DE102020207168A1

DE102020207168A1 - Getriebeeinheit für ein Elektrofahrzeug und Steuerungsverfahren

Info

Publication number: DE102020207168A1
Application number: DE102020207168.3A
Authority: DE
Inventors: Riccardo MORSELLI
Original assignee: Dana Motion Systems Italia SRL
Current assignee: Dana Motion Systems Italia SRL
Priority date: 2020-06-08
Filing date: 2020-06-08
Publication date: 2021-12-09
Also published as: US11479255B2; CN113829873A; US20210380114A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Getriebeeinheit für ein Elektrofahrzeug und ein Steuerungsverfahren für die Getriebeeinheit. Die Getriebeeinheit umfasst eine Getriebeausgangswelle, einen ersten Elektromotor mit einer ersten Ausgangswelle, die über einen ersten oder einen zweiten Zahnradsatz mit der Getriebeausgangswelle gekoppelt werden kann, wobei ein erstes Kupplungselement zwischen dem ersten Zahnradsatz und der Getriebeausgangswelle angeordnet ist und ein zweites Kupplungselement zwischen dem zweiten Zahnradsatz und der Getriebeausgangswelle angeordnet ist, und einen zweiten Elektromotor mit einer zweiten Ausgangswelle, über einen dritten Zahnradsatz gekoppelt mit der Getriebeausgangswelle.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Getriebeeinheit für ein Elektrofahrzeug und ein Steuerungsverfahren zur Ausführung eines Gangwechsels.
Bei der Herstellung kompakter Elektrofahrzeuge wird für Elektrofahrzeuge ein 48-V-System bevorzugt. Die Leistung eines einzelnen Motorantriebsstrangs ist dann durch die 48-V-Stromversorgung und durch den maximalen Strom im Inverter begrenzt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist folglich, eine Getriebeeinheit für ein Elektrofahrzeug und ein Steuerungsverfahren bereitzustellen, die das vorstehend erwähnte Problem überwinden und die Effizienz des Antriebsstrangs eines Elektrofahrzeugs erhöhen.
Eine Getriebeeinheit für ein Elektrofahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Getriebeausgangswelle, einen ersten Elektromotor mit einer ersten Ausgangswelle, die über einen ersten oder einen zweiten Zahnradsatz mit der Getriebeausgangswelle gekoppelt werden kann, wobei ein erstes Kupplungselement zwischen dem ersten Zahnradsatz und der Getriebeausgangswelle angeordnet ist und ein zweites Kupplungselement zwischen dem zweiten Zahnradsatz und der Getriebeausgangswelle angeordnet ist, und einen zweiten Elektromotor mit einer zweiten Ausgangswelle, über einen dritten Zahnradsatz gekoppelt mit der Getriebeausgangswelle.
Folglich löst die vorliegende Erfindung das oben erwähnte Problem durch Bereitstellen einer Zwei-Elektromotor-Getriebeeinheit mit einem allgemeinen Effizienzmanagement durch Steuern der von den zwei Elektromotoren erzeugten Drehmomente. Die erfindungsgemäße Getriebeeinheit ermöglicht Lastschaltung auch ohne die Nutzung komplexer und teurer Kupplungen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen der erste bis dritte Zahnradsatz alle unterschiedliche Gangübersetzungsverhältnisse auf.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfassen das erste und zweite Kupplungselement Klauenkupplungen oder Synchronkupplungen oder bestehen daraus.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Getriebeeinheit ferner eine Steuerung, dazu ausgelegt, den ersten und zweiten Elektromotor zu steuern und einen Gangwechsel auszuführen, wobei die Steuerungseinheit dazu ausgelegt ist, den ersten oder zweiten Elektromotor mit einem nächsten Gangübersetzungsverhältnis zu synchronisieren und das erste oder zweite Kupplungselement einzurücken oder auszurücken, wenn der erste oder zweite Motor synchronisiert wurde.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Getriebeeinheit ferner einen ersten Winkelpositionssensor zum Erkennen einer Winkelposition des ersten Elektromotors, einen zweiten Winkelpositionssensor zum Erkennen einer Winkelposition des zweiten Elektromotors, wobei die Steuerung dazu ausgelegt ist, den ersten und zweiten Elektromotor unter Verwendung der erkannten Winkelpositionen des ersten und zweiten Elektromotors zu synchronisieren.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Steuerung dazu ausgelegt, den ersten und zweiten Elektromotor und das erste und zweite Kupplungselement so zu steuern, dass ein Getriebeausgangsdrehmoment der Getriebeausgangswelle während eines Gangwechsels im Wesentlichen konstant ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind das erste und zweite Kupplungselement federbetätigbar und/oder hydraulisch lösbar.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind das erste und zweite Kupplungselement gleichzeitig einrückbar, um eine Parkfeststellfunktion zu gewährleisten.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind der erste und zweite Elektromotor mit einem gemeinsamen Kühlsystem verbunden, um eine thermische Last zu teilen, die während des Betriebs des ersten und zweiten Elektromotors produziert wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung befindet sich die erste Ausgangswelle über einen oder mehrere weitere Zahnradsätze im Eingriff mit der Getriebeausgangswelle, wobei zwischen jedem von dem einen oder mehreren weiteren Zahnradsätzen und der Getriebeausgangswelle ein weiteres Kupplungselement angeordnet ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfassen der erste Zahnradsatz, der zweite Zahnradsatz und/oder der eine oder mehrere weitere Zahnradsätze einen Planetenzahnradsatz.
Die vorliegende Erfindung umfasst ferner ein Steuerungsverfahren zum Steuern einer Getriebeeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, um einen Gangwechsel von dem ersten Zahnradsatz zu dem zweiten Zahnradsatz auszuführen, umfassend: Steuern des ersten Elektromotors, um ein erstes Drehmoment auf null zu verringern, Steuern des zweiten Elektromotors, um ein zweites Drehmoment zu erhöhen, um die Verringerung des ersten Drehmoments vollständig oder teilweise zu kompensieren, Steuern des ersten Kupplungselements, um es aus dem ersten Zahnradsatz auszurücken, wenn das erste Drehmoment null ist, Steuern des ersten Elektromotors, um ihn mit einem Gangübersetzungsverhältnis des zweiten Zahnradsatzes zu synchronisieren, Steuern des zweiten Kupplungselements, um es mit dem zweiten Zahnradsatz in Eingriff zu bringen, wenn der erste Elektromotor synchronisiert wurde, Steuern des ersten Elektromotors, um das erste Drehmoment zu erhöhen, und Steuern des zweiten Elektromotors, um das zweite Drehmoment zu verringern.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der zweite Elektromotor gemäß einer Fahrzeuggeschwindigkeitsreferenz gesteuert.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der erste Elektromotor gemäß einer Drehmomentreferenz oder einer Positionsreferenz gesteuert.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung berücksichtigt eine Effizienzoptimierung für die Drehzahl-Drehmoment-Kurven des ersten und zweiten Motors eine Getriebeeffizienz.
Im Folgenden werden einige bevorzugte Ausführungsformen der Getriebeeinheit und des Steuerungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung ausführlicher auf der Basis der folgenden Figuren beschrieben. Die beschriebenen Merkmale sind nicht nur in den Kombinationen der offenbarten Ausführungsformen vorstellbar, sondern können unabhängig von den konkreten Ausführungsformen in verschiedenen anderen Kombinationen verwirklicht werden.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Getriebeeinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2 zeigt einen Klauenkupplungsmechanismus.
3 zeigt ein Diagramm, das eine Ausgangsdrehmomentkurve abhängig von der Ausgangsdrehzahl während eines Gangwechsels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abbildet.
4 zeigt ein Diagramm, das eine Drehzahlkurve des ersten Elektromotors abhängig von der Ausgangsdrehzahl während eines Gangwechsels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abbildet.
5 zeigt ein Diagramm, das eine Ausgangsdrehmomentkurve abhängig von der Zeit während eines Gangwechsels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abbildet.
6 zeigt ein Diagramm, das Drehzahlkurven des ersten und zweiten Elektromotors abhängig von der Zeit während eines Gangwechsels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abbildet.
7 zeigt ein Beispiel einer Effizienzkurve eines Inverter-Motor-Systems.
8 zeigt ein Diagramm, das eine ideale Größe einer Getriebeeinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Getriebeeinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Getriebeeinheit umfasst eine Getriebeausgangswelle 30 und einen ersten Elektromotor 1 mit einer ersten Ausgangswelle 11, die mit der Getriebeausgangswelle 30 über einen ersten oder zweiten Zahnradsatz 12, 13 und 14, 15 gekoppelt werden kann. Eine erste Klauenkupplung 31 ist zwischen dem ersten Zahnradsatz 12, 13 und der Getriebeausgangswelle 30 angeordnet, und eine zweite Klauenkupplung 32 ist zwischen dem zweiten Zahnradsatz 14, 15 und der Getriebeausgangswelle 30 angeordnet. Die Getriebeeinheit umfasst ferner einen zweiten Elektromotor 2 mit einer zweiten Ausgangswelle 21, über einen dritten Zahnradsatz 22, 23 gekoppelt mit der Getriebeausgangswelle 30.
Der zweite Elektromotor 2 dreht die Ausgangswelle 21 mit einer Ausgangsdrehzahl W2, die über den dritten Zahnradsatz 22, 23 mit einem Gangübersetzungsverhältnis R2 an die Getriebeausgangswelle 30 übertragen wird, zur Getriebeausgangsdrehzahl Wout beitragend. Der erste Elektromotor 1 dreht die erste Ausgangswelle 11 mit einer Ausgangsdrehzahl W1, die wahlweise über den ersten Zahnradsatz 12, 13 mit einem Gangübersetzungsverhältnis R1 durch Schließen der ersten Klauenkupplung 31 oder über den zweiten Zahnradsatz 14, 15 mit einem Gangübersetzungsverhältnis R3 durch Schließen der zweiten Klauenkupplung 32 übertragen werden kann, dadurch zur Getriebeausgangsdrehzahl Wout beitragend. Hier können die Gangübersetzungsverhältnisse so gewählt werden, dass gilt: R1 > R2 >= R3.
Ferner umfasst der erste Elektromotor 1 einen Winkelpositionssensor 16 zum Erkennen einer Winkelposition des ersten Motors 1. Der zweite Elektromotor 2 umfasst einen Winkelpositionssensor 24 zum Erkennen einer Winkelposition des zweiten Motors 2. Der erste und zweite Elektromotor 1, 2 können synchronisiert werden, insbesondere vor dem Schließen der ersten oder zweiten Klauenkupplung 31, 32, unter Verwendung der erkannten Winkelpositionen des ersten und zweiten Elektromotors 1, 2.
2 zeigt den Klauenkupplungsmechanismus an dem zweiten Zahnradsatz 14, 15. Die Winkelposition α3 von Zahnrad 15 kann unter Verwendung des ersten Positionssensors 16 festgestellt und überwacht werden. Die Winkelposition αout des zweiten Klauenkupplungselements 32, das starr mit der Getriebeausgangswelle 30 verbunden ist, kann unter Verwendung des zweiten Winkelpositionssensors 24 festgestellt und überwacht werden. Wenn der erste Elektromotor 1 von der Getriebeausgangswelle 30 entkoppelt ist, z. B. während eines Gangwechselprozesses, kann der erste Elektromotor 1 mit dem zweiten Klauenkupplungselement 32 durch Steuern der Winkelposition α3 von Zahnrad 15 entsprechend der Winkelposition αout des zweiten Klauenkupplungselements 32 synchronisiert werden.
Nachfolgend wird ein Steuerungsverfahren zum Steuern der Getriebeeinheit von 1 zum Ausführen eines Gangwechsels vom ersten Zahnradsatz 12, 13 zu dem zweiten Zahnradsatz 14, 15 beschrieben. Am Beginn des Schaltprozesses ist die Getriebeeinheit im ersten Gang, d. h., der zweite Elektromotor 2 treibt über den dritten Zahnradsatz 22, 23 gemeinsam mit dem ersten Elektromotor 1 über den ersten Zahnradsatz 12, 13 und die geschlossene erste Klauenkupplung 31 an. Dann wird der erste Elektromotor 1 gesteuert, um das erste Drehmoment T1 auf null zu verringern. Gleichzeitig wird der zweite Elektromotor 2 gesteuert, um das zweite Drehmoment T2 zu erhöhen, um die Verringerung des ersten Drehmoments T1 vollständig oder teilweise zu kompensieren. Dann wird die erste Klauenkupplung 31 gesteuert, um aus dem ersten Zahnradsatz 12, 13 auszurücken, wenn das erste Drehmoment T1 null ist. Dann wird der erste Elektromotor 1 gesteuert, um sich mit dem Gangübersetzungsverhältnis R3 zu synchronisieren, d. h. mit der zweiten Klauenkupplung 32, die mit der Getriebeausgangswelle 30 starr verbunden ist. Dann wird die zweite Klauenkupplung 32 gesteuert, um mit dem zweiten Zahnradsatz 14, 15 in Eingriff zu gelangen, wenn der erste Elektromotor 1 synchronisiert wurde.
Dann wird der erste Elektromotor 1 gesteuert, um das erste Drehmoment T1 zu erhöhen, und gleichzeitig wird der zweite Elektromotor 2 gesteuert, um das zweite Drehmoment T2 zu verringern.
Bei niedriger Getriebeausgangsdrehzahl Wout greift die erste Klauenkupplung 31 in den ersten Zahnradsatz 12, 13 mit dem Gangübersetzungsverhältnis R1 ein; folglich ist ein Getriebeausgangsdrehmoment Tout: $Tout = R 2 T 2 + R 1 T 1,$
wobei T1 und T2 Ausgangsdrehmomente sind, die von den Elektromotoren 1 bzw. 2 erzeugt wurden. Bei hohen Getriebeausgangsdrehzahlen ist der zweite Zahnradsatz 14, 15 mit dem Verhältnis R3 über die zweite Klauenkupplung 32 eingerückt, und das Getriebeausgangsdrehmoment ist: $Tout = R 2 T 2 + R 3 T 1,$
Wenn die Getriebeausgangsdrehzahl Wout gegeben ist, sind die Drehzahlen der zwei Elektromotoren 1, 2: $\begin{array}{l} W1 = Rx Wout mit Rx = R 1 oder R 3, abh \ddot{a} ngig von der Klauenkupplungsposi - \\ tion 31,32 \end{array}$
$W2 = R 2 Wout$
Die vorstehenden Gleichungen sind in den 3 und 4 dargestellt.
3 zeigt ein Diagramm, das kontinuierliche Ausgangsdrehmomentkurven abhängig von der Ausgangsdrehzahl während eines Gangwechsels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abbildet. Kurve 41 bildet das Ausgangsdrehmoment des ersten Elektromotors 1 ab, Kurve 42 bildet die Ausgangsdrehmomentkurve des zweiten Elektromotors 2 ab, und Kurve 40 bildet das Getriebeausgangsdrehmoment der Getriebeausgangswelle 30 ab. Bei der Drehzahl der Getriebewelle sinkt T1, während T2 im Grunde kontinuierlich bleibt. An dem Punkt, an dem T1 null ist, ist T2 für einen kurzen Zeitraum stark erhöht. Dies wird jedoch nicht in 3 gezeigt, sondern in 5. Der kurze Anstieg von T2 ermöglicht ein kontinuierliches Getriebeausgangsdrehmoment Tout während des Gangwechsels.
4 zeigt ein Diagramm, das eine Drehzahlkurve 50 des ersten Elektromotors 1 abhängig von der Ausgangsdrehzahl während eines Gangwechsels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abbildet. Beim Gangwechsel weist die Drehzahlkurve 50 des ersten Elektromotors 1 ein Minimum auf, das im Grunde der Drehzahl der zweiten Klauenkupplung 32 bei Synchronisation des Elektromotors 1 entspricht.
5 zeigt ein Diagramm, das eine Ausgangsdrehmomentkurve abhängig von der Zeit während eines Gangwechsels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abbildet. Kurve 61 repräsentiert das erste Ausgangsdrehmoment T1 von Motor 1, Kurve 62 repräsentiert das zweite Ausgangsdrehmoment T2 von Motor 2 und Kurve 60 repräsentiert des Getriebeausgangsdrehmoment Tout. Zur Zeit des Nulldrehmoments T1 wird Drehmoment T2, so lange T1 null ist, für einen kurzen Zeitraum durch einen Drehmomentschub erhöht. Dieser Drehmomentschub des zweiten Elektromotors 2 kompensiert das Nulldrehmoment des ersten Elektromotors 1 und gewährleistet während des Gangwechsels ein kontinuierliches Getriebeausgangsdrehmoment Tout.
6 zeigt ein Diagramm, das Drehzahlkurven des ersten und zweiten Elektromotors 1 und 2, abhängig von der Zeit, während eines Gangwechsels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abbildet. Kurve 71 repräsentiert die Drehzahl W1 des ersten Elektromotors 1 während des Gangwechsels. Kurve 72 repräsentiert die Drehzahl W2 des zweiten Elektromotors 2 während des Gangwechsels.
Die 5 und 6 zeigen Einzelheiten des Gangwechsels (der hier ein Hochschalten ist), wenn das Getriebe das maximale kontinuierliche Drehmoment von 0 bis max. Umdrehungen/min liefert. Die Zeitachse ist nicht real, sondern wurde im Bereich des Gangwechsels vergrößert, um die grafische Darstellung zu verbessern.
Es ist gut bekannt, dass das Spitzendrehmoment eines Elektromotors wesentlich höher als das kontinuierliche Drehmoment ist; ein normaler Wert reicht von +20 % bis +100 %, abhängig von der Technologie und vom Kühlsystem. Diese Eigenschaft wird während des Gangwechsels ausgenutzt, um ihn durch Gewährleistung von Ausgangsdrehmomentkontinuität gleichmäßig zu gestalten.
Die Elektromotoren 1, 2 sind mit Winkelpositionssensoren 16 und 24 ausgestattet. Die Positionssensoren werden von dem Inverter genutzt, um die Elektromotoren 1, 2 ordnungsgemäß zu steuern. Die Winkelpositionsinformationen sind dann verfügbar und werden genutzt, um das Einrücken der Klauenkupplung zu steuern.
In den 5 und 6 erfolgt der Gangwechsel zwischen Zeit t1 und t5. Nachfolgend wird die Hochschaltsequenz der bevorzugten Ausführungsform, wie bereits vorstehend beschrieben, erneut mit Bezug auf die 5 und 6 beschrieben. Zum Zeitpunkt t1, der erste Elektromotor 1 ist seiner höchsten Drehzahl nahe, der Bediener verlangt noch immer eine Erhöhung der Geschwindigkeit, beginnt der Hochschaltvorgang. Zwischen t1 und t2 verringert der Motor 1 sein Drehmoment auf null; gleichzeitig, durch Ausnutzung der Möglichkeit eines Drehmomentschubs, erhöht der zweite Elektromotor 2 sein Ausgangsdrehmoment, um das niedrigere Drehmoment von Motor 1 vollständig zu kompensieren. Durch diesen Vorgang wird das Ausgangsdrehmoment kontinuierlich. Bei t2 ist das Drehmoment T1 null, die Klauenkupplung 31 kann in Neutralstellung bewegt werden. Zwischen t2 und t3 sind die Klauenkupplung 31 und die Klauenkupplung 32 in Neutralstellung. Der Motor 1 geht in den Positionssteuerungsmodus, um die Zielposition zu erreichen, die ein nahtloses Eingreifen der Klauenkupplung 32 gewährleistet. Es ist wichtig, anzumerken, dass diese Phase bei Bedarf für viele Minuten andauern kann, da der Elektromotor 2 das gesamte zur Aufrechterhaltung der Ausgangsdrehmomentkontinuität erforderliche Drehmoment liefert. Zur Zeit t3 hat Motor 1 die Zielwinkelposition erreicht. Zwischen t3 und t4 folgt Motor 1 auch weiterhin dem Positionsziel, um der Klauenkupplung 31 das Einrücken von R3 zu gestatten. Idealerweise, da die Positionssteuerung aktiv ist, ist die Klauenkupplung 32 eingerückt, jedoch wird kein Drehmoment zur Getriebeausgangswelle 30 übertragen. Bei t4 ist die Klauenkupplung 32 vollständig eingerückt. Zwischen t4 und t5 liefert der Motor 1 ein Rückdrehmoment, und Motor 2 reduziert sein Ausgangsdrehmoment und verlässt den Modus der „Verstärkung“. Bei t5 endet der Gangwechselvorgang. Konzeptionell gilt während eines Herunterschaltvorgangs die genau gleiche Sequenz.
Wenn der Gangwechsel eine kurze Zeit dauert (<1 s), kann das von dem Fahrzeug angeforderte Drehmoment als konstant betrachtet werden. Ein Merkmal dieser Erfindung ist die Möglichkeit, längere Gangwechsel (z. B. 5 s) aufzuweisen, um sehr einfache und kosteneffektive Klauenkupplungen nutzen zu können. Während eines langen Gangwechsels ist das Drehmoment noch immer kontinuierlich, und Motor 2 stellt das von dem Fahrzeug/Bediener angeforderte Drehmoment bereit.
Aus einer Perspektive der Steuerung wird die vorstehende Sequenz dadurch erreicht, dass der Motor 2 so gesteuert wird, dass er einer Geschwindigkeitsreferenz (z. B. basierend auf der angeforderten Fahrzeuggeschwindigkeit) folgt, während der Motor 1 entweder einer Drehmomentreferenz oder einer Positionsreferenz folgt, wenn in Neutralstellung. Auf diese Weise tritt der Verstärkungsmodus zwischen t1 und t2 „automatisch“ ein, da der Motor 2, um die angeforderte Geschwindigkeit zu halten, sein Ausgangsdrehmoment erhöhen muss, um die Reduzierung in T1 zu kompensieren. Ähnlich kann der Motor 2, zwischen t4 und t5, wenn der Motor 1 nach dem Gangwechsel mehr Drehmoment liefert, den Verstärkungsmodus „automatisch“ verlassen.
Effizienzoptimierung
Wenn das maximale Ausgangsdrehmoment nicht benötigt wird, gestatten die zwei Gleichungen $Tout = R 2 T 2 + R 1 T 1$
(Modus 1, niedrige Drehzahl) $Tout = R 2 T 2 + R3 T 1$
(Modus 2, hohe Drehzahl) zu entscheiden, wie viel von dem Ausgangsdrehmoment von dem ersten Elektromotor 1 und von dem zweiten Elektromotor 2 geliefert wird. Da die Effizienzkurven der Motoren bekannt sind (siehe 7 als ein Beispiel), wird das von den zwei Motoren 1, 2 gelieferte Drehmoment für jeden Betriebspunkt des Getriebes so gewählt, dass die Gesamteffizienz maximiert wird.
Ideale Größe und Vorteile
Bezug nehmend auf 8 ist ein Elektromotor mit Parametern Km und Tmax gegeben; unter der Annahme, dass R2 = 1 (unbeschadet der allgemeinen Schlussfolgerung), ist die beste Wahl für R1 und R3: $R 1 = Km = Wmax / Wc$
$R 3 = R 2 = 1$
Durch diese Wahl ähnelt das Gesamtgetriebe einem einzelnen Elektromotor mit: $Tgmax = Tmax + Km Tmax = (1 + Km) Tmax = Kt Tmax$
$Kt = 1 + Km$
$Kg = Km 2$
Das sehr hohe Drehmoment bei niedriger Drehzahl, zusammen mit dem hohen Verhältnis Kg, lässt dieses Getriebe für Fahrzeuge mit einer niedrigen Spannungsversorgung, einer hohen Zugkraft und einer hohen Geschwindigkeit (> 20 kph) geeignet werden.
Es ist klar, dass jede Kombination mit einem gewählten Wert von R2 und: $R 1 = Km R 2$
$R 3 = R 2$
die gleichen Eigenschaften aufweist, nur proportional hinsichtlich der Ausgangsdrehzahl und des Drehmoments.
Zusammenfassend kann beginnend von zwei gleichen Motoren, die charakterisiert sind durch Tmax und Km, mit dem vorgeschlagenen Getriebe ein äquivalenter Motor erreicht werden, der charakterisiert ist durch (1+Km)Tmax bzw. Km².

Claims

Getriebeeinheit für ein Elektrofahrzeug umfassend: eine Getriebeausgangswelle, einen ersten Elektromotor mit einer ersten Ausgangswelle, die über einen ersten oder einen zweiten Zahnradsatz mit der Getriebeausgangswelle gekoppelt werden kann, wobei ein erstes Kupplungselement zwischen dem ersten Zahnradsatz und der Getriebeausgangswelle angeordnet ist und ein zweites Kupplungselement zwischen dem zweiten Zahnradsatz und der Getriebeausgangswelle angeordnet ist, und einen zweiten Elektromotor mit einer zweiten Ausgangswelle, die über einen dritten Zahnradsatz mit der Getriebeausgangswelle gekoppelt ist.
Getriebeeinheit nach dem vorangehenden Anspruch, wobei das erste und zweite Kupplungselement Klauenkupplungen oder Synchronkupplungen umfassen oder daraus bestehen.
Getriebeeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Steuerung, dazu ausgelegt, den ersten und zweiten Elektromotor zu steuern und einen Gangwechsel auszuführen, wobei die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, den ersten oder zweiten Elektromotor mit einem nächsten Gangübersetzungsverhältnis zu synchronisieren und das erste oder zweite Kupplungselement einzurücken oder auszurücken, wenn der erste oder zweite Motor synchronisiert wurde.
Getriebeeinheit nach dem vorangehenden Anspruch, ferner umfassend einen ersten Winkelpositionssensor zum Erkennen einer Winkelposition des ersten Elektromotors, einen zweiten Winkelpositionssensor zum Erkennen einer Winkelposition des zweiten Elektromotors, wobei die Steuerung dazu ausgelegt ist, den ersten und zweiten Elektromotor unter Verwendung der erkannten Winkelpositionen des ersten und zweiten Elektromotors zu synchronisieren.
Getriebeeinheit nach einem der zwei vorangehenden Ansprüche, wobei die Steuerung dazu ausgelegt ist, den ersten und zweiten Elektromotor und das erste und zweite Kupplungselement so zu steuern, dass ein Getriebeausgangsdrehmoment der Getriebeausgangswelle während eines Gangwechsels im Wesentlichen konstant ist.
Getriebeeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das erste und zweite Kupplungselement federbetätigbar und/oder hydraulisch lösbar sind.
Getriebeeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste und zweite Elektromotor mit einem gemeinsamen Kühlsystem verbunden sind, um eine thermische Last zu teilen, die während des Betriebs des ersten und zweiten Elektromotors produziert wird.
Steuerungsverfahren zum Steuern einer Getriebeeinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, um einen Gangwechsel von dem ersten Zahnradsatz zu dem zweiten Zahnradsatz auszuführen, umfassend: Steuern des ersten Elektromotors, um ein erstes Drehmoment auf null zu verringern, Steuern des zweiten Elektromotors, um ein zweites Drehmoment zu erhöhen, um die Verringerung des ersten Drehmoments vollständig oder teilweise zu kompensieren, Steuern des ersten Kupplungselements, um es aus dem ersten Zahnradsatz auszurücken, wenn das erste Drehmoment null ist, Steuern des ersten Elektromotors, um ihn mit einem Gangübersetzungsverhältnis des zweiten Zahnradsatzes zu synchronisieren, Steuern des zweiten Kupplungselements, um es mit dem zweiten Zahnradsatz in Eingriff zu bringen, wenn der erste Elektromotor synchronisiert wurde, Steuern des ersten Elektromotors, um das erste Drehmoment zu erhöhen, und Steuern des zweiten Elektromotors, um das zweite Drehmoment zu verringern.
Steuerungsverfahren nach dem vorangehenden Anspruch, wobei der zweite Elektromotor gemäß einer Fahrzeuggeschwindigkeitsreferenz gesteuert wird.
Steuerungsverfahren nach einem der zwei vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Elektromotor gemäß einer Drehmomentreferenz oder einer Positionsreferenz gesteuert wird.