DE102021213493A1

DE102021213493A1 - Antriebsanordnung, Fahrzeug mit einer solchen Antriebsanordnung, sowie Verfahren zum Betreiben einer solchen Antriebsanordnung

Info

Publication number: DE102021213493A1
Application number: DE102021213493.9A
Authority: DE
Inventors: Gergely Boka
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-11-30
Filing date: 2021-11-30
Publication date: 2023-06-01

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung (10) für ein Fahrzeug, umfassend eine erste elektrische Maschine (12) mit einer ersten Antriebswelle (14), eine zweite elektrische Maschine (16) mit einer zweiten Antriebswelle (18), ein Abtriebselement (20), ein erstes Zahnrad (22), wobei das erste Zahnrad (22) mit der ersten Antriebswelle (14) der ersten elektrischen Maschine (12) drehfest koppelbar und entkoppelbar ausgebildet ist, ein zweites Zahnrad (24), wobei das zweite Zahnrad (24) drehfest mit der zweiten Antriebswelle (18) der zweiten elektrischen Maschine (16) gekoppelt ist, wobei das zweite Zahnrad (24) mit dem ersten Zahnrad (22) kämmt, ein drittes Zahnrad (26), wobei das dritte Zahnrad (26) mit dem zweiten Zahnrad (24) kämmt, wobei das dritte Zahnrad (26) mit dem Abtriebselement (20) drehfest koppelbar und entkoppelbar ausgebildet ist, ein viertes Zahnrad (28), wobei das vierte Zahnrad (28) mit der ersten Antriebswelle (14) der ersten elektrischen Maschine (12) drehfest koppelbar und entkoppelbar ausgebildet ist, und ein fünftes Zahnrad (30), wobei das fünfte Zahnrad (30) drehfest mit dem Abtriebselement (20) gekoppelt ist. Die Erfindung betrifft zudem ein Fahrzeug mit einer solchen Antriebsanordnung (10) und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Antriebsanordnung (10).

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit Merkmalen des Anspruchs 1, ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit Merkmalen des Anspruchs 8, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebsanordnung mit Merkmalen des Anspruchs 9.
Zur Realisierung von mehreren Gängen an einem elektrischen Antrieb können zwei elektrische Maschinen an ein gemeinsames Getriebe angebunden werden. Innerhalb des Getriebes kann das Drehmoment beider elektrischer Maschinen bspw. auf eine gemeinsame Abtriebswelle summiert werden.
DE 10 2018 210 897 A1 offenbart eine Antriebsanordnung eines Elektrofahrzeuges, umfassend zwei elektrische Maschinen zum Antrieb einer Fahrzeugachse und ein zwischen den elektrischen Maschinen und der Fahrzeugachse angeordnetes Getriebe. Das Getriebe umfasst mehrere Vorgelegewellen und mehrere Zahnräder. Durch diese Anordnung können mit dem Getriebe (Summiergetriebe) insgesamt drei Gänge geschaltet werden.
Der Aufbau der Antriebsanordnung ist vergleichsweise komplex.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine Antriebsanordnung für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen. Die Antriebsanordnung umfasst eine erste elektrische Maschine mit einer ersten Antriebswelle, eine zweite elektrische Maschine mit einer zweiten Antriebswelle und ein Abtriebselement.
Die Antriebsanordnung umfasst weiter ein erstes Zahnrad, wobei das erste Zahnrad mit der ersten Antriebswelle der ersten elektrischen Maschine drehfest koppelbar und von der ersten Antriebswelle entkoppelbar ausgebildet ist, ein zweites Zahnrad, wobei das zweite Zahnrad drehfest mit der zweiten Antriebswelle der zweiten elektrischen Maschine gekoppelt ist. Das zweite Zahnrad kann an bzw. auf der zweiten Antriebswelle angeordnet sein. Dabei kämmt das zweite Zahnrad mit dem ersten Zahnrad.
Die Antriebsanordnung umfasst weiter ein drittes Zahnrad, wobei das dritte Zahnrad mit dem zweiten Zahnrad kämmt. Das dritte Zahnrad ist mit dem Abtriebselement drehfest koppelbar und von dem Abtriebselement entkoppelbar ausgebildet.
Die Antriebsanordnung umfasst weiter ein viertes Zahnrad, wobei das vierte Zahnrad mit der ersten Antriebswelle der ersten elektrischen Maschine drehfest koppelbar und von der ersten Antriebswelle entkoppelbar ausgebildet ist, und ein fünftes Zahnrad, wobei das fünfte Zahnrad drehfest mit dem Abtriebselement gekoppelt ist. Das fünfte Zahnrad kann insbesondere an bzw. auf dem Abtriebselement angeordnet sein.
Das Abtriebselement kann in Form einer Abtriebswelle ausgebildet sein. Es ist denkbar, dass das Abtriebselement in Form einer Hohlwelle ausgebildet sein kann. Die Hohlwelle kann drehfest mit einem Differential gekoppelt sein, wobei das Differential mit mindestens einer, insbesondere zwei, Abtriebswellen drehfest gekoppelt oder koppelbar sein kann. Dabei kann eine der beiden Abtriebswellen innerhalb der Hohlwelle, insbesondere koaxial, angeordnet sein.
Die Antriebsanordnung kann bspw. als elektrische Achse (E-Achse) ausgebildet sein oder Bestandteil einer E-Achse bilden. Die Antriebsanordnung kann z. B. als ein Getriebe ausgebildet sein oder Bestandteil eines Getriebes bilden.
Insbesondere können das erste und das zweite Zahnrad ein 1 : 1-Übertragungsverhältnis aufweisen. Mit anderen Worten, das erste und das zweite Zahnrad können gleich groß dimensioniert sein. Das erste und das zweite Zahnrad können eine gleiche Verzahnung bei einem gleichen Außendurchmesser aufweisen. Ebenfalls denkbar ist, dass das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad nur ein in etwa gleiches Übersetzungsverhältnis aufweisen, bspw. ein Übersetzungsverhältnis von 0,9 bis 1,1 : 1.
Mit einer derartigen Antriebsanordnung können zwei Gänge realisiert werden, wobei die Komplexität der Antriebsanordnung verringert werden kann. Durch eine Vereinfachung der Antriebsanordnung können die Herstellungs- und Wartungskosten reduziert werden. Durch die Verwendung von zwei elektrischen Maschinen kann ein (Drehmoment-)unterbrechungsfreies Schalten ermöglicht werden.
Gemäß einer Weiterbildung können die erste Antriebswelle, die zweite Antriebswelle und/oder das Abtriebselement parallel zueinander angeordnet sein. Insbesondere sind die erste Antriebswelle, die zweite Antriebswelle und/oder das Abtriebselement nicht in einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Hierdurch ist eine möglichst platzsparende Bauweise möglich.
Gemäß einer Weiterbildung kann die Antriebsanordnung weiter eine erste Koppeleinrichtung umfassen, wobei die erste Koppeleinrichtung eingerichtet sein kann, um das erste Zahnrad mit der ersten Antriebswelle der ersten elektrischen Maschine drehfest zu koppeln und von der ersten Antriebswelle (wieder) zu entkoppeln. Alternativ oder zusätzlich kann die Antriebsanordnung eine zweite Koppeleinrichtung umfassen, wobei die zweite Koppeleinrichtung eingerichtet sein kann, um das vierte Zahnrad mit der ersten Antriebswelle der ersten elektrischen Maschine drehfest zu koppeln und von der ersten Antriebswelle (wieder) zu entkoppeln. Alternativ oder zusätzlich kann die Antriebsanordnung eine dritte Koppeleinrichtung umfassen, wobei die dritte Koppeleinrichtung eingerichtet ist, um das dritte Zahnrad mit dem Abtriebselement drehfest zu koppeln und von dem Abtriebselement (wieder) zu entkoppeln. Hiermit ist ein gezieltes Koppeln und Entkoppeln der betreffenden Zahnräder möglich.
Gemäß einer Weiterbildung können die erste Koppeleinrichtung, die zweite Koppeleinrichtung und/oder die dritte Koppeleinrichtung jeweils als eine Klauenkupplung ausgebildet sein. Dies ist eine konstruktiv einfache und stabile Kupplungsbauweise.
Gemäß einer Weiterbildung kann die Antriebsanordnung einen ersten Gang aufweisen bzw. kann ein erster Gang der Antriebsanordnung realisiert werden, indem das erste Zahnrad, insbesondere mittels der ersten Koppeleinrichtung, mit der ersten Antriebswelle der ersten elektrischen Maschine drehfest gekoppelt wird, das vierte Zahnrad, insbesondere mittels der zweiten Koppeleinrichtung, von der ersten Antriebswelle der ersten elektrischen Maschine entkoppelt wird und das dritte Zahnrad, insbesondere mittels der dritten Koppeleinrichtung, mit dem Abtriebselement drehfest gekoppelt wird. Das vierte Zahnrad kann dabei insbesondere freidrehend (drehbar) auf der ersten Antriebswelle angeordnet sein. Im ersten Gang drehen sich die beiden elektrischen Maschinen insbesondere in umgekehrte Drehrichtungen. Das Drehmoment der ersten elektrischen Maschine kann über das erste Zahnrad auf das zweite Zahnrad und von dort mit dem Drehmoment der zweiten elektrischen Maschine auf das dritte Zahnrad und das Abtriebselement übertragen werden.
Gemäß einer Weiterbildung kann die Antriebsordnung einen zweiten Gang aufweisen bzw. kann ein zweiter Gang der Antriebsanordnung realisiert werden, indem das erste Zahnrad, insbesondere mittels der ersten Koppeleinrichtung, mit der ersten Antriebswelle der ersten elektrischen Maschine drehfest gekoppelt wird, das vierte Zahnrad, insbesondere mittels der zweiten Koppeleinrichtung, mit der ersten Antriebswelle der ersten elektrischen Maschine drehfest gekoppelt wird und das dritte Zahnrad, insbesondere mittels der dritten Koppeleinrichtung, von dem Abtriebselement entkoppelt wird. Das dritte Zahnrad kann dabei freidrehend (drehbar) auf dem Abtriebselement angeordnet sein. Das Drehmoment der zweiten elektrischen Maschine kann von dem zweiten Zahnrad auf das erste Zahnrad und von dort zusammen mit dem Drehmoment der ersten elektrischen Maschine auf die erste Antriebswelle übertragen werden, von wo das summierte Drehmoment über das vierte Zahnrad und das fünfte Zahnrad auf das Abtriebselement übertragen werden kann.
Im zweiten Gang drehen sich die beiden elektrischen Maschinen insbesondere in umgekehrte Drehrichtungen. Dabei kann die Drehrichtung der ersten elektrischen Maschine im ersten Gang und im zweiten Gang der Antriebsanordnung unterschiedlich sein. Entsprechend kann die Drehrichtung der zweiten elektrischen Maschine im ersten Gang und im zweiten Gang der Antriebsanordnung ebenfalls unterschiedlich sein.
Gemäß einer Weiterbildung kann die Antriebsanordnung einen Zwischengang aufweisen bzw. kann ein Zwischengang der Antriebsanordnung realisiert werden, indem das erste Zahnrad, insbesondere mittels der ersten Koppeleinrichtung, von der ersten Antriebswelle der ersten elektrischen Maschine entkoppelt wird, das vierte Zahnrad, insbesondere mittels der zweiten Koppeleinrichtung, mit der ersten Antriebswelle der ersten elektrischen Maschine drehfest gekoppelt wird und das dritte Zahnrad, insbesondere mittels der dritten Koppeleinrichtung, mit dem Abtriebselement drehfest gekoppelt wird. Das erste Zahnrad kann freidrehend (drehbar) auf der ersten Antriebswelle angeordnet werden. Im Zwischengang drehen sich die beiden elektrischen Maschinen insbesondere in die gleiche Drehrichtung. Der Zwischengang stellt einen Zustand der Antriebsanordnung dar, der bei einem Schaltvorgang vom ersten Gang in den zweiten Gang oder umgekehrt erreicht wird. Das Drehmoment der ersten elektrischen Maschine kann über die erste Antriebswelle auf das vierte Zahnrad und von dort über das fünfte Zahnrad auf das Abtriebselement übertragen werden. Das Drehmoment der zweiten elektrischen Maschine kann von der zweiten Antriebswelle über das zweite Zahnrad auf das Abtriebselement übertragen werden.
Gemäß einer Weiterbildung kann die Antriebsanordnung dazu eingerichtet sein bzw. kann ein Antrieb des Abtriebselements, insbesondere der Abtriebswelle, ausschließlich durch die erste elektrische Maschine realisiert werden, indem das erste Zahnrad, insbesondere mittels der ersten Koppeleinrichtung, von der ersten Antriebswelle der ersten elektrischen Maschine entkoppelt bzw. abgekoppelt ist, das vierte Zahnrad, insbesondere mittels der zweiten Koppeleinrichtung, mit der ersten Antriebswelle der ersten elektrischen Maschine drehfest gekoppelt ist und das dritte Zahnrad, insbesondere mittels der dritten Koppeleinrichtung, von dem Abtriebselement, insbesondere der Abtriebswelle, entkoppelt ist. Das erste Zahnrad kann freidrehend (drehbar) auf der ersten Antriebswelle angeordnet sein. Das dritte Zahnrad kann freidrehend (drehbar) auf dem Abtriebselement, insbesondere der Abtriebswelle, angeordnet sein. Wird die erste elektrische Maschine angetrieben, kann das Abtriebselement ausschließlich durch die erste elektrische Maschine angetrieben werden. Die erste elektrische Maschine ist so gekoppelt wie im zweiten Gang der Antriebsanordnung, hingegen ist die zweite elektrische Maschine entkoppelt bzw. abgekoppelt. Entkoppelt bzw. abgekoppelt bedeutet, dass sich die zweite elektrische Maschine unabhängig von der ersten (eingekuppelten bzw. gekoppelten) elektrischen Maschine drehen kann. Dies schließt auch einen Stillstand der (entkoppelten bzw. abgekoppelten) zweiten elektrischen Maschine mit ein.
Gemäß einer Weiterbildung kann die Antriebsanordnung dazu eingerichtet sein bzw. kann ein Antrieb des Abtriebselements, insbesondere der Abtriebswelle, ausschließlich durch die zweite elektrische Maschine realisiert werden, indem das erste Zahnrad, insbesondere mittels der ersten Koppeleinrichtung, von der ersten Antriebswelle der ersten elektrischen Maschine entkoppelt ist, das vierte Zahnrad, insbesondere mittels der zweiten Koppeleinrichtung, von der ersten Antriebswelle der ersten elektrischen Maschine entkoppelt ist und das dritte Zahnrad, insbesondere mittels der dritten Koppeleinrichtung, mit dem Abtriebselement, insbesondere der Abtriebswelle, drehfest gekoppelt ist. Das erste Zahnrad kann freidrehend (drehbar) auf der ersten Antriebswelle angeordnet sein. Das vierte Zahnrad kann freidrehend (drehbar) auf der ersten Antriebswelle angeordnet sein. Wird die zweite elektrische Maschine angetrieben, kann das Abtriebselement ausschließlich durch die zweite elektrische Maschine angetrieben werden. Die zweite elektrische Maschine ist so gekoppelt wie im ersten Gang der Antriebsanordnung, hingegen ist die erste elektrische Maschine entkoppelt bzw. abgekoppelt. Entkoppelt bzw. abgekoppelt bedeutet, dass sich die erste elektrische Maschine unabhängig von der zweiten (eingekuppelten bzw. gekoppelten) elektrischen Maschine drehen kann. Dies schließt auch einen Stillstand der (entkoppelt bzw. abgekoppelten) ersten elektrischen Maschine mit ein.
Ein Antrieb des Abtriebselements, insbesondere der Abtriebswelle, ausschließlich durch die erste elektrische Maschine oder die zweite elektrische Maschine hat verschiedene Vorteile. So ist ein solcher Betriebsmodus vorteilhaft, wenn die Drehmomentanforderung bereits durch nur eine elektrische Maschine abgedeckt werden kann und die Schleppmomente der anderen elektrischen Maschine eingespart werden können (erhöhte Effizienz). Zudem ist ein solcher Betriebsmodus vorteilhaft, wenn eine elektrische Maschine ausfällt und die Antriebsanordnung bzw. ein Fahrzeug mit einer solchen Antriebsanordnung nur durch die andere elektrische Maschine betrieben werden kann (erhöhte Verfügbarkeit).
Erfindungsgemäß wird ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit einer Antriebsanordnung gemäß obiger Ausführungen vorgeschlagen. Hinsichtlich der damit erzielbaren Vorteile wird auf die diesbezüglichen Ausführungen zur Antriebsanordnung verwiesen. Zur weiteren Ausgestaltung des Fahrzeugs können die im Zusammenhang mit der Antriebsanordnung beschriebenen und/oder die nachfolgend noch erläuterten Maßnahmen dienen.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebsanordnung gemäß obiger Ausführungen vorgeschlagen. Hinsichtlich der damit erzielbaren Vorteile wird auf die diesbezüglichen Ausführungen zur Antriebsanordnung verwiesen. Zur weiteren Ausgestaltung des Verfahrens können die im Zusammenhang mit der Antriebsanordnung beschriebenen und/oder die nachfolgend noch erläuterten Maßnahmen dienen.
Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein Umschalten der Antriebsanordnung vom ersten Gang in den zweiten Gang der Antriebsanordnung die folgenden Schritte umfasst:

Entkoppeln des ersten Zahnrads, insbesondere mittels der ersten Koppeleinrichtung, von der ersten Antriebswelle der ersten elektrischen Maschine;
Durchführen einer Drehrichtungsumkehr und einer Geschwindigkeitsanpassung (bzw. einer Geschwindigkeitssynchronisation) der ersten elektrischen Maschine;
Drehfestes Koppeln des vierten Zahnrads, insbesondere mittels der zweiten Koppeleinrichtung, mit der ersten Antriebswelle der ersten elektrischen Maschine. Damit kann die Antriebsanordnung vom ersten Gang in den Zwischengang überführt werden.

Entkoppeln des dritten Zahnrads, insbesondere mittels der dritten Koppeleinrichtung, von dem Abtriebselement;
Durchführen einer Drehrichtungsumkehr und einer Geschwindigkeitsanpassung (bzw. Geschwindigkeitssynchronisation) der zweiten elektrischen Maschine; und Drehfestes Koppeln des ersten Zahnrads, insbesondere mittels der ersten Koppeleinrichtung, an die erste Antriebswelle der ersten elektrischen Maschine.
Die oben aufgeführten Schritte zum Umschalten vom ersten Gang in den zweiten Gang können vorzugsweise zeitlich nacheinander in der aufgeführten Reihenfolge durchgeführt werden.
Gemäß einer Weiterbildung kann das Abtriebselement, insbesondere die Abtriebswelle, im bzw. ausgehend vom zweiten Gang durch ein weiteres Umschalten ausschließlich durch die erste elektrische Maschine angetrieben werden, wobei das weitere Umschalten den Schritt eines Entkoppelns des ersten Zahnrads, insbesondere mittels der ersten Koppeleinrichtung, von der ersten Antriebswelle der ersten elektrischen Maschine umfasst. Neben einer erhöhten Effizienz kann hiermit auch eine erhöhte Verfügbarkeit erreicht werden, wie oben erläutert.
Gemäß einer Weiterbildung kann ein Umschalten der Antriebsanordnung vom zweiten Gang in den ersten Gang der Antriebsanordnung die folgenden Schritte umfassen:

Entkoppeln des ersten Zahnrads, insbesondere mittels der ersten Koppeleinrichtung, von der ersten Antriebswelle der ersten elektrischen Maschine;
Durchführen einer Drehrichtungsumkehr und einer Geschwindigkeitsanpassung (bzw. Geschwindigkeitssynchronisation) der zweiten elektrischen Maschine; und
Drehfestes Koppeln des dritten Zahnrads, insbesondere mittels der dritten Koppeleinrichtung, mit dem Abtriebselement. Damit kann die Antriebsanordnung vom zweiten Gang in den Zwischengang überführt werden.
Weiter erfolgen können die Schritte: Entkoppeln des vierten Zahnrads, insbesondere mittels der zweiten Koppeleinrichtung, von der ersten Antriebswelle der ersten elektrischen Maschine;
Durchführen einer Drehrichtungsumkehr und einer Geschwindigkeitsanpassung (bzw. Geschwindigkeitssynchronisation) der ersten elektrischen Maschine; und
Drehfestes Koppeln des ersten Zahnrads, insbesondere mittels der ersten Koppeleinrichtung, an die erste Antriebswelle der ersten elektrischen Maschine.

Die oben aufgeführten Schritte zum Umschalten vom zweiten Gang in den ersten Gang können vorzugsweise zeitlich nacheinander in der aufgeführten Reihenfolge durchgeführt werden.
Gemäß einer Weiterbildung kann das Abtriebselement, insbesondere die Abtriebswelle, im bzw. ausgehend vom ersten Gang durch ein weiteres Umschalten ausschließlich durch die zweite elektrische Maschine angetrieben werden, wobei das weitere Umschalten den Schritt eines Entkoppelns des ersten Zahnrads, insbesondere mittels der ersten Koppeleinrichtung, von der ersten Antriebswelle der ersten elektrischen Maschine umfasst. Neben einer erhöhten Effizienz kann hiermit auch eine erhöhte Verfügbarkeit erreicht werden, wie oben erläutert.
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung in einem ersten Gang;
2 eine schematische Darstellung der Antriebsanordnung gemäß 1 in einem Zwischengang;
3 eine schematische Darstellung der Antriebsanordnung gemäß 1 in einem zweiten Gang;
4 eine schematische Darstellung der Antriebsanordnung gemäß 1 im zweiten Gang bei einem Antrieb nur durch die erste elektrische Maschine;
5 eine schematische Darstellung der Antriebsanordnung gemäß 1 im ersten Gang bei einem Antrieb nur durch die zweite elektrische Maschine;
6 eine zweite Ausführungsform der Antriebsanordnung; und
7 eine dritte Ausführungsform der Antriebsanordnung.

Die Antriebsanordnung trägt in 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Die Antriebsanordnung 10 weist eine erste elektrische Maschine 12 mit einer ersten Antriebswelle 14, eine zweite elektrische Maschine 16 mit einer zweiten Antriebswelle 18 und ein Abtriebselement 20 auf.
Die beiden elektrischen Maschinen 12, 16 sind auf derselben Seite der Antriebsanordnung 10 angebunden. Die beiden Antriebswellen 14, 18 der beiden elektrischen Maschinen 12, 16 und das Abtriebselement 20 sind vorliegend parallel zueinander angeordnet. Vorliegend ist das Abtriebselement 20 als Abtriebswelle 21 ausgebildet.
Die Antriebsanordnung 10 weist weiter ein erstes Zahnrad 22, ein zweites Zahnrad 24, ein drittes Zahnrad 26, ein viertes Zahnrad 28 und ein fünftes Zahnrad 30 auf. Dabei kämmen das erste Zahnrad 22 mit dem zweiten Zahnrad 24, das zweite Zahnrad 24 mit dem dritten Zahnrad 26 und das vierte Zahnrad 28 mit dem fünften Zahnrad 30.
Die Antriebsanordnung 10 weist zudem eine erste Koppeleinrichtung 32, eine zweite Koppeleinrichtung 34 und eine dritte Koppeleinrichtung 36 auf.
Das erste Zahnrad 22 kann mittels der ersten Koppeleinrichtung 32 mit der ersten Antriebswelle 14 der ersten elektrischen Maschine 12 drehfest gekoppelt und wieder von dieser entkoppelt werden. Das vierte Zahnrad 28 kann mittels der zweiten Koppeleinrichtung 34 mit der ersten Antriebswelle 14 der ersten elektrischen Maschine 12 drehfest gekoppelt und wieder von dieser entkoppelt werden.
Das dritte Zahnrad 26 kann mittels der dritten Koppeleinrichtung 36 mit dem Abtriebselement 20 drehfest gekoppelt und wieder von diesem entkoppelt werden. Das zweite Zahnrad 24 ist drehfest an der zweiten Antriebswelle 18 der zweiten elektrischen Maschine 16 angeordnet. Das fünfte Zahnrad 30 ist drehfest an dem Abtriebselement 20 angeordnet.
Vorliegend ist der erste Gang der Antriebsanordnung 10 dargestellt. Im ersten Gang koppelt die erste Koppeleinrichtung 32 das erste Zahnrad 22 drehfest mit der ersten Antriebswelle 14 der ersten elektrischen Maschine 12. Die dritte Koppeleinrichtung 36 koppelt das dritte Zahnrad 26 drehfest mit dem Abtriebselement 20.
Damit wird das Drehmoment der ersten elektrischen Maschine 12 über das erste Zahnrad 22, das zweite Zahnrad 24 und das dritte Zahnrad 36 auf das Abtriebselement 20 übertragen. Das Drehmoment der zweiten elektrischen Maschine 16 wird über das zweite Zahnrad 24 und das dritte Zahnrad 36 auf das Abtriebselement 20 übertragen. Die beiden Übertragungspfade sind in den 1 bis 3 mittels Pfeilen angedeutet. Dabei addieren sich die Drehmomente beider elektrischen Maschinen 12, 16 auf das Abtriebselement 20. Diese Aufsummierung der Drehmomente ist in den 1 bis 3 mittels dicker Pfeile angedeutet.
2 zeigt eine schematische Darstellung der Antriebsanordnung 10 gemäß 1 in einem Zwischengang. Der Zwischengang stellt einen Zwischenzustand der Antriebsanordnung 10 während des Schaltens vom ersten Gang in den zweiten Gang bzw. umgekehrt dar.
Zum Überführen der Antriebsanordnung 10 vom ersten Gang in den Zwischengang wird das erste Zahnrad 22 mittels der ersten Koppeleinrichtung 32 von der ersten Antriebswelle 14 der ersten elektrischen Maschine 12 entkoppelt. Damit findet keine Drehmomentübertragung der ersten elektrischen Maschine 12 auf das erste Zahnrad 22 mehr statt.
Bei der ersten elektrischen Maschine 12 wird nun eine Drehrichtungsumkehr und eine Geschwindigkeitsanpassung durchgeführt. Hierzu wird die erste elektrische Maschine 12 abgebremst und in eine umgekehrte Drehrichtung beschleunigt.
Anschließend koppelt die zweite Koppeleinrichtung 34 das vierte Zahnrad 28 drehfest mit der ersten Antriebswelle 14 der ersten elektrischen Maschine 12. Da das vierte Zahnrad 28 mit dem fünften Zahnrad 30 kämmt und daher drehend angetrieben wird (vgl. 1), wird die erste elektrische Maschine 12 vor dem Koppeln des vierten Zahnrads 28 mit der ersten Antriebswelle 14 der ersten elektrischen Maschine 12 auf eine entsprechende Drehgeschwindigkeit beschleunigt.
Nach dem Koppeln des vierten Zahnrads 28 verläuft der Übertragungspfad des Drehmoments der ersten elektrischen Maschine 12 nunmehr über das vierte Zahnrad 28 und das fünfte Zahnrad 30 auf das Abtriebselement 20. Die Anbindung (Kopplung) der zweiten elektrischen Maschine 16 im Zwischengang entspricht der Anbindung der zweiten elektrischen Maschine 16 im ersten Gang. Mit anderen Worten, die Übertragungspfade der zweiten elektrischen Maschine 16 im ersten Gang und im Zwischengang sind gleich.
3 zeigt eine schematische Darstellung der Antriebsanordnung 10 gemäß 1 in einem zweiten Gang.
Zum Überführen der Antriebsanordnung 10 vom Zwischengang in den zweiten Gang wird das dritte Zahnrad 26 mittels der dritten Koppeleinrichtung 36 von dem Abtriebselement 20 abgekoppelt. Damit findet keine Drehmomentübertragung der zweiten elektrischen Maschine 16 auf das dritte Zahnrad 26 statt.
Bei der zweiten elektrischen Maschine 16 wird nun eine Drehrichtungsumkehr und eine Geschwindigkeitsanpassung durchgeführt. Hierzu wird die zweite elektrische Maschine 16 abgebremst und in eine umgekehrte Drehrichtung beschleunigt.
Anschließend koppelt die erste Koppeleinrichtung 32 das erste Zahnrad 22 drehfest mit der ersten Antriebswelle 14 der ersten elektrischen Maschine 12. Da das zweite Zahnrad 24 mit dem ersten Zahnrad 22 kämmt und die erste Antriebswelle 14 der ersten elektrischen Maschine 12 drehend angetrieben wird (vgl. 2), wird die zweite elektrische Maschine 16 vor dem Koppeln des ersten Zahnrads 22 mit der ersten Antriebswelle 14 der ersten elektrischen Maschine 12 auf eine entsprechende Drehgeschwindigkeit beschleunigt.
Nach dem Koppeln des ersten Zahnrads 22 verläuft der Übertragungspfad des Drehmoments der zweiten elektrischen Maschine 16 nunmehr über das zweite Zahnrad 24, das erste Zahnrad 22, das vierte Zahnrad 28 und das fünfte Zahnrad 30 auf das Abtriebselement 20. Die Anbindung (Kopplung) der ersten elektrischen Maschine 12 im zweiten Gang entspricht der Anbindung der ersten elektrischen Maschine 12 im Zwischengang. Mit anderen Worten, die Übertragungspfade der ersten elektrischen Maschine 12 im Zwischengang und im zweiten Gang sind gleich.
Das Schalten der Antriebsanordnung 10 vom zweiten Gang in den ersten Gang, geschieht in analoger Weise (über den Zwischengang) in umgekehrter Reihenfolge.
4 zeigt eine schematische Darstellung der Antriebsordnung 10 gemäß 1 im zweiten Gang, wobei ein Antrieb ausschließlich durch die erste elektrische Maschine 12 erfolgt.
Hierzu ist das erste Zahnrad 22 mittels der ersten Koppeleinrichtung 32 von der ersten Antriebswelle 14 der ersten elektrischen Maschine 12 entkoppelt. Das erste Zahnrad 22 kann sich somit auf der ersten Antriebswelle 14 frei drehen. Weiter ist das vierte Zahnrad 28 mittels der zweiten Koppeleinrichtung 34 mit der ersten Antriebswelle 14 der ersten elektrischen Maschine 12 drehfest gekoppelt. Das dritte Zahnrad 26 ist mittels der dritten Koppeleinrichtung 36 von dem Abtriebselement 20, im Beispiel der Abtriebswelle 21, entkoppelt. Somit kann sich das dritte Zahnrad 26 auf dem Abtriebselement 20 bzw. der Abtriebswelle 21 frei drehen.
Wird die erste elektrische Maschine 12 angetrieben, wird das Abtriebselement 20 bzw. die Abtriebswelle 21 ausschließlich durch die erste elektrische Maschine angetrieben. Das Drehmoment der ersten elektrischen Maschine 12 wird über die erste Abtriebswelle 14, das vierte Zahnrad 28 und das fünfte Zahnrad 30 auf das Abtriebselement 20 bzw. die Abtriebswelle 21 übertragen. Die erste elektrische Maschine 12 ist so mit weiteren Komponenten gekoppelt wie im zweiten Gang der Antriebsanordnung 10 (vgl. 3), hingegen ist die zweite elektrische Maschine 16 entkoppelt bzw. abgekoppelt. Dies bedeutet, dass sich die zweite elektrische Maschine 16 unabhängig von der ersten elektrischen Maschine 12 drehen kann, was auch einen Stillstand der zweiten elektrischen Maschine 16 mit einschließt.
Ein Überführen der Antriebsanordnung 10 vom zweiten Gang in den Betriebsmodus, in dem das Abtriebselement 20 bzw. die Abtriebswelle 21 ausschließlich durch die erste elektrische Maschine 12 angetrieben wird, erfolgt durch ein weiteres Umschalten, wozu das erste Zahnrad 22 mittels der ersten Koppeleinrichtung 32 von der ersten Antriebswelle 14 der ersten elektrischen Maschine 12 entkoppelt bzw. abgekoppelt wird.
5 zeigt eine schematische Darstellung der Antriebsanordnung 10 gemäß 1 im ersten Gang, wobei ein Antrieb ausschließlich durch die zweite elektrische Maschine 16 erfolgt.
Hierzu ist das erste Zahnrad 22 mittels der ersten Koppeleinrichtung 32 von der ersten Antriebswelle 14 der ersten elektrischen Maschine 12 entkoppelt. Das erste Zahnrad 22 kann sich somit auf der ersten Antriebswelle 14 frei drehen. Weiter ist das vierte Zahnrad 28 mittels der zweiten Koppeleinrichtung 34 von der ersten Antriebswelle 14 der ersten elektrischen Maschine 12 entkoppelt. Das vierte Zahnrad 28 kann sich somit auf der ersten Antriebswelle 14 frei drehen. Das dritte Zahnrad 26 ist mittels der dritten Koppeleinrichtung 36 mit dem Abtriebselement 20 bzw. der Abtriebswelle 21 drehfest gekoppelt.
Wird die zweite elektrische Maschine 16 angetrieben, wird das Abtriebselement 20 bzw. die Abtriebswelle 21 ausschließlich durch die zweite elektrische Maschine 16 angetrieben. Das Drehmoment der zweiten elektrischen Maschine 16 wird über das zweite Zahnrad 24 und das dritte Zahnrad 26 auf das Abtriebselement 20 bzw. die Abtriebswelle übertragen. Die zweite elektrische Maschine 16 ist so mit weiteren Komponenten gekoppelt wie im ersten Gang der Antriebsanordnung 10 (vgl. 1), hingegen ist die erste elektrische Maschine 12 entkoppelt bzw. abgekoppelt. Dies bedeutet, dass sich die erste elektrische Maschine 12 unabhängig von der zweiten elektrischen Maschine 16 drehen kann, was auch einen Stillstand der ersten elektrischen Maschine 12 mit einschließt.
Ein Überführen der Antriebsanordnung 10 vom ersten Gang in den Betriebsmodus, in dem das Abtriebselement 20 bzw. die Abtriebswelle 21 ausschließlich durch die zweite elektrische Maschine 16 angetrieben wird, erfolgt durch ein weiteres Umschalten, wozu das erste Zahnrad 22 mittels der ersten Koppeleinrichtung 32 von der ersten Antriebswelle 14 der ersten elektrischen Maschine 12 entkoppelt wird.
6 zeigt eine zweite Ausführungsform der Antriebsanordnung 10. Das dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht grundsätzlich dem voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 und unterscheidet sich hiervon dadurch, dass die beiden elektrischen Maschinen 12, 16 auf unterschiedlichen Seiten der Antriebsanordnung 10 angebunden sind.
Zudem ist das Abtriebselement 20 in Form einer Hohlwelle 23 ausgebildet. Die Hohlwelle 23 ist mit einem Differential 25 drehfest gekoppelt. Das Differential 25 ist mit zwei Abtriebswellen 27 drehfest gekoppelt oder koppelbar, wobei eine der beiden Abtriebswellen 27 sich durch die Hohlwelle 23 erstreckt und im Beispiel koaxial innerhalb der Hohlwelle 23 angeordnet ist.
7 zeigt eine dritte Ausführungsform der Antriebsanordnung 10. Das dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel in 4 dadurch, dass das fünfte Zahnrad 30 als Differentialrad 29 ausgebildet ist. Dabei ist das Differentialrad 29 mit der Hohlwelle 23 drehfest gekoppelt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102018210897 A1 [0003]

Claims

Antriebsanordnung (10) für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, umfassend: - eine erste elektrische Maschine (12) mit einer ersten Antriebswelle (14), - eine zweite elektrische Maschine (16) mit einer zweiten Antriebswelle (18), - ein Abtriebselement (20), insbesondere eine Abtriebswelle (21), - ein erstes Zahnrad (22), wobei das erste Zahnrad (22) mit der ersten Antriebswelle (14) der ersten elektrischen Maschine (12) drehfest koppelbar und entkoppelbar ausgebildet ist, - ein zweites Zahnrad (24), wobei das zweite Zahnrad (24) drehfest mit der zweiten Antriebswelle (18) der zweiten elektrischen Maschine (16) gekoppelt ist, wobei das zweite Zahnrad (24) mit dem ersten Zahnrad (22) kämmt, - ein drittes Zahnrad (26), wobei das dritte Zahnrad (26) mit dem zweiten Zahnrad (24) kämmt, wobei das dritte Zahnrad (26) mit dem Abtriebselement (20) drehfest koppelbar und entkoppelbar ausgebildet ist, - ein viertes Zahnrad (28), wobei das vierte Zahnrad (28) mit der ersten Antriebswelle (14) der ersten elektrischen Maschine (12) drehfest koppelbar und entkoppelbar ausgebildet ist, und - ein fünftes Zahnrad (30), wobei das fünfte Zahnrad (30) drehfest mit dem Abtriebselement (20) gekoppelt ist.
Antriebsanordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antriebswelle (14), die zweite Antriebswelle (18) und/oder das Abtriebselement (20) parallel zueinander angeordnet sind.
Antriebsanordnung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsanordnung (10) weiter umfasst: - eine erste Koppeleinrichtung (32), wobei die erste Koppeleinrichtung (32) eingerichtet ist, um das erste Zahnrad (22) mit der ersten Antriebswelle (14) der ersten elektrischen Maschine (12) drehfest zu koppeln und zu entkoppeln, - eine zweite Koppeleinrichtung (34), wobei die zweite Koppeleinrichtung (34) eingerichtet ist, um das vierte Zahnrad (28) mit der ersten Antriebswelle (14) der ersten elektrischen Maschine (12) drehfest zu koppeln und zu entkoppeln, und/oder - eine dritte Koppeleinrichtung (36), wobei die dritte Koppeleinrichtung (36) eingerichtet ist, um das dritte Zahnrad (26) mit dem Abtriebselement (20) drehfest zu koppeln und zu entkoppeln.
Antriebsanordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Koppeleinrichtung (32), die zweite Koppeleinrichtung (34) und/oder die dritte Koppeleinrichtung (36) jeweils als eine Klauenkupplung ausgebildet sind.
Antriebsanordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Gang der Antriebsanordnung (10) realisierbar ist, indem - das erste Zahnrad (22), insbesondere mittels der ersten Koppeleinrichtung (32), mit der ersten Antriebswelle (14) der ersten elektrischen Maschine (12) drehfest gekoppelt ist, - das vierte Zahnrad (28), insbesondere mittels der zweiten Koppeleinrichtung (34), von der ersten Antriebswelle (14) der ersten elektrischen Maschine (12) entkoppelt ist und - das dritte Zahnrad (26), insbesondere mittels der dritten Koppeleinrichtung (36), mit dem Abtriebselement (20) drehfest gekoppelt ist.
Antriebsanordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Gang der Antriebsanordnung (10) realisierbar ist, indem - das erste Zahnrad (22), insbesondere mittels der ersten Koppeleinrichtung (32), mit der ersten Antriebswelle (14) der ersten elektrischen Maschine (12) drehfest gekoppelt ist, - das vierte Zahnrad (28), insbesondere mittels der zweiten Koppeleinrichtung (34), mit der ersten Antriebswelle (14) der ersten elektrischen Maschine (12) drehfest gekoppelt ist und - das dritte Zahnrad (26), insbesondere mittels der dritten Koppeleinrichtung (36), von dem Abtriebselement (20) entkoppelt ist.
Antriebsanordnung (10) nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zwischengang der Antriebsanordnung (10) realisierbar ist, indem - das erste Zahnrad (22), insbesondere mittels der ersten Koppeleinrichtung (32), von der ersten Antriebswelle (14) der ersten elektrischen Maschine (12) entkoppelt ist, - das vierte Zahnrad (28), insbesondere mittels der zweiten Koppeleinrichtung (34), mit der ersten Antriebswelle (14) der ersten elektrischen Maschine (12) drehfest gekoppelt ist und - das dritte Zahnrad (26), insbesondere mittels der dritten Koppeleinrichtung (36), mit dem Abtriebselement (20) drehfest gekoppelt ist.
Antriebsanordnung (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Antrieb des Abtriebselements (20) ausschließlich durch die erste elektrische Maschine (12) realisierbar ist, indem - das erste Zahnrad (22), insbesondere mittels der ersten Koppeleinrichtung (32), von der ersten Antriebswelle (14) der ersten elektrischen Maschine (12) entkoppelt ist, - das vierte Zahnrad (28), insbesondere mittels der zweiten Koppeleinrichtung (34), mit der ersten Antriebswelle (14) der ersten elektrischen Maschine (12) drehfest gekoppelt ist und - das dritte Zahnrad (26), insbesondere mittels der dritten Koppeleinrichtung (36), von dem Abtriebselement (20) entkoppelt ist.
Antriebsanordnung (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Antrieb des Abtriebselements (20) ausschließlich durch die zweite elektrische Maschine (16) realisierbar ist, indem - das erste Zahnrad (22), insbesondere mittels der ersten Koppeleinrichtung (32), von der ersten Antriebswelle (14) der ersten elektrischen Maschine (12) entkoppelt ist, - das vierte Zahnrad (28), insbesondere mittels der zweiten Koppeleinrichtung (34), von der ersten Antriebswelle (14) der ersten elektrischen Maschine (12) entkoppelt ist und - das dritte Zahnrad (26), insbesondere mittels der dritten Koppeleinrichtung (36), mit dem Abtriebselement (20) drehfest gekoppelt ist.
Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einer Antriebsanordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche.
Verfahren zum Betreiben einer Antriebsanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Umschalten der Antriebsanordnung (10) vom ersten Gang in den zweiten Gang der Antriebsanordnung (10) die folgenden Schritte umfasst: - Entkoppeln des ersten Zahnrads (22), insbesondere mittels der ersten Koppeleinrichtung (32), von der ersten Antriebswelle (14) der ersten elektrischen Maschine (12); - Durchführen einer Drehrichtungsumkehr und einer Geschwindigkeitsanpassung der ersten elektrischen Maschine (12); - Drehfestes Koppeln des vierten Zahnrads (28), insbesondere mittels der zweiten Koppeleinrichtung (34), mit der ersten Antriebswelle (14) der ersten elektrischen Maschine (12) - Entkoppeln des dritten Zahnrads (26), insbesondere mittels der dritten Koppeleinrichtung (36), von dem Abtriebselement (20), - Durchführen einer Drehrichtungsumkehr und einer Geschwindigkeitsanpassung der zweiten elektrischen Maschine (16); - Drehfestes Koppeln des ersten Zahnrads (22), insbesondere mittels der ersten Koppeleinrichtung (32), mit der ersten Antriebswelle (14) der ersten elektrischen Maschine (12).
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebselement (20) im zweiten Gang durch ein weiteres Umschalten ausschließlich durch die erste elektrische Maschine (12) angetrieben werden kann, wobei das weitere Umschalten den Schritt umfasst: - Entkoppeln des ersten Zahnrads (22), insbesondere mittels der ersten Koppeleinrichtung (32), von der ersten Antriebswelle (14) der ersten elektrischen Maschine (12).
Verfahren zum Betreiben einer Antriebsanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Umschalten der Antriebsanordnung (10) vom zweiten Gang in den ersten Gang der Antriebsanordnung (10) die folgenden Schritte umfasst: - Entkoppeln des ersten Zahnrads (22), insbesondere mittels der ersten Koppeleinrichtung (32), von der ersten Antriebswelle (14) der ersten elektrischen Maschine (12); - Durchführen einer Drehrichtungsumkehr und einer Geschwindigkeitsanpassung der zweiten elektrischen Maschine (16); - Drehfestes Koppeln des dritten Zahnrads (26), insbesondere mittels der dritten Koppeleinrichtung (36), mit dem Abtriebselement (20), - Entkoppeln des vierten Zahnrads (28), insbesondere mittels der zweiten Koppeleinrichtung (34), von der ersten Antriebswelle (14) der ersten elektrischen Maschine (12); - Durchführen einer Drehrichtungsumkehr und einer Geschwindigkeitsanpassung der ersten elektrischen Maschine (12); - Drehfestes Koppeln des ersten Zahnrads (22), insbesondere mittels der ersten Koppeleinrichtung (32), mit der ersten Antriebswelle (14) der ersten elektrischen Maschine (12).
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebselement (20) im ersten Gang durch ein weiteres Umschalten ausschließlich durch die zweite elektrische Maschine (12) angetrieben werden kann, wobei das weitere Umschalten den Schritt umfasst: - Entkoppeln des ersten Zahnrads (22), insbesondere mittels der ersten Koppeleinrichtung (32) von der ersten Abtriebswelle (14) der ersten elektrischen Maschine (12).