DE102023001643A1

DE102023001643A1 - PTO shaft unit for a drive train of an electric vehicle

Info

Publication number: DE102023001643A1
Application number: DE102023001643.8A
Authority: DE
Inventors: Chandrakant Palve; Kiran Rao; Rangarajan Venkatapathy
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2022-05-05
Filing date: 2023-04-24
Publication date: 2023-11-09

Abstract

Es wird eine PTU 104 für einen Triebstrang 102 eines Elektrofahrzeugs offenbart, die eine Kupplungskolbenbaugruppe 114, die mit einer Parksperrennabe 116 verzahnt ist, die über ein Parksperrengetriebe 112 mit einer ersten Differentialbaugruppe 110 gekoppelt ist, wobei die erste Differentialbaugruppe 110 mit den Vorderrädern 120 gekoppelt ist, ein erstes Kegelrad 122, das über ein Lager 124 auf der Parksperrennabe 116 konfiguriert ist, eine Reibungsplattenbaugruppe 126, die auf dem ersten Kegelrad 122 konfiguriert ist, und ein zweites Kegelrad 128 beinhaltet, das mit dem ersten Kegelrad 122 in Eingriff steht. Das zweite Kegelrad 128 ist über eine Gelenkwelle 130 mit einer hinteren Differentialbaugruppe 132 gekoppelt. Die PTU 104 ist dazu konfiguriert, auf Grundlage der Betätigung der Kupplungskolbenbaugruppe 114 den selektiven Betrieb des Elektrofahrzeugs in einer Zweiradantriebskonfiguration und einer Vierradantriebskonfiguration zu ermöglichen.

A PTU 104 for an electric vehicle powertrain 102 is disclosed, which includes a clutch piston assembly 114 that is geared to a parking lock hub 116 coupled to a first differential assembly 110 via a parking lock gear 112, the first differential assembly 110 being coupled to the front wheels 120 , a first bevel gear 122 configured via a bearing 124 on the parking lock hub 116, a friction plate assembly 126 configured on the first bevel gear 122, and a second bevel gear 128 engaged with the first bevel gear 122. The second bevel gear 128 is coupled to a rear differential assembly 132 via a propeller shaft 130. The PTU 104 is configured to enable selective operation of the electric vehicle in a two-wheel drive configuration and a four-wheel drive configuration based on the actuation of the clutch piston assembly 114.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf das technische Gebiet der Elektrofahrzeuge. Insbesondere betrifft sie eine effiziente Zapfwelleneinheit für einen Triebstrang eines Elektrofahrzeugs.The present disclosure relates generally to the technical field of electric vehicles. In particular, it relates to an efficient PTO unit for a drive train of an electric vehicle.

Elektrofahrzeuge wie PKW, LKW, Geländewagen und dergleichen haben in den letzten Jahren eine steigende Nachfrage erfahren. Dieser Nachfrageanstieg ist auf die steigenden Kraftstoffpreise sowie auf die negativen Auswirkungen der Abgase von Fahrzeugen zurückzuführen, die Erdöl (z. B. Benzin und Diesel) und Gase (z. B. LPG und CNG) verwenden. Ein Elektrofahrzeug (EV) ist mit einem oder mehreren Elektromotoren, die in dem Stand der Technik als Fahrmotoren bekannt sind, um eine Antriebskraft zu entwickeln, die die Bewegung des Fahrzeugs beeinflusst, und mit einer Baueinheit von wiederaufladbaren Batterien für die Versorgung der Fahrmotoren mit elektrischer Leistung für das Fahren des Elektrofahrzeugs und anderer elektrischer Bauteile des Elektrofahrzeugs ausgestattet.Electric vehicles such as cars, trucks, SUVs and the like have experienced increasing demand in recent years. This increase in demand is due to rising fuel prices as well as the negative impact of exhaust emissions from vehicles that use petroleum (e.g. gasoline and diesel) and gases (e.g. LPG and CNG). An electric vehicle (EV) is equipped with one or more electric motors, known in the art as traction motors, to develop a motive force that affects the movement of the vehicle, and an assembly of rechargeable batteries for supplying electrical power to the traction motors Power equipped for driving the electric vehicle and other electrical components of the electric vehicle.

Derzeit beinhalten Elektrofahrzeuge eine Zweiradantriebskonfiguration (4 x 2) und eine Vierradantriebskonfiguration (4 X 4) Konfiguration. Für die Vierradkonfiguration besteht die Anforderung, zwei elektrische Triebstränge/Antriebsstränge zu werden, einschließlich eines vorderen Triebstrangs für die Vorderräder und eines hinteren Triebstrangs für die Hinterräder des Elektrofahrzeugs. Der Einsatz von zwei elektrischen Triebsträngen in einem Elektrofahrzeug mit der Vierradantriebskonfiguration erhöht jedoch die Kosten des Elektrofahrzeugs, da zwei leistungselektronische Steuersysteme, zwei Getriebe und zwei Elektromotoren erforderlich sind. Darüber hinaus erhöht die Verwendung von zwei elektrischen Triebsträngen in einem Elektrofahrzeug das Gesamtgewicht des Elektrofahrzeugs mit einer zusätzlichen Belastung auf dem Akkusatz, was zu einer Reduktion der Reichweite des Elektrofahrzeugs führt. Außerdem können die mechanischen und elektrischen Verluste in einem Elektrofahrzeug mit zwei elektrischen Triebsträngen im Vergleich zu einem Elektrofahrzeug mit einem einzigen elektrischen Antriebsstrang um fast das Doppelte erhöht sein. Daher wäre es vorteilhaft, eine effiziente Lösung bereitzustellen, die es dem Elektrofahrzeug mit einem einzigen Triebstrang ermöglicht, je nach Lastanforderung von dem Elektrofahrzeug in der Zweiradantriebskonfiguration und der Vierradantriebskonfiguration betrieben zu werden.Currently, electric vehicles include a two-wheel drive (4x2) configuration and a four-wheel drive (4X4) configuration. For the four-wheel configuration, there is a requirement to become two electric powertrains/powertrains, including a front powertrain for the front wheels and a rear powertrain for the rear wheels of the electric vehicle. However, the use of two electric powertrains in an electric vehicle with the four-wheel drive configuration increases the cost of the electric vehicle because two power electronic control systems, two transmissions and two electric motors are required. Furthermore, the use of two electric powertrains in an electric vehicle increases the overall weight of the electric vehicle with an additional burden on the battery pack, resulting in a reduction in the range of the electric vehicle. Additionally, the mechanical and electrical losses in an electric vehicle with two electric powertrains can be increased by almost two times compared to an electric vehicle with a single electric powertrain. Therefore, it would be advantageous to provide an efficient solution that allows the electric vehicle with a single powertrain to operate in the two-wheel drive configuration and the four-wheel drive configuration depending on the load requirement of the electric vehicle.

Das Patentdokument DE102011109340A1 offenbart ein Fahrzeug mit einem Antriebstrang. Der Antriebstrang beinhaltet eine Antriebseinheit, wie einen Motor oder einen Verbrennungsmotor, der über eine Kopplungseinheit, wie eine Reibungskupplung, eine Vorderachse und eine Hinterachse mit einer Getriebeeinheit verbunden ist. Die Hinterachse ist fest mit der Getriebeeinheit verbunden. Für die Realisierung des Vierradantriebs, und damit für die Verbindung der Vorderachse mit der Getriebeeinheit, weist das Fahrzeug eine formschlüssige Kupplung auf. Die formschlüssige Kupplung ist bereitgestellt, um die Vorderachse und die Hinterachse in einem Betriebszustand miteinander zu verbinden, und in einem anderen Betriebszustand trennt/löst die formschlüssige Kupplung die Vorderachse und die Hinterachse.The patent document DE102011109340A1 discloses a vehicle with a powertrain. The drive train includes a drive unit, such as an engine or an internal combustion engine, connected to a transmission unit via a coupling unit, such as a friction clutch, a front axle and a rear axle. The rear axle is firmly connected to the transmission unit. To implement four-wheel drive and thus to connect the front axle to the transmission unit, the vehicle has a positive clutch. The positive clutch is provided to connect the front axle and the rear axle together in one operating condition, and in another operating condition, the positive clutch disconnects/disconnects the front axle and the rear axle.

Das zitierte Patentdokument offenbart zwar einen Antriebsstrang mit einer formschlüssigen Kupplung zum wahlweisen Verbinden und Lösen der Vorderachse und der Hinterachse eines Fahrzeugs, doch besteht noch Raum für weitere Verbesserungen, um eine verbesserte und kostengünstige Lösung für die vorstehend genannten Probleme bereitzustellen.Although the cited patent document discloses a powertrain with a positive clutch for selectively connecting and disconnecting the front axle and the rear axle of a vehicle, there is still room for further improvement to provide an improved and cost-effective solution to the above problems.

Es besteht daher die Notwendigkeit, eine einfache und kostengünstige Lösung bereitzustellen, die es dem Elektrofahrzeug mit einem einzigen elektrischen Triebstrang ermöglichen kann, je nach Lastanforderung des Elektrofahrzeugs in der Zweiradantriebskonfiguration und der Vierradantriebskonfiguration betrieben zu werden.There is therefore a need to provide a simple and cost-effective solution that can enable the electric vehicle with a single electric powertrain to operate in the two-wheel drive configuration and the four-wheel drive configuration depending on the load requirement of the electric vehicle.

Eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, einen einfachen und effizienten elektrischen Triebstrang für ein Elektrofahrzeug bereitzustellen, der das Elektrofahrzeug auf Grundlage der Anforderungen wahlweise in einer Zweiradantriebskonfiguration oder einer Vierradkonfiguration betreiben kann.A general object of the present disclosure is to provide a simple and efficient electric powertrain for an electric vehicle that can selectively operate the electric vehicle in a two-wheel drive configuration or a four-wheel drive configuration based on requirements.

Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, eine effiziente und kostengünstige Zapfwelleneinheit bereitzustellen, die in einen vorderen Triebstrang eines Elektrofahrzeugs eingebaut werden kann, um die Leistung selektiv auf ein Paar Vorderräder in einer Zweiradantriebskonfiguration und auf beide Paare von Vorderrädern und Hinterrädern in einer Vierradantriebskonfiguration zu übertragen.An object of the present disclosure is to provide an efficient and cost-effective PTO unit that can be installed in a front drivetrain of an electric vehicle to selectively transmit power to a pair of front wheels in a two-wheel drive configuration and to both pairs of front and rear wheels in a four-wheel drive configuration .

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, einen verbesserten Triebstrang mit einer Anordnung für ein Elektrofahrzeug bereitzustellen, die es dem Elektrofahrzeug ermöglichen kann, auf Grundlage der Anforderungen wahlweise in einer Zweiradantriebskonfiguration und einer Vierradantriebskonfiguration betrieben zu werden, wobei dadurch die Notwendigkeit von zwei elektrischen Triebsträngen für die Vierradantriebskonfiguration entfällt.Another object of the present disclosure is to provide an improved powertrain with an arrangement for an electric vehicle that can enable the electric vehicle to selectively operate in a two-wheel drive configuration and a four-wheel drive configuration based on requirements, thereby eliminating the need for two electric powertrains for the four-wheel drive configuration is omitted.

Aspekte der vorliegenden Offenbarung beziehen sich auf Elektrofahrzeuge. Insbesondere betrifft sie eine effiziente Zapfwelleneinheit für einen Triebstrang eines Elektrofahrzeugs. Die Zapfwelleneinheit (PTU) ist angepasst, um eine selektive Leistungsübertragung entweder auf die Vorderräder des Elektrofahrzeugs oder auf alle vier Räder, einschließlich der Vorder- und Hinterräder des Elektrofahrzeugs, um das Elektrofahrzeug in der Zweiradantriebskonfiguration oder der Vierradantriebskonfiguration anzutreiben, wobei dadurch die Notwendigkeit zweier elektrischer Triebstränge/Antriebsstränge für die Vierradkonfiguration vermieden wird.Aspects of the present disclosure relate to electric vehicles. In particular It concerns an efficient PTO unit for a drive train of an electric vehicle. The power take-off unit (PTU) is adapted to selectively transfer power to either the front wheels of the electric vehicle or to all four wheels, including the front and rear wheels of the electric vehicle, to drive the electric vehicle in the two-wheel drive configuration or the four-wheel drive configuration, thereby eliminating the need for two electric Drive trains/drivetrains for the four-wheel configuration are avoided.

In einem Aspekt kann die offenbarte PTU auf einem Gehäuse einer Getriebeeinheit des Antriebsstrangs, wie eines vorderen Antriebsstrangs, konfiguriert werden. Die PTU kann eine Kupplungskolbenbaugruppe beinhalten, die mit einer Parksperrennabe des Triebstrangs verzahnt ist. Die Parksperrennabe ist über ein Parksperrengetriebe mit einer ersten Differenzialbaugruppe, wie einer vorderen Differenzialbaugruppe, gekoppelt. Ein Gehäuse der ersten Differentialbaugruppe kann mit dem Parksperrengetriebe verschraubt werden. Die erste Differenzialbaugruppe ist mit einer Antriebswelle/Vorderradantriebswelle verbunden, die mit einem Paar Räder, wie den Vorderrädern, des Elektrofahrzeugs verbunden ist.In one aspect, the disclosed PTU may be configured on a housing of a powertrain transmission unit, such as a front powertrain. The PTU may include a clutch piston assembly that meshes with a driveline parking hub. The parking lock hub is coupled to a first differential assembly, such as a front differential assembly, via a parking lock gear. A housing of the first differential assembly can be screwed to the parking lock gear. The first differential assembly is connected to a drive shaft/front wheel drive shaft connected to a pair of wheels, such as the front wheels, of the electric vehicle.

Die PTU kann ferner ein erstes Kegelrad, das über ein Lager, wie ein Nadellager (NRB), auf der Parksperrennabe konfiguriert ist, eine Reibungsplattenbaugruppe, die auf dem ersten Kegelrad konfiguriert ist, und ein zweites Kegelrad beinhalten, das mit dem ersten Kegelrad in Eingriff steht. Das zweite Kegelrad ist mit einer Gelenkwelle gekoppelt, die mit einer zweiten Differentialbaugruppe gekoppelt ist, wie einer hinteren Differentialbaugruppe, die mit den Hinterrädern des Fahrzeugs verbunden ist. Das Lager ist dazu konfiguriert, die direkte Übertragung der Leistung von der Parksperrennabe auf das erste Kegelrad zu verhindern oder das erste Kegelrad von der Parksperrennabe zu trennen. Die Kupplungskolbenbaugruppe ist dazu konfiguriert, das erste Kegelrad mit der Parksperrennabe selektiv ein- und auszukuppeln, indem sie die Reibungsplatten der Reibungsplattenbaugruppe selektiv ein- und auskuppelt. Ferner ist die PTU dazu konfiguriert, auf Grundlage der Betätigung der Kupplungskolbenbaugruppe den selektiven Betrieb des Elektrofahrzeugs in einer Zweiradantriebskonfiguration und einer Vierradantriebskonfiguration zu ermöglichen.The PTU may further include a first bevel gear configured on the park lock hub via a bearing, such as a needle roller bearing (NRB), a friction plate assembly configured on the first bevel gear, and a second bevel gear engaged with the first bevel gear stands. The second bevel gear is coupled to a propeller shaft that is coupled to a second differential assembly, such as a rear differential assembly, that is connected to the rear wheels of the vehicle. The bearing is configured to prevent the direct transfer of power from the parking lock hub to the first bevel gear or to separate the first bevel gear from the parking lock hub. The clutch piston assembly is configured to selectively engage and disengage the first bevel gear with the parking lock hub by selectively engaging and disengaging the friction plates of the friction plate assembly. Further, the PTU is configured to enable selective operation of the electric vehicle in a two-wheel drive configuration and a four-wheel drive configuration based on actuation of the clutch piston assembly.

Darüber hinaus erzeugt und überträgt ein Elektromotor des Triebstrangs in der Zweiradantriebskonfiguration Leistung durch einen Getriebesatz auf das Parksperrengetriebe und dann auf die erste Differentialbaugruppe, die mit dem Parksperrengetriebe verschraubt ist, und die Kupplungskolbenbaugruppe, die mit der Parksperrennabe verzahnt ist, und dann auf die Vorderräder durch das Paar der ersten Antriebswelle, die mit der ersten Differentialbaugruppe verzahnt und mit dem.Additionally, in the two-wheel drive configuration, a powertrain electric motor generates and transmits power through a gear set to the parking lock gear and then to the first differential assembly bolted to the park lock gear and the clutch piston assembly splined to the park lock hub and then to the front wheels the pair of the first drive shaft which meshes with the first differential assembly and with the.

Die PTU beinhaltet ferner eine Wegeventilbaugruppe für die Regulierung des Ölflusses von einer elektrohydraulischen Einheit des Triebstrangs in die Ölkanäle des Gehäuses der Getriebeeinheit. Wenn die Wegeventilbaugruppe betätigt wird, ist die Wegeventilbaugruppe dazu konfiguriert, den Fluss eines vordefinierten Öldrucks zu den Ölkanälen des Gehäuses zu ermöglichen, um zu ermöglichen, dass das Öl in eine Ölkammer neben der Kupplungskolbenbaugruppe eintritt, um die Kupplungskolbenbaugruppe zu betätigen.The PTU further includes a directional control valve assembly for regulating the flow of oil from an electro-hydraulic unit of the drive train into the oil passages of the transmission unit housing. When the directional valve assembly is actuated, the directional valve assembly is configured to allow the flow of a predefined oil pressure to the oil passages of the housing to allow the oil to enter an oil chamber adjacent the clutch piston assembly to actuate the clutch piston assembly.

Wenn das Fahrzeug mit der Vierradantriebskonfiguration in Eingriff steht, betätigt eine elektronische Einheit des Fahrzeugs die elektrohydraulische Einheit und die Wegeventilbaugruppe, um die Kupplungskolbenbaugruppe zu betätigen. Ferner wird die von dem Elektromotor des Triebstrangs erzeugte Leistung über den Getriebesatz auf das Parksperrengetriebe und weiter auf die erste Differentialbaugruppe, die mit dem Parksperrengetriebe verschraubt ist, und die Kupplungskolbenbaugruppe, die mit der Parksperrennabe verzahnt ist, und dann auf das Paar der ersten Antriebswelle übertragen, die mit der Differentialbaugruppe verzahnt ist. Wenn die Kupplungskolbenbaugruppe betätigt wird, drückt die Kupplungskolbenbaugruppe außerdem die Reibungsplatten der Reibungsplattenbaugruppe zusammen, um die Reibungsplatten in Eingriff zu bringen, wobei der Eingriff der Reibungsplatten den Leistungsfluss von der Parksperrennabe zu dem ersten Kegelrad durch die Kupplungskolbenbaugruppe und die Reibungsplattenbaugruppe und weiter zu der Gelenkwelle und dann zu der zweiten, mit den Hinterrädern gekoppelten Differentialbaugruppe ermöglicht.When the vehicle is engaged in the four-wheel drive configuration, an electronic unit of the vehicle actuates the electro-hydraulic unit and the directional control valve assembly to actuate the clutch piston assembly. Further, the power generated by the electric motor of the drive train is transmitted via the gear set to the parking lock gear and further to the first differential assembly, which is bolted to the parking lock gear, and the clutch piston assembly, which is geared to the parking lock hub, and then to the pair of the first drive shaft , which is interlocked with the differential assembly. When the clutch piston assembly is actuated, the clutch piston assembly also compresses the friction plates of the friction plate assembly to engage the friction plates, the engagement of the friction plates increasing power flow from the parking lock hub to the first bevel gear through the clutch piston assembly and the friction plate assembly and on to the propeller shaft and then to the second differential assembly coupled to the rear wheels.

Verschiedene Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile des Erfindungsgegenstandes werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen zusammen mit den beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Ziffern gleiche Komponenten darstellen, deutlicher.Various objects, features, aspects and advantages of the subject invention will become more apparent from the following detailed description of preferred embodiments, taken together with the accompanying drawings, in which like numerals represent like components.

Die beigefügten Zeichnungen sind beinhaltet, um ein weiteres Verständnis der vorliegenden Offenbarung bereitzustellen, und sind in diese Patentschrift einbezogen und bilden einen Teil dieser. Die Zeichnungen veranschaulichen beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und dienen zusammen mit der Beschreibung für die Erläuterung der Grundsätze der vorliegenden Offenbarung.

1A veranschaulicht eine schematische Zeichnung eines elektrischen Triebstrangs mit der vorgeschlagenen PTU für ein Elektrofahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
1B veranschaulicht eine Schnittansicht eines elektrischen Triebstrangs mit der vorgeschlagenen PTU für ein Elektrofahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
1C veranschaulicht eine Wegeventilbaugruppe der vorgeschlagenen PTU für einen elektrischen Triebstrang gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
2A und 2B veranschaulichen eine beispielhafte Funktionsweise der vorgeschlagenen PTU eines Triebstrangs für die Leistungsübertragung auf die Vorderräder eines Elektrofahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
2C und 2D veranschaulichen eine beispielhafte Funktionsweise der vorgeschlagenen PTU eines Triebstrangs für die Leistungsübertragung auf die Vorderräder sowie auf die Hinterräder eines Elektrofahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.

The accompanying drawings are included to provide further understanding of the present disclosure and are incorporated into and form a part of this specification. The drawings illustrate exemplary embodiments of the present disclosure and, together with the description, serve to explain the principles of the present disclosure.

1A illustrates a schematic drawing of an electric powertrain with the proposed PTU for an electric vehicle stuff according to an embodiment of the present disclosure.
1B illustrates a sectional view of an electric powertrain with the proposed PTU for an electric vehicle according to an embodiment of the present disclosure.
1C illustrates a directional control valve assembly of the proposed PTU for an electric powertrain according to an embodiment of the present disclosure.
2A and 2 B illustrate an exemplary operation of the proposed PTU of a powertrain for transmitting power to the front wheels of an electric vehicle according to an embodiment of the present disclosure.
2C and 2D illustrate an exemplary operation of the proposed PTU of a powertrain for power transmission to the front wheels as well as the rear wheels of an electric vehicle according to an embodiment of the present disclosure.

Es folgt eine ausführliche Beschreibung der in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen der Offenbarung. Die Ausführungsformen sind so ausführlich, um die Offenbarung klar zu vermitteln. Es ist jedoch nicht beabsichtigt, durch die Menge der angebotenen Details die vorhersehbaren Variationen von Ausführungsformen einzuschränken; im Gegenteil, die Absicht ist, alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abzudecken, die in den Geist und den Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert.The following is a detailed description of the embodiments of the disclosure illustrated in the accompanying drawings. The embodiments are detailed enough to clearly convey the disclosure. However, the amount of detail provided is not intended to limit foreseeable variations in embodiments; on the contrary, the intent is to cover all modifications, equivalents and alternatives that come within the spirit and scope of the present disclosure as defined by the appended claims.

Die hierin erläuterten Ausführungsformen auf elektrische Triebstränge von Elektrofahrzeugen. Insbesondere betrifft sie eine effiziente Zapfwelleneinheit für einen Triebstrang eines Elektrofahrzeugs. Die Zapfwelleneinheit (PTU) ist angepasst, um eine selektive Leistungsübertragung von dem elektrischen Triebstrang entweder auf die Vorderräder des Elektrofahrzeugs oder auf alle vier Räder des Elektrofahrzeugs, um das Elektrofahrzeug in der Zweiradantriebskonfiguration oder der Vierradantriebskonfiguration anzutreiben, wobei dadurch die Notwendigkeit zweier elektrischer Triebstränge/Antriebsstränge für die Vierradkonfiguration vermieden wird. Die offenbarte PTU trägt ebenso dazu bei, das Gewicht und die Kosten des Elektrofahrzeugs zu reduzieren, indem sie die Verwendung von zwei elektrischen Triebsträngen/Antriebssträngen in dem Elektrofahrzeug für die Vierradantriebskonfiguration eliminiert.The embodiments explained herein apply to electric drivetrains of electric vehicles. In particular, it relates to an efficient PTO unit for a drive train of an electric vehicle. The power take-off unit (PTU) is adapted to selectively transfer power from the electric powertrain to either the front wheels of the electric vehicle or to all four wheels of the electric vehicle to propel the electric vehicle in the two-wheel drive configuration or the four-wheel drive configuration, thereby eliminating the need for two electric powertrains for the four-wheel configuration is avoided. The disclosed PTU also helps reduce the weight and cost of the electric vehicle by eliminating the use of two electric powertrains in the electric vehicle for the four-wheel drive configuration.

Unter Bezugnahme auf 1A bis 1C, wo ein elektrischer Triebstrang 102 mit der vorgeschlagenen PTU 104 für ein Elektrofahrzeug gezeigt ist. Der elektrische Triebstrang 102 (im Folgenden der Einfachheit halber ebenso als Triebstrang bezeichnet) ist ein vorderer Triebstrang und an einem vorderen Abschnitt des Elektrofahrzeugs konfiguriert. Der Triebstrang 102 beinhaltet einen Elektromotor 106 mit einem Getriebesatz und einer elektrohydraulischen Einheit (EHU) 108. Der Triebstrang 102 beinhaltet ferner ein Parksperrengetriebe 112, das mit einer ersten Differentialbaugruppe 110, beispielsweise einer vorderen Differentialbaugruppe, gekoppelt ist. Das Parksperrengetriebe 112 kann mit der vorderen Differentialbaugruppe 110 verschraubt werden. Die erste Differentialbaugruppe 110 kann mit einer Antriebswelle/vorderen Antriebswelle 118 des Elektrofahrzeugs verzahnt werden. Die Antriebswelle 118 ist mit den Vorderrädern 120-1 und 120-2 (zusammenfassend als Vorderräder 120 bezeichnet) gekoppelt.With reference to 1A until 1C , where an electric powertrain 102 with the proposed PTU 104 for an electric vehicle is shown. The electric powertrain 102 (hereinafter also referred to as a powertrain for convenience) is a front powertrain and is configured at a front portion of the electric vehicle. The drive train 102 includes an electric motor 106 with a gear set and an electro-hydraulic unit (EHU) 108. The drive train 102 further includes a parking lock gear 112 that is coupled to a first differential assembly 110, for example a front differential assembly. The parking lock gear 112 can be screwed to the front differential assembly 110. The first differential assembly 110 may be splined to a drive shaft/front drive shaft 118 of the electric vehicle. The drive shaft 118 is coupled to the front wheels 120-1 and 120-2 (collectively referred to as front wheels 120).

Die PTU 104 ist mit einem Gehäuse (nicht gezeigt) der Übertragungseinheit konfiguriert. Die PTU 104 kann eine Kupplungskolbenbaugruppe 114 beinhalten, die mit einer Parksperrennabe 116 verzahnt ist. Die PTU 104 kann ferner ein erstes Kegelrad 122, das über ein Lager 124 auf der Parksperrennabe konfiguriert ist, und eine Reibungsplattenanordnung 126 beinhalten, die auf dem ersten Kegelrad 122 konfiguriert ist. Das Lager 124 kann ein Nadellager sein und dazu konfiguriert sein, eine direkte Leistungsübertragung von der Parksperrennabe auf das erste Kegelrad zu verhindern. Ein zweites Kegelrad 128 ist dazu konfiguriert, mit dem ersten Kegelrad 122 in Eingriff zu stehen. Das zweite Kegelradzahnrad 128 ist mit einer Gelenkwelle 130 gekoppelt, die mit einer zweiten Differentialbaugruppe 132, wie einer hinteren Differentialbaugruppe, gekoppelt ist, die über eine hintere Antriebswelle 136 mit den Hinterrädern 134-1 und 134-2 (zusammenfassend als Hinterräder 134 bezeichnet) des Fahrzeugs verbunden ist. Darüber hinaus beinhaltet die Reibungsplattenbaugruppe eine Mehrzahl von Reibungsplatten.The PTU 104 is configured with a transmission unit housing (not shown). The PTU 104 may include a clutch piston assembly 114 that is meshed with a parking lock hub 116. The PTU 104 may further include a first bevel gear 122 configured on the parking lock hub via a bearing 124 and a friction plate assembly 126 configured on the first bevel gear 122. The bearing 124 may be a needle bearing and configured to prevent direct power transfer from the parking lock hub to the first bevel gear. A second bevel gear 128 is configured to engage the first bevel gear 122. The second bevel gear 128 is coupled to a propeller shaft 130 which is coupled to a second differential assembly 132, such as a rear differential assembly, connected via a rear drive shaft 136 to the rear wheels 134-1 and 134-2 (collectively referred to as rear wheels 134). vehicle is connected. Additionally, the friction plate assembly includes a plurality of friction plates.

Ferner ist die PTU 104 dazu konfiguriert, auf Grundlage der Betätigung der Kupplungskolbenbaugruppe 114 den selektiven Betrieb des Elektrofahrzeugs in einer Zweiradantriebskonfiguration und einer Vierradantriebskonfiguration zu ermöglichen.Further, the PTU 104 is configured to enable selective operation of the electric vehicle in a two-wheel drive configuration and a four-wheel drive configuration based on the actuation of the clutch piston assembly 114.

Die Kupplungskolbenbaugruppe 114 ist dazu konfiguriert, das erste Kegelrad 122 selektiv mit der Parksperrennabe 116 ein- und auszukuppeln, indem sie die Reibungsplatten der Reibungsplattenbaugruppe 126 selektiv ein- und auskuppelt, um die Leistungsübertragung von der Parksperrennabe 116 auf das erste Kegelrad 122 zu begrenzen oder zu ermöglichen.The clutch piston assembly 114 is configured to selectively engage and disengage the first bevel gear 122 with the parking lock hub 116 by selectively engaging and disengaging the friction plates of the friction plate assembly 126 to limit or close power transfer from the parking lock hub 116 to the first bevel gear 122 make possible.

Die PTU 104 beinhaltet ferner eine hydraulisch betriebene Wegeventilbaugruppe 138, die dazu konfiguriert ist, den Ölfluss von der elektrohydraulischen Einheit 108 des Triebstrangs 102 in die Ölkanäle des Gehäuses der Getriebeeinheit zu regeln. Wenn die Wegeventilbaugruppe 138 betätigt wird, ist die Wegeventilbaugruppe 138 dazu konfiguriert, den Fluss eines vordefinierten Öldrucks zu den Ölkanälen des Gehäuses zu ermöglichen, um zu ermöglichen, dass das Öl durch eine Öffnung 140 in eine Ölkammer 137 neben der Kupplungskolbenbaugruppe 114 eintritt, um die Kupplungskolbenbaugruppe 114 zu betätigen. Die Wegeventilbaugruppe 138 kann einen Öleinlass 142, einen in einer Bohrung 146 konfigurierten federbelasteten Kolben 144 und einen Auslass 150 beinhalten.The PTU 104 further includes a hydraulically operated directional control valve assembly 138 configured to regulate the flow of oil from the electro-hydraulic unit 108 of the drive train 102 into the oil passages of the transmission unit housing. When the directional control valve assembly 138 is actuated, the directional control valve assembly 138 is configured to allow the flow of a predefined oil pressure to the oil passages of the housing to allow the oil to enter an oil chamber 137 adjacent the clutch piston assembly 114 through an opening 140 Clutch piston assembly 114 to be operated. The directional control valve assembly 138 may include an oil inlet 142, a spring-loaded piston 144 configured in a bore 146, and an outlet 150.

Wie in 2A und 2B gezeigt, wird, wenn das Fahrzeug in der Zweiradantriebskonfiguration betrieben wird, die von dem Elektromotor 106 des Triebstrangs 102 erzeugte Leistung über den Getriebesatz auf das Parksperrengetriebe 112 und die Parksperrennabe 116 übertragen. Das Parksperrengetriebe 112 ist mit dem Gehäuse der ersten Differentialbaugruppe 110 verschraubt und die Parksperrennabe 116 ist mit der Kupplungskolbenbaugruppe 114 verzahnt, sodass die Leistung von dem Parksperrengetriebe 112 zu der ersten Differentialbaugruppe 110 und von der Parksperrennabe 116 zu der Kupplungskolbenbaugruppe 114 gelangt. Ferner wird die Leistung von der ersten Differentialbaugruppe 110 über die Antriebswelle 118, die mit der ersten Differentialbaugruppe 110 verzahnt ist, auf die Vorderräder 120 übertragen. Die Leistung wird jedoch nicht auf das erste Kegelrad 122 übertragen, da das erste Kegelrad 122 durch das Lager 124 von der Parksperrennabe 116 getrennt ist und in der Ölkammer 137 kein Öldruck für die Betätigung der Kupplungskolbenbaugruppe 114 vorhanden ist. Infolgedessen wird die Leistung nicht zwischen der Kupplungskolbenbaugruppe 114 und den Kupplungsreibungsplatten der Reibungsplattenbaugruppe 126, dem ersten Kegelrad 122 und der Gelenkwelle 130 übertragen. Die Kupplungsreibungsplatten der Reibungsplattenbaugruppe 126, das erste Kegelrad 122, die Gelenkwelle 130 und die zweite/hintere Differentialbaugruppe 132 drehen sich aufgrund der Zweiradantriebskonfiguration mit Vorderradgeschwindigkeit. Da die erste Differenzialbaugruppe 110 mit der Antriebswelle 118 verzahnt ist, ist die Zweiradantriebskonfiguration auch dann möglich, wenn die Kupplungskolbenbaugruppe 114 ausgekuppelt/unbetätigt ist.As in 2A and 2 B As shown, when the vehicle is operating in the two-wheel drive configuration, the power generated by the electric motor 106 of the drivetrain 102 is transmitted to the parking lock transmission 112 and the parking lock hub 116 via the gear set. The parking lock gear 112 is bolted to the housing of the first differential assembly 110 and the parking lock hub 116 is meshed with the clutch piston assembly 114 so that power passes from the parking lock gear 112 to the first differential assembly 110 and from the parking lock hub 116 to the clutch piston assembly 114. Furthermore, the power from the first differential assembly 110 is transmitted to the front wheels 120 via the drive shaft 118, which is geared to the first differential assembly 110. However, the power is not transferred to the first bevel gear 122 because the first bevel gear 122 is separated from the parking lock hub 116 by the bearing 124 and there is no oil pressure in the oil chamber 137 for actuation of the clutch piston assembly 114. As a result, power is not transmitted between the clutch piston assembly 114 and the clutch friction plates of the friction plate assembly 126, the first bevel gear 122 and the propeller shaft 130. The clutch friction plates of the friction plate assembly 126, the first bevel gear 122, the propeller shaft 130 and the second/rear differential assembly 132 rotate at front wheel speed due to the two-wheel drive configuration. Since the first differential assembly 110 is splined to the drive shaft 118, the two-wheel drive configuration is possible even when the clutch piston assembly 114 is disengaged/deactivated.

Wie in 2C und 2D gezeigt, kann eine elektronische Einheit oder eine elektronische Steuereinheit (nicht gezeigt) des Fahrzeugs die elektrohydraulische Einheit 108 betätigen, die Öl zu der Wegeventilbaugruppe 138 pumpen kann, um die Kupplungskolbenbaugruppe 114 zu betätigen, wenn das Fahrzeug in die Vierradantriebskonfiguration geschaltet ist. Die elektronische Steuereinheit kann beispielsweise durch eine beliebige oder eine Kombination aus einem Prozessor, Mikroprozessoren, Steuervorrichtungen, Mikrocontrollern und Speichern/Speichervorrichtungen wie Speicherkarten oder Festplattenenden dergleichen realisiert werden. Die elektronische Steuereinheit kann mit einem oder mehreren Sensoren und Aktuatoren des Fahrzeugs gekoppelt werden, um Daten und/oder Anweisungen/Befehle zu empfangen und/oder zu übertragen. Ferner kann die Wegeventilbaugruppe 138 einen definierten Öldruck in den Ölkanälen des Gehäuses der Getriebeeinheit ermöglichen, und ferner tritt das Öl durch die Öffnung/Einlass 140 in die Ölkammer 137 ein. Durch den Hydraulikdruck in der Ölkammer 137 wird die Kupplungskolbenbaugruppe betätigt und bewegt sich in einer linearen Richtung und drückt die Kupplungsreibungsplatten der Reibungsplattenbaugruppe 126 zusammen. Ferner wird die von dem Elektromotor 106 des Triebstrangs 102 erzeugte Leistung über den Getriebesatz auf das Parksperrengetriebe 112 und weiter auf die erste Differentialbaugruppe 110, die mit dem Parksperrengetriebe 112 verschraubt ist, und die Kupplungskolbenbaugruppe 114, die mit der Parksperrennabe 116 verzahnt ist, übertragen. Ferner wird die Leistung von der ersten Differentialbaugruppe 110 über die Antriebswelle 118, die mit der ersten Differentialbaugruppe 110 verzahnt ist, auf die Vorderräder 120 übertragen (für die Verdeutlichung ist der Leistungsfluss an die Vorderräder 120 durch dünne Pfeile gezeigt). Nach Betätigung der Kupplungskolbenbaugruppe 114 durch den Öldruck in der Ölkammer 137 drückt die Kupplungskolbenbaugruppe 114 außerdem die Reibungsplatten der Reibungsplattenbaugruppe 126 zusammen, um die Reibungsplatten in Eingriff zu bringen. Das Eingreifen der Reibungsplatten ermöglicht den Leistungsfluss von der Parksperrennabe 116 zu dem ersten Kegelrad 122 über die Kupplungskolbenbaugruppe 114 und die Reibungsplattenbaugruppe 126. Die Leistung wird von dem ersten Kegelrad 122 über das zweite Kegelradgetriebe 128 auf die Gelenkwelle 130 und dann über die Antriebswelle/hintere Antriebswelle 136 auf die mit den Hinterrädern 134 gekoppelte zweite/hintere Differentialbaugruppe 132 übertragen (der Übersichtlichkeit halber ist der Leistungsfluss zu den Hinterrädern 134 durch gestrichelte Pfeile gezeigt). Daher können alle vier Räder 120 und 134 die Leistung von dem Elektromotor 106 aufnehmen und sich entsprechend drehen.As in 2C and 2D As shown, an electronic unit or an electronic control unit (not shown) of the vehicle may actuate the electro-hydraulic unit 108, which may pump oil to the directional control valve assembly 138 to actuate the clutch piston assembly 114 when the vehicle is shifted into the four-wheel drive configuration. The electronic control unit can be implemented, for example, by any or a combination of a processor, microprocessors, control devices, microcontrollers and memory/storage devices such as memory cards or hard drive ends, etc. The electronic control unit may be coupled to one or more sensors and actuators of the vehicle to receive and/or transmit data and/or instructions/commands. Furthermore, the directional valve assembly 138 can enable a defined oil pressure in the oil channels of the housing of the transmission unit, and further the oil enters the oil chamber 137 through the opening/inlet 140. By the hydraulic pressure in the oil chamber 137, the clutch piston assembly is actuated and moves in a linear direction, compressing the clutch friction plates of the friction plate assembly 126. Furthermore, the power generated by the electric motor 106 of the drive train 102 is transmitted via the gear set to the parking lock gear 112 and further to the first differential assembly 110, which is screwed to the parking lock gear 112, and the clutch piston assembly 114, which is toothed to the parking lock hub 116. Further, the power from the first differential assembly 110 is transmitted to the front wheels 120 via the drive shaft 118, which is geared to the first differential assembly 110 (for clarity, the power flow to the front wheels 120 is shown by thin arrows). Further, upon actuation of the clutch piston assembly 114 by the oil pressure in the oil chamber 137, the clutch piston assembly 114 compresses the friction plates of the friction plate assembly 126 to engage the friction plates. The engagement of the friction plates allows power to flow from the parking lock hub 116 to the first bevel gear 122 via the clutch piston assembly 114 and the friction plate assembly 126. Power is transferred from the first bevel gear 122 through the second bevel gear 128 to the propeller shaft 130 and then through the drive shaft/rear drive shaft 136 is transferred to the second/rear differential assembly 132 coupled to the rear wheels 134 (for clarity, the power flow to the rear wheels 134 is shown by dashed arrows). Therefore, all four wheels 120 and 134 can receive power from the electric motor 106 and rotate accordingly.

Somit stellt die vorliegende Offenbarung eine einfache, kostengünstige und leicht zu implementierende PTU bereit, die eine selektive Leistungsübertragung von einem vorderen elektrischen Triebstrang entweder auf die Vorderräder des Elektrofahrzeugs oder auf alle vier Räder des Elektrofahrzeugs ermöglicht, um das Elektrofahrzeug auf Grundlage der Lastanforderung in einer Zweiradantriebskonfiguration oder einer Vierradantriebskonfiguration anzutreiben, wobei dadurch das Erfordernis von zwei elektrischen Triebsträngen/Antriebssträngen für eine Vierradkonfiguration vermieden wird.Thus, the present disclosure provides a simple, inexpensive, and easy-to-implement PTU that enables selective power transfer from a front electric powertrain to either the front wheels of the electric vehicle or to all four wheels of the electric vehicle to power the electric vehicle based on the load requirement in a two-wheel drive configuration or a four-wheel drive configuration, thereby avoiding the need for two electric powertrains for a four-wheel drive configuration.

Während das Vorstehende verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschreibt, können andere und weitere Ausführungsformen der Erfindung formuliert werden, ohne von dem grundsätzlichen Umfang davon abzuweichen. Der Umfang der Erfindung wird durch die Ansprüche bestimmt, die folgen. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen, Varianten oder Beispiele beschränkt, die beinhaltet sind, um es einem Durchschnittsfachmann zu ermöglichen, die Erfindung herzustellen und zu verwenden, wenn sie mit den Informationen und Kenntnissen kombiniert werden, die dem Durchschnittsfachmann zur Verfügung stehen.While the foregoing describes various embodiments of the invention, other and further embodiments of the invention may be formulated without departing from the basic scope thereof. The scope of the invention is determined by the claims that follow. The invention is not limited to the described embodiments, variations or examples, which are included to enable one of ordinary skill in the art to make and use the invention when combined with the information and knowledge available to one of ordinary skill in the art.

Die vorliegende Offenbarung stellt einen einfachen und effizienten elektrischen Triebstrang für ein Elektrofahrzeug bereit, der das Elektrofahrzeug auf Grundlage der Anforderungen wahlweise in einer Zweiradantriebskonfiguration oder einer Vierradkonfiguration betreiben kann.The present disclosure provides a simple and efficient electric powertrain for an electric vehicle that can selectively operate the electric vehicle in a two-wheel drive configuration or a four-wheel drive configuration based on requirements.

Die vorliegende Offenbarung stellt eine effiziente und kostengünstige Zapfwelleneinheit bereit, die in einen vorderen Triebstrang eines Elektrofahrzeugs eingebaut werden kann, um die Leistung selektiv auf ein Paar Vorderräder in einer Zweiradantriebskonfiguration und auf beide Paare von Vorderrädern und Hinterrädern in einer Vierradantriebskonfiguration zu übertragen.The present disclosure provides an efficient and cost-effective PTO unit that can be installed in a front drivetrain of an electric vehicle to selectively transfer power to a pair of front wheels in a two-wheel drive configuration and to both pairs of front and rear wheels in a four-wheel drive configuration.

Die vorliegende Offenbarung stellt einen verbesserten Triebstrang mit einer Anordnung für ein Elektrofahrzeug bereit, die es dem Elektrofahrzeug ermöglichen kann, auf Grundlage der Anforderungen wahlweise in einer Zweiradantriebskonfiguration und einer Vierradantriebskonfiguration betrieben zu werden, wobei dadurch die Notwendigkeit von zwei elektrischen Triebsträngen für die Vierradantriebskonfiguration entfällt.The present disclosure provides an improved powertrain with an arrangement for an electric vehicle that can enable the electric vehicle to selectively operate in a two-wheel drive configuration and a four-wheel drive configuration based on requirements, thereby eliminating the need for two electric powertrains for the four-wheel drive configuration.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102011109340 A1 [0004]

Claims

Power take-off unit (PTU) (104) for a drive train (102) of an electric vehicle, the PTU (104) comprising: a clutch piston assembly (114) which is toothed with a parking lock hub (116), the parking lock hub (116) being coupled via a parking lock gear (112) to a first differential assembly (110) of the drive train (102), the first differential assembly (110) is geared to a drive shaft (118) of the electric vehicle; a first bevel gear (122) configured via a bearing (124) on the parking lock hub (116); a friction plate assembly (126) configured on the first bevel gear (122); and a second bevel gear (128) engaged with the first bevel gear (122), the second bevel gear (128) coupled to a propeller shaft (130) coupled to a second differential assembly (132); wherein the clutch piston assembly (114) is configured to selectively engage and disengage the first bevel gear (122) with the parking lock hub (116) by selectively engaging and disengaging the friction plates of the friction plate assembly (126); and wherein the PTU (104) is configured to enable selective operation of the electric vehicle in a two-wheel drive configuration and a four-wheel drive configuration based on actuation of the clutch piston assembly (114).

PTU (104) after Claim 1 , wherein in the two-wheel drive configuration, an electric motor (106) of the drive train (102) generates power and via a gear set to the parking lock gear (112) and then to the first differential assembly (110), which is bolted to the parking lock gear (112), and the clutch piston assembly (114), which is geared to the parking lock hub (116), and then to the first drive shaft (118), which is geared to the first differential assembly (110).

PTU (104) after Claim 1 , wherein the drive shaft (118) is coupled to the front wheels (120) of the vehicle.

PTU (104) after Claim 1 , wherein the PTU (104) includes a directional valve assembly (138) to regulate the flow of oil from an electro-hydraulic unit (108) of the drive train (102) into a housing, and wherein the directional valve assembly (138) is configured to control the flow when actuated a predefined oil pressure to oil passages of the housing to allow the oil to enter an oil chamber (137) adjacent to the clutch piston assembly (114) to actuate the clutch piston assembly (114).

PTU (104) after Claim 4 , wherein, when the vehicle is shifted into the four-wheel drive configuration, an electronic unit of the vehicle actuates the electro-hydraulic unit (108) and the directional control valve assembly (138) to actuate the clutch piston assembly (114), and wherein the is driven by an electric motor (106) of the Drive train (102) generated power via a gear set to the parking lock gear (112) and further to the first differential assembly (110), which is screwed to the parking lock gear (112), and the clutch piston assembly (114), which meshes with the parking lock hub (116). is, and then transmitted to the pair of first drive shafts (118) which are splined to the first differential assembly (110).

PTU (104) after Claim 5 wherein when the clutch piston assembly (114) is actuated, the clutch piston assembly (114) compresses the friction plates of the friction plate assembly (126) to engage the friction plates, the engagement of the friction plates increasing power flow from the parking lock hub (116) to the first Bevel gear (122) through the clutch piston assembly (114) and the friction plate assembly (126) and on to the propeller shaft (130) and then to the second differential assembly (132) coupled to the propeller shaft (130).

PTU (104) after Claim 1 , wherein the second differential assembly (132) is a rear differential of the vehicle connected to the rear wheels (134) of the vehicle.

PTU (104) after Claim 1 , wherein the drive train (102) is a front drive train (102) of the vehicle.

PTU (104) after Claim 1 , wherein a housing of the first differential assembly (110) is screwed to the parking lock gear (112).

PTU (104) after Claim 1 , wherein the bearing (124) is configured to prevent direct transfer of power from the parking lock hub (116) to the first bevel gear (122).