DE102021103814A1

DE102021103814A1 - Elektroantriebsachssystem mit mehrganggetriebestrang

Info

Publication number: DE102021103814A1
Application number: DE102021103814.6A
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: CN113276671A; US11235660B2; US20220055474A1; US11794572B2; US20210252972A1

Abstract

Verfahren und Systeme für eine elektrische Antriebsachse eines Fahrzeugs werden bereitgestellt. Ein Elektroantriebsachssystem weist in einem Beispiel einen Elektromotor/Generator, drehgekoppelt mit einem Getriebestrang, auf. Der Getriebestrang umfasst eine Ausgangswelle, drehgekoppelt mit einer Zahnradanordnung, axial versetzt von einer Eingangswelle, drehgekoppelt mit dem Elektromotor/Generator, wobei die Zahnradanordnung drehgekoppelt mit einem Differenzial ist und das Differenzial drehgekoppelt mit einer Achse ist, eine erste Kupplungsanordnung ist dazu ausgelegt, einen ersten Zahnradsatz drehend an die Ausgangswelle zu koppeln und von ihr zu entkoppeln, und eine zweite Kupplungsanordnung ist dazu ausgelegt, einen zweiten Zahnradsatz drehend an die Ausgangswelle zu koppeln und von ihr zu entkoppeln, wobei der zweite Zahnradsatz ein anderes Übersetzungsverhältnis als der erste Zahnradsatz aufweist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Elektroantriebsachsen in Fahrzeugen und insbesondere einen Mehrganggetriebestrang für eine Elektroantriebsachse.
HINTERGRUND UND KURZDARSTELLUNG
Elektrische und hybridelektrische Fahrzeuge nutzen Elektromotoren/Generatoren, die Energie von elektrischen Leistungsquellen nutzbar machen, um dem Fahrzeug Antrieb oder verstärkten Antrieb bereitzustellen. Einige Typen von Elektro- und Hybridfahrzeugen haben versucht, Elektroantriebsachsen aufgrund ihrer im Vergleich zu Fahrzeugen, in denen Elektromotoren von den Achsen beabstandet sind, erhöhten Anpassbarkeit und Modularität einzusetzen. Die Erfinder haben jedoch erkannt, dass frühere Elektroantriebsachsen in der Praxis Nachteile im Zusammenhang mit der Konfektionierung der Achsanordnung und der Zahnradauswahl aufwiesen. Bei bestimmten elektrischen Antriebsstrangentwürfen wurden Kompromisse hinsichtlich der Kompaktheit der Achskonfektionierung, der Wählbarkeit der Gänge und der strukturellen Integrität gemacht. Beispielsweise wurde bei einigen elektrischen Antriebssträngen der verfügbare Gangbereich zulasten der Kompaktheit des Getriebes erweitert. Elektrische Starrachsen können im Vergleich zu Elektroachsen mit unabhängigen Aufhängungsentwürfen zusätzliche Konfektionierungsherausforderungen darstellen. Sperrige Konfigurationen elektrischer Antriebsstränge können Spaltmaßprobleme verursachen, wodurch der Antriebsstrang empfindlicher gegenüber Schäden durch Straßenschmutz, Hindernisse usw. wird. Die Spaltmaßprobleme des Antriebsstrangs können verschärft werden, wenn das Elektrofahrzeug beispielsweise auf schlechten Straßen oder im Gelände gefahren wird.
Um mindestens einige der vorstehend genannten Nachteile zu überwinden, wird ein Elektroantriebsachssystem bereitgestellt. In einem Beispiel umfasst das Elektroantriebsachssystem einen Elektromotor/Generator, drehgekoppelt mit einem Getriebestrang. Der Getriebestrang umfasst eine Ausgangswelle, drehgekoppelt mit einer Zahnradanordnung, axial versetzt von einer Eingangswelle, drehgekoppelt mit dem Elektromotor/Generator. Ferner ist in einem solchen Beispiel die Zahnradanordnung drehgekoppelt mit einem Differenzial, und das Differenzial ist drehgekoppelt mit einer Achse. Der Getriebestrang umfasst ferner eine erste Kupplungsanordnung, dazu ausgelegt, ein ersten Zahnradsatz drehend an die Ausgangswelle zu koppeln und von ihr zu entkoppeln, und eine zweite Kupplungsanordnung, dazu ausgelegt, einen zweiten Zahnradsatz drehend an die Ausgangswelle zu koppeln und von ihr zu entkoppeln. Der zweite Zahnradsatz weist in diesem Beispiel ein anderes Übersetzungsverhältnis als der erste Zahnradsatz auf. Ein Anordnen der Zahnräder und Kupplungen in einer solchen Weise gestattet der Elektroantriebsachse, eine kompakte Anordnung zu erreichen, während sich auch die Anzahl wählbarer Übersetzungsverhältnisse, die in dem Getriebestrang verfügbar sind, erhöht. Folglich ist das Elektroantriebsachsgetriebe anpassungsfähiger ausgeführt, während sich auch die Raumeffizienz des Achssystems erhöht.
In einem weiteren Beispiel kann die Zahnradanordnung in dem Elektroantriebsachssystem ein Planetenradsatz sein, der mit dem Differenzial drehgekoppelt ist. Das Bereitstellen von Planetenrädern im Getriebestrang auf diese Weise gestattet dem Elektroantriebsachssystem, eine noch größere Kompaktheit zu erreichen, während sich das Übersetzungsverhältnis des Getriebestrangs erhöht, falls gewünscht.
In noch einem weiteren Beispiel kann die Achse eine Starrachse sein. Die Fähigkeit der Starrachse, Lasten zu tragen und Fahrzeugbeweglichkeit zu gestatten, kann das Lastaufnahmevermögen und die Fahrzeugbeweglichkeit von Achsentwürfen mit unabhängiger Aufhängung übertreffen, falls gewünscht. Fahrzeuge mit dem elektrischen Starrachsensystem können folglich ausdauernder und für das Schleppen und Ziehen von Lasten, Geländefahrten sowie eine Vielzahl anderer Umgebungen der Endanwendung geeignet sein, in einigen Fällen.
Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt ist, um in einer vereinfachten Form eine Auswahl von Konzepten, 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 Zahnradanordnung und eines Differenzials in dem Getriebestrang des Elektroantriebsachssystems, abgebildet in 2.
8 zeigt eine detailliertere Ansicht der Ausgangswelle, Zahnradanordnung und des Differenzials in dem Getriebestrang des Elektroantriebsachssystems, abgebildet in 2.
9 zeigt eine detailliertere Ansicht der Kupplungsanordnungen in dem Getriebestrang des Elektroantriebsachssystems, abgebildet in 2.
Die 10-12 zeigen Energiewege für unterschiedliche Betriebsmodalitäten des Elektroantriebsachssystems, gezeigt in 2.
13 zeigt ein Beispiel einer Einwegkupplung.
Die 2-13 sind annähernd maßstabgerecht gezeichnet. In anderen Ausführungsformen können jedoch andere relative Abmessungen der Komponenten verwendet werden.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Hierin wird ein Elektroantriebsachssystem mit mehreren auswählbaren Übersetzungsverhältnissen beschrieben. Verschiedene Merkmale des Elektroantriebsachssystems gestatten dem System, im Vergleich zu früheren elektrifizierten Achsen eine kompakte und strukturell robuste Gestaltung zu erreichen. Folglich ist die Langlebigkeit des Elektroantriebsachssystems erhöht, und die Anwendbarkeit des Systems ist erweitert. Ein solches Merkmal des Achssystems umfasst die Anordnung auswählbarer Zahnradsätze mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen, einer an ein Differenzial gekoppelten Planetenradanordnung vorgelagert. In diesem Beispiel sind im System Kupplungen bereitgestellt, um ein Einrücken/Ausrücken der Zahnradsätze zu veranlassen und dem Übersetzungsverhältnis, das dem Planetengetriebe zugeführt wird, zu gestatten, schnell eingestellt zu werden, beispielsweise basierend auf Fahrbedingungen. Ferner gestattet der Drehmomentübertragungsweg, der über die Anbringung zwischen der Planetenradanordnung und dem Differenzial geschaffen wird, dem System, über den Getriebestrang weniger Drehmoment zu übertragen. Die Anzahl der Komponenten in dem Getriebestrang kann folglich reduziert werden, falls gewünscht. In weiteren Beispielen kann im System eine Starrachse eingesetzt sein, um die Haltbarkeit und strukturelle Integrität des Elektroantriebsachssystems zu erhöhen. In einem weiteren Beispiel kann die Planetenradanordnung ein einzelnes Hohlrad, einen Träger und ein Sonnenrad umfassen, um eine kompakte Zahnradanordnung mit einem im Vergleich zu einem Nicht-Planetengetriebe relativ hohen Übersetzungsverhältnis zu erreichen. Wenn die Planetenradanordnung ein relativ hohes Übersetzungsverhältnis und einen hohen Drehmomentausgang aufweist, kann die Raumeffizienz der Planetenradanordnung aufgrund der Lastverteilung zwischen den Planetenrädern weiter erhöht werden, falls gewünscht.
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 in dem Elektroantriebsachssystem, gezeigt in 4. 6 zeigt eine Querschnittsansicht einer Eingangswelle und Zwischenwelle, enthalten in einem Getriebestrang des Elektroantriebsachssystems, 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 des Elektroantriebsachssystems, gezeigt in 4. 9 zeigt eine detaillierte Ansicht von Kupplungsanordnungen in dem Elektroantriebsachssystem, gezeigt in 4. Die 10-12 zeigen beispielhafte Getriebestrangenergiewege, die während verschiedenen Modi des Systembetriebs auftreten. 13 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 2-13 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 Festlager sein, und das zweite Lager 182 kann ein Loslager 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 Anwendungsfällen 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 Fall 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 drehgekoppelt 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 Übertragung von Rotationsenergie 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 axiale Belastung), 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 Getriebezug 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. Andere Kupplungsentwürfe sind jedoch vorstellbar, beispielsweise eine Reibungskupplung (beispielsweise Nassreibungskupplung), eine Hydraulikkupplung, eine elektromagnetische Kupplung und dergleichen. 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 bestimmten Ausführungsformen können jedoch im System Nicht-Planetenradanordnungen verwendet werden, wenn beispielsweise eine raumeffiziente Konfektionierung weniger favorisiert ist. 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 des Betriebs 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 axiale Lasten zu stützen. 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 Loslager) 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 Achsabschnitte 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). 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., 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 nach einem Modusübergang 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 versetzt 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 10-12 ausführlicher diskutiert.
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 Ausführungsformen 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 Getriebezstrang 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 und 3-13 bereitgestellt. 2 zeigt zusätzlich eine Planetenradanordnung 222, drehgekoppelt mit einem Differenzial 224 im Getriebestrang 204. Die Energiepfade in dem Getriebestrang 204 werden hierin ausführlicher diskutiert. Es versteht sich, dass ein Platzieren der Planetenradanordnung 222 neben dem Differenzial 224 die Übertragung von weniger Drehmoment durch den Getriebestrag 204 gestattet, was dem Antriebsstrang gestattet, weniger und/oder kleinere Komponenten aufzuweisen, falls gewünscht.
Die Planetenradanordnung 222 kann in einer kompakten Anordnung, verglichen mit Nicht-Planetenradanordnungen, ein angestrebtes Übersetzungsverhältnis erreichen (beispielsweise ein relativ hohes Übersetzungsverhältnis, wie etwa in einem Anwendungsfall 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 3-12, 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 der zweite Zahnradsatz 312 und 314 unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse aufweisen (beispielsweise kann der erste Zahnradsatz ein höheres Übersetzungsverhältnis aufweisen als der zweite). Auf diese Weise kann der Getriebestrang mehrere Übersetzungsverhältnisse umfassen, um die Anpassungsfähigkeit des Getriebestrangs zu erhöhen. Darüber hinaus teilen die Zahnradsätze auch einige gemeinsame Zahnräder (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 Geräusche, Vibrationen und Rauigkeit (Noise, Vibration and Harshness, 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. In anderen Beispielen können jedoch andere Zahnradkonfigurationen verwendet werden, beispielsweise Nicht-Planetenradanordnungen, Getriebestränge mit Zahnrädern, die zwischen der Planetenanordnung und dem Differenzial positioniert sind, usw. 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. Das Lager 504 kann an einer nach außen gerichteten axialen Seite des ersten Zahnrades 300 positioniert sein, um beispielsweise Wellenbiegemomente zu reduzieren. Andere Lageranordnungen sind jedoch vorstellbar, beispielsweise eine Lageranordnung mit zwei Lagern an einer nach innen 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 Loslager 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 eine Drehbewegung 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 angeordnet, gekoppelt an die Ausgangswelle 214. Die Planetenradanordnung 222 und das Differenzial 224 sind ebenfalls in 7 gezeigt. Das Differenzial 224 ist in 7 als ein Kegelraddifferenzial gezeigt. In anderen Ausführungsformen können jedoch auch Planetenrad-, Stirnrad- oder Schrägraddifferenziale genutzt werden.
Bezug nehmend auf 8, ist eine detaillierte 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 Planetenradanordnung 222 zugeführt wird, gestatten, auf der Grundlage von Systembetriebsbedingungen angepasst zu werden. Konkret ist eine erste Kupplungsanordnung 800 dazu ausgelegt, das fünfte Zahnrad 308 drehend an die Ausgangswelle 214 zu koppeln und von ihr zu entkoppeln, und eine zweite Kupplungsanordnung 802 ist dazu ausgelegt, das sechste Zahnrad 310 drehend an die Ausgangswelle zu koppeln bzw. von ihr zu entkoppeln.
9 zeigt eine detaillierte Ansicht der ersten Kupplungsanordnung 800, dazu ausgelegt, das fünfte Zahnrad 308 drehend an die Ausgangswelle 214 zu koppeln 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 einen Rotationseingang in einer ersten Richtung (Rückwärtsantriebs-Rotationsrichtung) erhält oder wenn sie über die Ausgangswelle überlaufen wird, und ist dazu ausgelegt, Drehmoment an die Ausgangswelle 214 zu übertragen, wenn sie einen Rotationseingang in einer zweiten Richtung (beispielsweise 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.
Eine Ausführungsform der Einwegkupplung ist in 13 gezeigt. Die Freilaufkupplung 1300 umfasst eine Vielzahl von Freilaufmechanismen 1302, montiert an Trägerringen 1304. Die Freilaufmechanismen 1302 sind federgespannt und drehen sich um die Achse 1306. Die Freilaufmechanismen 1302 umfassen gewölbte Oberflächen 1308 mit asymmetrischen Profilen. Wenn sich eine drehbare Welle, auf der die Freilaufkupplung montiert ist, beispielsweise die in 9 gezeigte Ausgangswelle 214, in einer Richtung dreht, gelangen die gewölbten Oberflächen 1308 in einen Reibeingriff mit einer Außenfläche der Welle. Wenn die Welle hingegen in die entgegengesetzte Richtung gedreht wird, rücken die gewölbten Oberflächen 1308 in den Freilaufmechanismen 1302 aus und gestatten dem fünften Zahnrad 308, gezeigt in 9, sich im Hinblick auf die Ausgangswelle 214 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 Einwegkupplungen, beispielsweise Einwegkupplungen mit Ratschenmechanismen.
Zurückkehrend zu 9, ist die Sperrkupplung 900 dazu ausgelegt, das fünfte Zahnrad 308 drehend an die Ausgangswelle 214 zu koppeln 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. 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. In alternativen Ausführungsformen kann die Kupplungsanordnung 800 jedoch auch andere Formen annehmen. Beispielsweise kann die erste Kupplungsanordnung in einem alternativen Beispiel eine Reibungskupplung sein.
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 usw. sein. Die Einwegkupplung 902 wird auch zwischen der Verlängerung 918 des fünften Zahnrades 308 und einer Außenfläche 919 der Ausgangswelle 214 positioniert gezeigt.
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 der zweiten Kupplungsanordnung des Antriebsstrangs, einer Sperrkupplung 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 während des Eingriffs der Kupplung miteinander im Eingriff befinden, um Rotationsenergie vom sechsten Zahnrad 310 auf die Ausgangswelle 214 zu übertragen. Wenn die Nassreibungskupplung ausgerückt ist, sind die Reibungsplatten 920 friktional entkoppelt, und die Übertragung von Rotationsenergie 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 Loslager 922, ein Rollenlager 924 (beispielsweise ein Nadelschrägrollenlager), 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. Es versteht sich auch, dass in die Nassreibungskupplung Schmiermittel geleitet werden kann.
Die Nassreibungskupplung 802 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 Nadellager), angeordnet zwischen den Planetenstiften 814 und den Planetenrädern 812, können eine Rotation der Planetenräder gestatten. 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 im Wesentlichen stationär gehalten zu werden, während des Betriebs des Getriebestrangs möglicherweise nicht einstellbar. In einer solchen Ausführungsform kann die Planetenradanordnung folglich eine noch größere Raumeffizienz erreichen. In anderen Ausführungsformen sind auch Planetenkomponenten vorstellbar, deren stationärer/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 Klauenkupplung 834 umfassen, dazu ausgelegt, in einer gesperrten und entsperrten Konfiguration zu operieren. In einer gesperrten Konfiguration veranlasst die Klauenkupplung 834 die Zahnräder 836 (beispielsweise Seitenräder), sich im Gleichlauf zu drehen. Umgekehrt gestattet die Klauenkupplung 834 in der entsperrten Konfiguration den Zahnrädern 836, Drehgeschwindigkeitsvarianz aufzuweisen. Eines der Zahnräder 836 kann folglich Zähne 837 aufweisen, die sich mit Zähnen 839 in der Klauenkupplung 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. In anderen Ausführungsformen kann jedoch auch eine pneumatische oder hydraulische Betätigung der Kupplung genutzt werden.
8 zeigt auch das Differenzial 224, drehgekoppelt an eine Achse 838. Konkret können die Zahnräder 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.
Der Getriebestrang 204 kann über die Steuerung, beispielsweise die Steuerung 152, gezeigt in 1, in unterschiedliche Betriebsmodi versetzt 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 von 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.
10 zeigt den Getriebestrang 204 des Elektroantriebsachssystems 200, angeordnet in einem Vorwärtsantriebsmodus im ersten Gang, 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 1000 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.
11 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 1100 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.
12 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 Zahnrad 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 1200 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 12 gezeigten Energiepfad ähneln kann. Beispielsweise kann der Energiepfad im Rückwärtsantriebsmodus im ersten Gang durch die ähnlichen Komponenten wie der durch Pfeile 1200 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, Energie vom fünften Zahnrad 308 über die Sperrkupplung 900 auf die Ausgangswelle 214 zu übertragen).
Die hierin beschriebenen Elektroantriebssysteme und modalen Steuerstrategien haben die technische Wirkung der Bereitstellung eines Systems mit einer strukturell robusten, kompakten Zahnradkonfiguration mit mehreren auswählbaren Übersetzungsverhältnissen, wodurch sich die Anpassungsfähigkeit des Antriebsstrangs erhöht.
Die 1-13 zeigen beispielhafte Konfigurationen mit relativer Positionierung der verschiedenen Komponenten. Wenn als einander direkt kontaktierend oder direkt gekoppelt gezeigt, können diese Elemente in mindestens einem Beispiel als direkt kontaktierend 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 nur mit 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 wird ein Elektroantriebsachssystem bereitgestellt, das einen mit einem Getriebestrang drehgekoppelten Elektromotor/Generator umfasst, wobei der Getriebestrang umfasst: eine Ausgangswelle, drehgekoppelt mit einer Zahnradanordnung, axial versetzt von einer Eingangswelle, drehgekoppelt mit dem Elektromotor/Generator, die Zahnradanordnung drehgekoppelt mit einem Differenzial und das Differenzial drehgekoppelt mit einer Achse; eine erste Kupplungsanordnung dazu ausgelegt, einen ersten Zahnradsatz drehend an die Ausgangswelle zu koppeln und von ihr zu entkoppeln, und eine zweite Kupplungsanordnung dazu ausgelegt, einen zweiten Zahnradsatz drehend an die Ausgangswelle zu koppeln und von ihr zu entkoppeln, wobei der zweite Zahnradsatz ein anderes Übersetzungsverhältnis als der erste Zahnradsatz aufweist.
In einem anderen Aspekt wird ein Elektroantriebsachssystem bereitgestellt, das einen mit einem Getriebestrang drehgekoppelten Elektromotor/Generator umfasst, wobei der Getriebestrang umfasst: eine Ausgangswelle, drehgekoppelt mit einer Planetenradanordnung, axial versetzt von einer Eingangswelle, drehgekoppelt mit dem Elektromotor/Generator, wobei die Planetenradanordnung drehgekoppelt mit einem Differenzial ist und das Differenzial drehgekoppelt mit einer Achse ist, eine erste Kupplungsanordnung ist dazu ausgelegt, einen ersten Zahnradsatz drehend an die Ausgangswelle zu koppeln und von ihr zu entkoppeln, und eine zweite Kupplungsanordnung ist dazu ausgelegt, einen zweiten Zahnradsatz drehend an die Ausgangswelle zu koppeln und von ihr zu entkoppeln, wobei der zweite Zahnradsatz ein anderes Übersetzungsverhältnis als der erste Zahnradsatz aufweist.
In noch einem weiteren Aspekt wird ein Elektroantriebsachssystem bereitgestellt, das einen mit einem Getriebestrang drehgekoppelten Elektromotor/Generator umfasst, wobei der Getriebestrang umfasst: eine Ausgangswelle, drehgekoppelt mit einer Planetenradanordnung, axial versetzt von einer Eingangswelle, drehgekoppelt mit dem Elektromotor/Generator, die Planetenradanordnung, drehgekoppelt mit einem Differenzial und das Differenzial, drehgekoppelt mit einer Starrachse; eine erste Kupplungsanordnung, dazu ausgelegt, einen ersten Zahnradsatz drehend an die Ausgangswelle zu koppeln und von ihr zu entkoppeln, und eine zweite Kupplungsanordnung, dazu ausgelegt, einen zweiten Zahnradsatz drehend an die Ausgangswelle zu koppeln und von ihr zu entkoppeln, wobei der zweite Zahnradsatz ein anderes Übersetzungsverhältnis als der erste Zahnradsatz aufweist.
In jeglichem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die Zahnradanordnung eine Planetenradanordnung sein.
In jeglichem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die Planetenradanordnung auf einer lateralen Seite eines Gehäuses des Elektromotors/Generators positioniert sein.
In jeglichem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die Planetenradanordnung die ein einzelnes Hohlrad, einen Träger und ein Sonnenrad umfassen.
In jeglichem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Hohlrad dazu ausgelegt sein, während des Betriebs des Elektroantriebsachssystems stationär zu bleiben.
In jeglichem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die Achse eine Starrachse sein.
In jeglichem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die erste Kupplungsanordnung eine Sperrkupplung und eine Einwegkupplung umfassen.
In jeglichem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die Einwegkupplung eine Freilaufkupplung sein, die eine Vielzahl von Freilaufmechanismen umfasst, positioniert zwischen einer äußeren Laufbahn der Freilaufkupplung und einer Außenfläche der Ausgangswelle.
In jeglichem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die zweite Kupplungsanordnung eine Nassreibungskupplung umfassen.
In jeglichem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann Ausgangswelle koaxial zur Achse sein.
In jeglichem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Differenzial eine elektronisches Sperrdifferenzial oder ein Differenzial mit elektronisch begrenztem Schlupf sein.
In jeglichem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Elektroantriebsachssystem in einem Elektrofahrzeug enthalten sein.
In jeglichem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die Planetenradanordnung die ein einzelnes Hohlrad, einen Träger und ein Sonnenrad umfassen, die Planetenradanordnung kann auf einer lateralen Seite des Elektromotors/Generators positioniert sein, und die Ausgangswelle kann koaxial zur Achse sein.
In jeglichem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die erste Kupplungsanordnung eine Sperrkupplung und eine Einwegkupplung umfassen, und die zweite Kupplungsanordnung kann eine Nassreibungskupplung umfassen.
In jeglichem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die Einwegkupplung eine Freilaufkupplung sein, die eine Vielzahl von Freilaufmechanismen umfasst, positioniert zwischen einer Verlängerung eines Zahnrades im ersten Zahnradsatz und einer Außenfläche der Ausgangswelle.
In jeglichem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die Achse eine Starrachse sein, die sich zwischen einem ersten Antriebsrad und einem zweiten Antriebsrad erstreckt, und die Starrachse kann in einer inneren Öffnung der Ausgangswelle positioniert sein.
In jeglichem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die Planetenradanordnung auf einer lateralen Seite eines Gehäuses des Elektromotors/Generators positioniert sein und kann ein einzelnes Hohlrad, einen Träger und ein Sonnenrad umfassen, und die Starrachse kann in einer inneren Öffnung der Ausgangswelle positioniert sein.
In jeglichem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die erste Kupplungsanordnung eine Freilaufkupplung umfassen, die eine Vielzahl von Freilaufmechanismen umfasst, positioniert zwischen einer Verlängerung eines Zahnrades im ersten Zahnradsatz und einer Außenfläche der Ausgangswelle.
In einer anderen Darstellung ist ein an einen Elektromotor/Generator drehgekoppeltes Getriebe bereitgestellt, das mehrere Getriebepfade mit unterschiedlichen auswählbaren Übersetzungsverhältnissen umfassen kann, die einer Planetenradanordnung, gekoppelt mit einer Starrachse, koaxial zu einer Ausgangswelle des Getriebes, Rotationsenergie bereitstellen.
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.
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 konkreten hierin beschriebenen Routinen können eine oder mehrere von jeglicher Anzahl von Verarbeitungsstrategien repräsentieren, beispielsweise ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen. Verschiedene veranschaulichte Aktionen, Operationen und/oder Funktionen können in der veranschaulichten Reihenfolge, parallel oder in einigen Fällen auch weggelassen werden. Die Reihenfolge der Bearbeitung ist nicht unbedingt erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hierin beschriebenen Beispiele zu erreichen, dient jedoch der Veranschaulichung und Beschreibung. Eine oder mehrere der veranschaulichten Aktionen, Operationen und/oder Funktionen können je nach der konkreten verwendeten Strategie wiederholt ausgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Aktionen, Operationen und/oder Funktionen grafisch Code repräsentieren, der in einen nicht-flüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums im Fahrzeugsteuerungssystem zu programmieren ist, wobei die beschriebenen Aktionen durch Ausführen der Anweisungen in einem System ausgeführt werden können, das die verschiedenen Hardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung umfasst. Einer oder mehrere der hierin beschriebenen Verfahrensschritte können weggelassen werden, falls gewünscht.
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 vorstehende Technologie auf Antriebsstränge angewendet werden, die verschiedene Typen von Antriebsquellen umfassen, einschließlich verschiedener Typen von elektrischen Maschinen und Getrieben. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Teilkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie weitere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hierin offenbart wurden.
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 so zu verstehen, dass sie eine Einbeziehung eines oder mehrerer solcher Elemente beinhalten, wobei weder zwei noch mehrere solcher Elemente verlangt oder ausgeschlossen werden. 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

Elektroantriebsachssystem, umfassend: einen Elektromotor/Generator, drehgekoppelt mit einem Getriebestrang, wobei der Getriebestrang umfasst: eine Ausgangswelle, drehgekoppelt mit einer Zahnradanordnung, axial versetzt von einer Eingangswelle, drehgekoppelt mit dem Elektromotor/Generator, wobei die Zahnradanordnung mit einem Differenzial drehgekoppelt ist und das Differenzial mit einer Achse drehgekoppelt ist; eine erste Kupplungsanordnung, dazu ausgelegt, ein ersten Zahnradsatz drehend an die Ausgangswelle zu koppeln und von ihr zu entkoppeln; und eine zweite Kupplungsanordnung, dazu ausgelegt, einen zweiten Zahnradsatz drehend an die Ausgangswelle zu koppeln und von ihr zu entkoppeln, wobei der zweite Zahnradsatz ein anderes Übersetzungsverhältnis als der erste Zahnradsatz aufweist.
Elektroantriebsachssystem nach Anspruch 1, wobei die Zahnradanordnung eine Planetenradanordnung ist.
Elektroantriebsachssystem nach Anspruch 2, wobei die Planetenradanordnung auf einer lateralen Seite eines Gehäuses des Elektromotors/Generators positioniert ist.
Elektroantriebsachssystem nach Anspruch 2, wobei die Planetenradanordnung ein einzelnes Hohlrad, einen Träger und ein Sonnenrad umfasst.
Elektroantriebsachssystem nach Anspruch 4, wobei das Hohlrad dazu ausgelegt ist, während Betrieb des Elektroantriebsachssystems stationär zu bleiben.
Elektroantriebsachssystem nach Anspruch 1, wobei die Achse eine Starrachse ist.
Elektroantriebsachssystem nach Anspruch 1, wobei die erste Kupplungsanordnung eine Sperrkupplung und eine Einwegkupplung umfasst.
Elektroantriebsachssystem nach Anspruch 7, wobei die Einwegkupplung eine Freilaufkupplung ist, umfassend eine Vielzahl von Freilaufmechanismen, positioniert zwischen einer Verlängerung eines Zahnrades im ersten Zahnradsatz und einer Außenfläche der Ausgangswelle.
Elektroantriebsachssystem nach Anspruch 1, wobei die zweite Kupplungsanordnung eine Nassreibungskupplung umfasst.
Elektroantriebsachssystem nach Anspruch 1, wobei die Ausgangswelle koaxial zur Achse ist, wobei das Differenzial ein elektronisches Sperrdifferenzial oder ein Differenzial mit elektronisch begrenztem Schlupf ist, und/oder wobei das elektrische Antriebsachssystem in einem Elektrofahrzeug enthalten ist.