DE102022203372A1

DE102022203372A1 - Antriebseinheit für eine Antriebsachse eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102022203372A1
Application number: DE102022203372.8A
Authority: DE
Inventors: Niclas Raeder
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-04-05
Filing date: 2022-04-05
Publication date: 2023-10-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit (1) für eine Antriebsachse eines Fahrzeugs (100) umfassend ein Differential (2) mit einem Differentialeingang (3) und zwei Differentialausgangswellen (4, 5), die dazu eingerichtet sind, mit einem jeweiligen Antriebsrad (R1, R2) der Antriebsachse antriebswirksam verbunden zu sein, und zumindest einen ersten Teilantrieb (T1) mit einer ersten elektrische Maschine (EM1) und einem ersten Schaltgetriebe (10) mit einer ersten Getriebeeingangswelle (11) zur Anbindung der ersten elektrischen Maschine (EM1), einer ersten Getriebeausgangswelle (12) zur Anbindung des Differentials (2), einer ersten Schalteinheit (S1) mit genau fünf Schaltstellungen, und einem ersten Planetengetriebe (P1) mit einer ersten Sonnenradwelle (SO11), einer zweiten Sonnenradwelle (SO12), einer Hohlradwelle (HR1) und einer Stegwelle (ST1) mit ersten Planetenrädern (P11) und zweiten Planetenrädern (P12), wobei die ersten Planetenräder (P11) mit der ersten Sonnenradwelle (SO11) und den zweiten Planetenrädern (P12) im Zahneingriff stehen, wobei die zweiten Planetenräder (P12) ferner mit der zweiten Sonnenradwelle (SO12) und der Hohlradwelle (HR1) im Zahneingriff stehen, wobei der erste Teilantrieb (T1) achsparallel zum Differential (2) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für eine Antriebsachse eines Fahrzeugs, insbesondere für einen elektrischen Achsantrieb. Ferner betrifft die Erfindung Verfahren zur Durchführung von Gangwechsel mittels der Antriebseinheit und ein Fahrzeug mit einer Antriebsachse, die eine solche Antriebseinheit aufweist.
Beispielsweise geht aus der DE 10 2019 218 239 A1 eine Antriebseinheit für eine elektrisch angetriebene Fahrzeugachse hervor, umfassend zwei elektrische Maschinen und ein Zweigang-Schaltgetriebe mit einem ersten Schaltelement, einer ersten Antriebswelle und einer zweiten Antriebswelle, wobei jede Antriebswelle von einer der elektrischen Maschinen angetrieben wird, einer Abtriebswelle, welche die Fahrzeugachse antreibt, eine erste Radebene, welche zumindest ein erstes Losrad und ein erstes Festrad umfasst und mit welcher ein erster Gang geschaltet werden kann, eine zweite Radebene, welche zumindest ein zweites Losrad und ein zweites Festrad umfasst und mit welcher ein zweiter Gang geschaltet werden kann, sowie eine dritte Radebene, welche durch eine Konstante gebildet wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine alternative Antriebseinheit für eine Antriebsachse eines Fahrzeugs bereitzustellen. Insbesondere soll die Antriebseinheit kompakt und energieeffizient aufgebaut sein. Die Aufgabe wird gelöst durch eine Antriebseinheit mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der nachfolgenden Beschreibung sowie der Figuren.
Eine erfindungsgemäße Antriebseinheit für eine Antriebsachse eines Fahrzeugs umfasst ein Differential mit einem Differentialeingang und zwei Differentialausgangswellen, die dazu eingerichtet sind, mit einem jeweiligen Antriebsrad der Antriebsachse antriebswirksam verbunden zu sein, und zumindest einen ersten Teilantrieb mit einer ersten elektrische Maschine und einem ersten Schaltgetriebe mit einer ersten Getriebeeingangswelle zur Anbindung der ersten elektrischen Maschine, einer ersten Getriebeausgangswelle zur Anbindung des Differentials, einer ersten Schalteinheit mit genau fünf Schaltstellungen, und einem ersten Planetengetriebe mit einer ersten Sonnenradwelle, einer zweiten Sonnenradwelle, einer Hohlradwelle und einer Stegwelle mit ersten Planetenrädern und zweiten Planetenrädern, wobei die ersten Planetenräder mit der ersten Sonnenradwelle und den zweiten Planetenrädern im Zahneingriff stehen, wobei die zweiten Planetenräder ferner mit der zweiten Sonnenradwelle und der Hohlradwelle im Zahneingriff stehen, wobei der erste Teilantrieb achsparallel zum Differential angeordnet ist.
Der erste Teilantrieb umfasst das erste Schaltgetriebe und die erste elektrische Maschine, wobei über die erste Getriebeeingangswelle eine Antriebsleistung der ersten elektrischen Maschinen in das erste Schaltgetriebe eingeleitet wird. Bevorzugt ist der Rotor bzw. die Rotorwelle der ersten elektrischen Maschine mit der ersten Getriebeeingangswelle drehfest verbunden. Das erste Schaltgetriebe ist über die erste Getriebeausgangswelle antriebswirksam mit dem als Achsdifferential ausgebildeten Differential verbunden, wobei das Differential zum Anschluss zweier Ausgangswellen, welche zum Abtrieb auf das jeweilige Antriebsrad der Antriebsachse des Fahrzeugs vorgesehen sind, eingerichtet ist.
Unter einer „antriebswirksam Verbindung“ ist eine Verbindung zwischen zwei Elementen oder zwischen zwei Vorrichtungen oder zwischen einem Element und einer Vorrichtung zu verstehen, die unmittelbar, also ohne weitere Elemente und/oder Vorrichtungen, oder mittelbar, also durch Einbeziehung weiterer Elemente oder Vorrichtungen, erfolgen kann.
Insbesondere wird die Antriebseinheit in einer elektrischen Antriebsachse für ein elektrisches Fahrzeug verwendet. Das Schaltgetriebe weist drei Gänge auf, wodurch eine hohe Energieeffizienz, insbesondere für elektrische Nutzfahrzeuge, geschaffen wird, wobei dafür lediglich eine Schalteinheit mit genau fünf Schaltstellungen benötigt wird.
Unter einer „Schalteinheit“ ist eine Vorrichtung zu verstehen, die zumindest in einer der Schaltstellungen zwei Wellen miteinander drehfest verbindet und in einer anderen Schaltstellung die Wellen voneinander entkoppelt, sodass diese relativ zueinander rotieren können. Auch ein drehfestes Bauteil kann für eine drehfeste Verbindung mit einer Welle verwendet werden. In einem geschlossenen Zustand eines Schaltelements der Schalteinheit sind somit zwei Wellen oder eine Welle und ein drehfestes Bauteil drehfest miteinander verbunden, wobei in einem geöffneten Zustand eines Schaltelements oder in einer Neutralposition der Schalteinheit die Wellen unterschiedliche Drehzahlen und/oder Drehrichtungen aufweisen können. Insbesondere kann eine Schalteinheit mehrere Schaltelemente umfassen und zur formschlüssigen oder reibschlüssigen Verbindung zweier Wellen oder einer Welle und einem drehfesten Bauteil eingerichtet sein. Bevorzugt sind die Schaltelemente formschlüssig ausgebildet, wobei die Schalteinheit dadurch kompakter und effizienter ist als eine Schalteinheit mit reibschlüssigen Schaltelementen.
Unter einer „Welle“ ist im Sinne der Erfindung ein rotierbares Bauteil des Getriebes zu verstehen, über welches je zugehörige Komponenten des Getriebes drehfest miteinander verbunden sind oder über das eine derartige Verbindung bei Betätigung einer der Schalteinheiten hergestellt werden kann. Die jeweilige Welle kann die Komponenten dabei axial oder radial oder auch sowohl axial und radial miteinander verbinden. So kann die jeweilige Welle auch als Zwischenstück vorliegen, über welches eine jeweilige Komponente zum Beispiel radial angebunden wird. Der Begriff „Welle“ schließt dabei nicht aus, dass die zu verbindenden Komponenten einteilig ausgeführt sein können. Insbesondere können zwei drehfest miteinander verbundene Wellen einteilig ausgebildet sein.
Das Planetengetriebe ist als Ravigneaux-Radsatz ausgebildet und umfasst die erste und zweite Sonnenradwelle, die Hohlradwelle und die Stegwelle, welche als gemeinsamer Planetenträger für die ersten und zweiten Planetenräder eingerichtet ist. Die ersten und zweiten Planetenräder teilen sich nicht nur die Stegwelle, sondern auch die gemeinsame Hohlradwelle. Die Kombination des Ravigneaux-Radsatzes mit der ersten Schalteinheit, die genau fünf Schaltstellungen aufweist, schafft ein besonders kompaktes und energieeffizientes Dreigang-Getriebe. Bevorzugt weist die erste Schalteinheit ein erstes Schaltelement und ein zweites Schaltelement auf.
Vorzugsweise ist gemäß einer ersten Schaltstellung der ersten Schalteinheit die Stegwelle des ersten Planetengetriebes mittels eines ersten Schaltelements mit einem drehfesten Bauteil drehfest verbindbar, um einen ersten Gang einzustellen, wobei eine zweite Schaltstellung der ersten Schalteinheit eine Neutralstellung ist, wobei gemäß einer dritten Schaltstellung der ersten Schalteinheit die zweite Sonnenradwelle des ersten Planetengetriebes mittels eines zweiten Schaltelements mit dem drehfesten Bauteil drehfest verbindbar ist, um einen zweiten Gang einzustellen, wobei eine vierte Schaltstellung der ersten Schalteinheit eine Neutralstellung ist, wobei gemäß einer fünften Schaltstellung der ersten Schalteinheit die Stegwelle und die zweite Sonnenradwelle des ersten Planetengetriebes miteinander drehfest verbindbar sind, um einen dritten Gang einzustellen.
Wenn zwei Wellen des ersten Planetengetriebes drehfest miteinander verbunden sind, ist das erste Planetengetriebe verblockt und befindet sich somit in einem Blockumlauf. Durch das Verblocken des ersten Planetengetriebes in der fünften Schaltstellung der ersten Schalteinheit ist die Übersetzung unabhängig von der Zähnezahl der miteinander im Zahneingriff stehenden Elemente i=1.
In der ersten Schaltstellung der ersten Schalteinheit ist die Stegwelle des ersten Planetengetriebes mit einem drehfesten Bauteil drehfest verbunden, also stationär festgelegt, und in der dritten Schaltstellung der ersten Schalteinheit ist die zweite Sonnenradwelle des ersten Planetengetriebes mit einem drehfesten Bauteil drehfest verbunden, also stationär festgelegt.
Bei dem „drehfesten Bauteil“ des Getriebes, kann es sich vorzugsweise um eine permanent stillstehende Komponente handeln, bevorzugt um ein Gehäuse des Getriebes, einen Teil eines derartigen Gehäuses oder ein damit drehfest verbundenes Bauelement. Ist ein Element einer Getriebekomponente, wie beispielsweise eine Welle des Planetengetriebes permanent oder mittels eines Schaltelements temporär an einem drehfesten Bauteil festgesetzt, so ist es permanent bzw. temporär an einer Drehbewegung gehindert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die erste Schalteinheit eine erste Schiebemuffe auf, die mittels eines ersten Aktuators in die jeweilige Schaltstellung axial verschiebbar ist. Bevorzugt weist die erste Schiebemuffe Klauen auf, die in der jeweiligen Gangstellung mit einer jeweiligen entsprechenden Klauenverzahnung an der Stegwelle und an der zweiten Sonnenwelle des ersten Planetengetriebes formschlüssig zusammenwirken können. Mithin sind die Klauenverzahnung an der Stegwelle und an der zweiten Sonnenwelle des ersten Planetengetriebes Schaltelemente, die mit der ersten Schiebemuffe zur Gangstellung formschlüssig verbunden werden. Ferner kann eine Klauenverzahnung am drehfesten Bauteil ebenfalls als Schaltelement angesehen werden, weil diese in der ersten Schaltposition für eine drehfeste Verbindung der Stegwelle mit dem drehfesten Element sorgt und in der dritten Schaltposition für eine drehfeste Verbindung der zweiten Sonnenradwelle mit dem drehfesten Element sorgt. Insbesondere ist die erste Schiebemuffe in der Neutralstellung der ersten Schalteinheit axial zwischen zwei Schaltstellungen angeordnet, die einen Gang realisieren, sodass ein Gangwechsel stets einen Durchlauf durch die Neutralstellung der ersten Schalteinheit erfordert. Bevorzugt umfasst die erste Schalteinheit eine unsynchronisierte Klauenkupplung. Alternativ ist die Verwendung einer üblichen lösbaren Kupplung oder Bremse denkbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Getriebeausgangswelle des ersten Schaltgetriebes zumindest über eine erste Stirnradstufe mit dem Differentialeingang antriebswirksam verbunden. Die erste Stirnradstufe umfasst eine drehfest an der Getriebeausgangswelle des ersten Schaltgetriebes angeordnete Verzahnung, die mit einer drehfest an dem Differentialeingang ausgebildeten Verzahnung im Zahneingriff steht, und realisiert einen Achsversatz zwischen einer Rotationsachse des ersten Teilantriebs und einer Rotationsachse des Differentials. Der Betrag des Achsversatzes kann über die Verzahnungsdurchmesser der ersten Stirnradstufe angepasst werden, wobei der erste Teilantrieb in tangentialer Richtung frei um die Rotationsachse des Differentials positionierbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest zwischen der ersten Getriebeausgangswelle des ersten Schaltgetriebes und dem Differentialeingang, eine Übersetzungsstufe, mit einer stationär festgelegten Sonnenradwelle, einer Hohlradwelle und einer Stegwelle angeordnet. An der Stegwelle sind mehrere Planetenräder aufgenommen, die mit der Sonnenradwelle und der Hohlradwelle im Zahneingriff stehen. Vorzugsweis ist die Stegwelle mit dem Differentialeingang drehfest verbunden, wobei zwischen dem Hohlrad der Übersetzungsstufe und der ersten Getriebeausgangswelle des ersten Schaltgetriebes eine Stirnradstufe ausgebildet ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Antriebseinheit ferner zwei feste Übersetzungsstufen zur antriebswirksamen Anbindung der jeweiligen Differentialausgangswelle mit dem jeweiligen Antriebsrad der Antriebsachse auf. Mit anderen Worten ist die jeweilige Differentialausgangswelle über die jeweilige feste Übersetzungsstufe mit dem jeweiligen Antriebsrad antriebswirksam verbunden. Vorzugsweise ist die jeweilige feste Übersetzungsstufe als Planetensatz mit einer Sonnenradwelle, einer Hohlradwelle und einer Stegwelle ausgebildet. Insbesondere ist die jeweilige Sonnenradwelle der jeweiligen festen Übersetzungsstufe zur Anbindung am Differentialgetriebe eingerichtet, beispielsweise über eine jeweilige Gelenkwelle, die mit der Differentialausgangswelle drehfest verbunden ist. Insbesondere ist die jeweilige Hohlradwelle der jeweiligen festen Übersetzungsstufe stationär an einem Gehäuse festgelegt, wobei die jeweilige Stegwelle der jeweiligen Übersetzungsstufe zur Anbindung am Antriebsrad des Fahrzeugs eingerichtet ist. An der jeweiligen Stegwelle der jeweiligen Übersetzungsstufe sind mehrere Planetenräder drehbar gelagert angeordnet.
Zur Durchführung eines Verfahrens für einen Gangwechsels aus einem ersten Gang in einem zweiten Gang mittels der erfindungsgemäßen Antriebseinheit ist zunächst in einer ersten Schaltstellung der ersten Schalteinheit das erste Schaltelement geschlossen, um den ersten Gang zu realisieren, wobei ein Antrieb über die erste elektrische Maschine erfolgt, wobei zum Einleiten des Gangwechsels in den zweiten Gang ein Lastabbau an der ersten elektrischen Maschine erfolgt, um das erste Schaltelement zu entlasten und zu öffnen, wobei in einer zweiten Schaltstellung der ersten Schalteinheit das erste Schaltelement geöffnet wird, um eine Neutralstellung zu realisieren, wobei in der Neutralstellung eine dynamische Drehzahlanpassung mittels der ersten elektrischen Maschine erfolgt bis die zweite Sonnenradwelle des ersten Planetengetriebes stillsteht, wobei in einer dritten Schaltstellung der ersten Schalteinheit das zweite Schaltelement geschlossen ist, um den zweiten Gang zu realisieren, wobei mittels der ersten elektrischen Maschine ein Lastaufbau erfolgt.
Zur Durchführung eines Verfahrens für einen Gangwechsels aus einem zweiten Gang in einem dritten Gang mittels der erfindungsgemäßen Antriebseinheit ist zunächst in einer dritten Schaltstellung der ersten Schalteinheit das zweite Schaltelement geschlossen, wobei zum Einleiten des Gangwechsels aus dem zweiten Gang in den dritten Gang ein Lastabbau an der ersten elektrischen Maschine erfolgt, um das erste Schaltelement zu entlasten und zu öffnen, wobei in einer vierten Schaltstellung der ersten Schalteinheit das zweite Schaltelement geöffnet wird, um eine Neutralstellung zu realisieren, wobei in der Neutralstellung eine dynamische Drehzahlanpassung mittels der ersten elektrischen Maschine erfolgt bis die zweite Sonnenradwelle und die Stegwelle des ersten Planetengetriebes synchronisiert sind, wobei in einer fünften Schaltstellung der ersten Schalteinheit die zweite Sonnenradwelle und die Stegwelle des ersten Planetengetriebes drehfest verbunden werden, insbesondere durch eine Kopplung des ersten und zweiten Schaltelements, um den dritten Gang zu realisieren, wobei mittels der ersten elektrischen Maschine ein Lastaufbau erfolgt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Antriebseinheit zumindest einen zweiten Teilantrieb mit einer zweiten elektrischen Maschine und einem zweiten Schaltgetriebe mit einer zweiten Getriebeeingangswelle zur Anbindung der zweiten elektrischen Maschine, einer zweiten Getriebeausgangswelle zur Anbindung des Differentials, einer zweiten Schalteinheit mit genau fünf Schaltstellungen, und einem zweiten Planetengetriebe mit einer ersten Sonnenradwelle, einer zweiten Sonnenradwelle, einer Hohlradwelle und einer Stegwelle mit ersten Planetenrädern und zweiten Planetenrädern, wobei die ersten Planetenräder mit der ersten Sonnenradwelle und den zweiten Planetenrädern im Zahneingriff stehen, wobei die zweiten Planetenräder ferner mit der zweiten Sonnenradwelle und der Hohlradwelle im Zahneingriff stehen, wobei der zweite Teilantrieb achsparallel zum Differential angeordnet ist. Bevorzugt weist die zweite Schalteinheit ein erstes Schaltelement und ein zweites Schaltelement auf.
Bevorzugt sind der erste Teilantrieb und der zweite Teilantrieb identisch ausgebildet. Mithin sind die erste und zweite elektrische Maschine ebenso wie das erste und zweite Schaltgetriebe, insbesondere die erste und zweite Schalteinheit sowie das Planetengetriebe baugleich und weisen keine Unterschiede auf. Daher gelten die obigen Definitionen sowie Ausführungen zu technischen Effekten, Vorteilen, vorteilhaften Ausführungsformen, insbesondere Schaltpositionen der Schalteinheit, Verfahren für Gangwechsel und Kopplung der Wellen des ersten Planetengetriebes des ersten Teilantriebs sinngemäß für den zweiten Teilantrieb.
Alternativ sind der erste Teilantrieb und der zweite Teilantrieb ungleich ausgebildet, wobei zumindest die elektrischen Maschinen und/oder die Schaltgetriebe ungleich sind. Beispielsweise können die beiden Teilantriebe unterschiedliche Übersetzungen aufweisen. Beispielsweise können die elektrische Maschinen der Teilantriebe unterschiedliche Antriebsleistungen aufweisen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Getriebeausgangswelle des zweiten Schaltgetriebes zumindest über eine zweite Stirnradstufe mit dem Differentialeingang antriebswirksam verbunden, wobei die zweite Getriebeeingangswelle des zweiten Schaltgetriebes mit der ersten Sonnenradwelle des zweiten Planetengetriebes drehfest verbunden ist. Die zweite Stirnradstufe umfasst eine drehfest an der Getriebeausgangswelle des zweiten Schaltgetriebes angeordnete Verzahnung, die mit einer drehfest an dem Differentialeingang ausgebildeten Verzahnung im Zahneingriff steht, und realisiert einen Achsversatz zwischen einer Rotationsachse des zweiten Teilantriebs und einer Rotationsachse des Differentials. Der Betrag des Achsversatzes kann über die Verzahnungsdurchmesser der zweiten Stirnradstufe angepasst werden, wobei der zweite Teilantrieb in tangentialer Richtung frei um die Rotationsachse des Differentials positionierbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind zwei Teilantriebe axial aneinander angrenzend angeordnet, wobei eine Zwischenwelle achsparallel zum jeweiligen Teilantrieb und zum Differential angeordnet ist, wobei die Zwischenwelle als Summenwelle für die beiden Teilantriebe eingerichtet und zumindest über eine dritte Stirnradstufe mit dem Differentialeingang antriebswirksam verbunden ist. Vorzugsweise sind die beiden Teilantriebe koaxial zueinander angeordnet. Die Zwischenwelle ist beispielsweise über eine erste Stirnradstufe mit der Getriebeausgangswelle des ersten Schaltgetriebes antriebswirksam verbunden und über eine zweite Stirnradstufe mit der Getriebeausgangswelle des zweiten Schaltgetriebes antriebswirksam verbunden.
Ferner ist die Zwischenwelle über eine dritte Stirnradstufe mit dem Differentialeingang antriebswirksam verbunden. Dabei bildet ein erstes Festrad an der Zwischenwelle zusammen mit einer Verzahnung an der Getriebeausgangswelle des ersten Schaltgetriebes die erste Stirnradstufe, wobei ein zweites Festrad an der Zwischenwelle zusammen mit einer Verzahnung an der Getriebeausgangswelle des zweiten Schaltgetriebes die zweite Stirnradstufe bildet. Ein drittes Festrad, das axial zwischen dem ersten und dem zweiten Festrad an der Zwischenwelle angeordnet ist, bildet zusammen mit einer Verzahnung am Differentialeingang die dritte Stirnradstufe.
Zur Durchführung eines Verfahrens für einen Gangwechsel unter Last bei einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit wird während des Gangwechsels zumindest mittels des zweiten Teilantriebs ein Drehmoment am Differentialeingang abgestützt. Mit anderen Worten erfolgt die Schaltung der Teilantriebsstränge nacheinander, wodurch das Drehmoment am Differentialeingang zumindest mittels des zweiten Teilantriebs permanent gestützt werden kann, sodass es zu keiner Zugkraftunterbrechung kommt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Differential als Kegelraddifferential ausgebildet. Ein als Kegelraddifferential ausgebildetes Differential weist zwei radseitige Abtriebselemente auf, insbesondere ein erstes Abtriebsrad und zweites Abtriebsrad. Die beiden Abtriebsräder kämmen jeweils mit einem Ausgleichselement. Die Ausgleichselemente sind in einem Differentialkorb um ihre eigene Achse drehbar gelagert. Das jeweilige Abtriebsrad ist mit einer jeweiligen Seitenwelle drehfest verbunden. Der Antrieb des Differentials erfolgt über den Differentialkorb. Die in das Differentialgetriebe eingespeiste Antriebsleistung, das heißt eine Drehzahl und ein Drehmoment, wird auf die Seitenwellen verteilt und auf die Antriebsräder der Achse übertragen. Die Seitenwellen sind dazu eingerichtet, mit den Antriebsrädern des Fahrzeugs wirkverbunden zu sein. Die jeweilige Seitenwelle kann direkt bzw. unmittelbar oder indirekt bzw. mittelbar über ein Gelenk, eine Gelenkwelle und/oder eine Radnabe mit dem dazugehörigen Antriebsrad verbunden sein.
Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug umfassend eine Antriebsachse mit zwei Antriebsrädern und einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit, wobei die Antriebseinheit rahmenfest am Fahrzeug angeordnet ist, wobei das jeweilige Antriebsrad der Antriebsachse über eine jeweilige Gelenkwelle mit dem Differential antriebswirksam verbunden ist. Mit anderen Worten sind die beiden elektrischen Maschinen, das Schaltgetriebe und das Differential positionsfest am Rahmen des Fahrzeugs angeordnet, wobei die Antriebsleistung der elektrischen Maschinen vom Differential über Gelenkwellen an die Antriebsräder übertragen wird. Die Gelenkwellen sind dazu eingerichtet, Relativbewegungen zwischen den Antriebsrädern und der Antriebseinheit ausgleichen. Alternativ ist der Einsatz von starren Wellen, also einer Kombination der Antriebseinheit mit einer Starrachse denkbar.
Die obigen Definitionen sowie Ausführungen zu technischen Effekten, Vorteilen und vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Antriebseinheit gelten sinngemäß ebenfalls für das erfindungsgemäße Fahrzeug, insbesondere für die Antriebsachse des erfindungsgemäßen Fahrzeugs.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in den Zeichnungen dargestellt, wobei gleich oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen:

1 eine stark abstrahierte schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit einer Antriebsachse, die eine erfindungsgemäße Antriebseinheit gemäß einer ersten Ausführungsform aufweist;
2 eine stark abstrahierte schematische Ansicht der Antriebsachse mit der erfindungsgemäßen Antriebseinheit gemäß 1;
3 eine stark abstrahierte schematische Ansicht einer Antriebsachse mit einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
4 eine stark abstrahierte schematische Ansicht einer Antriebsachse mit einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit gemäß einer dritten Ausführungsform.

Gemäß 1 ist ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 100, das vorliegend als Elektronutzfahrzeug ausgebildet ist und eine erste Fahrzeugachse 101 sowie eine zweite Fahrzeugachse 102 aufweist, dargestellt, wobei die erste Fahrzeugachse 101 eine erfindungsgemäße Antriebseinheit 1 aufweist, die in 2 detaillierter dargestellt ist. Die erste Fahrzeugachse 101 ist vorliegend als Frontachse ausgebildet, kann aber alternativ als Heckachse des Fahrzeugs 100 ausgebildet sein. Ferner kann das Fahrzeug 100 weitere Fahrzeugachsen aufweisen. An der ersten Fahrzeugachse 101 sind zwei Antriebsräder R1, R2 drehbar gelagert angeordnet, wobei an der zweiten Fahrzeugachse 102 zwei Räder R3, R4 drehbar gelagert angeordnet sind. Die Antriebseinheit 10 ist rahmenfest am Fahrzeug 100 angeordnet und umfasst einen ersten Teilantrieb T1 mit einer ersten elektrische Maschine EM1 und einem ersten Schaltgetriebe 10, einen zweiten Teilantrieb T2 mit einer zweiten elektrischen Maschine EM2 und einem zweiten Schaltgetriebe 20 sowie ein Differential 2, das achsparallel zu den beiden Teilantrieben T1, T2 angeordnet ist.
2 zeigt die Antriebsachse mit der erfindungsgemäßen Antriebseinheit 1 gemäß 1. Die Antriebsachse ist als elektrische Antriebsachse ausgebildet und umfasst die beiden Antriebsräder R1, R2, den ersten Teilantrieb T1 mit der ersten elektrische Maschine EM1 und dem ersten Schaltgetriebe 10, den zweiten Teilantrieb T2 mit der zweiten elektrischen Maschine EM2 und dem zweiten Schaltgetriebe 20 sowie das Differential 2, das achsparallel zu den beiden Teilantrieben T1, T2 angeordnet ist.
Das erste Schaltgetriebe 10 umfasst eine erste Getriebeeingangswelle 11, die mit einem Rotor R1 der ersten elektrischen Maschine EM1 drehfest verbunden ist, eine erste Getriebeausgangswelle 12 zur Anbindung des Differentials 2, eine erste Schalteinheit S1 mit genau fünf Schaltstellungen, einem ersten Schaltelement A1 und einem zweiten Schaltelement B1 sowie ein erstes Planetengetriebe P1 mit einer ersten Sonnenradwelle SO11, einer zweiten Sonnenradwelle SO12, einer Hohlradwelle HR1 und einer Stegwelle ST1 mit ersten Planetenrädern P11 und zweiten Planetenrädern P12. Die ersten Planetenräder P11 stehen mit der ersten Sonnenradwelle SO11 und den zweiten Planetenrädern P12 im Zahneingriff, wobei die zweiten Planetenräder P12 ferner mit der zweiten Sonnenradwelle SO12 und der Hohlradwelle HR1 im Zahneingriff stehen. Die erste Getriebeeingangswelle 11 des ersten Schaltgetriebes 10 ist mit der ersten Sonnenradwelle SO11 des ersten Planetengetriebes P1 drehfest verbunden. Die erste elektrische Maschine EM1 ist koaxial zum ersten Schaltgetriebe 10 angeordnet. Die Getriebeausgangswelle 12 des ersten Schaltgetriebes 10 ist drehfest mit der Hohlradwelle HR1 des ersten Planetengetriebes 1 verbunden, insbesondere einteilig ausgebildet, und über eine erste Stirnradstufe SR1 mit dem Differentialeingang 3 antriebswirksam verbunden. Die erste Stirnradstufe SR1 umfasst eine drehfest an der Getriebeausgangswelle 12 des ersten Schaltgetriebes 10 angeordnete Verzahnung, die mit einer drehfest an dem Differentialeingang 3 ausgebildeten Verzahnung im Zahneingriff steht, und realisiert einen Achsversatz zwischen einer Rotationsachse X1 des ersten Teilantriebs T1 und einer Rotationsachse X3 des Differentials 2. Der Betrag des Achsversatzes kann über die Verzahnungsdurchmesser der ersten Stirnradstufe SR1 angepasst werden, wobei der erste Teilantrieb T1 in tangentialer Richtung frei um die Rotationsachse X3 des Differentials 2 positionierbar ist.
Das zweite Schaltgetriebe 20 umfasst eine zweite Getriebeeingangswelle 21, die mit einem Rotor R2 der zweiten elektrischen Maschine EM2 drehfest verbunden ist, eine zweite Getriebeausgangswelle 22 zur Anbindung des Differentials 2, eine zweite Schalteinheit S2 mit genau fünf Schaltstellungen, einem ersten Schaltelement A2 und einem zweiten Schaltelement B2 sowie ein zweites Planetengetriebe P2 mit einer ersten Sonnenradwelle SO21, einer zweiten Sonnenradwelle SO22, einer Hohlradwelle HR2 und einer Stegwelle ST2 mit ersten Planetenrädern P21 und zweiten Planetenrädern P22. Die ersten Planetenräder P21 stehen mit der ersten Sonnenradwelle SO21 und den zweiten Planetenrädern P22 im Zahneingriff, wobei die zweiten Planetenräder P22 ferner mit der zweiten Sonnenradwelle SO22 und der Hohlradwelle HR2 im Zahneingriff stehen. Die zweite Getriebeeingangswelle 21 des zweiten Schaltgetriebes 20 ist mit der ersten Sonnenradwelle SO21 des zweiten Planetengetriebes P2 drehfest verbunden. Die zweite elektrische Maschine EM2 ist koaxial zum zweiten Schaltgetriebe 20 angeordnet. Die Getriebeausgangswelle 22 des zweiten Schaltgetriebes 20 ist mit der Hohlradwelle HR2 des zweiten Planetengetriebes 2 drehfest verbunden, insbesondere einteilig ausgebildet, und über eine zweite Stirnradstufe SR2 mit dem Differentialeingang 3 antriebswirksam verbunden. Die zweite Stirnradstufe SR2 umfasst eine drehfest an der Getriebeausgangswelle 22 des ersten Schaltgetriebes 20 angeordnete Verzahnung, die mit einer drehfest an dem Differentialeingang 3 ausgebildeten Verzahnung im Zahneingriff steht, und realisiert einen Achsversatz zwischen einer Rotationsachse X2 des zweiten Teilantriebs T2 und der Rotationsachse X3 des Differentials 2. Der Betrag des Achsversatzes kann über die Verzahnungsdurchmesser der zweiten Stirnradstufe SR2 angepasst werden, wobei der zweite Teilantrieb T2 in tangentialer Richtung frei um die Rotationsachse X3 des Differentials 2 positionierbar ist.
Der erste Teilantrieb T1 und der zweite Teilantrieb T2 sind identisch ausgebildet und die erste und zweite Stirnradstufe SR1, SR2 teilen sich die Verzahnung am Differentialeingang 3. Gemäß einer alternativen sowie hier nicht dargestellten Ausführungsformen können der erste Teilantrieb T1 und der zweite Teilantrieb T2 ungleich ausgebildet sein, wobei dann zumindest die elektrischen Maschinen EM1, EM2 und/oder die Schaltgetriebe 10, 20 Unterschiede aufweisen können.
Das als Achsdifferential ausgebildete Differential 2 ist zwischen den beiden Antriebsrädern R1, R2 angeordnet und umfasst den als Differentialkorb ausgebildeten Differentialeingang 3 und zwei Differentialausgangswellen 4, 5. Im Leistungsfluss zwischen dem Differential 2 und den Antriebsrädern R1, R2 sind jeweils feste Übersetzungsstufen 6 angeordnet, vorliegend ausgebildet als rechts angeordneter Planetensatz und links angeordneter Planetensatz, welche spiegelbildlich aufgebaut sind. Die jeweilige Differentialausgangswelle 4, 5 ist über eine jeweilige Gelenkwelle G1, G2 mit einer jeweiligen Sonnenradwelle SO der jeweiligen Übersetzungsstufe 6 antriebswirksam verbunden. Dadurch können Relativbewegungen zwischen dem jeweiligen Antriebsrad R1, R2 und der rahmenfest angeordneten Antriebseinheit 1 kompensiert werden. Eine jeweilige Hohlradwelle HR der jeweiligen Übersetzungsstufe 6 ist stationär an einem drehfesten Bauteil G festgelegt, wobei der Abtrieb über eine jeweilige Stegwelle ST der jeweiligen Übersetzungsstufe 6 erfolgt. Mithin bilden die Stegwellen ST der Übersetzungsstufen 6 Abtriebswellen, die die Antriebsräder R1, R2 antreiben.
Gemäß einer ersten Schaltstellung der ersten Schalteinheit S1 ist die Stegwelle ST1 des ersten Planetengetriebes P1 mittels des ersten Schaltelements A1 mit einem als Gehäuse ausgebildeten drehfesten Bauteil G drehfest verbindbar, um einen ersten Gang einzustellen. Mit anderen Worten wird im ersten Gang die Stegwelle ST1 des ersten Planetengetriebes P1 stationär festgelegt, wodurch eine vollständige Leistungswandlung über die ersten Planetenräder P11 des ersten Planetengetriebes P1 erfolgt, wobei eine erste Übersetzung eingestellt wird.
Eine zweite Schaltstellung der ersten Schalteinheit S1 ist eine Neutralstellung, die eine freie Rotation der Stegwelle ST1 des ersten Planetengetriebes P1 erlaubt.
Gemäß einer dritten Schaltstellung der ersten Schalteinheit S1 ist die zweite Sonnenradwelle SO12 des ersten Planetengetriebes P1 mittels des zweiten Schaltelements B1 mit dem drehfesten Bauteil G drehfest verbindbar, um einen zweiten Gang einzustellen. Mithin wird im zweiten Gang die zweite Sonnenradwelle SO12 des ersten Planetengetriebes P1 stationär festgelegt, wodurch eine Leistungswandlung über die ersten und zweiten Planetenräder P11, P12 des ersten Planetengetriebes P1 erfolgt, wobei eine zweite Übersetzung eingestellt wird.
Eine vierte Schaltstellung der ersten Schalteinheit S1 ist eine Neutralstellung, die eine freie Rotation der zweiten Sonnenradwelle SO12 des ersten Planetengetriebes P1 erlaubt.
Gemäß einer fünften Schaltstellung der ersten Schalteinheit S1 sind die Stegwelle ST1 und die zweite Sonnenradwelle SO12 des ersten Planetengetriebes P1 drehfest verbindbar, um einen dritten Gang einzustellen. Somit werden im dritten Gang die Stegwelle ST1 und die zweite Sonnenradwelle SO12 des ersten Planetengetriebes P1 drehfest verbunden, wodurch das erste Planetengetriebe P1 verblockt und eine dritte Übersetzung eingestellt wird. Im verblockten Zustand läuft das erste Planetengetriebe P1 als Block um und weist eine Übersetzung von i=1 auf.
Das erste Schaltgetriebe 10 ist als Dreigang-Schaltgetriebe ausgebildet, wobei die erste Schalteinheit S1 als Schiebemuffe SM1 ausgebildet ist. Die erste Schiebemuffe SM1 ist mittels eines ersten Aktuators 8 in die jeweilige Schaltstellung axial verschiebbar. In der ersten, zweiten und dritten Schaltstellung ist die erste Schiebemuffe SM1 mit dem drehfesten Bauteil G drehfest verbunden und in der vierten und fünften Schaltstellung ist die erste Schiebemuffe SM1 mit der zweiten Sonnenradwelle SO12 des ersten Planetengetriebes P1 drehfest verbunden. Die Schaltelemente der ersten Schalteinheit S1 sind vorzugsweise als unsynchronisierte Klauen ausgebildet, wobei grundsätzlich auch reibschlüssige, synchronisierte Schaltelemente für die beschriebenen Schaltfunktionen verwendbar sind. Insbesondere weist das drehfeste Bauteil G ebenfalls Klauen auf, die die Funktion eines Schaltelements haben, um in der ersten und dritten Schaltstellung der ersten Schiebemuffe SM1 eine drehfeste Verbindung zu realisieren.
Gemäß einer ersten Schaltstellung der zweiten Schalteinheit S2 ist die Stegwelle ST2 des zweiten Planetengetriebes P2 mittels des ersten Schaltelements A2 mit einem als Gehäuse ausgebildeten drehfesten Bauteil G drehfest verbindbar, um einen ersten Gang einzustellen. Mit anderen Worten wird im ersten Gang die Stegwelle ST2 des zweiten Planetengetriebes P2 stationär festgelegt, wodurch eine vollständige Leistungswandlung über die ersten Planetenräder P21 des zweiten Planetengetriebes P2 erfolgt, wobei eine erste Übersetzung eingestellt wird.
Eine zweite Schaltstellung der zweiten Schalteinheit S2 ist eine Neutralstellung, die eine freie Rotation der Stegwelle ST2 des zweiten Planetengetriebes P2 erlaubt.
Gemäß einer dritten Schaltstellung der zweiten Schalteinheit S2 ist die zweite Sonnenradwelle SO22 des zweiten Planetengetriebes P2 mittels des zweiten Schaltelements B2 mit dem drehfesten Bauteil G drehfest verbindbar, um einen zweiten Gang einzustellen. Mithin wird im zweiten Gang die zweite Sonnenradwelle SO22 des zweiten Planetengetriebes P2 stationär festgelegt, wodurch eine Leistungswandlung über die ersten und zweiten Planetenräder P21, P22 des zweiten Planetengetriebes P2 erfolgt, wobei eine zweite Übersetzung eingestellt wird.
Eine vierte Schaltstellung der zweiten Schalteinheit S2 ist eine Neutralstellung, die eine freie Rotation der zweiten Sonnenradwelle SO22 des zweiten Planetengetriebes P2 erlaubt.
Gemäß einer fünften Schaltstellung der zweiten Schalteinheit S2 sind die Stegwelle ST2 und die zweite Sonnenradwelle SO22 des zweiten Planetengetriebes P2 drehfest verbindbar, um einen dritten Gang einzustellen. Somit werden im dritten Gang die Stegwelle ST2 und die zweite Sonnenradwelle SO22 des zweiten Planetengetriebes P2 drehfest verbunden, wodurch das zweite Planetengetriebe P2 verblockt und eine dritte Übersetzung eingestellt wird. Im verblockten Zustand läuft das zweite Planetengetriebe P2 als Block um und weist eine Übersetzung von i=1 auf.
Das zweite Schaltgetriebe 20 ist als Dreigang-Schaltgetriebe sowie identisch zum ersten Schaltgetriebe 10 ausgebildet, wobei die zweite Schalteinheit S2 auch als Schiebemuffe SM2 ausgebildet ist. Die zweite Schiebemuffe SM2 ist mittels eines zweiten Aktuators 9 in die jeweilige Schaltstellung axial verschiebbar. In der ersten, zweiten und dritten Schaltstellung ist die zweite Schiebemuffe SM2 mit dem drehfesten Bauteil G drehfest verbunden und in der vierten und fünften Schaltstellung ist die zweite Schiebemuffe SM2 mit der zweiten Sonnenradwelle SO22 des zweiten Planetengetriebes P2 drehfest verbunden. Die Schaltelemente der zweiten Schalteinheit S2 sind vorzugsweise als unsynchronisierte Klauen ausgebildet, wobei grundsätzlich auch reibschlüssige, synchronisierte Schaltelemente für die beschriebenen Schaltfunktionen verwendbar sind. Insbesondere weist das drehfeste Bauteil G ebenfalls Klauen auf, die die Funktion eines Schaltelements haben, um in der ersten und dritten Schaltstellung der zweiten Schiebemuffe SM2 eine drehfeste Verbindung zu realisieren.
Zur Durchführung eines Gangwechsels unter Last mittels der Antriebseinheit 1 gemäß den Ausführungsformen in den Figuren wird während des Gangwechsels zwischen den ersten und zweiten Gang ebenso wie zwischen den zweiten und dritten Gang mittels des zweiten Teilantriebs T2 ein Drehmoment am Differentialeingang 3 abgestützt, sodass eine Lastschaltung ohne Zugkraftunterbrechung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Gängen vorgenommen wird. Mithin kann eine Lastschaltung nur dann vorgenommen werden, wenn die Antriebseinheit 1 zumindest zwei Teilantriebe T1, T2 aufweist. Der Gangwechsel an den Teilantrieben T1, T2 erfolgt nacheinander, wodurch das Drehmoment am Differentialeingang 3 permanent abgestützt werden kann. Mit anderen Worten wird zunächst ein Gangwechsel am ersten Teilantrieb T1 vorgenommen, sobald dieser Gangwechsel abgeschlossen ist, erfolgt der Gangwechsel am zweiten Teilantrieb T2, sodass danach beide Teilantriebe T1, T2 den gleichen Gang aufweisen.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Antriebseinheit 1 kann der zweite Teilantrieb T2 entfallen, sodass die Antriebseinheit 1 nur den ersten Teilantrieb T1 mit der ersten elektrische Maschine EM1 und dem ersten Schaltgetriebe 10 sowie das Differential 2, das achsparallel zum ersten Teilantrieb T1 angeordnet ist, aufweist. Gemäß einer solchen Ausführungsform erfolgen Gangwechsel nicht unter Last, weil der zweite Teilantrieb T2 zum Abstützen eines Drehmoments am Differentialeingang 3 fehlt. Demnach ist in einer ersten Schaltstellung der ersten Schalteinheit S1 das erste Schaltelement A1 geschlossen, um den ersten Gang zu realisieren, wobei ein Antrieb über die erste elektrische Maschine EM1 erfolgt. Zum Einleiten des Gangwechsels aus dem ersten Gang in den zweiten Gang erfolgt ein Lastabbau an der ersten elektrischen Maschine EM1, um die erste Schiebemuffe SM1 in die zweite Schaltstellung zu überführen. In der zweiten Schaltstellung der ersten Schalteinheit S1 ist das erste Schaltelement A1 somit geöffnet, denn die erste Schiebemuffe SM1 liegt in der Neutralstellung vor. In dieser Neutralstellung erfolgt eine dynamische Drehzahlanpassung mittels der ersten elektrischen Maschine EM1, bis die zweite Sonnenradwelle SO12 des ersten Planetengetriebes P1 stillsteht, damit die erste Schiebemuffe SM1 in die dritte Schaltstellung überführt werden kann. In der dritten Schaltstellung der ersten Schalteinheit S1 ist das zweite Schaltelement B1 somit geschlossen, um den zweiten Gang zu realisieren. Nun kann mittels der ersten elektrischen Maschine EM1 ein Lastaufbau vorgenommen werden. Die Rückschaltung aus dem zweiten Gang in den ersten Gang erfolgt in umgekehrter Reihenfolge. Zum Einleiten des Gangwechsels aus dem zweiten Gang in den dritten Gang erfolgt ein Lastabbau an der ersten elektrischen Maschine EM1, um die erste Schiebemuffe SM1 in die vierte Schaltstellung zu überführen. In der vierten Schaltstellung der ersten Schalteinheit S1 ist das zweite Schaltelement B1 somit geöffnet, denn die erste Schiebemuffe SM1 liegt in der Neutralstellung vor. In dieser Neutralstellung erfolgt eine dynamische Drehzahlanpassung mittels der ersten elektrischen Maschine EM1, bis die zweite Sonnenradwelle SO12 und die Stegwelle ST1 des ersten Planetengetriebes P1 synchronisiert sind, damit die erste Schiebemuffe SM1 in die fünfte Schaltstellung überführt werden kann. In der fünften Schaltstellung der ersten Schalteinheit S1 sind die zweite Sonnenradwelle SO12 und die Stegwelle ST1 des ersten Planetengetriebes P1 mittels des ersten Schaltelements A1 und des zweiten Schaltelements B1 drehfest verbunden, wodurch der dritte Gang realisiert ist. Nun kann mittels der ersten elektrischen Maschine EM1 ein Lastaufbau vorgenommen werden. Die Rückschaltung aus dem dritten Gang in den zweiten Gang erfolgt in umgekehrter Reihenfolge. Diese Schaltungen müssen nicht zwingend sequenziell erfolgen. Mithin ist auch ein Gangwechsel aus dem ersten Gang in den dritten Gang bzw. von dem dritten Gang in den ersten Gang möglich.
3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit 1. Die Antriebseinheit 1 gemäß 3 entspricht im Wesentlichen der Antriebseinheit 1 gemäß 2, wobei der Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen in der Anordnung einer Übersetzungsstufe 7 im Leistungsfluss zwischen der jeweiligen Getriebeausgangswelle 12, 22 des jeweiligen Teilantriebs T1, T2 und dem Differentialeingang 3 des Differentials 2 besteht. Diese Übersetzungsstufe 7 umfasst eine stationär festgelegte Sonnenradwelle SO, eine Hohlradwelle HR und eine Stegwelle ST mit Planetenrädern, wobei die Stegwelle ST drehfest mit dem Differentialeingang 3 verbunden ist. An der Hohlradwelle HR der Übersetzungsstufe 7 ist eine Außenverzahnung ausgebildet, die mit einer Verzahnung an der Getriebeausgangswelle 12 des ersten Schaltgetriebes 10 im Zahneingriff steht und dadurch die erste Stirnradstufe SR1 ausbildet. Beispielsweise ist die Hohlradwelle HR1 des ersten Planetengetriebes P1 einteilig mit der Getriebeausgangswelle 12 des ersten Schaltgetriebes 10 ausgebildet, wobei die Verzahnung an der Getriebeausgangswelle 12 als Außenverzahnung an der Hohlradwelle HR1 ausgebildet ist. Ferner steht die Außenverzahnung an der Hohlradwelle HR der Übersetzungsstufe 7 mit einer Verzahnung an der Getriebeausgangswelle 22 des zweiten Schaltgetriebes 20 im Zahneingriff und bildet dadurch die zweite Stirnradstufe SR2 aus. Beispielsweise ist die Hohlradwelle HR2 des zweiten Planetengetriebes P2 einteilig mit der Getriebeausgangswelle 22 des zweiten Schaltgetriebes 20 ausgebildet, wobei die Verzahnung an der Getriebeausgangswelle 22 als Außenverzahnung an der Hohlradwelle HR2 ausgebildet ist. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 3 dem Ausführungsbeispiel gemäß 2, auf das Bezug genommen wird.
4 zeigt eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit 1. Die Antriebseinheit 1 gemäß 4 entspricht im Wesentlichen der Antriebseinheit 1 gemäß 2, wobei der Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen darin besteht, dass die beiden Teilantriebe T1, T2 axial aneinander angrenzend angeordnet sind und über eine als Summenwelle ausgebildete Zwischenwelle Z mit dem Differentialeingang 3 antriebswirksam verbunden sind. Die Zwischenwelle Z ist achsparallel zum jeweiligen Teilantrieb T1, T2 und zum Differential 2 angeordnet, wobei die beiden Teilantriebe T1, T2 koaxial zueinander angeordnet sind. Mithin fallen die Rotationsachse X1 des ersten Teilantriebs T1 und die Rotationsachse X2 des zweiten Teilantriebs T2 zusammen, wobei die Rotationsachse X3 des Differentials 2 ebenso wie die Rotationsachse X4 der Zwischenwelle Z achsparallel zueinander angeordnet sind. Die Zwischenwelle Z ist über eine erste Stirnradstufe SR1 mit der Getriebeausgangswelle 12 des ersten Schaltgetriebes 10 antriebswirksam verbunden, wobei die Zwischenwelle Z über eine zweite Stirnradstufe SR2 mit der Getriebeausgangswelle 22 des zweiten Schaltgetriebes 20 antriebswirksam verbunden ist, und wobei die Zwischenwelle Z über eine dritte Stirnradstufe SR3 mit dem Differentialeingang 3 antriebswirksam verbunden ist. Dabei bildet ein erstes Festrad F1 an der Zwischenwelle Z zusammen mit einer Verzahnung an der Getriebeausgangswelle 12 des ersten Schaltgetriebes 10 die erste Stirnradstufe SR1, wobei ein zweites Festrad F2 an der Zwischenwelle Z zusammen mit einer Verzahnung an der Getriebeausgangswelle 22 des zweiten Schaltgetriebes 20 die zweite Stirnradstufe SR2 bildet, wobei ein drittes Festrad F3, das axial zwischen dem ersten und dem zweiten Festrad F1, F2 an der Zwischenwelle Z angeordnet ist, zusammen mit einer Außenverzahnung an dem als Differentialkorb ausgebildeten Differentialeingang 3 die dritte Stirnradstufe SR3 ausbildet. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 4 dem Ausführungsbeispiel gemäß 2, auf das Bezug genommen wird.
Bezugszeichen

1: Antriebseinheit
2: Differential
3: Differentialeingang
4: Differentialausgangswelle
5: Differentialausgangswelle
6: Übersetzungsstufe
7: Übersetzungsstufe
8: erster Aktuator
9: zweiter Aktuator
10: erstes Schaltgetriebe
11: erste Getriebeeingangswelle
12: erste Getriebeausgangswelle
20: zweites Schaltgetriebe
21: zweite Getriebeeingangswelle
22: zweite Getriebeausgangswelle
S1: erste Schalteinheit
A1: erstes Schaltelement der ersten Schalteinheit
B1: zweites Schaltelement der ersten Schalteinheit
S2: zweite Schalteinheit
A2: erstes Schaltelement der zweiten Schalteinheit
B2: zweites Schaltelement der zweiten Schalteinheit
P1: erstes Planetengetriebe
SO11: erste Sonnenradwelle des ersten Planetengetriebes
SO12: zweite Sonnenradwelle des ersten Planetengetriebes
HR1: Hohlradwelle des ersten Planetengetriebes
ST1: Stegwelle des ersten Planetengetriebes
P2: zweites Planetengetriebe
SO21: erste Sonnenradwelle des zweiten Planetengetriebes
SO22: zweite Sonnenradwelle des zweiten Planetengetriebes
HR2: Hohlradwelle des zweiten Planetengetriebes
ST2: Stegwelle des zweiten Planetengetriebes
SO: Sonnenradwelle
HR: Hohlradwelle
ST: Stegwelle
Z: Zwischenwelle
F1: erstes Festrad
F2: zweites Festrad
F3: drittes Festrad
100: Fahrzeug
101: erste Fahrzeugachse
102: zweite Fahrzeugachse
R1: Antriebsrad
R2: Antriebsrad
R3: Rad
R4: Rad
T1: erster Teilantrieb
T2: zweiter Teilantrieb
EM1: erste elektrische Maschine
EM2: zweite elektrische Maschine
SR1: erste Stirnradstufe
SR2: zweite Stirnradstufe
SR3: dritte Stirnradstufe
G: drehfestes Bauteil
G1: Gelenkwelle
G2: Gelenkwelle
X1: Rotationsachse
X2: Rotationsachse
X3: Rotationsachse
X4: Rotationsachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102019218239 A1 [0002]

Claims

Antriebseinheit (1) für eine Antriebsachse eines Fahrzeugs (100) umfassend ein Differential (2) mit einem Differentialeingang (3) und zwei Differentialausgangswellen (4, 5), die dazu eingerichtet sind, mit einem jeweiligen Antriebsrad (R1, R2) der Antriebsachse antriebswirksam verbunden zu sein, und zumindest einen ersten Teilantrieb (T1) mit einer ersten elektrische Maschine (EM1) und einem ersten Schaltgetriebe (10) mit • einer ersten Getriebeeingangswelle (11) zur Anbindung der ersten elektrischen Maschine (EM1), • einer ersten Getriebeausgangswelle (12) zur Anbindung des Differentials (2), • einer ersten Schalteinheit (S1) mit genau fünf Schaltstellungen, und • einem ersten Planetengetriebe (P1) mit einer ersten Sonnenradwelle (SO11), einer zweiten Sonnenradwelle (SO12), einer Hohlradwelle (HR1) und einer Stegwelle (ST1) mit ersten Planetenrädern (P11) und zweiten Planetenrädern (P12), wobei die ersten Planetenräder (P11) mit der ersten Sonnenradwelle (SO11) und den zweiten Planetenrädern (P12) im Zahneingriff stehen, wobei die zweiten Planetenräder (P12) ferner mit der zweiten Sonnenradwelle (SO12) und der Hohlradwelle (HR1) im Zahneingriff stehen, wobei der erste Teilantrieb (T1) achsparallel zum Differential (2) angeordnet ist.
Antriebseinheit (1) nach Anspruch 1, umfassend zumindest einen zweiten Teilantrieb (T2) mit einer zweiten elektrischen Maschine (EM2) und einem zweiten Schaltgetriebe (20) mit • einer zweiten Getriebeeingangswelle (21) zur Anbindung der zweiten elektrischen Maschine (EM2), • einer zweiten Getriebeausgangswelle (22) zur Anbindung des Differentials (2), • einer zweiten Schalteinheit (S2) mit genau fünf Schaltstellungen, und • einem zweiten Planetengetriebe (P2) mit einer ersten Sonnenradwelle (SO21), einer zweiten Sonnenradwelle (SO22), einer Hohlradwelle (HR2) und einer Stegwelle (ST2) mit ersten Planetenrädern (P21) und zweiten Planetenrädern (P22), wobei die ersten Planetenräder (P21) mit der ersten Sonnenradwelle (SO21) und den zweiten Planetenrädern (P22) im Zahneingriff stehen, wobei die zweiten Planetenräder (P22) ferner mit der zweiten Sonnenradwelle (SO22) und der Hohlradwelle (HR2) im Zahneingriff stehen, wobei der zweite Teilantrieb (T2) achsparallel zum Differential (2) angeordnet ist.
Antriebseinheit (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Getriebeausgangswelle (12) des ersten Schaltgetriebes (10) zumindest über eine erste Stirnradstufe (SR1) mit dem Differentialeingang (3) antriebswirksam verbunden ist, wobei die erste Getriebeeingangswelle (11) des ersten Schaltgetriebes (10) mit der ersten Sonnenradwelle (SO11) des ersten Planetengetriebes (P1) drehfest verbunden ist.
Antriebseinheit (1) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die zweite Getriebeausgangswelle (22) des zweiten Schaltgetriebes (20) zumindest über eine zweite Stirnradstufe (SR2) mit dem Differentialeingang (3) antriebswirksam verbunden ist, wobei die zweite Getriebeeingangswelle (21) des zweiten Schaltgetriebes (20) mit der ersten Sonnenradwelle (SO21) des zweiten Planetengetriebes (P2) drehfest verbunden ist.
Antriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der erste Teilantrieb (T1) und der zweite Teilantrieb (T2) identisch ausgebildet sind.
Antriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der erste Teilantrieb (T1) und der zweite Teilantrieb (T2) ungleich ausgebildet sind, wobei zumindest die elektrischen Maschinen (EM1, EM2) und/oder die Schaltgetriebe (10, 20) ungleich sind.
Antriebseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest zwischen einer der Getriebeausgangswellen (12, 22) und dem Differentialeingang (3), eine Übersetzungsstufe (7), mit einer stationär festgelegten Sonnenradwelle (SO), einer Hohlradwelle (HR) und einer Stegwelle (ST) angeordnet ist.
Antriebseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eine der Schalteinheiten (S1, S2) eine Schiebemuffe (SM1, SM2), die mittels eines jeweiligen Aktuators (8, 9) in die jeweilige Schaltstellung axial verschiebbar ist, aufweist.
Antriebseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei • gemäß einer ersten Schaltstellung der jeweiligen Schalteinheit (S1, S2) die jeweilige Stegwelle (ST1) des jeweiligen Planetengetriebes (P1, P2) mittels eines jeweiligen ersten Schaltelements (A1, A2) mit einem drehfesten Bauteil (G) drehfest verbindbar ist, um einen ersten Gang einzustellen, • wobei eine zweite Schaltstellung der jeweiligen Schalteinheit (S1, S2) eine Neutralstellung ist, • wobei gemäß einer dritten Schaltstellung der jeweiligen Schalteinheit (S1, S2) die jeweilige zweite Sonnenradwelle (SO12, SO22) des jeweiligen Planetengetriebes (P1, P2) mittels eines jeweiligen zweiten Schaltelements (B1, B2) mit dem drehfesten Bauteil (G) drehfest verbindbar ist, um einen zweiten Gang einzustellen, • wobei eine vierte Schaltstellung der jeweiligen Schalteinheit (S1, S2) eine Neutralstellung ist, • wobei gemäß einer fünften Schaltstellung der jeweiligen Schalteinheit (S1, S2) die jeweilige Stegwelle (ST1, ST2) und die jeweilige zweite Sonnenradwelle (SO12, SO22) des jeweiligen Planetengetriebes (P1, P2) miteinander drehfest verbindbar sind, um einen dritten Gang einzustellen.
Antriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei zwei Teilantriebe (T1, T2) axial aneinander angrenzend angeordnet sind, wobei eine Zwischenwelle (Z) achsparallel zum jeweiligen Teilantrieb (T1, T2) und zum Differential (2) angeordnet ist, wobei die Zwischenwelle (Z) als Summenwelle für die beiden Teilantriebe (T1, T2) eingerichtet und zumindest über eine dritte Stirnradstufe (SR3) mit dem Differentialeingang (3) antriebswirksam verbunden ist.
Antriebseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend zwei feste Übersetzungsstufen (6) zur antriebswirksamen Anbindung der jeweiligen Differentialausgangswelle (4, 5) mit dem jeweiligen Antriebsrad (R1, R2) der Antriebsachse.
Verfahren zur Durchführung eines Gangwechsels aus einem ersten Gang in einem zweiten Gang mittels einer Antriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, • wobei in einer ersten Schaltstellung der ersten Schalteinheit (S1) das erste Schaltelement (A1) geschlossen ist, um den ersten Gang zu realisieren, wobei ein Antrieb über die erste elektrische Maschine (EM1) erfolgt, wobei zum Einleiten des Gangwechsels in den zweiten Gang ein Lastabbau an der ersten elektrischen Maschine (EM1) erfolgt, • wobei in einer zweiten Schaltstellung der ersten Schalteinheit (S1) das erste Schaltelement (A1) geöffnet wird, um eine Neutralstellung zu realisieren, wobei in der Neutralstellung eine dynamische Drehzahlanpassung mittels der ersten elektrischen Maschine (EM1) erfolgt bis die zweite Sonnenradwelle (SO12) des ersten Planetengetriebes (P1) stillsteht, • wobei in einer dritten Schaltstellung der ersten Schalteinheit (S1) das zweite Schaltelement (B1) geschlossen ist, um den zweiten Gang zu realisieren, wobei mittels der ersten elektrischen Maschine (EM1) ein Lastaufbau erfolgt.
Verfahren zur Durchführung eines Gangwechsels aus einem zweiten Gang in einem dritten Gang mittels einer Antriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, • wobei in einer dritten Schaltstellung der ersten Schalteinheit (S1) das zweite Schaltelement (B1) geschlossen ist, wobei zum Einleiten des Gangwechsels in den dritten Gang ein Lastabbau an der ersten elektrischen Maschine (EM1) erfolgt, • wobei in einer vierten Schaltstellung der ersten Schalteinheit (S1) das zweite Schaltelement (B1) geöffnet wird, um eine Neutralstellung zu realisieren, wobei in der Neutralstellung eine dynamische Drehzahlanpassung mittels der ersten elektrischen Maschine (EM1) erfolgt bis die zweite Sonnenradwelle (SO12) und die Stegwelle (ST1) des ersten Planetengetriebes (P1) synchronisiert sind, • wobei in einer fünften Schaltstellung der ersten Schalteinheit (S1) die zweite Sonnenradwelle (SO12) und die Stegwelle (ST1) des ersten Planetengetriebes (P1) drehfest verbunden werden, um den dritten Gang zu realisieren, wobei mittels der ersten elektrischen Maschine (EM1) ein Lastaufbau erfolgt.
Verfahren zur Durchführung eines Gangwechsels unter Last bei einer Antriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 11, wobei während des Gangwechsels zumindest mittels des zweiten Teilantriebs (T2) ein Drehmoment am Differentialeingang (3) abgestützt wird.
Fahrzeug (100) umfassend eine Antriebsachse mit zwei Antriebsrädern (R1, R2) und einer Antriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Antriebseinheit (1) rahmenfest am Fahrzeug (100) angeordnet ist, wobei das jeweilige Antriebsrad (R1, R2) der Antriebsachse über eine jeweilige Gelenkwelle (G1, G2) mit dem Differential (2) antriebswirksam verbunden ist.