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Die Erfindung betrifft ein elektrisches Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine und einem Differentialgetriebe sowie einer Übersetzungsstufe nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
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Die
DE 10 2007 021 359 A1 beschreibt eine derartige elektrische Antriebsvorrichtung mit einer elektrischen Maschine, welche über ein dreiwelliges Planetendifferential zwei Differentialabtriebswellen bzw. Seitenwellen antreibt, welche ihrerseits die Räder des angetriebenen Fahrzeugs antreiben. Der Rotor der elektrischen Maschine und das Planetendifferential sind dabei koaxial zu den Seitenwellen angeordnet.
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Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein verbessertes elektrisches Antriebssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, welches einen kompakten Aufbau in axialer Richtung ermöglicht und welches gleichzeitig sehr flexibel schaltbar und sehr effizient zu betreiben ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein elektrisches Antriebssystem mit den Merkmalen im Anspruch 1, und hier insbesondere im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.
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Das elektrische Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug gemäß der Erfindung umfasst, ähnlich wie der Aufbau im eingangs genannten Stand der Technik eine erste elektrische Maschine, die einen ersten Rotor aufweist, sowie ein Differentialgetriebe mit einer Differentialeingangswelle sowie einer ersten und einer zweiten Differentialausgangswelle. Die Differentialausgangswellen sind dabei koaxial zu dem ersten Rotor angeordnet. Das elektrische Antriebssystem umfasst außerdem eine erste drehfest mit der ersten Differentialausgangswelle gekoppelte Seitenwelle und eine zweite drehfest mit der zweiten Differentialausgangswelle gekoppelte oder koppelbare Seitenwelle.
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Unter einer drehfesten Verbindung im Sinne der hier vorliegenden Erfindung ist dabei eine Verbindung zweier drehbar gelagerter Elemente zu verstehen, wobei diese beiden Elemente koaxial zueinander angeordnet sind und durch die drehfeste Verbindung derart miteinander verbunden sind, dass sie mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit drehen.
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Erfindungsgemäß ist es so, dass außerdem eine zweite elektrische Maschine vorgesehen ist, die einen koaxial zum ersten Rotor angeordneten zweiten Rotor aufweist. Der erste Rotor ist dabei drehfest mit der Differentialeingangswelle gekoppelt oder koppelbar. Ein erstes Schaltelement erlaubt es außerdem, den ersten Rotor drehfest mit der ersten Seitenwelle zu koppeln. Ferner ist ein zweites Schaltelement vorgesehen, welches es ermöglicht den zweiten Rotor drehfest mit der zweiten Seitenwelle zu koppeln.
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Dieser erfindungsgemäße Aufbau des elektrischen Antriebssystems ermöglicht einen sehr kompakten und dabei dennoch sehr flexiblen Aufbau, bei welchem über das erste und das zweite Schaltelement wahlweise die Seitenwellen und damit die über die Seitenwellen angebundenen Räder des Kraftfahrzeugs direkt und unabhängig voneinander über jeweils eine beiden der elektrischen Maschinen angetrieben werden können. Der Aufbau des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebssystems erlaubt es außerdem, über den drehfest mit der Differentialeingangswelle gekoppelt oder koppelbaren Rotor der ersten elektrischen Maschine beide Seitenwellen über die erste elektrische Maschine alleine anzutreiben. Hierdurch entsteht ein sehr effizienter Aufbau, bei welchem wahlweise ein Differentialbetrieb mit einer elektrischen Maschine oder ein Einzelradantrieb mit Torque-Vectoring geschaltet werden kann. Im normalen Differentialbetrieb kann die zweite elektrische Maschine dabei von dem Differential entkoppelt werden, sodass die nicht mitgeschleppt werden muss, wodurch eine Effizienzsteigerung möglich wird.
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Das Differentialgetriebe selbst kann dabei in annähernd beliebiger Art und Weise ausgebildet sein. Ein typischer Aufbau wäre beispielsweise ein Differentialgetriebe in Form eines Kegelradgetriebes mit einem Differentialkäfig. Um dann einen entsprechend kompakten Aufbau, insbesondere in axialer Richtung der Drehachsen der elektrischen Maschinen zu erreichen, können die Schaltelemente oder kann zumindest eines der beiden Schaltelemente axial überlappend zu dem Differentialkäfig ausgebildet sein, sich also zumindest teilweise in einer gemeinsamen Ebene senkrecht auf der axialen Richtung befinden, welche sowohl das wenigstens eine Schaltelement als auch zumindest einen Teil des Differentialkäfigs enthält. Dementsprechend müsste der Aufbau dann natürlich in einer anderen radialen Ebene liegen, sodass die Elemente sich gegenseitig nicht behindern.
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Gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung des elektrischen Antriebssystems gemäß der Erfindung soll es jedoch vorgesehen sein, dass das Differentialgetriebe als ein dreiwelliges Planetendifferential ausgebildet ist. Ein solches dreiwelliges Planentendifferential mit einem Sonnenrad, einem Hohlrad und einem Planetenträger, oder alternativ mit einem ersten Sonnenrad, einem zweiten Sonnenrad und einem Planetenträger, kann dabei als Differentialgetriebe genutzt werden. Die Differentialeingangswelle kann dabei drehfest mit einer ersten Welle des dreiwelligen Planetendifferentials, zum Beispiel dem Hohlrad, verbunden sein. Die erste Differentialausgangswelle kann dabei drehfest mit einer zweiten Welle des dreiwelligen Planetendifferentials, zum Beispiel mit dem Planetenträger, verbunden sein. Und die zweite Differentialausgangswelle kann dabei drehfest mit einer dritten Welle des dreiwelligen Planetendifferentials, zum Beispiel mit dem Sonnenrad, verbunden sein. Ein solcher Aufbau mit dem Planetendifferential, beispielsweise in der bevorzugten genannten Verschaltung, erlaubt es dabei, den Aufbau in axialer Richtung sehr kompakt auszugestalten, sodass insgesamt ein kompakteres Antreibssystem möglich wird, als es mit dem Kegelraddifferential der Fall wäre.
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Eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung des elektrischen Antriebssystems gemäß der Erfindung kann es nun außerdem vorsehen, dass ein drittes Schaltelement vorgesehen ist, über welches der erste Rotor drehfest mit der Differentialeingangswelle koppelbar ist. Über ein solches drittes Schaltelement wird also die Verbindung zwischen der ersten elektrischen Maschine und dem Differentialgetriebe schaltbar, sodass insbesondere für den Fall des Einzelradantriebs über jeweils eine der elektrischen Maschinen das Differentialgetriebe nicht mitgeschleppt werden muss, was den Aufbau besonders energieeffizient macht.
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In axialer Richtung gesehen kann es dabei vorgesehen sein, dass die erste elektrische Maschine, das erste Schaltelement, das Differentialgetriebe, das zweite Schaltelement und die zweite elektrische Maschine in der genannten Reihenfolge nacheinander angeordnet sind. Dies macht den Aufbau quasi symmetrisch und, insbesondere aber nicht nur beim Einsatz eines Planetendifferentials als Differentialgetriebe, in axialer Richtung sehr kompakt.
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Als Alternative zur schaltbaren Anbindung des ersten Rotors an das Differentialgetriebe kann es gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebssystems auch vorgesehen sein, dass der erste Rotor permanent drehfest mit der Differentialeingangswelle gekoppelt ist und ein fünftes Schaltelement vorgesehen ist, über welches die zweite Differentialausgangswelle drehfest mit der zweiten Seitenwelle koppelbar ist. Die Verschaltung wird somit in den Bereich der zweiten Differentialausgangswelle bzw. der zweiten Seitenwelle und der Anbindung der zweiten elektrischen Maschine verlagert. Der Aufbau erlaubt es so, durch die dauerhafte drehfeste Anbindung des ersten Rotors der ersten elektrischen Maschine an die Differentialeingangswelle den Aufbau für den Betrieb mit der ersten elektrischen Maschine außerordentlich effizient und bezüglich der Ansteuerung einfach zu gestalten, da hier Schaltvorgänge lediglich mit dem fünften Schaltelement für den Differentialbetrieb über die erste elektrische Maschine notwendig sind. Ansonsten lässt sich der Aufbau so schalten, dass die zweite elektrische Maschine komplett abgekoppelt ist oder für den Fall des Einzelradantriebs einfach und effizient angekoppelt werden kann, während die erste elektrische Maschine permanent, in diesem Fall über das Differentialgetriebe, mit der anderen Seitenwelle gekoppelt ist.
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Ferner ist es möglich, bei einer Schaltung der einzelnen Schaltelemente unabhängig voneinander einen Betrieb mit einer Differentialsperre sowohl mit einer elektrischen Maschine, hier dann der ersten elektrischen Maschine, als auch mit beiden elektrischen Maschinen entsprechend umzusetzen.
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Besonders effizient bezüglich der Ansteuerung wird es nun, wenn, und so ist es gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung des elektrischen Antriebsystems gemäß der Erfindung vorgesehen, das erste Schaltelement, das zweite Schaltelement und das fünfte Schaltelement in der Art gekoppelt sind, dass sie über einen einzigen Aktuator betätigbar sind. Eine solche Betätigung über einen einzigen Aktuator ist im Vergleich zu einer Betätigung jedes Schaltelements über einen eigenen Aktuator sehr viel effizienter. Einerseits ist lediglich ein Aktuator notwendig und andererseits werden durch die Einsparung der weiteren Aktuatoren neben Bauraum und Gewicht auch Leitungen eingespart, welche zu den einzelnen Aktuatoren führen müssten, und welche in dem innerhalb eines kompakten Getriebes zur Verfügung stehenden Bauraum immer entsprechend komplex konstruktiv einzuplanen sind. Ein einziger Aktuator zur Betätigung der drei gekoppelten Schaltelemente stellt damit einen erheblichen Vorteil dar.
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Die Kopplung der drei genannten Schaltelemente kann dabei vorzugsweise in der Art erfolgen, dass in einer ersten Stellung des Aktuators das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement geschlossen sind, während das fünfte Schaltelement geöffnet ist. In einer zweiten Stellung des Aktuators wären dann das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement geöffnet, während das fünfte Schaltelement geschlossen ist. Mit diesem Aufbau kann über den Aktuator zwischen dem Betrieb mit der ersten elektrischen Maschine einerseits und dem Einzelradantrieb andererseits effizient umgeschaltet werden.
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Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung dieser zweiten Ausgestaltungsvariante mit permanent drehfest verbundener Differentialeingangswelle und erstem Rotor kann es dann gemäß einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung vorgesehen sein, dass in einer axialen Richtung gesehen die erste elektrische Maschine das Differentialgetriebe, das erste Schaltelement und die zweite elektrische Maschine in der genannten Reihenfolge nacheinander angeordnet sind. Dies lässt sich entsprechend kompakt realisieren und erlaubt, insbesondere beim Einsatz eines Planetendifferentials, einen in Axialrichtung sehr kurzen Aufbau des elektrischen Antriebsystems. Dabei sind gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erste Rotor, der zweite Rotor, das Differentialgetriebe und die beiden Seitenwellen allesamt koaxial zueinander angeordnet.
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Dabei zeigen:
- 1 einen ersten möglichen Aufbau des elektrischen Antriebsystems gemäß der Erfindung;
- 2 einen zweiten möglichen Aufbau des elektrischen Antriebsystems gemäß der Erfindung;
- 3 eine Schalttabelle zur Erläuterung der möglichen Zustände des elektrischen Antriebssystems gemäß 2; und
- 4 eine alternative Ausgestaltung des elektrischen Antriebsystems gemäß 2.
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In der Darstellung der 1 ist ein elektrisches Antriebsystem 1 gezeigt, welches zum Antreiben eines hier nicht dargestellten Kraftfahrzeugs dient. Die Antriebsleistung zu den Rädern des Kraftfahrzeugs ist über die mit 2 bezeichneten Pfeile symbolisiert, welche somit quasi die angetriebenen Räder 2 des Kraftfahrzeugs 1 darstellen. Das elektrische Antriebssystem 1 verfügt über eine erste elektrische Maschine 3 sowie eine zweite elektrische Maschine 4. Ein erster Stator 5 der ersten elektrischen Maschine 3 ist drehfest mit einem Gehäuse des elektrischen Antriebssystems 1 verbunden.
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Ein erster Rotor 6 der ersten elektrischen Maschine 3 ist koaxial zu einem zweiten Rotor 8 der zweiten elektrischen Maschine 4 angeordnet. Die zweite elektrische Maschine 4 weist einen zweiten Stator 7 auf, der ebenfalls drehfest an dem Gehäuse des elektrischen Antriebssystems 1 angebunden ist. Die beiden elektrischen Maschinen 3, 4 sind somit koaxial zu einer gemeinsamen Drehachse angeordnet, welche hier durch die untere Begrenzung der Darstellung in den Figuren gebildet wird. Die Darstellung in den Figuren zeigt somit nur die obere Hälfte des ansonsten rotationssymmetrischen Aufbaus. Die gemeinsame Drehachse der Rotoren 6, 8 der elektrischen Maschinen 3, 4 definiert dabei eine axiale Richtung a des elektrischen Antriebssystems 1.
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Zwischen den beiden elektrischen Maschinen 3, 4 in der axiale Richtung a gesehen befindet sich ein Differentialgetriebe 9. Das Differentialgetriebe 9 ist vorteilhaft koaxial zu der gemeinsamen Drehachse der Rotoren 6, 8 angeordnet. Dieses Differentialgetriebe 9 könnte beispielsweise als Kegelradgetriebe mit einem Differentialkäfig ausgebildet sein. Um den Aufbau entlang der axialen Richtung a möglichst kompakt realisieren zu können, ist das Differentialgetriebe 9 hier jedoch als Planetendifferential realisiert. Dieses Planetendifferential umfasst ein Sonnenrad 11, ein Hohlrad 12 sowie einen Doppelplanetenträger 13. Eine Differentialeingangswelle 14 ist dabei mit dem Hohlrad 12 verbunden. Der Doppelplanetenträger 13 ist seinerseits drehfest mit einer ersten Differentialausgangswelle 15 verbunden, während das Sonnenrad 11 mit einer zweiten Differentialausgangswelle 16 verbunden ist. Die erste Differentialausgangswelle 15 ist ihrerseits drehfest mit einer Seitenwelle 17 verbunden, welche die Verbindung zu dem angetriebenen Rad 2 beispielsweise direkt oder gegebenenfalls auch über eine weitere Übersetzung, was hier nicht dargestellt ist, herstellt. Vergleichbares gilt für eine Seitenwelle 18, welche die Verbindung zwischen dem angetriebenen Rad in der Darstellung der 1 rechts und der zweiten Differentialausgangswelle 16 herstellt.
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Axial benachbart zu dem Differentialgetriebe 9 bzw. hier zu dessen Doppelplanetenträger 13 befindet sich auf der der ersten elektrischen Maschine 3 zugewandten Seite ein erstes Schaltelement SE1 sowie axial benachbart dazu ein drittes Schaltelement SE3. Über das erste Schaltelement SE1 ist der erste Rotor 6 mit der Seitenwelle 17 und der ersten Differentialausgangswelle 15 drehfest koppelbar. Die erste elektrische Maschine 3 treibt dann das hier links dargestellte angetriebene Rad 2 direkt an. Über das bereits erwähnte Schaltelement SE3 lässt sich alternativ dazu der erste Rotor 6 mit der Differentialeingangswelle 14 und damit mit dem Hohlrad 12 des Differentialgetriebes 9 verbinden, um so beide Seitenwellen 17, 18 über das Differentialgetriebe 9 anzutreiben.
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Im Wesentlichen spiegelsymmetrisch bezüglich des Differentialgetriebes 9 in der axialen Richtung a gesehen befindet sich zwischen dem Differentialgetriebe 9 und der zweiten elektrischen Maschine 4 vom Differentialgetriebe 9 aus gesehen axial benachbart zu diesem ein zweites Schaltelement SE2 sowie axial benachbart dazu ein viertes Schaltelement SE4. Das zweite Schaltelement SE2 ermöglicht vergleichbar wie das erste Schaltelement SE1 bezüglich der ersten elektrischen Maschine 3 die Anbindung der zweiten elektrischen Maschine 4 bzw. ihres Rotors 8 an die rechte Seitenwelle 18 bzw. die zweite Differentialausgangswelle 16, um so dass in der Darstellung der 1 rechts dargestellte angetriebene Rad 2 über die zweite elektrische Maschine 4 alleine antreiben zu können. Alternativ dazu kann bei eingelegtem vierten Schaltelement SE4 über die zweite elektrische Maschine 4 auch die Differentialeingangswelle 14 alternativ oder ergänzend zum Antrieb durch die erste elektrische Maschine 3 angetrieben werden, um so die beiden Seitenwellen 17, 18 über die Differentialausgangswellen 15, 16 und mittels des Differentialgetriebes 9 entsprechend anzutreiben.
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Dieser Aufbau ermöglicht eine sehr hohe Flexibilität, bei welcher sowohl über die eine als auch über die andere der beiden elektrischen Maschinen 3, 4 der Abtrieb erfolgen kann, sowohl als Einzelradantrieb, dann im Torque-Vectoring-Mode, als auch als Antrieb über das Differentialgetriebe 9 beispielsweise durch eine der elektrischen Maschinen 3, 4 oder, insbesondere für einen Boost-Betrieb, auch über beide elektrische Maschinen 3, 4. Außerdem können beide elektrischen Maschinen 3, 4 auch abgekoppelt werden, sodass sie für den Fall, dass sie nicht benötigt werden, nicht mitgeschleppt werden müssen, was das elektrische Antriebssystem 1 gemäß der Erfindung sehr energieeffizient macht.
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Ein alternativer Aufbau des elektrischen Antriebssystems 1 ist in der Darstellung der 2 zu erkennen. In axialer Richtung a gesehen liegen hier sämtliche Schaltelemente, auf welche später noch näher eingegangen wird, zwischen dem analog zur Darstellung in 1 ausgeführten Differentialgetriebe 9 in Form eines Planetendifferentials und der zweiten elektrischen Maschine 4. Der erste Rotor 6 der ersten elektrischen Maschine 3 ist dabei permanent drehfest mit der Differentialeingangswelle 14 verbunden. Die erste Differentialausgangswelle 15 und mit ihr die mit ihr drehfest gekoppelte linke Seitenwelle 17 sind wiederum drehfest mit dem Doppelplanetenträger 13 verbunden, wie dies auch bei der Ausführung gemäß 1 der Fall war. Auf die erste elektrische Maschine 3 und das in axialer Richtung a direkt benachbart zu ihr angeordnete Differentialgetriebe 9 folgt dann in axialer Richtung a das erste Schaltelement SE1.
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Das erste Schaltelement SE1 ist hier als Verblockungsschaltelement ausgebildet und kann den Doppelplanetenträger 13 mit der zweiten Differentialgetriebeausgangswelle 16 und damit der Sonne 11 des Differentialgetriebes 9 verbinden. In diesem verblockten Zustand, bei dem der Doppelplanetenträger 13 und die Sonne 11 gemeinsam umlaufen, ist dann die erste elektrische Maschine 3 drehfest mit der ersten Differentialausgangswelle 15 und damit der linken Seitenwelle 17 verbunden.
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Das erste Schaltelement SE1 ist hier allgemein gesprochen als ein Verblockungsschaltelement oder Sperrschaltelement ausgeführt. Bei dem Aufbau der 2 kann das Differentialgetriebe 9 auch zum Beispiel als ein Kegelraddifferential ausgeführt sein, wobei dann das erste Schaltelement SE1 dazu ausgebildet ist, das Differentialgetriebe zu sperren, wodurch der gleiche Effekt wie oben für die Verblockung des Planetendifferentials beschrieben erzielt werden kann.
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Vorteilhaft sind im Drehmomentenfluss zwischen der linke Seitenwelle 17 beziehungsweise der rechten Seitenwelle 18 und den Rädern 2 jeweils eine Übersetzungsstufe 20, 21, nämlich eine erste Übersetzungsstufe 20 und eine zweite Übersetzungsstufe 21, angeordnet. Diese Übersetzungsstufen 20, 21 sind ebenso vorteilhaft an den entsprechenden Stellen des Aufbaus der 1 einsetzbar. Auch die im Folgenden genannten vorteilhaften Merkmale und Ausgestaltungen der Übersetzungsstufen 20, 21 sind für den Aufbau der 1 anwendbar. Vorteilhaft sind die Übersetzungsstufen 20, 21 als einfache Planetenradsätze ausgebildet, wobei jeweils ein Sonnenrad des jeweiligen einfachen Planetenradsatzes mit der jeweiligen Seitenwelle 17, 18 drehfest verbunden ist, jeweils ein Hohlrad des jeweiligen einfachen Planetenradsatzes drehfest mit dem Gehäuse verbunden ist und jeweils ein Planetenträger des jeweiligen einfachen Planetenradsatzes mit dem jeweiligen Rad gekoppelt ist.
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Zwischen den Übersetzungsstufen 20, 21 und den Rädern sind nicht weiter gekennzeichnete Radseitenwellen vorgesehen, so dass die Übersetzungsstufen 20, 21 vorteilhaft unmittelbar benachbart zu den beiden elektrischen Maschinen 3, 4 und nicht etwa in der Nähe der Räder 2 angeordnet sind. Besonders vorteilhaft sind die Übersetzungsstufen und das Differentialgetriebe 9 in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.
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In axialer Richtung a benachbart zu diesem ersten Schaltelement SE1 folgt dann ein fünftes Schaltelement SE5. Dieses kann die zweite Differentialausgangswelle 16 drehfest mit der rechten Seitenwelle 18 koppeln oder diese beiden Elemente auch voneinander entkoppeln, so wie es in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel gezeigt ist. Auf diese beiden Schaltelemente SE1 und SE5 folgt dann wiederum in axialer Richtung a gesehen das zweite Schaltelement SE2, das wiederum zur Anbindung der zweiten elektrischen Maschine 4 bzw. des zweiten Rotors 8 an die rechte Seitenwelle 18 ausgelegt ist. Dieses zweite Schaltelement SE2 ließe sich auch als öffnender Freilauf realisieren, welcher bei eingelegtem fünften Schaltelement SE5, also gekoppelter zweiter Differentialausgangswelle 16 und rechter Seitenwelle 18, entsprechend öffnet und damit die zweite elektrische Maschine 4 abkoppelt. Bei geöffnetem fünften Schaltelement SE5 wäre dann der Antrieb der rechten Seitenwelle 18 über die zweite elektrische Maschine 4 und das als Freilauf gestaltete zweite Schaltelement SE2 möglich.
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Der Aufbau erlaubt nun bei einem kompakten konstruktiven Aufbau in axialer Richtung a eine Vielzahl unterschiedlicher Zustände. In der Schalttabelle, welche in der Darstellung der 3 gezeigt ist, sind diese Zustände entsprechend visualisiert. Die Schaltelemente SE1, SE2 und SE 5 gemäß der Darstellung in 2 sind, wenn in der Schalttabelle ein Kreuz angegeben ist, geschlossen und, wenn das entsprechende Feld in der Schalttabelle leer ist, geöffnet.
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Bei dem Aufbau der 2 sind vorteilhaft in der axialen Richtung a gesehen die erste Übersetzungsstufe 20, die erste elektrische Maschine 3, das Differentialgetriebe 9, das erste Schaltelement SE1, die zweite elektrische Maschine 4 und die zweite Übersetzungsstufe 21 in der genannten Reihenfolge nacheinander angeordnet.
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Dagegen sind vorteilhaft bei dem Aufbau der 1 in der axialen Richtung a gesehen die erste Übersetzungsstufe 20 (die in der 1 nicht dargestellt ist), die erste elektrische Maschine 3, das erste Schaltelement SE1, das Differentialgetriebe 9, das zweite Schaltelement SE2, die zweite elektrische Maschine 4 und die zweite Übersetzungsstufe 21 (die in der 1 ebenfalls nicht dargestellt ist) in der genannten Reihenfolge nacheinander angeordnet.
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Bei der Ausgestaltung der 2 sind die beiden elektrischen Maschinen 3, 4 als Axialflussmaschinen ausgeführt. Mit Axialflussmaschinen ist ein axial besonders kompakter Aufbau möglich, außerdem ist ein insgesamt sehr leistungsstarkes elektrisches Antriebssystem 1 darstellbar. Die Ausführung der elektrischen Maschinen 3, 4 als Axialflussmaschinen ist mit gleichen Vorteilen auch bei den Ausgestaltungen der 1 und 4 möglich.
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Der erste Zustand ist ein Effizienzbetrieb mit nur einer elektrischen Maschine, hier der ersten elektrischen Maschine 3. In diesem Fall ist das fünfte Schaltelement SE5 geschlossen, sodass also die zweite Differentialausgangswelle 16 mit der rechten Seitenwelle 18 gekoppelt ist, während die beiden anderen Schaltelemente SE1 und SE2 geöffnet sind. Die erste elektrische Maschine 3 treibt dann über das Differentialgetriebe 9 sowohl die erste Differentialausgangswelle 15 als auch die zweite Differentialausgangswelle 16, während die zweite elektrische Maschine 4 durch das geöffnete zweite Schaltelement SE2 abgekoppelt ist. Hierdurch ist ein effizienter Betrieb möglich, bei welchem die erste elektrische Maschine 3 antreibt, während die zweite elektrische Maschine 4 stillsteht.
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Durch ein Schließen der beiden Schaltelemente SE 1 und SE2 und gleichzeitiges Öffnen des fünften Schaltelements SE5 wird das Planetengetriebe, welches als Differentialgetriebe 9 dient, verblockt, sodass der erste Rotor 6 drehfest mit der linken Seitenwelle 17 verbunden ist, während über das zweite Schaltelement SE2 die rechte Seitenwelle 18 direkt mit dem zweiten Rotor 8 der zweiten elektrischen Maschine 4 drehfest gekoppelt ist. Dadurch ist ein Einzelradantrieb im Torque-Vectoring-Mode möglich, bei welchem jedes der angetriebenen Räder 2 über jeweils eine der elektrischen Maschinen 3 bzw. 4 angetrieben werden kann. Bei diesem Einzelradantrieb besteht keinerlei Kopplung zwischen der linken Seitenwelle 17 und der rechten Seitenwelle 18.
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Daneben ist bei der Ausgestaltung des elektrischen Antriebssystems 1 gemäß 2 ein Differentialsperrenbetrieb sowohl mit einer als auch mit zwei elektrischen Maschinen 3, 4 möglich. Ein Differentialsperrenbetrieb mit einer elektrischen Maschine, hier also der ersten elektrischen Maschine 3, würde einerseits eine Verblockung des als Differentialgetriebe 9 genutzten Planetendifferentials erforderlich machen, sodass das erste Schaltelement SE1 geschlossen ist. Das fünfte Schaltelement SE5 verbindet die zweite Differentialausgangswelle mit der rechten Seitenwelle 18, während das zweite Schaltelement SE2 geöffnet ist, um so die zweite elektrische Maschine 4 entsprechend abzukoppeln. Die erste elektrische Maschine 3 treibt dann beide angetriebenen Räder 2 im Differentialsperrbetrieb.
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Mit einem zusätzlichen Schließen des zweiten Schaltelements SE2 kann außerdem die zweite elektrische Maschine 4 hinzugenommen werden, sodass ein Differentialsperrenbetrieb auch mit beiden elektrischen Maschinen gemeinsam und dementsprechend höherer Leistung möglich ist.
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Mit dem alternativen Aufbau gemäß 2 ist noch eine weitere Betriebsweise möglich, nämlich ein Torque-Vectoring über das Differentialgetriebe 9. Bei dieser weiteren Betriebsweise sind das fünfte Schaltelement SE5 und das zweite Schaltelement SE2 jeweils geschlossen, wobei das erste Schaltelement SE1 geöffnet ist. Dabei ist der zweite Rotor 8 sowohl drehfest mit der rechten Seitenwelle 18 verbunden als auch drehfest mit der zweiten Differentialausgangswelle 16 verbunden. Über den zweiten Rotor 8 wird somit ein Teil eines zweiten Drehmoments der zweiten elektrischen Maschine 4 in die rechte Seitenwelle 18 eingeleitet, wobei ein weiterer Teil des zweiten Drehmoments der zweiten elektrischen Maschine 4 in das Differentialgetriebe 9 eingeleitet wird. Gleichzeitig speist bei dieser Betriebsweise die erste elektrische Maschine 3 ein erstes Drehmoment in das Differentialgetriebe 9 ein. Über die Höhe der eingespeisten Drehmomente, nämlich des ersten Drehmomentes und des zweiten Drehmomentes, kann bei dieser Betriebsweise bestimmt werden, welche Drehmomentbeträge schließlich an den beiden Seitenwellen 17, 18 ankommen, wobei diese beiden Drehmomentbeträge unterschiedlich sein können.
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Diese Betriebsweise macht eine Ansteuerung der drei Schaltelemente SE1, SE2 und SE5 unabhängig voneinander notwendig. Dies ist entsprechend aufwändig hinsichtlich der Aktuatorik und der Leitungsführung hin zu den Aktuatoren für die einzelnen Schaltelemente SE1, SE2 und SE5. Um hier den Aufwand zu verringern und die beiden wichtigsten Zustände, nämlich den Effizienzbetrieb mit einer elektrischen Maschine und den Einzelradantrieb dennoch zu gewährleisten, können die drei Schaltelemente SE1, SE2 und SE5 auch gekoppelt und über einen einzigen Aktuator 10 angesteuert werden. In der ansonsten der 2 entsprechenden 4 ist dieser Aktuator 10 eingezeichnet. Er ermöglicht eine sehr einfache und effiziente Ansteuerung. Diese kann dabei vorzugsweise so realisiert werden, dass entweder das erste Schaltelement SE1 und das zweite Schaltelement SE2 geöffnet sind, während das fünfte Schaltelement SE5 entsprechend geschlossen ist, sodass also gemäß 3 der Effizienzbetrieb mit einer elektrischen Maschine, hier der ersten elektrischen Maschine 3, umgesetzt wird. Diese Schaltstellung des Aktuators 10 für den Effizienzbetrieb wird hier als eine zweite Stellung bezeichnet. In seiner anderen Schaltstellung, hier als erste Stellung bezeichnet, kann der Aktuator 10 dann die drei Schaltelemente SE1, SE2, SE5 entsprechend umschalten, sodass das erste Schaltelement SE1 und das zweite Schaltelement SE2 entsprechend geschlossen sind und das fünfte Schaltelement SE5 geöffnet bleibt. Wie sich wiederum aus der Schalttabelle in 3 ergibt, liegt dann die Schaltung für den Einzelradantrieb vor, welcher es im Torque-Vectoring-Betrieb erlaubt, jeweils eines der angetriebenen Räder 5 über jeweils eine der elektrischen Maschinen 3, 4 unabhänging voneinander anzutreiben.
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Bei dieser effizienten Kombination der drei Schaltelemente SE1, SE2 und SE5 über den einen Aktuator 10 würden dann die weiteren Möglichkeiten des Differentialsperrenbetriebs entsprechend entfallen, wobei dieser softwareseitig im Torque-Vectoring-Betrieb analog umsetzbar ist, sodass der Entfall des mechanischen Differentialsperrenbetriebs keine wesentliche Einschränkung darstellt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007021359 A1 [0002]
