DE102020004777A1

DE102020004777A1 - Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102020004777A1
Application number: DE102020004777.7A
Authority: DE
Inventors: Gereon Hellenbroich
Original assignee: FEV Group GmbH
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2020-08-06
Filing date: 2020-08-06
Publication date: 2020-10-01
Also published as: DE102021003604A1; CN114056086A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug.Die erfindungsgemäße Antriebseinheit umfasst eine erste Elektromaschine (1) und eine zweite Elektromaschine (2), ein erstes Zahnradpaar (3a, 3b), das einen ersten Gang ausbildet, ein zweites Zahnradpaar (4a, 4b), das einen zweiten Gang ausbildet, und eine erste Kupplung (A), die in eine Neutralstellung, eine erste Stellung und eine zweite Stellung schaltbar ist, wobei die zweite Elektromaschine (2) mit dem zweiten Zahnradpaar (4a, 4b) und/oder verbindbar verbunden ist, und wobei die erste Elektromaschine (1) über Schalten der ersten Kupplung (A) in die erste Stellung mit dem ersten Zahnradpaar (3a, 3b) und Schalten der Kupplung (A) in die zweite Stellung mit dem zweiten Zahnradpaar (4a, 4b) verbindbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug.
Antriebseinheiten, die eine oder mehrere Elektromaschinen umfassen, sind grundsätzlich bekannt. Eine Herausforderung ist, für bestimmte Anforderungen ein besonders geeignetes Konzept zu finden.
Die erfindungsgemäße Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug umfasst eine erste Elektromaschine und eine zweite Elektromaschine, ein erstes Zahnradpaar, das einen ersten Gang ausbildet, ein zweites Zahnradpaar, das einen zweiten Gang ausbildet, und eine erste Kupplung, die in eine Neutralstellung, eine erste Stellung und eine zweite Stellung schaltbar ist, wobei die zweite Elektromaschine mit dem zweiten Zahnradpaar verbunden und/oder verbindbar ist, und wobei die erste Elektromaschine über Schalten der ersten Kupplung in die erste Stellung mit dem ersten Zahnradpaar und Schalten der Kupplung in die zweite Stellung mit dem zweiten Zahnradpaar verbindbar ist.
Durch die zwei Elektromaschinen, die zwei den ersten und zweiten Gang ausbildenden Zahnradpaare und der Kupplung, die wahlweise eine Neutralstellung oder eine Verbindung der ersten Elektromaschine mit dem ersten und zweiten Zahnradpaar erlaubt, ermöglicht die Erfindung eine Antriebseinheit, die in verschiedenen Modi betreibbar, aber dennoch kompakt ist. Zudem kann die Antriebseinheit aufgrund der bewusst gewählten geringen Komplexität kostengünstig hergestellt werden. Die Antriebseinheit ist für verschiedene Arten von Kraftfahrzeugen, wie Personenkraftwagen oder Nutzfahrzeuge wie Busse oder Lastkraftwagen, einsetzbar.
Im Sinne der kompakten Bauform sind bevorzugt die Elektromaschinen als Axialflussmaschinen ausgebildet und genau zwei Gänge, die durch das erste und zweite Zahnradpaar ausgebildet werden, vorgesehen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Antriebseinheit eine zweite Kupplung, die in eine Neutralstellung, eine erste Stellung und eine zweite Stellung schaltbar ist, und wobei die zweite Elektromaschine über Schalten der zweiten Kupplung in die erste Stellung mit der ersten Kupplung und Schalten der zweiten Kupplung in die zweite Stellung mit dem zweiten Zahnradpaar verbindbar ist.
Dies ermöglicht es, mit geringer zusätzlicher Komplexität einen weiteren Betriebsmodus zu realisieren. Insbesondere können beide Kupplungen mit einer einzigen Aktuatorik betrieben werden.
Die abhängigen Ansprüche beschreiben weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigt

1a ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit,
1b eine Tabelle der verschiedenen Betriebsmodi der ersten Ausführungsform,
2 ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit,
3a ein Schaltbild einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit,
3b eine Tabelle der verschiedenen Betriebsmodi der dritten Ausführungsform, und
4 ein Schaltbild einer vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit,

1 zeigt ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit.
Die gezeigte Antriebseinheit umfasst eine erste Elektromaschine 1 und eine zweite Elektromaschine 2, ein erstes Zahnradpaar mit einem ersten Zahnrad 3a und einem zweiten Zahnrad 3b, das einen ersten Gang ausbildet, ein zweites Zahnradpaar mit einem ersten Zahnrad 4a und einem weiten Zahnrad 4b, das einen zweiten Gang ausbildet, und eine Kupplung A, die in eine Neutralstellung, eine erste Stellung und eine zweite Stellung schaltbar ist. Die zweite Elektromaschine 2 ist mit dem zweiten Zahnradpaar 4a, 4b verbunden. Die Kupplung A ist zwischen dem ersten Zahnradpaar 3a, 3b und dem weiten Zahnradpaar 4a, 4b angeordnet. Die erste Elektromaschine 1 ist über Schalten der Kupplung A in die erste Stellung mit dem ersten Zahnradpaar 3a, 3b und Schalten der Kupplung A in die zweite Stellung mit dem zweiten Zahnradpaar 4a, 4b verbindbar.
Des Weiteren umfasst die Antriebseinheit eine erste Eingangswelle 6, die mit der ersten Elektromaschine 1 verbunden ist, und eine zweite Eingangswelle 7, die mit der zweiten Elektromaschine 2 verbunden ist. Die zweite Eingangswelle 7 ist fest mit dem ersten Zahnrad 4a des zweiten Zahnradpaars 4a, 4b verbunden. Die erste Eingangswelle 6 und die zweite Eingangswelle 7 sind zueinander fluchtend angeordnet, was vorteilhaft für die Kompaktheit der Antriebseinheit ist. Entsprechend sind die erste Elektromaschine 1 und die zweite Elektromaschine 2 einander gegenüberliegend angeordnet.
Des Weiteren umfasst die Antriebseinheit eine erste Triebwelle 8, wobei das zweite Zahnrad 3b des ersten Zahnradpaars 3a, 3b und das zweites Zahnrad 4b des zweiten Zahnradpaars 4a, 4b fest mit der Triebwelle 8 verbunden sind. Die erste Triebwelle 8 ist parallel zur ersten Eingangswelle 6 und zur zweiten Eingangswelle 7 angeordnet.
Die Antriebseinheit umfasst weiter eine zweite Triebwelle 11. Diese ist über ein Zahnradpaar mit der ersten Triebwelle 8 und über ein weiteres Zahnradpaar mit einem Differential 12 verbunden. Das Differential 12 selbst ist mit Radachsen verbunden. Über die zweite Triebwelle 11 und den mit diesem verbundenen Zahnradpaaren wird eine gewünschte, für den Anwendungsfall geeignete Übersetzung der Drehzahl zwischen der ersten Triebwelle 8 und dem Differential 12 erzielt.
1b zeigt Tabelle der verschiedenen Betriebsmodi der ersten Ausführungsform.
Im „Mode 0“ ist die Kupplung A in der Neutralstellung. Der Antrieb erfolgt allein durch die zweite Elektromaschine 2.
Im „Mode 1“ ist die Kupplung A nach links in die erste Schaltstellung geschaltet. Damit erfolgt ein Antrieb gemeinsam durch den ersten Elektromotor über das erste Zahnradpaar 3a, 3b (erster Gang) und durch den zweiten Elektromotor über das zweite Zahnradpaar (zweiter Gang). Aufgrund der unterschiedlichen Übersetzungen des ersten Gangs und des zweiten Gangs kann in diesem Betriebsmodus ein hohes Drehmoment erzielt werden, welches insbesondere vorteilhaft für das Anfahren oder das Bewältigen von extreme Steigungen ist.
Im „Mode 2“ ist die Kupplung A nach rechts in die zweite Schaltstellung geschaltet. Damit erfolgt ein Antrieb gemeinsam durch den ersten Elektromotor und durch den zweiten Elektromotor über das zweite Zahnradpaar (zweiter Gang). Dieser Betriebsmodus ermöglicht das Fahren mit einer hohen Drehzahl.
Das Schalten der Kupplung A in die verschiedenen Stellungen und das Ansteuern der Elektromaschinen erfolgt über eine nicht dargestellte Steuereinheit der Antriebseinheit. Das Schalten zwischen den verschiedenen Modi erfolgt ohne Unterbrechung des Drehmoments.
Die Antriebseinheit ist in diesem Ausführungsbeispiel mit der zweiten Triebwelle 11 als kompakte Antriebseinheit für Nutzfahrzeuge ausgebildet. Als Elektromaschinen 1,2 werden Axialflussmaschinen eingesetzt. Als Kupplung (A) wird hier eine Kupplung mit Schalttrommel und einer Schaltgabel schaltbare Kupplung eingesetzt.
In einer alternativen Ausführungsform (nicht gezeigt) wird auf die zweite Triebwelle 11 verzichtet, die erste Triebwelle 8 ist damit über ein Zahnradpaar direkt mit dem Differential 12 verbunden. In dieser Ausführungsform eignet sich die Antriebseinheit insbesondere für den Einsatz in Personenkraftwagen, bei denen eine Reduktion der Drehzahl über die zweite Triebwelle nicht notwendig / nicht sinnvoll ist.
2 zeigt ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit.
Abweichend von der ersten Ausführungsform umfasst die Antriebseinheit ein drittes Zahnradpaar 9a, 9b und eine dritte Eingangswelle 10, sowie ein viertes Zahnradpaar 13a, 13b und eine vierte Eingangswelle 14. Ein erstes Zahnrad 9a des dritten Zahnradpaars 9a, 9b ist mit der ersten Eingangswelle 6 verbunden, und ein zweites Zahnrad 9b des dritten Zahnradpaars 9a, 9b ist mit der dritten Eingangswelle 10 verbunden. Die dritte Eingangswelle 10 ist mit der Kupplung A verbunden. Ein erstes Zahnrad 13a des vierten Zahnradpaars 13a, 13b ist mit der zweiten Eingangswelle 7 verbunden, und ein zweites Zahnrad 13b des vierten Zahnradpaars 13a, 13b ist mit der vierten Eingangswelle 14 verbunden. Die dritte Eingangswelle 10 ist mit der Kupplung A verbunden. Die vierte Eingangswelle 14 ist mit dem zweiten Zahnrad 3a des zweiten Zahnradpaars 4a, 4b verbunden.
Die dritte Eingangswelle 10 ist derart ausgebildet ist, dass an dieser ein Drehmoment abgreifbar ist. Damit ist es möglich, über die Eingangswelle verschiedene Aggregate, wie beispielsweise Kompressoren oder Pumpen anzuschließen und zu betreiben. Im „Mode 0“, in dem sich die Kupplung A in ihrer Neutralstellung befindet, kann zudem der Betrieb eines angeschlossenen Aggregats durch die erste Elektromaschine 1 unabhängig von einem Antrieb des Kraftfahrzeugs erfolgen, und damit insbesondere auch in einem Ruhezustand des Fahrzeugs.
Zudem ermöglicht das Vorsehen des dritten Zahnradpaars 9a, 9b und vierten Zahnradpaares 13a, 13b, Reduktionen der Drehzahl umzusetzen, wodurch auf die zweite Triebwelle 11 verzichtet werden kann.
3a zeigt ein Schaltbild einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit.
Die dritte Ausführungsform ist eine Weiterbildung der zweiten Ausführungsform. Die Antriebseinheit umfasst eine zweite Kupplung B, die in eine Neutralstellung, eine erste Stellung und eine zweite Stellung schaltbar ist. Die zweite Elektromaschine 2 ist durch Schalten der zweiten Kupplung B in die erste Stellung mit der ersten Kupplung A und durch Schalten der zweiten Kupplung B in die zweite Stellung mit dem zweiten Zahnradpaar (4a, 4b) verbindbar. Die Betriebsmodi der dritten Ausführungsform sind in der 3b dargestellt. Der Aufbau ermöglicht im Vergleich zur zweiten Ausführungsform den weiteren Betriebsmodus (Mode 1 in 3b), dass beide Elektromaschinen 1 und 2 das erste Zahnradpaar 3a, 3b antreiben (1. Gang), was eine Maximierung des Drehmoments ermöglicht.
Die Kupplungen A und B sind hier Klauenkupplungen. Die Antriebseinheit umfasst zwei Schaltgabeln, wobei jeweils eine einzelne Schaltgabel einer Kupplung zugeordnet ist, und eine einzelne Schalttrommel, mit der sich beide Schaltgabeln betätigen lassen.
4 zeigt ein Schaltbild einer vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit.
Die vierte Ausführungsform ist eine Variante der dritten Ausführungsform. Im Unterschied zur dritten Ausführungsform sind die Elektromaschinen 1, 2 und die Eingangswellen 6, 7 parallel zueinander angeordnet. Dies ermöglicht den Einsatz der Antriebseinheit unter anderen Bauraumanforderungen.

Claims

Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine erste Elektromaschine (1) und eine zweite Elektromaschine (2), ein erstes Zahnradpaar (3a, 3b), das einen ersten Gang ausbildet, ein zweites Zahnradpaar (4a, 4b), das einen zweiten Gang ausbildet, und eine erste Kupplung (A), die in eine Neutralstellung, eine erste Stellung und eine zweite Stellung schaltbar ist, wobei die zweite Elektromaschine (2) mit dem zweiten Zahnradpaar (4a, 4b) verbunden und/oder verbindbar ist, und wobei die erste Elektromaschine (1) über Schalten der ersten Kupplung (A) in die erste Stellung mit dem ersten Zahnradpaar (3a, 3b) und Schalten der Kupplung (A) in die zweite Stellung mit dem zweiten Zahnradpaar (4a, 4b) verbindbar ist.
Antriebseinheit, umfassend eine zweite Kupplung (B), die in eine Neutralstellung, eine erste Stellung und eine zweite Stellung schaltbar ist, und wobei die zweite Elektromaschine (2) über Schalten der zweiten Kupplung (B) in die erste Stellung mit der ersten Kupplung (A) und Schalten der zweiten Kupplung (B) in die zweite Stellung mit dem zweiten Zahnradpaar (4a, 4b) verbindbar ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Kupplung (A) und gegebenenfalls die zweite Kupplung (B) zwischen dem ersten Zahnradpaar (3a, 3b) und dem weiten Zahnradpaar (4a, 4b) angeordnet ist.
Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine erste Eingangswelle (6), die mit der ersten Elektromaschine (1) verbunden ist, und eine zweite Eingangswelle (7), die mit der zweiten Elektromaschine (2) verbunden ist, wobei die zweite Eingangswelle (7) fest mit einem ersten Zahnrad (4a) des zweiten Zahnradpaars (4a, 4b) verbunden ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 3, wobei die erste Eingangswelle (6) und die zweite Eingangswelle (7) zueinander fluchtend angeordnet sind.
Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine erste Triebwelle (8), wobei ein zweites Zahnrad (3b) des ersten Zahnradpaars (3a, 3b) und ein zweites Zahnrad (4b) des zweiten Zahnradpaars (4a, 4b) fest mit der Triebwelle (8) verbunden sind.
Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche wobei die erste Elektromaschine (1) und die zweite Elektromaschine (2) einander gegenüberliegend angeordnet sind.
Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Verbindung mit Anspruch 3, umfassend ein drittes Zahnradpaar (9a, 9b) und eine dritte Eingangswelle (10), wobei ein erstes Zahnrad (9a) des dritten Zahnradpaars (9a, 9b) mit der ersten Eingangswelle (6) verbunden ist und ein zweites Zahnrad (9b) des dritten Zahnradpaars (9a, 9b) mit der dritten Eingangswelle (10) verbunden ist, und die dritte Eingangswelle (10) mit der Kupplung (A) verbunden ist, und die dritte Eingangswelle (10) derart ausgebildet ist, dass an dieser ein Drehmoment abgreifbar ist.
Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Antriebseinheit genau zwei Gänge aufweist, die durch das erste Zahnradpaar (3a, 3b) und zweite Zahnradpaar (4a, 4b) ausgebildet sind.
Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Elektromaschine (1) und/oder die zweite Elektromaschine (2) als Axialflussmaschine ausgebildet sind.