DE102020123806A1

DE102020123806A1 - Elektrisches antriebsmodul mit unabhängigen antriebseinheiten, die reibungsbremsen aufweisen, die selektiv miteinander in eingriff bringbar sind

Info

Publication number: DE102020123806A1
Application number: DE102020123806.1A
Authority: DE
Inventors: Joel Maguire; Paul Diemer; Hakan Yilmaz
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2019-09-13
Filing date: 2020-09-11
Publication date: 2021-03-18
Also published as: US20210079992A1; US11149833B2; CN112498302B; CN112498302A

Abstract

Elektrisches Antriebsmodul, das ein Gehäuse, ein Paar Antriebseinheiten und eine Kupplungseinheit umfasst. Die Antriebseinheiten sind in dem Gehäuse angeordnet und jede Antriebseinheit umfasst eine Motoreinheit und eine Reibungsbremse. Die Motoreinheit weist einen Stator, der nicht drehbar an das Gehäuse gekuppelt ist, und einen Rotor, der um eine Motorachse drehbar und dazu konfiguriert ist, ein Rad eines Fahrzeugs anzutreiben, auf. Die Reibungsbremse weist einen ersten Abschnitt, der nicht drehbar an das Gehäuse gekuppelt ist, und einen zweiten Abschnitt, der antriebsmäßig an den Rotor gekuppelt ist, auf. Die Reibungsbremse kann betrieben werden, um eine Drehwiderstandskraft zu erzeugen, die einer Drehung des zweiten Abschnitts in Bezug auf den ersten Abschnitt standhält. Die Kupplungseinheit ist konfiguriert, die zweiten Abschnitte der Reibungsbremsen selektiv drehbar aneinanderzukuppeln.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/900,048 , die am 13. September 2019 eingereicht wurde, deren Offenbarung durch Verweis aufgenommen ist, als wäre sie hierin vollständig im Einzelnen dargelegt.
GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein elektrisches Antriebsmodul mit unabhängigen Antriebseinheiten, die je eine Reibungsbremse aufweisen. Die Reibungsbremsen der Antriebseinheiten sind selektiv miteinander in Eingriff bringbar.
HINTERGRUND
Dieser Abschnitt stellt Hintergrundinformationen im Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung bereit, die nicht notwendigerweise Stand der Technik sind.
Es ist bei Fahrzeugherstellern immer üblicher, eine oder mehrere „Achsen“ eines Fahrzeugs mit einem elektrischen Antriebsmodul auszustatten, das ein Paar Elektromotoren aufweist, die jeweilige Fahrzeugräder antreiben. Diese Fahrzeuge können in einem Antriebsmodus betrieben werden, um Antrieb über eine begrenzte Reichweite bereitzustellen, und/oder um zu gewünschten Zeitpunkten, wie beispielsweise dem Start des Fahrzeugs, zusätzliche Leistung bereitzustellen. Diese Fahrzeuge können auch in einem Regenerationsmodus betrieben werden, in dem die Elektromotoren durch die Fahrzeugräder angetrieben werden, um elektrische Energie zu erzeugen, die eingesetzt werden kann, um die Batterie wieder aufzuladen, die den Elektromotoren elektrische Leistung bereitstellt. In Fällen, in denen die Fahrzeugbatterie so weit geladen ist, dass die Nutzbremsung nicht geeignet ist, entweder aufgrund des Ladestatus der Batterie oder der Rate, bei der elektrische Energie erzeugt würde, wird ein anderes Mittel zum Bremsen benötigt, wie beispielsweise herkömmliche Scheibenbremsen, und daher kann es notwendig sein, die Steuerung eines Fahrzeugbremssystems mit anderen Fahrzeugsystemen, wie beispielsweise einer Bremssteuerung, zu koordinieren.
Während die bekannten elektrischen Antriebsmodule für ihren Verwendungszweck geeignet sind, wäre es nichtsdestotrotz wünschenswert, ein elektrisches Antriebsmodul bereitzustellen, das erweiterte Brems- und/oder Antriebsfähigkeiten aufweist.
KURZDARSTELLUNG
Dieser Abschnitt stellt eine allgemeine Kurzbeschreibung der Offenbarung bereit und ist keine umfassende Offenbarung ihres vollen Umfangs oder all ihrer Eigenschaften.
In einer Form stellt die vorliegende Offenbarung ein elektrisches Antriebsmodul bereit, das ein Gehäuse, ein Paar Antriebseinheiten und eine Kupplungseinheit umfasst. Die Antriebseinheiten sind in dem Gehäuse angeordnet und jede Antriebseinheit umfasst eine Motoreinheit und eine Reibungsbremse. Die Motoreinheit weist einen Stator, der nicht drehbar an das Gehäuse gekuppelt ist, und einen Rotor, der um eine Motorachse drehbar und dazu konfiguriert ist, ein Rad eines Fahrzeugs anzutreiben, auf. Die Reibungsbremse weist einen ersten Abschnitt, der nicht drehbar an das Gehäuse gekuppelt ist, und einen zweiten Abschnitt, der antriebsmäßig an den Rotor gekuppelt ist, auf. Die Reibungsbremse kann betrieben werden, um eine Drehwiderstandskraft zu erzeugen, die einer Drehung des zweiten Abschnitts in Bezug auf den ersten Abschnitt standhält. Die Kupplungseinheit ist konfiguriert, die zweiten Abschnitte der Reibungsbremsen selektiv drehbar aneinanderzukuppeln.
In einer anderen Form stellt die vorliegende Offenbarung ein elektrisches Antriebsmodul bereit, das ein Gehäuse, ein Paar Antriebseinheiten und eine Kupplungseinheit umfasst. Die Antriebseinheiten sind in dem Gehäuse angeordnet und jede Antriebseinheit umfasst eine Motoreinheit. Die Motoreinheit weist einen Stator, der nicht drehbar an das Gehäuse gekuppelt ist, und einen Rotor, der um eine Motorachse drehbar und dazu konfiguriert ist, ein Rad eines Fahrzeugs anzutreiben, auf. Die Kupplungseinheit ist konfiguriert, die Rotoren der Antriebseinheiten selektiv drehbar aneinanderzukuppeln.
In noch einer anderen Form stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren bereit, das Folgendes umfasst: Ausstatten eines Fahrzeugs mit einer elektrischen Antriebseinheit und einem Paar Fahrzeugrädern, wobei die elektrische Antriebseinheit ein Gehäuse, ein Paar Antriebseinheiten und eine Kupplungseinheit umfasst, wobei jede der Antriebseinheiten in dem Gehäuse angeordnet ist und eine Motoreinheit und eine Reibungsbremse umfasst, wobei die Motoreinheit einen Stator, der nicht drehbar an das Gehäuse gekuppelt ist, und einen Rotor umfasst, wobei die Reibungsbremse einen ersten Abschnitt, der nicht drehbar an das Gehäuse gekuppelt ist, und einen zweiten Abschnitt, der antriebsmäßig an den Rotor gekuppelt ist, aufweist, wobei die Kupplungseinheit konfiguriert ist, die zweiten Abschnitte der Reibungsbremsen selektiv drehbar aneinanderzukuppeln, wobei in einem Antriebsmodus, in dem die Motoreinheit das Paar Fahrzeugräder antreibt und die Kupplungseinheit die zweiten Abschnitte der Reibungsbremsen nicht drehbar aneinanderkuppelt, jedes von dem Paar Fahrzeugrädern drehbar an den Rotor der Motoreinheit einer Verbundenen von den Antriebseinheiten gekuppelt ist; Betreiben der elektrischen Antriebseinheit in einem Antriebsmodus, in dem die Motoreinheiten das Paar Fahrzeugräder antreiben und die Kupplungseinheit die zweiten Abschnitte der Reibungsbremsen nicht drehbar aneinanderkuppelt; Betreiben der elektrischen Antriebseinheit in einem Nutzbremsungsmodus, in dem die Motoreinheiten der elektrischen Antriebseinheiten elektrische Leistung erzeugen und die Kupplungseinheit die zweiten Abschnitte der Reibungsbremsen nicht drehbar aneinanderkuppelt; Betreiben der elektrischen Antriebseinheit in einem Reibungsbremsmodus, in dem jede der Reibungsbremsen betrieben wird, um eine Drehwiderstandskraft zu erzeugen, die relativer Drehung zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt jeder Reibungsbremse standhält, und die Kupplungseinheit die zweiten Abschnitte der Reibungsbremsen nicht drehbar aneinanderkuppelt; und Betreiben des elektrischen Antriebsmoduls in mindestens einem zusätzlichen Modus, wobei der mindestens eine zusätzliche Modus aus einer Gruppe Modi ausgewählt ist, die aus Folgenden besteht: a) einem alternativen Reibungsbremsmodus, in dem jede der Reibungsbremsen betrieben wird, um die Drehwiderstandskraft zu erzeugen, die relativer Drehung zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt jeder der Reibungsbremsen standhält, und die Kupplungseinheit die zweiten Abschnitte der Reibungsbremsen drehbar aneinanderkuppelt; und b) einem gesperrten Antriebsmodus, in dem die Motoreinheiten das Paar Fahrzeugräder antreiben und die Kupplungseinheit die zweiten Abschnitte der Reibungsbremsen drehbar aneinanderkuppelt.
Weitere Geltungsbereiche werden aus der hierin bereitgestellten Beschreibung ersichtlich. Die Beschreibung und die spezifischen Beispiele in dieser Kurzbeschreibung dienen nur zur Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht beschränken.
Figurenliste
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur zur Veranschaulichung ausgewählter Ausführungsformen und sind nicht alle möglichen Implementierungen, und sollen den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht beschränken.

1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften elektrischen Antriebsmoduls, das gemäß den Lehren der vorliegenden Offenbarung konstruiert ist;
2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 von 1;
3 ist ein vergrößerter Abschnitt von 1, der die Konstruktion einer Kupplungseinheit und von Abschnitten eines Paars Antriebseinheiten darstellt; und
4 ist eine schematische Darstellung eines Abschnitts des elektrischen Antriebsmoduls von 1, die eine Steuereinheit und ihre Integration in das elektrische Antriebsmodul darstellt.

Entsprechende Bezugsnummern kennzeichnen entsprechende Teile in allen der mehreren Ansichten der Zeichnungen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In Bezug auf 1 der Zeichnungen wird ein beispielhaftes elektrisches Antriebsmodul, das gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, im Allgemeinen durch Bezugsnummer 10 gekennzeichnet. Das elektrische Antriebsmodul 10 wird in dem besonderen Beispiel als in eine Vorderachse eines Fahrzeugs integriert dargestellt und wird eingesetzt, um ein Paar lenkbare Antriebsräder 12 anzutreiben. Es versteht sich jedoch, dass die Lehren der vorliegenden Erfindung auch bei anderen Antriebsachsen Anwendung finden und in Fahrzeugen als Quelle der Antriebsleistung oder in Fahrzeugen, die eine oder mehrere weitere Quellen von Antriebsleistung aufweisen, eingesetzt werden können. Wenn das Fahrzeug eine oder mehrere andere Quellen von Antriebsleistung aufweist, könnte ein elektrisches Antriebsmodul, das gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, eingesetzt werden, um Antriebsleistung gleichzeitig mit einer oder mehreren weiteren Quellen von Antriebskraft bereitzustellen, und/oder könnte es eingesetzt werden, um Drehantriebsleistung bereitzustellen, während die eine oder die mehreren weiteren Quellen von Antriebsleistung im Leerlauf oder außer Betrieb sind.
In Bezug auf 1 und 2 kann das elektrische Antriebsmodul 10 ein Gehäuse 20, ein Paar Antriebseinheiten 22, eine Kupplungseinheit 24, eine Batterie 26 und eine Steuereinheit 28 umfassen. Das Gehäuse 20 definiert einen Hohlraum, in dem die Antriebseinheiten 22, die Kupplungseinheit 24, die Batterie 26 und die Steuereinheit 28 angeordnet sind. Ein Abschnitt des Gehäuses 20 kann konturiert sein, um mit einem Abschnitt eines Fahrzeugchassis im Passeingriff zu stehen (nicht gezeigt). In dem bereitgestellten Beispiel definiert das Gehäuse 20 eine kanalförmige Chassisaufnahmevorrichtung 32, die einen sich lateral erstreckenden Schlitz 34 aufweist, in dem ein Abschnitt des Fahrzeugchassis aufgenommen wird. Das Gehäuse 20 kann konturiert sein, um in das Fahrzeugchassis zu passen, ohne mit anderen Fahrzeugkomponenten zu interferieren, die eingesetzt werden, um das Fahrzeugchassis mit den lenkbaren Antriebsrädern 12 zu verbinden, wie beispielsweise einer Zahnstange 36 und einem Steuerarmzapfen 38.
Jede der Antriebseinheiten 22 kann eine Motoreinheit 40 und eine optionale Reibungsbremse 42 umfassen. Die Motoreinheit 40 umfasst einen Elektromotor 44, der einen Stator 46, der fest an das Gehäuse 20 gekuppelt ist, einen Rotor 48, der innerhalb des Stators 46 angeordnet ist und in Bezug auf den Stator 46 drehbar ist, und eine Motorabtriebswelle 50, die zur Drehung damit an den Rotor 48 gekuppelt ist, aufweist. Der Elektromotor 44 kann eine beliebige geeignete Art Elektromotor sein, wie beispielsweise ein Permanentmagnetmotor oder ein Induktionsmotor. In dem gezeigten Beispiel ist ein proximales Ende einer Halbwellenanordnung 52 antriebsmäßig an die Motorabtriebswelle 50 gekuppelt, während ein distales Ende der Halbwellenanordnung 52 antriebsmäßig an eine Nabe gekuppelt ist, die drehbar an ein Verbundenes der lenkbaren Antriebsräder 12 gekuppelt ist. Die Halbwellenanordnung 52 kann ein Paar Kreuzgelenke umfassen (z. B. homokinetische Gelenke, Gleichlaufgelenke), die es ermöglichen, dass Leistung zwischen der Motorabtriebswelle 20 und dem proximalen Ende der Halbwellenanordnung 52 und zwischen dem distalen Ende der Halbwellenanordnung 52 und der Nabe dem Verbundenen der lenkbaren Antriebsräder 12 mit einem variablen Winkel übertragen wird. Es versteht sich, dass es die Kreuzgelenke ermöglichen, dass Leistung zwischen dem Elektromotor 44 und dem Verbundenen der lenkbaren Antriebsräder 12 über einen Bereich der Bewegung (sowohl vertikal als auch schwenkbar) des Verbundenen der lenkbaren Antriebsräder 12 übertragen wird in Bezug auf den Elektromotor 44. Optional kann die Motoreinheit 40 ein Getriebe (nicht gezeigt) umfassen, das ein Getriebeeingangselement (nicht gezeigt), das zum Drehen damit an die Motorabtriebswelle 50 gekuppelt ist, und ein Getriebeausgangselement (nicht gezeigt), aufweisen kann.
In Bezug auf 1 und 3 ist die Reibungsbremse 42 konfiguriert, selektiv Drehwiderstand zu erzeugen, der einem Drehen des Rotors 48 in Bezug auf das Gehäuse 20 standhält. Die Reibungsbremse 42 kann ein beliebiges Mittel zum selektiven Bereitstellen von Drehwiderstand sein. In dem bereitgestellten Beispiel umfasst die Reibungsbremse 42 jedoch eine Reibungskupplung 60 und einen Reibungskupplungsaktuator 62. Die Reibungskupplung 60 kann eine beliebige Art Reibungskupplung sein, doch in dem bereitgestellten Beispiel ist sie eine nasse Reibungskupplung, die ein Kupplungsgehäuse 64, ein erstes Kupplungselement 66, ein zweites Kupplungselement 68 und ein Kupplungspaket 70 aufweist, das einen Satz erster Kupplungsscheiben 72 und einen Satz zweiter Kupplungsscheiben 74, die mit den ersten Kupplungsscheiben 72 verschachtelt sind, aufweist. Das Kupplungsgehäuse 64 ist fest an das Gehäuse 20 gekuppelt und definiert einen Hohlraum, in dem das erste und zweite Kupplungselement 66 und 68, das Kupplungspaket 70 und der Kupplungsaktuator 62 aufgenommen sind. Das erste Kupplungselement 66 kann fest an das Kupplungsgehäuse 64 gekuppelt sein und kann konfiguriert sein, die ersten Kupplungsscheiben 72 zu stützen. In dem bereitgestellten Beispiel ist das erste Kupplungselement 66 einstückig und einheitlich mit dem Kupplungsgehäuse 64 gebildet, doch es versteht sich, dass das erste Kupplungselement 66 eine separate Komponente sein kann, die an dem Kupplungsgehäuse 64 montiert sein kann. Die ersten Kupplungsscheiben 72 sind axial gleitbar, jedoch nicht drehbar an das erste Kupplungselement 66 gekuppelt. In dem bereitgestellten Beispiel definieren die ersten Kupplungsscheiben 72 eine Vielzahl externer Keilzähne (nicht spezifisch gezeigt) und sind im Passeingriff in einer Innenkeilöffnung (nicht spezifisch gezeigt) aufgenommen, die durch das erste Kupplungselement 66 definiert ist. Das zweite Kupplungselement 68 ist drehbar in dem Kupplungsgehäuse 64 aufgenommen und kann konfiguriert sein, die zweiten Kupplungsscheiben 74 zu stützen. In dem bereitgestellten Beispiel umfasst das zweite Kupplungselement 68 eine Kupplungsnabe 80 und ein Wellenelement, das fest an die Kupplungsnabe 80 gekuppelt und einstückig mit der Motorabtriebswelle 50 gebildet ist. Es versteht sich jedoch, dass das Wellenelement und die Motorabtriebswelle 50 separate Komponenten sein könnten, die durch eine geeignete Kupplung oder Verbindung drehbar aneinandergekuppelt sind. Die Kupplungsnabe 80 kann eine Vielzahl Außenkeilöffnungen (nicht spezifisch gezeigt) definieren, die umlaufend um die Kupplungsnabe 80 beabstandet sind. Das Wellenelement erstreckt sich durch beide axialen Enden des Kupplungsgehäuses 64. Ein erstes Ende des Wellenelements ist zum Drehen damit an die Motorabtriebswelle 50 gekuppelt. Dichtungen (nicht spezifisch gezeigt) können abdichtend mit dem Kupplungsgehäuse 64 und dem Wellenelement in Eingriff stehen. Die zweiten Kupplungsscheiben 74 sind axial gleitbar, jedoch nicht drehbar an das zweite Kupplungselement 68 gekuppelt. In dem bereitgestellten Beispiel definieren die zweiten Kupplungsscheiben 74 eine nach innen gerichtete Keilöffnung (nicht spezifisch gezeigt), die mit den Außenkeilen, die auf der Kupplungsnabe 80 gebildet sind, im Passeingriff steht. Ein Schmieröl wird in dem Kupplungsgehäuse 64 aufgenommen und dient dazu, das Kupplungspaket 70 während des Betriebs des elektrischen Antriebsmoduls 10 zu schmieren und zu kühlen.
Spezifisch in Bezug auf 3 ist der Reibungskupplungsaktuator 62 in dem besonderen bereitgestellten Beispiel ein Hydraulikaktuator, der einen ringförmigen Kolben 90 und eine Pumpe 92 aufweist. Der Kolben 90 wird in einer Kolbenkammer 94 aufgenommen, die in dem Kupplungsgehäuse 64 gebildet ist, und kann sich entlang der Drehachse des Wellenelements 82 zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position verschieben. Die Anordnung des Kolbens 90 in der ersten Position erlaubt es der ersten und zweiten Kupplungsscheibe 72 und 74, sich in Bezug aufeinander zu drehen, sodass durch die Reibungskupplung 60 kein oder relativ wenig Reibungswiderstand produziert wird. Die Anordnung des Kolbens 90 in der zweiten Position verhindert eine relative Drehung zwischen der ersten und zweiten Kupplungsscheibe 72 und 74, sodass durch die Reibungskupplung 60 ein relativ großer Reibungswiderstand produziert wird. Die Pumpe 92 führt der Kolbenkammer 94 Hydraulikflüssigkeit zu, um den Kolben 90 in Richtung der zweiten Position zu stoßen. Die Pumpe 92 kann eine Umkehrpumpe sein, die umgekehrt betrieben werden kann, um Flüssigkeit aus der Kolbenkammer 94 zu saugen, um den Kolben entsprechend zu veranlassen, sich in Richtung der ersten Position zu bewegen. Alternativ kann eine Feder (nicht gezeigt) eingesetzt werden, um den Kolben 90 in Richtung der ersten Position vorzuspannen. Die Pumpe 92 kann durch einen Elektromotor 44 angetrieben werden.
Die Kupplungseinheit 24 umfasst eine Kupplung 100 und einen Kupplungsaktuator 102. Die Kupplung 100 ist konfiguriert, die Wellenelemente 82 der Reibungskupplungseinheiten 42 zum gemeinsamen Drehen selektiv drehbar aneinanderzukuppeln. In dieser Hinsicht ist die Kupplung 100 in einem ersten Modus, in dem die Wellenelemente 82 der Reibungskupplungseinheiten 42 drehbar voneinander entkoppelt sind, und einem zweiten Modus, in dem die Wellenelemente 82 der Reibungskupplungseinheiten 42 drehbar aneinandergekuppelt sind, betreibbar. Der Kupplungsaktuator 102 ist konfiguriert, selektiv den Betriebsmodus der Kupplung 100 von dem ersten Modus in den zweiten Modus und optional von dem zweiten Modus in den ersten Modus zu wechseln.
Die Kupplung 100 kann eine beliebige Art Kupplung sein, wie beispielsweise eine externe Keilwelle und eine innen kerbverzahnte Muffe (z. B. ein Synchronisierer) oder eine Klauenkupplung. In dem bereitgestellten Beispiel ist die Kupplung 100 eine Klauenkupplung, die ein erstes Klauenelement 110, das nicht drehbar, aber axial gleitbar an ein erstes der Wellenelemente 82 gekuppelt ist, und ein zweites Klauenelement 112, das fest an das andere der Wellenelemente 82 gekuppelt ist, aufweist. Das erste und zweite Klauenelement 110 und 112 weisen Frontzähne auf (nicht spezifisch gezeigt). Das erste Klauenelement 110 ist entlang der Drehachse seines verbundenen Wellenelements 82 zwischen einer außer Eingriff stehenden Position, in der die Frontzähne des ersten Klauenelements 110 axial von den Frontzähnen des zweiten Klauenelements 112 beabstandet sind, und einer in Eingriff stehenden Position, in der die Frontzähne des ersten Klauenelements 110 mit den Frontzähnen des zweiten Klauenelements 112 in Eingriff stehen, bewegbar. Es versteht sich, dass das Positionieren des ersten Klauenelements 110 in der in Eingriff stehenden Position relative Drehung zwischen dem ersten und zweiten Klauenelement 110 und 112 verhindert und dadurch relative Drehung zwischen den Wellenelementen 82 und den Reibungskupplungseinheiten 42 verhindert.
In dem bereitgestellten Beispiel ist der Kupplungsaktuator 102 konfiguriert, das erste Klauenelement 110 zwischen der in Eingriff stehenden und außer Eingriff stehenden Position zu bewegen. In dem bestimmten bereitgestellten Beispiel umfasst der Kupplungsaktuator 102 eine Gabel 116, die in einer ringförmigen Nut aufgenommen ist, die um das erste Klauenelement 110 gebildet ist, und einen Linearmotor 118, der eingesetzt wird, um die Gabel 116 entlang einer Betätigungsachse zu verschieben, die parallel zur Drehachse des ersten Klauenelements 110 verläuft. Der Linearmotor 118 kann eine beliebige Art Linearmotor sein, wie beispielsweise eine elektromotorisch angetriebene Leitspindel, ein Hydraulikkolben und/oder ein Hebel, zum Beispiel, und kann eine oder mehrere Federn umfassen, die ein Mindestmaß Übereinstimmung mit der Bewegung des ersten Klauenelements 110 bereitstellen können (z. B., wenn der Zahnauf-Zahn-Kontakt zwischen dem ersten und zweiten Klauenelement 110 und 112 auftritt und das erste Klauenelement 110 daran hindert, sich in seine in Eingriff stehende Position zu verschieben, und/oder, um das erste Klauenelement 110 in Richtung einer aus der außer Eingriff stehenden und in Eingriff stehenden Position vorzuspannen. In dem bereitgestellten Beispiel wird das erste Klauenelement 110 durch eine Feder in Richtung der außer Eingriff stehenden Position vorgespannt und daher steht die Kupplung 100 „normalerweise außer Eingriff“. Es versteht sich jedoch, dass eine Feder in den Reibungskupplungsaktuator 62 aufgenommen werden könnte, um das erste Klauenelement 110 in Richtung der in Eingriff stehenden Position vorzuspannen, wobei in diesem Fall die Kupplung 100 „normalerweise in Eingriff“ stünde.
Zurück zu 1 und 2 ist die Batterie 26 herkömmlich konstruiert und muss daher hierin nicht erheblich ausführlich beschrieben werden. Wie oben erwähnt, ist die Batterie 26 innerhalb des Gehäuses 20 des elektrischen Antriebsmoduls 10 angeordnet, sodass das elektrische Antriebsmodul 10 einfach in ein Fahrzeug integriert werden kann. Es versteht sich jedoch, dass die Batterie 26 nicht in dem Gehäuse 20 untergebracht sein muss und sich von verschiedenen anderen Komponenten des elektrischen Antriebsmoduls 10 entfernt befinden kann.
In Bezug auf 4 kann die Steuereinheit 28 ein Paar Wechselrichter 120, verschiedene Sensoren 122 und eine Steuerung 124 umfassen. Jeder der Wechselrichter 120 ist elektrisch an die Batterie 26, einen jeweiligen der Elektromotoren 44 und die Steuerung 124 gekuppelt und wird selektiv durch die Steuerung 124 betrieben, um die Zufuhr von elektrischer Leistung zu dem jeweiligen der Elektromotoren 44 zu steuern. Die verschiedenen Sensoren 122 werden eingesetzt, um verschiedene Parameter des elektrischen Antriebsmoduls 10 zu erfassen und als Reaktion darauf ein damit verbundenes Sensorsignal zu erzeugen. Zum Beispiel können die verschiedene Sensoren 122 ein Paar Rotorpositionssensoren umfassen, die eine Drehposition eines jeweiligen der Rotoren 48 (1) erfassen und als Reaktion darauf ein Rotorpositionssignal erzeugen können, das eingesetzt werden kann, um eine Kommutation des damit verbundenen Elektromotors 44 zu steuern sowie die Drehgeschwindigkeit des Rotors 48 (1) zu bestimmen. Andere Sensoren können eingesetzt werden, um Parameter des elektrischen Antriebsmoduls 10 (1), wie beispielsweise den Ladestatus der Batterie 26, die Temperatur von jeder der Reibungskupplungen 60 (3), die Temperatur von jedem der Elektromotoren 44, die Temperatur der Batterie 26, den Stromausgang von verschiedenen Komponenten, wie beispielsweise der Batterie 26 und dem Wechselrichter 120, zu bestimmen.
Die Steuerung 124 ist elektrisch an die Batterie 26, die Antriebseinheiten 22, die Kupplungseinheit 24, die Wechselrichter 120 und die verschiedenen Sensoren 122 des elektrischen Antriebsmoduls 10 gekuppelt. Zusätzlich kann die Steuerung 124 elektrisch an verschiedene Steuerungen (nicht gezeigt) und Sensoren (nicht gezeigt) gekuppelt sein, die in ein Fahrzeug integriert sind, zum Beispiel durch Verbindung der Steuerung 124 mit einem Fahrzeugnetzwerk 130 (z. B. einem CAN-Bus).
Die Steuerung 124 ist dazu konfiguriert, den Betrieb des elektrischen Antriebsmoduls 10 zu steuern, um das Anlegen von Antriebsleistung an die lenkbaren Antriebsräder 12 des Fahrzeugs zu steuern sowie um das Bremsen der lenkbaren Antriebsräder 12 und Laden der Batterie 26 zu steuern.
In Bezug auf 1, 3 und 4 kann die Steuerung 124 das elektrische Antriebsmodul 10 in einem ersten Modus (d. h. einem Antriebsmodus) betreiben, in dem die Elektromotoren 44 betrieben werden, um den lenkbaren Fahrzeugrädern 12 Antriebsleistung bereitzustellen. In diesem Modus ist die Steuerung 124 dazu konfiguriert, die Wellenelemente 82 des Elektromotors 44 bei derselben Drehgeschwindigkeit anzutreiben. Es versteht sich jedoch, dass die Steuerung 124 dazu konfiguriert sein kann, die Wellenelemente 82 der Elektromotoren 44 bei verschiedenen Drehgeschwindigkeiten anzutreiben und/oder das Drehmoment zu steuern, das auf ein jeweiliges der lenkbaren Antriebsräder 12 übertragen wird, um eine Art Antriebssteuerung für die lenkbaren Antriebsräder 12 bereitzustellen. In diesem Modus sind die Kolben 90 der Kupplungsaktuatoren 62 in ihren ersten Positionen angeordnet und die Pumpe 92 wird nicht betrieben, um dadurch die Reibungskupplungen 60 in einem außer Eingriff stehenden Zustand zu halten, der den Drehwiderstand der Reibungskupplungseinheiten 42 auf die Elektromotoren 44 minimiert. Zusätzlich wird der Kupplungsaktuator 102 gesteuert, um das erste Klauenelement 110 in seiner außer Eingriff stehenden Position zu halten, sodass die zweiten Kupplungselemente 68 der Reibungskupplungen 60 drehbar voneinander entkuppelt sind.
Die Steuerung 124 kann das elektrische Antriebsmodul 10 in einem zweiten Modus (d. h. einem Nutzbremsungsmodus) betreiben, in dem die Elektromotoren 44 eingesetzt werden, um elektrische Leistung zu erzeugen, die eingesetzt werden kann, um die Batterie 26 wieder aufzuladen. In diesem Modus sind die Kolben 90 der Kupplungsaktuatoren 62 in ihren ersten Positionen angeordnet und die Pumpe 92 wird nicht betrieben, um dadurch die Reibungskupplungen 60 in einem außer Eingriff stehenden Zustand zu halten, der den Drehwiderstand der Reibungskupplungseinheiten 42 auf die Elektromotoren 44 minimiert. Zusätzlich wird der Kupplungsaktuator 102 gesteuert, um das erste Klauenelement 110 in seiner außer Eingriff stehenden Position zu halten, sodass die zweiten Kupplungselemente 68 der Reibungskupplungen 60 drehbar voneinander entkuppelt sind. Es versteht sich, dass die Steuerung 124 die Wechselrichter 120 steuern kann, um die Menge elektrischer Leistung zu variieren, die in diesem Betriebsmodus erzeugt wird, um dadurch die Bremskraft zu steuern, die durch die Erzeugung von Elektrizität erzeugt wird, sowie um sicherzustellen, dass der in diesem Modus produzierte Strom innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt und dass die Batterie 26 nicht überladen ist.
Die Steuerung kann das elektrische Antriebsmodul 10 in einem dritten Modus (d. h. einem Reibungsbremsmodus) betreiben, in dem die Pumpe 92 betrieben wird, um die Kolben 90 der Kupplungsaktuatoren 62 zu oder in Richtung ihrer zweiten ersten Positionen anzutreiben, um dadurch die Reibungskupplungen 60 dazu zu veranlassen, Drehwiderstandskräfte zu erzeugen, die eingesetzt werden, um zu bremsen oder die Drehung der Wellenelemente 82 des Elektromotors 44 zu verlangsamen (und dadurch die Drehung der lenkbaren Fahrzeugräder 12 zu verlangsamen). In diesem Betriebsmodus die Elektromotoren 44 nicht betrieben, um entweder Antriebsleistung bereitzustellen oder Elektrizität zu erzeugen, und der Kupplungsaktuator wird 102 gesteuert, um das erste Klauenelement 110 in seiner außer Eingriff stehenden Position zu halten, sodass die zweiten Kupplungselemente 68 der Reibungskupplungen 60 drehbar voneinander entkuppelt sind. Es versteht sich, dass die Steuerung 124 die Reibung, die durch jede der Reibungskupplungseinheiten 42 produziert wird, unabhängig steuert, um dadurch die Bremskraft, die auf jedes der lenkbaren Antriebsräder 12 angewandt wird, auf eine bestimmte Situation zuzuschneiden (z. B., um eine Art Antriebssteuerung bereitzustellen). Solche unabhängige Steuerung der Reibungskupplungseinheiten 42 könnte durch die Verwendung separater Pumpen 92, um den Druck der Hydraulikflüssigkeit zu steuern, der auf jeden der Kolben 90 angewandt wird, und/oder durch die Verwendung von einem oder mehreren Ventilen, die durch die Steuerung 124 eingesetzt werden können, um den Druck der Hydraulikflüssigkeit zu steuern, der auf jeden der Kolben 90 angewandt wird, erreicht werden.
Das elektrische Antriebsmodul 10 kann in einem vierten Modus (d. h. einem kombinierten Bremsmodus) betrieben werden, um die Drehung der lenkbaren Fahrzeugräder 12 durch Einsetzen des Elektromotors 44, um elektrische Leistung zu erzeugen, und Betreiben der Pumpe 92, um die Kolben 90 der Kupplungsaktuatoren 62 zu oder in Richtung ihrer zweiten ersten Positionen zu bewegen, um die Reibungskupplungen 60 dadurch dazu zu veranlassen, Drehwiderstandskräfte zu erzeugen, zu verlangsamen. Es versteht sich, dass dieser Betriebsmodus eingesetzt werden kann, um Fahrzeugbremsfähigkeiten bereitzustellen, während die Menge an elektrischer Leistung, die erzeugt wird, zu beschränken und/oder um die Drehwiderstandskräfte zu maximieren, die auf jedes der lenkbaren Fahrzeugräder 12 angewandt werden. In diesem Betriebsmodus wird der Kupplungsaktuator 102 gesteuert, um das erste Klauenelement 110 in seiner außer Eingriff stehenden Position zu halten, sodass die zweiten Kupplungselemente 68 der Reibungskupplungen 60 drehbar voneinander entkuppelt sind.
Das elektrische Antriebsmodul 10 kann in einem fünften Modus (d. h. einem alternativen Reibungsbremsmodus) betrieben werden, der ähnlich ist wie der dritte Modus (d. h. der Reibungsbremsmodus), außer dass der Kupplungsaktuator 102 gesteuert wird, um das erste Klauenelement in seiner in Eingriff stehenden Position zu halten, sodass die zweiten Kupplungselemente 68 der Reibungskupplungen 60 drehbar aneinandergekuppelt sind.
Das elektrische Antriebsmodul 10 kann ferner in einem sechsten Modus (d. h. gesperrten Antriebsmodus) betrieben werden, der ähnlich ist wie der erste Modus (d. h. der Antriebsmodus), außer dass der Kupplungsaktuator 102 gesteuert wird, um das erste Klauenelement 110 in seiner in Eingriff stehenden Position zu halten, sodass die zweiten Kupplungselemente 68 der Reibungskupplungen 60 (und deshalb die Wellenelemente 82 des Elektromotors 44) drehbar aneinandergekuppelt sind.
Es versteht sich, dass die Steuerung 124 standardmäßig auf einen vorbestimmten Betriebsmodus konfiguriert sein kann und verschiedene Komponenten des elektrischen Antriebsmoduls 10 steuern kann, um das elektrische Antriebsmodul 10 selektiv in verschiedenen unterschiedlichen Modi zu betreiben als Reaktion auf verschiedene Eingaben und erfasste Parameter. Zum Beispiel kann die Steuerung 124 standardmäßig im ersten Modus sein und kann in einen anderen der Betriebsmodi umschalten als Reaktion auf verschiedene Eingaben und erfasste Parameter.
Alternativ könnte die Steuerung 124 standardmäßig auf den vierten Modus konfiguriert sein. Bei dieser Anordnung könnte es vorteilhaft sein, die Kupplungseinheit 24 so zu konfigurieren, dass die Kupplung 100 „normalerweise in Eingriff steht. Die Steuerung 124 könnte dazu konfiguriert sein, in den ersten Betriebsmodus umzuschalten, nachdem eine Diagnoseprüfung, die durch die Steuerung 124 durchgeführt wird, überprüft, dass die Komponenten und Systeme des elektrischen Antriebsmoduls 10 auf eine erwartete Weise betrieben werden.
Die vorangehende Beschreibung der Ausführungsformen wurde zu Zwecken der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Sie soll nicht erschöpfend sein oder die Offenbarung beschränken. Einzelne Elemente oder Eigenschaften einer bestimmten Ausführungsform sind im Allgemeinen nicht auf diese bestimmte Ausführungsform beschränkt, sondern sind gegebenenfalls austauschbar und können in einer ausgewählten Ausführungsform verwendet werden, auch wenn dies nicht spezifisch gezeigt oder beschrieben ist. Dasselbe kann auch auf viele Weisen variiert werden. Solche Variationen sollen nicht als Abweichung von der Offenbarung betrachtet werden, und alle solchen Modifikationen sollen innerhalb des Umfangs der Offenbarung liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62/900048 [0001]

Claims

Elektrisches Antriebsmodul (10), umfassend: ein Gehäuse (20), ein Paar Antriebseinheiten (22), die in dem Gehäuse (20) angeordnet sind, wobei jede Antriebseinheit (22) eine Motoreinheit (40) und eine Reibungsbremse (42) umfasst, wobei die Motoreinheit (40) einen Stator (46), der nicht drehbar an das Gehäuse (20) gekuppelt ist, und einen Rotor (48), der um eine Motorachse drehbar und angepasst ist, um ein Rad (12) eines Fahrzeugs anzutreiben, umfasst, wobei die Reibungsbremse (42) einen ersten Abschnitt (66, 72), der nicht drehbar an das Gehäuse (20) gekuppelt ist, und einen zweiten Abschnitt (68, 74), der antriebsmäßig an den Rotor (48) gekuppelt ist, aufweist, wobei die Reibungsbremse (42) selektiv betreibbar ist, um eine Drehwiderstandskraft zu erzeugen, die einer Drehung des zweiten Abschnitts (68, 74) in Bezug auf den ersten Abschnitt (66, 72) standhält; und eine Kupplungseinheit (24), die konfiguriert ist, die zweiten Abschnitte (68, 74) der Reibungsbremsen (42) selektiv drehbar aneinanderzukuppeln.
Elektrisches Antriebsmodul (10) nach Anspruch 1, wobei die Kupplungseinheit (24) eine Kupplung (100) umfasst, die ein erstes Kupplungselement (110), das nicht drehbar, jedoch axial gleitbar an den zweiten Abschnitt (68, 74) der Reibungsbremse (42) einer ersten der Antriebseinheiten (22) gekuppelt ist, und ein zweites Kupplungselement (112), das drehbar an den zweiten Abschnitt (68, 74) der Reibungsbremse (42) der anderen der Antriebseinheiten (22) gekuppelt ist, aufweist.
Elektrisches Antriebsmodul (10) nach Anspruch 2, wobei die Kupplung (100) eine Klauenkupplung umfasst.
Elektrisches Antriebsmodul (10) nach Anspruch 2, wobei die Kupplungseinheit (24) einen Kupplungsaktuator (102) umfasst, der zum Bewegen des ersten Kupplungselements (110) betreibbar ist.
Elektrisches Antriebsmodul (10) nach Anspruch 4, wobei der Kupplungsaktuator (102) eine Gabel (116) umfasst, die axial, jedoch nicht drehbar an das Kupplungselement (112) gekuppelt ist.
Elektrisches Antriebsmodul (10) nach Anspruch 1, wobei jede der Antriebseinheiten (22) ferner eine Halbwellenanordnung (52), die antriebsmäßig an den Rotor (48) einer verbundenen Motoreinheit (40) gekuppelt ist, umfasst, und wobei die Motoreinheit (40) jeder Antriebseinheit (22) zwischen der Halbwellenanordnung (52) und der Reibungsbremse (42) der Antriebseinheit (22) angeordnet ist.
Elektrisches Antriebsmodul (10) nach Anspruch 1, wobei jede Reibungsbremse (42) eine Reibungskupplung (60) umfasst, wobei die Reibungskupplung (60) ein erstes Kupplungselement (66), ein zweites Kupplungselement (68), einen Satz erster Kupplungsscheiben (72) und einen Satz zweiter Kupplungsscheiben (74) aufweist, wobei das erste Kupplungselement (66) nicht drehbar an das Gehäuse (20) gekuppelt ist, wobei das zweite Kupplungselement (68) zur Drehung damit an den Rotor (48) gekuppelt ist, wobei die ersten Kupplungsscheiben (72) axial gleitbar, jedoch nicht drehbar an das erste Kupplungselement gekuppelt sind, wobei die zweiten Kupplungsscheiben (74) axial gleitbar, jedoch nicht drehbar an das zweite Kupplungselement (68) gekuppelt sind, wobei die zweiten Kupplungsscheiben (74) mit den ersten Kupplungsscheiben (72) verschachtelt sind, wobei der erste Abschnitt (66, 72) der Reibungsbremse (42) das erste Kupplungselement (66) und die ersten Kupplungsscheiben (72) umfasst, und wobei der zweite Abschnitt (68, 74) der Reibungsbremse (42) das zweite Kupplungselement (68) und die zweiten Kupplungsscheiben (74) umfasst.
Elektrisches Antriebsmodul (10) nach Anspruch 7, wobei die Reibungskupplung (60) jeder Reibungsbremse (42) eine nasse Reibungsbremse ist, die ein Öl aufweist, das die erste und zweite Kupplungsscheibe (74) der Reibungskupplung (60) schmiert.
Elektrisches Antriebsmodul (10) nach Anspruch 7, wobei die Reibungskupplung (60) von jeder Reibungsbremse (42) einen Reibungskupplungsaktuator (62) umfasst, der einen ringförmigen Kolben (90) aufweist.
Elektrisches Antriebsmodul (10) nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Batterie (26), ein Paar Wechselrichter (120) und eine Steuerung (124), wobei die Batterie (26) eine Quelle elektrischer Energie bereitstellt, wobei jeder der Wechselrichter (120) an die Batterie (26) und an die Motoreinheit (40) einer verbundenen der Antriebseinheiten (22) gekuppelt ist, wobei die Steuerung (124) den Betrieb der Wechselrichter (124) steuert, um die Motoreinheiten (40) zu steuern.
Elektrisches Antriebsmodul (10) nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (20) einen sich lateral erstreckenden Schlitz (34) definiert, der konfiguriert ist, einen Abschnitt eines Fahrzeugchassis darin aufzunehmen.
Elektrische Antriebseinheit (10) nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Paar Antriebsräder (12), wobei jedes der Antriebsräder (12) durch die Motoreinheit (40) einer entsprechenden der Antriebseinheiten (22) angetrieben wird.
Elektrisches Antriebsmodul (10) nach Anspruch 12, wobei das Paar Antriebsräder (12) lenkbare Räder sind.
Verfahren, umfassend: Ausstatten eines Fahrzeugs mit einem elektrischen Antriebsmodul (10) und einem Paar Fahrzeugrädern (12), wobei das elektrische Antriebsmodul (10) ein Gehäuse (20), ein Paar Antriebseinheiten (22) und eine Kupplungseinheit (24) aufweist, wobei jede der Antriebseinheiten (22) in dem Gehäuse (20) angeordnet ist und eine Motoreinheit (40) und eine Reibungsbremse (42) umfasst, wobei die Motoreinheit (40) einen Stator (46), der nicht drehbar an das Gehäuse (20) gekuppelt ist, und einen Rotor (48) umfasst, wobei die Reibungsbremse (42) einen ersten Abschnitt (66, 72), der nicht drehbar an das Gehäuse (20) gekuppelt ist, und einen zweiten Abschnitt (68, 74), der antriebsmäßig an den Rotor (48) gekuppelt ist, aufweist, wobei die Kupplungseinheit (24) dazu konfiguriert ist, die ersten Abschnitte (68, 74) der Reibungsbremsen (42) selektiv drehbar aneinanderzukuppeln, wobei jedes Paar Fahrzeugräder (12) antriebsmäßig an den Rotor (48) der Motoreinheit (40) einer verbundenen der Antriebseinheiten (22) gekuppelt ist; Betreiben des elektrischen Antriebsmoduls (10) in einem Antriebsmodus, in dem die Motoreinheiten (40) das Paar Fahrzeugräder (12) antreiben und die Kupplungseinheit (24) die zweiten Abschnitte (68, 74) der Reibungsbremsen (42) nicht drehbar aneinanderkuppelt; Betreiben des elektrischen Antriebsmoduls (10) in einem Nutzbremsungsmodus, in dem die Motoreinheiten (40) der elektrischen Antriebseinheiten (22) elektrische Leistung erzeugen und die Kupplungseinheit (24) die zweiten Abschnitte (68, 74) der Reibungsbremsen (42) nicht drehbar aneinanderkuppelt; Betreiben des elektrischen Antriebsmoduls (10) in einem Reibungsbremsenmodus, in dem jede der Reibungsbremsen (42) betrieben wird, um eine Drehwiderstandskraft zu erzeugen, die relativer Drehung zwischen den ersten und zweiten Abschnitten (66, 72; 68, 74) jeder der Reibungsbremsen (42) standhält, und die Kupplungseinheit (24) die zweiten Abschnitte (68, 74) der Reibungsbremsen (42) nicht drehbar aneinanderkuppelt; und Betreiben des elektrischen Antriebsmoduls (10) in mindestens einem zusätzlichen Modus, wobei der mindestens eine zusätzliche Modus aus einer Gruppe Modi, bestehend aus Folgenden, ausgewählt wird: einem alternativen Reibungsbremsmodus, in dem jede der Reibungsbremsen (42) betrieben wird, um die Drehwiderstandskraft zu erzeugen, die relativer Drehung zwischen den ersten und zweiten Abschnitten (66, 72; 68, 74) jeder der Reibungsbremsen (42) standhält, und die Kupplungseinheit (24) die zweiten Abschnitte (68, 74) der Reibungsbremsen (42) drehbar aneinanderkuppelt; und einem gesperrten Antriebsmodus, in dem die Motoreinheiten (40) das Paar Fahrzeugräder (12) antreiben und die Kupplungseinheit (24) die zweiten Abschnitte (68, 74) der Reibungsbremsen (42) drehbar aneinanderkuppelt.