DE102021103808A1

DE102021103808A1 - Elektroantriebsachssystem mit einer selbstindexierenden kupplung und verfahren für das betreiben einer solchen kupplung

Info

Publication number: DE102021103808A1
Application number: DE102021103808.1A
Authority: DE
Inventors: Eric M. Engerman
Original assignee: Dana Automotive Systems Group LLC
Current assignee: Dana Automotive Systems Group LLC
Priority date: 2020-02-19
Filing date: 2021-02-18
Publication date: 2021-08-19
Also published as: US20230003266A1; US11480222B2; US20210254675A1; CN113280053A

Abstract

Verfahren und Systeme für eine Kupplungsanordnung in einer Elektroantriebsachse eines Fahrzeugs werden bereitgestellt. In einem Beispiel wird eine Kupplungsanordnung in einem Getriebestrang bereitgestellt, die eine Sperrkupplung aufweist. Die Sperrkupplung weist auf: ein Zahnrad, aufweisend eine Vielzahl von Zähnen mit mindestens einem Zahn mit einem verjüngten Ende, eine Indexierwelle, drehverbunden mit einer Ausgangswelle, einen Schaltbund, montiert an der Indexierwelle, dazu ausgelegt, sich an der Indexierwelle in eine eingerückte und ausgerückte Konfiguration zu verschieben, und eine Vielzahl von Zähnen auf einer Fläche aufweisend, wobei mindestens ein Zahn in der Vielzahl von Zähnen in dem Schaltbund ein verjüngtes Ende aufweist, und einen Indexiermechanismus, gekoppelt an den Schaltbund und die Indexierwelle und dazu ausgelegt, während des Schaltbundeingriffs zwischen der Indexierwelle und dem Schaltbund Indexierung zu gewähren.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Elektroantriebsachssystem in einem Fahrzeug und insbesondere eine selbstindexierende Kupplung in dem Elektroantriebsachssystem und ein Verfahren für den Betrieb der selbstindexierenden Kupplung.
HINTERGRUND
Elektrifizierte Achsen sind in Elektro- und in Hybridfahrzeuge integriert, um Fahrzeugantrieb bereitzustellen oder zu verstärken. In die elektrifizierten Achsen sind Getriebe mit Kupplungen integriert, die es gestatten, das Gangübersetzungsverhältnis im Getriebe auf der Grundlage verschiedener Betriebsbedingungen anzupassen. Klauenkupplungen werden in Getrieben in elektrifizierten Antriebsachsen sowie in Verbrennungskraftmaschinengetrieben zum Einsatz gebracht. Synchronisationsmechanismen, allgemein bezeichnet als Synchromesh-Vorrichtungen, werden in Automatikgetrieben genutzt, um ein gleichmäßiges Einrücken der Klauenkupplung zu erleichtern und das Auftreten von Geräuschen, Vibrationen und Rauigkeit (Noise, Vibration und Harshness, NVH), zu dem es kommt, wenn während des Einrückens der Kupplung Kupplungszähne in einer blockierten Position sind, zu vermeiden. In bestimmten Elektroachsgetriebe werden ebenfalls Klauenkupplungen genutzt, die dazu ausgelegt sind, Getriebekomponenten wie Planetenräder einzurücken und auszurücken.
Die Erfinder haben jedoch bestimmte Nachteile bei bisherigen Elektroantriebsachsen und Kupplungen erkannt. Beispielsweise haben bisherige Elektroantriebsachsen ein gewünschtes Maß an Gangwählbarkeit nicht erreicht. Ferner sind Klauenkupplungen, wenn sie mit anderen Getriebekupplungen verbunden werden, möglicherweise aufgrund der an der Klauenkupplung für andere Kupplungen bestehenden Einschränkungen möglicherweise nicht in der Lage, gleichmäßig einzurücken. Folglich können in der Klauenkupplung in bestimmten Szenarien Bedingungen eines blockierten Schaltens auftreten, was zu einem erhöhten NVH und Schaltverzögerungen im Getriebe führt. Als ein Ergebnis der erhöhten NVH-Niveaus und Schaltverzögerungen kann die Kundenzufriedenheit sinken.
KURZDARSTELLUNG
Um mindestens einige der verstehend erwähnten Nachteile zu überwinden, wird eine Kupplungsanordnung bereitgestellt. Die Kupplungsanordnung umfasst, in einem Beispiel, eine Sperrkupplung mit einem Zahnrad, aufweisend eine Vielzahl von Zähnen mit mindestens einem Zahn mit einem verjüngten Ende. Die Sperrkupplung weist ferner eine Indexierwelle, drehverbunden mit einer Ausgangswelle, und einen Schaltbund, montiert auf der Indexierwelle, auf. Die Sperrkupplung ist auch dazu ausgelegt, sich auf der Indexierwelle in eine eingerückte und ausgerückte Konfiguration zu verschieben, und weist eine Vielzahl von Zähnen auf einer Fläche auf. Mindestens ein Zahn in der Vielzahl von Zähnen in dem Schaltbund weist ein verjüngtes Ende auf. Die Sperrkupplung weist ferner einen Indexiermechanismus, gekoppelt an den Schaltbund und die Indexierwelle, auf. Der Indexiermechanismus gestattet während des Schaltbundeingriffs eine Indexierung zwischen der Indexierwelle und dem Schaltbund. Auf diese Weise arbeitet das Profil der Kupplungszähne und des Indexiermechanismus zusammen, um die Wahrscheinlichkeit eines blockierten Zustands in der Kupplung zu verringern. Als ein Ergebnis werden von der Kupplungsanordnung ausgehende Geräusche, Vibrationen und Rauigkeit (NVH) sowie die Wahrscheinlichkeit einer Schaltverzögerung und Funktionsstörung der Kupplung reduziert.
In einem anderen Beispiel kann der Indexiermechanismus dazu ausgelegt sein, durch Trägheitslast während des Getriebestrangbetriebs verursachte Indexierung zwischen der Indexierwelle und dem Schaltbund zu verhindern. Auf diese Weise gestattet der Indexiermechanismus Schaltbundindexierung während des Kupplungseingriffs, verhindert aber unerwünschte Indexierung während anderer Modi des Getriebestrangbetriebs, wodurch NVH im Getriebestrang weiter reduziert wird.
Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt ist, um in einer vereinfachten Form eine Auswahl von Begriffen, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben werden, einzuführen. Sie soll nicht dazu dienen, wichtige oder essenzielle Merkmale des beanspruchten Gegenstands, dessen Schutzumfang durch die der ausführlichen Beschreibung folgenden Ansprüche eindeutig definiert wird, zu bezeichnen. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen begrenzt, die vorstehend oder in einem jeglichen Teil dieser Offenbarung angemerkte Nachteile beseitigen.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, das ein Elektroantriebsachssystem aufweist.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Beispiels eines Elektroantriebsachssystems mit einem Getriebestrang mit mehreren auswählbaren Zahnradsätzen.
3 zeigt eine Draufsicht des Elektroantriebsachssystems, abgebildet in 2.
4 zeigt eine Seitenansicht des Elektroantriebsachssystems, abgebildet in 2.
5 zeigt eine Querschnittsansicht eines Elektromotors/Generators und einer Eingangswelle in dem Elektroantriebsachssystem, abgebildet in 2.
6 zeigt eine Querschnittsansicht einer Zwischenwelle in dem Getriebestrang des Elektroantriebsachssystems, abgebildet in 2.
7 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ausgangswelle, einer Planetenradanordnung und eines Differenzials in dem Getriebestrang des Elektroantriebsachssystems, abgebildet in 2.
8 zeigt eine detaillierte Ansicht der Ausgangswelle, Planetenradanordnung und des Differenzials in dem Getriebestrang des Elektroantriebsachssystems, abgebildet in 2.
9 zeigt eine detaillierte Ansicht der Kupplungsanordnungen in dem Getriebestrang des Elektroantriebsachssystems, abgebildet in 2.
Die 10-12 zeigen eine Eingriffssequenz in einem Beispiel einer Sperrkupplung.
13 zeigt eine Seitenansicht einer Indexierwelle und eine Stirnseite eines Schaltbunds in einer Sperrkupplung.
14 zeigt eine Draufsicht der Indexierwelle, abgebildet in 13.
Die 15-16 zeigen verschiedene Querschnittsansichten eines Beispiels eines Indexiermechanismus in einer Indexierwelle und einem Schaltbund.
17 zeigt ein weiteres Beispiel einer Indexierwelle und eines Schaltbunds in einer Sperrkupplung.
18 zeigt ein Beispiel eines Indexiermechanismus in der in 17 abgebildeten Sperrkupplung.
19 zeigt ein Verfahren für den Betrieb einer Kupplungsanordnung in einem Elektroantriebsachssystem.
Die 20-22 zeigen Energiepfade für unterschiedliche Betriebsmodalitäten des Elektroantriebsachssystems, gezeigt in 2.
23 zeigt ein Beispiel einer Einwegkupplung.
Die 2-18 und 20-23 sind annähernd maßstabgerecht gezeichnet. In anderen Ausführungsformen können jedoch andere relative Abmessungen der Komponenten verwendet werden.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Eine Sperrkupplung mit selbstindexierender Funktionalität in einem Getriebestrang einer Elektroantriebsachse, die Kupplungszähnen gestattet, gleichmäßig in einer passenden Position während eines Eingreifens zu landen, wird hier beschrieben. Um den gleichmäßigen Zahneingriff zu erreichen, umfasst die Sperrkupplung Zähne mit verjüngten Enden und einen Indexiermechanismus, der „Drehkonformität“ zwischen einem Schaltbund und einer Indexierwelle in der Kupplung gestattet. Wenn die Zähne in Bezug zueinander in einer blockierten Position sind, wird, wenn die Schaltbundzähne in Richtung der Zahnradzähne geschoben werden, dem Schaltbund gestattet, zu indexieren, und die Schaltbundzähne gleiten in einen passenden Eingriff mit den Zahnradzähnen. Folglich können Kupplungsgeräusche, Vibrationen und Rauigkeit (NVH) reduziert werden, und die Chance von Kupplungsschaltverzögerungen und in einigen Fällen Funktionsstörungen kann verringert werden. Ferner kann, in einem Beispiel, der Indexiermechanismus dazu ausgelegt sein, durch Trägheitslast während des Betriebs des Getriebestrangs verursachte Indexierung zwischen dem Schaltbund und der Indexierwelle zu verhindern. Auf diese Weise kann während Getriebestrangbetriebsmodi außerhalb des Kupplungseingriffs Indexierung vermieden werden, was von der Sperrkupplung ausgehende NVH weiter reduziert.
1 veranschaulicht schematisch ein Fahrzeug mit einem Elektroantriebsachssystem, gestaltet mit mehreren Übersetzungsverhältnissen. Die 2-4 veranschaulichen unterschiedliche Ansichten eines Beispiels eines Elektroantriebsachssystems. 5 zeigt eine Querschnittsansicht eines Elektromotors/Generators, enthalten in dem Elektroantriebsachssystem, gezeigt in 4. 6 zeigt eine Querschnittsansicht einer Eingangswelle und Zwischenwelle, enthalten in einem Getriebestrang in dem Elektroantriebsachssystem, gezeigt in 4. 7 zeigt eine Querschnittsansicht einer Zwischenwelle und einer Ausgangswelle in dem Getriebestrang in dem Elektroantriebsachssystem, gezeigt in 4. 8 zeigt eine Querschnittsansicht der Ausgangswelle, enthalten in dem Getriebestrang in dem Elektroantriebsachssystem, gezeigt in 4. 9 zeigt eine detaillierte Ansicht von Kupplungsanordnungen in dem Elektroantriebsachssystem, gezeigt in 4. Die 10-12 zeigen eine Eingriffssequenz in einer Zwischenfläche einer Sperrkupplung. Die 13-14 zeigen unterschiedliche Ansichten einer Indexierwelle und eine Stirnseite eines Schaltbunds in einer Sperrkupplung. Die 15-16 zeigen verschiedene Querschnittsansichten eines Beispiels eines Indexiermechanismus in einer Indexierwelle und dem Schaltbund. 17 zeigt ein weiteres Beispiel einer Indexierwelle und eines Schaltbunds in einer Sperrkupplung. 18 zeigt einen Indexiermechanismus, enthalten in der in 17 abgebildeten Sperrkupplung. 19 zeigt ein Verfahren für den Betrieb einer Kupplungsanordnung in einem Elektroantriebsachssystem. Die 20-22 zeigen beispielhafte Getriebestrangenergiepfade, die während verschiedener Modi des Systembetriebs auftreten. 23 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Einwegkupplung. Beispiele, wie hierin dargestellt, vermitteln keine Art von Vorzugsangabe, sondern kennzeichnen potenzielle Aspekte des Systems.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einem Elektroantriebsachssystem 102 mit einem Getriebestrang 104 und einem Elektromotor/Generator 106. Die Strichdarstellung von 1 stellt eine High-Level-Topologie des Fahrzeugs, Getriebestrangs und entsprechender Komponenten bereit. Es versteht sich jedoch, dass das Fahrzeug, der Getriebestrang und entsprechende Komponenten eine höhere strukturelle Komplexität aufweisen, als in 1 erfasst. Die strukturellen Einzelheiten der verschiedenen Facetten des Getriebestrangs 104 sind hierin ausführlicher mit Bezug auf die 2-18 und 20-23 veranschaulicht.
Der Elektromotor/Generator 106 ist mit einer Energiespeichervorrichtung 108 (beispielsweise Batterie, Kondensator und dergleichen) elektrisch gekoppelt. Pfeile 109 geben den Energietransfer zwischen dem Elektromotor/Generator 106 und der Energiespeichervorrichtung 108 an, der während unterschiedlicher Modi des Systembetriebs auftreten kann. Der Elektromotor/Generator 106 kann konventionelle Komponenten zum Erzeugen von Rotationsausgabe (beispielsweise Vorwärts- und Rückwärtsantriebs-Rotationsausgabe) und/oder elektrischer Energie zum Aufladen der Energiespeichervorrichtung 108, beispielsweise einen mit einem Stator elektromagnetisch interagierenden Rotor, um die vorstehend erwähnte Energieübertragungsfunktionalität bereitzustellen, umfassen. Der Elektromotor/Generator 106 ist gezeigt, aufweisend eine Rotorwelle 180 mit einem ersten Lager 181 und einem daran gekoppelten zweiten Lager 182. Das erste Lager 181 kann ein festes Lager sein, und das zweite Lager 182 kann ein schwimmendes Lager sein. Obwohl das zweite Lager 182 innerhalb des Motor/Generators gezeigt ist, versteht es sich, dass das Lager 182 in einigen Ausführungsformen an die Eingangswelle gekoppelt sein kann, um deren Rotation zu ermöglichen. Weitere Lageranordnungen in Bezug auf den Motor/Generator sind vorstellbar, beispielsweise Anordnungen mit alternativen Mengen und/oder Typen von Lagern.
Das Fahrzeug kann eine Vielzahl von Formen in unterschiedlichen Ausführungsformen annehmen. Beispielsweise kann das Fahrzeug 100 ein Hybridfahrzeug sein, wobei sowohl der Elektromotor/Generator 106 als auch die Verbrennungskraftmaschine (nicht gezeigt) für Bewegungsenergieerzeugung genutzt werden. Beispielsweise kann in einem Anwendungsfall von Hybridfahrzeugkonfiguration die Verbrennungskraftmaschine während bestimmter Bedingungen ein Aufladen der Energiespeichervorrichtung 108 unterstützen. In einem weiteren Anwendungsfall von Hybridfahrzeugkonfiguration kann die Verbrennungskraftmaschine dazu ausgelegt sein, einem Differenzial 110 oder anderen geeigneten Stellen in dem Getriebestrang 104 Rotationsenergie bereitzustellen. In einem noch weiteren Anwendungsfall von Hybridfahrzeugkonfiguration kann die Kraftmaschine einer weiteren Antriebsachse (nicht gezeigt) einen Rotationseingang bereitstellen. Ferner, in weiteren Beispielen, kann das Fahrzeug ein batterieelektrisches Fahrzeug (Battery Electric Vehicle, BEV) sein, wo die Verbrennungskraftmaschine weggelassen wurde.
Die Rotorwelle 180 des Elektromotor/Generators 106 ist an eine Eingangswelle 112 gekoppelt. Beispielsweise kann die Rotorwelle 180 durch Übergangssitz, Steckmontage, mechanische Anbringung, verzahntes Eingreifen, Kombinationen davon usw. mit einem Ende der Eingangswelle 112 verbunden sein. Ein erstes Zahnrad 114 ist an der Eingangswelle 112 positioniert oder ausgebildet. Ein Lager 183 ist an die Eingangswelle 112 gekoppelt gezeigt. In einem Beispiel kann das Lager 183 ein Festlager sein. In anderen Beispielen kann das Lager 183 jedoch ein anderer geeigneter Typ von Lager sein, oder in einigen Fällen kann es aus dem System weggelassen werden.
Ein zweites Zahnrad 116 ist mit dem ersten Zahnrad 114 drehverbunden und sitzt auf einer Zwischenwelle 118. Wie hierin beschrieben, kann Drehverbindung zwischen Zahnrädern oder anderen Komponenten eine Schnittstelle zwischen den Zahnrädern umfassen, wo Zähne der Zahnräder ineinandergreifen, um dazwischen eine Übertragung von Rotationsenergie zu ermöglichen. Drehkopplung der Komponenten ermöglicht Rotationsenergieübertragung zwischen den entsprechenden Komponenten. Entkopplung von Rotation kann umgekehrt einen Status zwischen zwei Komponenten umfassen, wenn die Übertragung von Rotationsenergie zwischen den Komponenten im Wesentlichen verhindert ist.
Ein drittes Zahnrad 120 und ein viertes Zahnrad 122 sind zusätzlich auf der Zwischenwelle 118 enthalten, obwohl auch andere Zahnradanordnungen in Betracht gezogen wurden. Lager 184 (beispielsweise Schrägrollenlager) sind an jedes axiale Ende der Zwischenwelle 118 gekoppelt, um die Welle zu stützen und ihre Rotation zu erleichtern. Die Schrägrollenlager können im Vergleich zu anderen Typen von Lagern, beispielsweise Kugellagern, die Breite des Achspakets verringern. Andere geeignete Zwischenwellenlagertypen und/oder Anordnungen wurden jedoch in Betracht gezogen. Die Lageranordnung an der Zwischenwelle sowie andere hierin beschriebene Lageranordnungen können basierend auf der erwarteten Wellenbelastung (beispielsweise radiale und Druckbelastung), Zahnradgröße, Wellengröße usw. ausgewählt werden.
Mit der Beschreibung des Getriebestrangs fortfahrend, ist das vierte Zahnrad 122 drehgekoppelt mit einem fünften Zahnrad 124, und das dritte Zahnrad 120 ist drehgekoppelt mit einem sechsten Zahnrad 126. Das erste Zahnrad 114, das zweite Zahnrad 116, das dritte Zahnrad 120, das vierte Zahnrad 122, das fünfte Zahnrad 124 und das sechste Zahnrad 126 sind in der veranschaulichten Ausführungsform in einer Zahnradanordnung 130 enthalten. In anderen Ausführungsformen kann die Zahnradanordnung jedoch eine alternative Anzahl von Zahnrädern und/oder eine andere Gestaltung aufweisen. Die Anzahl von Zahnrädern in der Anordnung und die Konfiguration der Anordnung können ausgewählt werden auf der Grundlage der Entwurfsziele für die Endanwendung, beispielsweise im Zusammenhang mit dem gewünschten Gangbereich und der Konfektionierung.
Das erste Zahnrad 114, das zweite Zahnrad 116, das vierte Zahnrad 122 und das fünfte Zahnrad 124 können in einem ersten Zahnradsatz 127 enthalten sein. Darüber hinaus können das erste Zahnrad 114, das zweite Zahnrad 116, das dritte Zahnrad 120 und das sechste Zahnrad 126 in einem zweiten Zahnradsatz 129 enthalten sein. Der erste Zahnradsatz 127 kann ein höheres Übersetzungsverhältnis als der zweite Zahnradsatz 129 aufweisen, in einem Beispiel. Andere Zahnradanordnungen in den anderen Zahnradsätzen können jedoch genutzt werden, in anderen Beispielen. Kupplungsanordnungen im System 102 gestatten dem ersten Zahnradsatz 127 oder dem zweiten Zahnradsatz 129, in einen Betriebsstatus versetzt zu werden. Die Kupplungsanordnungen gestatten dem Übersetzungsverhältnis, das Antriebsrädern 128 auf Antriebsoberflächen 133 mittels der Zahnradanordnung 130, einer Planetenradanordnung 138 und des Differenzials 110 zugeführt wurde, eingestellt zu werden. Beispielsweise können die Kupplungsanordnungen betrieben werden, um unter bestimmten Bedingungen (beispielsweise Abschleppen, Betrieb des Fahrzeugs mit geringerer Geschwindigkeit usw.) den ersten Zahnradsatz 127 einzurücken, und unter anderen Bedingungen (beispielsweise Betriebs des Fahrzeugs mit höheren Geschwindigkeiten) den zweiten Zahnradsatz 129 einzurücken. Das System kann, basierend auf Fahrzeugbetriebsbedingungen, Fahrereingaben usw., zwischen verschiedenen Zahnradsätzen wechseln. So weist der Getriebestrang bestimmte auswählbare Übersetzungsverhältnisse auf, die dem Getriebestrang gestatten, an unterschiedliche Fahrbedingungen angepasst zu werden, falls gewünscht. Es versteht sich, dass die Einstellbarkeit des Übersetzungsverhältnisses auch genutzt werden kann, um in einigen Fällen den Wirkungsgrad des Elektromotors zu erhöhen.
Das System 102 kann konkret eine erste Kupplungsanordnung 132 und eine zweite Kupplungsanordnung 134 umfassen. Die erste Kupplungsanordnung 132 ist dazu ausgelegt, das fünfte Zahnrad 124 drehend an die Ausgangswelle 136 zu koppeln und von ihr zu entkoppeln. Ebenso funktioniert die zweite Kupplungsanordnung 134, um das sechste Zahnrad 126 drehend an die Ausgangswelle 136 zu koppeln und von ihr zu entkoppeln. Die erste Kupplungsanordnung 132 kann eine Einwegkupplung 185 (beispielsweise eine Freilaufkupplung) und eine Sperrkupplung 186 umfassen, die zusammenarbeiten, um in einer kompakten Anordnung die Kopplungs-/Entkopplungsfunktionalität zu vollziehen. Die Struktur und Funktion der Einweg- und Sperrkupplungen werden hierin ausführlicher beschrieben. Die zweite Kupplungsanordnung 134 kann eine Nassreibungskupplung sein, die ein gleichmäßiges Einrücken/Ausrücken bereitstellt, in einer Ausführungsform. In anderen Beispielen kann die zweite Kupplungsanordnung 134 jedoch zusätzliche oder alternative Typen geeigneter Kupplungen umfassen (beispielsweise hydraulisch, elektromagnetisch usw.).
Die Ausgangswelle 136 ist mit der Planetenradanordnung 138 drehgekoppelt, in der veranschaulichten Ausführungsform. Die Planetenradanordnung 138 kann einen Ring 187 umfassen, auch bezeichnet als ein Hohlrad, einen Träger 188 mit daran montierten Planetenrädern 189, und ein Sonnenrad 190, einen raumeffizienten Entwurf bereitstellend, der in der Lage ist, im Vergleich zu Nicht-Planetenanordnungen ein relativ hohes Übersetzungsverhältnis bereitzustellen. In der veranschaulichten Ausführungsform ist das Sonnenrad 190 drehgekoppelt mit der Ausgangswelle 136, und der Träger 188 ist drehgekoppelt mit dem Differenzial 110 (beispielsweise einem Differenzialgehäuse). In alternativen Beispielen können jedoch verschiedene Zahnräder in der Planetenanordnung mit der Ausgangswelle und dem Differenzial drehgekoppelt sein. Ferner können in einem Beispiel die Komponenten der Planetenradanordnung 138 in Bezug auf die Komponenten, die stationär gehalten werden und denen gestattet ist, sich zu drehen, nicht einstellbar sein. In einem Anwendungsfallbeispiel kann der Ring 187 im Wesentlichen stationär gehalten werden, und der Träger 188, Planetenräder 189 und das Sonnenrad 190 sowie der stationäre/drehende Status der Zahnräder kann während der Operation des Getriebestrangs unverändert bleiben. In der veranschaulichten Ausführungsform ist der Ring 187 fest mit dem Motor/Generator-Gehäuse gekoppelt, um Systemraumeffizienz zu erhöhen. In anderen Fällen kann der Ring jedoch fest an andere Fahrzeugstrukturen gekoppelt sein. Durch Verwendung einer nicht einstellbaren Planetenanordnung kann der Betrieb des Getriebestrangs im Vergleich zu Planetenanordnungen mit Zahnrädern, deren Rotationsstatus einstellbar ist, vereinfacht werden. In anderen Ausführungsformen können jedoch im System einstellbare Planetenanordnungen verwendet werden.
Verschiedene Lager können mit der Ausgangswelle 136 und der Planetenradanordnung 138 gekoppelt werden, um Rotation von an die Welle und Anordnung gekoppelten Komponenten zu ermöglichen und in einigen Fällen die Komponenten in Bezug auf radiale und/oder Drucklasten zu unterstützen. Ein Lager 191 (beispielsweise ein Nadellager) ist an die Ausgangswelle 136 und die zweite Kupplungsanordnung 134 gekoppelt gezeigt. Darüber hinaus ist ein Lager 192 (beispielsweise ein Schrägrollenlager) an die zweite Kupplungsanordnung 134 gekoppelt gezeigt. Ein Lager 193 (beispielsweise ein schwimmendes Lager) ist ebenfalls an die zweite Kupplungsanordnung 134 und die Ausgangswelle 136 gekoppelt gezeigt. Ein Lager 194 (beispielsweise ein Axiallager) kann auch axial zwischen dem sechsten Zahnrad 126 und der ersten Kupplungsanordnung 132 positioniert und daran gekoppelt sein. Ein Lager 196 (beispielsweise ein Festlager) kann auch an die Einwegkupplung 185 gekoppelt sein. Darüber hinaus ist ein Lager 197 (beispielsweise ein Kugellager) an die Planetenradanordnung 138 gekoppelt gezeigt, und ein Lager 198 (beispielsweise ein Kugellager) ist an das Differenzialgehäuse 142 gekoppelt gezeigt. Andere geeignete Lageranordnungen sind jedoch vorstellbar, beispielsweise Anordnungen, in denen die Anzahl und/oder Konfigurationen der Lager variiert sind.
Darüber hinaus zeigt 1 die Planetenradanordnung 138 direkt drehgekoppelt mit dem Differenzial 110. Eine Direktkopplung der Planetenradanordnung mit dem Differenzial erhöht die Kompaktheit des Systems und vereinfacht die Systemarchitektur. In anderen Beispielen kann jedoch zwischen der Planetenradanordnung und dem Differenzial ein Zwischenrad bereitgestellt sein. Das Differenzial 110 seinerseits ist so gestaltet, dass es eine an die Antriebsräder 128 gekoppelte Achse 140 drehend antreibt. Gezeigt ist, dass die Achse 140 einen ersten Wellenabschnitt 141 und einen zweiten Wellenabschnitt 143, gekoppelt an unterschiedliche Antriebsräder 128, aufweist. Ferner ist gezeigt, dass die Achse 140 innerhalb (beispielsweise koaxial zu) der Ausgangswelle 136 angeordnet ist, was das Erreichen eines raumeffizienteren Entwurfs gestattet. In anderen Beispielen können jedoch versetzte Achse-Ausgangswellen-Anordnungen genutzt werden.
Ferner kann die Achse 140 in einem Beispiel eine Starrachse sein. Eine Starrachse, im Stand der Technik auch als Vollachse oder starre Achse bezeichnet, kann eine Achse sein, deren mechanische Komponenten einander strukturell stützen und sich zwischen an die Achse gekoppelten Antriebsrädern erstrecken. Die an die Achse gekoppelten Räder können sich folglich beim Verschränken, beispielsweise während einer Fahrzeugfahrt auf unebenen Straßenoberflächen, im Gleichlauf bewegen. Beispielsweise kann die Starrachse in einer Ausführungsform eine strukturell durchgehende Achse sein, die die Antriebsräder auf einer seitlichen Achse überspannt. In einer anderen Ausführungsform kann die Starrachse koaxiale Wellen umfassen, die einen Rotationseingang von unterschiedlichen Zahnrädern im Differenzial erhalten und von dem Differenzial strukturell gestützt werden.
Das Differenzial 110 kann ein Gehäuse 142 umfassen, in dem Zahnräder, beispielsweise Ritzel, Seitenräder usw. untergebracht sind, um die vorher erwähnte Energieübertragungsfunktion zu erreichen. In einem Beispiel kann das Differenzial 110 ein elektronisches Sperrdifferenzial sein. In einem anderen Beispiel kann das Differenzial 110 ein Differenzial mit elektronisch begrenztem Schlupf oder eine Drehmomentverteilungs-Doppelkupplung sein. In noch anderen Beispielen kann ein offenes Differenzial verwendet werden. Bezugnehmend auf das Beispiel des Sperrdifferenzials, kann das Sperrdifferenzial, wenn nicht gesperrt, gestatten, dass sich die zwei Antriebsräder mit verschiedenen Geschwindigkeiten drehen, und umgekehrt kann das Sperrdifferenzial, wenn es gesperrt ist, die Antriebsräder zwingen, sich mit der gleichen Geschwindigkeit zu drehen. Auf diese Weise kann die Getriebestrangkonfiguration angepasst werden, um unter bestimmten Fahrbedingungen Traktion zu erhöhen. Im Fall des Differenzials mit begrenztem Schlupf gestattet das Differenzial, dass die Abweichung der Geschwindigkeit zwischen Wellen 144, gekoppelt an die Antriebsräder 128, eingeschränkt ist. Folglich kann Traktion unter bestimmten Straßenverhältnissen (beispielsweise Bedingungen mit geringer Traktion wie vereiste Bedingungen, feuchte Bedingungen, schlammige Bedingungen usw.) aufgrund der Beschränkung der Radgeschwindigkeitsabweichung erhöht sein. Darüber hinaus kann beispielsweise in der Drehmomentverteilungs-Doppelkupplung das Differenzial gestatten, dass das an die Antriebsräder gelieferte Drehmoment unabhängig und feiner eingestellt wird, um wiederum Traktion während bestimmter Fahrbedingungen zu erhöhen. Die Drehmomentverteilungs-Doppelkupplung kann folglich eine größere Radgeschwindigkeits-/Drehmomentkontrolle bereitstellen, kann jedoch in einigen Fällen auch komplexer als Sperrdifferenziale oder Differenziale mit begrenztem Schlupf sein.
Das Fahrzeug 100 kann auch ein Steuerungssystem 150 mit einer Steuerung 152 umfassen. Die Steuerung 152 umfasst einen Prozessor 154 und einen Speicher 156. Der Speicher 156 kann darin gespeicherte Anweisungen verwahren, die, wenn durch den Prozessor ausgeführt, die Steuerung 152 veranlassen, die verschiedenen hierin beschriebenen Verfahren, Steuerungstechniken usw. auszuführen. Der Prozessor 154 kann eine Mikroprozessoreinheit und/oder andere Typen von Schaltungen umfassen. Der Speicher 156 kann bekannte Datenspeichermedien umfassen, beispielsweise einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff, einen Nur-Lesen-Speicher, einen Dauerspeicher, Kombinationen davon usw. Ferner versteht es sich, dass der Speicher 156 einen nicht flüchtigen Speicher umfassen kann.
Die Steuerung 152 kann verschiedene Signale von Sensoren 158 empfangen, die an verschiedene Stellen im Fahrzeug 100 und im Elektroantriebsachssystem 102 gekoppelt sind. Die Sensoren können einen Motor-Generator-Geschwindigkeitssensor 160, einen Energiespeichervorrichtungs-Temperatursensor 162, einen Energiespeichervorrichtungs-Ladestatussensor 164, Radgeschwindigkeitssensoren 166, Kupplungspositionssensoren 168 usw. umfassen. Die Steuerung 152 kann auch Steuerungssignale an verschiedene Aktuatoren 170 senden, die an verschiedene Stellen im Fahrzeug 100 und im Elektroantriebsachssystem 102 gekoppelt sind. Beispielsweise kann die Steuerung 152 Signale an den Elektromotor/Generator 106 und die Energiespeichervorrichtung 108 senden, um die Rotationsgeschwindigkeit und/oder -richtung (beispielsweise die Vorwärtsantriebs-Rotationsrichtung und die Rückwärtsantriebs-Rotationsrichtung) des Motor/Generators einzustellen. Die Steuerung 152 kann auch Signale an die erste Kupplungsanordnung 132 und die zweite Kupplungsanordnung 134 senden, um das operative Übersetzungsverhältnis im Getriebestrang 104 einzustellen. Beispielsweise kann die erste Kupplungsanordnung 132 ausgerückt sein und die zweite Kupplungsanordnung 134 kann eingerückt sein, um den zweiten Zahnradsatz 129 in einen Betriebsstatus zu setzen (Übertragen von Rotationsenergie zwischen dem Elektromotor-Generator 106 und der Ausgangswelle 136), oder umgekehrt. Konkret kann die Steuerung in einem Beispiel Anweisungen umfassen, die im Speicher gespeichert sind, was die Steuerung veranlasst, eine Sperrkupplung in der ersten Kupplungsanordnung in Reaktion auf das Empfangen einer Anforderung zur Einleitung eines Rückwärts- oder Regenerationsmodus in einen eingerückten Zustand zu überführen, beispielsweise. Die anderen steuerbaren Komponenten im Fahrzeug- und Getriebesystem können im Hinblick auf Befehlssignale und Aktuatoreinstellung in einer ähnlichen Weise funktionieren. Beispielsweise kann das Differenzial 110 Befehlssignale von der Steuerung 152 empfangen.
Das Fahrzeug 100 kann auch eine Eingabevorrichtung 172 aufweisen (beispielsweise einen Gangwähler wie einen Schaltknüppel, Schalthebel usw., ein Bremspedal, ein Fahrpedal, eine Konsolen-Instrumententafel, eine Berührungsschnittstelle, ein Berührungsfeld, eine Tastatur, Kombinationen davon usw.). Die Eingabevorrichtung 172, die auf Fahrereingabe reagiert, kann eine Modusanforderung erzeugen, die für den Getriebestrang einen gewünschten Betriebsmodus angibt. Beispielsweise kann in einem Anwendungsfallbeispiel der Fahrer einen Gangwählhebel in einen Gangmodus setzen (beispielsweise den Modus des ersten Gangs oder den Modus des zweiten Gangs), um an der Steuerung eine Anforderung eines modalen Übergangs des Zahnradsatzes zu erzeugen. In Reaktion darauf befiehlt die Steuerung Getriebestrangkomponenten (beispielsweise der ersten Kupplungsanordnung 132 und der zweiten Kupplungsanordnung 134) aus einem Modus des zweiten Gangs, wo der zweite Zahnradsatz 129 arbeitet, einen Übergang in einen Modus des ersten Gangs zu initiieren, wo der erste Zahnradsatz 127 arbeitet, oder umgekehrt. Andere Modusübergänge sind vorstellbar, etwa ein Modusübergang aus einem Rückwärtsantriebsmodus in einen Vorwärtsantriebsmodus oder umgekehrt, in Reaktion auf eine Fahrereingabe, die von der Eingabevorrichtung 172 empfangen wurde. In anderen Beispielen können jedoch stärker automatisierte Getriebestrangmodusübergänge implementiert werden. Beispielsweise kann die Steuerung den Getriebestrang automatisch in den Modus des ersten Gangs oder den Modus des zweiten Gangs setzen, basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder -last, beispielsweise. Die Steuerung 152 kann auch dazu ausgelegt sein, das Elektroantriebsachssystem 102 in einen regenerativen Modus zu überführen. Im regenerativen Modus wird unter Verwendung des Elektromotors/Generators 106 Energie aus dem Zahnradsatz extrahiert und an die Energiespeichervorrichtung 108 übertragen. Beispielsweise kann der Elektromotor/Generator 106 in einen Generatormodus platziert werden, wo mindestens ein Teil der von den Antriebsrädern über den Zahnradsatz auf den Generator übertragenen Energie in elektrische Energie umgewandelt wird. Eine Vielfalt unterschiedlicher Modussteuerungsstrategien ist vorstellbar. Die sich während den verschiedenen Systemmodi entfaltenden Energiepfade werden hierin unter Bezugnahme auf die 20-22 ausführlicher diskutiert. In einem Beispiel führt die Steuerung in Reaktion auf das Empfangen einer Anforderung nach Übergang in einen umgekehrten oder Regenerationsmodus ein Einrücken einer Sperrkupplung in der ersten Kupplungsanordnung 132 herbei.
2 zeigt ein Elektroantriebsachssystem 200. Es versteht sich, dass das Elektroantriebsachssystem 200, gezeigt in 2, als ein Beispiel des Elektroantriebsachssystems 102 dient, gezeigt in 1. In bestimmten Beispielen kann mindestens ein Teil der funktionalen und strukturellen Merkmale des in 1 gezeigten Elektroantriebsachssystems 102 in dem in 2 gezeigten Elektroantriebsachssystem 200 verkörpert sein, oder umgekehrt.
Das Elektroantriebsachssystem 200 umfasst wiederum einen Elektromotor/Generator 202 und einen Getriebestrang 204. Der Elektromotor/Generator 202 weist eine elektrische Schnittstelle 206 auf, die in 2 als eine Sammelschiene veranschaulicht ist. In anderen Beispielen können jedoch andere geeignete elektrische Schnittstellen verwendet werden. Der Elektromotor/Generator 202 umfasst ferner ein Gehäuse 208. Der Getriebestrang 204 kann eine Eingangswelle 210, eine Zwischenwelle 212 und eine Ausgangswelle 214 aufweisen. Die Eingangswelle 210 empfängt Rotationseingang (Rotation im Vorwärts- oder Rückwärtsantrieb) vom Elektromotor/Generator 202, während das System im Vorwärts- und Rückwärtsantriebsmodus arbeitet. Verschiedene Zahnräder in einem Getriebestrang 204 sind an die verschiedenen Wellen gekoppelt, wie hierin ausführlicher unter Bezugnahme auf 3 erläutert wird. Rotationsachsen 216, 218 und 220 der Eingangswelle 210, der Zwischenwelle 212 und der Ausgangswelle 214 sind, sofern zutreffend, zu Referenzzwecken in den 2 sowie 3-18 und 20-23 bereitgestellt. 2 zeigt zusätzlich eine Planetenradanordnung 222, drehgekoppelt mit einem Differenzial 224 im Getriebestrang 204. Es versteht sich, dass ein Platzieren der Planetenradanordnung 222 neben dem Differenzial 224 die Übertragung von weniger Drehmoment durch den Getriebestrang 204 gestattet, was dem Antriebsstrang gestattet, weniger und/oder kleinere Komponenten aufzuweisen, falls gewünscht.
Die Planetengetriebeanordnung 222 kann in einer kompakten Anordnung, verglichen mit Nicht-Planetengetriebeanordnungen, ein angestrebtes Gangübersetzungsverhältnis erreichen (beispielsweise ein relativ hohes Gangübersetzungsverhältnis, wie etwa ein Verhältnis größer 20:1). Folglich kann die Planetenradanordnung ein gewünschtes Übersetzungsverhältnis mit weniger Komponenten (beispielsweise Zahnrädern und Wellen) als Nicht-Planetenradanordnungen erreichen, falls gewünscht. Ferner kann, in Ausführungsformen, in denen die Planetenradanordnung einen relativ hohen Drehmomentausgang zeigt, die Planetenanordnung aufgrund der Lastverteilung zwischen den Planetenrädern eine kompaktere Konfektionierung erreichen, falls gewünscht. Das Achssystem 250 ist in 2 sowie in 3-18 und 20-23, sofern zutreffend, zu Referenzzwecken veranschaulicht. Die z-Achse kann eine vertikale Achse sein, die x-Achse kann eine laterale Achse sein und/oder die y-Achse kann eine Längsachse sein, in einem Beispiel. Die Achsen können jedoch andere Ausrichtungen haben, in anderen Beispielen.
3 zeigt ein Elektroachsantriebssystem 200 mit dem Elektromotor/Generator 202, der Eingangswelle 210, der Zwischenwelle 212, der Ausgangswelle 214 und dem Getriebestrang 204. Der Getriebestrang 204 kann ein erstes Zahnrad 300 umfassen, gekoppelt an die Eingangswelle 210. Wie hierin beschrieben, kann das Schlagwort „gekoppelt an“ besagen, dass eine Komponente strukturell an eine andere Komponente gekoppelt oder mit ihr ausgebildet ist. Beispielsweise kann das erste Zahnrad 300 aus einem Flansch an der Eingangswelle 210 herausgearbeitet sein, in einem Beispiel, oder separat hergestellt und danach mechanisch an die Eingangswelle 210 angebracht (beispielsweise geschweißt, geschraubt, im Presssitz angebracht) sein.
Ein zweites Zahnrad 302 ist an die Zwischenwelle 212 gekoppelt. Ein drittes Zahnrad 304 und ein viertes Zahnrad 306 sind ebenfalls an die Zwischenwelle 212 gekoppelt. Darüber hinaus sind ein fünftes Zahnrad 308 und ein sechstes Zahnrad 310 an die Ausgangswelle 214 gekoppelt. Es versteht sich, dass während verschiedenen Modi des Systembetriebs unterschiedliche Sätze von Zahnrädern in Betrieb sein können. Das erste Zahnrad 300, das zweite Zahnrad 302, das vierte Zahnrad 306 und das fünfte Zahnrad 308 können in einem ersten Zahnradsatz 312 enthalten sein. Andererseits können das erste Zahnrad 300, das zweite Zahnrad 302, das dritte Zahnrad 304 und das sechste Zahnrad 310 in einem zweiten Zahnradsatz 314 enthalten sein. Ein Parkrad 311 kann ebenfalls in dem Getriebestrang 204 enthalten sein, in einigen Beispielen. Die Zahnradsätze können jedoch andere Zahnradkombinationen umfassen, in anderen Beispielen. Es versteht sich, dass der erste und zweite Zahnradsatz 312 und 314 unterschiedliche Gangübersetzungsverhältnisse aufweisen können. Auf diese Weise kann der Getriebestrang mehrere Übersetzungsverhältnisse umfassen, um die Anpassungsfähigkeit des Getriebestrangs zu erhöhen. Darüber hinaus können die Zahnradsätze auch einige gemeinsame Zahnräder teilen (beispielsweise das erste und zweite Zahnrad in der veranschaulichten Ausführungsform). Ein Fixieren des ersten Verhältnisses (das heißt, des ersten und zweiten Gangs) in dem Getriebestrang kann eine Erhöhung der Genauigkeit der Gänge gestatten, falls gewünscht, wodurch im Achssystem NVH reduziert werden. Ausführungsformen, in denen Zahnradsätze keine überlappenden Zahnräder umfassen, sind jedoch vorstellbar. Kupplungen, die hierin ausführlicher beschrieben werden, sind in dem Getriebestrang 204 enthalten, um dem ersten Zahnradsatz 312 und dem zweiten Zahnradsatz 314 zu ermöglichen, an die Ausgangswelle 214 gekoppelt / von ihr entkoppelt zu werden. So können verschiedene Zahnradsätze ausgewählt werden, um beispielsweise eine genauere Anpassung an die Fahrumgebung zu erreichen und/oder den Wirkungsgrad des Elektromotors zu erhöhen. Somit können der erste und zweite Zahnradsatz 312 und 314 konzeptionell in eine wählbare Zahnradanordnung 316 eingebunden werden. Eine Schnittebene A-A', die die Querschnittsansicht von 8 angibt, ist in 3 bereitgestellt.
Die Planetenradanordnung 222 ist in 3 drehgekoppelt mit der Ausgangswelle 214 gezeigt. 3 veranschaulicht darüber hinaus das Differenzial 224 in dem Getriebestrang 204, drehgekoppelt mit der Planetenradanordnung 222. Getriebestränge mit Zahnrädern, die zwischen der Planetenradanordnung und dem Differenzial positioniert sind, sind jedoch vorstellbar. Es versteht sich, dass in einigen Ausführungsformen das Übersetzungsverhältnis, das der Planetenradanordnung 222 entspricht, größer als das Übersetzungsverhältnis sein kann, das dem ersten Zahnradsatz 312 oder dem zweiten Zahnradsatz 314 entspricht. Die Planetenradanordnung 222 gestattet die Realisierung eines gewünschten Übersetzungsverhältnisses in einer kompakten Anordnung. Beispielsweise kann die Planetenradanordnung 222 ein relativ hohes Übersetzungsverhältnis und eine relativ hohe Raumeffizienz erreichen, falls gewünscht. In anderen Beispielen können jedoch Nicht-Planetenradanordnungen genutzt werden. Ferner sind die Planetenradanordnung 222 und das Differenzial 224 positioniert auf einer lateralen Seite 322 eines Gehäuses 208 des Elektromotors/Generators 202 gezeigt. Eine laterale Achse 324 des Motors/Generators ist zu Referenzzwecken angegeben. Ein Versetzen der Ausgangswelle 214 und der Zwischenwelle 212 von der Eingangswelle 210 gestattet der Planetenradanordnung 222, auf der Seite 322 des Motor-Generators positioniert zu sein. Es versteht sich, dass die Planetenradanordnung der lateralen Seite 322 des Motors benachbart angeordnet sein kann, aufgrund der Fähigkeit der Planetenradanordnung, in den Getriebestrang ohne ein passendes Zahnrad parallel dazu integriert zu werden, falls gewünscht. So kann die Planetenradanordnung in einem Raum platziert werden, der in bestimmten elektrifizierten Getrieben ungenutzt blieb. Folglich gestattet die Positionierung der Planetenradanordnung auf der Seite des Motors, die Kompaktheit des Achssystems zu erhöhen. Ein Ergebnis ist, dass die während der Achsinstallation in dem Fahrzeug entstehenden Konfektionierungsbegrenzungen weniger ein Problem darstellen. In anderen Beispielen kann die Planetenradanordnung 222 jedoch an anderen geeigneten Stellen positioniert sein. Beispielsweise kann die Planetenradanordnung an einen Abschnitt der Ausgangswelle gekoppelt sein, der sich von dem Motor/Generator weg erstreckt.
4 zeigt eine Seitenansicht des Elektroachsantriebssystems 200 mit der Eingangswelle 210, der Zwischenwelle 212 und der Ausgangswelle 214. Eine Schnittebene B-B', die die Querschnittsansicht von 5 angibt, eine Schnittebene C-C', die die Querschnittsansicht von 6 angibt, und eine Schnittebene D-D', die die Querschnittsansicht von 7 angibt, sind in 4 veranschaulicht.
5 zeigt eine Querschnittsansicht des Elektromotors/Generators 202 und einer Eingangswelle 210 in dem Elektroantriebsachssystem 200. Die Eingangswelle 210 ist im Übergangssitz mit einer Rotorwelle 500 gezeigt. Andere geeignete Kopplungstechniken sind jedoch vorstellbar, wie Presssitz, Schweißen, verzahntes Eingreifen usw. Die Rotorwelle 500 ist an einen Rotor 501 gekoppelt, dazu ausgelegt, elektromagnetisch mit einem Stator 503 zu interagieren, um Vorwärtsantriebs-Rotationsausgabe, Rückwärtsantriebs-Rotationsausgabe zu erzeugen, und/oder um während eines Regenerationsmodus elektrische Energie zu erzeugen.
Ein erstes Lager 502 und ein zweites Lager 504 sind gekoppelt an die Eingangswelle 210 gezeigt, mit einem ersten Zahnrad 300 daran. Die Lager 502 und 504 sind auf gegenüberliegenden axialen Seiten des ersten Zahnrades 300 positioniert, um beispielsweise Wellenbiegemomente zu reduzieren. Andere Lageranordnungen sind jedoch vorstellbar, beispielsweise eine Lageranordnung mit einem oder zwei Lagern an einer nach außen gerichteten Seite des ersten Zahnrades 300. Wie hierin beschrieben, ist ein Lager eine Komponente, die dazu ausgelegt ist, Rotation der Komponente(n), an der/denen es angebracht ist, zu ermöglichen, und kann deshalb rollende Elemente (Kugeln, zylindrische Rollen, verjüngte zylindrische Rollen usw.), Laufflächen (beispielsweise innere und äußere Laufflächen) usw. umfassen, um das Erreichen der Rotationsfunktionalität zu ermöglichen. In einem konkreten Beispiel kann das erste Lager 502 ein schwimmendes Lager sein und/oder kann über eine Steckmontageverzahnung 506 an die Eingangswelle 210 gekoppelt sein. In einem anderen konkreten Beispiel kann das zweite Lager 504 ein Festlager sein. Andere geeignete Lagerkonfigurationen können jedoch in anderen Beispielen genutzt werden, beispielsweise eine Anordnung, in der beide Lager Festlager sind.
Nunmehr wird Bezug genommen auf die 6, wo die Eingangswelle 210 und das erste Zahnrad 300 drehbar an dem zweiten Zahnrad 302 in der Zwischenwelle 212 des Getriebestrangs 204 des Elektroantriebsachssystems 200 gezeigt sind. Folglich wird während des Betriebs des Getriebestrangs ein Drehmoment zwischen dem ersten Zahnrad 300 und dem zweiten Zahnrad 302 übertragen. Das dritte Zahnrad 304 und das vierte Zahnrad 306, angebracht an der Zwischenwelle 212, sind ebenfalls in 6 abgebildet. In anderen Beispielen können jedoch andere Zahnradanordnungen genutzt werden. Lager 600 sind gezeigt, positioniert auf gegenüberliegenden axialen Seiten 602 der Zwischenwelle 212. Die Lager 600 sind konkret veranschaulicht als Schrägrollenlager. In anderen Beispielen können jedoch andere Typen von Lagern und/oder Lageranordnungen verwendet werden.
7 zeigt eine detaillierte Querschnittsansicht der Zwischenwelle 212 und der Ausgangswelle 214, enthalten in dem Elektroantriebsachssystem 200. Das sechste Zahnrad 310 ist gekoppelt an die Ausgangswelle 214 gezeigt. Das fünfte Zahnrad 308 ist an einem Lager 700 an der Ausgangswelle 214 angeordnet. Die Planetenradanordnung 222 und das Differenzial 224 sind ebenfalls in 7 gezeigt. Das Differenzial 224 ist in 7 als ein Kegelraddifferenzial gezeigt, das hier noch ausführlicher diskutiert wird. In anderen Ausführungsformen können jedoch auch Planetenrad-, Stirnrad- oder Schrägraddifferenziale genutzt werden.
Bezug nehmend auf 8, ist eine detailliertere Ansicht der Ausgangswelle 214 und entsprechender Komponenten im Getriebestrang 204 des Elektroantriebsachssystems 200 gezeigt. Konkret sind erneut das fünfte Zahnrad 308, das sechste Zahnrad 310, die Planetenradanordnung 222 und das Differenzial 224 abgebildet. Das Elektroantriebsachssystem 200 umfasst Kupplungen, die dem Übersetzungsverhältnis in dem Getriebestrang 204, das der Planetengetriebeanordnung 222 zugeführt wird, gestatten, angepasst zu werden. Konkret ist eine erste Kupplungsanordnung 800 dazu ausgelegt, das fünfte Zahnrad 308 an die Ausgangswelle 214 drehzukoppeln und von ihr zu entkoppeln, und eine zweite Kupplungsanordnung 802 ist dazu ausgelegt, das sechste Zahnrad 310 an die Ausgangswelle drehzukoppeln bzw. von ihr zu entkoppeln.
9 zeigt eine detaillierte Ansicht der ersten Kupplungsanordnung 800, dazu ausgelegt, das fünfte Zahnrad 308 an die Ausgangswelle 214 drehzukoppeln bzw. von ihr zu entkoppeln. Die erste Kupplungsanordnung 800 umfasst eine Sperrkupplung 900 und eine Einwegkupplung 902, in dem veranschaulichten Beispiel. Die Einwegkupplung 902 ist so gestaltet, dass sie frei um die Ausgangswelle 214 dreht, wenn sie von dem fünften Zahnrad 308 einen Rotationseingang in einer ersten Richtung (Rückwärtsantriebs-Rotationsrichtung) erhält oder wenn sie über die Ausgangswelle überlaufen wird. Die Einwegkupplung 902 ist auch dazu ausgelegt, dass sie Drehmoment auf die Ausgangswelle 214 überträgt, wenn sie von dem fünften Zahnrad 308 einen Rotationseingang in einer zweiten Richtung (beispielsweise der Vorwärtsantriebs-Rotationsrichtung) erhält. In einem Beispiel kann die Einwegkupplung 902 eine Freilaufkupplung sein. In anderen Beispielen können jedoch andere geeignete Typen von Einwegkupplungen verwendet werden, beispielsweise Ratschenkupplungen. Darüber hinaus kann in einem Beispiel ein Abschnitt 903 der Ausgangswelle 214 unter der Einwegkupplung 902 aufgrund von Kontaktbelastung und Ablenkung einer Welle entlang der Einwegkupplung lokal dicker sein. Ferner können in einigen Beispielen Schnappringe 905 genutzt werden, um die Einwegkupplung 902 und/oder das Lager 700 axial zu halten.
Eine Ausführungsform einer Einwegkupplung ist gezeigt in 23. Die Freilaufkupplung 2300 umfasst eine Vielzahl von Freilaufmechanismen 2302, montiert an Trägerringen 2304. Die Freilaufmechanismen 2302 können federbelastet sein und sich um die Achse 2306 drehen. Die Freilaufmechanismen 2302 umfassen gewölbte Oberflächen 2308 mit asymmetrischen Profilen. Wenn sich das fünfte Zahnrad (beispielsweise das fünfte Zahnrad 308, gezeigt in 9), angebracht an der Freilaufkupplung, in der Vorwärtsantriebsrichtung mit einer größeren Geschwindigkeit als die Ausgangswelle (beispielsweise die in 9 gezeigte Ausgangswelle 214) dreht, gelangen die gewölbten Oberflächen 2308 in einen Reibeingriff mit einer Außenfläche der Ausgangswelle und einer Innenfläche des fünften Zahnrades, um dem fünften Zahnrad und der Ausgangswelle zu gestatten, sich im Gleichlauf zu drehen. Wenn das fünfte Zahnrad hingegen in die Rückwärtsantriebsrichtung gedreht wird oder die Ausgangswelle die Zahnraddrehzahl überschreitet, rücken die gewölbten Oberflächen 2308 in den Freilaufmechanismen 2302 aus und gestatten dem fünften Zahnrad 308, gezeigt in 9, sich im Hinblick auf die Ausgangswelle 214, gezeigt in 9, im Freilauf zu drehen, hierin bezeichnet als eine Freilaufkonfiguration. Die Freilaufkupplung gestattet beim Übergang von der Freilaufkonfiguration in die eingerückte Konfiguration ein schnelles und robustes Eingreifen zwischen der Kupplung und der Welle. Darüber hinaus kann die Freilaufkupplung in der Freilaufkonfiguration weniger Widerstand aufweisen, verglichen mit anderen Typen von Freilaufkupplung, beispielsweise Einwegkupplungen mit Ratschenmechanismen.
Die Sperrkupplung 900, veranschaulicht in 9, ist dazu ausgelegt, das fünfte Zahnrad 308 an die Ausgangswelle 214 drehzukoppeln und von ihr zu entkoppeln. Die Sperrkupplung 900 kann eine Klauenkupplung mit Zähnen 904 an einem axial verstellbaren Schaltbund 906 sein, dazu ausgelegt, wenn eingerückt, mit Zähnen 908 in dem fünften Zahnrad 308 in Eingriff zu gelangen. Wenn die Klauenkupplung hingegen ausgerückt ist, können die Zähne 904 am Schaltbund 906 von den Zähnen 908 am fünften Zahnrad 308 beabstandet sein. Die Zähne 908 sind von den Zahnradzähnen 909 am fünften Zahnrad 308 radial nach innen positioniert gezeigt. In anderen Ausführungsformen können jedoch andere Anordnungen der Kupplungszähne am fünften Zahnrad genutzt werden. Auch das Lager 700 (beispielsweise ein Nadelrollenlager), gekoppelt an das fünfte Zahnrad 308, ist in 9 gezeigt. Es versteht, dass das Lager 700 die Einwegkupplung 902 führen kann.
Der Schaltbund 906 kann durch eine Indexierwelle 910 drehend an der Ausgangswelle 214 angebracht sein. Ferner kann die Indexierwelle 910 an der Ausgangswelle durch Presssitz, eine verzahnte Schnittstelle, Kombinationen davon usw. an der Ausgangswelle angebracht sein. Die Indexierwelle 910 kann folglich fest an die Ausgangswelle 214 gekoppelt sein und sich während Getriebestrangbetrieb gemeinsam damit drehen. Obwohl der Schaltbund 906 in der veranschaulichten Ausführungsform dazu ausgelegt ist, sich während des Einrückens und Ausrückens der Sperrkupplung entlang der Indexierwelle 910 axial zu verschieben, versteht es sich, dass Ausführungsformen der Sperrkupplung (beispielsweise Klauenkupplung) vorstellbar sind, in denen die Kupplung dazu ausgelegt ist, sich während Aktivierung radial zu verschieben. In einem solchen Beispiel kann die Kupplungshülse eine sich radial verschiebende Hülse mit evolventischen oder geraden Zähnen sein.
Ein Aktuator 911 (beispielsweise eine Schaltgabel) ist in 9 gekoppelt an die Sperrkupplung 900 gezeigt. Verschiedene Typen von Aktuatoren sind vorstellbar, beispielsweise ein elektromagnetischer Aktuator (beispielsweise ein Solenoid), ein Hydraulikaktuator, ein Pneumatikaktuator, Kombinationen davon usw. Folglich kann der Aktuator 911 dazu ausgelegt sein, den Schaltbund 906 in eine eingerückte Konfiguration zu platzieren, in der Zähne 904 mit den Zähnen 908 im fünften Zahnrad 308 zusammengefügt sind. Ferner ist die Sperrkupplung 900 mit einer selbstindexierenden Funktionalität gestaltet, um ein gleichmäßigeres Eingreifen der Kupplung bereitzustellen. Die Kupplung kann mit Strukturen zum Reduzieren der Möglichkeit (beispielsweise Vermeiden) eines Versatzes der Kupplungszähne gestaltet sein. Als ein Ergebnis wird durch Versatz der Kupplungszähne verursachtes NVH der Kupplung reduziert, und die Wahrscheinlichkeit einer blockierten Bedingung, die Kupplungseingreifen behindert, ist deutlich reduziert (beispielsweise vermieden). Um ein Eingreifen der selbstindexierenden Kupplung zu erreichen, umfasst die Kupplung verjüngte Zähne und einen Indexiermechanismus, der den Zähnen gestattet, beim Übergang in eine eingerückte (beispielsweise „gesperrte“) Konfiguration in einer gewünschten zusammengefügten Position zu landen. Diese Merkmale werden hier mit Bezugnahme auf die 10-18 ausführlicher diskutiert.
Ein Axiallager 912 (beispielsweise ein Nadelaxiallager) ist ebenfalls gezeigt, positioniert an einer Schnittstelle zwischen der Indexierwelle 910 und dem fünften Zahnrad 308, um das Aufrechterhalten eines gewünschten Abstands zwischen den Komponenten zu ermöglichen, während gleichzeitig Rotation dazwischen gestattet wird. Darüber hinaus kann das Axiallager 912 über eine Feder 914 (beispielsweise eine Wellenfeder, eine Schraubenfeder, eine Elastomerfeder usw.) vorgespannt sein. Andere geeignete Getriebestranganordnungen können jedoch in anderen Beispielen verwendet werden, etwa Getriebestränge, in denen die Feder 914 und/oder das Axiallager 912 weggelassen sind. Ein Lager 916 (beispielsweise ein Festlager) ist ebenfalls gezeigt, angebracht an einer Verlängerung 918 (beispielsweise einer Axialverlängerung) des fünften Zahnrades 308, dass mit der Einwegkupplung 902 in Verbindung steht. In anderen Beispielen kann das Lager 916 jedoch aus dem Getriebestrang weggelassen werden. Das Lager 916 ist konkret als ein Kugellager abgebildet. Aufgrund von Kosten und Konfektionierung kann das Kugellager in dem System verwendet werden. In anderen Ausführungsformen kann das Lager 916 jedoch ein Pendelrollenlager, ein Schrägrollenlager, ein Vierpunktkontaktlager usw. sein. In einem Beispiel kann das Lager 916 auf beiden Seiten befestigt sein, um der Feder 914 zu gestatten, auf das Drucklager 912 und das sechste Zahnrad 310 eine Vorbelastung anzuwenden. Die Einwegkupplung 902 wird auch zwischen der Verlängerung 918 des fünften Zahnrades 308 und einer Außenfläche 919 der Ausgangswelle 214 positioniert gezeigt. Andere Positionen der Einwegkupplung sind jedoch vorstellbar.
Die zweite Kupplungsanordnung 802 ist in 9 als eine Nassreibungskupplung abgebildet. Die Verwendung einer Nassreibungskupplung ermöglicht Lastübertragung sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung, und ermöglicht dem Antriebsstrang, einer Sperrkupplung in der zweiten Kupplungsanordnung voranzugehen, in einigen Fällen. In anderen Anordnungen können jedoch alternative Typen von Kupplungen wie Hydraulikkupplungen, elektromagnetische Kupplungen und dergleichen, eingesetzt sein. Die Nassreibungskupplung umfasst Reibungsplatten 920, die sich miteinander im Eingriff befinden, wenn die Kupplung aktiviert wird, um Drehmoment vom sechsten Zahnrad 310 auf die Ausgangswelle 214 zu übertragen. Wenn die Nassreibungskupplung ausgerückt ist, sind die Reibungsplatten 920 friktional entkoppelt, und Drehmomentübertragung von dem sechsten Zahnrad 310 auf die Ausgangswelle 214 ist verhindert. Ein erster Satz von Reibungsplatten 921 ist mit dem sechsten Zahnrad 310 gekoppelt, und ein zweiter Satz von Reibungsplatten 923 ist mit der Ausgangswelle 214 gekoppelt, um eine koppelnde/entkoppelnde Aktion in der Kupplung zu ermöglichen.
Verschiedene Lager können ermöglichen, dass die Nassreibungskupplung gedreht wird, und können der Kupplung axiale und radiale Abstützung bereitstellen. Das der Nassreibungskupplung entsprechende Lager kann beispielsweise ein Führungslager 922 (beispielsweise ein schwimmendes Führungslager), ein Rollenlager 924 (beispielsweise ein Nadelrollenlager), ein Axiallager 926 (beispielsweise ein Nadelrollenaxiallager) und ein Rollenlager 928 sein. Andere geeignete Lageranordnungen, die einen gewünschten Betrag von radialer und axialer Abstützung für die Nassreibungskupplung und die Ausgangswelle für die Nassreibungskupplung bereitstellen, sind vorstellbar.
Die zweite Kupplungsanordnung 802 (beispielsweise Reibungskupplung) und die Sperrkupplung 900 können über Befehle von einer Steuerung, beispielsweise der Steuerung 152, gezeigt in 1, eingestellt werden, um ein Einrücken oder Ausrücken jeder Kupplung zu veranlassen. Das Übersetzungsverhältnis des Getriebestrangs kann wunschgemäß basierend auf Betriebsbedingungen des Fahrzeugs, einer Fahrereingabe usw. eingestellt werden.
Erneut Bezug nehmend auf 8, ist die Planetenradanordnung 222 drehgekoppelt mit der Ausgangswelle 214 gezeigt. 8 veranschaulicht auch die Planetenradanordnung 222 mit einem Sonnenrad 810, drehgekoppelt mit der Ausgangswelle 214. Das Sonnenrad 810 ist drehgekoppelt mit Planetenrädern 812, die an Planetenstiften 814 auf einem Träger 816 angebracht sind. Der Träger 816 wiederum ist an das Differenzial 224 gekoppelt gezeigt. Planetenanordnungen mit anderen Komponenten (beispielsweise Träger oder Ring), gekoppelt mit der Ausgangswelle 214 und anderen Komponenten (beispielsweise Sonnenrad oder Ring), gekoppelt an das Differenzial 224, sind vorstellbar. Die Planetenradanordnung 222 umfasst auch einen Ring 818, der mit den Planetenrädern 812 drehend interagiert. Lager 820 (beispielsweise Nadelrollenlager), angeordnet zwischen den Planetenstiften 814 und den Planetenrädern 812, können den Planetenrädern gestatten, sich zu drehen. Ein Axiallager 822 (beispielsweise Nadelrollenaxiallager) kann ebenfalls an das Sonnenrad 810 gekoppelt werden, um Rotation davon zu ermöglichen und axiale Abstützung dafür bereitzustellen.
Der Ring 818 kann befestigt gehalten werden, um der Planetenradanordnung 222 zu ermöglichen, ein relativ hohes Übersetzungsverhältnis zu erreichen. Folglich kann der Ring 818 geeignete Merkmale, beispielsweise eine Verzahnung 828, aufweisen, um eine Befestigung der Position des Rings zu ermöglichen. In anderen Beispielen können jedoch Planetenradanordnungen verwendet werden, in denen alternative Komponenten festgehalten werden und alternativen Komponenten gestattet ist, sich zu drehen. Beispielsweise kann in einem Beispiel dem Ring gestattet werden, sich frei zu drehen, und der Träger kann stationär gehalten werden, oder in anderen Beispielen kann das Sonnenrad stationär gehalten werden, und dem Träger und dem Ring kann gestattet werden, sich zu drehen. In einer Ausführungsform sind die Komponenten in der Planetenradanordnung, denen gestattet ist, sich zu drehen und stationär gehalten zu werden, möglicherweise nicht einstellbar. In einigen Ausführungsformen können die Komponenten in der Planetenradanordnung, denen gestattet ist, sich zu drehen und im Wesentlichen stationär gehalten zu werden, während des Betriebs des Getriebestrangs im Wesentlichen im gleichen Zustand (einem im Wesentlichen festen Zustand oder einem drehenden Zustand) verbleiben. In einer solchen Ausführungsform kann die Planetenradanordnung folglich eine noch größere Raumeffizienz erreichen. In anderen Ausführungsformen sind auch Planetenkomponenten vorstellbar, deren fester/drehbarer Status während des Betriebs des Getriebestrangs eingestellt werden kann. Druckscheiben und/oder Buchsen 830 können ebenfalls auf gegenüberliegenden axialen Seiten der Planetenräder 812 positioniert werden, um Planetenradabstand bereitzustellen und Funktionalität zu unterstützen.
Eine Kupplungsanordnung 832, dazu ausgelegt, das Differenzial 224 zu sperren und zu entsperren, kann ebenfalls in dem Getriebestrang 204 enthalten sein. Die Kupplungsanordnung 832 kann in einem Beispiel eine Sperrkupplung 834 (beispielsweise eine Klauenkupplung) umfassen, dazu ausgelegt, in einer gesperrten und entsperrten Konfiguration zu operieren. In einer gesperrten Konfiguration veranlasst die Sperrkupplung 834 die Seitenräder 836, sich im Gleichlauf zu drehen. Umgekehrt gestattet die Sperrkupplung 834 in der entsperrten Konfiguration den Seitenrädern 836, Drehgeschwindigkeitsvarianz aufzuweisen. Eines der Zahnräder 836 kann folglich Zähne 837 aufweisen, die sich mit Zähnen 839 in der Sperrkupplung 834 im Eingriff befinden/aus ihnen ausgerückt sind. Die Kupplungsanordnung 832 kann ferner einen elektronischen Aktuator 835 (beispielsweise ein Solenoid) umfassen, der ein Einrücken und Ausrücken der Kupplungsanordnung 832 veranlasst.
8 zeigt auch das Differenzial 224, drehgekoppelt an eine Achse 838. Konkret können die Seitenräder 836 mit der Achse 838 drehverbunden sein. Die Achse 838 ist gezeigt, aufweisend einen ersten Wellenabschnitt 840, der an ein erstes Antriebsrad gekoppelt sein kann, und einen zweiten Wellenabschnitt 842, der an ein zweites Antriebsrad gekoppelt sein kann. In anderen Ausführungsformen kann sich jedoch eine durchgehende Welle durch das Differenzial erstrecken, oder die Welle kann in zusätzliche Abschnitte geteilt sein. Die Achse 838 kann eine Starrachse sein, was eine Erhöhung des Lasttragvermögens und der Haltbarkeit der Achse ermöglicht, falls gewünscht. In anderen Fällen können jedoch nicht starre Achsentwürfe genutzt werden. Darüber hinaus ist die Achse 838 in einer inneren Öffnung 841 der Ausgangswelle 214 positioniert und ist koaxial damit positioniert, um Systemkompaktheit zu erhöhen. In einigen Fällen können jedoch axial versetzte Achsausgangswellenkonfigurationen genutzt werden. Gezeigt ist auch ein Lager 846, gekoppelt an ein Gehäuse 848 des Differenzials 224. Darüber hinaus ist ein Lager 849 gezeigt, gekoppelt an die Planetenradanordnung 222 (beispielsweise den Träger 816). In anderen Ausführungsformen kann das Lager 849 jedoch weggelassen oder in einer anderen geeigneten Position platziert werden.
Das Gehäuse 848 ist mit dem Träger 816 drehgekoppelt. Das Gehäuse 848 wiederum ist mit Innendifferenzialzahnrädern drehgekoppelt. 8 zeigt konkret das Differenzial 224, verkörpert als ein Sperrdifferenzial (beispielsweise ein elektronisches Sperrdifferenzial). Wie vorher diskutiert, sind jedoch auch andere Typen von Differenzialen vorstellbar, etwa Differenziale mit begrenztem Schlupf (beispielsweise elektronische Differenziale mit begrenztem Schlupf), Differenziale mit einer Drehmomentverteilungs-Doppelkupplung, offene Differenziale usw. Im Fall eines offenen Differenzials kann das Differenzial ein gemeinsames Gehäuse mit der Planetenradanordnung teilen, und das Gehäuse kann dimensioniert und profiliert sein, um die Installation eines Differenzialzahnrads zu gestatten. Ferner umfasst das in 8 abgebildete Differenzial 224 Kegelräder 860, angebracht über eine Kegelradwelle 862. Darüber hinaus sind in der veranschaulichten Ausführungsform die Kegelräder 860 drehgekoppelt mit den Seitenrädern 836. In anderen Beispielen können jedoch auch Planetenrad-, Stirnrad- oder Schrägraddifferenziale genutzt werden.
Die 10-12 zeigen eine Sequenz des Eingreifens in eine Sperrkupplung 1000. Die Sperrkupplung 1000 ist ein Beispiel der Sperrkupplung 900, gezeigt in 9. Die Sperrkupplung 1000 kann in dem Elektroantriebsachssystem 200, gezeigt in den 2-9, enthalten sein und bereits beschriebene strukturelle und/oder funktionale Elemente verschiedener Komponenten im System enthalten.
Die Sperrkupplung 1000 weist eine gezahnte Fläche 1002 an einem Zahnrad 1004 (beispielsweise dem fünften Zahnrad 308, gezeigt in den 2-9) und eine gezahnte Fläche 1006 an einem Schaltbund 1008 auf. Die gezahnte Fläche 1002 erstreckt sich (erstreckt sich beispielsweise axial) von einem Zahnradkörper 1010, und die gezahnte Fläche erstreckt sich (erstreckt sich beispielsweise axial) von einem Hülsenkörper 1012. Der Schaltbund 1008 kann, in einer Ausführungsform, dazu ausgelegt sein, sich während Kupplungsbetätigung axial entlang einer Indexierwelle (beispielsweise einer Indexierwelle 910, gezeigt in 9) zu verschieben. In anderen Ausführungsformen kann der Schaltbund 1008 jedoch dazu ausgelegt sein, sich während der Aktion des Einrückens/Ausrückens in Bezug auf die Indexierwelle radial zu verschieben. Kerbverzahnungen und andere geeignete geometrische Merkmale können in dem Schaltbund und dem Zahnrad enthalten sein, um eine Verschiebung (beispielsweise eine radiale oder axiale Verschiebung) dazwischen zu gestatten. Wie bereits diskutiert, kann die Indexierwelle an die Ausgangswelle (beispielsweise die Ausgangswelle 214) gekoppelt sein, sodass sie sich gemeinsam drehen.
Die gezahnte Fläche 1006 des Zahnrades umfasst eine Vielzahl von Zähnen 1014. Jeder von der Vielzahl von Zähnen 1014 ist an einem Ende 1016 (beispielsweise einem distalen Ende) verjüngt. Dementsprechend umfasst die gezahnte Fläche 1006 des Schaltbunds eine Vielzahl von Zähnen 1018, wobei jeder Zahn an einem Ende 1020 (beispielsweise distalen Ende) verjüngt ist. Obwohl jeder der Zähne in den gezahnten Flächen 1002 und 1006 mit verjüngten Enden gezeigt ist, versteht es sich, dass in anderen Ausführungsformen möglicherweise nur ein Teil von der Vielzahl von Zähnen verjüngt ist. Beispielsweise können in einem Anwendungsfallszenario ein Zahn im Zahnrad und ein Zahn im Schaltbund verjüngt sein. Das Verjüngen der Zähne in der Kupplung induziert während des Kupplungseingriffs eine relative Bewegung (beispielsweise Drehbewegung) zwischen dem Schaltbund 1008 und der Indexierwelle als ein Ergebnis der betätigenden Bewegung (beispielsweise der axialen Bewegung der Schalthülse und des Indexiermechanismus, hier in Bezug auf die 13-15 ausführlicher diskutiert).
Die Enden 1016 der Zähne 1014 im Zahnrad 1004 verjüngen sich in einem Winkel 1022, und die Enden 1020 der Zähne 1018 in dem Schaltbund 1008 verjüngen sich in einem Winkel 1024. Der Winkel 1022 kann gemessen werden von einer Oberfläche 1026 des Endes 1016 des Zahnes 1014 und einer radial ausgerichteten Ebene mit Bezug auf die Drehachse (beispielsweise die Achse 220, gezeigt in 9) des Zahnrades 1004. Analog kann der Winkel 1024 gemessen werden von einer Oberfläche 1028 des Endes 1020 des Zahnes 1018 und einer radial ausgerichteten Ebene mit Bezug auf die Drehachse des Schaltbundes 1008. In einem Beispiel können die Oberflächen 1026 und 1028 der Zähne 1014 und 1018 eben sein. In anderen Beispielen kann jedoch mindestens ein Teil der Oberflächen der Zähne gewölbt sein.
Die Winkel 1022 und 1024 können basierend auf verschiedenen Parametern ausgewählt werden, beispielsweise der über den Sperrkupplungsaktuator (beispielsweise die Schaltgabel) und/oder die Federkraft eines Indexiermechanismus in der Sperrkupplung auf den Schaltbund ausgeübten Aktuatorkraft. In einem Anwendungsfallbeispiel können der Winkel 1022 und/oder der Winkel 1024 größer als 5° sein. In einem anderen Anwendungsfallbeispiel können der Winkel 1022 und/oder der Winkel 1024 zwischen 20° und 40° sein. Mehrere geeignete Winkel und Winkelbereiche sind jedoch vorstellbar. Es versteht sich auch, dass der Winkel 1022 und der Winkel 1024 in einigen Ausführungsformen im Wesentlichen äquivalent sein können, um den Zähnen zu gestatten, gleichmäßig einzugreifen und Schaltbundindexierung herbeizuführen. In anderen Beispielen kann der Winkel 1022 jedoch nicht im Wesentlichen äquivalent zu dem Winkel 1024 sein.
10 zeigt speziell die gezahnte Fläche 1002 im Zahnrad 1004 und die gezahnte Fläche 1006 im Schaltbund 1008 in einem blockierten Zustand, wobei die Enden der Zähne im Zahnrad und Schaltbund so ausgerichtet sind (beispielsweise im Wesentlichen entlang Achsen 1025 ausgerichtet sind), dass sie das Zahnrad und den Bund daran hindern, zusammengefügt zu werden. Es versteht sich, dass es möglicherweise keine relative Bewegung zwischen der Indexierwelle und dem Zahnrad 1004 gibt, wenn die Einwegkupplung (beispielsweise die Einwegkupplung 902, gezeigt in 9), gekoppelt an die Ausgangswelle (beispielsweise die Ausgangswelle 214, gezeigt in 9) eingerückt ist. Wenn die Einwegkupplung eingerückt ist, wenn die Zähne der Sperrkupplung (gezahnte Fläche 1002 und gezahnte Fläche 1006) in einem blockierten Zustand sind, wie in 10 veranschaulicht, kann ein Indexieren des Schaltbundes erforderlich sein, um ein Einrücken der Kupplung zu ermöglichen. Die Sperrkupplung umfasst einen Indexiermechanismus, der während des Eingreifens der Kupplung eine relative Bewegung zwischen dem Schaltbund und der Indexierwelle gestattet. Der Indexiermechanismus wird hier unter Bezugnahme auf die 13-16 und 18 ausführlicher diskutiert.
Wie in 11 gezeigt, ist es den Zähnen 1018 im Schaltbund 1008 aufgrund der verjüngten Profile der Zähne in der gezahnten Fläche 1002 und der gezahnten Fläche 1006 sowie eines Indexiermechanismus gestattet, sich in Bezug auf die Zähne 1014 im Zahnrad 1004 zu bewegen (beispielsweise, sich so drehen, dass ihre radiale Position verändert ist). Als ein Ergebnis verschieben sich die Zähne 1018 im Schaltbund 1008 und die Zähne 1014 im Zahnrad 1004 in Richtung einer zusammengefügten Position, in der die Zähne in einer angestrebten Eingriffsposition sind. Konkret gleitet die Fläche 1028 des Zahnes 1014 entlang der Fläche 1026 des Zahnes 1014.
12 zeigt die Sperrkupplung 1000 in einer eingerückten Konfiguration, wobei sich die Zähne 1014 im Zahnrad 1004 und die Zähne 1018 im Schaltbund 1008 befinden. Wenn im Eingriff befindlich, sind die Enden 1016 der Zähne 1014 einer Fläche 1200 in einer Kupplungsvertiefung 1202 des Schaltbundes 1008 benachbart (grenzen beispielsweise an sie an). Umgekehrt sind während des Eingriffs die Enden 1020 der Zähne 1018 einer Fläche 1204 in einer Kupplungsvertiefung 1206 im Zahnrad 1004 benachbart (grenzen beispielsweise an sie an). Auf diese Weise wird den Zähnen in der Sperrkupplung 1000 gestattet, gleichmäßig in einer gewünschten zusammengefügten Position zu landen. Folglich ist NVH während des Eingriffs der Kupplung reduziert, und die Chance einer Zahnfehlausrichtung während des Kupplungseingriffs ist verringert. Es versteht sich, dass das Zahnrad 1004 und der Schaltbund 1008 in einem Beispiel aus einem Metall wie Stahl, Eisen, Aluminium, Kombinationen davon usw. konstruiert sein kann.
13 zeigt ein Beispiel einer Indexierwelle 1300 in der Sperrkupplung 1000 sowie einen weitere Abschnitt des Schaltbundes 1008. Die Indexierwelle 1300 umfasst eine Kerbverzahnung 1302 mit Zähnen 1304, gekoppelt an eine Kerbverzahnung 1306 mit Zähnen 1308 im Schaltbund 1008. Ein Indexiermechanismus 1310 ist in 13 gezeigt, der eine federbelastete Kugel 1312 umfasst. Die federbelastete Kugel 1312 steht in einer Verbindung mit einer Rampe 1314 in der Kerbverzahnung 1306 des Schaltbundes 1008. Die federbelastete Kugel 1312 ist dazu ausgelegt, sich während Kupplungseingriff in die Indexierwelle 1300 zurückzuziehen, um dem Schaltbund 1008 in Bezug auf die Indexierwelle 1300 eine Indexierung zu gestatten. Umgekehrt können beim Indexieren des Schaltbundes Zähne 1018 im Schaltbund 1008 in einer gewünschten Position landen, um nahtlos mit Zähnen 1014 im Zahnrad 1004 zusammengefügt zu sein, wie gezeigt in 12.
14 zeigt eine detaillierte Ansicht der Indexierwelle 1300 mit der Kerbverzahnung 1302, aufweisend die Zähne 1304. Der Indexiermechanismus 1310 ist wiederum gezeigt. Der Indexiermechanismus 1310 ist konkret veranschaulicht, umfassend zwei federbelastete Kugeln 1312, die entlang der Welle axial ausgerichtet sind. Es sind jedoch auch Indexiermechanismen mit einer anderen Anzahl und/oder Anordnung federbelasteter Kugeln vorstellbar. Beispielsweise können die Kugeln in einer anderen Ausführungsform Seite an Seite an Seite positioniert sein, sodass sie eine ähnliche axiale Position, aber unterschiedliche radiale Positionen aufweisen. Ferner, in noch einer weiteren Ausführungsform, können in dem Indexiermechanismus weitere Kugeln enthalten sein, beispielsweise Kugeln, die auf unterschiedlichen radialen Positionen (beispielsweise symmetrischen radialen Positionen) auf dem Indexiermechanismus angeordnet sind. Die Federbelastung der Kugeln kann in einem Beispiel so ausgewählt werden, dass sie eine aus einer Trägheitsbelastung während des Getriebestrangbetriebs resultierende Selbstindexierung verhindert, eine Indexierung während des Kupplungseingriffs aber gestattet. Auf diese Weise gestatten Indexiermechanismen dem Schaltbund bei Bedarf eine Indexierung und verhindern ein Indexieren während anderer Betriebsbedingungen des Getriebestrangs. Die Materialkonstruktion, Form und/oder Größe der Federn können so ausgewählt werden, dass eine gewünschte Federrate erreicht wird.
14 zeigt auch ein Parkzahnrad 1400, angeordnet auf der Indexierwelle 1300. Es versteht sich jedoch, dass das Parkzahnrad in anderen Beispielen von der Indexierwelle weggelassen sein kann.
15 zeigt eine Querschnittsansicht des Indexiermechanismus 1310 in der Sperrkupplung 1000. Der Schaltbund 1008 und die Indexierwelle 1300 sind erneut veranschaulicht. Zusätzlich sind auch die Kugel 1312 und eine Feder 1500, positioniert in einer Vertiefung 1502 der Indexierwelle 1300, veranschaulicht. Es versteht sich, dass die Feder 1500 dazu ausgelegt ist, auf die Kugel 1312 eine nach außen gerichtete radiale Kraft auszuüben. Die Feder 1500 kann eine Schraubenfeder, eine Wellenfeder, eine Elastomerfeder, Kombinationen davon usw. sein. Es versteht sich, dass sich die Kugel 1312 während Indexierung mindestens teilweise in die Vertiefung 1502 zurückziehen kann. Der Durchmesser 1504 der Vertiefung 1502 kann größer als der Durchmesser 1506 der Kugel 1312 sein. Ferner ist gezeigt, wie die Kugel 1312 im Schaltbund 1008 mit der Rampe 1314 zusammenwirkt, um den Schaltbund 1008 in Bezug auf die Indexierwelle 1300 in einer nicht indexierten Position zu halten.
15 veranschaulicht zusätzlich die Kerbverzahnung 1306 im Schaltbund 1008, zusammengefügt mit der Kerbverzahnung 1302 (beispielsweise einem drehmomenttragenden Element) in der Indexierwelle 1300 über Zähne 1304 und 1308. Das konkrete Profil der Kerbverzahnung 1302 (beispielsweise ein drehmomenttragendes Element) in der Indexierwelle kann eine Vielzahl von Formen annehmen. Beispielsweise kann die Kerbverzahnung 1302 eine evolventische Form, eine Nasenform, eine Stiftform, eine Zunge- und-Nut-Form usw. aufweisen. Ungeachtet der konkreten Form der Kerbverzahnungen sind die Kerbverzahnungen 1302 und 1306 mit einem Spiel 1508 dazwischen profiliert. Spiel gibt eine Lücke zwischen aufeinanderfolgenden Zähnen in einer Grenzfläche an. Auf diese Weise kann während bestimmter Bedingungen die relative radiale Position der Indexierwelle 1300 und des Schaltbunds 1008 verändert werden. Mit anderen Worten, die Kerbverzahnungen können profiliert sein, um Drehkonformität zu erreichen und ein Indexieren zwischen der Indexierwelle 1300 und dem Schaltbund 1008 zu gestatten. Der Betrag von Spiel zwischen den Zähnen der Kerbverzahnung kann ausgewählt werden, um den Schaltbundzähnen in der Kupplung zu ermöglichen, sich in einem gewünschten Ausmaß zu drehen, sodass sich die Zähne während des Kupplungseingriffs von einer blockierten Position in eine zusammengefügte Position verschieben.
Die Kugel 1312 wird zusammengefügt mit der Rampe 1314 gezeigt, wobei das Spiel 1508 bei oder nahe eine größeren Wert (beispielsweise Maximalwert) ist. Wenn jedoch eine axiale Last auf die Kupplungszähne 1014 und 1018, gezeigt in 10, ausgeübt über einen Aktuator (beispielsweise den Aktuator 911, gezeigt in 9) wie eine Schaltgabel, eine Federkraft der Feder 1500, gekoppelt mit der Kugel 1312, überschreitet, nimmt der Schaltbund 1008 mit Bezug auf die Indexierwelle 1300 eine Indexierung vor. 15 zeigt auch eine Innenkerbverzahnung 1510, die dazu ausgelegt sein kann, mit einer Kerbverzahnung in einer Ausgangswelle (beispielsweise der Ausgangswelle 214, gezeigt in 9) zusammengefügt zu werden. Folglich dreht sich die Indexierwelle 1300 gemeinsam mit der Ausgangswelle.
16 zeigt eine weitere Querschnittsansicht der Indexierwelle 1300 und des Schaltbundes 1008 in der Sperrkupplung 1000. Es versteht sich, dass die in der in 16 gezeigte Querschnittsansicht im Vergleich zu der in 15 gezeigten Querschnittsansicht von einer entgegengesetzten axialen Seite der Welle-und-Bundanordnung betrachtet ist.
Fortfahrend mit 16, ist eine Anordnung zwischen der Indexierwelle 1300 und dem Schaltbund 1008, in der das Spiel 1508 verringert ist, um den Zähnen 1014 und 1018, gezeigt in 10, zu gestatten, in der Sperrkupplung 1000 in einer zusammengefügten Position zu landen, veranschaulicht. Mit anderen Worten, der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden kerbverzahnten Oberflächen ist verringert, um der Indexierwelle- und Schaltbundanordnung zu ermöglichen, Konformität für eine gleichmäßige Landung zwischen Flächen in der Kupplung zu erreichen. Um die Konformität zu erreichen, schiebt die Rampe 1314 im Indexiermechanismus 1310 die Kugel 1312 mindestens teilweise in die Vertiefung 1502, dabei die Feder 1500 zusammendrückend.
17 zeigt ein weiteres Beispiel eines Zahnrades 1700 und eines Schaltbunds 1702 in einer Sperrkupplung 1704. Es versteht sich, dass das Zahnrad 1700 und der Schaltbund 1702 Beispiele des fünften Zahnrades 308 und des Schaltbunds 906, gezeigt in 9, sein können und folglich in dem Getriebestrang 204, gezeigt in den 2-9, enthalten sein können. Wiederum umfasst das Zahnrad 1700 einen Körper 1706 mit einer Vielzahl von Zähnen 1708, die sich von dort erstrecken, und der Schaltbund 1702 umfasst einen Körper 1710 mit einer Vielzahl von Zähnen 1712, die sich von dort erstrecken. Die Zähne 1708 in dem Zahnrad 1700 sind wiederum an ihren Enden 1714 (beispielsweise distalen Enden) verjüngt. Ähnlich sind auch die Zähne 1712 in dem Schaltbund 1702 an ihren Enden 1716 verjüngt. Die Zähne 1708 umfassen zwei verjüngte Oberflächen 1718 und 1720. Für jeden Zahn sind die verjüngten Oberflächen, zusammenlaufend an Scheiteln 1722, gezeigt. In anderen Beispielen können die Enden der Zähne jedoch an ihrem Zusammenlaufen eine flache (beispielsweise stumpfe Oberfläche) oder eine gewölbte Oberfläche aufweisen. Zusätzlich sind die verjüngten Oberflächen 1718 und 1720 gezeigt, angeordnet in einem mit Bezug auf eine radiale Ebene ähnlichen Winkel 1724. Vorstellbar sind jedoch auch Ausführungsformen, in denen die Oberflächen unterschiedliche Winkel aufweisen. Die Zähne 1712 umfassen auch zwei verjüngte Oberflächen 1728 und 1730, die in einem Scheitel 1732 zusammenlaufen. Die Winkel 1734 der verjüngten Oberflächen 1728 und 1730 können den Winkeln 1724 ähneln (beispielsweise im Wesentlichen äquivalent sein). Ferner sind die Zähne im Zahnrad und Schaltbund, gezeigt in 17, in einem blockierten Zustand, in dem die Scheitel 1722 und 1732 der Zähne axial aufeinander ausgerichtet sind.
18 zeigt einen Indexiermechanismus 1800, enthalten im Schaltbund 1702, und eine Indexierwelle 1802 der Sperrkupplung 1704. Der Indexiermechanismus 1800, gezeigt in 18, umfasst wiederum eine Kugel 1804 und eine Feder 1806, untergebracht in einer Vertiefung 1808. Der Indexiermechanismus 1800 umfasst auch eine bidirektionale Rampe 1810 mit zwei abgewinkelten Flächen 1812, die an einem Scheitel 1814 zusammenlaufen. Die Kugel 1804 ist ausgerichtet auf den Scheitel 1814 in 18 gezeigt. Wenn der Schaltbund 1702 jedoch axial belastet ist, während Kupplungseingriff, und die resultierende radiale Last von den verjüngten Zähnen die Federkraft an der Kugel 1804 überschreitet, führt der Schaltbund 1702 entweder in der Richtung 1816 oder in der Richtung 1818 eine Indexierung aus. Auf diese Weise kann der Indexiermechanismus 1800 als eine Übertotpunktvorrichtung fungieren.
19 zeigt ein Verfahren 1900 zum Betreiben eines Elektroantriebsachssystems. Das Verfahren 1900 kann in einer Ausführungsform durch eine oder mehrere der Elektroantriebsachssysteme, Komponenten usw. implementiert sein, die vorstehend mit Bezug auf die 1-18 beschrieben sind, oder kann in anderen Ausführungsformen durch eine andere geeignete Elektroantriebsachse implementiert sein. Ferner kann das Verfahren 1900 durch eine Steuerung mit einem Prozess und Speicher, wie vorstehend diskutiert, implementiert sein.
Bei 1902 umfasst das Verfahren ein Feststellen von Betriebsbedingungen. Die Betriebsbedingungen können umfassen: eine Sperrkupplungsposition, Reibkupplungsposition, Bremspedalposition, Fahrpedalposition, Einwegkupplungsstatus, Fahrzeuggeschwindigkeit, Fahrzeuglast, Motor-Generator-Temperatur, Motor-Generator-Ausgangsgeschwindigkeit, Batterieladezustand usw.
Nachfolgend, bei 1904, umfasst das Verfahren die Feststellung, ob die Sperrkupplung einzurücken ist. Eine solche Feststellung kann die Betriebsbedingungen berücksichtigen. Beispielsweise kann in einem Anwendungsfallbeispiel festgestellt werden, dass in Reaktion auf Empfang einer Anforderung nach Schalten in den Rückwärtsgang, generiert über einen Wählhebel oder eine andere geeignete Eingabevorrichtung, ein Einrücken der Sperrkupplung wünschenswert ist. In anderen Beispielen kann die Fahrzeugsteuerung feststellen, dass das Fahrzeug geneigt ist, um beispielsweise in Reaktion auf Betätigen des Bremspedals oder Loslassen des Fahrpedals in einem Regenerationsmodus zu arbeiten.
Wenn festgestellt wird, dass die Sperrkupplung nicht eingerückt werden sollte (NEIN bei 1904), fährt das Verfahren mit 1906 fort, wo das Verfahren ein Aufrechterhalten des Ausrückens der Sperrkupplung umfasst.
Wenn umgekehrt festgestellt wird, dass die Sperrkupplung eingerückt werden sollte (JA bei 1904), fährt das Verfahren mit 1908 fort, wo das Verfahren einen Übergang der Sperrkupplung in einen eingerückten Zustand umfasst. Es versteht sich, dass die Einwegkupplung in einem Beispiel eingerückt sein kann, wenn die Sperrkupplung in einen eingerückten Zustand übergeht. In diesem Beispiel kann die relative Position zwischen der Indexierwelle und dem fünften Zahnrad im Wesentlichen fixiert bleiben. Folglich können die verjüngten Kupplungszähne im Schaltbund und Zahnrad, wenn sie nach einem Einrücken der Einwegkupplung in einer blockierten oder teilweise blockierten Position sind, blockiert bleiben, bis die Sperrkupplung in einen gesperrten Zustand übergeht. Wenn sich während des Eingriffs der Sperrkupplung die Kupplungszähne in einem blockierten oder teilweise blockierten Zustand befinden, wirken die verjüngten Enden der Zähne und der Indexiermechanismus in der Sperrkupplung zusammen, um die Zahnradzähne gleichmäßig in den verriegelten Zustand zu überführen.
Die 20-22 zeigen den Getriebestrang 204, arbeitend in unterschiedlichen Modi. Der Getriebestrang 204 kann über eine Steuerung, beispielsweise die Steuerung 152, gezeigt in 1, in unterschiedliche Betriebsmodi platziert werden. Die Modi können einen Modus des ersten Gangs umfassen, in dem der erste Zahnradsatz 312, gezeigt in 3, Rotationsenergie zwischen dem Elektromotor/Generator 202 und der Planetenradanordnung 222 überträgt. Die Modi können auch einen zweiten Zahnradmodus umfassen, in dem der zweite Zahnradsatz 314, gezeigt in 3, Rotationsenergie zwischen dem Elektromotor/Generator 202 und der Planetenradanordnung 222 überträgt. Auf der Grundlage einer Rückwärts- und Vorwärtsantriebsmotoranordnung können die Modalitäten auch geteilt sein. Der Elektromotor/Generator 202 kann Rotationsausgabe in einer ersten Richtung produzieren, entsprechend einem Vorwärtsantrieb, und kann Rotationsausgabe in einer zweiten Richtung entgegen der ersten produzieren, entsprechend einem Rückwärtsantrieb. Die Getriebestrangmodalitäten können einen Vorwärtsantriebsmodus im ersten Gang, einen Rückwärtsantriebsmodus im ersten Gang, einen Vorwärtsantriebsmodus im zweiten Gang und einen Rückwärtsantriebsmodus im zweiten Gang umfassen. Es versteht sich auch, dass der Getriebestrang in einem regenerativen Modus betrieben werden kann, in dem Drehmomenteingang von den Antriebsrädern, beispielsweise den in 1 gezeigten Antriebsrädern 128, auf den Elektromotor/Generator übertragen wird und der Elektromotor/Generator mindestens einen Teil der Rotationsenergie des Antriebsstrangs in elektrische Energie umwandelt. Im regenerativen Modus wiederum kann die elektrische Energie von dem Motor/Generator an eine Energiespeichervorrichtung übertragen werden, beispielsweise die Energiespeichervorrichtung 108, gezeigt in 1.
Nunmehr Bezug nehmend auf 20, wird der Getriebestrang 204 des Elektroantriebsachssystems 200, angeordnet in einem Vorwärtsantriebsmodus im ersten Gang, veranschaulicht, wobei der Elektromotor/Generator 202 Vorwärtsantriebs-Rotationsausgabe produziert, die zweite Kupplungsanordnung 802 ausgerückt ist und die erste Kupplungsanordnung 800 eingerückt ist (beispielsweise dazu ausgelegt ist, Energie vom fünften Zahnrad 308 über die Einwegkupplung 902 an die Ausgangswelle 214 zu übertragen). Der Energiepfad im Vorwärtsantriebsmodus im ersten Gang des Getriebestrangs 204 ist über Pfeile 2000 angegeben. Folglich wird im Vorwärtsantriebsmodus im ersten Gang Rotationsenergie vom Elektromotor/Generator 202 auf das erste Zahnrad 300 übertragen, vom ersten Zahnrad auf das zweite Zahnrad 302, vom vierten Zahnrad 306 auf das fünfte Zahnrad 308, vom fünften Zahnrad über die erste Kupplungsanordnung 800 (beispielsweise über die Einwegkupplung 902) auf die Ausgangswelle 214, von der Ausgangswelle auf die Planetenradanordnung 222, von der Planetenradanordnung an das Differenzial 224, und vom Differenzial auf die Achse 838.
21 zeigt den Getriebestrang 204 des Elektroantriebsachssystems 200, angeordnet in einem Vorwärtsantriebsmodus im zweiten Gang, wobei der Elektromotor/Generator 202 Vorwärtsantriebs-Rotationsausgabe produziert, die zweite Kupplungsanordnung 802 eingerückt und die erste Kupplungsanordnung 800 ausgerückt ist (beispielsweise die Sperrkupplung 900 ausgerückt ist und die Einwegkupplung 902 im Freilauf ist). Es versteht sich, dass die Einwegkupplung 902 im Freilauf ist, da das Verhältnis der Verzahnung zwischen dem dritten Zahnrad 304 und dem sechsten Zahnrad 310 kleiner als das Verhältnis der Verzahnung zwischen dem vierten Zahnrad 306 und dem fünften Zahnrad 308 ist, was darin resultiert, dass zwischen dem vierten und fünften Zahnrad keine Last übertragen wird. Der Energiepfad im Vorwärtsantriebsmodus im zweiten Gang des Getriebestrangs 204 ist über Pfeile 2100 angegeben. Folglich wird die Rotationsenergie im Vorwärtsantriebsmodus im zweiten Gang vom Elektromotor/Generator 202 auf das erste Zahnrad 300 übertragen, vom ersten Zahnrad auf das zweite Zahnrad 302, vom dritten Zahnrad 304 auf das sechste Zahnrad 310, vom sechsten Zahnrad über die zweite Kupplungsanordnung 802 auf die Ausgangswelle 214, von der Ausgangswelle auf die Planetenradanordnung 222, von der Planetenradanordnung auf das Differenzial 224, und vom Differenzial auf die Achse 838.
22 zeigt den Getriebestrang 204 des Elektroantriebsachssystems 200 angeordnet in einem regenerativen Modus des ersten Gangs, wenn der Elektromotor/Generator 202 elektrische Energie aus dem Antriebsraddrehmoment erzeugt, das über den Getriebestrang 204 an den Motor/Generator übertragen wird. Darüber hinaus ist im regenerativen Modus des ersten Gangs die zweite Kupplungsanordnung 802 ausgerückt, und die erste Kupplungsanordnung 800 ist eingerückt (beispielsweise dazu ausgelegt, Energie vom fünften Gang 308 über die Sperrkupplung 900 auf die Ausgangswelle 214 zu übertragen). Der Energiepfad im regenerativen Modus des ersten Gangs des Getriebestrangs 204 ist über Pfeile 2200 angegeben. Im regenerativen Modus des ersten Gangs wird Rotationsenergie vom Differential 224 auf die Planetenradanordnung 222, von der Planetenradanordnung auf die Ausgangswelle 214, von der Ausgangswelle über die erste Kupplungsanordnung 800 (beispielsweise unter Umgehung der Einwegkupplung 902 über die Sperrkupplung 900) zum fünften Zahnrad 308, vom fünften Zahnrad zum vierten Zahnrad 306, vom zweiten Zahnrad 302 zum ersten Zahnrad 300 und dann zum Elektromotor/Generator 202 übertragen.
Es versteht sich, dass der Energiepfad durch den Getriebestrang 204 während eines Rückwärtsantriebsmodus im ersten Gang dem in 22 gezeigten Energiepfad ähneln kann. Beispielsweise kann der Energiepfad im Rückwärtsantriebsmodus im ersten Gang durch die ähnlichen Komponenten wie der durch Pfeile 2200 bezeichnete Energiepfad verlaufen. Im Rückwärts-Energiepfad sind die Pfeile jedoch umgekehrt. Folglich kann Rückwärtsantriebsmodus im ersten Gang die zweite Kupplungsanordnung 802 ausgerückt, und die erste Kupplungsanordnung 800 kann eingerückt sein (beispielsweise dazu ausgelegt, Drehmoment vom fünften Zahnrad 308 über die Sperrkupplung 900 auf die Ausgangswelle 214 zu übertragen).
Die 1-18 und 20-23 zeigen beispielhafte Konfigurationen mit Lagebeziehungen der verschiedenen Komponenten. Wenn gezeigt wird, dass diese Elemente direkt miteinander in Kontakt oder direkt gekoppelt sind, können sie zumindest in einem Beispiel als direkt berührend bzw. direkt gekoppelt bezeichnet werden. Ähnlich können Elemente, die aneinander angrenzend oder zueinander benachbart gezeigt sind, in mindestens einem Beispiel aneinander angrenzend bzw. zueinander benachbart sein. Beispielsweise können Komponenten, die in einem vollflächigen Kontakt miteinander liegen, als in einem vollflächigen Kontakt befindlich bezeichnet werden. Als ein anderes Beispiel können Elemente, die voneinander getrennt mit nur einem Zwischenraum und keinen anderen Komponenten dazwischen befindlich als solche bezeichnet werden, in mindestens einem Beispiel. Als noch ein weiteres Beispiel können Elemente, die über- bzw. untereinander, auf einander entgegengesetzten Seiten oder links bzw. rechts voneinander gezeigt sind, relativ zueinander als solche bezeichnet werden. Ferner kann, wie in den Figuren gezeigt, ein oberstes Element oder ein oberster Punkt eines Elements als eine „Oberseite“ der Komponente bezeichnet werden, und ein unterstes Element oder ein unterster Punkt des Elements kann als eine „Unterseite“ der Komponente bezeichnet werden, in mindestens einem Beispiel. Wenn hierin verwendet, können oben / unten, obere/r/s / untere/r/s, oberhalb / unterhalb relativ zu einer vertikalen Achse der Figuren sein und verwendet werden, um eine Positionierung von Elementen der Figuren relativ zueinander zu beschreiben. Elemente, die oberhalb anderer Elemente gezeigt sind, sind vertikal oberhalb den anderen Elementen positioniert, in einem Beispiel. Als noch ein weiteres Beispiel können Formen der Elemente, die innerhalb der Figuren abgebildet sind, als diese Formen aufweisend bezeichnet werden (beispielsweise als rund, gerade, eben, gewölbt, abgerundet, gefast, abgewinkelt oder Ähnliches). Darüber hinaus können Elemente, die koaxial zueinander sind, als solche bezeichnet werden, in einem Beispiel. Ferner können Elemente, die einander schneiden, als schneidende Elemente oder einander schneidend bezeichnet werden, in mindestens einem Beispiel. Ferner kann ein Element, das innerhalb eines anderen Elements gezeigt wird oder außerhalb eines anderen Elements gezeigt wird, als solches bezeichnet werden, in einem Beispiel. In anderen Beispielen können voneinander versetzte Elemente als solche bezeichnet werden.
In den folgenden Abschnitten wird die Erfindung weiter beschrieben. In einem Aspekt ist eine Kupplungsanordnung in einem Getriebestrang bereitgestellt, die eine Sperrkupplung umfasst, aufweisend: ein Zahnrad, aufweisend eine Vielzahl von Zähnen mit mindestens einem Zahn mit einem verjüngten Ende; eine Indexierwelle, drehverbunden mit einer Ausgangswelle; einen Schaltbund, montiert auf der Indexierwelle, dazu ausgelegt, sich auf der Indexierwelle in eine eingerückte und ausgerückte Konfiguration zu verschieben, und eine Vielzahl von Zähnen auf einer Fläche aufweisend, wobei mindestens ein Zahn in der Vielzahl von Zähnen in dem Schaltbund ein verjüngtes Ende aufweist; und einen Indexiermechanismus, gekoppelt an den Schaltbund und die Indexierwelle und dazu ausgelegt, während des Schaltbundeingriffs zwischen der Indexierwelle und dem Schaltbund Indexierung zu gewähren.
In einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben einer Kupplungsanordnung in einem Getriebestrang bereitgestellt, das ein in Eingriff bringen eines Zahns mit einem verjüngten Ende in einem Zahnrad mit einem Zahn mit einem verjüngten Ende in einem Schaltbund umfasst, wobei die Kupplungsanordnung umfasst: das Zahnrad, aufweisend eine Vielzahl von Zähnen mit einem Zahn mit dem verjüngten Ende; eine Indexierwelle, drehverbunden mit einer Ausgangswelle; den Schaltbund, montiert auf der Indexierwelle, dazu ausgelegt, sich auf der Indexierwelle in eine eingerückte und ausgerückte Konfiguration zu verschieben, und den Zahn mit dem verjüngten Ende aufweisend; und einen Indexiermechanismus, gekoppelt an den Schaltbund und die Indexierwelle und dazu ausgelegt, während Schaltbundeinrückung zwischen der Indexierwelle und dem Schaltbund Indexierung zu gewähren.
In noch einem weiteren Aspekt ist eine Kupplungsanordnung in einem Getriebestrang einer Elektroantriebsachse bereitgestellt, die eine Sperrkupplung umfasst, umfassend: ein Zahnrad, aufweisend eine Vielzahl von Zähnen mit mindestens einem Zahn mit einem verjüngten Ende; eine Indexierwelle, fest verbunden mit einer Ausgangswelle; einen Schaltbund in einem kerbverzahnten Eingriff mit der Indexierwelle, dazu ausgelegt, sich auf der Indexierwelle in eine eingerückte und ausgerückte Konfiguration zu verschieben, und eine Vielzahl von Zähnen auf einer Fläche aufweisend, wobei mindestens ein Zahn in der Vielzahl von Zähnen in dem Schaltbund ein verjüngtes Ende aufweist; und einen Indexiermechanismus, umfassend eine federbelastete Kugel, positioniert in einer Vertiefung der Indexierwelle und dazu ausgelegt, mit einer Rampe in dem Schaltbund zusammenzupassen und dem Schaltbund zu gestatten, in Relation mit der Indexierwelle während des Schaltbundeingriffs Indexierung auszuführen.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann der Indexiermechanismus eine federbelastete Kugel umfassen, positioniert in einer Vertiefung der Indexierwelle und dazu ausgelegt, mit einer Rampe im Schaltbund zusammengefügt zu sein.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann der Indexiermechanismus dazu ausgelegt sein, durch Trägheitslast während des Betriebs des Getriebestrangs verursachte Indexierung zwischen der Indexierwelle und dem Schaltbund zu verhindern.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann der Schaltbund dazu ausgelegt sein, sich entlang der Indexierwelle axial zu verschieben.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte können das verjüngte Ende des Zahnes im Zahnrad und das verjüngte Ende des Zahnes im Schaltbund jeweils zwei abgewinkelte Oberflächen umfassen.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann der Indexiermechanismus eine federbelastete Kugel umfassen, positioniert in einer Vertiefung der Indexierwelle, mit einer bidirektionalen Rampe im Schaltbund interagierend.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das verjüngte Ende des Zahnes im Zahnrad einen mit einem Winkel des verjüngten Endes des Zahnes im Schaltbund im Wesentlichen identischen Winkel aufweisen.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann ein Winkel der Verjüngung größer als 5 Grad sein.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die Kupplungsanordnung ferner eine Einwegkupplung umfassen, positioniert zwischen der Ausgangswelle und dem Zahnrad; wobei die Einwegkupplung dazu ausgelegt sein kann, einen Dreheingriff des Zahnrades und der Ausgangswelle herzustellen, wenn eine Drehgeschwindigkeit in einer ersten Richtung des Zahnrades eine Drehgeschwindigkeit in der ersten Richtung der Ausgangswelle in der ersten Richtung überschreitet; und wobei die Einwegkupplung dazu ausgelegt sein kann, den Dreheingriff von Zahnrad und Ausgangswelle zu beenden, wenn sich das Zahnrad in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung dreht oder die Drehgeschwindigkeit der Ausgangswelle in der ersten Richtung die Drehgeschwindigkeit des Zahnrades in der ersten Richtung überschreitet.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann der Schritt des in Eingriff bringens des Zahnes mit dem verjüngten Ende in das Zahnrad in Reaktion auf ein Empfangen einer Anforderung nach Übergang in einen Umkehrantriebsmodus oder einen Regenerationsmodus implementiert werden.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte können das verjüngte Ende des Zahnes im Zahnrad und das verjüngte Ende des Zahnes im Schaltbund jeweils zwei abgewinkelte Oberflächen umfassen, und der Indexiermechanismus kann eine federbelastete Kugel umfassen, positioniert in einer Vertiefung der Indexierwelle, interagierend mit einer bidirektionalen Rampe im Schaltbund.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die Kupplungsanordnung ferner eine Einwegkupplung umfassen, positioniert zwischen der Ausgangswelle und dem Zahnrad, die während des in Eingriff bringens des Zahnes mit dem verjüngten Ende in dem Zahnrad mit dem Zahn mit dem verjüngten Ende im Schaltbund eingerückt ist.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann der Indexiermechanismus während Schaltbundeingreifen Indexierung zwischen der Indexierwelle und dem Schaltbund ermöglichen und verhindert durch Trägheitslast während des Betriebs des Getriebestrangs verursachte Indexierung zwischen der Indexierwelle und dem Schaltbund.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte können das verjüngte Ende des Zahnes im Zahnrad und das verjüngte Ende des Zahnes im Schaltbund jeweils zwei abgewinkelte Oberflächen umfassen, wobei die Rampe im Schaltbund eine bidirektionale Rampe sein kann.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann der Schaltbund dazu ausgelegt sein, sich entlang der Indexierwelle axial oder radial zu verschieben.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die Kupplungsanordnung ferner eine Einwegkupplung umfassen, positioniert zwischen der Ausgangswelle und dem Zahnrad; wobei die Einwegkupplung dazu ausgelegt sein kann, einen Dreheingriff des Zahnrades und der Ausgangswelle herzustellen, wenn eine Drehgeschwindigkeit in einer ersten Richtung des Zahnrades eine Drehgeschwindigkeit in der ersten Richtung der Ausgangswelle in der ersten Richtung überschreitet; und wobei die Einwegkupplung dazu ausgelegt sein kann, den Dreheingriff von Zahnrad und Ausgangswelle zu beenden, wenn sich das Zahnrad in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung dreht oder die Drehgeschwindigkeit der Ausgangswelle in der ersten Richtung die Drehgeschwindigkeit des Zahnrades in der ersten Richtung überschreitet.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekt kann die Kupplungsanordnung ferner eine Steuerung umfassen, umfassend ausführbare Anweisungen, die in einem nicht flüchtigen Speicher gespeichert sind, die in Reaktion auf das Empfangen einer Anforderung nach Übergang in einen Rückwärts- oder Regenerationsmodus die Steuerung veranlassen, die Kupplungsanordnung in einen eingerückten Zustand zu überführen.
In einer anderen Darstellung ist in einem elektrifizierten Achsgetriebe eine Klauenkupplung bereitgestellt, wobei die Klauenkupplung entsprechend verjüngte Zähne gegenüber einem Zahnrad und gegenüber einer Schalthülse und einen Indexiermechanismus umfasst, dazu ausgelegt, der Schalthülse zu gestatten, während eines Übergangs in einen gesperrten Zustand von einem entsperrten Zustand eine Indexierung auszuführen, und dazu ausgelegt, Indexierung zwischen der Schalthülse und der Indexierwelle zu verhindern, wenn die Sperrkupplung im entsperrten Zustand ist und sich das Zahnrad dreht.
Während oben verschiedene Ausführungsformen beschrieben wurden, versteht es sich, dass sie beispielhaft und nicht einschränkend präsentiert wurden. Dem Fachmann ist offenkundig, dass der offenbarte Gegenstand in anderen konkreten Formen verkörpert sein kann, ohne vom Geist des Gegenstands abzuweichen. Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind daher in jeder Hinsicht als illustrativ und nicht restriktiv zu betrachten.
Zu beachten ist, dass die hierin enthaltenen Steuerungs- und Schätzroutinen mit verschiedenen Antriebsstrang- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen genutzt werden können. Die hierin offenbarten Steuerungsverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in einem nicht-flüchtigen Speicher gespeichert werden und können von dem Steuerungssystem ausgeführt werden, das die Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktuatoren und sonstiger Fahrzeughardware umfasst. Ferner können Teile der Verfahren physische Aktionen sein, die in der realen Welt zur Veränderung eines Zustands einer Vorrichtung vorgenommen werden. Die hierin beschriebenen konkreten Routinen können eine oder mehrere von einer Reihe von Verarbeitungsstrategien darstellen, wie ereignisgesteuerte, unterbrechungsgesteuerte, Multitasking, Multithreading und dergleichen. Somit können verschiedene dargestellte Aktionen, Operationen und/oder Funktionen in der dargestellten Reihenfolge oder parallel durchgeführt werden oder in manchen Fällen weggelassen werden. Ebenso ist die Reihenfolge des Verarbeitens nicht unbedingt erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Beispiele zu erreichen, sondern dient der einfachen Veranschaulichung und Beschreibung. Eine oder mehrere der dargestellten Aktionen, Operationen und/oder Funktionen können je nach der jeweils verwendeten Strategie wiederholt ausgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Aktionen, Abläufe und/oder Funktionen grafisch Code darstellen, der in einen nicht-flüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums im Fahrzeugsteuersystem zu programmieren ist, wobei die beschriebenen Aktionen durch Ausführen der Befehle in einem System ausgeführt werden, das die verschiedenen Fahrzeug-Hardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung beinhaltet. Ein oder mehrere hier beschriebene Verfahrensschritte können, wenn gewünscht, weggelassen werden.
Es versteht sich, dass die hierin offenbarten Konfigurationen und Routinen in ihrer Natur beispielhaft sind und dass diese konkreten Beispiele nicht in einem einschränkenden Sinn zu betrachten sind, da viele Variationen möglich sind. Beispielsweise kann die obige Technologie auf Antriebsstränge angewandt werden, die unterschiedliche Arten von Antriebsquellen, einschließlich unterschiedliche Arten von elektrischen Maschinen und Getrieben umfassen. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Teilkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie weitere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hierin offenbart wurden.
Wenn hierin verwendet, werden die Begriffe „annähernd“ und „im Wesentlichen“ so ausgelegt, dass sie plus oder minus fünf Prozent des Bereichs beinhalten, sofern nicht anders angegeben.
Die folgenden Ansprüche verweisen auf bestimmte Kombinationen und Teilkombinationen, die als neu und nicht offensichtlich erachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sind weder so zu verstehen, dass sie eine Einbeziehung eines oder mehrerer solcher Elemente beinhalten, noch so, dass sie den Ausschluss von zwei oder mehreren solcher Elemente verlangen. Weitere Kombinationen und Teilkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch eine Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Präsentation neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche, seien sie im Vergleich zu den ursprünglichen Ansprüchen in ihrem Schutzumfang breiter, enger, gleich oder unterschiedlich, gelten ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten.

Claims

Kupplungsanordnung in einem Getriebestrang, umfassend: eine Sperrkupplung, aufweisend: ein Zahnrad, aufweisend eine Vielzahl von Zähnen mit mindestens einem Zahn mit einem verjüngten Ende; eine Indexierwelle, drehverbunden mit einer Ausgangswelle; einen Schaltbund, montiert auf der Indexierwelle, dazu ausgelegt, sich auf der Indexierwelle in eine eingerückte und ausgerückte Konfiguration zu verschieben, und eine Vielzahl von Zähnen auf einer Fläche aufweisend, wobei mindestens ein Zahn in der Vielzahl von Zähnen in dem Schaltbund ein verjüngtes Ende aufweist; und einen Indexiermechanismus, gekoppelt an den Schaltbund und die Indexierwelle und dazu ausgelegt, während des Schaltbundeingriffs zwischen der Indexierwelle und dem Schaltbund Indexierung zu gewähren.
Kupplungsanordnung nach Anspruch 1, wobei der Indexiermechanismus eine federbelastete Kugel umfasst, positioniert in einer Vertiefung der Indexierwelle und dazu ausgelegt, mit einer Rampe im Schaltbund zusammenzupassen.
Kupplungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Indexiermechanismus dazu ausgelegt ist, durch Trägheitslast während Getriebestrangbetrieb verursachte Indexierung zwischen der Indexierwelle und dem Schaltbund zu verhindern.
Kupplungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Schaltbund dazu ausgelegt ist, sich entlang der Indexierwelle axial zu verschieben.
Kupplungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das verjüngte Ende des Zahnes im Zahnrad und das verjüngte Ende des Zahnes im Schaltbund jeweils zwei abgewinkelte Oberflächen umfassen und/oder wobei der Indexiermechanismus eine federbelastete Kugel umfasst, positioniert in einer Vertiefung der Indexierwelle, interagierend mit einer bidirektionalen Rampe im Schaltbund.
Kupplungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das verjüngte Ende des Zahnes im Zahnrad einen mit einem Winkel des verjüngten Endes des Zahnes im Schaltbund im Wesentlichen identischen Winkel aufweist und wobei ein Winkel der Verjüngung größer als 5 Grad ist.
Verfahren für den Betrieb einer Kupplungsanordnung in einem Getriebestrang, umfassend: In Eingriff bringen eines Zahnes mit einem verjüngten Ende in einem Zahnrad mit einem Zahn mit einem verjüngten Ende in einem Schaltbund, wobei die Kupplungsanordnung umfasst: das Zahnrad, aufweisend eine Vielzahl von Zähnen mit dem Zahn mit dem verjüngten Ende; eine Indexierwelle, drehverbunden mit einer Ausgangswelle; den Schaltbund, montiert an der Indexierwelle, dazu ausgelegt, sich auf der Indexierwelle in eine eingerückte und ausgerückte Konfiguration zu verschieben, und den Zahn mit dem verjüngten Ende aufweisend; und einen Indexiermechanismus, gekoppelt an den Schaltbund und die Indexierwelle und dazu ausgelegt, während des Schaltbundeingriffs zwischen der Indexierwelle und dem Schaltbund Indexierung zu gewähren.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt des in Eingriff bringens des Zahnes mit dem verjüngten Ende in dem Zahnrad in Reaktion auf ein Empfangen einer Anforderung nach Übergang in einen Umkehrantriebsmodus oder einen Regenerationsmodus implementiert wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei das verjüngte Ende des Zahnes im Zahnrad und das verjüngte Ende des Zahnes im Schaltbund jeweils zwei abgewinkelte Oberflächen umfassen und wobei der Indexiermechanismus eine federbelastete Kugel umfasst, positioniert in einer Vertiefung der Indexierwelle, interagierend mit einer bidirektionalen Rampe im Schaltbund.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei eine Einwegkupplung, positioniert zwischen der Ausgangswelle und dem Zahnrad, während des Eingriffs des Zahnes mit dem verjüngten Ende im Zahnrad mit dem Zahn mit dem verjüngten Ende im Schaltbund eingerückt ist.