzahlkoppelung zwischen beiden E-Maschinen. Die bekannte Antriebseinrichtung ist mit gleichen oder mit unterschiedlichen E-Maschinen betreibbar, z. B. mit einer Synchronmaschine und mit einer Asynchronmaschine.Through the DE 10 2013 005 721 B4 a drive device for an electric vehicle with two electrical machines and a gearbox device was known, which can be operated in three operating modes. In the first operating mode, when the second electric machine is decoupled, the first electric machine drives via a first gear ratio; In the second operating mode, the second electric machine drives via a second gear ratio when the first electric machine is disconnected; In the third operating mode, drive the first electric machine via a first coupling ratio and the second electric machine via a second coupling ratio. At least three translations are possible. The gearbox device is designed as a countershaft gearbox with three spur gear stages and two shift elements; in this respect, there is a fixed speed coupling between the two electric machines when there is a common drive from both electric machines. The known drive device can be operated with the same or with different electric machines, e.g. B. with a synchronous machine and with an asynchronous machine.

Durch die DE 10 2015 221 487 A1 wurde eine Antriebsanordnung für ein Hybridfahrzeug bekannt, d. h. ein Fahrzeug, welches von einer elektrischen Maschine und/oder von einem Verbrennungsmotor antreibbar ist. Das Hybridfahrzeug weist einen Antriebsstrang auf, bei welchem die elektrische Maschine und der Verbrennungsmotor über ein Planetengetriebe, welches aus einer Hohlradwelle, einer Sonnenwelle und einer Stegwelle besteht, derart miteinander verbunden sind, dass die elektrische Maschine die Sonnenwelle und der Verbrennungsmotor die Hohlradwelle antreiben. Beide Leistungen werden im Planetengetriebe zusammengeführt und summiert, wobei die Stegwelle die Abtriebswelle und die Eingangswelle für ein nachgeschaltetes Getriebe, insbesondere ein Teilgetriebe eines Hauptgetriebes bildet. Mit dieser bekannten Antriebsanordnung lässt sich eine unter der Abkürzung EDA (elektrodynamisches Anfahren) bekannte Anfahrfunktion umsetzen. Die elektrische Maschine kann dabei rein elektrisch oder nur zur Unterstützung des Verbrennungsmotors zum Anfahren und Beschleunigen verwendet werden. Beim elektrodynamischen Anfahren kann die elektrische Maschine ein erhöhtes Anfahrmoment bereitstellen. Darüber hinaus ist als Lastfunktion ein elektrodynamisches Schalten (EDS) möglich. Mit der bekannten Antriebsanordnung können somit auch Lastschaltungen, d. h. Schaltungen ohne Zugkraftunterbrechung durchgeführt werden.Through the DE 10 2015 221 487 A1 a drive arrangement for a hybrid vehicle became known, ie a vehicle which can be driven by an electric machine and / or by an internal combustion engine. The hybrid vehicle has a drive train in which the electric machine and the internal combustion engine are connected to one another via a planetary gear consisting of a ring gear shaft, a sun shaft and a spider shaft in such a way that the electric machine drives the sun shaft and the internal combustion engine drives the ring gear shaft. Both powers are brought together and summed up in the planetary gear, the spider shaft forming the output shaft and the input shaft for a downstream gear, in particular a sub-gear of a main gear. With this known drive arrangement, a start-up function known by the abbreviation EDA (electrodynamic start-up) can be implemented. The electric machine can be used purely electrically or only to support the internal combustion engine for starting and accelerating. When starting electrodynamically, the electric machine can provide an increased starting torque. Electrodynamic switching (EDS) is also possible as a load function. With the known drive arrangement, power shifts, ie shifts without interruption of the tractive force, can thus also be carried out.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Antriebsanordnung für ein Elektrofahrzeug mit Schaltgetriebe vorzuschlagen, welches lastschaltbar ist und wenig Bauraum beansprucht.One object of the invention is to propose a drive arrangement for an electric vehicle with a gearbox which can be shifted under load and takes up little space.

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

Erfindungsgemäß umfasst die Anordnung zum Antrieb einer Achse eines Elektrofahrzeuges zwei elektrische Maschinen, ein Planetengetriebe mit einer Hohlradwelle, einer Sonnenwelle sowie einer Stegwelle, ein Schaltgetriebe, welches mindestens zwei Gangstufen aufweist, und ein Achsdifferenzial. Beide elektrischen Maschinen sind derart miteinander verschaltet, dass die erste elektrische Maschine das Hohlrad des Planetengetriebes und die zweite elektrische Maschine das Sonnenrad des Planetengetriebes antreiben, wobei die Stegwelle die Abtriebswelle bildet. Aufgrund dieser Verschaltung der beiden Elektromaschinen mittels eines Planetenradsatzes ergibt sich der Vorteil, dass elektrodynamisch angefahren werden kann. Dabei dreht eine elektrische Maschine, im Folgenden kurz E-Maschine genannt, rückwärts, während die andere vorwärts dreht. Vorteilhaft ist ferner, dass eine Lastschaltung der einzelnen Gänge möglich ist. Darüber hinaus kann ein von der Fahrgeschwindigkeit des Elektrofahrzeuges unabhängiger Antrieb von Nebenaggregaten (so genannter PTO-Betrieb, Power Take Off) durchgeführt werden, was insbesondere bei Nutzfahrzeugen mit unterschiedlichen Nebenaggregaten von Vorteil ist. Die Begriffe Planetengetriebe, Planetenradsatz und Planetensatz gelten als Synonyme.According to the invention, the arrangement for driving an axle of an electric vehicle comprises two electrical machines, a planetary gear with a ring gear shaft, a sun shaft and a spider shaft, a gearbox which has at least two gears, and an axle differential. Both electrical machines are connected to one another in such a way that the first electrical machine drives the ring gear of the planetary gear and the second electrical machine drives the sun gear of the planetary gear, the spider shaft forming the output shaft. Due to this interconnection of the two electric machines by means of a planetary gear set, there is the advantage that it can be started electrodynamically. One electrical machine, hereinafter referred to as an electric machine, rotates backwards while the other rotates forwards. It is also advantageous that power shifting of the individual gears is possible. In addition, ancillary units can be driven independently of the driving speed of the electric vehicle (so-called PTO operation, power take off), which is particularly advantageous in the case of commercial vehicles with different ancillary units. The terms planetary gear, planetary gear set and planetary set are synonymous.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform weisen die erste Gangstufe ein erstes Losrad sowie ein erstes Festrad und die zweite Gangstufe ein zweites Losrad sowie ein zweites Festrad auf, wobei die Stegwelle des Planetengetriebes entweder mit dem ersten Losrad oder mit dem zweiten Losrad koppelbar ist. Bei Kopplung mit dem ersten Losrad wird der erste Gang geschaltet; bei Kopplung mit dem zweiten Losrad wird der zweite Gang geschaltet. Die beiden Losräder sind koaxial zur Achse des Planetengetriebes angeordnet.According to a preferred embodiment, the first gear stage has a first idler gear and a first fixed gear and the second gear stage has a second idler gear and a second fixed gear, wherein the spider shaft of the planetary gear can be coupled either to the first idler gear or to the second idler gear. When coupled with the first idler gear, the first gear is engaged; when coupled with the second idler gear, the second gear is engaged. The two idler gears are arranged coaxially to the axis of the planetary gear.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Hohlradwelle mit dem zweiten Losrad koppelbar. Mit dieser Koppelung kann beispielsweise eine Synchronisierung erfolgen, eine Überbrückung des Planetensatzes oder ein Fahren nur mit der ersten E-Maschine, wobei die zweite E-Maschine frei für einen PTO-Betrieb verfügbar ist.According to a further preferred embodiment, the ring gear shaft can be coupled to the second idler gear. With this coupling, for example, synchronization, bridging of the planetary gear set or driving only with the first electric machine, the second electric machine being freely available for PTO operation.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem ersten und dem zweiten Losrad ein erstes Schaltelement, insbesondere eine erste Schiebemuffe, auch Schaltmuffe genannt, angeordnet, welche einerseits mit dem ersten Losrad und andererseits durch Axialverschiebung mit dem zweiten Losrad koppelbar ist. Zwischen beiden eingerückten Stellungen ist eine Neutralstellung möglich. Vorzugsweise ist die Schiebemuffe als Klauenschaltelement ausgebildet, welches robust und kostengünstig ist.According to a further preferred embodiment, a first shift element, in particular a first shift sleeve, also called shift sleeve, is between the first and the second idler gear, arranged, which on the one hand can be coupled to the first idler gear and on the other hand by axial displacement with the second idler gear. A neutral position is possible between the two engaged positions. The sliding sleeve is preferably designed as a claw switching element which is robust and inexpensive.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine zweite Schiebemuffe im Bereich des zweiten Losrades, quasi auf dessen Außenseite, angeordnet. Mittels der zweiten Schiebemuffe kann die Hohlradwelle mit dem zweiten Losrad gekoppelt werden. Darüber hinaus ist eine Synchronisierung mittels der ersten E-Maschine möglich.According to a further preferred embodiment, a second sliding sleeve is arranged in the area of the second idler gear, quasi on its outside. The ring gear shaft can be coupled to the second idler gear by means of the second sliding sleeve. In addition, synchronization using the first electric machine is possible.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die beiden Festräder auf einer Zwischenwelle angeordnet, welche die Funktion einer Vorgelegewelle aufweist und die Abtriebswelle des Schaltgetriebes bildet. Insofern handelt es sich bei dem Schaltgetriebe um ein Vorgelegegetriebe.According to a further preferred embodiment, the two fixed gears are arranged on an intermediate shaft which has the function of a countershaft and forms the output shaft of the gearbox. In this respect, the manual transmission is a countershaft transmission.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Schaltgetriebe als weiteres Planetengetriebe ausgebildet und koaxial zum ersten Planetengetriebe, welches von den beiden E-Maschinen angetrieben wird, angeordnet. Dadurch können Einbauforderungen für eine koaxiale Bauweise des Schaltgetriebes realisiert werden, beispielsweise, wenn der Antrieb als Zentralantrieb ausgeführt werden soll.According to a further preferred embodiment, the gearbox is designed as a further planetary gear and is arranged coaxially to the first planetary gear, which is driven by the two electric motors. As a result, installation requirements for a coaxial design of the gearbox can be implemented, for example if the drive is to be designed as a central drive.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind zwischen der ersten Rotorwelle und der Hohlradwelle eine erste Übersetzungsstufe und zwischen der zweiten Rotorwelle und der Sonnenwelle eine zweite Übersetzungsstufe angeordnet. Damit wird dem festen Drehmomentverhältnis des Planetengetriebes für den Fall Rechnung getragen, dass beide E-Maschinen gleich ausgebildet und dimensioniert sind. Durch die unterschiedlichen Übersetzungsstufen werden die Drehmomente der beiden Rotorwellen an das feste Drehmomentverhältnis des Planetengetriebes angepasst.According to a further preferred embodiment, a first transmission stage is arranged between the first rotor shaft and the ring gear shaft and a second transmission stage is arranged between the second rotor shaft and the sun shaft. This takes into account the fixed torque ratio of the planetary gear in the event that both electric machines are designed and dimensioned the same. Due to the different gear ratios, the torques of the two rotor shafts are adapted to the fixed torque ratio of the planetary gear.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem Schaltgetriebe, insbesondere zwischen der Zwischenwelle und dem Achsdifferenzial eine dritte Übersetzungsstufe als Abtriebskonstante angeordnet. Die dritte Übersetzungsstufe ist vorzugweise als Stirnradstufe ausgebildet, wobei ein erstes Stirnrad auf der Zwischenwelle und ein zweites Stirnrad am Gehäuse oder Käfig des Achsdifferenzials befestigt ist.According to a further preferred embodiment, a third transmission stage is arranged as an output constant between the gearbox, in particular between the intermediate shaft and the axle differential. The third transmission stage is preferably designed as a spur gear stage, a first spur gear being attached to the intermediate shaft and a second spur gear being attached to the housing or cage of the axle differential.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können bestimmte Wellen der Antriebsanordnung, nämlich die erste oder die zweite Rotorwelle oder die Hohlradwelle oder die Sonnenwelle für einen von der Fahrgeschwindigkeit des Elektrofahrzeuges unabhängigen Antrieb von Nebenaggregaten verwendet werden. Unter Nebenaggregaten sind beispielsweise eine Winde, eine Pumpe oder eine Kehreinrichtung an Bord des Elektrofahrzeuges, welches als Nutzfahrzeug ausgebildet ist, zu verstehen. Insbesondere ist es möglich, mit den genannten Wellen, so genannten Zapfwellen, einen Antrieb mit konstanter Drehzahl in einem bestimmten Geschwindigkeitsbereich des Elektrofahrzeuges zu realisieren.According to a further preferred embodiment, certain shafts of the drive arrangement, namely the first or the second rotor shaft or the ring gear shaft or the sun shaft can be used for a drive of auxiliary units independent of the driving speed of the electric vehicle. Ancillary units are to be understood as meaning, for example, a winch, a pump or a sweeping device on board the electric vehicle, which is designed as a utility vehicle. In particular, it is possible to use the shafts mentioned, so-called power take-off shafts, to implement a drive with a constant speed in a specific speed range of the electric vehicle.

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 Antriebsanordnung in Form eines Achsantriebes mit zwei E-Maschinen, einem Planetengetriebe und einem ein Achsdifferenzial antreibenden Schaltgetriebe,
2 die Antriebsanordnung beim Fahren im ersten Gang bei offenem Planetengetriebe und Antrieb durch beide E-Maschinen,
3 die Antriebsanordnung bei einem Schaltvorgang (Synchronisieren) vom ersten in den zweiten Gang,
4 die Antriebsanordnung beim Fahren im zweiten Gang mit der ersten E-Maschine,
5 die Antriebsanordnung beim Fahren mit der ersten E-Maschine im zweiten Gang und zweiter E-Maschine frei für einen PTO-Betrieb,
6 die Antriebsanordnung beim Fahren im zweiten Gang mit Antrieb durch beide E-Maschinen bei verblocktem Planetengetriebe,
7 die Antriebsanordnung beim Fahren im zweiten Gang bei offenem Planetengetriebe und Antrieb durch beide E-Maschinen,
8 die Antriebsanordnung beim Fahren im ersten Gang mit Darstellung der einzelnen Zapfwellen für einen PTO-Betrieb (Antrieb von Nebenaggregaten),
9 die Antriebsanordnung beim Fahren im zweiten Gang bei offenem Planetengetriebe und
10 ein Diagramm mit Darstellung der Drehzahlen in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit bei PTO-Betrieb.

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 arrangement in the form of an axle drive with two electric motors, a planetary gear and a gearbox driving an axle differential,
2 the drive arrangement when driving in first gear with an open planetary gearbox and drive by both electric motors,
3 the drive arrangement when shifting (synchronizing) from first to second gear,
4th the drive arrangement when driving in second gear with the first electric machine,
5 the drive arrangement when driving with the first electric machine in second gear and the second electric machine free for PTO operation,
6th the drive arrangement when driving in second gear with drive from both electric motors with an interlocked planetary gear,
7th the drive arrangement when driving in second gear with an open planetary gearbox and drive by both electric motors,
8th The drive arrangement when driving in first gear with a representation of the individual PTO shafts for a PTO operation (drive of ancillary units),
9 the drive arrangement when driving in second gear with an open planetary gear and
10 a diagram showing the speeds as a function of the driving speed in PTO operation.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung 1 zum Antrieb einer Achse 2 eines Elektrofahrzeuges, d. h. eines elektrisch antreibbaren Fahrzeuges. Die Achse 2, auch Fahrzeugachse 2 genannt, weist ein erstes Antriebsrad R1 und ein zweites Antriebsrad R2, im Folgenden kurz erstes Rad R1 und zweites Rad R2 genannt, sowie ein Achsdifferenzial DI, über welches die beiden Räder R1, R2 antreibbar sind, auf. Die Anordnung 1 umfasst ferner zwei achsversetzt und parallel zur Fahrzeugsachse 2 angeordnete elektrische Maschinen, eine erste elektrische Maschine EM1 sowie eine zweite elektrische Maschine EM2, im Folgenden erste E-Maschine EM1 und zweite E-Maschine EM 2 genannt. Die Anordnung 1 umfasst ferner ein den E-Maschinen EM1, EM2 nachgeschaltetes Planetengetriebe PG, auch Planetenradsatz oder Planetensatz genannt, welches eine Hohlradwelle HR, eine Sonnenwelle SO (auch Sonnenradwelle genannt) sowie eine Stegwelle ST aufweist. Dem Planetengetriebe PG ist ein Zweigang-Schaltgetriebe G nachgeschaltet, welches eine erste Gangstufe G1 mit einem ersten Losrad LR1 und einem ersten Festrad FR1 sowie eine zweite Gangstufe G2 mit einem zweiten Losrad LR2 und einem zweiten Festrad FR2 aufweist. Dem ersten Losrad LR1 und dem zweiten Losrad LR2 sind ein erstes und ein zweites Schaltelement, vorzugsweise ausgebildet als erste Schiebemuffe SM1 und zweite Schiebemuffe SM2, zugeordnet. Die Schaltelemente SM1, SM2 sind vorzugsweise als Klauenschaltelemente ausgebildet. Die beiden Festräder FR1, FR2 sind drehfest auf einer Zwischenwelle ZW, die die Funktion einer Vorgelegewelle aufweist, angeordnet, während die Losräder LR1, LR2 drehbar auf der Stegwelle ST respektive auf der Hohlradwelle HR angeordnet sind. Die erste E-Maschine EM1, welche eine erste Rotorwelle RO1 aufweist, treibt über eine erste Übersetzungsstufe Ü1 die Hohlradwelle HR des Planetengetriebes PG an, während die zweite E-Maschine EM2, welche eine zweite Rotorwelle RO2 aufweist, über eine zweite Übersetzungsstufe Ü2 die Sonnenwelle SO des Planetengetriebes PG antreibt. Die Stegwelle ST des Planetengetriebes PG bildet die Summen- und Abtriebswelle, welche über die erste Schiebemuffe SM1 entweder mit dem ersten Losrad LR1 oder mit dem zweiten Losrad LR2 koppelbar ist. Die beiden E-Maschinen EM1, EM2 sind vorzugsweise gleich ausgebildet, ihre Leistungen werden im Planetengetriebe PG zusammengeführt und summiert. Die Drehmomente der Hohlradwelle HR und der Sonnenwelle SO stehen in einem festen Verhältnis zueinander, d.h. im umgekehrten Verhältnis der Standübersetzung des Planetengetriebes PG. Durch die erste Übersetzungsstufe Ü1 und die zweite Übersetzungsstufe Ü2 wird das Drehmomentverhältnis der beiden E-Maschinen EM1, EM2 an das feste Drehmomentverhältnis des Planetengetriebes PG angepasst. Zwischen der Zwischenwelle ZW und dem Achsdifferenzial DI ist eine dritte Übersetzungsstufe Ü3, auch Abtriebskonstante genannt, angeordnet. 1 shows an arrangement according to the invention 1 to drive an axis 2 an electric vehicle, ie an electrically drivable vehicle. The axis 2 , also vehicle axle 2 called, has a first drive wheel R1 and a second drive wheel R2 , hereinafter briefly the first bike R1 and second wheel R2 called, as well as an axle differential DI over which the two wheels R1 , R2 drivable are on. The order 1 also includes two axially offset and parallel to the vehicle axis 2 arranged electrical machines, a first electrical machine EM1 and a second electrical machine EM2 , hereinafter the first electric machine EM1 and second e-machine EM 2 called. The order 1 also includes one of the electric machines EM1 , EM2 downstream planetary gear PG , also called planetary gear set or planetary gear set, which is a ring gear shaft MR , a sun wave SO (also called sun gear shaft) and a web shaft ST having. The planetary gear PG is a two-speed manual transmission G downstream, which is a first gear G1 with a first idler wheel LR1 and a first fixed gear FR1 as well as a second gear G2 with a second idler wheel LR2 and a second fixed gear FR2 having. The first idler wheel LR1 and the second idler wheel LR2 are a first and a second switching element, preferably designed as a first sliding sleeve SM1 and second sliding sleeve SM2 , assigned. The switching elements SM1 , SM2 are preferably designed as claw switching elements. The two fixed gears FR1 , FR2 are non-rotatably on an intermediate shaft ZW , which has the function of a countershaft, arranged while the idler gears LR1 , LR2 rotatable on the spider shaft ST respectively on the ring gear shaft MR are arranged. The first electric machine EM1 , which is a first rotor shaft RO1 has, drives through a first gear ratio Ü1 the ring gear shaft MR of the planetary gear PG on, while the second e-machine EM2 , which has a second rotor shaft RO2 has, via a second translation stage Ü2 the sun wave SO of the planetary gear PG drives. The web wave ST of the planetary gear PG forms the sum and output shaft, which is connected to the first sliding sleeve SM1 either with the first idler wheel LR1 or with the second idler wheel LR2 can be coupled. The two electric machines EM1 , EM2 are preferably designed the same, their performances are in the planetary gear PG merged and totaled. The torques of the ring gear shaft MR and the sun wave SO are in a fixed ratio to each other, ie in the inverse ratio of the stationary translation of the planetary gear PG . Through the first translation stage Ü1 and the second gear ratio Ü2 becomes the torque ratio of the two electric machines EM1 , EM2 to the fixed torque ratio of the planetary gear PG customized. Between the intermediate shaft ZW and the axle differential DI is a third translation level Ü3 , also called output constant, arranged.

Anstelle gleicher E-Maschinen EM1, EM2 können auch unterschiedliche E-Maschinen verwendet werden, die zwar keine Übersetzungsstufen benötigen, jedoch bezüglich ihres Drehmomentverhältnisses an das Planetengetriebe, insbesondere an dessen Standübersetzung angepasst werden sollten.Instead of the same electric machines EM1 , EM2 It is also possible to use different electric machines that do not require any gear ratios, but should be adapted in terms of their torque ratio to the planetary gear, in particular to its stationary gear ratio.

Die oben beschriebene Anordnung 1 zum Antrieb einer Achse 2 eines Elektrofahrzeuges ist als so genannter Achsantrieb ausgeführt, d. h. die Drehachsen der E-Maschinen EM1, EM2 sind parallel zur Fahrzeugachse 2 angeordnet. Möglich ist jedoch auch ein so genannter Zentralantrieb, bei welchem die E-Maschinen in Fahrzeuglängsrichtung angeordnet sind und das Achsdifferenzial DI über eine Gelenkwelle antreibbar ist.The arrangement described above 1 to drive an axis 2 an electric vehicle is designed as a so-called axle drive, ie the axes of rotation of the electric machines EM1 , EM2 are parallel to the vehicle axis 2 arranged. However, what is known as a central drive is also possible, in which the electric motors and the axle differential are arranged in the longitudinal direction of the vehicle DI can be driven via a cardan shaft.

Die Anordnung 1 zum Antrieb einer Achse 2 eines Elektrofahrzeuges ermöglicht - was unten näher erläutert wird - den Antrieb von nicht dargestellten Nebenaggregaten, die insbesondere auf Nutzfahrzeugen angeordnet und z. B. als Winde oder Pumpe oder Straßenkehreinrichtung ausgebildet sein können.The order 1 to drive an axis 2 an electric vehicle enables - which will be explained in more detail below - the drive of ancillary units, not shown, which are arranged in particular on commercial vehicles and z. B. can be designed as a winch or pump or road sweeping device.

Die Funktion der Anordnung 1 zum Antrieb einer Achse 2 eines Elektrofahrzeuges wird im Folgenden anhand verschiedener Fahrzustände im ersten und im zweiten Gang beschrieben.The function of the arrangement 1 to drive an axis 2 of an electric vehicle is described below with reference to various driving states in first and second gear.

2 zeigt die Anordnung 1 zum Antrieb der Achse 2 eines Elektrofahrzeuges gemäß 1, im Folgenden auch kurz Antriebsanordnung 1 genannt, im ersten Gang, wobei für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen wie zuvor verwendet werden. Beim ersten Gang ist die Stegwelle ST über die erste Schiebemuffe SM1 mit dem ersten Losrad LR1 der ersten Gangstufe G1 gekoppelt. Beide E-Maschinen EM1, EM2 treiben in das Planetengetriebe PG, wo beide Leistungsflüsse summiert werden. Wie eingangs erwähnt, besteht aufgrund des Planetengetriebes PG ein festes Verhältnis der Drehmomente von Hohlradwelle HR und Sonnenwelle SO, d. h. es besteht eine feste Drehmomentkopplung. Andererseits ist das Verhältnis der Drehzahlen der ersten Rotorwelle RO1 und der zweiten Rotorwelle RO2 variabel, d. h. die Drehzahl der ersten E-Maschine EM1 kann zur Beeinflussung der Drehzahl des Steges ST variiert werden. Die Leistung fließt von der Stegwelle ST über die erste Gangstufe G1 auf die Zwischenwelle ZW und von dieser über die dritte Übersetzungsstufe Ü3 auf das Gehäuse des Achsdifferenzials DI, von welchem die Leistung auf beide Räder R1, R2 verteilt wird. In dieser Konstellation (Planetensatz PG ist offen) sind ein elektrodynamisches Anfahren (EDA), ein elektrodynamisches Fahren (EDF) sowie ein PTO-Betrieb mit konstanter PTO-Drehzahl möglich. PTO steht für Power Take Off und den Antrieb von Nebenaggregaten. 2 shows the arrangement 1 to drive the axis 2 of an electric vehicle according to 1 , in the following also for short drive arrangement 1 called, in first gear, the same reference numerals being used as before for the same parts. The spider shaft is in first gear ST over the first sliding sleeve SM1 with the first idler wheel LR1 the first gear G1 coupled. Both electric machines EM1 , EM2 drive into the planetary gear PG where both power flows are summed up. As mentioned at the beginning, there is due to the planetary gear PG a fixed ratio of the torques of the ring gear shaft MR and sun wave SO , ie there is a fixed torque coupling. On the other hand is the ratio of the speeds of the first rotor shaft RO1 and the second rotor shaft RO2 variable, ie the speed of the first electric machine EM1 can influence the speed of the web ST can be varied. The power flows from the spider shaft ST via the first gear G1 on the intermediate shaft ZW and from this via the third gear ratio Ü3 on the housing of the axle differential DI from which the power to both wheels R1 , R2 is distributed. In this constellation (planetary set PG is open), electrodynamic start-up (EDA), electrodynamic driving (EDF) and PTO operation with constant PTO speed are possible. PTO stands for power take off and the drive of ancillary units.

3 zeigt die Antriebsanordnung 1 unmittelbar vor dem Schalten vom ersten in den zweiten Gang, d. h. von der ersten Gangstufe G1 auf die zweite Gangstufe G2. Beim Wechsel vom ersten in den zweiten Gang wird die erste Schiebemuffe SM1 durch Ausrücken vom ersten Losrad LR1 getrennt und in eine Neutralstellung verschoben. Andererseits wird die zweite Schiebemuffe SM2 in Eingriff mit dem zweiten Losrad LR2 gebracht, wozu eine Synchronisierung, angedeutet durch eine gestrichelte Linie SY, zwischen der Drehzahl der Hohlradwelle HR und der Drehzahl des zweiten Losrades LR2 notwendig ist. Die Drehzahlanpassung der zweiten Schiebemuffe SM2 erfolgt über eine Ansteuerung der ersten und der zweiten E-Maschine EM1, EM2. Bei Drehzahlgleichheit kann die zweite Schiebemuffe SM2 eingerückt werden, so dass eine Koppelung zwischen Hohlradwelle HR und der zweiten Gangstufe G2 hergestellt ist. Zum Ausrücken der ersten Schiebemuffe SM1 kann ein Lastabbau der zweiten E-Maschine EM2 erfolgen. 3 shows the drive arrangement 1 immediately before shifting from first to second gear, ie from first gear G1 to second gear G2 . When changing from first to second gear, the first sliding sleeve is SM1 by disengaging the first idler gear LR1 separated and shifted to a neutral position. On the other hand, the second sliding sleeve SM2 in engagement with the second idler gear LR2 brought, including a synchronization, indicated by a dashed line SY , between the speed of the ring gear shaft MR and the speed of the second idler gear LR2 necessary is. The speed adjustment of the second sliding sleeve SM2 takes place via a control of the first and the second electric machine EM1 , EM2 . If the speed is the same, the second sliding sleeve SM2 be engaged so that a coupling between the ring gear shaft MR and the second gear G2 is made. For disengaging the first sliding sleeve SM1 can reduce the load on the second electric machine EM2 respectively.

4 zeigt die Antriebsanordnung 1 beim Fahren im zweiten Gang mit der ersten E-Maschine EM1. Der Leistungsfluss erfolgt somit von der ersten E-Maschine EM1 über die erste Übersetzungsstufe Ü1 auf die Hohlradwelle HR, über die zweite Schiebemuffe SM2 auf das zweite Losrad LR2 und somit über die zweite Gangstufe G2 und die dritte Übersetzungsstufe Ü3 auf das Achsdifferenzial DI. Soll die zweite E-Maschine EM2 zugeschaltet werden, so wird die Stegwelle ST über die erste Schiebemuffe SM1 mit dem zweiten Losrad LR2 gekoppelt (vgl. 6). Für den Schaltvorgang muss die Drehzahl der ersten Schiebemuffe SM1 mit der Drehzahl des zweiten Losrades LR2 synchronisiert werden; danach, d. h. bei Drehzahlgleichheit kann die erste Schiebemuffe SM1 eingerückt werden. Der Planetensatz PG ist dann überbrückt oder verblockt. 4th shows the drive arrangement 1 when driving in second gear with the first electric motor EM1 . The power flow therefore comes from the first electric machine EM1 about the first translation stage Ü1 on the ring gear shaft MR , over the second sliding sleeve SM2 on the second idler wheel LR2 and thus through the second gear G2 and the third gear ratio Ü3 on the axle differential DI . Should the second electric machine EM2 are switched on, the spider shaft is ST over the first sliding sleeve SM1 with the second idler wheel LR2 coupled (cf. 6th ). The speed of the first sliding sleeve must be used for the switching process SM1 with the speed of the second idler gear LR2 be synchronized; afterwards, ie if the speed is the same, the first sliding sleeve can SM1 be indented. The planetary set PG is then bridged or blocked.

5, 6 und 7 zeigen verschieden Fahrzustände der Antriebsanordnung 1 jeweils im zweiten Gang. 5 zeigt die Antriebsanordnung 1 beim Fahren im zweiten Gang, wobei nur die erste E-Maschine EM1 antreibt, d. h. der Leistungsfluss erfolgt von der ersten Rotorwelle RO1 über die erste Übersetzungsstufe Ü1 auf die Hohlradwelle HR und von dieser über die zweite Schiebemuffe SM2 auf die zweite Gangstufe G2. Der Planetensatz PG ist offen. Die zweite E-Maschine EM2 bzw. die zweite Rotorwelle RO2 sind somit für einen freien Antrieb eines Nebenaggregates, welches auf dem Elektrofahrzeug angeordnet ist, verfügbar. Alternativ kann die zweite E-Maschine EM2 auch abgeschaltet werden. 5 , 6th and 7th show different driving states of the drive arrangement 1 each in second gear. 5 shows the drive arrangement 1 when driving in second gear, with only the first electric machine EM1 drives, ie the power flow takes place from the first rotor shaft RO1 about the first translation stage Ü1 on the ring gear shaft MR and from this via the second sliding sleeve SM2 to second gear G2 . The planetary set PG is open. The second electric machine EM2 or the second rotor shaft RO2 are thus available for a free drive of an auxiliary unit which is arranged on the electric vehicle. Alternatively, the second electric machine EM2 can also be switched off.

6 zeigt die Antriebsanordnung 1 beim Fahren im zweiten Gang, wobei die erste E-Maschine EM1 und die zweite E-Maschine EM2 antreiben, d. h. über die Hohlradwelle HR und die Sonnenwelle SO in das Planetengetriebe PG eintreiben. Die Hohlradwelle HR ist über die zweite Schiebemuffe SM2 und die Stegwelle ST ist über die erste Schiebemuffe SM1 mit dem zweiten Losrad LR2 gekoppelt. Damit sind die Hohlradwelle HR und die Stegwelle ST miteinander gekoppelt, d. h. das Planetengetriebe PG ist verblockt, d. h. es läuft als Block um. Damit ergibt sich eine feste Drehzahlkopplung; die Wahl der Drehmomentverteilung ist dagegen frei. 6th shows the drive arrangement 1 when driving in second gear, with the first electric machine EM1 and the second electric machine EM2 drive, ie via the ring gear shaft MR and the sun wave SO into the planetary gear PG collect. The ring gear shaft MR is about the second sliding sleeve SM2 and the web shaft ST is about the first sliding sleeve SM1 with the second idler wheel LR2 coupled. This is the ring gear shaft MR and the web shaft ST coupled together, ie the planetary gear PG is blocked, ie it circulates as a block. This results in a fixed speed coupling; the choice of torque distribution, however, is free.

7 zeigt die Antriebsanordnung 1 beim Fahren im zweiten Gang, wobei beide E-Maschinen EM1, EM2 bei offenem Planetensatz PG antreiben; daraus resultiert eine feste Drehmomentkopplung der beiden E-Maschinen EM1, EM2 und eine drehzahlvariable Kopplung der ersten E-Maschine EM1. Dies erlaubt ein elektrodynamisches Fahren (EDF). 7th shows the drive arrangement 1 when driving in second gear, with both electric motors EM1 , EM2 with an open planetary gear set PG drive; this results in a fixed torque coupling between the two electric motors EM1 , EM2 and a variable-speed coupling of the first electric machine EM1 . This allows electrodynamic driving (EDF).

8 zeigt die Antriebsanordnung 1 beim Fahren im ersten Gang. Der Planetensatz PG ist offen, d. h. es besteht ein festes Drehmomentverhältnis, jedoch ein variables Drehzahlverhältnis. Wie bereits oben erwähnt, erlaubt die Antriebsanordnung 1 einen freien Betrieb von Nebenaggregaten, wobei die Antriebsleistung für ein oder mehrere Nebenaggregate über eine Zapfwelle entnommen wird. Man nennt diesen Betrieb von Nebenaggregaten auch Power Take Off, im Folgenden abgekürzt PTO genannt. In 8 sind vier Wellen, die für den PTO-Betrieb als Zapfwellen eingesetzt werden können, mit PTO bezeichnet. Die vier Zapfwellen sind die erste und die zweite Rotorwelle RO1, RO2 sowie die mit den Rotorwellen RO1, RO2 über eine Übersetzung verbundene Hohlradwelle HR und die Sonnenwelle SO. Bei diesen Zapf- oder PTO-Wellen kann die Drehzahl konstant gehalten werden, obwohl sich die Fahrgeschwindigkeit ändert, d. h. es ist ein von der Fahrzeuggeschwindigkeit unabhängiger PTO-Betrieb möglich. Eine E-Maschine macht dabei den erforderlichen Drehzahlhub, um die Drehzahl der anderen E-Maschine konstant zu halten. Eine Darstellung dieses PTO-Betriebes findet sich in einem Diagramm gemäß 10. 8th shows the drive arrangement 1 when driving in first gear. The planetary set PG is open, ie there is a fixed torque ratio, but a variable speed ratio. As mentioned above, the drive arrangement allows 1 Free operation of ancillary units, with the drive power for one or more ancillary units being taken from a power take-off shaft. This operation of ancillary units is also called Power Take Off, in the following abbreviated PTO called. In 8th are four shafts that can be used as power take-off shafts for PTO operation, with PTO designated. The four PTO shafts are the first and second rotor shafts RO1 , RO2 as well as the one with the rotor shafts RO1 , RO2 Ring gear shaft connected via a transmission MR and the sun wave SO . With these power take-off or PTO shafts, the speed can be kept constant although the driving speed changes, ie PTO operation independent of the vehicle speed is possible. One e-machine makes the necessary speed stroke in order to keep the speed of the other e-machine constant. A representation of this PTO operation can be found in a diagram according to 10 .

9 zeigt die Antriebsanordnung 1 beim Fahren im zweiten Gang. Auch hier ist der Planetensatz PG offen, so dass das Drehzahlverhältnis zwischen den beiden E-Maschinen EM1, EM2 variabel gestaltet werden kann. Somit kann auch hier eine der vier Zapfwellen unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit mit konstanter Drehzahl betrieben werden. 9 shows the drive arrangement 1 when driving in second gear. Here, too, is the planetary gear set PG open so that the speed ratio between the two electric machines EM1 , EM2 can be designed variably. This means that one of the four PTO shafts can be operated at a constant speed regardless of the vehicle speed.

10 zeigt ein Diagramm, bei welchem die Drehzahl n in UpM (Umdrehungen pro Minute) auf der Ordinate und die Fahrgeschwindigkeit v des Elektrofahrzeuges in km/h (km pro Stunde) auf der Abszisse aufgetragen sind, und zwar für einen PTO-Betrieb, bei welchem das Elektrofahrzeug im ersten Gang fährt. Die Drehzahl der ersten E-Maschine EM1, bezeichnet mit nEM1, ist in dem Geschwindigkeitsbereich von 0 bis 25 km/h konstant, wobei nEM1 ungefähr bei 5600 UpM liegt. Dieser Bereich mit konstanter Drehzahl ist durch einen punktierten Pfeil P1 gekennzeichnet; ebenso ist die Geschwindigkeitsgrenze von v = 25 km/h durch einen punktierten Pfeil P2 gekennzeichnet. In dem Geschwindigkeitsbereich von 0 bis 25 km/h macht die zweite E-Maschine EM2 einen Drehzahlhub, d. h. sie dreht in einem Geschwindigkeitsbereich von 0 bis etwa 13 km/h rückwärts, d. h. die Drehzahl nEM2 befindet sich einem negativen Bereich, der bis etwa minus 5000 UpM reicht. Die Hohlraddrehzahl nHR bleibt in dem Geschwindigkeitsbereich von 0 bis 25 km/h ebenfalls konstant, da die Hohlradwelle HR von der ersten E-Maschine EM1 über die Übersetzungsstufe Ü1 angetrieben wird (vgl. 1). Oberhalb der Geschwindigkeit von 25 km/h steigt die Drehzahl der Hohlradwelle nHR linear an. Die Drehzahlen der Sonnenwelle nSO und der Stegwelle nST sind ebenfalls im Diagramm eingezeichnet. Ein ähnlicher PTO-Betrieb, d. h. mit konstanter Drehzahl der ersten E-Maschine EM1 ist auch im zweiten Gang möglich, dann jedoch bis zu höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten. 10 shows a diagram in which the speed n in rpm (revolutions per minute) on the ordinate and the driving speed v of the electric vehicle in km / h (km per hour) are plotted on the abscissa, specifically for a PTO operation in which the electric vehicle drives in first gear. The speed of the first electric machine EM1 , marked with nEM1 , is in that Speed range from 0 to 25 km / h constant, whereby nEM1 is approximately 5600 rpm. This constant speed area is indicated by a dotted arrow P1 marked; likewise the speed limit of v = 25 km / h is indicated by a dotted arrow P2 marked. The second electric machine does in the speed range from 0 to 25 km / h EM2 a speed stroke, ie it rotates backwards in a speed range from 0 to about 13 km / h, ie the speed nEM2 is in a negative range that extends to about minus 5000 RPM. The ring gear speed nHR also remains constant in the speed range from 0 to 25 km / h because the ring gear shaft MR from the first electric machine EM1 about the translation level Ü1 is driven (cf. 1 ). The speed of the ring gear shaft increases above a speed of 25 km / h nHR linear. The speeds of the sun shaft nSO and the web shaft nST are also shown in the diagram. A similar PTO operation, ie with a constant speed of the first electric machine EM1 is also possible in second gear, but then up to higher vehicle speeds.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: AntriebsanordnungDrive arrangement
22: Fahrzeugachse Vehicle axle
DIDI: AchsdifferenzialAxle differential
EM1EM1: erste E-Maschinefirst electric machine
EM2EM2: zweite E-Maschinesecond electric machine
FR1FR1: erstes Festradfirst fixed gear
FR2FR2: zweites Festradsecond fixed gear
GG: SchaltgetriebeManual transmission
G1G1: erste Gangstufefirst gear
G2G2: zweite Gangstufesecond gear
HRMR: HohlradwelleRing gear shaft
LR1LR1: erstes Losradfirst idler wheel
LR2LR2: zweites Losradsecond idler wheel
nn: Drehzahlrotation speed
nEM1nEM1: Drehzahl erste E-Maschine EM1 Speed of the first electric machine EM1
nEM2nEM2: Drehzahl zweite E-Maschine EM2 Speed of the second electric machine EM2
nHRnHR: Drehzahl Hohlradwelle HR Speed ring gear shaft MR
nSOnSO: Drehzahl Sonnenwelle SO Speed of the sun shaft SO
nSTnST: Drehzahl Stegwelle ST Spider shaft speed ST
P1P1: erster Pfeilfirst arrow
P2P2: zweites Pfeilsecond arrow
PGPG: Planetengetriebe/PlanetensatzPlanetary gear / planetary set
PTOPTO: Power Take Off (Zapfwelle)Power Take Off (PTO)
R1R1: erstes Radfirst wheel
R2R2: zweites Radsecond wheel
RO1RO1: erste Rotorwellefirst rotor shaft
RO2RO2: zweite Rotorwellesecond rotor shaft
SM1SM1: erste Schiebemuffefirst sliding sleeve
SM2SM2: zweite Schiebemuffesecond sliding sleeve
SOSO: SonnenwelleSun wave
STST: StegwelleWeb shaft
SYSY: gestrichelte Liniedashed line
Ü1Ü1: erste Übersetzungsstufefirst translation stage
Ü2Ü2: zweite Übersetzungsstufesecond gear ratio
Ü3Ü3: dritte Übersetzungsstufe/Abriebskonstantethird gear ratio / abrasion constant
vv: FahrgeschwindigkeitDriving speed
ZWZW: Zwischen-/VorgelegewelleIntermediate / countershaft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102013005721 B4 [0002]
DE 102015221487 A1 [0003]

Claims

Arrangement for driving an axle (2) of an electric vehicle, comprising two electric machines (EM1, EM2) each with a first rotor shaft (RO1) and a second rotor shaft (RO2), a planetary gear (PG) with a ring gear shaft (HR), a sun shaft (SO) and a spider shaft (ST), a gearbox (G) with at least two gears (G1, G2) and an axle differential (DI), the ring gear shaft (HR) from the first electrical machine (EM1) and / or the sun shaft (SO) can be driven by the second electrical machine (EM2) and wherein the spider shaft (ST) forms the output shaft.

Arrangement according to Claim 1 , characterized in that the first gear stage (G1) has a first idler gear (LR1) and a first fixed gear (FR1) and the second gear stage (G2) has a second idler gear (LR2) and a second fixed gear (FR2), and that the spider shaft (ST) can be coupled either to the first idler wheel (LR1) or to the second idler wheel (LR2).

Arrangement according to Claim 1 or 2 , characterized in that the ring gear shaft (HR) can be coupled to the second idler gear (LR2).

Arrangement according to Claim 1 , 2 or 3 , characterized in that a first shift element, in particular a first sliding sleeve (SM1), is arranged between the first and the second idler gear (LR1, LR2).

Arrangement according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that a second switching element, in particular a second sliding sleeve (SM2) is arranged in the area of the second idler gear (LR2).

Arrangement according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the first and the second fixed gear (FR1, FR2) are arranged on an intermediate shaft (ZW).

Arrangement according to Claim 1 , characterized in that the gearbox (G) is designed as a further planetary gear arranged coaxially with the planetary gear (PG).

Arrangement according to one of the Claims 1 to 7th , characterized in that a first transmission stage (Ü1) and between the second rotor shaft (RO2) and the sun shaft (SO) a second transmission stage (Ü2) are arranged between the first rotor shaft (RO1) and the ring gear shaft (HR).

Arrangement according to one of the Claims 1 to 8th , characterized in that a third transmission stage (Ü3) is arranged between the gearbox (G) or the intermediate shaft (ZW) and the axle differential (DI).

Arrangement according to one of the Claims 1 to 9 , characterized in that the first or the second rotor shaft (RO1, RO2) or the ring gear shaft (HR) or the sun shaft (SO) can be used for a drive of auxiliary units independent of the driving speed of the electric vehicle.