DE112020000999T5

DE112020000999T5 - Achsanordnung für Niederflurfahrzeuge

Info

Publication number: DE112020000999T5
Application number: DE112020000999.8T
Authority: DE
Inventors: Shaun Mepham
Original assignee: Allison Transmission Inc
Current assignee: Allison Transmission Inc
Priority date: 2019-02-28
Filing date: 2020-02-28
Publication date: 2022-01-20
Also published as: KR102580735B1; US20200276895A1; KR20210129173A; US20220126663A1; GB202218965D0; WO2020176866A1; GB2595168A; GB2595168B; KR20230141876A; GB2610994A; CN113573932A; US11970053B2; KR102653801B1; GB202111738D0; GB2610994B; US11220168B2

Abstract

Eine elektrische Achsanordnung umfasst einen Aufhängungsrahmen und Antriebsanordnungen, die mit gegenüberliegenden Seiten des Aufhängungsrahmens gekoppelt sind. Die elektrische Achsanordnung befindet sich in Eingriff mit den Rädern eines Fahrzeugs, um die Räder zu drehen, um das Fahrzeug entlang einer Untergrundfläche zu bewegen. Eine Antriebseinheit überträgt eine Antriebskraft über einen oder mehrere Radsätze und Achswellen auf die Räder.

Description

VERWEIS AUF VERWANDTE U.S. PATENTANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/812,039 , die am 28. Februar 2019 eingereicht wurde, wobei die Offenbarung davon hier durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit mit aufgenommen wird.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen Achsanordnungen für Fahrzeuge und insbesondere eine elektrische Achsanordnung für ein Fahrzeug.
HINTERGRUND
Um Einsteigen und Aussteigen zu unterstützen, ist es für ein Kraftfahrzeug wünschenswert, einen Boden zu haben, der so niedrig wie möglich zum Untergrund ist. Busse und Personentransporter, üblicherweise als Niederflurfahrzeuge bezeichnet, sind Beispiele für Fahrzeuge, die von einer niedrigen Flurhöhe profitieren. Durch die Verringerung der Flurhöhe kann eine Stufe an einer Tür des Fahrzeugs vermieden werden, was wiederum einen einfacheres Einsteigen und Aussteigen für die Fahrzeuginsassen ermöglicht. Die Vermeidung von Stufen ist besonders vorteilhaft für behinderte Fahrgäste und Fahrgäste, die Gegenstände, wie z. B. Kinderwagen, tragen. Die Hersteller wenden sich zunehmend elektrischen und hybriden Antriebssystemen für Niederflurfahrzeuge für eine erhöhte Leistung und Effizienz zu. Um den Boden des Fahrzeugs so niedrig wie möglich zu halten, werden die Komponenten des Antriebsstrangs so verlegt, dass sie weniger in den Fahrzeugboden eindringen.
ZUSAMMENFASSUNG
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann eine elektrische Achsanordnung einen Aufhängungsrahmen, eine erste Antriebsanordnung und eine zweite Antriebsanordnung, die mit gegenüberliegenden Seiten des Aufhängungsrahmens gekoppelt sind, eine Antriebseinheit und einen Antriebsstrang umfassen. Eine erste Radnabe kann mit der ersten Antriebsanordnung gekoppelt sein und eine zweite Radnabe kann mit der zweiten Antriebsanordnung gekoppelt sein. Die erste und zweite Radnabe können angeordnet sein, um Räder für eine Drehung um eine erste Achse zu halten.
In veranschaulichenden Ausführungsformen kann der Antriebsstrang einen ersten Radsatz, der in der ersten Antriebsanordnung angeordnet ist, einen zweiten Radsatz, der in der zweiten Antriebsanordnung angeordnet ist, und eine Portalachse, die sich zwischen dem ersten und dem zweiten Radsatz erstreckt, umfassen. Der erste Radsatz kann mit der ersten Radnabe gekoppelt sein und der zweite Radsatz kann mit der zweiten Radnabe gekoppelt sein. Die Portalwelle kann für eine Drehung um eine zweite Achse, die gegenüber der ersten Achse versetzt ist, angeordnet sein.
In veranschaulichenden Ausführungsformen kann die Antriebseinheit in der ersten Antriebsanordnung angeordnet sein und kann ausgestaltet sein, um ein Differential des ersten Radsatzes mit Antriebskraft zu versorgen. Die Portalwelle kann mit dem Differential gekoppelt sein. Das Differential kann ausgestaltet sein, um die Antriebskraft über den ersten Radsatz auf die erste Radnabe und über die Portalwelle und den zweiten Radsatz auf die zweite Radnabe zu übertragen.
In veranschaulichenden Ausführungsformen kann der erste Radsatz das Differential, einen mit dem Differential gekoppelten Wellenstumpf, einen mit dem Wellenstumpf gekoppelten ersten Ausgangsradsatz und einen mit dem ersten Ausgangsradsatz und der ersten Radnabe gekoppelten ersten Planetenradsatz aufweisen. Das Differential kann entlang der zweiten Achse angeordnet sein. Der zweite Radsatz kann einen zweiten Ausgangsradsatz, der mit der Portalwelle dem Differential gegenüberliegend gekoppelt ist, und einen zweiten Planetenradsatz, der mit dem zweiten Ausgangsradsatz und der zweiten Radnabe gekoppelt ist, aufweisen.
In veranschaulichenden Ausführungsformen kann eine Brücke des Aufhängungsrahmens von der ersten Achse versetzt sein, und die Portalwelle kann angeordnet sein, um die Brücke im Wesentlichen auszurichten.
In veranschaulichenden Ausführungsformen kann das Differential ein Gehäuse, einen Zahnkranz, der mit dem Gehäuse für eine Drehung mit dem Gehäuse um die zweite Achse gekoppelt ist, und Seitenräder, die mit der Portalwelle bzw. dem Wellenstumpf gekoppelt sind und mit dem Zahnkranz in Eingriff stehen, aufweisen.
In veranschaulichenden Ausführungsformen kann das Differential ein Gehäuse, ein Paar von Planetenrädern, die mit dem Gehäuse für eine Drehung mit dem Gehäuse um die zweite Achse gekoppelt sind, und Seitenräder, die mit der Portalwelle bzw. dem Wellenstumpf gekoppelt sind, aufweisen. Die Planetenräder können sich miteinander und mit einem entsprechenden der Seitenräder in Eingriff befinden.
In veranschaulichenden Ausführungsformen kann der erste Ausgangsradsatz ein mit dem Wellenstumpf gekoppeltes Ritzel und ein mit dem ersten Planetenradsatz gekoppeltes und mit dem Ritzel in Eingriff stehendes Ausgangsrad aufweisen.
In veranschaulichenden Ausführungsformen kann das Ausgangsrad für eine Drehung um die erste Achse angeordnet sein.
In veranschaulichenden Ausführungsformen kann der erste Planetenradsatz ein Sonnenrad, das mit dem Ausgangsrad für eine Drehung um die erste Achse gekoppelt ist, ein Planetenrad, das radial außerhalb des Sonnenrades angeordnet ist und sich mit dem Sonnenrad in Eingriff befindet, ein Hohlrad, das radial außerhalb des Planetenrades angeordnet ist und sich mit dem Planetenrad in Eingriff befindet, und einen Träger, der mit dem Planetenrad und der ersten Radnabe gekoppelt ist, aufweisen. Das Hohlrad kann relativ zu der ersten Achse feststehend sein.
In veranschaulichenden Ausführungsformen kann der zweite Ausgangsradsatz ein mit der Portalwelle gekoppeltes Ritzel und ein mit dem zweiten Planetenradsatz gekoppeltes und mit dem Ritzel in Eingriff befindliches Ausgangsrad aufweisen.
In veranschaulichenden Ausführungsformen kann das Ausgangsrad für eine Drehung um die erste Achse angeordnet sein.
In veranschaulichenden Ausführungsformen kann der zweite Planetenradsatz ein Sonnenrad, das mit dem Ausgangsrad für eine Drehung um die erste Achse gekoppelt ist, ein Planetenrad, das radial außerhalb des Sonnenrades angeordnet ist und sich mit dem Sonnenrad in Eingriff befindet, ein Hohlrad, das radial außerhalb des Planetenrades angeordnet ist und sich mit dem Planetenrad in Eingriff befindet, und einen Träger, der mit dem Planetenrad und der zweiten Radnabe gekoppelt ist, aufweisen. Das Hohlrad kann relativ zu der ersten Achse feststehend sein.
In veranschaulichenden Ausführungsformen kann die elektrische Achsanordnung ferner ein Antriebsrad umfassen, das mit dem Differential gekoppelt und angeordnet ist, um die Antriebskraft von der Antriebseinheit aufzunehmen.
In veranschaulichenden Ausführungsformen kann die elektrische Achsanordnung ferner ein Getriebe umfassen. Das Getriebe kann ein erstes Eingangsrad und ein zweites Eingangsrad, die mit einem Antriebsrad gekoppelt sind, ein erstes Ausgangsrad und ein zweites Ausgangsrad, die drehbar auf einer mit dem Differential gekoppelten Trägerwelle angebracht sind, und einen auf der Trägerwelle angebrachten Gangwähler aufweisen. Das Antriebsrad kann angeordnet sein, um eine Antriebskraft von der Antriebseinheit aufzunehmen. Das erste Eingangsrad kann sich in Eingriff mit dem ersten Ausgangsrad befinden und das zweite Eingangsrad kann sich in Eingriff mit dem zweiten Ausgangsrad befinden. Der Gangwähler kann entlang der Trägerwelle beweglich und relativ zu der Trägerwelle drehbar befestigt sein. Der Gangwähler kann ausgestaltet sein, um sich wahlweise mit dem ersten oder zweiten Ausgangsrad in Eingriff zu befinden, um die Drehung des in Eingriff befindlichen ersten oder zweiten Ausgangsrads relativ zu der Trägerwelle zu blockieren.
In veranschaulichenden Ausführungsformen kann sich der Gangwähler in einer ersten Konfiguration mit dem ersten Ausgangsrad in Eingriff befinden, um eine Drehung des ersten Ausgangsrads relativ zu der Trägerwelle zu blockieren und eine Drehung des zweiten Ausgangsrads relativ zu der Trägerwelle zu ermöglichen, um ein niedriges Übersetzungsverhältnis des Getriebes bereitzustellen. In einer zweiten Konfiguration kann sich der Gangwähler mit dem zweiten Ausgangsrad in Eingriff befinden, um eine Drehung des zweiten Ausgangsrads relativ zu der Trägerwelle zu blockieren und eine Drehung des ersten Ausgangsrads relativ zu der Trägerwelle zu ermöglichen, um ein hohes Übersetzungsverhältnis des Getriebes bereitzustellen.
In veranschaulichenden Ausführungsformen kann die elektrische Achsanordnung ferner einen Aktuator umfassen, der ausgestaltet ist, um den Gangwähler in die erste und zweite Konfiguration zu bewegen.
Figurenliste
Die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren sind in den beigefügten Figuren (hier abgekürzt als „Fig.“) anhand von Beispielen und nicht als Beschränkung dargestellt. Für eine einfache und klare Darstellung sind die in den Figuren dargestellten Elemente nicht notwendigerweise maßstabsgerecht gezeichnet. Beispielsweise können die Abmessungen einiger Elemente im Vergleich zu anderen Elementen zur Klarstellung übertrieben dargestellt sein. Ferner wurden, wo es als angemessen erachtet wurde, Bezugszeichen in den Figuren wiederholt, um auf entsprechende oder analoge Elemente hinzuweisen.

1 ist eine perspektivische Ansicht einer elektrischen Achsanordnung für ein Niederflurfahrzeug gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
2 ist eine vordere Draufsicht auf die in 1 gezeigte elektrische Achsanordnung.
3 ist eine schematische Ansicht der elektrischen Achsanordnung von 1.
4 ist eine schematische Ansicht eines Differentials der elektrischen Achsanordnung von 3.
5 ist eine schematische Ansicht eines Planetenradsatzes der elektrischen Achsanordnung von 3.
6 ist eine schematische Ansicht einer anderen elektrischen Achsanordnung für ein Niederflurfahrzeug gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
7 ist eine schematische Ansicht eines Differentials der elektrischen Achsanordnung von 6.
8 ist eine schematische Ansicht einer anderen elektrischen Achsanordnung für ein Niederflurfahrzeug gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
9 ist eine ähnliche Ansicht wie 8, die eine Brücke einer Aufhängung der elektrischen Achsanordnung mit einer verkürzten Breite zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Obwohl die Konzepte der vorliegenden Offenbarung auf verschiedene Modifikationen und alternative Ausgestaltungen anwendbar sind, sind spezielle exemplarische Ausführungsformen davon in den Zeichnungen beispielhaft dargestellt und werden hier im Detail beschrieben. Es sollte jedoch selbstverständlich sein, dass es nicht die Absicht ist, die Konzepte der vorliegenden Offenbarung auf die besonderen offengelegten Ausführungen zu beschränken, sondern im Gegenteil, die Absicht ist, alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abzudecken, die unter den Gehalt und Umfang der Offenbarung fallen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.
Verweise in der Beschreibung auf „eine Ausführungsform“, „Ausführungsform“, „eine Beispielausführungsform“ usw. zeigen an, dass die beschriebene Ausführungsform ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Eigenschaft aufweisen kann, dass aber nicht jede Ausführungsform notwendigerweise das bestimmte Merkmal, die bestimmte Struktur oder die bestimmte Eigenschaft aufweisen muss. Außerdem beziehen sich solche Ausdrücke nicht notwendigerweise auf die gleiche Ausführungsform. Wenn ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Eigenschaft in Verbindung mit einer Ausführungsform beschrieben wird, so ist davon auszugehen, dass ein Fachmann in der Lage ist, dieses Merkmal, diese Struktur oder diese Eigenschaft auch in Verbindung mit anderen Ausführungsformen zu nutzen, unabhängig davon, ob dies ausdrücklich beschrieben wird oder nicht.
Eine veranschaulichende elektrische Achsanordnung 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung ist in 1-3 dargestellt. Die elektrische Achsanordnung 10 kann zum Beispiel in einem Niederflurfahrzeug, wie einem Bus, verwendet werden, um das Fahrzeug für die Fahrt über den Untergrund zu unterstützen und das Fahrzeug anzutreiben. Die elektrische Achsanordnung 10 weist einen Aufhängungsrahmen 12 und eine erste und eine zweite Antriebsanordnung 14, 16 auf, die mit gegenüberliegenden Seiten des Aufhängungsrahmens 12 verbunden sind. Der Aufhängungsrahmen 12 weist Befestigungen 15 und eine Brücke 17 auf. Der Aufhängungsrahmen 12 ist an einem (nicht dargestellten) Fahrzeugrahmen über die Befestigungen 15 und Steuerarme 19 für ein Halten der Antriebsanordnungen 14, 16 in Bezug auf den Fahrzeugrahmen befestigt. In der dargestellten Ausführungsform sind die Befestigungen 15 mit den Antriebsanordnungen 14, 16 gekoppelt, und die Antriebsanordnungen 14, 16 sind mit der Brücke 17 gekoppelt, um die Antriebsanordnungen 14, 16 beabstandet voneinander zu halten. In einigen Ausführungsformen sind die Befestigungen 15 mit den Antriebsanordnungen 14, 16 gekoppelt, und die Brücke 17 (die ein Paar von Schienen umfasst, die entlang gegenüberliegender Seiten der Antriebsanordnungen 14, 16 angeordnet sind) ist mit den Befestigungen 15 gekoppelt, um die Antriebsanordnungen 14, 16 voneinander beabstandet zu halten.
Eine Antriebseinheit 18, wie zum Beispiel ein Elektromotor, der Antriebsanordnung 14 liefert eine Antriebskraft an einen Antriebsstrang 20 für ein Drehen der Räder 100 (die in 2 schemenhaft dargestellt sind), die auf Radnaben 11, 13 um eine Achse A angebracht sind, um das Fahrzeug entlang des Untergrunds anzutreiben, wie in 1 und 2 gezeigt. Die Radnaben 11, 13 ermöglichen die Anbringung der Räder 100 an den Antriebsanordnungen 14, 16 für eine Drehung mit einer Drehung des Antriebsstrangs 20. Der Antriebsstrang 20 umfasst einen ersten Radsatz 22 der ersten Antriebsanordnung 14, einen zweiten Radsatz 24 der zweiten Antriebsanordnung 16 und eine Portalwelle 26, die zwischen dem ersten und dem zweiten Radsatz 22, 24 angeordnet ist. Die Portalwelle 26 ist für eine Drehung um eine Achse B angeordnet. Die Brücke 17 und die Portalwelle 26 sind zu der Drehachse A der Räder 100 versetzt, um die Höhe des Niederflurs des Fahrzeugs zu verringern, wie in 2 gezeigt. Es ist wünschenswert, dass die Höhe des Niederflurs des Fahrzeugs so niedrig wie möglich und die Breite so groß wie möglich ist, um die Kapazität des Fahrzeugs zu maximieren. In der dargestellten Ausführungsform ist die Drehachse B der Portalwelle 26 von der Drehachse A der Räder 100 und Naben 11, 13 um einen Abstand D entlang einer vertikalen Achse V versetzt. Die Brücke 17 ist auch so niedrig wie möglich angeordnet und die Portalwelle 26 und die Brücke 17 können entlang einer horizontalen Ebene ausgerichtet sein, wie in 2 gezeigt.
Der erste Radsatz 22 ist angeordnet, um die von der Antriebseinheit 18 bereitgestellte Antriebskraft auf die Radnabe 11 und die Portalwelle 26 zu übertragen, wie in 1-3 gezeigt. Die Portalwelle 26 überträgt die von dem ersten Radsatz 22 bereitgestellte Antriebskraft auf den zweiten Radsatz 24, und der zweite Radsatz 24 überträgt die Antriebskraft auf die Radnabe 13. Es sollte klar sein, dass die Anordnung der Antriebseinheit 18 und des Antriebsstrangs 20 umgekehrt sein kann (mit der Antriebseinheit 18 und dem ersten Radsatz 22 in der zweiten Antriebsanordnung 16 und dem zweiten Radsatz 24 in der ersten Antriebsanordnung 14), ohne von der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Der erste Radsatz 22 weist ein Differential 30, einen ersten Ausgangsradsatz 32 und einen ersten Planetenradsatz 34 auf, wie in 3 gezeigt. Ein mit der Antriebseinheit 18 gekoppeltes Eingangsrad 36 befindet sich in Eingriff mit einem mit dem Differential 30 gekoppelten Antriebsrad 38, um die von der Antriebseinheit 18 gelieferte Antriebskraft auf das Differential 30 zu übertragen. Die Portalwelle 26 und ein Wellenstumpf 31 sind mit dem Differential 30 gekoppelt und erstrecken sich in entgegengesetzten Richtungen. Der erste Ausgangsradsatz 32 ist mit dem Wellenstumpf 31 gekoppelt, und der Wellenstumpf 31 überträgt die Antriebskraft von dem Differential 30 zu dem ersten Ausgangsradsatz 32 und dem ersten Planetenradsatz 34, um die Drehung der Radnabe 11 (und des daran befestigten Rades 100) anzutreiben. In der dargestellten Ausführungsform sind die Portalwelle 26, das Differential 30 und der Wellenstumpf 31 entlang der Drehachse B angeordnet, um sich um die Achse B zu drehen. Der erste Ausgangsradsatz 32 weist ein mit dem Wellenstumpf 31 gekoppeltes Ritzel 33 und ein Ausgangsrad 35 auf, das sich mit dem Ritzel 33 in Eingriff befindet. Das Ausgangsrad 35 ist mit dem Planetenradsatz 34 gekoppelt, und eine mit dem Planetenradsatz 34 gekoppelte Achswelle 37 befindet sich in Eingriff mit der Radnabe 11.
Die Portalwelle 26 überträgt die Antriebskraft von dem Differential 30 auf den zweiten Radsatz 24 der zweiten Antriebsanordnung 16, um eine Drehung der Radnabe 13 (und des angebrachten Rades 100) anzutreiben, wie in 3 gezeigt. Der zweite Radsatz 24 weist einen zweiten Ausgangsradsatz 42 auf, der mit der Portalwelle 26 gegenüberliegend zu dem Differential 30 gekoppelt ist, und einen zweiten Planetenradsatz 44, der mit dem zweiten Ausgangsradsatz 42 gekoppelt ist. Der zweite Ausgangsradsatz 42 ähnelt dem ersten Ausgangsradsatz 32 und weist ein mit der Portalwelle 26 gekoppeltes Ritzel 43 und ein Ausgangsrad 45 auf, das sich mit dem Ritzel 43 in Eingriff befindet. Das Ausgangsrad 45 ist mit dem Planetenradsatz 44 gekoppelt, und eine mit dem Planetenradsatz 44 gekoppelte Achswelle 47 befindet sich in Eingriff mit der Radnabe 13.
Das Differential 30 ermöglicht der Portalwelle 26 und dem Wellenstumpf 31, sich mit unterschiedlichen Drehzahlen relativ zueinander zu drehen, wie in 3 und 4 gezeigt. In der veranschaulichenden Ausführungsform ist das Differential 30 ein „offenes“ Differential und weist ein Gehäuse 50, einen oder mehrere Zahnkränze 52, 54, die für eine Drehung mit dem Gehäuse 50 gekoppelt sind, und Seitenräder 56, 58 auf, die mit der Portalwelle 26 bzw. dem Wellenstumpf 31 gekoppelt sind, wie in 4 gezeigt. Eine Drehung des Gehäuses 50 bewegt die Zahnkränze 52, 54 um die Drehachse B, und die Zahnkränze 52, 54 greifen in die Seitenräder 56, 58 ein, um die Portalwelle 26 und den Wellenstumpf 31 mit der Drehung des Gehäuses 50 zu drehen. Die Zahnkränze 52, 54 sind auch relativ zu dem Gehäuse 50 drehbar, um relative Unterschiede in der Drehgeschwindigkeit zwischen der Portalwelle 26 und dem Wellenstumpf 31 zu ermöglichen, um zum Beispiel ein Nachschleppen der Räder beim Wenden des Fahrzeugs zu verhindern.
Jeder der Planetenradsätze 34, 44 kann ähnlich ausgestaltet sein und die folgende Beschreibung des in 5 gezeigten ersten Planetenradsatzes 34 ist gleichermaßen auf den zweiten Planetenradsatz 44 anwendbar. Der erste Planetenradsatz 34 umfasst ein Sonnenrad 62, das mit dem Ausgangsrad 35 gekoppelt ist, ein oder mehrere Planetenräder 64, die mit einem Träger 66 gekoppelt sind, und ein (bezogen auf die Achse A) fest stehendes Hohlrad 68. Das Hohlrad 68 ist radial außerhalb der Planetenräder 64 angeordnet (relativ zu der Drehachse A), und die Planetenräder 64 sind radial außerhalb des Sonnenrads 62 angeordnet. Eine Drehung des Sonnenrads 62 mit dem Ausgangsrad 35 bewegt die Planetenräder 64 um die Drehachse A und dreht den Träger 66. Die Achswelle 37 ist mit dem Träger 66 für eine Drehung mit dem Träger 66 gekoppelt. In dem zweiten Planetenradsatz 44 des zweiten Radsatzes 24 ist das Ausgangsrad 45 mit dem Sonnenrad 62 gekoppelt und die Achswelle 47 ist mit dem Träger 66 gekoppelt. Wie in der vorliegenden Offenbarung vorgesehen, kann das Differential 30 in einigen Ausführungsformen „sperrend“, „mit Drehmomentausgleich“, „mit begrenztem Schlupf“ oder eine andere Art von Differential sein.
Das Bereitstellen von Planetenradsätzen 34, 44 in den Antriebsanordnungen 14, 16 ermöglicht die Verwendung von auf dem Markt erhältlichen (COTS) Radnaben, wie sie in kleineren Niederflurfahrzeugen, z.B. Pendelbussen, verwendet werden. Es ist jedoch verständlich, dass in einigen Ausführungsformen der erste und der zweite Planetenradsatz 34, 44 in die Radnaben 11, 13 eingebaut werden können, wobei die Achswellen 37, 47 zwischen den Ausgangsrädern 35, 45 und den Sonnenrädern 62 des ersten und des zweiten Planetenradsatzes 34, 44 gekoppelt sind. In einigen Ausführungsformen können Verteilergetriebe verwendet werden, um die Portalwelle 26 so niedrig wie möglich zu halten. Beispielhafte Verteilergetriebe sind in dem am 15. November 2005 erteilten US-Patent Nr. 6,964,317 offenbart, dessen Offenbarung durch Bezugnahme hierin in vollem Umfang aufgenommen wird.
In einigen Ausführungsformen kann die Brücke 17 auch zusätzliche Komponenten aufnehmen, wie zum Beispiel elektrische Wechselrichtervorrichtungen, die die Antriebseinheit 18 mit Energie versorgen, elektrische und Kommunikationskabel, Stromversorgungsbatterien, Kühlsystemkomponenten und/oder Gerätesteuerungen für einen Betrieb der elektrischen Achsanordnung 10. Beispiele für andere Achsanordnungen für Niederflurfahrzeuge sind in den internationalen Patentanmeldungsveröffentlichungen WO2019/014479 , veröffentlicht am 17. Januar 2019, und WO2019/217861 , veröffentlicht am 14. November 2019, gezeigt, deren Offenbarungen durch Bezugnahme hierin in ihrer Gesamtheit mit aufgenommen werden.
Eine weitere Ausführungsform einer elektrischen Achsanordnung 210 gemäß der vorliegenden Offenbarung ist in 6 dargestellt. Die elektrische Achsanordnung 210 ist ähnlich wie die elektrische Achsanordnung 10 der 1-5, und gleiche Bezugszeichen in den 200ern werden verwendet, um ähnliche Komponenten zu identifizieren, wobei die Beschreibung selbiger gleichermaßen gilt. Zumindest ein Unterschied zwischen der elektrischen Achsanordnung 210 und der elektrischen Achsanordnung 10 besteht in der Verwendung eines Planetendifferentials 230 (manchmal auch als Stirnraddifferential bezeichnet) anstelle des Differentials 30, wie in den 6 und 7 gezeigt. Das Planetendifferential 230 ermöglicht der Portalwelle 226 und dem Wellenstumpf 231, sich mit unterschiedlichen Drehzahlen relativ zueinander zu drehen. In der veranschaulichenden Ausführungsform umfasst das Planetendifferential 230 ein Gehäuse 250, ein oder mehrere Paare von Planetenrädern 252, 254, die für eine Drehung mit dem Gehäuse 250 gekoppelt sind, und Seitenräder 256, 258, die mit der Portalwelle 226 bzw. dem Wellenstumpf 231 gekoppelt sind, wie in 7 dargestellt. Eine Drehung des Gehäuses 250 bewegt die Planetenräder 252, 254 um die Drehachse B, und die Planetenräder 252, 254 sind miteinander und mit den jeweiligen Seitenrädern 256, 258 in Eingriff, um die Portalwelle 226 und den Wellenstumpf 231 mit einer Drehung des Gehäuses 250 zu drehen. Die Planetenräder 252, 254 sind auch relativ zu dem Gehäuse 250 drehbar, um relative Unterschiede in der Drehgeschwindigkeit zwischen der Portalwelle 226 und dem Wellenstumpf 231 zu ermöglichen, um zum Beispiel ein Nachschleppen der Räder beim Wenden des Fahrzeugs zu verhindern.
Eine weitere Ausführungsform einer elektrischen Achsanordnung 310 gemäß der vorliegenden Offenbarung ist in 8 dargestellt. Die elektrische Achsanordnung 310 ist ähnlich wie die elektrische Achsanordnung 10 der 1-5, und gleiche Bezeichnungen in den 300ern werden verwendet, um ähnliche Komponenten zu identifizieren, wobei die Beschreibung selbiger gleichermaßen gilt. Zumindest ein Unterschied zwischen der elektrischen Achsanordnung 310 und der elektrischen Achsanordnung 10 besteht in der Verwendung eines Mehrganggetriebes 370 in Kombination mit dem Differential 330, wie in 8 gezeigt. In der dargestellten Ausführungsform ist das Getriebe 370 ein Zweigang-Getriebe und weist Räder 372, 374, 376, 378 und einen Gangwähler 379 auf. Ein erstes Eingangsrad 372 und ein zweites Eingangsrad 374 sind mit dem Antriebsrad 338 für eine Drehung mit dem Antriebsrad 338 durch die Antriebseinheit 318 gekoppelt. Ein erstes Ausgangsrad 376 und ein zweites Ausgangsrad 378 sind drehbar auf einer mit dem Differential 330 gekoppelten Trägerwelle 373 angebracht. Das erste Eingangsrad 372 befindet sich in Eingriff mit dem ersten Ausgangsrad 376, und das zweite Eingangsrad 374 befindet sich in Eingriff mit dem zweiten Ausgangsrad 378. Ein Aktuator 371 ist mit dem Gangwähler 379 gekoppelt, um den Gangwähler 379 entlang der Trägerwelle 373 relativ zu dem ersten und zweiten Ausgangsrad 376, 378 zu bewegen.
Der Gangwähler 379 ist in 8 in einer neutralen Position zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgangsrad 376, 378 dargestellt, in der der Gangwähler 379 sowohl vom ersten als auch vom zweiten Ausgangsrad 376, 378 entkoppelt ist, um eine Drehung des ersten und des zweiten Ausgangsrads 376, 378 um die Drehachse B relativ zu der Trägerwelle 373 zu ermöglichen. Der Gangwähler 379 ist relativ zu der Trägerwelle 373 drehbar befestigt und ausgestaltet, um mit dem ersten und zweiten Ausgangsrad 376, 378 mit Bewegung durch den Aktuator 371 in Eingriff gebracht zu werden, um eine Drehung des ersten und zweiten Ausgangsrads 376, 378 relativ zu der Trägerwelle 373 zu blockieren. In einer ersten Konfiguration befindet sich der Gangwähler 379 in Eingriff mit dem ersten Ausgangsrad 376, um eine Drehung des ersten Ausgangsrads 376 gegenüber der Trägerwelle 373 zu blockieren und eine Drehung des zweiten Ausgangsrads 378 gegenüber der Trägerwelle 373 zu ermöglichen. In einer zweiten Konfiguration befindet sich der Gangwähler 379 in Eingriff mit dem zweiten Ausgangsrad 378, um eine Drehung des zweiten Ausgangsrads 378 relativ zu der Trägerwelle 373 zu blockieren und eine Drehung des ersten Ausgangsrads 376 relativ zu der Trägerwelle 373 zu ermöglichen. In einigen Ausführungsformen kann das Differential 230 anstelle des Differentials 330 verwendet werden, wobei die Trägerwelle 373 mit dem Differential 230 gekoppelt ist.
Das Getriebe 370 stellt mehrere wählbare Übersetzungsverhältnisse für einen Antrieb einer Drehung der Portalwelle 326 und des Wellenstumpfs 331 durch die Antriebseinheit 318 bereit, wie in 8 gezeigt. Zum Beispiel stellen das erste Eingangsrad 372 und das erste Ausgangsrad 376 in der ersten Konfiguration des Gangwählers 379 ein erstes Übersetzungsverhältnis (z. B. ein niedriges Verhältnis) bereit, das es ermöglicht, ein höheres Drehmoment von der Antriebseinheit 318 auf die Portalwelle 326 und den Wellenstumpf 331 zu übertragen, auf Kosten der Geschwindigkeit, was dem Fahrzeug ermöglicht, schneller zu beschleunigen. In einer zweiten Konfiguration stellen das zweite Eingangsrad 374 und das zweite Ausgangsrad 378 ein zweites Übersetzungsverhältnis (z.B. ein hohes Verhältnis) bereit, das eine erhöhte Drehgeschwindigkeit der Portalwelle 326 und des Wellenstumpfs 331 auf Kosten des Drehmoments ermöglicht, was dem Fahrzeug erlaubt, eine höhere Geschwindigkeit zu erreichen.
In einigen Ausführungsformen kann eine Größe der Portalwelle 326 und der Brücke 317 angepasst werden, um verschiedene Konfigurationen des Niederflurs in dem Fahrzeug zu berücksichtigen, wie in den 8 und 9 gezeigt. Zum Beispiel können die erste und die zweite Antriebsanordnung 314, 316 in einer ersten Konfiguration, wie in 8 gezeigt, um eine Breite W1 beabstandet sein. Die erste und die zweite Antriebsanordnung 314, 316 können in einer ersten Konfiguration wie in 9 gezeigt um eine Breite W2 voneinander beabstandet sein, wobei die Breite W2 kleiner als die Breite W1 ist. Dies ist auch auf die hierin offenbarten elektrischen Achsanordnungen 10, 210 anwendbar.
Die Beschreibungen der verschiedenen Ausführungsformen von elektrischen Achsanordnungen hierin können durch Bezugnahme miteinander kombiniert werden.
In veranschaulichenden Ausführungsformen können elektrische Achsanordnungen gemäß der vorliegenden Offenbarung zur Verwendung mit einem Fahrzeug, wie z. B. einem Bus, ausgestaltet sein. Räder sind an gegenüberliegenden Enden der elektrischen Achsanordnungen angeordnet, um das Fahrzeug für die Beförderung entlang einer Untergrundfläche zu unterstützen. Die elektrischen Achsanordnungen treiben das Fahrzeug an, indem sie die Antriebskraft auf die Räder übertragen, die in Kontakt mit der Untergrundfläche stehen. Das Fahrzeug kann ein Fahrgestell umfassen, auf dem eine Karosserie und andere Ausrüstungsgegenstände gehalten werden können. Das Fahrgestell kann Rahmenschienen, Aufhängungskomponenten wie Federn, Dämpfer und Längslenker sowie Bremskomponenten wie Druckluftzylinder, Bremssättel, Bremsscheiben, Bremstrommeln, Bremsschläuche und dergleichen umfassen. Die elektrischen Achsanordnungen können senkrecht zu den Rahmenschienen montiert werden, so dass das Fahrzeug in einer Richtung fährt, die zu den Rahmenschienen ausgerichtet ist.
In beispielhaften Ausführungsformen können die elektrischen Achsanordnungen für „Einzelrad“-Anwendungen und „Doppelrad“-Anwendungen ausgestaltet werden. Bei „Einzelrad“-Anwendungen wird ein einzelnes Rad an jedes Ende der elektrischen Achsanordnung gekoppelt. Ebenso sind bei „Doppelrad“-Anwendungen die Räder paarweise an jedem Ende der elektrischen Achsanordnung angeordnet. Ein Beispiel für eine „Doppelrad“-Anwendung sind Fahrzeuge, die eine erhöhte Nutzlast oder Anhängelast erfordern. Fahrzeuge, die eine noch höhere Nutzlast / Anhängelast erfordern, können mit zwei oder mehr elektrischen Achsanordnungen ausgestattet werden. Einige Fahrzeuge können auch andere Antriebsvorrichtungen als Räder benötigen. So können z. B. Raupenketten oder Schienenräder mit der elektrischen Achsanordnung gekoppelt werden, um das Fahrzeug anzutreiben. Die elektrische Achsanordnung kann an der Vorderseite und an der Rückseite des Fahrzeugs angebracht werden, um verschiedene Antriebsarten wie Vorderradantrieb, Hinterradantrieb und Allradantrieb zu realisieren.
In veranschaulichenden Ausführungsformen wird die Leistung des Fahrzeugs optimiert, wenn die Räder in ständigem Kontakt mit dem Untergrund stehen. Um dem Untergrund leichter folgen zu können, kann ein Aufhängungssystem die elektrische Achsanordnung beweglich mit den Rahmenschienen verbinden. Die Aufhängung ermöglicht es der elektrischen Achsanordnung, sich relativ zu den Rahmenschienen zu bewegen und drückt die Räder in Richtung Untergrund, wenn das Fahrzeug auf Bodenunebenheiten stößt. Das Aufhängungssystem kann Federn und Dämpfer umfassen, die Bewegungen absorbieren und die Fahrqualität verbessern, sowie Querlenker, die die Bewegung der elektrischen Achsanordnung einschränken, und andere Elemente, die durch die Anwendung bestimmt werden, wie zum Beispiel Lenk- und kinematische Verbindungen. Die elektrische Achsanordnung kann auch in ein Fahrzeug eingebaut werden, das ursprünglich nicht mit einer elektrischen Achsanordnung ausgestattet war. Die elektrische Achsanordnung kann bei diesen Fahrzeugen nachgerüstet werden, um einen elektrischen Antriebsstrang nachzurüsten.
In beispielhaften Ausführungsformen kann die elektrische Achsanordnung sowohl in Hybrid-Elektrofahrzeugen als auch in vollelektrischen Fahrzeugen eingesetzt werden. In einem vollelektrischen Fahrzeug kann der Strom für die elektrische Achsanordnung in einer an dem Fahrgestell angebrachten Batterie gespeichert werden. Alternativ kann der Strom auch von einer externen Stromquelle, z. B. einer Oberleitung oder einem dritten Schienensystem, geliefert werden. Wenn das Fahrzeug als Hybrid-Elektrofahrzeug ausgestaltet ist, kann eine Verbrennungskraftmaschine an dem Fahrgestell montiert und mit einer Antriebseinheit gekoppelt sein, die in der Lage ist, Elektrizität zu erzeugen; die Elektrizität kann die elektrische Achsanordnung direkt antreiben oder in einer Batterie gespeichert werden.
In veranschaulichenden Ausführungsformen kann die elektrische Achsanordnung ein Antriebsgehäuse (manchmal als ein Gehäuse bezeichnet) umfassen, das mindestens eine Antriebseinheit aufnimmt und einen Getriebezug (manchmal als einen Antriebsstrang bezeichnet) antreibt. Die Antriebseinheit ist mit dem Antriebsgehäuse gekoppelt und befindet sich in Eingriff mit dem Getriebezug, um die Kraft auf die Räder zu übertragen. Der Getriebezug kann eine Reihe von Rädern und Wellen aufweisen, die für eine Drehung in der elektrischen Achsanordnung gehalten werden. Normalerweise werden Lager verwendet, um die Reibung zwischen den rotierenden Komponenten des Getriebezugs zu verringern. Verschiedene Lagertypen können abhängig von den Anforderungen der Anwendung verwendet werden, z. B. Gleitlager, Rollenlager, Kugellager usw. Reibung wird ferner durch die Verwendung eines Schmiermittels, z. B. Öl, verringert, das den Kontaktflächen zwischen den Bauteilen, z. B. Radzähnen und Lagern, zugeführt wird, um Verschleiß zu verhindern und Wärme zu reduzieren. Die elektrische Achsanordnung kann ferner zwei Radenden (manchmal auch Radnaben genannt) aufweisen. Es sollte klar sein, dass das Antriebsgehäuse und die Radenden auf unterschiedliche Arten konstruiert und gekoppelt sein können. Die elektrische Achsanordnung kann für eine Verwendung in einem Niederflurbus ausgestaltet sein und mehrere Antriebsgehäuse aufweisen, die jeweils auf gegenüberliegenden Seiten der elektrischen Achsanordnung angeordnet sind. Die Antriebsgehäuse können mit Hilfe von Befestigungsmitteln und dergleichen zusammengesetzt werden.
In den veranschaulichenden Ausführungsformen weist die elektrische Achsanordnung eine Antriebseinheit, wie z. B. einen Elektromotor, kombiniert mit einer Ein-Gang- oder einer Zwei-Gang-Getriebekonfiguration auf, um sowohl Anfahr- als auch Geschwindigkeitsleistung zu erzielen. Zusätzlich weist die elektrische Achsanordnung ein Achsgehäuse auf, das den Elektromotor und das Getriebe kompakt integriert, eine Kühlung zur Wärmeableitung liefert und die Fahrzeuglasten auf die Aufhängungskomponenten überträgt. Die elektrische Achsanordnung kann auch in Fahrzeuge eingebaut werden, die ursprünglich nicht mit einer elektrischen Achsanordnung ausgestattet waren, und kann für diese Fahrzeuge nachgerüstet werden, um eine elektrische Aufrüstung des Antriebsstrangs zu ermöglichen. Zum Beispiel kann ein Niederflurbus, der ursprünglich mit einer herkömmlichen Achsanordnung ausgestattet war, die elektrische Achsanordnung anstelle der herkömmlichen Achsanordnung verwenden.
In veranschaulichenden Ausführungsformen umfasst die elektrische Achsanordnung einen Antriebsstrang (manchmal als Untersetzungsanordnung bezeichnet), der von einer einzelnen Antriebseinheit angetrieben wird, und ein Achsgehäuse, das die Untersetzungsanordnung und die einzelne Antriebseinheit umschließt. Die einzelne Antriebseinheit treibt die Räder (die manchmal als Radanordnungen bezeichnet werden) an, die mit der elektrischen Achsanordnung gekoppelt sind. Die Untersetzungsanordnung weist einen ersten Radsatz, einen zweiten Radsatz und eine Portalachswelle auf, die zwischen dem ersten Radsatz und dem zweiten Radsatz gekoppelt ist. Der erste Radsatz ist mit einer ersten Achswelle gekoppelt, die entlang einer ersten Drehachse ausgerichtet ist. Der zweite Radsatz ist mit einer zweiten Achswelle gekoppelt, die entlang einer zweiten Drehachse ausgerichtet ist, wobei sich die erste und die zweite Achswelle in entgegengesetzte Richtungen erstrecken. Die erste Achswelle ist mit einem ersten Radende (das manchmal als Radnabe bezeichnet wird) und die zweite Achswelle mit einem zweiten Radende verbunden. Das erste und das zweite Radende können eine beliebige Ausführung oder Konfiguration haben, z. B. COTS-Radenden, und sind mit entsprechenden Fahrzeugradanordnungen gekoppelt. Die erste Achswelle ist koaxial zu der zweiten Achswelle ausgerichtet, so dass die erste und die zweite Achswelle entlang der gleichen Drehachse ausgerichtet sind. In einigen Ausführungsformen kann die erste Achswelle gegenüber der zweiten Achswelle versetzt sein, so dass die erste Drehachse um einen radialen Abstand gegenüber der zweiten Achswelle versetzt ist.
In veranschaulichenden Ausführungsformen weist das Achsgehäuse eine erste Außeneinheit (die manchmal als eine Antriebsanordnung bezeichnet wird), eine zweite Außeneinheit und eine Brücke auf. Die erste und die zweite Außeneinheit werden im Allgemeinen mit einer eher rechteckigen Konfiguration dargestellt, können jedoch eine beliebige geeignete Ausführung oder Konfiguration aufweisen, um die hier erörterten zugehörigen Komponenten aufzunehmen. Die erste und die zweite Außeneinheit können auch voneinander unterschiedliche Konfigurationen haben.
In veranschaulichenden Ausführungsformen umschließt die erste Außeneinheit die einzelne Antriebseinheit und den ersten Radsatz, wobei die erste Achswelle und die Portalachswelle teilweise innerhalb der ersten Außeneinheit angeordnet sind. Die zweite Außeneinheit umschließt den zweiten Radsatz, wobei die zweite Achswelle und die Portalachswelle teilweise innerhalb der zweiten Außeneinheit angeordnet sind. Die Brücke ist zwischen der ersten Außeneinheit und der zweiten Außeneinheit gekoppelt und umschließt einen Teil der Portalachswelle, der sich zwischen dem ersten Radsatz und dem zweiten Radsatz erstreckt. In einigen Ausführungsformen kann die Brücke auch zusätzliche Komponenten aufnehmen, wie zum Beispiel elektrische Wechselrichter, die Energie für die Antriebseinheit bereitstellen, elektrische und Kommunikationskabel, Stromversorgungsbatterien und/oder Gerätesteuerungen zum Betreiben der elektrischen Achsanordnung. Die Außeneinheiten können an gegenüberliegenden Enden der Brücke angeordnet sein und können seitlich voneinander in Bezug auf das Fahrzeug beabstandet sein. Befestigungen können verwendet werden, um die elektrische Achsanordnung an dem Fahrzeug anzubringen, und/oder Aufhängungsarme, die mit den Befestigungen gekoppelt werden können, um die elektrische Achsanordnung beweglich an dem Fahrzeug anzubringen.
In veranschaulichenden Ausführungsformen erstreckt sich die Portalachswelle entlang einer dritten Drehachse, die um einen Abstand von der ersten und zweiten Achswelle entlang einer vertikalen Achse versetzt ist. Die Portalachswelle erstreckt sich durch oder über die Brücke des Achsgehäuses zwischen den gegenüberliegenden Außeneinheiten. Jede Außeneinheit hat eine Breite, die verringert werden kann, um die Breite des Niederflurs des Fahrzeugs zu vergrößern. Die Brücke kann integriert mit den Außeneinheiten ausgebildet sein oder mit den Außeneinheiten gekoppelt sein, z. B. mit Befestigungsmitteln. Beispielsweise kann die Brücke mit den Außeneinheiten verschweißt, verpresst oder verschraubt werden.
In veranschaulichenden Ausführungsformen weist der erste Radsatz ein Eingangsrad, einen Differentialradsatz, einen ersten Ausgangsradsatz und einen ersten Planetenradsatz auf. Das Eingangsrad wird von der einzelnen Antriebseinheit angetrieben. Der Differentialradsatz ist mit dem Eingangsrad gekoppelt und wird von diesem angetrieben, um das Drehmoment von der einzelnen Antriebseinheit auf die Portalachswelle und den ersten Ausgangsradsatz zu übertragen, wodurch die Notwendigkeit eines Planetenradsatzes an dem Radende entfällt. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen das Eingangsrad mit einem Hohlrad des Differentialradsatzes gekoppelt sein. Der erste Ausgangsradsatz weist eine Ausgangswelle auf, die mit dem Differentialradsatz gekoppelt ist und von diesem angetrieben wird. Die Ausgangswelle umfasst ein Ritzel, das mit einem Ausgangsrad gekoppelt ist, das den ersten Planetenradsatz antreibt. In einer Ausführungsform kann der erste Planetenradsatz eine Planetenradwelle, die mit dem Ausgangsrad an einem Ende der Planetenradwelle gekoppelt ist, und ein Sonnenrad, das mit dem anderen Ende der Planetenradwelle gekoppelt ist, aufweisen. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die erste Achswelle mit dem ersten Planetenradsatz und mit der ersten Radanordnung gekoppelt, um das Drehmoment von der einzelnen Antriebseinheit über den Differenzialradsatz, den ersten Ausgangsradsatz und den ersten Planetenradsatz auf die erste Radanordnung zu übertragen.
In veranschaulichenden Ausführungsformen kann der Differentialradsatz ein Planetendifferential aufweisen, wobei die Portalachswelle und die Ausgangswelle mit dem Planetendifferential gekoppelt sind. In anderen Ausführungsformen kann die Untersetzungsanordnung Portalachswellen mit unterschiedlichen Wellenlängen aufweisen, um eine Breite der Brücke zu ermöglichen, die verringert werden kann, um die Breite des Niederflurs des Fahrzeugs zu vergrößern.
In veranschaulichenden Ausführungsformen umfasst der zweite Radsatz einen zweiten Ausgangsradsatz und einen zweiten Planetenradsatz. Der zweite Ausgangsradsatz ist mit der Portalachswelle und mit dem zweiten Planetenradsatz gekoppelt, um das Drehmoment von der Portalachswelle auf den zweiten Planetenradsatz zu übertragen, wodurch die Notwendigkeit eines Planetenradsatzes an dem Radende entfällt. Zum Beispiel kann in einer Ausführungsform der zweite Ausgangsradsatz ein zweites Ausgangsrad aufweisen, das mit einem Ritzel der Portalachswelle gekoppelt ist. Der zweite Planetenradsatz kann eine zweite Planetenradwelle, die mit dem zweiten Ausgangsrad an einem Ende der zweiten Planetenradwelle gekoppelt ist, und ein zweites Sonnenrad, das mit dem anderen Ende der zweiten Planetenradwelle gekoppelt ist, aufweisen. Die zweite Achswelle ist mit dem zweiten Planetenradsatz und der zweiten Radanordnung gekoppelt, um das Drehmoment von der einzelnen Antriebseinheit über den Differentialradsatz, die Portalachswelle, den zweiten Ausgangsradsatz und den zweiten Planetenradsatz auf die zweite Radanordnung zu übertragen.
In veranschaulichenden Ausführungsformen kann die Untersetzungsanordnung ein oder mehrere Verteilergetriebe umfassen. Beispielsweise kann die Untersetzungsanordnung ein Verteilergetriebe aufweisen, das zwischen der Portalachswelle und dem zweiten Planetenradsatz gekoppelt ist. Ein oder mehrere Verteilergetriebe können ein einziges Verhältnis haben, das ein Untersetzungsverhältnis oder ein 1:1-Verhältnis sein kann. In einigen Ausführungsformen beinhaltet die Untersetzungsanordnung keine Getriebeuntersetzung über die Portalachswelle. In einer anderen Ausführungsform kann die Untersetzungsanordnung ein oder mehrere Verteilergetriebe mit unterschiedlichen Verhältnissen umfassen, wobei ein erstes Verteilergetriebe ein einfaches Getriebeverhältnis und ein zweites Verteilergetriebe ein doppeltes Getriebeverhältnis aufweist. Die Verteilergetriebe können die gleichen oder unterschiedliche Untersetzungen haben.
In veranschaulichenden Ausführungsformen weist die Untersetzungsanordnung eine zweistufige Getriebekonfiguration auf, um sowohl eine Anlaufleistung als auch eine Geschwindigkeitsleistung zu erzielen. Beispielsweise kann der erste Radsatz einen Geschwindigkeitswechselmechanismus aufweisen, der zwischen dem Eingangsrad und dem Differentialradsatz gekoppelt ist und selektiv zwischen einem ersten und einem zweiten Verhältnis schaltbar ist, um das auf die erste und zweite Achswelle übertragene Drehmoment zu ändern. Der Geschwindigkeitswechselmechanismus weist einen Untersetzungsradsatz auf, der von dem Eingangsrad angetrieben wird, und einen Ausgangsradsatz, der von dem Untersetzungsradsatz angetrieben wird. Der Untersetzungsradsatz weist ein Eingangsuntersetzungsgetriebe auf, das mit dem Eingangsrad gekoppelt ist, sowie ein erstes Untersetzungsgetriebe und ein zweites Untersetzungsgetriebe. Der Ausgangsradsatz ist mit dem Differenzialradsatz gekoppelt und weist eine Ausgangswelle, ein erstes Ausgangsrad und ein zweites Ausgangsrad auf. Die Ausgangswelle ist mit dem Differentialradsatz gekoppelt, um das Drehmoment vom Untersetzungsradsatz auf den Differentialradsatz zu übertragen. Die beiden Ausgangsräder werden jeweils drehbar auf der Ausgangswelle gehalten. Das erste Ausgangsrad ist mit dem ersten Untersetzungsgetriebe gekoppelt und entspricht dem ersten Verhältnis der Untersetzungsanordnung, und das zweite Ausgangsrad ist mit dem zweiten Untersetzungsgetriebe gekoppelt und entspricht dem zweiten Verhältnis der Untersetzungsanordnung. In der dargestellten Ausführungsform kann sich jedes der Ausgangsräder frei auf der Ausgangswelle drehen, so dass kein Drehmoment zwischen der Ausgangswelle und den Ausgangsrädern übertragen wird, wenn sich das entsprechende Verhältnis nicht in Eingriff befindet. In einer Ausführungsform ist die Ausgangswelle koaxial mit der Portalachswelle ausgerichtet und kann eine Innenfläche aufweisen, die eine Bohrung definiert, die bemessen und geformt ist, um die Portalachswelle dort hindurch aufzunehmen.
In veranschaulichenden Ausführungsformen ist ein Schaltmechanismus (der manchmal als Gangwähler bezeichnet wird) zwischen dem ersten Ausgangsrad und dem zweiten Ausgangsrad angeordnet und ausgestaltet, um das erste Ausgangsrad und das zweite Ausgangsrad selektiv in Eingriff zu bringen. Jedes Ausgangsrad kann einen verzahnten Abschnitt aufweisen, der mit dem Schaltmechanismus in Eingriff gebracht werden kann, um die Ausgangsräder drehbar mit der Ausgangswelle zu koppeln. Der Schaltmechanismus kann eine Schaltbuchse, eine Schaltgabel und einen Aktuator aufweisen. Die Schaltbuchse ist so mit der Ausgangswelle gekoppelt, dass sich die Schaltbuchse und die Ausgangswelle mit der gleichen Geschwindigkeit drehen. Die Schaltgabel ist mit dem Aktuator und der Schaltbuchse so gekoppelt, dass eine Bewegung des Aktuators die Schaltgabel veranlasst, die Schaltbuchse entlang der Ausgangswelle zu verschieben. Die Schaltbuchse kann wahlweise mit dem ersten Ausgangsrad und dem zweiten Ausgangsrad in Eingriff gebracht werden, um die Untersetzungsanordnung entweder in das erste bzw. das zweite Verhältnis zu bringen. Die Schaltbuchse und die Ausgangsräder weisen zusammenpassende Kopplungsmerkmale auf, die, wenn sie sich in Eingriff befinden, die Ausgangsräder drehbar mit der Ausgangswelle verbinden. Zu den Kopplungsmerkmalen können Verzahnungen, eine Klauenkupplung oder eine Synchronisierung, um das Schalten zu unterstützen, gehören. Zusätzlich können die Schaltgabel und die Schaltbuchse in eine neutrale Position bewegt werden, in der sich keines der Ausgangsräder in Eingriff mit der Schaltbuchse befindet. Der Aktuator kann manuell oder automatisch gesteuert werden. Der Aktuator kann auf hydraulischen Druck, pneumatischen Druck oder elektronische Signale reagieren, die von einem Steuermodul erzeugt werden. Alternativ kann der Aktuator auch eine mechanische Verbindung umfassen, die von einer Bedienperson gesteuert wird.
Obwohl die Offenbarung in den Zeichnungen und der vorhergehenden Beschreibung im Detail dargestellt und beschrieben wurde, ist eine solche Darstellung und Beschreibung als beispielhaft und nicht einschränkend zu betrachten, wobei klar ist, dass nur veranschaulichende Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurden und dass alle Änderungen und Modifikationen, die im Sinne der Offenbarung sind, geschützt werden sollen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 62/812039 [0001]
US 6964317 [0031]
WO 2019/014479 [0032]
WO 2019/217861 [0032]

Claims

Elektrische Achsanordnung umfassend: einen Aufhängungsrahmen; eine erste Antriebsanordnung und eine zweite Antriebsanordnung, die mit gegenüberliegenden Seiten des Aufhängungsrahmens gekoppelt sind; eine erste Radnabe, die mit der ersten Antriebsanordnung gekoppelt ist, und eine zweite Radnabe, die mit der zweiten Antriebsanordnung gekoppelt ist, wobei die erste und die zweite Radnabe angeordnet sind, um Räder für eine Drehung um eine erste Achse zu halten; eine Antriebseinheit, die in der ersten Antriebsanordnung angeordnet ist; und einen Antriebsstrang, umfassend: einen ersten Radsatz, der in der ersten Antriebsanordnung angeordnet ist, wobei der erste Radsatz ein Differential, das entlang der zweiten Achse angeordnet ist, einen Wellenstumpf, der mit dem Differential gekoppelt ist, einen ersten Ausgangsradsatz, der mit dem Wellenstumpf gekoppelt ist, und einen ersten Planetenradsatz, der mit dem ersten Ausgangsradsatz und der ersten Radnabe gekoppelt ist, aufweist; einen zweiten Radsatz, der in der zweiten Antriebsanordnung angeordnet ist, wobei der zweite Radsatz einen zweiten Ausgangsradsatz und einen zweiten Planetenradsatz aufweist, der mit dem zweiten Ausgangsradsatz und der zweiten Radnabe gekoppelt ist; und eine Portalwelle, die sich zwischen dem ersten und dem zweiten Radsatz erstreckt, wobei die Portalwelle mit dem Differential gekoppelt und für eine Drehung um eine zweite Achse angeordnet ist, die von der ersten Achse versetzt ist; wobei der zweite Ausgangsradsatz mit der Portalwelle gegenüberliegend zu dem Differential gekoppelt ist, wobei die Antriebseinheit ausgestaltet ist, um eine Antriebskraft für das Differential bereitzustellen, und wobei die Portalwelle ausgestaltet ist, um eine Antriebskraft von dem Differential zu dem zweiten Ausgangsradsatz zu übertragen.
Elektrische Achsanordnung nach Anspruch 1, wobei eine Brücke des Aufhängungsrahmens von der ersten Achse versetzt ist und wobei die Portalwelle angeordnet ist, um die Brücke im Wesentlichen auszurichten.
Elektrische Achsanordnung nach Anspruch 1, wobei das Differential ein Gehäuse, einen mit dem Gehäuse für eine Drehung mit dem Gehäuse um die zweite Achse gekoppelten Zahnkranz und mit der Portalwelle bzw. dem Wellenstumpf gekoppelte und mit dem Zahnkranz in Eingriff befindliche Seitenräder umfasst.
Elektrische Achsanordnung nach Anspruch 1, wobei das Differential ein Gehäuse, ein Paar von Planetengetrieben, die mit dem Gehäuse für eine Drehung mit dem Gehäuse um die zweite Achse gekoppelt sind, und Seitengetriebe, die mit der Portalwelle bzw. dem Wellenstumpf gekoppelt sind, aufweist, und wobei sich die Planetengetriebe miteinander und mit entsprechenden der Seitengetrieben in Eingriff befinden.
Elektrische Achsanordnung nach Anspruch 1, wobei der erste Ausgangsradsatz ein Ritzel, das mit dem Wellenstumpf gekoppelt ist, und ein Ausgangsrad aufweist, das mit dem ersten Planetenradsatz gekoppelt ist und sich mit dem Ritzel in Eingriff befindet.
Elektrische Achsanordnung nach Anspruch 5, wobei das Ausgangsrad für eine Drehung um die erste Achse angeordnet ist.
Elektrische Achsanordnung nach Anspruch 5, wobei der erste Planetenradsatz ein mit dem Ausgangsrad für eine Drehung um die erste Achse gekoppeltes Sonnenrad, ein radial außerhalb des Sonnenrads angeordnetes und mit dem Sonnenrad in Eingriff befindliches Planetenrad, ein radial außerhalb des Planetenrads angeordnetes und mit dem Planetenrad in Eingriff befindliches Hohlrad und einen mit dem Planetenrad und der ersten Radnabe gekoppelten Träger umfasst, und wobei das Hohlrad relativ zu der ersten Achse feststehend ist.
Elektrische Achsanordnung nach Anspruch 1, wobei der zweite Ausgangsradsatz ein Ritzel, das mit der Portalwelle gekoppelt ist, und ein Ausgangsrad aufweist, das mit dem zweiten Planetenradsatz gekoppelt ist und sich mit dem Ritzel in Eingriff befindet.
Elektrische Achsanordnung nach Anspruch 8, wobei das Ausgangsrad für eine Drehung um die erste Achse angeordnet ist.
Elektrische Achsanordnung nach Anspruch 8, wobei der zweite Planetenradsatz ein Sonnenrad, das mit dem Ausgangsrad für eine Drehung um die erste Achse gekoppelt ist, ein Planetenrad, das radial außerhalb des Sonnenrads angeordnet ist und sich mit dem Sonnenrad in Eingriff befindet, ein Hohlrad, das radial außerhalb des Planetenrads angeordnet ist und sich mit dem Planetenrad in Eingriff befindet, und einen Träger, der mit dem Planetenrad und der zweiten Radnabe gekoppelt ist, aufweist, und wobei das Hohlrad relativ zu der ersten Achse feststehend ist.
Elektrische Achsanordnung nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Antriebsrad, das mit dem Differential gekoppelt und angeordnet ist, um die Antriebskraft von der Antriebseinheit aufzunehmen.
Elektrische Achsanordnung nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Getriebe umfassend: ein erstes Eingangsrad und ein zweites Eingangsrad, die mit einem Antriebsrad gekoppelt sind, wobei das Antriebsrad angeordnet ist, um die Antriebskraft von der Antriebseinheit aufzunehmen; ein erstes Ausgangsrad und ein zweites Ausgangsrad, die drehbar auf einer mit dem Differential gekoppelten Trägerwelle angebracht sind, wobei sich das erste Eingangsrad in Eingriff mit dem ersten Ausgangsrad befindet und sich das zweite Eingangsrad in Eingriff mit dem zweiten Ausgangsrad befindet; und einen Gangwähler, der auf der Trägerwelle angebracht ist, wobei der Gangwähler entlang der Trägerwelle beweglich und relativ zu der Trägerwelle drehbar befestigt ist, wobei der Gangwähler ausgestaltet ist, um sich wahlweise mit dem ersten oder zweiten Ausgangsrad in Eingriff zu befinden, um eine Drehung des in Eingriff befindlichen ersten oder zweiten Ausgangsrads relativ zu der Trägerwelle zu blockieren.
Elektrische Achsanordnung nach Anspruch 12, wobei: in einer ersten Konfiguration der Gangwähler sich mit dem ersten Ausgangsrad in Eingriff befindet, um eine Drehung des ersten Ausgangsrads relativ zu der Trägerwelle zu blockieren und eine Drehung des zweiten Ausgangsrads relativ zu der Trägerwelle zu ermöglichen, um ein niedriges Übersetzungsverhältnis des Getriebes bereitzustellen; und in einer zweiten Konfiguration der Gangwähler sich mit dem zweiten Ausgangsrad in Eingriff befindet, um eine Drehung des zweiten Ausgangsrads relativ zu der Trägerwelle zu blockieren und eine Drehung des ersten Ausgangsrads relativ zu der Trägerwelle zu ermöglichen, um ein hohes Übersetzungsverhältnis des Getriebes bereitzustellen.
Elektrische Achsanordnung nach Anspruch 13, ferner umfassend einen Aktuator, der ausgestaltet ist, um den Gangwähler in die erste und zweite Konfiguration zu bewegen.
Elektrische Achsanordnung, umfassend: einen Aufhängungsrahmen; eine erste Antriebsanordnung und eine zweite Antriebsanordnung, die mit gegenüberliegenden Seiten des Aufhängungsrahmens gekoppelt sind; eine erste Radnabe, die mit der ersten Antriebsanordnung gekoppelt ist, und eine zweite Radnabe, die mit der zweiten Antriebsanordnung gekoppelt ist, wobei die erste und die zweite Radnabe angeordnet sind, um Räder für eine Drehung um eine erste Achse zu halten; und eine Antriebseinheit, die in der ersten Antriebsanordnung angeordnet ist; und einen Antriebsstrang, umfassend: einen ersten Radsatz, der in der ersten Antriebsanordnung angeordnet ist und mit der ersten Radnabe gekoppelt ist; einen zweiten Radsatz, der in der zweiten Antriebsanordnung angeordnet ist und mit der zweiten Radnabe gekoppelt ist; und eine Portalwelle, die für eine Drehung um eine zweite Achse angeordnet ist, die von der ersten Achse versetzt ist, wobei sich die Portalwelle zwischen dem ersten und dem zweiten Radsatz erstreckt; wobei die Antriebseinheit ausgestaltet ist, um eine Antriebskraft für ein Differential des ersten Radsatzes bereitzustellen, die Portalwelle mit dem Differential gekoppelt ist, und das Differential ausgestaltet ist, um eine Antriebskraft auf die erste Radnabe durch den ersten Radsatz und auf die zweite Radnabe durch die Portalwelle und den zweiten Radsatz zu übertragen.
Elektrische Achsanordnung nach Anspruch 15, wobei eine Brücke des Aufhängungsrahmens von der ersten Achse versetzt ist, und wobei die Portalwelle angeordnet ist, um die Brücke im Wesentlichen auszurichten.
Elektrische Achsanordnung nach Anspruch 15, wobei das Differential entlang der zweiten Achse für eine Drehung um die zweite Achse angeordnet ist.
Elektrische Achsanordnung nach Anspruch 15, ferner umfassend ein Antriebsrad, das mit dem Differential gekoppelt und angeordnet ist, um eine Antriebskraft von der Antriebseinheit aufzunehmen.
Elektrische Achsanordnung nach Anspruch 15, ferner umfassend ein Getriebe umfassend: ein erstes Eingangsrad und ein zweites Eingangsrad, die mit einem Antriebsrad gekoppelt sind, wobei das Antriebsrad angeordnet ist, um eine Antriebskraft von der Antriebseinheit aufzunehmen; ein erstes Ausgangsrad und ein zweites Ausgangsrad, die drehbar auf einer mit dem Differential gekoppelten Trägerwelle angebracht sind, wobei sich das erste Eingangsrad in Eingriff mit dem ersten Ausgangsrad befindet und sich das zweite Eingangsrad in Eingriff mit dem zweiten Ausgangsrad befindet; und einen Gangwähler, der auf der Trägerwelle angebracht ist, wobei der Gangwähler entlang der Trägerwelle beweglich und relativ zu der Trägerwelle drehbar befestigt ist, wobei der Gangwähler ausgestaltet ist, um sich wahlweise mit dem ersten oder zweiten Ausgangsrad in Eingriff zu befinden, um eine Drehung des in Eingriff befindlichen ersten oder zweiten Ausgangsrads relativ zu der Trägerwelle zu blockieren.
Elektrische Achsanordnung nach Anspruch 19, wobei: in einer ersten Konfiguration der Gangwähler sich mit dem ersten Ausgangsrad in Eingriff befindet, um eine Drehung des ersten Ausgangsrads relativ zu der Trägerwelle zu blockieren und eine Drehung des zweiten Ausgangsrads relativ zu der Trägerwelle zu ermöglichen, um ein niedriges Übersetzungsverhältnis des Getriebes bereitzustellen; und in einer zweiten Konfiguration der Gangwähler sich mit dem zweiten Ausgangsrad in Eingriff befindet, um eine Drehung des zweiten Ausgangsrads relativ zu der Trägerwelle zu blockieren und eine Drehung des ersten Ausgangsrads relativ zu der Trägerwelle zu ermöglichen, um ein hohes Übersetzungsverhältnis des Getriebes bereitzustellen.
Elektrische Achsanordnung nach Anspruch 20, ferner umfassend einen Aktuator, der ausgestaltet ist, um den Gangwähler in die erste und zweite Konfiguration zu bewegen.