DE102021103831A1

DE102021103831A1 - Elektrisches antriebsachssystem mit ausbaubarer planetengetriebebaugruppe

Info

Publication number: DE102021103831A1
Application number: DE102021103831.6A
Authority: DE
Inventors: Eric M. Engerman; Mitchell R. Lawson
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: US11692615B2; US20220065330A1; US20210254686A1; US20230296160A1; CN113276670A; US11236804B2

Abstract

Es werden Verfahren und Systeme für eine elektrische Antriebsachse eines Fahrzeugs angegeben. Ein elektrisches Antriebsachssystem weist in einem Beispiel einen Getriebezug auf, der für eine drehmäßige Anbau an einem elektrischen Motor-Generator ausgelegt ist. Der Getriebezug weist eine Abtriebswelle auf, die drehungsmäßig mit einer ersten Planetengetriebebaugruppe gekoppelt ist und die von einer Antriebswelle, die drehungsmäßig mit dem elektrischen Motor-Generator gekoppelt ist, axial versetzt ist, wobei die erste Planetengetriebebaugruppe dafür ausgelegt ist, lösbar mit einem Differential gekoppelt zu werden, das koaxial zu einer Achse angeordnet ist.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft elektrische Antriebsachsen in Fahrzeugen, und genauer eine ausbaubare Planetengetriebebaugruppe in Antriebsachsengetriebezügen.
HINTERGRUND
Elektrifizierte Achsen werden in Elektro- sowie Hybridfahrzeuge eingebaut, um einen Fahrzeugantrieb bereitzustellen oder zu verstärken. Die elektrifizierten Achsen weisen Getriebe auf, die dazu dienen, eine gewünschte Getriebeübersetzung für die Übertragung von Drehenergie zwischen dem elektrischen Motor und den Antriebsrädern bereitzustellen. Jedoch haben die Erfinder erkannt, dass frühere elektrische Antriebsachsen Nachteile bezüglich einer räumlichen Anordnung von Achsen und einer Zugänglichkeit von Getrieben aufweisen. Die Probleme mit der Zugänglichkeit der Getriebe können Hindernisse darstellen, die einen Endbenutzer daran hindern, die Antriebskraftübersetzung (z.B. die Achsübersetzung) des Fahrzeugs zu ändern. Bei herkömmlichen Hinterachsen werden Hypoidgetriebesätze, die mit Differentialen gekoppelt sind, als Getriebeendstufen verwendet. Jedoch wirft ein Wechsel von Getriebesätzen in Parallelachsengetriebeanordnungen im Vergleich zu Hypoidgetriebeanordnungen zusätzliche Schwierigkeiten auf. Die Schwierigkeiten bei einem Ausbau und Austausch von Getrieben in Parallelachsenanordnungen können beispielsweise auf die Architektur des Gehäuses, das die Parallelachsengetriebe umgibt, sowie in manchen Fällen auf den festen Zahnrad-Achsabstand in dem Gehäuse zurückzuführen sein. Getriebe mit anderen Arten von Planetengetriebeanordnungen in heutigen elektrifizierten Antriebsachsen werfen ebenfalls Probleme mit der Zugänglichkeit von Getriebeelementen auf. Zum Beispiel verwenden bestimmte elektrifizierte Antriebsachssysteme mehrere Planetengetriebesätze, die der Getriebeendstufe vorgelagert sind. Somit können ein Zugriff auf mehrstufige Planetengetriebesätze und deren Demontage arbeits- und zeitaufwändig sein.
KURZFASSUNG
Um zumindest einige der vorstehend genannten Nachteile zu beheben, wird eine elektrische Antriebsachse angegeben. In einem Beispiel weist das elektrische Antriebsachssystem einen Getriebezug auf, der für einen drehungsmäßigen Anbau an einem elektrischen Motor-Generator ausgelegt ist. Der Getriebezug weist eine Abtriebswelle auf, die mit einer ersten Planetengetriebebaugruppe gekoppelt ist und die von einer Antriebswelle, die drehungsmäßig mit dem elektrischen Motor-Generator gekoppelt ist, axial versetzt ist. Außerdem ist die erste Planetengetriebebaugruppe für eine lösbare Kopplung mit einem Differential ausgelegt, das koaxial mit einer Achse ist. Auf diese Weise kann die Planetengetriebebaugruppe in der Antriebsachse im Vergleich zu Getrieben, für die Hypoidgetriebeanordnungen verwendet werden, leichter zugänglich gemacht werden.
In einem anderen Beispiel kann das Differential eine Anbauschnittstelle aufweisen, die so gestaltet ist, dass sie mit einer Anbauschnittstelle in der ersten Planetengetriebebaugruppe ebenso wie mit einer Anbauschnittstelle in einer zweiten Planetengetriebebaugruppe mit einer anderen Getriebeübersetzung als die erste Planetengetriebebaugruppe koppelbar ist. Auf diese Weise ermöglicht die Architektur des Systems einen effizienten Ausbau und Austausch durch einen Endbenutzer, falls dies gewünscht wird.
In einem noch anderen Beispiel kann die Planetengetriebebaugruppe eine Mehrzahl von Planetenbolzen aufweisen, die sich axial durch einen Planetenträger in der ersten Planetengetriebebaugruppe und in Aussparungen in einem Gehäuse des Differentials erstrecken. Diese Planetenbolzenanordnung lässt es zu, dass eine Ausrichtung zwischen der Planetengetriebebaugruppe und dem Differential während einer Getriebezugmontage effizient ausgeführt wird.
Man beachte, dass die obige Kurzfassung dafür vorgesehen ist, in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben sind. Sie soll nicht dazu dienen, die wichtigen oder essentiellen Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu bezeichnen, dessen Schutzumfang durch die der ausführlichen Beschreibung folgenden Ansprüche eindeutig definiert wird. Darüber hinaus ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die alle vorstehend oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung erwähnten Nachteile beheben.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, das ein elektrisches Antriebsachssystem aufweist.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Beispiels für ein elektrisches Antriebsachssystem mit einem Getriebezug mit mehreren auswählbaren Getriebesätzen.
3 zeigt eine Draufsicht auf das elektrische Antriebsachssystem, das in 2 abgebildet ist.
4 zeigt eine Seitenansicht des elektrischen Antriebsachssystems, das in 2 abgebildet ist.
5 zeigt eine Querschnittsansicht eines elektrischen Motor-Generators und einer Antriebswelle in dem elektrischen Antriebsachssystem, das in 2 abgebildet ist.
6 zeigt eine Querschnittsansicht einer Zwischenwelle in dem Getriebezug des elektrischen Antriebsachssystems, das in 2 abgebildet ist.
7 zeigt eine Querschnittsansicht einer Abtriebswelle, einer Getriebebaugruppe und eines Differentials in dem Getriebezug des elektrischen Antriebsachssystems, das in 2 abgebildet ist.
8 zeigt eine detailliertere Ansicht der Abtriebswelle, der Getriebebaugruppe und des Differentials in dem Getriebezug des elektrischen Antriebsachssystems, das in 2 abgebildet ist.
9 zeigt eine detailliertere Ansicht der Kupplungsbaugruppen in dem Getriebezug des elektrischen Antriebsachssystems, das in 2 abgebildet ist.
10-12 zeigen detaillierte Ansichten verschiedener Abschnitte der Planetengetriebebaugruppe in dem Getriebezug des elektrischen Antriebsachssystems, das in 2 abgebildet ist.
13 zeigt eine perspektivische Ansicht der Planetengetriebebaugruppe und des Differentials in dem Getriebezug des elektrischen Antriebsachssystems, das in 2 abgebildet ist.
14 zeigt eine Querschnittsansicht der Planetengetriebebaugruppe und des Differentials, die in 13 gezeigt sind.
15 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Trägers in der Planetengetriebebaugruppe, die in 13 gezeigt ist.
16 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts des Differentials, das in 13 gezeigt ist.
17 zeigt ein Beispiel für ein Gehäuse in dem elektrischen Antriebsachssystem, das in 2 gezeigt ist.
18 zeigt ein Verfahren zum Wechseln von Planetengetriebesätzen in einem elektrischen Antriebsachssystem.
19-21 zeigen Leistungswege für verschiedene Betriebsmodi des elektrischen Antriebsachssystems, das in 2 gezeigt ist.
22 zeigt ein Beispiel für eine Einwegkupplung.

2-22 sind annähernd maßstabgerecht gezeichnet. In anderen Ausführungsformen können jedoch andere relative Abmessungen der Komponenten verwendet werden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Hierin wird ein elektrisches Antriebsachssystem mit einer Planetengetriebebaugruppe beschrieben, die ein schnelles Wechseln von Getriebeübersetzungen in einem Getriebe erleichtert. Um die Effizienz eines Getriebewechsels zu erreichen, weist das System in einem Beispiel ein Differential auf, das eine Anbauschnittstelle aufweist, die so gestaltet ist, dass mehrere Planetengetriebebaugruppen mit unterschiedlichen Übersetzungen zu unterschiedlichen Zeiten angebaut werden können. Die Anbauschnittstelle kann in einem Differentialgehäuse enthalten sein und kann, wenn sie mit einer Planetenbaugruppe zusammengebaut wird, direkt mit einer Schnittstelle in der Planetengetriebebaugruppe gekoppelt werden. Das Muster der Anbauöffnungen in den Schnittstellen in den verschiedenen Planetenbaugruppen kann im Wesentlichen gleich sein, um einen vereinfachten Austausch von Planetengetrieben für eine Verstellung einer Getriebezugübersetzung zuzulassen. In einem anderen Beispiel können die Planetengetriebebaugruppen Planetenbolzen aufweisen, die sich durch Träger hindurch erstrecken und die als Festpunkte für die Ausrichtung des Differentials und der Planetengetriebebaugruppe dienen. Die Planetengetriebebaugruppen mit unterschiedlichen Übersetzungen können daher während einer Installation der Planetengetriebe effizient an dem Differential ausgerichtet werden. In einem noch anderen Beispiel kann das System eine Kupplung aufweisen, die so gestaltet ist, dass sie einen Getriebesatz aktiviert und deaktiviert, welcher der Planetengetriebebaugruppe in dem Getriebe vorgelagert ist. Wenn die Kupplung aktiviert ist, übt sie eine axiale Kraft auf eine Abtriebswelle des Getriebes aus. Die Planetengetriebebaugruppe kann in solch einem Beispiel so gestaltet sein, dass sie eine axiale Kraft auf die Abtriebswelle ausübt, welche die Kupplungskraft zumindest zum Teil aufhebt. Auf diese Weise kann die Langlebigkeit von Lagern, die mit der Abtriebswelle gekoppelt sind, verlängert werden, falls gewünscht.
1 stellt schematisch ein Fahrzeug mit einem elektrischen Antriebsachssystem dar, das mit mehreren Getriebeübersetzungen ausgestaltet ist. 2-4 stellen unterschiedliche Ansichten eines Beispiels für ein elektrisches Antriebsachssystem dar. 5 zeigt eine Querschnittsansicht eines elektrischen Motor-Generators, der in dem elektrischen Antriebsachssystem enthalten ist, das in 4 gezeigt ist. 6 zeigt eine Querschnittsansicht einer Antriebswelle und einer Zwischenwelle, die in dem Getriebezug in dem elektrischen Antriebsachssystem enthalten sind, das in 4 gezeigt ist. 7 zeigt eine Querschnittsansicht einer Zwischenwelle und einer Abtriebswelle in dem Getriebezug in dem elektrischen Antriebsachssystem, das in 4 gezeigt ist. 8 zeigt eine Querschnittsansicht der Abtriebswelle, die in dem Getriebezug in dem elektrischen Antriebsachssystem enthalten ist, das in 4 gezeigt ist. 9 zeigt eine detaillierte Ansicht von Kupplungsbaugruppen in dem elektrischen Antriebsachssystem, das in 4 gezeigt ist. 10-12 zeigen detaillierte Ansichten unterschiedlicher Abschnitte der Planetengetriebebaugruppe, die es zulassen, dass die Planetenbaugruppe eine axiale Anpassungsfähigkeit erhält. 13-16 zeigen Ansichten der Planetengetriebebaugruppe und des Differentials mit zugänglichen Anbauschnittstellen, die einen effizienten Ausbau und Austausch der Planetenbaugruppe zulassen. 17 zeigt ein Gehäuse des elektrischen Antriebsachssystems. 18 zeigt ein Verfahren zum Wechseln von Planetengetriebesätzen in einem elektrischen Antriebsachssystem. 19-21 zeigen Beispiele für Getriebezug-Leistungswege, die während unterschiedlicher Systembetriebsmodi auftreten. 22 zeigt ein Beispiel für eine Ausführungsform einer Einwegkupplung. Der Ausdruck Beispiel gibt hierin keinen Hinweis auf eine Bevorzugung, sondern bezeichnet lediglich mögliche Aspekte des Systems.
1 zeigt eine schematische Abbildung eines Fahrzeugs 100 mit einem elektrischen Antriebsachssystem 102 mit einem Getriebezug 104 und einem elektrischen Motor-Generator 106. Die Strichdarstellung von 1 gibt eine vereinfachte Topologie des Fahrzeugs, eines Getriebezugs und entsprechender Komponenten an. Man beachte jedoch, dass das Fahrzeug, der Getriebezug und die entsprechenden Komponenten eine größere strukturelle Komplexität aufweisen als in 1 erfasst ist. Die strukturellen Details verschiedener Facetten des Getriebezugs 104 werden hierin anhand von Beispielen detaillierter unter Bezugnahme auf 2-22 dargestellt.
Der elektrische Motor-Generator 106 ist elektrisch mit einer Energiespeichervorrichtung 108 (z.B. einer Batterie, einem Kondensator und dergleichen) gekoppelt. Pfeile 109 bezeichnen die Energieübertragung zwischen dem elektrischen Motor-Generator 106 und der Energiespeichervorrichtung 108, die während unterschiedlicher Systembetriebsmodi auftreten kann. Der elektrische Motor-Generator 106 kann herkömmliche Komponenten zur Erzeugung einer Drehausgangsleistung (z.B. einer Vorwärts- und Rückwärtsantriebs-Drehausgangsleistung) und/oder elektrischer Energie zum Wiederaufladen der Energiespeichervorrichtung 108 aufweisen, wie etwa einen Rotor, der elektromagnetisch mit einem Stator wechselwirkt, um die oben genannte Energieübertragungsfähigkeit bereitzustellen. Der gezeigte elektrische Motor-Generator 106 weist eine Rotorwelle 180 mit einem ersten Lager 181 und einem zweiten Lager 182 auf, die damit gekoppelt sind. Das erste Lager 181 kann ein Festlager sein und das zweite Lager 182 kann ein Loslager sein. Auch wenn das gezeigte zweite Lager 182 innerhalb des Motor/Generators positioniert ist, sei klargestellt, dass das Lager 182 in manchen Ausführungsformen mit der Antriebswelle gekoppelt sein kann, um dadurch die Drehung zu bewerkstelligen. Andere Lageranordnungen in Bezug auf den Motor-Generator werden in Betracht gezogen, wie etwa Anordnungen mit einander abwechselnden Mengen und/oder Arten von Lagern.
Das Fahrzeug kann in verschiedenen Ausführungsformen eine Reihe verschiedener Formen annehmen. Zum Beispiel kann das Fahrzeug 100 ein Hybridfahrzeug sein, wo sowohl der Motor-Generator 106 als auch eine Verbrennungskraftmaschine (nicht gezeigt) zur Erzeugung von Triebkraft verwendet werden. Zum Beispiel kann in einer Hybridfahrzeugkonfiguration eines Anwendungsfalls die Verbrennungskraftmaschine unter bestimmten Bedingungen das Wiederaufladen der Energiespeichervorrichtung 108 unterstützen. In einer anderen Hybridfahrzeugkonfiguration eines Anwendungsfalls kann die Verbrennungskraftmaschine dafür ausgelegt sein, einem Differential 110 oder anderen geeigneten Stellen in dem Getriebezug 104 Drehenergie bereitzustellen. In einer noch anderen Hybridfahrzeugkonfiguration kann die Maschine einer anderen Antriebsachse (nicht gezeigt) eine Dreheingangsleistung bereitstellen. Ferner kann das Fahrzeug in anderen Beispielen ein reines Elektrofahrzeug (BEV) sein, wo die Verbrennungskraftmaschine fehlt.
Die Drehwelle 180 des elektrischen Motor-Generators 106 ist mit einer Antriebswelle 112 gekoppelt. Zum Beispiel kann die Rotorwelle 180 durch Übergangspassung, Schlupfpassung, mechanischen Anbau, Verzahnung, Kombinationen davon usw. mit einem Ende der Antriebswelle 112 verbunden sein. Ein erstes Zahnrad 114 ist an der Antriebswelle 112 positioniert oder ausgebildet. Gezeigt ist ein Lager 183, das mit der Antriebswelle 112 gekoppelt ist. Das Lager 183 kann beispielsweise ein Festlager sein. Jedoch kann das Lager 183 in anderen Beispielen eine andere geeignete Art von Lager sein oder kann in manchen Fällen aus dem System weggelassen werden.
Ein zweites Zahnrad 116 ist drehungsmäßig mit dem ersten Zahnrad 114 gekoppelt und sitzt auf einer Zwischenwelle 118. Wie hierin beschrieben, kann eine drehungsmäßige Koppelung zwischen Zahnrädern oder anderen Komponenten eine Schnittstelle zwischen den Zahnrädern aufweisen, wo Zähne der Zahnräder ineinandergreifen, um eine Übertragung von Drehenergie zwischen ihnen zu bewerkstelligen. Somit lässt eine Drehkoppelung der Komponenten die Übertragung einer Drehenergieübertragung zwischen den entsprechenden Komponenten zu. Im Gegensatz dazu kann eine Drehkoppelung einen Zustand zwischen zwei Komponenten beinhalten, wenn eine Übertragung von Drehenergie zwischen den Komponenten weitgehend gehemmt ist.
Ein drittes Zahnrad 120 und ein viertes Zahnrad 122 sind außerdem an der Zwischenwelle 118 enthalten, aber es kommen auch andere Getriebeelementanordnungen in Betracht. Lager 184 (z.B. Kegelrollenlager) sind mit jedem axialen Ende der Zwischenwelle 118 gekoppelt, um die Welle zu tragen und ihre Drehung zu bewerkstelligen. Die Kegelrollenlager können die Breite, die von der Achse eingenommen wird, im Vergleich zu anderen Arten von Lagern, wie etwa Kugellagern, verringern. Jedoch kommen auch andere geeignete Arten und/oder Anordnungen von Zwischenwellenlagern in Betracht. Die Lageranordnung auf der Zwischenwelle sowie die anderen hierin beschriebenen Lageranordnungen können auf Basis einer erwarteten Wellenbelastung (z.B. einer Radial- und einer Axialbelastung), Zahnradgröße, Wellengröße usw. ausgewählt werden.
Um die Beschreibung des Getriebezugs fortzusetzen, so ist das vierte Zahnrad 122 drehungsmäßig mit einem fünften Zahnrad 124 gekoppelt, und das dritte Zahnrad 120 ist drehungsmäßig mit einem sechsten Zahnrad 126 gekoppelt. 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 dargestellten Ausführungsform in einer Getriebebaugruppe 130 enthalten. Jedoch kann die Getriebebaugruppe in anderen Ausführungsformen eine andere Zahl von Zahnrädern aufweisen und/oder ein anderes Layout aufweisen. Die Zahl der Zahnräder in der Baugruppe und das Layout der Baugruppe können beispielsweise auf Basis von endnutzungsabhängigen Gestaltungszielen in Bezug auf einen gewünschten Bereich und eine gewünschte räumliche Anordnung des Getriebes ausgewählt werden.
Das erste Zahnrad 114, das zweite Zahnrad 116, das vierte Zahnrad 122 und das fünfte Zahnrad 124 können in einem ersten Getriebesatz 127 enthalten sein. Außerdem können das erste Zahnrad 114, das zweite Zahnrad 116, das dritte Zahnrad 120 und das sechste Zahnrad 126 können in einem zweiten Getriebesatz 129 enthalten sein. Der erste Getriebesatz 127 kann in einem Beispiel eine höhere Getriebeübersetzung aufweisen als der zweite Getriebesatz 129. Jedoch können in anderen Beispielen andere Getriebeanordnungen in den verschiedenen Getriebesätzen verwendet werden. Kupplungsbaugruppen in dem System 102 lassen die Versetzung des ersten Getriebesatzes 127 oder des zweiten Getriebesatzes 129 in einen Betriebszustand zu. Genauer lassen die Kupplungsbaugruppen eine Verstellung der Getriebeübersetzung, die an Antriebsflächen 133 auf Antriebsräder 128 abgegeben wird, mittels der Getriebebaugruppe 130, einer Planetengetriebebaugruppe 138 und des Differentials 110 zu. Zum Beispiel können die Kupplungsbaugruppen so betätigt werden, dass während bestimmter Bedingungen (z.B. beim Schleppen, in einem Fahrzeugbetrieb mit geringer Geschwindigkeit usw.) der erste Getriebesatz 127 eingerückt wird und während anderer Bedingungen (z.B. in einem Fahrzeugbetrieb mit höherer Geschwindigkeit) der zweite Getriebesatz 129 eingerückt wird. Somit kann das System auf Basis von Fahrzeugbetriebsbedingungen, einer Fahrereingabe usw. zwischen den verschiedenen Getriebesätzen wechseln. Auf diese Weise weist der Getriebesatz auswählbare, voneinander verschiedene Getriebeübersetzungen auf, wodurch die Anpassung des Getriebezugs, wenn gewünscht, an unterschiedliche Fahrbedingungen zugelassen wird. Man beachte, dass die Verstellbarkeit der Getriebeübersetzung in manchen Fällen auch genutzt werden kann, um die Effizienz des elektrischen Motors zu erhöhen.
Das System 102 kann genauer eine erste Kupplungsbaugruppe 132 und eine zweite Kupplungsbaugruppe 134 aufweisen. Die erste Kupplungsbaugruppe 132 ist dafür ausgelegt, das fünfte Zahnrad 124 mit bzw. von einer Abtriebswelle 136 zu koppeln und zu entkoppeln. Ebenso hat die zweite Kupplungsbaugruppe 134 die Funktion, das sechste Zahnrad 126 mit bzw. von der Abtriebswelle 136 zu koppeln und zu entkoppeln. Die erste Kupplungsbaugruppe 132 kann eine Einwegkupplung 185 (z.B. eine Klemmkupplung) und eine Sperrkupplung 186 aufweisen, die zusammenarbeiten, um die Kopplungs-/Entkopplungsfähigkeit in einer kompakten Anordnung zu schaffen. Jedoch werden auch andere Kupplungsgestaltungen in Betracht gezogen, wie etwa eine Reibkupplung (z.B. eine nasslaufende Reibkupplung), eine hydraulische Kupplung, eine elektromagnetische Kupplung und dergleichen. Der Aufbau und die Funktion der Einweg- und Sperrkupplungen werden hierin näher beschrieben. Die zweite Kupplungsbaugruppe 134 kann in einer Ausführungsform eine nasslaufende Reibkupplung sein, die für ein weiches Ein-/Ausrücken sorgt. Jedoch kann die zweite Kupplungsbaugruppe 134 in anderen Beispielen zusätzliche oder alternative Arten geeigneter Kupplungen (z.B. hydraulische, elektromagnetische usw.) aufweisen.
In der dargestellten Ausführungsform ist die Abtriebswelle 136 drehungsmäßig mit der Planetengetriebebaugruppe 138 gekoppelt. Die Planetengetriebebaugruppe 138 kann einen Kranz 187, der auch als Hohlrad bezeichnet wird, einen Träger 188 mit daran montierten Planetenrädern 189, und ein Sonnenrad 190 aufweisen, die ein raumsparendes Design bereitstellen, das in der Lage ist, eine im Verhältnis zu nicht-planetarischen Anordnungen relativ hohe Getriebeübersetzung bereitzustellen. In der dargestellten Ausführungsform ist das Sonnenrad 190 drehungsmäßig mit der Abtriebswelle 136 gekoppelt, und der Träger 188 ist drehungsmäßig mit dem Differential 110 (z.B. einem Differentialgehäuse) gekoppelt. Jedoch können in alternativen Beispielen andere Zahnräder in der Planetenbaugruppe drehungsmäßig mit der Abtriebswelle und dem Differential gekoppelt sein. Ferner können die Komponenten der Planetengetriebebaugruppe 138 in einem Beispiel in Bezug auf die Komponenten, die stationär gehalten und rotieren gelassen werden, nicht verstellbar sein. Somit kann in einem Beispiel für einen Anwendungsfall der Kranz 187 im Wesentlichen stationär gehalten werden und der Träger 188, die Planetenräder 189 und können das Sonnenrad 190 und der stationäre/Drehungszustand der Zahnräder während eines Getriebezugbetriebs unverändert bleiben. In der dargestellten Ausführungsform ist der Kranz 187 fest an das Gehäuse des Motor-Generators gekoppelt, um die Raumausnutzung des Systems zu erhöhen. Jedoch kann der Kranz in anderen Fällen fest an andere Fahrzeugstrukturen gekoppelt sein. Durch die Verwendung einer nicht-verstellbaren Planetenbaugruppe kann der Getriebezugbetrieb im Vergleich zu Planetenanordnungen mit Zahnrädern, deren Drehzustand verstellbar ist, vereinfacht sein. Jedoch können in anderen Ausführungsformen verstellbare Planetenanordnungen in dem System verwendet werden.
Verschiedene Lager können mit der Abtriebswelle 136 und der Planetengetriebebaugruppe 138 gekoppelt werden, um eine Drehung von Komponenten, die mit der Welle und der Baugruppe gekoppelt sind, zu ermöglichen und in manchen Fällen die Komponenten mit Bezug auf radiale und/oder axiale Belastungen zu stützen. Gezeigt ist ein Lager 191 (z.B. ein Nadellager), das mit der Abtriebswelle 136 und der zweiten Kupplungsbaugruppe 134 gekoppelt ist. Außerdem ist ein Lager 192 (z.B. ein Kegelrollenlager) gezeigt, das mit der zweiten Kupplungsbaugruppe 134 gekoppelt ist. Weiter ist ein Lager 193 (z.B. ein Loslager) gezeigt, das mit der zweiten Kupplungsbaugruppe 134 und der Abtriebswelle 136 gekoppelt ist. Ein Lager 194 (z.B. ein Axiallager) kann ebenfalls axial zwischen dem sechsten Zahnrad 126 und der ersten Kupplungsbaugruppe 132 positioniert und mit diesen gekoppelt sein. Ein Lager 196 (z.B. ein Festlager) kann ebenfalls mit der Einwegkupplung 185 gekoppelt sein. Außerdem ist ein Lager 197 (z.B. ein Kugellager) gezeigt, das mit der Planetengetriebebaugruppe 138 gekoppelt ist, und es ist ein Lager 198 (z.B. ein Kugellager) gezeigt, das mit dem Differentialgehäuse 142 gekoppelt ist. Jedoch werden auch andere geeignete Lageranordnungen in Betracht gezogen, wie etwa Anordnungen, wo die Menge und/oder die Konfigurationen der Lager verändert sind.
Außerdem ist die in 1 abgebildete Planetengetriebebaugruppe 138 direkt drehungsmäßig mit dem Differential 110 gekoppelt. Das direkte Koppeln der Planetengetriebebaugruppe an dem Differential erhöht die Kompaktheit des Systems und vereinfacht die Systemarchitektur. In anderen Fällen kann jedoch ein Zwischengetriebeelement zwischen der Planetengetriebebaugruppe und dem Differential bereitgestellt sein. Das Differential 110 seinerseits ist so gestaltet, dass es eine Achse 140, die mit den Antriebsrädern 128 gekoppelt ist, drehend antreibt. Die gezeigte Achse 140 weist einen ersten Wellenabschnitt 141 und einen zweiten Wellenabschnitt 143 auf, die mit voneinander verschiedenen Antriebsrädern 128 gekoppelt sind. Ferner ist die gezeigte Achse 140 innerhalb (z.B. koaxial mit) der Abtriebswelle 136 angeordnet, wodurch zugelassen wird, dass ein mehr raumsparendes Design erreicht wird. Jedoch können in anderen Beispielen achsversetzte Abtriebswellenanordnungen verwendet werden.
Ferner kann die Achse 140 in einem Beispiel eine Starrachse sein. Eine Starrachse, die in der Technik auch als feste Achse oder als steife Achse bezeichnet wird, kann eine Achse mit mechanischen Komponenten sein, die einander strukturell stützen und die sich zwischen Antriebsrädern erstrecken, die mit der Achse gekoppelt sind. Somit können sich Räder, die mit der Achse gekoppelt sind, im Gleichklang bewegen, wenn sie gelenkig ist, beispielsweise während ein Fahrzeug auf unebenen Straßenoberflächen fährt. Zum Beispiel kann die Starrachse in einer Ausführungsform eine strukturell ununterbrochene Achse sein, welche die Antriebsräder an einer lateralen Achse überbrückt. In einer anderen Ausführungsform kann die Starrachse koaxiale Wellen aufweisen, die eine Dreheingangsleistung von unterschiedlichen Zahnrädern in dem Differential empfangen und die von dem Differential strukturell gestützt werden.
Das Differential 110 kann ein Gehäuse 142 aufweisen, in dem Getriebeelemente, wie etwa Ritzel, Achswellenräder usw. untergebracht sind, um die oben genannte Energieübertragungsfähigkeit zu erreichen. Genauer kann das Differential 110 in einem Beispiel ein elektronisches Sperrdifferential sein. In einem anderen Beispiel kann das Differential 110 ein elektronisches Limited-Slip-Differential oder eine Doppelkupplung mit Drehmomentverteilung sein. In noch anderen Beispielen kann ein offenes Differential verwendet werden. Was das Beispiel des Sperrdifferentials betrifft, so kann das Sperrdifferential, wenn es entsperrt ist, zulassen, dass sich die beiden Antriebsräder unterschiedlich schnell drehen, und wenn es gesperrt ist, kann das Sperrdifferential dagegen die Antriebsräder zwingen, sich gleich schnell zu drehen. Auf diese Weise kann die Getriebezugkonfiguration so eingerichtet sein, dass sie unter bestimmten Bedingungen eine Traktion erhöht. Im Falle des Limited-Slip-Differentials lässt das Differential die Beschränkung einer Abweichung der Geschwindigkeit zwischen Wellen 144, die mit den Antriebsrädern 128 gekoppelt sind, zu. Infolgedessen kann eine Traktion unter bestimmten Straßenbedingungen (z.B. Bedingungen, wo eine Traktion gering ist, Bedingungen von Nässe, Bedingungen von Matsch usw.) aufgrund der Beschränkung der Raddrehzahlabweichung erhöht werden. Außerdem kann in dem Beispiel der Doppelkupplung mit Drehmomentverteilung das Differential eine unabhängige und feinere Verstellung eines an die Antriebsräder ausgegebenen Drehmoments zulassen, um die Traktion während bestimmter Fahrbedingungen wieder zu erhöhen. Die Doppelkupplung mit Drehmomentverteilung kann daher eine bessere Raddrehzahl-/Drehmomentsteuerung bereitstellen, kann aber in manchen Fällen komplexer sein als die Sperr- oder Limited-Slip-Differentiale.
Das Fahrzeug 100 kann auch ein Steuersystem 150 mit einer Steuereinrichtung 152 aufweisen. Die Steuereinrichtung 152 weist einen Prozessor 154 und einen Speicher 156 auf. Der Speicher 156 kann Befehle enthalten, die in ihm gespeichert sind und die, wenn sie von dem Prozessor ausgeführt werden, die Steuereinrichtung 152 veranlassen, die verschiedenen hierin beschriebenen Verfahren, Steuertechniken usw. durchzuführen. Der Prozessor 154 kann eine Mikroprozessoreinheit und/oder andere Arten von Schaltkreisen aufweisen. Der Speicher 156 kann bekannte Datenspeichermedien, wie etwa einen Random-Access-Memory, einen Read-Only-Memory, einen Keep-Alive-Memory, Kombinationen davon usw. aufweisen. Ferner sei klargestellt, dass der Speicher 156 einen nicht-flüchtigen Speicher einschließen kann.
Die Steuereinrichtung 152 kann verschiedene Signale von Sensoren 158 empfangen, die mit verschiedenen Stellen in dem Fahrzeug 100 und dem elektrischen Antriebsachssystem 102 gekoppelt sind. Die Sensoren können einen Motor-Generator-Drehzahlsensor 160, einen Energiespeichervorrichtungs-Temperatursensor 162, einen Energiespeichervorrichtungs-Ladungszustandssensor 164, Raddrehzahlsensoren 166, Kupplungspositionssensoren 168 usw. einschließen. Die Steuereinrichtung 152 kann auch Steuersignale an verschiedene Aktoren 170 senden, die an verschiedenen Stellen in dem Fahrzeug 100 und dem elektrischen Antriebsachssystem 102 gekoppelt sind. Zum Beispiel kann die Steuereinrichtung 152 Signale an den elektrischen Motor-Generator 106 und die Energiespeichervorrichtung 108 senden, um die Drehzahl und/oder die Richtung (z.B. eine Vorwärtsantriebs-Drehrichtung und eine Rückwärtsantriebs-Drehrichtung) des Motor-Generators zu verstellen. Die Steuereinrichtung 152 kann auch Signale an die erste Kupplungsbaugruppe 132 und die zweite Kupplungsbaugruppe 134 senden, um die wirkende Getriebeübersetzung in dem Getriebezug 104 zu verstellen. Zum Beispiel kann die erste Kupplungsbaugruppe 132 ausgerückt werden und die zweite Kupplungsbaugruppe 134 kann eingerückt werden, um den zweiten Getriebesatz 129 in einen Wirkzustand zu bringen (wo Drehenergie zwischen dem elektrischen Motor-Generator 106 und der Abtriebswelle 136 übertragen wird). Die anderen steuerbaren Komponenten in dem Fahrzeug und dem Getriebesystem können im Hinblick auf Befehlssignale und Stellantriebsverstellung auf ähnliche Weise funktionieren. Zum Beispiel kann das Differential 110 Befehlssignale von der Steuereinrichtung 152 empfangen.
Das Fahrzeug 100 kann auch eine Eingabevorrichtung 172 sein (z.B. eine Gangwähleinrichtung, wie etwa ein Schaltknüppel, ein Ganghebel usw., eine Konsoleninstrumententafel, eine Berührungs-Bedienoberfläche, eine Tastatur, Kombinationen davon usw.). Die Eingabevorrichtung 172, die auf eine Fahrereingabe reagiert, kann eine Modusanfrage erzeugen, die einen gewünschten Betriebsmodus für den Getriebezug angibt. Zum Beispiel kann in einem Beispiel eines Anwendungsfalls der Fahrer eine Gangwähleinrichtung in einen Getriebemodus (z.B. einen ersten Getriebemodus oder einen zweiten Getriebemodus) verstellen, um an der Steuereinrichtung eine Getriebesatzmodus-Übergangsanfrage zu erzeugen. Als Reaktion darauf befiehlt die Steuereinrichtung Getriebezugkomponenten (z.B. der ersten Kupplungsbaugruppe 132 und der zweiten Kupplungsbaugruppe 134) einen Übergang aus einem zweiten Getriebemodus, wo der zweite Getriebesatz 129 wirkt, auf einen ersten Getriebemodus zu initiieren, wo der erste Getriebesatz 127 wirkt, oder umgekehrt. Andere Modalitätsübergänge werden ebenfalls in Betracht gezogen, wie etwa ein Modalitätsübergang auf einen Vorwärtsantriebsmodus von einem Rückwärtsantriebsmodus oder umgekehrt als Reaktion auf eine Fahrereingabe, die von der Eingabevorrichtung 172 empfangen wird. Jedoch können in anderen Beispielen mehr automatische Getriebezugmodenübergänge implementiert werden. Zum Beispiel kann die Steuereinrichtung den Getriebezug beispielsweise auf Basis von Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder -last automatisch in den ersten Getriebemodus oder den zweiten Getriebemodus versetzen. Die Steuereinrichtung 152 kann auch dafür ausgelegt sein, das elektrische Antriebsachssystem 102 in einen regenerativen Modus zu überführen. Im regenerativen Modus wird unter Verwendung des elektrischen Motor-Generators 106 Energie aus dem Getriebezug gezogen und auf die Energiespeichervorrichtung 108 übertragen. Zum Beispiel kann der elektrische Motor-Generator 106 in einen Generatormodus versetzt werden, wo zumindest ein Teil der Drehenergie, die mittels des Getriebezugs von den Antriebsrädern auf den Generator übertragen wird, in elektrische Energie umgewandelt wird. Es wird eine Reihe verschiedener Modussteuerungsstrategien in Betracht gezogen. Die Leistungswege, die sich während der verschiedenen Systemmodi bilden, werden hierin mit Bezug auf 19-21 detaillierter beschrieben.
2 zeigt ein elektrisches Antriebsachssystem 200. Man beachte, dass das elektrische Antriebsachssystem 200, das in 2 gezeigt ist, als Beispiel für das elektrische Antriebsachssystem 102 dient, das in 1 gezeigt ist. Somit kann in bestimmten Ausführungsformen zumindest ein Teil der funktionellen und strukturellen Merkmale des in 1 gezeigten elektrischen Antriebsachssystems 102 in dem in 2 gezeigten elektrischen Antriebsachssystem 200 verkörpert werden, oder umgekehrt.
Das elektrische Antriebsachssystem 200 weist wiederum einen elektrischen Motor-Generator 202 und einen Getriebezug 204 auf. Der elektrische Motor-Generator 202 weist eine elektrische Schnittstelle 206 auf, die in 2 als Sammelschiene dargestellt ist. Jedoch können in anderen Beispielen andere elektrische Schnittstellen verwendet werden. Der elektrische Motor-Generator 202 weist ferner ein Gehäuse 208 auf. Der Getriebezug 204 kann eine Antriebswelle 210, eine Zwischenwelle 212 und eine Abtriebswelle 214 aufweisen. Die Antriebswelle 210 empfängt eine Dreheingangsleistung (Vorwärts- oder Rückwärtsantriebsdrehung) von dem elektrischen Motor-Generator 202, während das System in Vorwärts- und Rückwärtsantriebsmodi arbeitet. Unterschiedliche Zahnräder in einem Getriebezug 204 werden mit den unterschiedlichen Wellen gekoppelt, was hierin ausführlicher mit Bezug auf 3 erläutert werden wird. Drehachsen 216, 218 und 220 der Antriebswelle 210, der Zwischenwelle 212 und der Abtriebswelle 214 sind gegebenenfalls zur Bezugnahme in 2 und 3-22 angegeben. 2 zeigt zusätzlich eine Planetengetriebebaugruppe 222, die drehungsmäßig mit einem Differential 224 in dem Getriebezug 204 gekoppelt ist. Die Leistungswege durch den Getriebezug 204 werden hierin ausführlicher erörtert. Man beachte, dass eine Platzierung der Planetengetriebebaugruppe 222 neben dem Differential 224 zulässt, dass weniger Drehmoment durch den Getriebezug 204 getragen wird, wodurch der Getriebezug weniger und/oder kleinere Komponenten haben kann, wenn dies gewünscht wird.
Die Planetengetriebebaugruppe 222 kann eine angestrebte Getriebeübersetzung (z.B. eine relativ hohe Getriebeübersetzung, wie etwa eine Übersetzung von über 20:1 in einem Anwendungsfall) in einer in Bezug auf nicht-planetarische Getriebeanordnungen kompakten Anordnung erreichen. Somit kann die Planetengetriebebaugruppe eine gewünschte Getriebeübersetzung mit weniger Komponenten (z.B. Zahnrädern und Wellen) als nicht-planetarische Getriebebaugruppen erreichen, falls dies gewünscht ist. Ferner kann in Ausführungsformen, wo die Planetengetriebebaugruppe eine relativ hohe Drehmomentausgabe zeigt, die Planetenbaugruppe aufgrund der Lastverteilung zwischen den Planetengetrieben eine räumlich kompaktere Anordnung erzielen, falls dies gewünscht ist. Ein Achsensystem 250 ist gegebenenfalls zur Bezugnahme in 2 ebenso wie in 3-22 dargestellt. In einem Beispiel kann die z-Achse eine vertikale Achse, die x-Achse eine Querachse und/oder die y-Achse eine Längsachse sein. Die Achsen können in anderen Beispielen jedoch auch andere Ausrichtungen aufweisen.
3 zeigt das elektrische Antriebsachssystem 200 mit dem elektrischen Motor-Generator 202, der Antriebswelle 210, der Zwischenwelle 212, der Abtriebswelle 214 und dem Getriebezug 204. Der Getriebezug 204 kann ein erstes Zahnrad 300, das mit der Antriebswelle 210 gekoppelt ist, aufweisen. Wie hierin beschrieben, kann der Deskriptor „gekoppelt mit“ angeben, dass eine Komponente strukturell mit einer anderen Komponente gekoppelt oder an dieser ausgebildet ist. Zum Beispiel kann das erste Zahnrad 300 in einem Fall aus einem Flansch an der Antriebswelle 210 herausgearbeitet werden oder separat gefertigt und anschließend mechanisch an der Antriebswelle 210 angebaut (z.B. angeschweißt, verbolzt, durch Presssitz verbunden) werden.
Ein zweites Zahnrad 302 ist mit der Zwischenwelle 212 gekoppelt. Ein drittes Zahnrad 304 und ein viertes Zahnrad 306 sind ebenfalls mit der Zwischenwelle 212 gekoppelt. Außerdem sind ein fünftes Zahnrad 308 und ein sechstes Zahnrad 310 mit der Abtriebswelle 214 gekoppelt. Es sei klargestellt, dass während verschiedener Systembetriebsmodi unterschiedliche Sätze von Zahnrädern wirken können. Genauer können das erste Zahnrad 300, das zweite Zahnrad 302, das vierte Zahnrad 306 und das fünfte Zahnrad 308 in einem ersten Getriebesatz 312 enthalten sein. Dagegen können das erste Zahnrad 300, das zweite Zahnrad 302, das dritte Zahnrad 304 und das sechste Zahnrad 310 in einem zweiten Getriebesatz 314 enthalten sein. In manchen Beispielen kann auch ein Parkzahnrad 311 in dem Getriebezug 204 enthalten sein. Jedoch können die Getriebesätze in anderen Beispielen andere Zahnradkombinationen aufweisen. Es sei klargestellt, dass der erste und der zweite Getriebesatz 312 und 314 unterschiedliche Getriebeübersetzungen aufweisen (z.B. kann der erste Getriebesatz eine höhere Getriebeübersetzung aufweisen als der zweite). Auf diese Weise kann der Getriebezug mehrere Getriebeübersetzungen aufweisen, um die Anwendbarkeit des Getriebezugs zu erhöhen. Außerdem können die Getriebesätze einige wenige Zahnräder gemeinsam nutzen (d.h. das erste und das zweite Zahnrad in der dargestellten Ausführungsform). Das Festlegen der ersten Übersetzung (d.h. des ersten und des zweiten Zahnrads) in dem Getriebezug kann eine Erhöhung der Genauigkeit der Zahnräder zulassen, wenn dies gewünscht wird, um dadurch Geräusche, Vibrationen und Rauigkeit (Noise, Vibration and Harshness, NVH) in dem Achssystem zu verringern. Jedoch werden Ausführungsformen in Betracht gezogen, wo die Getriebesätze keine Zahnradüberschneidungen aufweisen. Kupplungen, die hierin ausführlicher beschrieben werden, sind in dem Getriebezug 204 enthalten, um eine Kopplung/Entkopplung des ersten Getriebesatzes 312 und des zweiten Getriebesatzes 314 mit/von der Abtriebswelle 214 zu ermöglichen. Auf diese Weise können die verschiedenen wirkenden Getriebesätze ausgewählt werden, um beispielsweise der Fahrumgebung besser gerecht zu werden und/oder den Wirkungsgrad des elektrischen Motors zu erhöhen. Somit können der erste und der zweite Getriebesatz 312 und 314 vom Konzept her in einer auswählbaren Getriebebaugruppe 316 enthalten sein. Eine Schnittebene A-A', welche die Querschnittsansicht von 8 angibt, ist in 3 bereitgestellt.
Die in 3 gezeigte Planetengetriebebaugruppe 222 ist drehungsmäßig mit der Abtriebswelle 214 gekoppelt. 3 stellt außerdem das Differential 224 in dem Getriebezug 204 dar, das drehungsmäßig mit der Planetengetriebebaugruppe 222 gekoppelt ist. Jedoch können in anderen Beispielen auch andere Getriebe-Layouts verwendet werden, wie etwa nicht-planetarische Getriebebaugruppen, Getriebezüge mit Zahnrädern, die zwischen der Planetenbaugruppe und dem Differential positioniert sind, usw. Man beachte, dass in manchen Ausführungsformen die Getriebeübersetzung, die der Planetengetriebebaugruppe 222 entspricht, höher sein kann als die Getriebeübersetzung, die dem ersten Getriebesatz 312 oder dem zweiten Getriebesatz 314 entspricht. Die Planetengetriebebaugruppe 222 lässt die Verwirklichung einer gewünschten Getriebeübersetzung in einer kompakten Anordnung zu. Zum Beispiel kann die Planetengetriebebaugruppe 222 eine relativ hohe Getriebeübersetzung und eine gute Raumausnutzung erreichen, falls dies gewünscht ist. Jedoch können in anderen Beispielen auch nicht-planetarische Getriebeanordnungen verwendet werden. Ferner sind die Planetengetriebebaugruppe 222 und das Differential 224 positioniert auf einer lateralen Seite 322 eines Gehäuses 208 des elektrischen Motor-Generators 202 gezeigt. Eine laterale Achse 324 des Motor-Generators ist als Bezug bereitgestellt. Eine Versetzung der Abtriebswelle 214 und der Zwischenwelle 212 zur Antriebswelle 210 lässt eine Positionierung der Planetengetriebebaugruppe 222 auf der Seite 322 des Motor-Generators zu. Man beachte, dass die Planetengetriebebaugruppe aufgrund der Möglichkeit, die Planetengetriebebaugruppe, in den Getriebezug ohne ein dazu paralleles Gegenzahnrad zu integrieren, neben der lateralen Seite 322 des Motors liegen kann, falls dies gewünscht ist. Auf diese Weise kann die Planetengetriebebaugruppe in einem Raum platziert werden, der in gewissen elektrifizierten Getrieben bisher nicht genutzt wurde. Somit lässt die Positionierung der Planetengetriebebaugruppe auf der Seite des Motors eine Erhöhung der Kompaktheit des Achssystems zu. Infolgedessen stellen die räumlichen Beschränkungen, die bei der Installation einer Achse in dem Fahrzeug entstehen, ein geringeres Problem dar. Jedoch kann die Planetengetriebebaugruppe 222 in anderen Beispielen an anderen geeigneten Stellen positioniert werden. Zum Beispiel kann die Planetengetriebebaugruppe mit einem Abschnitt der Abtriebswelle gekoppelt werden, der sich von dem Motor-Generator weg erstreckt.
4 zeigt eine Seitenansicht des elektrischen Antriebsachssystems 200 mit der Antriebswelle 210, der Zwischenwelle 212 und der Abtriebswelle 214. Eine Schnittebene B-B', welche die Querschnittsansicht von 5 angibt, eine Schnittebene C-C', welche die Querschnittsansicht von 6 angibt, und eine Schnittebene D-D', welche die Querschnittsansicht von 7 angeben, sind in 4 dargestellt.
5 zeigt eine Querschnittsansicht des elektrischen Motor-Generators 202 und der Antriebswelle 210 in dem elektrischen Antriebsachssystem 200. Die gezeigte Antriebswelle 210 weist eine Übergangspassung mit einer Rotorwelle 500 auf. Jedoch werden auch andere geeignete Kopplungstechniken in Betracht gezogen, wie etwa ein Presssitz, Schweißen, eine Kerbverzahnung usw. Die Rotorwelle 500 ist mit einem Rotor 501 gekoppelt, der so gestaltet ist, dass er elektromagnetisch mit einem Stator 503 zusammenwirkt, um eine Vorwärtsantriebs-Drehausgangsleistung, eine Rückwärtsantriebs-Drehausgangsleistung zu erzeugen und/oder um während eines Regenerationsmodus elektrische Energie zu erzeugen.
Ein erstes Lager 502 und ein zweites Lager 504 sind gekoppelt mit der Antriebswelle 210 dargestellt, die das erste Zahnrad 300 trägt. Das Lager 504 kann auf einer auswärts von der Achse liegenden Seite des ersten Zahnrads 300 positioniert sein, um beispielsweise Wellenbiegemomente zu verringern. Jedoch kommen auch andere Lageranordnungen in Betracht, wie etwa eine Lageranordnung mit zwei Lagern auf einer einwärts vom ersten Zahnrad 300 liegenden Seite. Wie hierin beschrieben, ist ein Lager eine Komponente, die so gestaltet ist, dass sie eine Drehung der Komponente(n) ermöglicht, an der (an denen) sie angebaut ist, und kann daher Wälzelemente (Kugeln, zylindrische Rollen, Kegelrollen usw.), Laufringe (z.B. innere und äußere Laufringe) usw. aufweisen, um zu ermöglichen, dass die Drehfähigkeit erreicht wird. In einem konkreten Beispiel kann das erste Lager 502 ein Loslager sein und/oder kann über eine schlupfende Kerbverzahnung 506 mit der Antriebswelle 210 gekoppelt sein. In einem anderen konkreten Beispiel kann das zweite Lager 504 ein Festlager sein. Jedoch können in anderen Beispielen auch andere geeignete Lagerkonfigurationen verwendet werden, wie beispielsweise eine Anordnung, wo beide Lager Festlager sind.
Sieht man sich 6 an, so ist gezeigt, dass die Antriebswelle 210 und das erste Zahnrad 300 drehungsmäßig an dem zweiten Zahnrad 302 in der Zwischenwelle 212 des Getriebezugs 204 des elektrischen Antriebsachssystems 200 angebaut sind. Daher wird während des Betriebs des Getriebezugs eine Drehbewegung zwischen dem ersten Zahnrad 300 und dem zweiten Zahnrad 302 bewirkt. Das dritte Zahnrad 304 und das vierte Zahnrad 306, die an der Zwischenwelle 212 angebaut sind, sind in 6 ebenfalls abgebildet. Jedoch können in anderen Beispielen auch andere Getriebeelementanordnungen verwendet werden. Die Lager 600 sind auf einander entgegengesetzten axialen Seiten 602 der Zwischenwelle 212 positioniert gezeigt. Die Lager 600 sind konkret als Kegelrollenlager dargestellt. Jedoch können in anderen Beispielen auch andere Arten von Lagern und/oder Lageranordnungen für die Zwischenwelle verwendet werden.
7 zeigt eine detaillierte Querschnittsansicht der Zwischenwelle 212 und der Abtriebswelle 214, die in dem elektrischen Antriebsachssystem 200 enthalten sind. Das sechste Zahnrad 310 ist gekoppelt mit der Abtriebswelle 214 gezeigt. Das fünfte Zahnrad 308 ist an einem Lager 700 angeordnet, das mit der Abtriebswelle 214 gekoppelt ist. Die Planetengetriebebaugruppe 222 und das Differential 224 sind in 7 ebenfalls gezeigt. Das Differential 224 ist in 7 als Kegelraddifferential abgebildet. Jedoch kann in anderen Ausführungsformen auch ein Planetenrad-, Stirnrad- oder Schraubenraddifferential verwendet werden.
Es wird auf 8 Bezug genommen, die eine detaillierte Ansicht der Abtriebswelle 214 und entsprechender Komponenten in dem Getriebezug 204 des elektrischen Antriebsachssystems 200 zeigt. Genauer sind wiederum das fünfte Zahnrad 308, das sechste Zahnrad 310, die Planetengetriebebaugruppe 222 und das Differential 224 abgebildet. Das elektrische Antriebsachssystem 200 weist Kupplungen auf, die eine Verstellung der Getriebeübersetzung in dem Getriebezug 204, die an die Planetengetriebebaugruppe 222 ausgegeben wird, auf Basis von Systembetriebsbedingungen zulassen. Genauer ist eine erste Kupplungsbaugruppe 800 dafür ausgelegt, das fünfte Zahnrad 308 drehungsmäßig mit/von der Abtriebswelle 214 zu koppeln und zu entkoppeln, und eine zweite Kupplungsbaugruppe 802 ist dafür ausgelegt, das sechste Zahnrad 310 drehungsmäßig mit/von der Abtriebswelle zu koppeln und zu entkoppeln.
9 zeigt eine detaillierte Ansicht der ersten Kupplungsbaugruppe 800, die dafür ausgelegt ist, das fünfte Zahnrad 308 drehungsmäßig mit/von der Abtriebswelle 214 in dem Getriebezug 204 zu koppeln und zu entkoppeln. Genauer weist die erste Kupplungsbaugruppe 800 in dem dargestellten Beispiel eine Sperrkupplung 900 und eine Einwegkupplung 902 auf. Die Einwegkupplung 902 ist so gestaltet, dass sie sich frei um die Abtriebswelle 214 dreht, wenn sie eine Dreheingangsleistung in einer ersten Richtung (einer Rückwärtsantriebs-Drehrichtung) von dem fünften Zahnrad 308 empfängt. Die Einwegkupplung 902 kann sich auch frei drehen, wenn sie über die Abtriebswelle 214 überholt wird. Die Einwegkupplung 902 ist außerdem dafür ausgelegt, ein Drehmoment auf die Abtriebswelle 214 zu übertragen, wenn sie eine Dreheingangsleistung in einer zweiten Richtung (z.B. einer Vorwärtsantriebs-Drehrichtung) von dem fünften Zahnrad 308 empfängt. Die Einwegkupplung 902 kann in einem Beispiel eine Klemmkupplung sein. Jedoch können in anderen Beispielen auch andere geeignete Arten von Einwegkupplungen verwendet werden, wie etwa Durchrastkupplungen. Außerdem kann ein Abschnitt 903 der Abtriebswelle 214 unterhalb der Einwegkupplung 902 aufgrund der berührungsbedingten Spannung und Ablenkung der Welle entlang der Einwegkupplung lokal dicker sein. Sprengringe 905 können ebenfalls verwendet werden, um die Einwegkupplung 902 und/oder die Lager 700 axial zu halten.
Eine Ausführungsform einer Einwegkupplung ist in 22 gezeigt. Die Klemmkupplung 2200 weist eine Mehrzahl von Klemmmechanismen 2202 auf, die an Trägerringen 2204 montiert sind. Die Klemmmechanismen 2202 können federbelastet sein und sich um eine Achse 2206 drehen. Die Klemmmechanismen 2202 weisen gekrümmte Oberflächen 2208 mit asymmetrischen Profilen auf. Wenn sich das fünfte Zahnrad (z.B. das fünfte Zahnrad 308, das in 9 gezeigt ist), das an der Klemmkupplung angebaut ist, in der Vorwärtsantriebsrichtung mit einer Geschwindigkeit dreht, die größer ist als die der Abtriebswelle (z.B. der Abtriebswelle 214, die in 9 gezeigt ist), kommen die gekrümmten Oberflächen 2108 in Reibschluss mit einer Außenfläche der Abtriebswelle und einer Innenfläche des fünften Zahnrads, wodurch zugelassen wird, dass sich das fünfte Zahnrad und die Abtriebswelle gemeinsam drehen. Wenn das fünfte Zahnrad dagegen in der Rückwärtsantriebsrichtung gedreht wird oder die Geschwindigkeit der Abtriebswelle die Geschwindigkeit des Zahnrads überschreitet, dann werden die gekrümmten Oberflächen 2108 in dem Klemmmechanismen 2102 freigegeben und lassen zu, dass das fünfte Zahnrad 308, das in 9 gezeigt ist, in Bezug auf die Abtriebswelle 214 frei läuft, was hierin als Freilaufkonfiguration bezeichnet wird. Die Klemmkupplung lässt eine schnelle und robuste Kupplung zwischen der Kupplung und der Welle zu, wenn von der Freilaufkonfiguration auf die Kupplungskonfiguration übergegangen wird. Die Klemmkupplung kann in der Freilaufkonfiguration im Vergleich zu anderen Arten von Einwegkupplungen, wie etwa Einwegkupplungen, die Durchrastmechanismen aufweisen, auch weniger Schleppverlust haben.
Die Sperrkupplung 900, die in 9 dargestellt ist, ist so gestaltet, dass sie das fünfte Zahnrad 308 drehungsmäßig koppelt und von der Abtriebswelle 214 entkoppelt. Genauer kann die Sperrkupplung 900 eine Klauenkupplung mit Zähnen 904 an einer axial verstellbaren Schaltmuffe 906 sein, die so gestaltet sind, dass sie mit Zähnen 908 am fünften Zahnrad 308 zusammenpassen, wenn sie eingerückt sind. Wenn die Klauenkupplung dagegen ausgerückt ist, können die Zähne 904 an der Schaltmuffe 906 von den Zähnen 908 am fünften Zahnrad 308 beabstandet sein. Das Lager 700 (z.B. ein Nadellager), das mit dem fünften Zahnrad 308 gekoppelt ist, ist ebenfalls in 9 gezeigt. Man beachte, dass das Lager 700 die Einwegkupplung 902 führen kann. Die Schaltmuffe 906 kann mittels einer Schaltwelle 910 drehungsmäßig an der Abtriebswelle 214 angebaut werden. Ferner kann die Schaltwelle 910 über Presssitz, eine gezahnte Schnittstelle, Kombinationen davon usw. an der Abtriebswelle angebaut werden. Jedoch kann die erste Kupplungsbaugruppe 800 in alternativen Ausführungsformen auch anders ausgebildet sein. Zum Beispiel kann die erste Kupplungsbaugruppe in einem alternativen Beispiel eine Reibkupplung sein.
Ebenfalls gezeigt ist ein Axiallager 912 (z.B. ein Axialnadellager), das an einer Schnittstelle zwischen der Schaltwelle 910 und dem fünften Zahnrad 308 positioniert ist, um die Aufrechterhaltung eines gewünschten Abstands zwischen den Komponenten zu ermöglichen und dabei eine Drehung zwischen ihnen zuzulassen. Außerdem kann das Axiallager 912 über eine Feder 914 (z.B. eine Wellenfeder, eine Spiralfeder, eine elastomere Feder usw.) vorbelastet werden. Jedoch können in anderen Beispielen auch andere geeignete Getriebezuganordnungen verwendet werden, wie etwa Getriebezüge, wo die Feder 914 und/oder das Axiallager 912 weggelassen sind. Ebenfalls gezeigt ist ein Lager 916 (z.B. ein Festlager), das an einer Erweiterung 918 (z.B. einer axialen Erweiterung) des fünften Zahnrads 308 angebaut ist, angrenzend an die Einwegkupplung 902. Jedoch kann das Lager 916 in anderen Beispielen auch von dem Getriebezug weggelassen werden. Das Lager 916 ist konkret als Kugellager abgebildet. Das Kugellager kann in dem System aus Kosten- und Raumspargründen verwendet werden. Jedoch kann das Lager 916 in anderen Ausführungsformen auch ein Pendelrollenlager, ein Kegelrollenlager, ein Vierpunktlager usw. sein. In einem Beispiel kann das Lager 916 auf beiden Seiten fixiert sein, um zuzulassen, dass die Feder 914 während eines Wechsels der Getriebeübersetzung eine Vorbelastung auf das Axiallager 912 und das sechste Zahnrad 310 ausübt, um den Getriebewechselvorgang zu vereinfachen, wie hierin ausführlicher beschrieben wird. Es ist außerdem gezeigt, dass die Einwegkupplung 902 zwischen der Erweiterung 918 des fünften Zahnrads 308 und einer Außenfläche 919 der Abtriebswelle 214 positioniert ist. Jedoch werden alternative Stellen für die Einwegkupplung in Betracht gezogen.
Die zweite Kupplungsbaugruppe 802 ist in 9 als nasslaufende Reibkupplung abgebildet. Die Verwendung einer nasslaufenden Reibkupplung ermöglicht eine Lastübertragung sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung, wodurch die zweite Kupplungsbaugruppe des Getriebezugs in manchen Fällen keine Sperrkupplung in der zweiten Kupplungsbaugruppe benötigt. Jedoch können in anderen Anordnungen auch alternative Arten von Kupplungen, wie etwa hydraulische Kupplungen, elektromagnetische Kupplungen und dergleichen eingesetzt werden. Die nasslaufende Reibkupplung weist Reibplatten 920 auf, die während einer Kupplungsaktivierung aneinander angreifen, um eine Drehenergie vom sechsten Zahnrad 310 auf die Abtriebswelle 214 zu übertragen. Ebenso werden dann, wenn die nasslaufende Reibkupplung freigegeben wird, die Reibplatten 920 aus dem Reibschluss freigegeben und die Übertragung von Drehenergie vom sechsten Zahnrad 310 auf die Abtriebswelle 214 wird gehemmt. Genauer wird ein erster Satz von Reibplatten 921 mit dem sechsten Zahnrad 310 gekoppelt und ein zweiter Satz von Reibplatten 923 wird mit der Abtriebswelle 214 gekoppelt, um eine Kopplungs-/Entkopplungsaktion in der Kupplung zu ermöglichen.
Verschiedene Lager können eine Drehung der nasslaufenden Reibkupplung ermöglichen sowie eine axiale und radiale Unterstützung für die Kupplung bereitstellen. Die Lager, die der nasslaufenden Reibkupplung entsprechen, können beispielsweise ein Loslager 922, ein Rollenlager 924 (z.B. ein Nadellager, ein Axiallager 926 (z.B. ein Axiallnadellager) und ein Rollenlager 928 sein. Jedoch werden auch andere geeignete Lageranordnungen, die ein gewünschtes Maß an radialer und axialer Unterstützung für die nasslaufende Reibkupplung und die Abtriebswelle bereitstellen, in Betracht gezogen. Man beachte außerdem, dass in manchen Ausführungsformen ein Schmiermittel zu der nasslaufenden Reibkupplung gelenkt werden kann, um die Langlebigkeit der Kupplung zu erhöhen.
Die nasslaufende Reibkupplung 802 und die Sperrkupplung 900 können über Befehle von einer Steuereinrichtung, wie etwa der in 1 gezeigten Steuereinrichtung 152, verstellt werden, um ein Ein- oder Ausrücken der einzelnen Kupplungen zu bewirken. Somit kann die Getriebeübersetzung des Getriebezugs nach Wunsch auf Basis von Fahrzeugbetriebsbedingungen, Fahrereingaben usw. verstellt werden.
Es wird erneut auf 8 Bezug genommen, wo eine Planetengetriebebaugruppe 222 gezeigt ist, die drehungsmäßig mit der Abtriebswelle 214 gekoppelt ist. 8 zeigt außerdem die Planetengetriebebaugruppe 222 mit einem Sonnenrad 810, das drehungsmäßig mit der Abtriebswelle 214 gekoppelt ist. Das Sonnenrad 810 ist drehungsmäßig mit Planetenrädern 812 gekoppelt, die auf Planetenbolzen 814 auf einem Träger 816 sitzen. Der Träger 816 seinerseits ist gekoppelt mit dem Differential 224 gezeigt. Jedoch werden Planetenanordnungen mit anderen mit der Abtriebswelle 214 gekoppelten Komponenten (z.B. Träger oder Kranz) und anderen mit dem Differential 224 gekoppelten Komponenten (z.B. Sonnenrad oder Kranz) in Betracht gezogen. Die Planetengetriebebaugruppe 222 weist außerdem einen Kranz 818 auf, der mit den Planetenrädern 812 drehend wechselwirkt. Lager 820 (z.B. Nadellager), die zwischen den Planetenbolzen 814 und den Planetenrädern 812 angeordnet sind, können eine Drehung des Planetenrads zulassen. Ein Axiallager 822 (z.B. ein Axialnadellager) kann ebenfalls mit dem Sonnenrad 810 gekoppelt sein, um dessen Drehung zu ermöglichen und eine axiale Unterstützung dafür bereitzustellen.
Der Kranz 818 kann fixiert gehalten werden, um zu ermöglichen, dass die Planetengetriebebaugruppe 222 eine relativ hohe Getriebeübersetzung erreicht. Somit kann der Kranz 818 geeignete Merkmale, wie etwa eine Kerbverzahnung 828, aufweisen, um eine Fixierung der Position des Kranzes zu ermöglichen. Jedoch können in anderen Beispielen auch Planetengetriebeanordnungen verwendet werden, wo andere Komponenten fixiert gehalten werden und andere Komponenten drehen gelassen werden. Zum Beispiel kann in einem Beispiel der Kranz frei drehen gelassen werden und der Träger kann stationär gehalten werden, oder in anderen Beispielen kann das Sonnenrad stationär gehalten werden und der Träger und der Kranz können drehen gelassen werden. In einer Ausführungsform können die Komponenten in der Planetengetriebebaugruppe, die drehen gelassen werden und die stationär gehalten werden, nicht verstellbar sein. Genauer können die Komponenten in der Planetengetriebebaugruppe, die drehen gelassen werden und die im Wesentlichen stationär gehalten werden, in manchen Ausführungsformen während des Betriebs des Getriebezugs im gleichen Zustand (einem im Wesentlichen fixierten Zustand oder einem drehenden Zustand) bleiben. Die Planetengetriebebaugruppe kann daher in solchen Ausführungsformen eine noch bessere Raumausnutzung erreichen, beispielsweise durch die oben genannten planetarischen Stellantriebe. In anderen Ausführungsformen werden auch Planetenkomponenten in Betracht gezogen, deren Fixierungs-/Drehungszustand während eines Betriebs des Getriebezugs verstellt werden kann. Anlaufscheiben und/oder Lagerbuchsen 830 können ebenfalls auf einander entgegengesetzten axialen Seiten der Planetenräder 812 positioniert werden, um einen Abstand der Planetenräder und eine Unterstützungsfunktion bereitzustellen.
Eine Kupplungsbaugruppe 832, die dafür ausgelegt ist, das Differential 224 zu sperren und zu entsperren, kann ebenfalls in dem Getriebezug 204 enthalten sein. Die Kupplungsbaugruppe 832 kann in einem Beispiel eine Klauenkupplung 834 aufweisen, die dafür ausgelegt ist, in einer gesperrten und einer entsperrten Konfiguration zu arbeiten. In der gesperrten Konfiguration bewirkt die Klauenkupplung 834, dass sich die Achswellenräder 836 gemeinsam drehen. Im Gegensatz dazu lässt die Klauenkupplung 834 in der ungesperrten Konfiguration zu, dass die Achswellenräder 836 unterschiedliche Drehzahlen aufweisen. Eines von den Zahnrädern 836 kann daher Zähne 837 aufweisen, die mit bzw. von Zähnen 839 in der Klauenkupplung 834 zusammenpassen/ausgerückt werden. Die Kupplungsbaugruppe 832 kann ferner einen elektronischen Stellantrieb 835 (z.B. einen Magneten) aufweisen, der ein Ein- und Ausrücken der Kupplungsbaugruppe 832 bewirkt. Jedoch kann in anderen Ausführungsformen auch eine pneumatische oder hydraulische Kupplungsbetätigung angewendet werden.
8 zeigt außerdem das Differential 224, das drehungsmäßig mit einer Achse 838 gekoppelt ist. Genauer können die Achswellenräder 836 drehungsmäßig an der Achse 838 angebaut sein. Die gezeigte Achse 838 weist einen ersten Wellenabschnitt 840, der mit einem ersten Antriebsrad gekoppelt werden kann, und einen zweiten Wellenabschnitt 842 auf, der mit einem zweiten Antriebsrad gekoppelt werden kann. Jedoch kann sich in anderen Beispielen eine durchgehende Welle durch das Differential erstrecken oder die Welle kann in zusätzliche Abschnitte unterteilt sein. Die Achse 838 kann eine Starrachse sein, die eine Erhöhung der Tragfähigkeit und der Haltbarkeit der Achse ermöglicht, falls dies gewünscht ist. Jedoch können in anderen Fällen nicht-starre Achsengestaltungen genutzt werden. Außerdem ist die Achse 838 in einer inneren Öffnung 841 der Abtriebswelle 214 positioniert und ist koaxial zu dieser positioniert, um die Kompaktheit zu erhöhen. Jedoch können in manchen Fällen versetzte Achsenabtriebswellen-Layouts verwendet werden. Ebenfalls gezeigt ist ein Lager 846, das mit einem Gehäuse 848 des Differentials 224 gekoppelt ist. Außerdem ist ein Lager 849 gezeigt, das mit der Planetengetriebebaugruppe 222 (z.B. dem Träger 816) gekoppelt ist. Jedoch kann das Lager 849 in anderen Ausführungsformen weggelassen oder an einer anderen geeigneten Stelle platziert werden.
Das Gehäuse 848 ist drehungsmäßig mit dem Träger 816 gekoppelt. Das Gehäuse 848 ist seinerseits mit inneren Differentialgetriebeelementen gekoppelt. 8 zeigt konkret das Differential 224, das als Differential vom gesperrten Typ ausgeführt ist (z.B. als elektronisches Sperrdifferential). Jedoch kommen auch alternative Arten von Differentialen in Betracht, wie etwa Limited-Slip-Differentiale (z.B. elektronische Limited-Slip-Differentiale), Differentiale mit einer Doppelkupplung mit Drehmomentverteilung, offene Differentiale usw. Im Falle von offenen Differentialen kann das Differential dasselbe Gehäuse aufweisen wie die Planetengetriebebaugruppe, und das Gehäuse kann so bemessen und profiliert sein, dass eine Installation des Differentialgetriebes möglich ist. Darüber hinaus weist das Differential 224, das in 8 abgebildet ist, Kegelräder 860 auf, die über eine Kegelradwelle 862 angebaut sind. Außerdem sind die Kegelräder 860 in der dargestellten Ausführungsform drehungsmäßig mit den Achswellenrädern 836 gekoppelt. Jedoch können in anderen Beispielen auch Differentiale des Planetenrad-, Stirnrad- und Schraubentyps verwendet werden.
8 zeigt außerdem einen Stellantrieb 850 der zweiten Kupplungsbaugruppe 802. Der Stellantrieb 850 weist in dem dargestellten Beispiel einen Kolben 852 auf, der dafür ausgelegt ist, ein Ein-/Ausrücken der zweiten Kupplungsbaugruppe 802 zu bewirken. Jedoch kann der Stellantrieb in anderen Beispielen auch andere geeignete Komponenten aufweisen, die so gestaltet sind, dass sie die Konfiguration der Kupplungsbaugruppe ändern. Bleibt man bei dem Beispiel des Kolbenstellantriebs, so ist der Kolben 852 dafür ausgelegt, sich in axialen Richtungen 854 zu bewegen, um die oben genannte Ein-/Ausrückwirkung zu erzielen. Man beachte, dass die axialen Richtungen 854 parallel zu der Drehachse 220 der Abtriebswelle 214 sein können.
Wenn im zweiten Getriebemodus der Stellantrieb 850 die zweite Kupplungsbaugruppe 802 in die eingerückte Konfiguration drängt, wird eine Kraft, die über einen Pfeil 856 angegeben wird und die von dem Stellantrieb 850 erzeugt wird, auf die Abtriebswelle 214 übertragen. Um die Langlebigkeit der Lager, die mit der Abtriebswelle 214 gekoppelt sind, wie etwa des Lagers 928, des Lagers 916 usw., zu erhöhen, kann die Planetengetriebebaugruppe 222 so gestaltet sein, dass sie eine axiale Kraft, die über einen Pfeil 858 angegeben wird und die die Kolbenkraft 856 zumindest zum Teil aufhebt (z.B. im Wesentlichen aufhebt), auf die Abtriebswelle 214 überträgt. Jedoch werfen die räumliche Anordnung und die Fertigung Problem auf, wenn eine Planetengetriebebaugruppe gestaltet wird, die eine gewünschte Kraft erzeugt, welche die Kolbenkräfte zumindest zum Teil aufhebt. Zum Beispiel kann das Sonnenrad 810 in einem Beispiel für einen Anwendungsfall im Anschluss an die Installation des Parkzahnrads 311 und des fünften Zahnrads 308 an der Welle an der Abtriebswelle 214 angebaut werden. Infolgedessen kann es in manchen Fällen sein, dass aufgrund des Verhältnisses und des Profils des Kranzes 818 ebenso wie aufgrund dessen, dass der Innendurchmesser der Abtriebswelle im Wesentlichen fixiert ist, das Sonnenrad nicht in der Lage ist, sich vollständig mit der Abtriebswelle 214 zu verzahnen, da die Verzahnung unterhalb der Zähne des Sonnenrads liegt.
Um zuzulassen, dass die Planetengetriebebaugruppe 222 und insbesondere das Sonnenrad 810 die axiale Kraft erzeugt, welche die Stellantriebskraft 856 aufhebt, kann die Baugruppe einen Sprengring 1000, eine Feder 1002 (z.B. eine Wellenfeder, eine Spiralfeder, eine elastomere Feder usw.) und/oder ein Axiallager 1004 (z.B. ein Axialnadellager) aufweisen, wie in 10 gezeigt ist. 10 zeigt konkret den Sprengring 1000, die Feder 1002 und das Axiallager 1004 im Anschluss an den Anbau zwischen der Planetengetriebebaugruppe 222 und dem Differential 224.
Die Planetenbolzen 814 sind in 10 ebenfalls gezeigt und erstrecken sich durch Öffnungen 1008 in dem Träger 816. Konkret sind distale Enden 1006 der Planetenbolzen 814 gezeigt, die sich durch den Träger 816 und in Aussparungen 1010 in dem Gehäuse 848 des Differentials erstrecken. Die Positionierung der Planetenbolzen 814 auf diese Weise lässt zu, dass die Bolzen als Ausrichtpunkte für die Positionierung des Differentials 224 in Bezug auf die Planetengetriebebaugruppe 222 dienen. Jedoch können die Planetenbolzen und der Träger in anderen Beispielen alternative Konfigurationen aufweisen. Zum Beispiel können die Planetenbolzen mit einer Außenfläche des Trägers gekoppelt sein.
11 zeigt eine detailliertere Ansicht des Sprengrings 1000, der Feder 1002 und des Axiallagers 1004 in der Planetengetriebebaugruppe 222. Die gezeigte Feder 1002 ist in einer Aussparung 1100 in dem Träger 816 positioniert. Der Sprengring 1000 ist ebenfalls sitzend in einer Kerbe 1102 des Trägers 816 gezeigt. Außerdem ist eine Beilagscheibe 1104 mit einer „L“-Form neben dem Axiallager 1004 gezeigt. Jedoch kommen unterschiedlich geformte Beilagscheiben in Betracht.
Der Montageprozess der Planetengetriebebaugruppe 222 vor dem Zusammenbau zwischen der Planetengetriebebaugruppe und dem Differential kann wie folgt ablaufen: (i) der Sprengring 1000, die Feder 1002 und das Axiallager 1004 werden mit dem Träger 816 zusammengesetzt, und die Feder 1002 drückt das Axiallager in den Sprengring, so dass das Axiallager den Träger 816 nicht berührt, und (ii) das in 13 gezeigte Sonnenrad 810 wird in die Planetengetriebe 812 eingeführt und in Eingriff gebracht und drückt die Feder 1002 zusammen, so dass das Axiallager 1004 die Oberfläche 1105 des Trägers 816 berührt. Nachdem das Sonnenrad installiert wurde, ist eine axiale Lücke 1106 zwischen dem Axiallager 1004 und der Beilagscheibe 1104 vorhanden. Die Lücke 1106 macht es möglich, dass das System mehr Spielraum bietet, wenn das in 12 gezeigte Sonnenrad 810 an der in 12 gezeigten Abtriebswelle 214 angebaut wird. Auf diese Weise können Installationstoleranzen, die der Abtriebswellenbaugruppe entsprechen, vergrößert werden, um die Wahrscheinlichkeit von Installationsfehlern zu verringern.
Nun wird konkret 12 betrachtet, wo die Schnittstelle 1200 zwischen dem Sonnenrad 810 und der Abtriebswelle 214 gezeigt ist. Konkret ist eine radial ausgerichtete Oberfläche 1202 des Sonnenrads 810 gezeigt, die in Flächenkontakt mit einer radial ausgerichteten Oberfläche 1204 der Abtriebswelle 214 steht. Auf diese Weise kann eine axiale Kraft zwischen der Abtriebswelle 214 und dem Sonnenrad 810 übertragen werden. Jedoch können in anderen Beispielen andere Profile der Schnittstelle zwischen dem Sonnenrad und der Abtriebswelle verwendet werden.
13 zeigt eine perspektivische Ansicht der Planetengetriebebaugruppe 222, die wiederum den Träger 816 und die Planetenräder 812 aufweist. Das mit dem Träger 816 gekoppelte Lager 849, die mit dem Gehäuse 848 des Differentials 224 gekoppelten Lager 846 ebenso wie die Kupplungsbaugruppe 832 sind ebenfalls in 13 abgebildet. Eine elektrische Schnittstelle 1300 der Kupplungsbaugruppe 832 ist zusätzlich dargestellt. Jedoch kommen auch Kupplungen in Betracht, die eine hydraulische oder pneumatische Betätigung verwenden. Das Differential 824 weist außerdem Anbauöffnungen 1302 in dem Gehäuse 848 auf. Die Anbauöffnungen 1302 lassen einen schnellen Anbau des Gehäuses 848 an dem Träger 816 zu. Eine Schnittebene E-E', welche die Querschnittsansicht von 14 angibt, ist in 13 ebenfalls bereitgestellt.
14 zeigt eine Querschnittsansicht der Planetengetriebebaugruppe 222 und des Differentials 224. Die Planetenräder 812, die Planetenbolzen 814 und der Träger 816 der Planetengetriebebaugruppe sind wiederum dargestellt. Das Gehäuse 848 und die Achswellenräder 836 des Differentials 224 sind in 14 ebenfalls gezeigt. Das Lager 849, das mit der Planetengetriebebaugruppe 222 gekoppelt ist, und die Lager 846, die mit dem Differential 224 gekoppelt sind, sind ebenfalls abgebildet.
15 zeigt eine perspektivische Ansicht des Trägers 816 in der Planetengetriebebaugruppe. Der gezeigte Träger 816 weist eine Anbauschnittstelle 1500 mit Öffnungen 1502 und eine radial ausgerichtete Oberfläche 1504 auf. Planetenbolzenöffnungen 1008, die einzuführende Bolzen aufnehmen können, sind in 15 ebenfalls abgebildet. Öffnungen 1506 in dem Träger 816, die zulassen, dass andere Abschnitte des Planeten durch sie eingeführt werden, sind ebenfalls abgebildet.
16 zeigt eine perspektivische Ansicht des Trägers 848 des Differentials. Das gezeigte Gehäuse 848 weist eine Anbauschnittstelle 1600 mit Öffnungen 1302 und eine radial ausgerichtete Oberfläche 1604 auf. Man beachte, dass die Anbauschnittstelle 1600 des Differentials so gestaltet ist, dass die Anbauschnittstelle 1500 des Trägers 816 daran angebaut werden kann, wie in 15 gezeigt. Zum Beispiel können die Öffnungen in jeder Schnittstelle aneinander ausgerichtet werden und Anbauvorrichtungen (z.B. Bolzen, Stifte, Schrauben usw.) können durch sie hindurch gehen. Es sei klargestellt, dass die Anbauschnittstelle 1600 in dem Differential auch so gestaltet ist, dass sie an einer anderen Trägerschnittstelle in einer zweiten Planetengetriebebaugruppe, die schematisch bei 1650 abgebildet ist, angebaut werden kann. Somit kann jede Anbauschnittstelle in den Planetenbaugruppen und dem Differential ein ähnliches Anbauöffnungsmuster aufweisen. In einem solchen Beispiel weist die zweite Planetengetriebebaugruppe eine andere Getriebeübersetzung auf als die Planetengetriebebaugruppe 222, wie in 8 gezeigt ist. Auf diese Weise ist das Differential dafür ausgelegt, effizient an mehreren Planetengetriebebaugruppen mit unterschiedlichen Getriebeübersetzungen angebaut zu werden. Somit können Endbenutzer, wie Fahrzeugeigner, Mechaniker usw. eine Stufe (z.B. eine letzte Stufe) von Getriebeelementen in dem Getriebezug auf einfache Weise wechseln, wodurch die Anwendbarkeit des Systems erhöht wird und die Zufriedenheit des Kunden erhöht wird. Wie hierin beschrieben kann eine Wechselfähigkeit die Fähigkeit eines Endbenutzers (z.B. eines Fahrzeugeigners, eines Mechanikers usw.), eine Komponente zu entfernen und gegen eine andere auszutauschen, bezeichnen. Die Aussparungen 1010 in dem Differentialgehäuse 848 sind in 16 ebenfalls gezeigt. Wie bereits erörtert, passen die Aussparungen mit Enden der Planetenbolzen zusammen, um eine gewünschte Ausrichtung zwischen den Komponenten zu erreichen.
17 ein Gehäuse 1700 das in dem elektrischen Antriebsachssystem 200 enthalten sein kann. Das Gehäuse 1700 kann den elektrischen Motor-Generator 202, die Zahnräder auf den Getriebezugwellen (Antriebswelle 210, Zwischenwelle 212, Abtriebswelle 214, Planetengetriebebaugruppe 222 und Differential 224, die in 2 gezeigt sind, umschließen. In der dargestellten Ausführungsform weist das Gehäuse 1700 einen ersten Abschnitt 1702 auf, der den elektrischen Motor-Generator und die Planetengetriebebaugruppe und das Differential zumindest zum Teil umschließen kann. Ferner ist in der dargestellten Ausführungsform ein zweiter Gehäuseabschnitt 1704 gezeigt, der die Getriebesätze auf der Antriebs-, der Zwischen- und der Abtriebswelle sowie die Kupplungsbaugruppen zumindest zum Teil umschließen kann. Außerdem ist in 17 ein dritter Gehäuseabschnitt 1706 dargestellt, der Abschnitte der Planetengetriebebaugruppe und des Differentials zumindest zum Teil umschließen kann. Genauer lässt der dritte Gehäuseabschnitt 1706 einen Zugriff auf die Planetengetriebebaugruppe für Reparatur, Austausch usw. zu. Somit kann in einem Beispiel für einen Anwendungsfall ein Endbenutzer schnell Zugang zu der Planetenbaugruppe erhalten, indem er einfach den dritten Gehäuseabschnitt 1706 entfernt. Jedoch kommen auch andere Gehäuseaufteilungsschemata in Betracht, wo zusätzliche Abschnitte entfernt werden können, um auf an den Planetengetriebesatz und das Differential heranzukommen. Eine erste Anbauschnittstelle 1708 erstreckt sich zwischen dem ersten Gehäuseabschnitt 1702 und dem zweiten Gehäuseabschnitt 1704. Eine zweite Anbauschnittstelle 1710 erstreckt sich zwischen dem zweiten Gehäuseabschnitt 1704 und dem dritten Gehäuseabschnitt 1706, um ein Koppeln/Entkoppeln der Abschnitte zu erleichtern. Anbauvorrichtungen 1711 (Bolzen, Stifte, Klammern usw.), die das Koppeln und Entkoppeln der Gehäuseabschnitte erleichtern, sind in 17 ebenfalls gezeigt. Der erste Gehäuseabschnitt 1702 weist außerdem eine Öffnung 1712 auf, die den in 8 gezeigten zweiten Achswellenabschnitt 842 ringsum umgibt, wenn das System zusammengebaut ist. Der zweite Gehäuseabschnitt 1704 weist dementsprechend eine Öffnung 1714 auf, die den in 8 gezeigten ersten Achswellenabschnitt 840 ringsum umgibt, wenn das System zusammengebaut ist. Ein vierter Gehäuseabschnitt 1716 kann ebenfalls mit dem ersten Gehäuseabschnitt 1702 gekoppelt sein, um eine effiziente Einsetzung des elektrischen Motor-Generators in das Gehäuse zu ermöglichen.
18 zeigt ein Verfahren 1800 zum Wechseln von Gängen in einem Getriebezug. Man beachte, dass das Verfahren 1800 zum Wechseln von Gängen in einem Beispiel in dem elektrischen Antriebsachssystem, dem Getriebezug, den Komponenten usw. stattfinden kann, die oben unter Bezugnahme auf 1-17 beschrieben wurden. Jedoch kann das Verfahren zum Wechseln von Gängen in einem anderen Beispiel in einem anderen geeigneten elektrischen Antriebsachssystem und Getriebezug ausgeführt werden.
Bei 1802 beinhaltet das Verfahren das Entfernen eines Abschnitts (z.B. eines einzelnen Abschnitts) eines Achsgehäuses, während die elektrische Antriebsachse an einem Fahrzeug angebaut ist. Zum Beispiel kann der Abschnitt des Antriebsachsengehäuses, der Zugang zu dem Differential und der Planetengetriebebaugruppe bietet, entfernt werden, während die Antriebsachse mit der Aufhängung und/oder dem Rahmen des Fahrzeugs gekoppelt bleibt. Auf diese Weise kann ein Zugang zu einer hinteren Getriebeelementstufe (z.B. einer letzten Stufe) erhalten werden.
Bei 1804 beinhaltet das Verfahren das Entkoppeln einer ersten Planetengetriebebaugruppe von einem Differential und einer Abtriebswelle. Zum Beispiel können Anbauvorrichtungen von ausgerichteten Schnittstellen in sowohl der ersten Planetengetriebebaugruppe als auch dem Differential entfernt werden.
Bei 1806 beinhaltet das Verfahren dann das Koppeln einer zweiten Planetengetriebebaugruppe mit dem Differential und der Abtriebswelle. Zum Beispiel kann die zweite Planetengetriebebaugruppe mit der Abtriebswelle in Eingriff gebracht werden und die Anbauschnittstelle in der Planetenbaugruppe kann an der Schnittstelle in dem Differential ausgerichtet und damit verbolzt werden. Auf diese Weise können Planetengetriebesätze schnell und effizient gewechselt werden.
19-21 zeigen den Getriebezug 204, der in verschiedenen Modi arbeitet. Der Getriebezug 204 kann an sich über eine Steuereinrichtung, wie etwa die Steuereinrichtung 152, die in 1 gezeigt ist, in verschiedene Betriebsmodi gebracht werden. Die Modi können einen ersten Getriebemodus beinhalten, wo der erste Getriebesatz 312, der in 3 gezeigt ist, Drehenergie zwischen dem elektrischen Motor-Generator 202 und der Planetengetriebebaugruppe 222 überträgt. Die Modi können auch einen zweiten Getriebemodus beinhalten, wo der zweite Getriebesatz 314, der in 3 gezeigt ist, Drehenergie zwischen dem elektrischen Motor-Generator 202 und der Planetengetriebebaugruppe 222 überträgt. Die Modalitäten können auch basierend auf einer Rückwärts- und Vorwärtsantriebsmotoranordnung unterteilt werden. Genauer kann der elektrische Motor-Generator 202 eine Drehausgangsleistung in einer ersten Richtung, die einem Vorwärtsantrieb entspricht, produzieren und kann eine Drehausgangsleistung in einer zweiten, der ersten entgegengesetzten Richtung, die einem Rückwärtsantrieb entspricht, produzieren. Somit können die Getriebezugmodalitäten einen ersten Vorwärtsantriebsgetriebemodus, einen ersten Rückwärtsantriebsgetriebemodus, einen zweiten Vorwärtsantriebsgetriebemodus und/oder einen zweiten Rückwärtsantriebsgetriebemodus beinhalten. Es sei klargestellt, dass der Getriebezug in einem regenerativen Modus betrieben werden kann, wo ein Drehmoment, das von den Antriebsrädern eingegeben wird, wie etwa von den Antriebsrädern 128, die in 1 gezeigt sind, auf den elektrischen Motor-Generator übertragen wird und der elektrische Motor-Generator zumindest einen Teil der Drehenergie des Antriebsstrangs in elektrische Energie umwandelt. Andersherum kann die elektrische Energie im regenerativen Modus vom Motor-Generator auf eine Energiespeichervorrichtung, wie etwa die in 1 gezeigte Energiespeichervorrichtung 108, übertragen werden.
Nun wird 19 betrachtet, die den Getriebezug 204 des elektrischen Antriebsachssystems 200 darstellt, der im ersten Vorwärtsantriebsgetriebemodus angeordnet ist, wo der elektrische Motor-Generator 202 eine Vorwärtsantriebs-Drehausgangsleistung erzeugt, die zweite Kupplungsbaugruppe 802 ausgerückt ist und die erste Kupplungsbaugruppe 800 eingerückt ist (z.B. dafür ausgelegt ist, Energie vom fünften Zahnrad 308 über die Einwegkupplung 902 auf die Abtriebswelle 214 zu übertragen). Der Leistungsweg im ersten Vorwärtsantriebsgetriebemodus des Getriebezugs 204 ist über Pfeile 1900 angegeben. Somit wird im ersten Vorwärtsantriebsgetriebemodus Drehenergie vom elektrischen Motor-Generator 202 auf das erste Zahnrad 300, vom ersten Zahnrad auf das zweite Zahnrad 302, vom vierten Zahnrad 306 auf das fünfte Zahnrad 308, vom fünften Zahnrad über die erste Kupplungsbaugruppe 800 (z.B. über die Einwegkupplung 902) auf die Abtriebswelle 214, von der Abtriebswelle auf die Planetengetriebebaugruppe 222, von der Planetengetriebebaugruppe auf das Differential 224 und vom Differential auf die Achse 838 übertragen.
20 zeigt den Getriebezug 204 des elektrischen Antriebsachssystems 200, das im zweiten Vorwärtsantriebsgetriebemodus angeordnet ist, wo der elektrische Motor-Generator 202 eine Vorwärtsantriebs-Drehausgangsleistung erzeugt, die zweite Kupplungsbaugruppe 802 eingerückt ist und die erste Kupplungsbaugruppe 800 ausgerückt ist (z.B. die Sperrkupplung 900 ausgerückt ist und die Einwegkupplung 902 überholt wird). Es sei klargestellt, dass die Einwegkupplung 902 aufgrund dessen überholt wird, dass das Verhältnis der Verzahnung zwischen dem dritten Zahnrad 304 und dem sechsten Zahnrad 310 niedriger ist als das Verhältnis der Verzahnung zwischen dem vierten Zahnrad 306 und dem fünften Zahnrad 308, was dazu führt, dass zwischen dem vierten und dem fünften Zahnrad keine Last übertragen wird. Der Leistungsweg im zweiten Vorwärtsantriebsgetriebemodus des Getriebezugs 204 ist über Pfeile 2000 angegeben. Somit wird im zweiten Vorwärtsantriebsgetriebemodus Drehenergie vom elektrischen Motor-Generator 202 auf das erste Zahnrad 300, vom ersten Zahnrad auf das zweite Zahnrad 302, vom dritten Zahnrad 304 auf das sechste Zahnrad 310, vom sechsten Zahnrad über die zweite Kupplungsbaugruppe 802 auf die Abtriebswelle 214, von der Abtriebswelle auf die Planetengetriebebaugruppe 222, von der Planetengetriebebaugruppe auf das Differential 224 und vom Differential auf die Achse 838 übertragen.
21 zeigt den Getriebezug 204 des elektrischen Antriebsachssystems 200, das im ersten regenerativen Getriebemodus angeordnet ist, wo der elektrische Motor-Generator 202 elektrische Energie aus einem Antriebsraddrehmoment erzeugt, das über den Getriebezug 204 auf den Motor-Generator übertragen wird. Außerdem ist im ersten regenerativen Getriebemodus die zweite Kupplungsbaugruppe 802 ausgerückt und ist die erste Kupplungsbaugruppe 800 eingerückt (z.B. dafür ausgelegt, Energie vom fünften Zahnrad 308 über die Sperrkupplung 900 auf die Abtriebswelle 214 zu übertragen). Der Leistungsweg im ersten regenerativen Getriebemodus des Getriebezugs 204 ist über Pfeile 2100 angegeben. Somit wird im ersten regenerativen Getriebemodus Drehenergie vom Differential 224 auf die Planetengetriebebaugruppe 222, von der Planetengetriebebaugruppe auf die Abtriebswelle 214, von der Abtriebswelle über die erste Kupplungsbaugruppe 800 (z.B. über die Sperrkupplung 900 unter Umgehung der Einwegkupplung 902) auf das fünfte Zahnrad 308, vom fünften Zahnrad auf das vierte Zahnrad 306, vom zweiten Zahnrad 302 auf das erste Zahnrad 300 und dann auf den elektrischen Motor-Generator 202 übertragen.
Man beachte, dass während eines ersten Rückwärtsgetriebemodus der Leistungsweg durch den Getriebezug 204 dem in 19 gezeigten Leistungsweg ähnlich sein kann. Zum Beispiel kann der Leistungsweg im ersten Rückwärtsgetriebemodus durch ähnliche Komponenten verlaufen wie der Leistungsweg, der über die Pfeile 1900 angegeben wird. Jedoch sind im Rückwärtsleistungsweg die Pfeile umgekehrt. Daher kann im ersten Rückwärtsgetriebemodus die zweite Kupplungsbaugruppe 802 ausgerückt sein und kann die erste Kupplungsbaugruppe 800 eingerückt sein (z.B. dafür ausgelegt sein, Energie vom fünften Zahnrad 308 über die Sperrkupplung 900 auf die Abtriebswelle 214 zu übertragen).
Die elektrischen Antriebsachssysteme und Getriebewechseltechniken, die hierin beschrieben werden, haben die technische Wirkung, dass sie ein System bereitstellen, in dem eine erste Planetengetriebebaugruppe, die mit einem Differential gekoppelt ist, schnell und effizient entfernt und durch eine zweite Planetengetriebebaugruppe mit einer anderen Getriebeübersetzung als die erste Planetenbaugruppe ersetzt werden kann. Infolgedessen ist die Anpassbarkeit des Getriebezugs einhergehend mit einer Zufriedenheit des Endbenutzers erhöht.
1-22 zeigen beispielhafte Konfigurationen mit relativer Positionierung der verschiedenen Komponenten. Wenn gezeigt ist, dass diese Elemente einander direkt berühren oder direkt gekoppelt sind, können sie zumindest in einem Beispiel als einander direkt berührend bzw. als direkt gekoppelt bezeichnet werden. Ähnlich können Elemente, die aneinander angrenzend oder zueinander benachbart gezeigt sind, in zumindest einem Beispiel aneinander angrenzend bzw. zueinander benachbart sein. Beispielsweise können Komponenten, die in einem Flächenkontakt miteinander stehen, als in Flächenkontakt stehend bezeichnet werden. Als ein anderes Beispiel können Elemente, die nur über einen Zwischenraum voneinander getrennt und ohne andere Komponenten zwischen einander positioniert sind, in mindestens einem Beispiel als solche bezeichnet werden. 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, in mindestens einem Beispiel ein oberstes Element oder ein Punkt eines Elements als „oberhalb“ der Komponente und ein unterstes Element oder ein Punkt des Elements als „unterhalb“ der Komponente bezeichnet werden. Wie hierin verwendet, können oberhalb/unterhalb, obere/untere, über/unter relativ zu einer vertikalen Achse der Figuren sein und zur Beschreibung des Positionierens von Elementen der Figuren relativ zueinander verwendet werden. Daher sind in einem Beispiel Elemente, die über anderen Elementen gezeigt sind, vertikal über den anderen Elementen positioniert. Als noch ein weiteres Beispiel können Formen der Elemente, die innerhalb der Figuren abgebildet sind, als diese Formen aufweisend bezeichnet werden (z. B. als rund, gerade, eben, gewölbt, abgerundet, gefast, abgewinkelt oder ähnliches). Außerdem können Elemente, die koaxial zueinander sind, in einem Beispiel als solche bezeichnet werden. Ferner können Elemente, die einander schneiden, in mindestens einem Beispiel als schneidende Elemente oder als einander schneidend bezeichnet werden. Ferner kann ein Element, das innerhalb eines anderen Elements oder außerhalb eines anderen Elements gezeigt wird, in einem Beispiel als solches bezeichnet werden. In anderen Beispielen können gegeneinander versetzte Elemente als solche bezeichnet werden.
Die Erfindung wird in den folgenden Abschnitten näher beschrieben. In einem Aspekt wird ein elektrisches Antriebsachssystem angegeben, das umfasst: einen Getriebezug, der dafür ausgelegt ist, drehungsmäßig an einem elektrischen Motor-Generator angebaut zu werden, wobei der Getriebezug umfasst: eine Abtriebswelle, die drehungsmäßig mit einer ersten Planetengetriebebaugruppe gekoppelt ist und die axial von einer Antriebswelle versetzt ist, die drehungsmäßig mit dem elektrischen Motor-Generator gekoppelt ist, wobei die erste Planetengetriebebaugruppe dafür ausgelegt ist, lösbar an einem Differential angebaut zu werden, das koaxial zu einer Achse angeordnet ist.
In einem anderen Aspekt wird ein Verfahren zum Wechseln von Getriebesätzen in einem elektrischen Antriebsachssystem angegeben, das umfasst: während das elektrische Antriebsachssystem an einem Fahrzeug angebaut ist, Entfernen eines Abschnitts eines Gehäuses von Abschnitten des Gehäuses, die einen elektrischen Motor-Generator und einen auswählbaren Getriebesatz umschließen; und Entkoppeln einer ersten Planetengetriebebaugruppe von einem Differential und einer Abtriebswelle, die drehungsmäßig mit dem auswählbaren Getriebesatz gekoppelt sind; und Koppeln einer zweiten Planetengetriebebaugruppe mit dem Differential und der Abtriebswelle, wobei die zweite Planetengetriebebaugruppe eine andere Getriebeübersetzung aufweist als die erste Planetengetriebebaugruppe.
In einem noch anderen Aspekt wird ein elektrisches Antriebsachssystem angegeben, das umfasst: einen Getriebezug, der dafür ausgelegt ist, drehungsmäßig an einem elektrischen Motor-Generator angebaut zu werden, wobei der Getriebezug umfasst: eine Antriebswelle, die drehungsmäßig mit dem elektrischen Motor-Generator gekoppelt ist, und eine Abtriebswelle, die drehungsmäßig mit einem Differential gekoppelt ist, wobei die Antriebswelle axial von der Abtriebswelle versetzt ist; wobei das Differential dafür ausgelegt ist, an einer ersten Planetengetriebebaugruppe und einer zweiten Planetengetriebebaugruppe, die eine andere Getriebeübersetzung aufweist als die erste Planetengetriebebaugruppe, angebaut zu werden.
In jedem der Aspekte oder in jeder Kombination der Aspekte kann die Planetengetriebebaugruppe eine erste Anbauschnittstelle aufweisen, die mit einer zweiten Anbauschnittstelle in dem Differential gekoppelt ist.
In jedem der Aspekte oder in jeder Kombination der Aspekte kann die zweite Anbauschnittstelle in dem Differential dafür ausgelegt sein, an einer dritten Anbauschnittstelle in einer zweiten Planetengetriebebaugruppe angebaut zu werden, wobei die erste Planetengetriebebaugruppe eine andere Getriebeübersetzung aufweist als die zweite Planetengetriebebaugruppe.
In jedem der Aspekte oder in jeder Kombination der Aspekte kann die erste Planetengetriebebaugruppe eine Mehrzahl von Planetenbolzen als Festpunkte für die Ausrichtung eines Trägers in der ersten Planetengetriebebaugruppe und ein Gehäuse des Differentials aufweisen.
In jedem der Aspekte oder in jeder Kombination der Aspekte können sich die Mehrzahl von Planetenbolzen axial durch den Träger erstrecken.
In jedem der Aspekte oder in jeder Kombination der Aspekte kann das Differential direkt, ohne jegliche Zwischenkomponenten, die dazwischen positioniert sind, mit der ersten Planetengetriebebaugruppe gekoppelt werden.
In jedem der Aspekte oder in jeder Kombination der Aspekte kann das Differential ein Sperrdifferential sein, das dafür ausgelegt ist, Abschnitte der Achse drehungsmäßig zu sperren und zu entsperren.
Bei jedem der Aspekte oder jeder der Kombinationen der Aspekte kann die Achse eine Starrachse sein.
In jedem der Aspekte oder in jeder Kombination der Aspekte kann das elektrische Antriebsachssystem ferner eine Kupplungsbaugruppe aufweisen, die dafür ausgelegt ist, einen Getriebesatz drehungsmäßig von der Abtriebswelle zu koppeln und zu entkoppeln, wobei ein Sonnenrad in der ersten Planetengetriebebaugruppe dafür ausgelegt ist, zumindest einen Teil einer axialen Kraft, die auf die Kupplungsbaugruppe wirkt, wenn die Kupplungsbaugruppe eingerückt ist, aufzuheben.
In jedem der Aspekte oder in jeder Kombination der Aspekte kann das elektrische Antriebsachssystem ferner einen Sprengring, eine Feder und ein Axiallager umfassen, die mit dem Sonnenrad und einem Träger in der ersten Planetengetriebebaugruppe gekoppelt sind.
In jedem der Aspekte oder in jeder Kombination der Aspekte kann es sein, dass das Axiallager den Träger nicht berührt, wenn die erste Planetengetriebebaugruppe von dem Differential entkoppelt ist, und dass das Axiallager den Träger berührt, wenn die erste Planetengetriebebaugruppe mit dem Differential gekoppelt ist.
In jedem der Aspekte oder in jeder Kombination der Aspekte kann das Entkoppeln der ersten Planetengetriebebaugruppe von dem Differential das Entfernen von Anbauvorrichtungen beinhalten, die sich durch Anbauschnittstellen in sowohl der ersten Planetengetriebebaugruppe als auch einem Differentialgehäuse erstrecken.
In jedem der Aspekte oder in jeder Kombination der Aspekte kann das Koppeln der zweiten Planetengetriebebaugruppe mit dem Differential das Ausrichten einer Anbauschnittstelle in der zweiten Planetengetriebebaugruppe an der Anbauschnittstelle in dem Differential beinhalten.
In jedem der Aspekte oder in jeder Kombination der Aspekte kann das Verfahren ferner das Ausrichten der Anbauschnittstelle in der zweiten Planetengetriebebaugruppe an der Anbauschnittstelle in dem Differential beinhalten.
In jedem der Aspekte oder in jeder Kombination der Aspekte kann das Differential eine Anbauschnittstelle aufweisen, die dafür ausgelegt ist, mit einer Anbauschnittstelle in der ersten Planetengetriebebaugruppe und einer Anbauschnittstelle in einer zweiten Planetengetriebebaugruppe mit einer anderen Getriebeübersetzung als die erste Planetengetriebebaugruppe gekoppelt zu werden.
In jedem der Aspekte oder in jeder Kombination der Aspekte kann das System ferner eine Kupplungsbaugruppe aufweisen, die dafür ausgelegt ist, einen Getriebesatz drehungsmäßig von der Abtriebswelle zu koppeln und zu entkoppeln, wobei ein Sonnenrad in der ersten Planetengetriebebaugruppe dafür ausgelegt sein kann, zumindest einen Teil einer axialen Kraft, die auf die erste Kupplungsbaugruppe wirkt, wenn die erste Kupplungsbaugruppe eingerückt ist, aufzuheben.
In jedem der Aspekte oder in jeder Kombination der Aspekte kann die erste Planetengetriebebaugruppe eine Mehrzahl von Planetenbolzen aufweisen, die sich axial durch einen Träger und in Aussparungen in einem Differentialgehäuse hinein erstrecken.
In jedem der Aspekte oder jeder der Kombinationen der Aspekte kann die Achse eine Starrachse sein, kann die Starrachse koaxial mit der Abtriebswelle angeordnet sein und kann das Differential ein Sperrdifferential sein.
In einer anderen Darstellung wird ein Getriebe angegeben, das drehungsmäßig mit einem elektrischen Motor-Generator gekoppelt ist und das ein Differential aufweisen kann, das dafür ausgelegt ist, lösbar und direkt mit mehreren Planetengetriebesätzen gekoppelt zu werden, die im Wesentlichen ähnliche Anbauöffnungsmuster, aber unterschiedliche Getriebeübersetzungen aufweisen, wobei die Planetengetriebebaugruppen jeweils dafür ausgelegt sind, eine Dreheingangsleistung von einer Abtriebswelle zu empfangen, die koaxial zu einer Starrachse ist.
In einer anderen Darstellung wird ein elektrisches Antriebsachssystem angegeben, das einen Getriebezug umfasst, der für einen drehungsmäßigen Anbau an einem elektrischen Motor-Generator ausgelegt ist. Der Getriebezug umfasst eine Abtriebswelle, die drehungsmäßig mit einer Planetengetriebebaugruppe gekoppelt ist und die axial von einer Antriebswelle versetzt ist, die drehungsmäßig mit dem elektrischen Motor-Generator gekoppelt ist, wobei die Planetengetriebebaugruppe an einem Differential angebaut ist, das koaxial zu einer Achse ist; wobei die Planetengetriebebaugruppe eine Mehrzahl von Planetenbolzen aufweist, die als Festpunkt zum Ausrichten eines Trägers in der Planetengetriebebaugruppe an einem Gehäuse des Differentials ausgelegt sind.
In jeder der Darstellungen oder Kombinationen der Darstellungen können sich die Mehrzahl von Planetenbolzen axial durch den Träger erstrecken.
In jeder der Darstellungen oder Kombinationen der Darstellungen kann das Differential direkt, ohne jegliche Zwischenkomponenten, die dazwischen positioniert sind, mit der Planetengetriebebaugruppe gekoppelt werden.
In jeder der Darstellungen oder Kombinationen der Darstellungen kann das Differential ein Sperrdifferential sein, das dafür ausgelegt ist, Abschnitte der Achse drehungsmäßig zu sperren und zu entsperren.
In jeder der Darstellungen oder Kombinationen der Darstellungen, wo die Achse eine Starrachse sein kann.
In jeder der Darstellungen oder Kombinationen der Darstellungen kann der Antriebsstrang mehrere auswählbare Gänge aufweisen, die der Planetengetriebebaugruppe vorgelagert sind.
In jeder der Darstellungen oder Kombinationen der Darstellungen kann das elektrische Antriebsachssystem ferner eine Kupplungsbaugruppe aufweisen, die dafür ausgelegt ist, einen Getriebesatz drehungsmäßig von der Abtriebswelle zu koppeln und zu entkoppeln, wobei ein Sonnenrad in der ersten Planetengetriebebaugruppe dafür ausgelegt ist, zumindest einen Teil einer axialen Kraft, die auf die Kupplungsbaugruppe wirkt, wenn die Kupplungsbaugruppe eingerückt ist, aufzuheben.
In jeder der Darstellungen oder Kombinationen der Darstellungen, wo der Träger direkt mit einem Gehäuse des Differentials gekoppelt sein kann.
In jeder der Darstellungen oder Kombinationen der Darstellungen, wo ein Kranz in der Planetengetriebebaugruppe während eines Betriebs des Systems stationär gehalten wird.
In jeder der Darstellungen oder Kombinationen der Darstellungen wo die Planetengetriebebaugruppe auf einer lateralen Seite des elektrischen Motor-Generators versetzt ist.
Obwohl vorstehend verschiedene Ausführungsformen beschrieben wurden, sei klargestellt, dass sie als Beispiel und nicht zur Beschränkung angegeben wurden. Dem Fachmann ist offenkundig, dass der offenbarte Gegenstand in anderen konkreten Formen verkörpert sein kann, ohne vom Gedanken des Gegenstands abzuweichen. Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind daher in jeder Hinsicht als veranschaulichend und nicht als einschränkend zu betrachten.
Man beachte, dass die als Beispiel angegebenen Steuerungs- und Schätzungsroutinen, die hierin enthalten sind, mit verschiedenen Antriebsstrang- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hierin offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Befehle in einem nicht-flüchtigen Speicher gespeichert werden und können von dem Steuersystem, das die Steuereinrichtung enthält, in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Stellantrieben und anderer Fahrzeug-Hardware ausgeführt werden. Ferner können Teile der Verfahren physische Handlungen sein, die in der realen Welt vorgenommen werden, um einen Zustand einer Vorrichtung zu ändern. 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 Handlungen, Operationen und/oder Funktionen in der dargestellten Reihenfolge, parallel durchgeführt oder in manchen Fällen weggelassen werden. Ebenso ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht unbedingt notwendig, um die Merkmale und Vorteile der hierin beschriebenen beispielhaften Beispiele zu erreichen, sondern wird nur zur Vereinfachung der Darstellung und Beschreibung angegeben. Abhängig von der jeweiligen verwendeten Strategie kann bzw. können eine oder mehrere von den dargestellten Handlungen, Operationen und/oder Funktionen wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Operationen und/oder Funktionen einen Code darstellen, der in einem nicht-flüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in den Fahrzeugsteuersystem programmiert ist, wobei die beschriebenen Handlungen durch Abarbeiten der Befehle in einem System, das die verschiedenen Fahrzeug-Hardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuereinrichtung aufweist, ausgeführt werden. Einer oder mehrere von den hierin beschriebenen Verfahrensschritten kann bzw. können weggelassen werden, wenn diese gewünscht wird.
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. Zum Beispiel kann die vorstehend genannte Technologie auf Antriebsstränge angewendet werden, die verschiedene Arten von Antriebsquellen einschließlich verschiedener Arten von elektrischen Maschinen und Getrieben aufweisen. 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.
Wie hierin verwendet, wird der Begriff „im Wesentlichen“ so ausgelegt, dass er plus oder minus fünf Prozent des Bereichs oder Wertes beinhaltet, sofern nicht anders angegeben.
Die folgenden Ansprüche stellen bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden, besonders heraus. 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, sei ihr Bereich nun breiter, enger, gleich oder anders als derjenige der ursprünglichen Ansprüche, werden ebenfalls als innerhalb des Gegenstands der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.

Claims

Elektrisches Antriebsachssystem, umfassend: einen Getriebezug, der dafür ausgelegt ist, drehungsmäßig an einem elektrischen Motor-Generator angebaut zu werden, wobei der Getriebezug umfasst: eine Abtriebswelle, die drehungsmäßig mit einer ersten Planetengetriebebaugruppe gekoppelt ist, die von einer Antriebswelle, die drehungsmäßig mit dem elektrischen Motor-Generator gekoppelt ist, axial versetzt ist, wobei die erste Planetengetriebebaugruppe dafür ausgelegt ist, lösbar an einem Differential angebaut zu werden, das koaxial zu einer Achse angeordnet ist.
Elektrisches Antriebsachssystem nach Anspruch 1, wobei die Planetengetriebebaugruppe eine erste Anbauschnittstelle aufweist, die mit einer zweiten Anbauschnittstelle in dem Differential gekoppelt ist, und wobei die zweite Anbauschnittstelle in dem Differential dafür ausgelegt ist, an einer dritten Anbauschnittstelle in einer zweiten Planetengetriebebaugruppe angebaut zu werden, und wobei die erste Planetengetriebebaugruppe eine andere Getriebeübersetzung hat als die zweite Planetengetriebebaugruppe.
Elektrisches Antriebsachssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Planetengetriebebaugruppe eine Mehrzahl von Planetenbolzen aufweist, die als Festpunkte zum Ausrichten eines Trägers in der ersten Planetengetriebebaugruppe und eines Gehäuses des Differentials ausgelegt sind, und wobei sich die Mehrzahl von Planetenbolzen axial durch den Träger erstrecken.
Elektrisches Antriebsachssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Differential direkt, ohne jegliche Zwischenkomponenten, die dazwischen angeordnet sind, mit der ersten Planetengetriebebaugruppe gekoppelt ist und wobei die Radachse eine Starrachse ist.
Elektrisches Antriebsachssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Differential ein Sperrdifferential ist, das dafür ausgelegt ist, Abschnitte der Achse drehungsmäßig zu sperren und zu entsperren.
Elektrisches Antriebsachssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend: eine Kupplungsbaugruppe, die dafür ausgelegt ist, einen Getriebesatz drehungsmäßig zu koppeln und von der Abtriebswelle zu entkoppeln, wobei ein Sonnenrad in der ersten Planetengetriebebaugruppe dafür ausgelegt ist, zumindest einen Teil einer axialen Kraft, die auf die Kupplungsbaugruppe wirkt, wenn die Kupplungsbaugruppe eingerückt ist, aufzuheben; und einen Sprengring, eine Feder und ein Axiallager, die mit dem Sonnenrad und einem Träger in der ersten Planetengetriebebaugruppe gekoppelt sind; wobei dann, wenn die erste Planetengetriebebaugruppe von dem Differential entkoppelt ist, das Axiallager den Träger nicht berührt, und dann, wenn die erste Planetengetriebebaugruppe mit dem Differential gekoppelt ist, das Axiallager den Träger berührt.
Verfahren zum Wechseln von Getriebesätzen in einem elektrischen Antriebsachssystem, umfassend: während das elektrische Antriebsachssystem an einem Fahrzeug angebaut ist, Entfernen eines Abschnitts eines Gehäuses von Abschnitten des Gehäuses, die einen elektrischen Motor-Generator und einen auswählbaren Getriebesatz umschließen; und Entkoppeln einer ersten Planetengetriebebaugruppe von einem Differential und einer Abtriebswelle, die drehungsmäßig mit dem auswählbaren Getriebesatz gekoppelt sind; und Koppeln einer zweiten Planetengetriebebaugruppe mit dem Differential und der Abtriebswelle, wobei die zweite Planetengetriebebaugruppe eine andere Getriebeübersetzung aufweist als die erste Planetengetriebeba ugru ppe.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Entkoppeln der ersten Planetengetriebebaugruppe von dem Differential das Entfernen von Anbauvorrichtungen beinhaltet, die sich durch Anbauschnittstellen in sowohl der ersten Planetengetriebebaugruppe als auch einem Differentialgehäuse erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Koppeln der zweiten Planetengetriebebaugruppe mit dem Differential das Ausrichten einer Anbauschnittstelle in der zweiten Planetengetriebebaugruppe an der Anbauschnittstelle in dem Differential beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Ausrichten der Anbauschnittstelle in der zweiten Planetengetriebebaugruppe an der Anbauschnittstelle in dem Differential die Verwendung einer Mehrzahl von Planetenbolzen, die in der zweiten Planetengetriebebaugruppe enthalten sind, als Festpunkte zur Positionierung des Differentials beinhaltet.