DE112021003063T5

DE112021003063T5 - Ausgangszahnradgetriebe für ein stufenloses mischdrehzahl-doppelmotorenleistungsgetriebe

Info

Publication number: DE112021003063T5
Application number: DE112021003063.9T
Authority: DE
Inventors: Arthur L. Jr. McGrew; Isaac Mock; George S. Pelton; James Allen Raszkowski
Original assignee: Allison Transmission Inc
Current assignee: Allison Transmission Inc
Priority date: 2020-06-02
Filing date: 2021-06-01
Publication date: 2023-04-20
Also published as: KR20230018487A; US20240019016A1; US20220364630A1; GB2611445A; US11421759B2; CN116234711A; US11796038B2; US20210372506A1; WO2021248159A1; GB202218621D0; GB2611445B

Abstract

Ein elektrische Antriebsstrang umfasst einen ersten Elektromotor, der eine ununterbrochene Verbindung mit einer Antriebswelle eines Fahrzeugs aufweist. Der elektrische Antriebsstrang umfasst ferner einen zweiten Elektromotor, der eine unterbrechbare Verbindung mit der Antriebswelle aufweist. Bei einer Ausführung umfasst diese unterbrechbare Verbindung eine Kupplung. Der elektrische Antriebsstrang umfasst ferner einen ersten Zahnradsatz in Form eines ersten Planetengetriebes und einen zweiten Zahnradsatz in Form eines zweiten Planetengetriebes. Der erste Zahnradsatz, der zweite Zahnradsatz und die Kupplung sind stromabwärts des ersten Elektromotors und des zweiten Elektromotors angeordnet.

Description

HINTERGRUND
In letzter Zeit wurde die Entwicklung von hybriden und vollelektrischen Personenfahrzeugen für den Verbrauchermarkt vorangetrieben. Dies hat wiederum zu einer explosionsartigen Entwicklung verschiedener Elektromotorenkonzepte geführt. Doch selbst mit diesen Verbesserungen sind derzeitige Elektromotoren in Fahrzeugen für den Verbrauchermarkt in der Regel nicht in der Lage, ausreichendes Drehmoment für große gewerbliche Fahrzeuge zu erzeugen. Um diese Drehmomentwerte zu erreichen, wären größere und schwerere Elektromotoren erforderlich, was tendenziell den Energieverbrauch erhöhen würde.
Also besteht Verbesserungsbedarf auf diesem Gebiet.
KURZDARSTELLUNG
Ein Antriebsstrangsystem umfasst zwei oder mehr Elektromotoren, die einem Ausgang, wie z. B. einer Antriebswelle eines Fahrzeugs, Leistung zuführen. Einer der Elektromotoren („A“), der für die vorliegenden Zwecke als der „erste Motor“ bezeichnet wird, ist stets dahingehend mit der Ausgangsantriebswelle verbunden, ununterbrochen Leistung zum Vortreiben des Fahrzeugs zuzuführen. Anders ausgedrückt weist der erste Elektromotor (A) eine ununterbrochene Verbindung mit dem Ausgang auf. Das System umfasst ferner einen zweiten Elektromotor („B“), der intermittierend Drehmoment an die Ausgangswelle anlegt. Bei einer Variation umfasst diese intermittierende Verbindung zwischen dem zweiten Elektromotor (B) und dem Ausgang mindestens eine Kupplung. Die Kupplung bringt den zweiten Elektromotor (B) und die Ausgangswelle miteinander in und außer Eingriff.
In einigen Fällen werden zweistufige oder dreistufige Zahnradgetriebeanordnungen und Planetengetriebeanordnungen verwendet. Bei einer Konstruktionsoption sind alle Zahnradgetriebe und Kupplungen stromabwärts oder in der Nähe des Ausgangsendes des Systems positioniert, so dass alle Zahnradgetriebe zwischen den Motoren und dem Ausgang des Systems positioniert sind. Unter anderem werden durch diese stromabwärtige Anordnung der Zahnradgetriebe und Kupplungen Geräusche im Fahrgastraum des Fahrzeugs reduziert. Es können für das System auch andere Kupplungsanordnungen und Ansätze eingesetzt werden. Beispielsweise kann der zweite Elektromotor (B) sein eigenes Zahnradgetriebe zur Drehzahluntersetzung aufweisen. Gleichermaßen kann der erste Elektromotor (A), wie z. B., wenn es sich um einen Elektromotor mit hoher Drehzahl handelt, ein Zahnradgetriebe, wie z. B. ein Planetengetriebe, zur Untersetzung seiner Ausgangsdrehzahl umfassen. Bei einer weiteren Variation kann eine Zweikupplungsanordnung verwendet werden, bei der ein Aktuator eine Kupplung betätigt, die dazu verwendet wird, den zweiten Elektromotor (B) mit dem Motorzahnradgetriebe des zweiten Motors zu verbinden, und es kann auch eine schaltbare Freilaufkupplung (SOWC - Selectable One-Way Clutch) verwendet werden.
Aspekt 1 bezieht sich allgemein auf ein System, das einen ersten Elektromotor, der mit einem Ausgang verbunden ist, und einen zweiten Elektromotor, der mit dem Ausgang verbunden ist, umfasst.
Aspekt 2 bezieht sich allgemein auf das System des vorherigen Aspekts, wobei der erste Elektromotor eine ununterbrochene Verbindung mit dem Ausgang aufweist und der zweite Elektromotor eine unterbrechbare Verbindung mit dem Ausgang aufweist.
Aspekt 3 bezieht sich allgemein auf das System eines vorherigen Aspekts, wobei der zweite Elektromotor dazu konfiguriert ist, dem Ausgang über mindestens zwei Planetengetriebe und eine Kupplungsleistung zuzuführen.
Aspekt 4 bezieht sich allgemein auf das System eines vorherigen Aspekts, wobei die zwei Planetengetriebe und die Kupplung stromabwärts des ersten Elektromotors und des zweiten Elektromotors positioniert sind.
Aspekt 5 bezieht sich allgemein auf das System eines vorherigen Aspekts, wobei der zweite Elektromotor über eine zweistufige Zahnradsatzanordnung mit dem Ausgang verbunden ist.
Aspekt 6 bezieht sich allgemein auf das System eines vorherigen Aspekts, wobei der erste Elektromotor und der zweite Elektromotor über eine dreistufige Zahnradsatzanordnung mit dem Ausgang verbunden sind.
Aspekt 7 bezieht sich allgemein auf das System eines vorherigen Aspekts, wobei der erste Zahnradsatz mit dem Ausgang verbunden ist.
Aspekt 8 bezieht sich allgemein auf das System eines vorherigen Aspekts, wobei der erste Zahnradsatz ein erstes Planetengetriebe umfasst.
Aspekt 9 bezieht sich allgemein auf das System eines vorherigen Aspekts, wobei der zweite Zahnradsatz den zweiten Elektromotor mit dem Ausgang verbindet.
Aspekt 10 bezieht sich allgemein auf das System eines vorherigen Aspekts, wobei der zweite Zahnradsatz ein zweites Planetengetriebe umfasst.
Aspekt 11 bezieht sich allgemein auf das System eines vorherigen Aspekts, wobei der zweite Zahnradsatz eine Kupplung umfasst, die zur Gangschaltung in dem zweiten Zahnradsatz konfiguriert ist.
Aspekt 12 bezieht sich allgemein auf das System eines vorherigen Aspekts, wobei die Kupplung eine formschlüssige Kupplung umfasst.
Aspekt 13 bezieht sich allgemein auf das System eines vorherigen Aspekts, wobei die formschlüssige Kupplung eine Klauenkupplung umfasst.
Aspekt 14 bezieht sich allgemein auf das System eines vorherigen Aspekts, wobei die Kupplung eine Freilaufkupplung umfasst.
Aspekt 15 bezieht sich allgemein auf das System eines vorherigen Aspekts, wobei die Freilaufkupplung eine schaltbare Freilaufkupplung (SOWC) umfasst.
Aspekt 16 bezieht sich allgemein auf das System eines vorherigen Aspekts, wobei der erste Zahnradsatz, der zweite Zahnradsatz und die Kupplung alle zwischen dem zweiten Elektromotor und dem Ausgang positioniert sind.
Aspekt 17 bezieht sich allgemein auf das System eines vorherigen Aspekts, wobei die Kupplung zwischen dem ersten Zahnradsatz und dem zweiten Zahnradsatz positioniert ist.
Aspekt 18 bezieht sich allgemein auf das System eines vorherigen Aspekts, wobei die Kupplung zwischen dem zweiten Elektromotor und dem zweiten Zahnradsatz positioniert ist.
Aspekt 19 bezieht sich allgemein auf das System eines vorherigen Aspekts, wobei der dritte Zahnradsatz den ersten Elektromotor mit dem Ausgang verbindet.
Aspekt 20 bezieht sich allgemein auf das System eines vorherigen Aspekts, wobei der dritte Zahnradsatz ein drittes Planetengetriebe umfasst.
Aspekt 21 bezieht sich allgemein auf das System eines vorherigen Aspekts, wobei das dritte Planetengetriebe ein Sonnenrad, ein inneres Planetenrad, das mit dem Sonnenrad in Eingriff steht, und ein äußeres Planetenrad, das mit dem inneren Planetenrad in Eingriff steht, umfasst.
Aspekt 22 bezieht sich allgemein auf das System eines vorherigen Aspekts, wobei der dritte Zahnradsatz eine Kupplung umfasst, die zur Gangschaltung in dem dritten Zahnradsatz konfiguriert ist.
Aspekt 23 bezieht sich allgemein auf das System eines vorherigen Aspekts, wobei die Kupplung des zweiten Zahnradsatzes und/oder die Kupplung des dritten Zahnradsatzes eingerückt bleiben, um stets für eine ununterbrochene Verbindung mit dem Ausgang zu sorgen.
Aspekt 24 bezieht sich allgemein auf das System eines vorherigen Aspekts, wobei der dritte Zahnradsatz stromaufwärts des ersten Elektromotors positioniert ist.
Aspekt 25 bezieht sich allgemein auf das System eines vorherigen Aspekts, wobei der Zwischenzahnradsatz den zweiten Zahnradsatz mit dem zweiten Elektromotor verbindet.
Aspekt 26 bezieht sich allgemein auf das System eines vorherigen Aspekts, wobei die unterbrechbare Verbindung eine Kupplung und ein einziges Planetengetriebe umfasst.
Aspekt 27 bezieht sich allgemein auf ein Verfahren zum Betrieb des Systems eines vorherigen Aspekts.
Weitere Arten, Aufgaben, Merkmale, Aspekte, Vorzüge, Vorteile und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gehen aus der detaillierten Beschreibung und den Zeichnungen, die hier mit bereitgestellt werden, hervor.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs.
2 ist eine schematische Ansicht eines weiteren Beispiels für einen elektrischen Antriebsstrang, der bei dem Fahrzeug von 1 verwendet werden kann.
3 ist eine Querschnittsansicht des elektrischen Antriebsstrangs von 2.
4 ist eine schematische Ansicht eines weiteren Beispiels für einen elektrischen Antriebsstrang, der bei dem Fahrzeug von 1 verwendet werden kann.
5 ist eine schematische Ansicht noch eines weiteren Beispiels für einen elektrischen Antriebsstrang, der bei dem Fahrzeug von 1 verwendet werden kann.
6 ist eine schematische Ansicht eines weiteren Beispiels für einen elektrischen Antriebsstrang, der bei dem Fahrzeug von 1 verwendet werden kann.
7 ist eine Querschnittsansicht des in 6 gezeigten elektrischen Antriebsstrangs.
8 ist eine schematische Ansicht eines weiteren Beispiels für einen elektrischen Antriebsstrang, der bei dem Fahrzeug von 1 verwendet werden kann.
9 ist eine schematische Ansicht noch eines weiteren Beispiels für einen elektrischen Antriebsstrang, der bei dem Fahrzeug von 1 verwendet werden kann.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG AUSGEWÄHLTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Zur Förderung des Verständnisses der Prinzipien der Erfindung wird nun Bezug auf die Ausführungsformen genommen, die in den Zeichnungen dargestellt werden, und es werden spezifische Formulierungen verwendet, um diese zu beschreiben. Nichtsdestotrotz versteht sich, dass der Schutzumfang der Erfindung dadurch keineswegs eingeschränkt werden soll. Jegliche Änderungen und weiteren Modifikationen bei den beschriebenen Ausführungsformen und solche weiteren Anwendungen der Grundzüge der vorliegenden Offenbarung, wie sie hier beschrieben werden, werden so aufgefasst, als ob sie dem Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich die Erfindung bezieht, normalerweise einfallen würden. Eine Ausführungsform der Erfindung wird genauer dargestellt, obgleich es für den Fachmann auf dem relevanten Gebiet ersichtlich ist, dass einige Merkmale, die für die vorliegende Erfindung nicht relevant sind, der Übersichtlichkeit halber möglicherweise nicht gezeigt werden.
Die Bezugszeichen in der folgenden Beschreibung sind so gegliedert worden, dass sie dem Leser helfen, die Zeichnungen, in denen verschiedene Komponenten erstmalig gezeigt werden, sofort zu erkennen. Insbesondere wird die Zeichnung, in der ein Element erstmalig erscheint, in der Regel durch die ganz linke (n) Ziffer (n) in dem entsprechenden Bezugszeichen angegeben. Beispielsweise erscheint ein Element, das mit einem Bezugszeichen der „100“-Reihe gekennzeichnet ist, wahrscheinlich erstmalig in 1, erscheint ein Element, mit einem Bezugszeichen der „200“-Reihe gekennzeichnet ist, wahrscheinlich erstmalig in 2 und so weiter.
Ein Fahrzeug 100 gemäß einem Beispiel wird in 1 dargestellt. Wie gezeigt wird, umfasst das Fahrzeug 100 mindestens ein Antriebsstrangsystem 105, mindestens einen Kontroller 110 und mindestens ein Energiespeichersystem („ESS“ - Energy Storage System) 115, das dazu konfiguriert ist, dem Antriebsstrangsystem 105 Leistung zuzuführen. Das Antriebsstrangsystem 105, der Kontroller 110 und das ESS 115 sind dahingehend miteinander wirkverbunden, über mindestens ein CAN (Controller Area Network) 120 miteinander zu kommunizieren. Der Kontroller 110 ist dazu konfiguriert, den Betrieb eines oder mehrerer Systeme und/oder anderer Komponenten des Fahrzeugs 100, wie z. B. des Antriebsstrangsystems 105 und des ESS 115, zu steuern. Das Antriebsstrangsystem 105 weist einen Ausgang oder eine Antriebswelle 120 auf, der bzw. die mechanische Leistung von dem Antriebsstrangsystem 105 auf ein Vortriebssystem 130 überträgt. In dem dargestellten Beispiel umfasst das Vortriebssystem 130 ein oder mehrere Räder 135, das Vortriebssystem 130 kann jedoch in weiteren Beispielen andere Arten von Vortriebsvorrichtungen, wie beispielsweise Gleiskettensysteme, umfassen. Ein oder mehrere Stromkabel 140 übertragen elektrische Leistung zwischen dem Antriebsstrangsystem 105 und dem ESS 115.
Das Antriebsstrangsystem 105 ist dazu konstruiert, das Fahrzeug 100 effizient elektrisch vorzutreiben. Wie nachstehend genauer erläutert wird, ist das Antriebsstrangsystem 105 dazu konstruiert, gewerbliche und/oder militärische Schwerlastfahrzeuge, wie z. B. Busse, Müllfahrzeuge, Lieferfahrzeuge, Feuerwehrfahrzeuge und Sattelauflieger, anzutreiben. Das Antriebsstrangsystem 105 ist dazu konstruiert, Fahrzeuge 100 mit einer Klasseneinstufung von mindestens vier (4) gemäß den Klassifizierungsregeln der Federal Highway Administration (FHWA) des Verkehrsministeriums der vereinigten Staaten (US Department of Transportation) elektrisch anzutreiben. Bei einer Ausführung ist das Antriebsstrangsystem 105 dazu konfiguriert, Personenfahrzeuge mit einem Gewicht von mindestens 40.000 Pfund (18,144 kg), wie z. B. Busse, zu bewegen. Das Antriebsstrangsystem 105 weist eine besondere kompakte Mittellinienkonstruktion auf, die eine einfache Nachrüstung des Antriebsstrangsystems 105 in bereits existierende Fahrzeugchassiskonstruktionen und/oder herkömmliche Triebstränge mit minimalen Änderungen an den anderen Teilen des Fahrzeugs 100, wie z. B. dem Brems- und dem Aufhängungssystem, gestattet. Dies gestattet wiederum, dass existierende Verbrennungsmotorfahrzeuge ohne Weiteres zu vollelektrischen Fahrzeugen umkonfiguriert werden können. Darüber hinaus werden durch die Mittellinienkonstruktion des Antriebsstrangsystems 105 Getriebeverluste und andere Leistungsverluste reduziert, so dass das Fahrzeug 100 leistungseffizienter gemacht wird, wodurch wiederum die Reichweite verbessert und/oder das Gewicht anderer Komponenten, wie z. B. des ESS 115, reduziert werden kann.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Beispiels für einen elektrischen Antriebsstrang 200, der bei dem Antriebsstrangsystem 105 von 1 verwendet werden kann. 3 zeigt eine Querschnittsansicht des elektrischen Antriebsstrangs 200. Bei dem elektrischen Antriebsstrang 200 sind eine Reihe von Komponenten und Funktionen gleich wie bei den vorher beschriebenen (siehe z. B. 2 und 3). Der Kürze und Deutlichkeit halber werden diese gleichen Merkmale nachstehend nicht noch einmal genauer beschrieben, und es wird auf die vorstehende Erörterung verwiesen.
Wie dargestellt wird, umfasst der elektrische Antriebsstrang 200 ein stufenloses Mehrmotorenleistungsgetriebe 205. Das Getriebe 205 des elektrischen Antriebsstrangs 200 umfasst einen ersten Elektromotor 210 mit einem ersten Umrichter 212 und einen zweiten Elektromotor 215 mit einem zweiten Umrichter 217. Der erste Umrichter 212 ist elektrisch zwischen das ESS 115 und den ersten Elektromotor 210 gekoppelt, und der zweite Umrichter 217 ist elektrisch zwischen das ESS 115 und den zweiten Elektromotor 215 gekoppelt. Der erste Umrichter 212 und der zweite Umrichter 217 wandeln den Gleichstrom (DC) von dem ESS 115 in Wechselstrom (AC) um, um den ersten Elektromotor 210 bzw. den zweiten Elektromotor 215 zu speisen. Der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 können auch als Generatoren wirken, wie z. B. während regenerativen Bremsens. In solch einer Situation wirken der erste Umrichter 212 und der zweite Umrichter 217 als Gleichrichter, indem sie den AC-Strom von dem ersten Elektromotor 210 bzw. dem zweiten Elektromotor 215 zu DC-Strom umwandeln, der dem ESS 115 zugeführt wird. In dem dargestellten Beispiel umfassen der erste Umrichter 212 und der zweite Umrichter 217 kombinierte Umrichter-Gleichrichter, die mindestens DC zu AC und AC zu DC umwandeln. In einem Beispiel sind der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 dieselbe Art von Elektromotor, so dass beide Motoren allgemein dieselbe Drehzahl- und Drehmomentabgabe innerhalb normaler Herstellungstoleranzen bereitstellen. Anders ausgedrückt sind der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 untereinander austauschbar. Der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 sind bei einer Ausführung beide Elektromotoren mit hoher Drehzahl, und bei einer anderen Ausführung sind der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 beide Elektromotoren mit niedriger Drehzahl. Bei alternativen Variationen können der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 verschiedenartig sein, so dass beispielsweise einer ein Motor mit hoher Drehzahl und der andere ein Motor mit niedriger Drehzahl ist.
Der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 sind bei einer Ausführung untereinander austauschbar. In einem spezifischen Beispiel sind der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 dieselbe Art von Elektromotor mit hoher Drehzahl mit Nenndrehzahlen von mindestens 5000 Umdrehungen pro Minute (U/min), wobei der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 jeweils eine Nenndrehzahl von mindestens 10.600 U/min, eine Nennspitzenleistung von mindestens 250 PS, eine Nenndauerleistung von mindestens 150 PS, ein Nenndauerdrehmoment von mindestens 240 Pfund/Fuß, und ein Nennspitzendrehmoment von mindestens 310 Pfund/Fuß aufweisen.
Das Getriebe 205 des elektrischen Antriebsstrangs 200 umfasst ferner einen ersten Zahnradsatz 220 und einen zweiten Zahnradsatz 225, die beide an einem Ausgangsende des ersten Elektromotors 210 und des zweiten Elektromotors 215 positioniert sind. Wie zu sehen ist, ist der erste Zahnradsatz 220 an dem Ausgangsende des Gesamtgetriebes 205, das sich in der Nähe der Antriebswelle 125 befindet, positioniert. Der zweite Zahnradsatz 225 ist zwischen dem zweiten Elektromotor 215 und dem ersten Zahnradsatz 220 angeordnet oder positioniert. Diese Konfiguration hilft dabei, durch den ersten Zahnradsatz 220 und den zweiten Zahnradsatz 225 erzeugte Geräusche und Vibrationen zu dämpfen. In der Regel erzeugen höhere Teilkreisgeschwindigkeiten höhere Geräuschpegel. Geräuschpegel können durch Verbesserung des Zahnradeingriffskontakts und Auswahl entsprechender Materialien sowie Schmierung gesenkt werden. Die dargestellte Konstruktion bewegt den ersten Zahnradsatz 220 und den zweiten Zahnradsatz 255 stromabwärts, so dass sie sich näher an der Antriebswelle 125 befinden. Dadurch werden wiederum jegliche resultierenden Geräusche von dem Fahrgastraum des Fahrzeugs 100 weg bewegt.
In dem dargestellten Beispiel liegt der erste Zahnradsatz 220 in Form eines ersten Planetengetriebes 230 vor. Das erste Planetengetriebe 230 umfasst ein erstes Sonnenrad 231, ein oder mehrere erste Planetenräder 232, die mit dem ersten Sonnenrad 231 umlaufend in Eingriff stehen, und ein erstes Hohlrad 233, dass die ersten Planetenräder 232 umgibt und mit diesen in Eingriff steht. Der zweite Zahnradsatz 225 in dem dargestellten Beispiel liegt in Form eines zweiten Planetengetriebes 235 vor. Das zweite Planetengetriebe 235 umfasst ein zweites Sonnenrad 236, ein oder mehrere zweite Planetenräder 237, die umlaufend mit dem Sonnenrad 236 in Eingriff stehen, und ein zweites Hohlrad 238, das das zweite Sonnenrad 236 umgibt und mit diesem in Eingriff steht. Der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 weisen eine erste Ausgangswelle 240 bzw. eine zweite Ausgangswelle 245 zur Bereitstellung von mechanischer Drehleistung auf. In dem dargestellten Beispiel ist die zweite Ausgangswelle 245 hohl, so dass sich die erste Ausgangswelle 240 konzentrisch durch die zweite Ausgangswelle 245 erstrecken kann. Das erste Planetengetriebe 230 weist einen ersten Träger 250 auf, der mit der Antriebswelle 125 verbunden ist, und das zweite Planetengetriebe 235 weist einen zweiten Träger 255 auf. Die ersten Planetenräder 232 und die zweiten Planetenräder 237 sind an dem ersten Träger 250 bzw. dem zweiten Träger 255 befestigt oder damit verbunden. Bei einer Ausführung sind das erste Sonnenrad 231 und das zweite Sonnenrad 236 jeweils mit der ersten Ausgangswelle 240 bzw. der zweiten Ausgangswelle 245 integral ausgebildet. In anderen Beispielen können das erste Sonnenrad 231 und das zweite Sonnenrad 236 separate Zahnräder sein, die an der ersten Ausgangswelle 240 und der zweiten Ausgangswelle 245 angebracht sind.
Gemäß der Darstellung in 2 und 5 umfasst der elektrische Antriebsstrang 200 mindestens eine Kupplung 260 mit einem Kupplungsaktuator 262, der den zweiten Elektromotor 215 und den ersten Elektromotor 210 in und außer Eingriff bringt. Durch die Kupplung 260 ist das Getriebe 205 des elektrischen Antriebsstrangs 200 ferner zur Gangschaltung in der Lage, so dass die Drehzahl und/oder das Drehmoment von dem zweiten Elektromotor 215 geändert werden können. Der erste Elektromotor 210 ist ununterbrochen mit der Antriebswelle 125 verbunden (d. h. es gibt keine Kupplung), so dass der erste Elektromotor 210 der Antriebswelle 125 und dem Vortriebssystem 130 durchgängig Leistung zuführen kann. Anders ausgedrückt weist der erste Elektromotor 210 eine ununterbrochene Verbindung mit der Antriebswelle 125 auf, und der zweite Elektromotor 215 weist eine unterbrechbare Verbindung mit der Antriebswelle 125 auf. Diese Konfiguration des elektrischen Antriebsstrangs 200 ermöglicht eine Lastschaltung, bei der den Rädern 135 stets Leistung zugeführt werden kann, selbst wenn Schalten der Kupplung 260 erfolgt. Da Leistung durchgängig zugeführt wird, kann dafür gesorgt werden, dass jegliches Schalten für den Fahrer und/oder die Beifahrer im Allgemeinen nicht wahrnehmbar ist.
In dem dargestellten Beispiel umfasst der elektrische Antriebsstrang 200 eine einzige Kupplung 260, der elektrische Antriebsstrang 200 kann jedoch in anderen Beispielen mehr als eine Kupplung umfassen. Bei einer Variation ist die Kupplung 260 eine Klauenkupplung 261, und bei einer anderen ist sie eine schaltbare Freilaufkupplung (SOWC). Bei weiteren Variationen umfasst die Kupplung 260 eine Scheibennasskupplung oder eine Scheibentrockenkupplung. Es versteht sich, dass beim Ersatz der Klauenkupplung durch eine SOWC, eine Scheibennasskupplung und/oder eine Scheibentrockenkupplung der Einsatz von mehr als einer Kupplung erforderlich ist. Beispielsweise kann die Klauenkupplung durch zwei Scheibennass- oder -trockenkupplungen ersetzt werden. Die erste Ausgangswelle 240 für den ersten Elektromotor 210 weist ein Kupplungseingriffsglied 265 auf, an dem die Kupplung 260 selektiv mit verschiedenen Bereichsgliedern an der zweiten Ausgangswelle 245 und dem zweiten Träger 255 in Eingriff gelangen kann. Der zweite Träger 255 des zweiten Planetengetriebes 235 weist ein erstes Bereichsglied 270 auf, an dem die Kupplung 260 in einer ersten Bereichsstellung in Eingriff gelangt. Wenn sie sich in der ersten Bereichsstellung befindet, verbindet die Kupplung 260 das erste Bereichsglied 270 mit dem Kupplungseingriffsglied 265, so dass die Drehzahl (d. h. U/min), die von dem zweiten Elektromotor 215 bereitgestellt wird, durch den zweiten Zahnradsatz 225 reduziert wird und das Drehmoment, das der ersten Ausgangswelle 240 von dem zweiten Elektromotor 215 zugeführt wird, durch das zweite Planetengetriebe 235 erhöht wird. Die zweite Ausgangswelle 245 des zweiten Elektromotors 215 weist ein zweites Bereichsglied 275 auf, an dem die Kupplung 260 in einer zweiten Bereichsstellung in Eingriff gelangt. Wenn sie sich in der zweiten Bereichsstellung befindet, verbindet die Kupplung 260 das zweite Bereichsglied 275 mit dem Kupplungseingriffsglied 265, so dass die Drehzahl und das Drehmoment des zweiten Elektromotors 215 direkt der ersten Ausgangswelle 240 des ersten Elektromotors 210 zugeführt werden. Im Vergleich zu der ersten Bereichsstellung ist die Drehzahl des zweiten Elektromotors 215, die der ersten Ausgangswelle 240 des ersten Elektromotors 210 zugeführt wird, schneller, und das Drehmoment ist niedriger. Die Kupplung 260 kann ferner in eine Leerlaufstellung positioniert werden, in der der zweite Elektromotor 215 nicht mechanisch mit dem ersten Elektromotor 210 gekoppelt ist. In der Leerlaufschaltstellung kann der erste Elektromotor 210 die gesamte mechanische Leistung zum Vortrieb des Fahrzeugs 100 bereitstellen.
Durch die Verwendung von mehr als einem Elektromotor ist das Antriebsstrangsystem 105 so konfiguriert, dass die Verwendung von kleineren Elektromotoren für Kraftfahrzeuge für den Verbrauchermarkt zum Antrieb größerer gewerblicher Fahrzeuge, wie jener mit einer FHWA-Klasseneinstufung von vier (4) oder höher und/oder jener, die 20.000 Pfund (18,144 kg) oder mehr bewegen können, gestattet wird. In der Regel, jedoch nicht immer, sind Elektromotoren für Kraftfahrzeuge für den Verbrauchermarkt kostengünstiger, leichter und können höhere Drehzahlen im Vergleich zu Elektromotoren mit höherem Drehmoment für den gewerblichen Einsatz bereitstellen. Darüber hinaus weisen diese Motoren für den Verbrauchermarkt tendenziell eine höhere Leistungsdichte und Energieeffizienz auf, so dass die Reichweite des Fahrzeugs 100 zwischen Ladevorgängen des ESS 115 vergrößert werden kann.
Der elektrische Antriebsstrang 200 funktioniert ähnlich wie oben beschrieben. Noch einmal, durch diese Mehrmotorenkonstruktion kann auch die Energie effizienter genutzt werden. Die Leistung, die Drehzahl und/oder das Drehmoment, die von dem ersten Elektromotor 210 und dem zweiten Elektromotor 215 bereitgestellt werden, kann so angepasst werden, dass die Motoren unter verschiedenen Betriebsbedingungen effizienter arbeiten. Beispielsweise kann die Kupplung 260 die Übersetzungsverhältnisse des zweiten Zahnradsatzes 225 dahingehend ändern, die Ausgangsdrehzahl und/oder das Ausgangsdrehmoment, die von dem zweiten Elektromotor 215 bereitgestellt werden, anzupassen. Die Klauenkupplung 261 kann ferner dazu verwendet werden, den zweiten Elektromotor 215 von dem ersten Elektromotor 210 zu trennen, so dass der erste Elektromotor 210 der Antriebswelle 125 die gesamte mechanische Vortriebsleistung zuführt. Gleichzeitig kann der zweite Elektromotor 215 abgestellt werden, um Energie zu sparen und zu gestatten, dass der erste Elektromotor 210 innerhalb eines effizienten Leistungsbands arbeitet, oder die Drehzahl des zweiten Elektromotors 215 kann zu Schaltzwecken geändert werden. Da der erste Zahnradsatz 220 die Drehmomentabgabe reduziert, können der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 Motoren mit hohen Drehzahlen, die üblicherweise für Personenkraftwagen entwickelt werden, sein.
Noch einmal, da der erste Elektromotor 210 dauerhaft mit der Antriebswelle 125 verbunden ist, kann dem Vortriebssystem 130 stets Leistung zugeführt werden, so dass jegliches Schalten des zweiten Zahnradsatzes 225 über die Kupplung 260 für den Fahrer und/oder die Beifahrer des Fahrzeugs 100 nicht wahrnehmbar sein kann. Da der erste Elektromotor 210 den Rädern 135 durchgängig Leistung zuführt, kann das Antriebsstrangsystem 105 während des Schaltens ausreichend Zeit in Anspruch nehmen, um Wirkungsgrad und Leistungsfähigkeit des Fahrzeugs 100 zu verbessern. Das Antriebsstrangsystem 105 kann mehr als genug Zeit dafür bereitstellen, Probleme bei der zeitlichen Steuerung und Synchronisation zwischen dem ersten Elektromotor 210, dem zweiten Elektromotor 215, dem zweiten Zahnradsatz 225 und/oder der Kupplung 260 zu bewältigen.
Da der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 Elektromotoren sind, besteht kein Bedarf an hydraulischen Steuerungen, da der elektrische Antriebsstrang 200 elektronisch gesteuert werden kann. Der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 sind in einem spezifischen Beispiel wieder dieselbe Art von Elektromotor mit hoher Drehzahl mit Nenndrehzahlen von mindestens 5000 Umdrehungen pro Minute (U/min), wobei der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 jeweils eine Nenndrehzahl von mindestens 10.600 U/min, eine Nennspitzenleistung von mindestens 250 PS, eine Nenndauerleistung von mindestens 150 PS, ein Nenndauerdrehmoment von mindestens 240 Pfund/Fuß, und ein Nennspitzendrehmoment von mindestens 310 Pfund/Fuß aufweisen. Das erste Planetengetriebe 230 des ersten Zahnradsatzes 220 reduziert die Ausgangsdrehzahl von sowohl dem ersten Elektromotor 210 als auch dem zweiten Elektromotor 215, so dass in einem Beispiel die maximale Ausgangsdrehzahl an der Antriebswelle 125 etwa 3500 U/min beträgt und das maximale Ausgangsdrehmoment an der Antriebswelle 125 etwa 3600 Pfund/Fuß beträgt.
4 zeigt einen elektrischen Antriebsstrang 400, bei dem es sich um eine Variation des in 2 gezeigten elektrischen Antriebsstrangs 200 handelt. Wie zu sehen ist, enthält der elektrische Antriebsstrang 400 eine Reihe derselben Komponenten wie der in 2 gezeigte elektrische Antriebsstrang 200 und ist ähnlich konstruiert. Beispielsweise umfasst der elektrische Antriebsstrang 400 den zweiten Zahnradsatz 225, das zweite Planetengetriebe 235, die erste Ausgangswelle 240, die zweite Ausgangswelle 245, den zweiten Träger 255, die Kupplung 260 und den Kupplungsaktuator 262 der Art, die oben für den elektrischen Antriebsstrang 200 in 2 beschrieben wird, und der elektrische Antriebsstrang 400 umfasst den ersten Elektromotor 210 mit dem ersten Umrichter 212 und den zweiten Elektromotor 215 mit dem zweiten Umrichter 217. Noch einmal, die Kupplung 260 ist eine Klauenkupplung 261 zur Reduzierung von Leistungsverlusten während Schaltvorgängen. Der Kürze und Deutlichkeit halber werden diese gleichen Merkmale nachstehend nicht noch einmal genauer beschrieben, und es wird auf die vorstehende Erörterung dieser Merkmale verwiesen. Im Gegensatz zu dem elektrischen Antriebsstrang 200 in 2 weist der elektrische Antriebsstrang 400 ein Getriebe 405 auf, bei dem der erste Zahnradsatz 220 (d. h. das erste Planetengetriebe 230) weggelassen worden ist. In dem dargestellten Beispiel sind sowohl der erste Elektromotor 210 als auch der zweite Elektromotor 215 Motoren mit niedriger Drehzahl mit einer Nenndrehzahl von unter 5000 U/min. Diese Konfiguration des elektrischen Antriebsstrangs 400 ist in Situationen förderlich, in denen der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 beide Motoren mit niedrigen Drehzahlen sind, so dass der erste Zahnradsatz 220 nicht zur Reduzierung der Drehzahl des Ausgangs von dem elektrischen Antriebsstrang 400 erforderlich ist.
Da der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 Elektromotoren sind, besteht kein Bedarf an hydraulischen Steuerungen, da der elektrische Antriebsstrang 400 elektronisch gesteuert werden kann. Der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 sind in einem spezifischen Beispiel wieder dieselbe Art von Elektromotor mit niedriger Drehzahl mit Nenndrehzahlen von weniger als 5000 U/min. Bei einer Ausführung sind der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 austauschbare Teile mit derselben Teil- oder SKU-Nummer. Insbesondere weisen der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 jeweils eine Nenndrehzahl von höchstens 2500 U/min, eine Nennspitzenleistung von mindestens 250 PS (600 Volt DC), eine Nenndauerleistung von mindestens 133 PS (600 Volt DC), ein Nenndauerdrehmoment von mindestens 320 Pfund/Fuß und ein Nennspitzendrehmoment von mindestens 735 Pfund/Fuß auf. Ohne den ersten Zahnradsatz 220 weist der Ausgang an der Antriebswelle 125 von dem elektrischen Antriebsstrang 400 in einem Beispiel eine maximale Ausgangsdrehzahl von etwa 3500 U/min und ein maximales Ausgangsdrehmoment von etwa 3200 Pfund/Fuß beträgt auf.
Der zweite Zahnradsatz 225 und die Kupplung 260 in dem elektrischen Antriebsstrang 400 funktionieren ähnlich wie zuvor beschrieben. Der Kontroller 110 schaltet über den Kupplungsaktuator 262 die Klauenkupplung 261 zwischen der Leerlauf-, der ersten Bereichs- und der zweiten Bereichsstellung, so dass der zweite Elektromotor 215 dem Kupplungseingriffsglied 265 verschiedene Drehmomente (oder keins) zuführen kann, die mit dem Drehmoment von dem ersten Elektromotor 210 an der Antriebswelle 125 kombiniert werden. Wenn sich die Klauenkupplung 261 in einer Leerlaufstellung befindet, führt der zweite Elektromotor 215 der Antriebswelle 125 keine Leistung zu. In solch einem Fall kann der erste Elektromotor 210 der Antriebswelle 125 die gesamte Leistung zuführen. Noch einmal, der erste Elektromotor 210 kann also als ein Generator während regenerativen Bremsens wirken, um das ESS 115 aufzuladen. Die Klauenkupplung 261 rückt das erste Bereichsglied 270 dahingehend ein, die Kupplung 260 in die erste Bereichsstellung zu versetzen, in der der zweite Elektromotor 215 der Antriebswelle 125 höhere Drehmomente zuführen kann. Die Klauenkupplung 261 wechselt durch Einrücken des zweiten Bereichsglieds 275 in die zweite Bereichsstellung. In der zweiten Bereichsstellung stellt der zweite Elektromotor 215 ein Drehmoment bereit, das niedriger als in der ersten Bereichsstellung ist, jedoch ist die Drehzahl höher. Noch einmal, der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 sind beide Motoren mit niedriger Drehzahl, so dass der erste Zahnradsatz 220 nicht zur Reduzierung der Drehzahl des Ausgangs von dem elektrischen Antriebsstrang 400 erforderlich ist.
5 zeigt einen elektrischen Antriebsstrang 500, bei dem es sich um eine Variation des elektrischen Antriebsstrangs 200 und des elektrischen Antriebsstrangs 500, die in 2 bzw. 4 gezeigt werden, handelt. Wie zu sehen ist, enthält der elektrische Antriebsstrang 500 eine Reihe derselben Komponenten wie der in 2 gezeigte elektrische Antriebsstrang 200 und ist ähnlich konstruiert. Beispielsweise umfasst der elektrische Antriebsstrang 500 den zweiten Zahnradsatz 225, das zweite Planetengetriebe 235, die erste Ausgangswelle 240, den zweiten Träger 255, die Kupplung 260 und den Kupplungsaktuator 262 der Art, die oben für den elektrischen Antriebsstrang 200 in 2 beschrieben wird, und der elektrische Antriebsstrang 500 umfasst den ersten Elektromotor 210 mit dem ersten Umrichter 212 und den zweiten Elektromotor 215 mit dem zweiten Umrichter 217. der zweite Zahnradsatz 225 umfasst in dem dargestellten Beispiel das zweite Planetengetriebe 235. Wie zuvor weist das zweite Planetengetriebe 235 das zweite Sonnenrad 236, die zweiten Planetenräder 237 und das zweite Hohlrad 238 auf. Noch einmal, die Kupplung 260 ist eine formschlüssige Kupplung, wie z. B. die Klauenkupplung 261, zur Reduzierung von Leistungsverlusten während Schaltvorgängen. Der Kürze und Deutlichkeit halber werden diese gleichen Merkmale nachstehend nicht noch einmal genauer beschrieben, und es wird auf die vorstehende Erörterung dieser Merkmale verwiesen. Im Gegensatz zu dem elektrischen Antriebsstrang 200 in 2 weist der elektrische Antriebsstrang 500 ein Getriebe 405 auf, bei dem der erste Zahnradsatz 220 (d. h. das erste Planetengetriebe 230) weggelassen worden ist. In dem dargestellten Beispiel ist der erste Elektromotor 210 ein Motor mit niedriger Drehzahl mit einer Nenndrehzahl von unter 5000 U/min, und der zweite Elektromotor 215 ist ein Motor mit hoher Drehzahl mit einer Nenndrehzahl von über 5000 U/min.
Da der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 Elektromotoren sind, besteht kein Bedarf an hydraulischen Steuerungen, da der elektrische Antriebsstrang 500 elektronisch gesteuert werden kann. Der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 sind in einem spezifischen Beispiel wieder dieselbe Art von Elektromotor mit niedriger Drehzahl mit Nenndrehzahlen von weniger als 5000 U/min. Bei einer Ausführung sind der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 austauschbare Teile mit derselben Teil- oder SKU-Nummer. Insbesondere weisen der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 jeweils eine Nenndrehzahl von mindestens 10.600 U/min, eine Nennspitzenleistung von mindestens 250 PS (600 Volt DC), eine Nenndauerleistung von mindestens 150 PS (600 Volt DC), ein Nenndauerdrehmoment von mindestens 240 Pfund/Fuß und ein Nennspitzendrehmoment von mindestens 310 Pfund/Fuß auf. Der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 können in anderen Beispielen andere Arten von Motoren sein. Beispielsweise ist bei einer Ausführung der erste Elektromotor 210 ein Motor mit niedriger Drehzahl, und der zweite Elektromotor 215 ist ein Motor mit hoher Drehzahl.
Wie dargestellt wird, umfasst das Getriebe 505 eine zweite Ausgangswelle 510, die mit dem zweiten Elektromotor 215 verbunden ist, und eine Zwischenausgangswelle 515, die mit dem zweiten Zahnradsatz 225 verbunden ist. Bei einer Ausführung ist das zweite Sonnenrad 236 des zweiten Planetengetriebes 235 integral mit der Zwischenausgangswelle 515 ausgebildet, und bei anderen Ausführungen ist das zweite Sonnenrad 236 eine separate Komponente. Das Getriebe 505 weist einen zwischen die zweite Ausgangswelle 515 und die Zwischenausgangswelle 515 gekoppelten Zwischenzahnradsatz 520 auf. In dem dargestellten Beispiel umfasst der Zwischenzahnradsatz 520 ein Zwischenplanetengetriebe 525. Das Zwischenplanetengetriebe 525 umfasst ein Zwischensonnenrad 530, ein oder mehrere Zwischenzahnräder 535, die mit dem Zwischensonnenrad umlaufend in Eingriff stehen, und ein Zwischenhohlrad 540, das das Zwischenzahnrad 535 umgibt und damit in Eingriff steht. Das Zwischenhohlrad 540 ist an dem Gehäuse 239 gesichert. Der Zwischenzahnradsatz 520 umfasst einen Zwischenträger 545, an dem das Zwischenzahnrad 535 drehbar befestigt ist. Das Zwischenplanetengetriebe 525 verbindet das Zwischenplanetengetriebe 525 mit der Zwischenausgangswelle 515. Bei einer Ausführung ist das Zwischensonnenrad 530 integral an der zweiten Ausgangswelle 510 ausgebildet, und bei anderen Ausführungen ist das Zwischensonnenrad 530 eine separate Komponente, die mit der zweiten Ausgangswelle 510 verbunden ist. In dem dargestellten Beispiel sind die zweite Ausgangswelle 510 und die Zwischenausgangswelle 515 hohl, so dass sich die erste Ausgangswelle 240 konzentrisch durch die zweite Ausgangswelle 510 und die Zwischenausgangswelle 515 erstrecken kann. Das Zwischenplanetengetriebe 525 ist zum Reduzieren der Drehzahl und Erhöhen der Drehmomentabgabe von dem zweiten Elektromotor 215, die dem zweiten Zahnradsatz 225 zugeführt werden, konfiguriert.
Der zweite Zahnradsatz 225 und die Kupplung 260 in dem elektrischen Antriebsstrang 500 funktionieren ähnlich wie zuvor beschrieben. Der Kontroller 110 schaltet über den Kupplungsaktuator 262 die Klauenkupplung 261 zwischen der Leerlauf-, der ersten Bereichs- und der zweiten Bereichsstellung, so dass der zweite Elektromotor 215 dem Kupplungseingriffsglied 265 verschiedene Drehmomente (oder keins) zuführen kann, die mit dem Drehmoment von dem ersten Elektromotor 210 an der Antriebswelle 125 kombiniert werden. Wenn sich die Klauenkupplung 261 in einer Leerlaufstellung befindet, führt der zweite Elektromotor 215 der Antriebswelle 125 keine Leistung zu. In solch einem Fall kann der erste Elektromotor 210 der Antriebswelle 125 die gesamte Leistung zuführen. Noch einmal, der erste Elektromotor 210 kann also als ein Generator während regenerativen Bremsens wirken, um das ESS 115 aufzuladen. Die Klauenkupplung 261 rückt das erste Bereichsglied 270 dahingehend ein, die Kupplung 260 in die erste Bereichsstellung zu versetzen, in der der zweite Elektromotor 215 der Antriebswelle 125 höhere Drehmomente zuführen kann. Die Klauenkupplung 261 wechselt durch Einrücken des zweiten Bereichsglieds 275 in die zweite Bereichsstellung. In der zweiten Bereichsstellung stellt der zweite Elektromotor 215 ein Drehmoment bereit, das niedriger als in der ersten Bereichsstellung ist, jedoch ist die Drehzahl höher.
6 zeigt eine schematische Ansicht eines weiteren Beispiels für einen elektrischen Antriebsstrang 600, der bei dem Antriebsstrangsystem 105 von 1 verwendet werden kann, und 7 zeigt eine Querschnittsansicht elektrischen Antriebsstrangs 600. 6 zeigt einen elektrischen Antriebsstrang 600, bei dem es sich um eine weitere Variation des in 2 gezeigten elektrischen Antriebsstrangs 200 handelt. Der elektrische Antriebsstrang 600 enthält eine Reihe derselben Komponenten wie der in 2 gezeigte elektrische Antriebsstrang 200 und ist ähnlich konstruiert. Beispielsweise umfasst der elektrische Antriebsstrang 600 den ersten Zahnradsatz 220, das zweite Planetengetriebe 235, die erste Ausgangswelle 240, den zweiten Träger 255, die Kupplung 260 und den Kupplungsaktuator 262 der Art, die oben für den elektrischen Antriebsstrang 200 in 2 beschrieben wird, und der elektrische Antriebsstrang 600 umfasst den ersten Elektromotor 210 mit dem ersten Umrichter 212 und den zweiten Elektromotor 215 mit dem zweiten Umrichter 217. Der erste Zahnradsatz 220 umfasst in dem dargestellten Beispiel das erste Planetengetriebe 230. Wie zuvor weist das erste Planetengetriebe 230 das erste Sonnenrad 231, die ersten Planetenräder 232 und das erste Hohlrad 233 auf. Noch einmal, die Kupplung 260 ist eine formschlüssige Kupplung, wie z. B. die Klauenkupplung 261, zur Reduzierung von Leistungsverlusten während Schaltvorgängen. Der Kürze und Deutlichkeit halber werden diese gleichen Merkmale nachstehend nicht noch einmal genauer beschrieben, und es wird auf die vorstehende Erörterung dieser Merkmale verwiesen.
Da der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 Elektromotoren sind, besteht kein Bedarf an hydraulischen Steuerungen, da der elektrische Antriebsstrang 600 elektronisch gesteuert werden kann. Der erste Umrichter 212 ist elektrisch zwischen das ESS 115 und den ersten Elektromotor 210 gekoppelt, und der zweite Umrichter 217 ist elektrisch zwischen das ESS 115 und den zweiten Elektromotor 215 gekoppelt. Der erste Umrichter 212 und der zweite Umrichter 217 wandeln den Gleichstrom (DC) von dem ESS 115 in Wechselstrom (AC) um, um den ersten Elektromotor 210 bzw. den zweiten Elektromotor 215 zu speisen. Der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 können auch als Generatoren wirken, wie z. B. während regenerativen Bremsens. In solch einer Situation wandeln der erste Umrichter 212 und der zweite Umrichter 217 den AC-Strom von dem ersten Elektromotor 210 bzw. dem zweiten Elektromotor 215 zu DC-Strom um, der dem ESS 115 zugeführt wird. In einem Beispiel sind der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 dieselbe Art von Elektromotor, so dass beide Motoren allgemein dieselbe Drehzahl- und Drehmomentabgabe innerhalb normaler Herstellungstoleranzen bereitstellen. Der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 sind bei einer Ausführung beide Elektromotoren mit hoher Drehzahl, und bei einer anderen Ausführung sind der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 beide Elektromotoren mit niedriger Drehzahl. Bei alternativen Variationen können der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 verschiedenartig sein, so dass beispielsweise einer ein Motor mit hoher Drehzahl und der andere ein Motor mit niedriger Drehzahl ist.
Wie zu sehen ist, weist der elektrische Antriebsstrang 600 in 6 einen zweiten Zahnradsatz 625 auf, der anders als der zweite Radsatz 225 von 2 konfiguriert ist. Der zweite Zahnradsatz 625 ist zwischen dem zweiten Elektromotor 215 und dem ersten Zahnradsatz 220 angeordnet oder positioniert. Diese Konfiguration hilft dabei, durch den zweiten Zahnradsatz 625 erzeugte Geräusche zu dämpfen. In dem dargestellten Beispiel umfasst der zweite Zahnradsatz 625 ein zweites Planetengetriebe 635. Das zweite Planetengetriebe 635 weist ein zweites Sonnenrad 635, ein oder mehrere zweite Planetenräder 637, die umlaufend mit dem zweiten Sonnenrad 636 in Eingriff stehen, und ein zweites Hohlrad 638, das die zweiten Planetenräder 637 umgibt und damit in Eingriff steht, auf. Der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 weisen eine erste Ausgangswelle 240 bzw. eine zweite Ausgangswelle 645 zur Bereitstellung von mechanischer Drehleistung auf. In dem dargestellten Beispiel ist die zweite Ausgangswelle 645 hohl, so dass sich die erste Ausgangswelle 240 konzentrisch durch die zweite Ausgangswelle 645 erstrecken kann. Das zweite Planetengetriebe 635 weist einen zweiten Träger 655 auf, der mit dem ersten Zahnradsatz 220 gekoppelt ist, und das zweite Hohlrad 638 umgibt den zweiten Träger 655 allgemein.
Gemäß der Darstellung in 6 und 7 umfasst der elektrische Antriebsstrang 600 mindestens eine schaltbare Freilaufkupplung (SOWC) 660 mit einem Kupplungsaktuator 662, der die SOWC 660 mit dem zweiten Hohlrad 638 in und außer Eingriff bringt. Durch die SOWC 660 kann das Getriebe 605 des elektrischen Antriebsstrangs 600 ferner zur Gangschaltung in der Lage, so dass die Drehzahl und/oder das Drehmoment von dem zweiten Elektromotor 215 geändert werden können. Der zweite Zahnradsatz 625 umfasst ferner eine Kupplung 665 mit einem Kupplungsaktuator 670, der die Kupplung 665 betätigt. In einem Beispiel umfasst die Kupplung 665 eine Klauenkupplung 675, und bei einer bestimmten Version ist die Klauenkupplung 675 eine Zweistellungsklauenkupplung. Der zweite Träger 655 weist ein Kupplungseingriffsglied 680 auf, und die zweite Ausgangswelle 645 weist ein Bereichsglied 685 auf. Wenn sie von dem Kupplungsaktuator 670 betätigt wird, kann die Kupplung 665 das Bereichsglied 685 mit dem Kupplungseingriffsglied 680 wirkverbinden, so dass Drehmoment von der zweiten Ausgangswelle 645 auf den zweiten Träger 655 übertragen wird. Das Drehmoment von dem zweiten Träger 655 wird wiederum über das erste Planetengetriebe 230 auf die Antriebswelle 125 übertragen. Durch Einrücken und Ausrücken der SOWC 660 und der Klauenkupplung 675 in verschiedenen Kombinationen können verschiedene Gangbereiche von dem zweiten Elektromotor 215 erzielt werden. Bei weiteren Variationen umfasst die Kupplung 665 eine Scheibennasskupplung oder eine Scheibentrockenkupplung.
Der erste Elektromotor 210 ist dauerhaft mit der Antriebswelle 125 verbunden (d. h. es gibt keine Kupplung), so dass der erste Elektromotor 210 der Antriebswelle 125 und dem Vortriebssystem 130 durchgängig Leistung zuführen kann. Anders ausgedrückt weist der erste Elektromotor 210 eine ununterbrochene Verbindung mit der Antriebswelle 125 auf, und der zweite Elektromotor 215 ist über die SOWC 660 oder die Kupplung 665 mit der Antriebswelle 125 verbunden. Diese Konfiguration des elektrischen Antriebsstrangs 600 ermöglicht eine Lastschaltung, bei der der Antriebswelle 125 stets Leistung zugeführt werden kann, selbst wenn Schalten der SOWC 660 erfolgt. Da Leistung durchgängig zugeführt wird, kann dafür gesorgt werden, dass jegliches Schalten für den Fahrer und/oder die Beifahrer im Allgemeinen nicht wahrnehmbar ist.
Durch die Verwendung von mehr als einem Elektromotor ist das Antriebsstrangsystem 105 so konfiguriert, dass die Verwendung von kleineren Elektromotoren für Kraftfahrzeuge für den Verbrauchermarkt zum Antrieb größerer gewerblicher Fahrzeuge, wie jener mit einer FHWA-Klasseneinstufung von vier (4) oder höher und/oder jener, die 40.000 Pfund (18,144 kg) oder mehr bewegen können, gestattet wird. In der Regel, jedoch nicht immer, sind Elektromotoren für Kraftfahrzeuge für den Verbrauchermarkt kostengünstiger, leichter und können höhere Drehzahlen im Vergleich zu Elektromotoren mit höherem Drehmoment für den gewerblichen Einsatz bereitstellen. Darüber hinaus weisen diese Motoren für den Verbrauchermarkt tendenziell eine höhere Leistungsdichte und Energieeffizienz auf, so dass die Reichweite des Fahrzeugs 100 zwischen Ladevorgängen des ESS 115 vergrößert werden kann.
Durch diese Mehrmotorenkonstruktion kann wiederum auch die Energie effizienter genutzt werden. Die Leistung, die Drehzahl und/oder das Drehmoment, die von dem ersten Elektromotor 210 und dem zweiten Elektromotor 215 bereitgestellt werden, kann so angepasst werden, dass die Motoren unter verschiedenen Betriebsbedingungen effizienter arbeiten. Beispielsweise kann bzw. können die SOWC 660 und/oder die Kupplung 665 die Übersetzungsverhältnisse des zweiten Zahnradsatzes 625 dahingehend ändern, die Ausgangsdrehzahl und/oder das Ausgangsdrehmoment, die von dem zweiten Elektromotor 215 bereitgestellt werden, anzupassen. Die SOWC 660 kann ferner dazu verwendet werden, den zweiten Elektromotor 215 von dem ersten Elektromotor 210 zu trennen, so dass der erste Elektromotor 210 der Antriebswelle 125 die gesamte mechanische Vortriebsleistung zuführt. Gleichzeitig kann der zweite Elektromotor 215 abgestellt werden, um Energie zu sparen und zu gestatten, dass der erste Elektromotor 210 innerhalb eines effizienten Leistungsbands arbeitet, oder die Drehzahl des zweiten Elektromotors 215 kann zu Schaltzwecken geändert werden. Noch einmal, da der erste Elektromotor 210 dauerhaft mit der Antriebswelle 125 verbunden ist, kann dem Vortriebssystem 130 stets Leistung zugeführt werden, so dass jegliches Schalten des zweiten Zahnradsatzes 625 über die SOWC 660 und die Kupplung 665 für den Fahrer und/oder die Beifahrer des Fahrzeugs 100 nicht wahrnehmbar sein kann. Da der erste Elektromotor 210 der Antriebswelle 125 durchgängig Leistung zuführt, kann das Antriebsstrangsystem 105 während des Schaltens ausreichend Zeit in Anspruch nehmen, um Wirkungsgrad und Leistungsfähigkeit des Fahrzeugs 100 zu verbessern. Das Antriebsstrangsystem 105 kann mehr als genug Zeit dafür bereitstellen, Probleme bei der zeitlichen Steuerung und Synchronisation zwischen dem ersten Elektromotor 210, dem zweiten Elektromotor 215, dem zweiten Zahnradsatz 625, der SOWC 660 und/oder der Klauenkupplung 675 zu bewältigen.
8 zeigt einen elektrischen Antriebsstrang 800, bei dem es sich um eine Variation des in 6 und 7 gezeigten elektrischen Antriebsstrangs 600 handelt. Wie zu sehen ist, enthält der elektrische Antriebsstrang 800 eine Reihe derselben Komponenten wie der in 2 gezeigte elektrische Antriebsstrang 200 und ist ähnlich konstruiert. Beispielsweise umfasst der elektrische Antriebsstrang 800 die erste Ausgangswelle 240, den zweiten Zahnradsatz 625, das zweite Planetengetriebe 635, die erste Ausgangswelle 645, den zweiten Träger 655, die SOWC 660, den Kupplungsaktuator 662, die Kupplung 665, den Kupplungsaktuator 670, die Klauenkupplung 675, das Kupplungseingriffsglied 680 und das Bereichsglied 685 der Art, die oben für den elektrischen Antriebsstrang 600 in 6 beschrieben wird, und der elektrische Antriebsstrang 800 umfasst den ersten Elektromotor 210 mit dem ersten Umrichter 212 und den zweiten Elektromotor 215 mit dem zweiten Umrichter 217. Noch einmal, das zweite Planetengetriebe 635 des zweiten Zahnradsatzes 625 umfasst das zweite Sonnenrad 636, die zweiten Planetenräder 637 und das zweite Hohlrad 638. Der Kürze und Deutlichkeit halber werden diese gleichen Merkmale nachstehend nicht noch einmal genauer beschrieben, und es wird auf die vorstehende Erörterung dieser Merkmale verwiesen. Im Gegensatz zu dem elektrischen Antriebsstrang 600 in 6 weist der elektrische Antriebsstrang 800 ein Getriebe 805 auf, bei dem der erste Zahnradsatz 220 (d. h. das erste Planetengetriebe 230) weggelassen worden ist. In dem dargestellten Beispiel sind sowohl der erste Elektromotor 210 als auch der zweite Elektromotor 215 Motoren mit niedriger Drehzahl mit einer Nenndrehzahl von unter 5000 U/min. Diese Konfiguration des elektrischen Antriebsstrangs 800 ist in Situationen förderlich, in denen der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 beide Motoren mit niedrigen Drehzahlen sind, so dass der erste Zahnradsatz 220 nicht zur Reduzierung der Drehzahl des Ausgangs von dem elektrischen Antriebsstrang 800 erforderlich ist.
Da der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 Elektromotoren sind, besteht kein Bedarf an hydraulischen Steuerungen, da der elektrische Antriebsstrang 800 elektronisch gesteuert werden kann. Der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 sind in einem spezifischen Beispiel wieder dieselbe Art von Elektromotor mit niedriger Drehzahl mit Nenndrehzahlen von weniger als 5000 U/min. Bei einer Ausführung sind der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 austauschbare Teile mit derselben Teil- oder SKU-Nummer. Insbesondere weisen der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 jeweils eine Nenndrehzahl von höchstens 2500 U/min, eine Nennspitzenleistung von mindestens 250 PS (600 Volt DC), eine Nenndauerleistung von mindestens 133 PS (600 Volt DC), ein Nenndauerdrehmoment von mindestens 320 Pfund/Fuß und ein Nennspitzendrehmoment von mindestens 735 Pfund/Fuß auf. Ohne den ersten Zahnradsatz 220 weist der Ausgang an der Antriebswelle 125 von dem elektrischen Antriebsstrang 800 in einem Beispiel eine maximale Ausgangsdrehzahl von etwa 3500 U/min und ein maximales Ausgangsdrehmoment von etwa 3200 Pfund/Fuß auf.
Der zweite Zahnradsatz 225, die SOWC 660 und die Kupplung 665 in dem elektrischen Antriebsstrang 800 funktionieren ähnlich wie zuvor beschrieben. Die Leistung, die Drehzahl und/oder das Drehmoment, die von dem ersten Elektromotor 210 und dem zweiten Elektromotor 215 bereitgestellt werden, kann so angepasst werden, dass die Motoren unter verschiedenen Betriebsbedingungen effizienter arbeiten. Beispielsweise kann bzw. können die SOWC 660 und/oder die Kupplung 665 die Übersetzungsverhältnisse des zweiten Zahnradsatzes 625 dahingehend ändern, die Ausgangsdrehzahl und/oder das Ausgangsdrehmoment, die von dem zweiten Elektromotor 215 bereitgestellt werden, anzupassen. Die SOWC 660 kann ferner dazu verwendet werden, den zweiten Elektromotor 215 von dem ersten Elektromotor 210 zu trennen, so dass der erste Elektromotor 210 der Antriebswelle 125 die gesamte mechanische Vortriebsleistung zuführt. Gleichzeitig kann der zweite Elektromotor 215 abgestellt werden, um Energie zu sparen und zu gestatten, dass der erste Elektromotor 210 innerhalb eines effizienten Leistungsbands arbeitet, oder die Drehzahl des zweiten Elektromotors 215 kann zu Schaltzwecken geändert werden. Noch einmal, da der erste Elektromotor 210 dauerhaft mit der Antriebswelle 125 verbunden ist, kann dem Vortriebssystem 130 stets Leistung zugeführt werden, so dass jegliches Schalten des zweiten Zahnradsatzes 625 über die SOWC 660 und die Kupplung 665 für den Fahrer und/oder die Beifahrer des Fahrzeugs 100 nicht wahrnehmbar sein kann. Da der erste Elektromotor 210 der Antriebswelle 125 durchgängig Leistung zuführt, kann das Antriebsstrangsystem 105 während des Schaltens ausreichend Zeit in Anspruch nehmen, um Wirkungsgrad und Leistungsfähigkeit des Fahrzeugs 100 zu verbessern. Das Antriebsstrangsystem 105 kann mehr als genug Zeit dafür bereitstellen, Probleme bei der zeitlichen Steuerung und Synchronisation zwischen dem ersten Elektromotor 210, dem zweiten Elektromotor 215, dem zweiten Zahnradsatz 625, der SOWC 660 und/oder der Klauenkupplung 675 zu bewältigen.
9 zeigt eine schematische Ansicht noch eines weiteren Beispiels für einen elektrischen Antriebsstrang 900 mit einem stufenlosen Mehrmotorenleistungsgetriebe 905, der bei dem Antriebsstrangsystem 105 von 1 verwendet werden kann. Bei dem elektrischen Antriebsstrang 900 sind eine Reihe von Komponenten und Funktionen gleich wie bei den vorher beschriebenen (siehe z. B. 2 und 3). Der Kürze und Deutlichkeit halber werden diese gleichen Merkmale nachstehend nicht noch einmal genauer beschrieben, und es wird auf die vorstehende Erörterung verwiesen.
Das vordere Ende des Getriebes 905 ist im Allgemeinen ähnlich wie das Getriebe 205 in 2 und 3 konstruiert, das Getriebe 905 in 9 umfasst jedoch ferner ein Zusatzmodul 907, das dazu konfiguriert ist, zusätzliche Schaltbereiche bereitzustellen. Beispielsweise umfasst das Getriebe 905 in 9 den ersten Elektromotor 210 mit dem ersten Umrichter 212 und den zweiten Elektromotor 215 mit dem zweiten Umrichter 217. Der erste Umrichter 212 ist elektrisch zwischen das ESS 115 und den ersten Elektromotor 210 gekoppelt, und der zweite Umrichter 217 ist elektrisch zwischen das ESS 115 und den zweiten Elektromotor 215 gekoppelt. Der erste Umrichter 212 und der zweite Umrichter 217 wandeln den Gleichstrom (DC) von dem ESS 115 in Wechselstrom (AC) um, um den ersten Elektromotor 210 bzw. den zweiten Elektromotor 215 zu speisen. Der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 können auch als Generatoren wirken, wie z. B. während regenerativen Bremsens. In solch einer Situation wandeln der erste Umrichter 212 und der zweite Umrichter 217 den AC-Strom von dem ersten Elektromotor 210 bzw. dem zweiten Elektromotor 215 zu DC-Strom um, der dem ESS 115 zugeführt wird. In einem Beispiel sind der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 dieselbe Art von Elektromotor, so dass beide Motoren allgemein dieselbe Drehzahl- und Drehmomentabgabe innerhalb normaler Herstellungstoleranzen bereitstellen. Der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 sind bei einer Ausführung beide Elektromotoren mit hoher Drehzahl, und bei einer anderen Ausführung sind der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 beide Elektromotoren mit niedriger Drehzahl. Bei alternativen Variationen können der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 verschiedenartig sein, so dass beispielsweise einer ein Motor mit hoher Drehzahl und der andere ein Motor mit niedriger Drehzahl ist.
Wie zuvor weist das Getriebe 905 den ersten Zahnradsatz 220 und den zweiten Zahnradsatz 225 auf, die beide an einem Ausgangsende des ersten Elektromotors 210 und des zweiten Elektromotors 215 positioniert sind. Der erste Zahnradsatz 220 ist an dem Ausgangsende des Gesamtgetriebes 205, das sich in der Nähe der Antriebswelle 125 befindet, positioniert. Der zweite Zahnradsatz 225 ist zwischen dem zweiten Elektromotor 215 und dem ersten Zahnradsatz 220 angeordnet oder positioniert. Diese Konfiguration hilft dabei, durch den zweiten Zahnradsatz 225 erzeugte Geräusche zu dämpfen. Höhere Teilkreisgeschwindigkeiten erzeugen höhere Geräuschpegel. Geräuschpegel können durch Verbesserung des Zahnradeingriffskontakts und Auswahl entsprechender Materialien sowie Schmierung gesenkt werden. Die dargestellte Konstruktion bewegt den ersten Zahnradsatz 220 und den zweiten Zahnradsatz 255 stromabwärts, so dass sie sich näher an der Antriebswelle 125 befinden. Dadurch werden wiederum jegliche resultierenden Geräusche von dem Fahrgastraum des Fahrzeugs 100 weg bewegt.
In dem dargestellten Beispiel liegt der erste Zahnradsatz 220 in Form des ersten Planetengetriebes 230 vor. Das erste Planetengetriebe 230 umfasst ein erstes Sonnenrad 231, ein oder mehrere erste Planetenräder 232, die mit dem ersten Sonnenrad 231 umlaufend in Eingriff stehen, und das erste Hohlrad 233, das die ersten Planetenräder 232 umgibt und mit diesen in Eingriff steht. Der zweite Zahnradsatz 225 in dem dargestellten Beispiel liegt in Form des zweiten Planetengetriebes 235 vor. Das zweite Planetengetriebe 235 umfasst das zweite Sonnenrad 236, ein oder mehrere zweite Planetenräder 237, die umlaufend mit dem ersten Sonnenrad 236 in Eingriff stehen, und das zweite Hohlrad 233, das die ersten Planetenräder 232 umgibt und mit diesen in Eingriff steht. Der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 weisen die erste Ausgangswelle 240 bzw. die zweite Ausgangswelle 245 zur Bereitstellung von mechanischer Drehleistung auf. In dem dargestellten Beispiel ist die zweite Ausgangswelle 245 hohl, so dass sich die erste Ausgangswelle 240 konzentrisch durch die zweite Ausgangswelle 245 erstrecken kann. Das erste Planetengetriebe 230 weist wieder den ersten Träger 250 auf, der mit der Antriebswelle 125 verbunden ist, und das zweite Planetengetriebe 235 weist den zweiten Träger 255 auf. Die ersten Planetenräder 232 und die zweiten Planetenräder 237 sind an dem ersten Träger 250 bzw. dem zweiten Träger 255 befestigt oder damit verbunden. Bei einer Ausführung sind das erste Sonnenrad 231 und das zweite Sonnenrad 236 jeweils mit der ersten Ausgangswelle 240 bzw. der zweiten Ausgangswelle 245 integral ausgebildet. In anderen Beispielen können das erste Sonnenrad 231 und das zweite Sonnenrad 236 separate Zahnräder sein, die an der ersten Ausgangswelle 240 und der zweiten Ausgangswelle 245 angebracht sind.
Gemäß der Darstellung in 9 umfasst das Getriebe 905 mindestens eine Kupplung 260 in Form der Klauenkupplung 261. Wie in den früheren Beispielen weist die Klauenkupplung 261 den Kupplungsaktuator 262 auf, der den zweiten Elektromotor 215 und den ersten Elektromotor 210 in und außer Eingriff bringt. Durch die Kupplung 260 ist das Getriebe 205 des elektrischen Antriebsstrangs 200 ferner zur Gangschaltung in der Lage, so dass die Drehzahl und/oder das Drehmoment von dem zweiten Elektromotor 215 geändert werden können. In dem dargestellten Beispiel umfasst das Getriebe 905 eine einzige Kupplung 260, das Getriebe 905 kann jedoch in anderen Beispielen mehr als eine Kupplung umfassen. Die erste Ausgangswelle 240 für den ersten Elektromotor 210 weist das Kupplungseingriffsglied 265 auf, an dem die Kupplung 260 mit der zweiten Ausgangswelle 240 in Eingriff gelangen kann. Der zweite Träger 255 des zweiten Planetengetriebes 235 weist das erste Bereichsglied 270 auf, an dem die Kupplung 260 in einer ersten Bereichsstellung in Eingriff gelangt. Wenn sie sich in der ersten Bereichsstellung befindet, verbindet die Kupplung 260 das erste Bereichsglied 270 mit dem Kupplungseingriffsglied 265, so dass die Drehzahl (d. h. U/min), die von dem zweiten Elektromotor 215 bereitgestellt wird, durch den zweiten Zahnradsatz 225 reduziert wird und das Drehmoment, das dem ersten Zahnradsatz 220 von dem zweiten Elektromotor 215 zugeführt wird, durch das zweite Planetengetriebe 235 erhöht wird. Die zweite Ausgangswelle 245 des zweiten Elektromotors 215 weist das zweite Bereichsglied 275 auf, an dem die Kupplung 260 in einer zweiten Bereichsstellung in Eingriff gelangt. Wenn sie sich in der zweiten Bereichsstellung befindet, verbindet die Kupplung 260 das zweite Bereichsglied 275 mit dem Kupplungseingriffsglied 265, so dass die Drehzahl und das Drehmoment des zweiten Elektromotors 215 direkt dem ersten Zahnradsatz 220 zugeführt werden. Im Vergleich zu der ersten Bereichsstellung ist die Drehzahl des zweiten Elektromotors 215, die der ersten Ausgangswelle 240 des ersten Elektromotors 210 zugeführt wird, schneller, und das Drehmoment ist niedriger. Die Kupplung 260 kann ferner in eine Leerlaufstellung positioniert werden, in der der zweite Elektromotor 215 nicht mechanisch mit der Antriebswelle 125 gekoppelt ist. In der Leerlaufschaltstellung kann der erste Elektromotor 210 je nach Wunsch die gesamte mechanische Leistung zum Vortrieb des Fahrzeugs 100 bereitstellen.
Wie zuvor angemerkt wurde, ist das Modul 907 in 9 dazu konfiguriert, dass Getriebe 205 von 2 ohne Weiteres von einer Zweigang- in eine Dreigangkonstruktion umzuwandeln. Wie gezeigt wird, umfasst das Modul 907 einen dritten Zahnradsatz 910, der stromaufwärts des ersten Elektromotors 210, d. h. auf einer Seite des Getriebes 905, die dem ersten Zahnradsatz 220 und dem zweiten Zahnradsatz 225 gegenüberliegt, positioniert ist. Das Getriebe 905 weist eine erste Ausgangswelle 915 und eine erste Verbinderwelle 920 auf. Die erste Verbinderwelle 920 verbindet den ersten Elektromotor 210 mit dem dritten Zahnradsatz 910, und die erste Ausgangswelle 915 erstreckt sich in einer Längsrichtung in dem Getriebe 905 zum Verbinden des dritten Zahnradsatzes 910 mit dem ersten Zahnradsatz 220 und dem zweiten Zahnradsatz 225. Die zweite Ausgangswelle 245 und die erste Verbinderwelle 920 sind hohl, so dass sich die erste Ausgangswelle 915 konzentrisch durch die zweite Ausgangswelle 245 und die erste Verbinderwelle 920 erstrecken kann. Durch den dritten Zahnradsatz 910 und die erste Ausgangswelle 915 kann der erste Elektromotor 210 der Antriebswelle 125 Leistung zuführen.
Der dritte Zahnradsatz 910 in dem dargestellten Beispiel umfasst ein drittes Planetengetriebe 922. Wie gezeigt wird, umfasst das Getriebe 905 ferner eine zweite Kupplung 925, die durch einen zweiten Kupplungsaktuator 927 selektiv mit dem dritten Planetengetriebe 922 in und außer Eingriff gelangt. Bei der dargestellten Ausführung ist die zweite Kupplung 925 eine Klauenkupplung. Der zweite Kupplungsaktuator 927 ist durch das CAN 120 mit dem Kontroller 110 wirkgekoppelt oder -verbunden, so dass der Kontroller 110 dem Betrieb der zweiten Kupplung 925 steuern kann. Das dritte Planetengetriebe 922 weist in dem dargestellten Beispiel ein drittes Sonnenrad 928, ein oder mehrere innere Planetenräder 930, die mit dem dritten Sonnenrad 928 in Eingriff stehen, ein oder mehrere äußere Planetenräder 935, die mit den inneren Planetenrädern 930 in Eingriff stehen, und ein drittes Hohlrad 938, das die äußeren Planetenräder 935 umgibt und mit diesen in Eingriff steht, auf. Das dritte Sonnenrad 928, die inneren Planetenräder 930, die äußeren Planetenräder 935 und das dritte Hohlrad 938 in dem dritten Planetengetriebe 922 sind allgemein konzentrisch angeordnet. Die inneren Planetenräder 930 und die äußeren Planetenräder 935 sind jeweils an einem dritten Träger 940, der an dem Gehäuse 239 fixiert ist, drehbar befestigt. Bezüglich des Gehäuses 239 sind die inneren Planetenräder 930 und die äußeren Planetenräder 935 stationär, und das dritte Sonnenrad 928 und das dritte Hohlrad 938 drehen oder bewegen sich bezüglich des Gehäuses 239. Bei dieser Zahnradgetriebeanordnung kann das dritte Planetengetriebe 922 des dritten Zahnradsatzes 910 das von dem ersten Elektromotor 210 zugeführte Drehmoment erhöhen und die Ausgangsdrehzahl des ersten Elektromotors 210 reduzieren.
Gemäß der Darstellung in 9 weist die erste Ausgangswelle 915 an dem dritten Zahnradsatz 910 ein zweites Kupplungseingriffsglied 945 auf, das mit der zweiten Kupplung 925 in Eingriff steht. Das dritte Hohlrad 938 des dritten Planetengetriebes 922 weist ein Glied 950 für den ersten-zweiten Bereich auf, das von der zweiten Kupplung 925 in Eingriff genommen werden kann. Die erste Verbinderwelle 920 weist ein drittes Bereichsglied 955 auf, das gleichermaßen von der zweiten Kupplung 925 in Eingriff genommen werden kann. Der Kontroller 110 ist über den zweiten Kupplungsaktuator 927 dazu in der Lage, das Drehmoment und die Drehzahl von dem ersten Elektromotor 210, die der Antriebswelle 125 zugeführt werden, durch dahingehendes Schalten der zweiten Kupplung 925, wahlweise das Glied 950 für den ersten-zweiten Bereich oder das dritte Bereichsglied 955 in Eingriff zu nehmen, zu ändern. Bei einer Ausführung weist der erste Zahnradsatz 220 eine Übersetzung von etwa 3,00 auf, der zweite Zahnradsatz 225 weist eine Übersetzung von etwa 3,50 auf, und der dritte Zahnradsatz 910 weist eine Übersetzung von etwa 2,50 auf. Es versteht sich, dass diese Zahnradsätze bei anderen Ausführungen andere Übersetzungen aufweisen können.
Nun wird unter Bezugnahme auf 9 eine Methode zum Betrieb des Getriebes 905 beschrieben. Noch einmal, das Getriebe 905 weist eine Dreigangkonstruktion auf. Mit dieser Methode führt mindestens einer der Motoren der Antriebswelle 125 stets Leistung zu, so dass es während Schaltvorgängen zu keiner Leistungsunterbrechung kommt. Durch die ununterbrochene Leistung erfolgen jegliche Schaltvorgänge sanft, so dass ein Fahrer und/oder Insasse des Fahrzeugs 100 im Allgemeinen keinen beträchtlichen Leistungsverlust bzw. keine Ruckbewegung verspüren.
In dem ersten Bereich führen sowohl der erste Elektromotor 210 als auch der zweite Elektromotor 215 der Antriebswelle 125 mechanische Leistung zu. Der Kontroller 110 positioniert die zweite Kupplung 925 über den zweiten Kupplungsaktuator 927 so, dass die zweite Kupplung 925 das Glied 950 für den ersten-zweiten Bereich des dritten Planetengetriebes 922 mit dem zweiten Kupplungseingriffsglied 945 mechanisch verbindet. In dieser ersten Bereichsstellung kann das dritte Planetengetriebe 922 des dritten Zahnradsatzes 910 das Drehmoment, das dem ersten Zahnradsatz 220 von dem ersten Elektromotor 210 zugeführt wird, erhöhen und die Ausgangsdrehzahl des ersten Elektromotors 210 reduzieren. Gleichzeitig positioniert der Kontroller 110 in der ersten Bereichsstellung die Kupplung 260 über den Kupplungsaktuator 262 so, dass die Kupplung 260 das erste Bereichsglied 270 mit dem Kupplungseingriffsglied 265 verbindet. In dieser ersten Bereichsstellung führt der zweite Elektromotor 215 durch die zweiten daneben Räder 237 des zweiten Zahnradsatzes 225 dem ersten Zahnradsatz 220 ein höheres Drehmoment mit niedrigerer Drehzahl zu. Der Ausgang von sowohl dem ersten Elektromotor 210 als auch dem zweiten Elektromotor 215 wird zur Erhöhung des Drehmoments und Reduzierung der Drehzahl, die der Antriebswelle 125 zugeführt werden, durch das erste Planetengetriebe 230 geleitet. Dies gestattet die Verwendung von Elektromotoren mit höheren Drehzahlen, wie jene, die für Personenfahrzeuge konstruiert sind, bei Schwerlastfahrzeugen. In der Regel, jedoch nicht immer, wird die erste Bereichsstellung anwendet, wenn sich das Fahrzeug 100 mit niedrigen Geschwindigkeiten und/oder unter Bedingungen, die hohe Drehmomente erfordern, fortbewegt.
Das Getriebe 905 kann aus der ersten Bereichsstellung in eine zweite Bereichsstellung schalten. Während dieser ersten Schaltstellung (d. h. aus der ersten Bereichsstellung in die zweite Bereichsstellung) führt der erste Elektromotor 210 der Antriebswelle 125 die gesamte mechanische Leistung zu, so dass das Getriebe 905 eine ununterbrochene Leistungsverbindung beibehält. Durch diese ununterbrochene Verbindung verläuft das Schalten sanft, so dass ein Fahrer und/oder Insasse des Fahrzeugs 100 im Allgemeinen keinen beträchtlichen Leistungsverlust bzw. keine Ruckbewegung verspüren. In dieser ersten Schaltstellung wird die von dem ersten Elektromotor 210 zugeführte Leistung erhöht, um den Leistungsverlust des zweiten Elektromotors 215 auszugleichen. Der zweite Kupplungsaktuator 927 hält den Eingriff der zweiten Kupplung 925 zwischen dem zweiten Kupplungseingriffsglied 945 und dem dritten Bereichsglied 955 aufrecht. Der Kupplungsaktuator 262 bewegt die Kupplung 260 in eine Leerlaufstellung, in der die Kupplung 260 sowohl mit dem ersten Bereichsglied 270 als auch dem zweiten Bereichsglied 275 außer Eingriff steht. Wenn sich die Kupplung 260 bei der ersten Schaltstellung in dieser Leerlaufstellung befindet, wird keine mechanische Leistung von dem zweiten Elektromotor 215 auf die Antriebswelle 125 des Fahrzeugs 100 übertragen, so dass der erste Elektromotor 210 der Antriebswelle 125 die gesamte Leistung zuführt.
Zum Schalten in die zweite Bereichsstellung bewegt der Kontroller 110 über den Kupplungsaktuator 262 die Kupplung 260 in eine Stellung, in der die Kupplung 260 das zweite Bereichsglied 275 mechanisch mit dem Kupplungseingriffsglied 265 verbindet, so dass der zweite Elektromotor 215 der Antriebswelle 125 wieder Leistung zuführt. Im Vergleich zu der ersten Bereichsstellung hat der Ausgang von dem zweiten Elektromotor 215 eine allgemein höhere Drehzahl und niedrigeres Drehmoment, da die Leistung von dem zweiten Elektromotor 215 nicht durch die zweiten Planetenräder 237 hindurchgeht. Gleichzeitig hält der zweite Kupplungsaktuator 927 den Eingriff der zweiten Kupplung 925 zwischen dem zweiten Kupplungseingriffsglied 945 und dem dritten Bereichsglied 955 in der zweiten Bereichsstellung aufrecht. Die von dem ersten Elektromotor 210 zugeführte Leistung kann reduziert werden, sobald der zweite Elektromotor 215 in die zweite Bereichsstellung eingerückt ist. In der zweiten Bereichsstellung führen sowohl der erste Elektromotor 210 als auch der zweite Elektromotor 215 der Antriebswelle 125 Leistung über den ersten Zahnradsatz 220 zu.
Das Getriebe 905 kann aus der zweiten Bereichsstellung in eine dritte Bereichsstellung schalten. Während dieser zweiten Schaltstellung (d. h. aus der zweiten Bereichsstellung in die dritte Bereichsstellung) führt der zweite Elektromotor 215 der Antriebswelle 125 die gesamte mechanische Leistung zu, so dass das Getriebe 905 eine ununterbrochene Leistungsverbindung beibehält. Durch diese ununterbrochene Verbindung verläuft das Schalten sanft, so dass ein Fahrer und/oder Insasse des Fahrzeugs 100 im Allgemeinen keinen beträchtlichen Leistungsverlust bzw. keine Ruckbewegung verspüren. In dieser zweiten Schaltstellung wird die von dem zweiten Elektromotor 215 zugeführte Leistung erhöht, um den Leistungsverlust des ersten Elektromotors 210 auszugleichen. Der Kupplungsaktuator 262 hält den Eingriff der Kupplung 260 zwischen dem Kupplungseingriffsglied 265 und dem zweiten Bereichsglied 275 aufrecht. Zur gleichen Zeit bewegt der zweite Kupplungsaktuator 927 bewegt die zweite Kupplung 925 in eine Leerlaufstellung, in der die zweite Kupplung 925 sowohl mit dem Glied 950 des ersten-zweiten Bereichs als auch dem dritten Bereichsglied 955 außer Eingriff steht. Wenn sich die zweite Kupplung 925 bei der zweiten Schaltstellung in dieser Leerlaufstellung befindet, wird keine mechanische Leistung von dem ersten Elektromotor 210 auf die Antriebswelle 125 des Fahrzeugs 100 übertragen, so dass der zweite Elektromotor 215 der Antriebswelle 125 die gesamte Leistung zuführt.
Zum Schalten in die dritte Bereichsstellung bewegt der Kontroller 110 über den zweiten Kupplungsaktuator 927 die zweite Kupplung 925 in eine Stellung, in der die zweite Kupplung 925 das dritte Bereichsglied 955 mechanisch mit dem zweiten Kupplungseingriffsglied 945 verbindet, so dass der erste Elektromotor 210 der Antriebswelle 125 wieder Leistung zuführt. Im Vergleich zu der ersten und der zweiten Bereichsstellung hat der Ausgang von dem ersten Elektromotor 210 eine allgemein höhere Drehzahl und niedrigeres Drehmoment, da die Leistung von dem ersten Elektromotor 210 nicht durch die dritten Planetenräder 922 hindurchgeht. Gleichzeitig hält der Kupplungsaktuator 262 den Eingriff der Kupplung 260 zwischen dem Kupplungseingriffsglied 265 und dem zweiten Bereichsglied 275 in der dritten Bereichsstellung aufrecht. Die von dem zweiten Elektromotor 215 zugeführte Leistung kann reduziert werden, sobald der erste Elektromotor 210 in die dritte Bereichsstellung eingerückt ist. In der dritten Bereichsstellung führen sowohl der erste Elektromotor 210 als auch der zweite Elektromotor 215 der Antriebswelle 125 wieder Leistung über den ersten Zahnradsatz 220 zu. In der Regel, jedoch nicht immer, wird die dritte Bereichsstellung anwendet, wenn sich das Fahrzeug 100 mit hohen Geschwindigkeiten und/oder unter Bedingungen, die niedrige Drehmomente erfordern, fortbewegt.
Unter Verwendung der oben beschriebenen Methode und des oben beschriebenen Getriebes 905 führt mindestens einer der Motoren der Antriebswelle 125 stets Leistung zu, so dass während Schaltvorgängen keine Leistungsunterbrechung auftritt. Durch die ununterbrochene Leistung erfolgt jegliches Schalten sanft, so dass ein Fahrer und/oder Insasse des Fahrzeugs 100 im Allgemeinen keinen beträchtlichen Leistungsverlust bzw. keine Ruckbewegung verspüren. Darüber hinaus gestatten diese Methode und dieses System die Verwendung von Elektromotoren mit höheren Drehzahlen, wie jene, die für Personenfahrzeuge konstruiert sind, bei Schwerlastfahrzeugen.
Begriffsglossar
Die in den Ansprüchen und in der Beschreibung verwendete Ausdrucksweise soll nur ihre einfache und gewöhnliche Bedeutung haben, mit Ausnahme dessen, was im Folgenden explizit definiert wird. Die Wörter in diesen Definitionen sollen nur in ihrer einfachen und üblichen Bedeutung verstanden werden. Diese einfache und übliche Bedeutung schließt alle konsistenten Wörterbuchdefinitionen aus den zuletzt veröffentlichten Webster's Wörterbüchern und Random House Wörterbüchern ein. So wie sie in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet werden, gelten für diese Begriffe und die weiter unten aufgeführten gängigen Varianten derselben die folgenden Definitionen.
„Etwa“ in Bezug auf numerische Werte bedeutet grundsätzlich plus oder minus 10 % des angegebenen Werts. Wenn der angegebene Wert beispielsweise 4,375 ist, bedeutet die Verwendung des Begriffs „etwa 4,375“ allgemein einen Bereich zwischen 3,9375 und 4,8125.
„Und/oder“ bezeichnet grundsätzlich eine grammatische Verbindung, die angibt, dass einer oder mehrere der Fälle, die sie verbindet, auftreten können. Beispielsweise kann sie angeben, dass einer oder beide von zwei angegebenen Fällen auftreten kann bzw. können. Allgemein umfasst „und/oder“ jegliche Kombination der Aufzählung. Beispielsweise umfasst „X, Y und/oder Z“: einen der Buchstaben einzeln (z. B. {X}, {Y}, {Z}); eine beliebige Kombination aus zwei der Buchstaben (z. B. {X, Y}, {X, Z}, {Y, Z}); und alle drei Buchstaben (z. B. {X, Y, Z}). Solche Kombinationen können auch andere nicht aufgezählte Elemente umfassen.
„Achse“ bezeichnet grundsätzlich eine gerade Linie, um die sich ein Körper, ein Objekt und/oder eine geometrische Figur dreht oder drehen kann.
„Lager“ bezeichnet grundsätzlich ein Maschinenelement, das eine Relativbewegung beschränkt und die Reibung zwischen beweglichen Teilen auf nur die gewünschte Bewegung, wie z. B. eine Drehbewegung, reduziert. Das Lager kann beispielsweise in Form von losen Kugellagern, wie etwa in Naben mit Konus- oder Becherlagern, vorliegen. Das Lager kann auch in Form eines Kartuschenlagers vorliegen, bei dem Kugellager in einer Kartusche enthalten sind, die wie ein Hohlzylinder geformt ist, wobei sich die Innenfläche bezüglich der Außenfläche unter Verwendung von Kugellagern oder anderen Lagerarten dreht.
„Bremse“ bezeichnet grundsätzlich eine Vorrichtung zum Arretieren und/oder Verhindern der Bewegung eines Mechanismus, in der Regel durch Reibung, elektromagnetische Kräfte und/oder andere Kräfte. Bremsen können beispielsweise Einrichtungen in Automobilen, Fahrrädern oder anderen Fahrzeugen umfassen, die dazu verwendet werden, das Fahrzeug zu verlangsamen und/oder anzuhalten. Mit anderen Worten ist eine Bremse eine mechanische Vorrichtung, die eine Bewegung verhindert, indem sie Energie von einem sich bewegenden System absorbiert. Die Bremse kann beispielsweise dazu verwendet werden, ein sich bewegendes Fahrzeug, ein sich bewegendes Rad und/oder eine sich bewegende Achse zu verlangsamen oder anzuhalten, oder deren Bewegung zu verhindern. Meistens geschieht dies durch Reibung. Bremsenarten umfassen Reibbremssysteme, Druckbremssysteme und/oder elektromagnetische Bremssysteme. Reibbremsen können beispielsweise Felgenbremsen, Trommelbremsen und/oder Scheibenbremsen umfassen. Elektromagnetische Bremssysteme können beispielsweise Elektromotoren/Generatoren umfassen, die in regenerativen Bremssystemen zum Einsatz kommen.
„Kupplung“ bezeichnet grundsätzlich eine Vorrichtung, die zwischen zwei oder mehr Drehwellen oder anderen beweglichen Komponenten eine mechanische Kraftübertragung einkuppelt und auskuppelt. In einem Beispiel ist eine Welle üblicherweise an einer Kraftmaschine, einem Motor oder einer anderen Leistungsquelle angebracht, die als das Antriebselement wirkt, während die andere Welle (d. h. das angetriebene Element) Ausgangsleistung für die Arbeit bereitstellt. Obgleich die beteiligten Bewegungen üblicherweise Drehbewegungen sind, werden auch lineare Kupplungen verwendet, um Komponenten, die sich mit einer linearen oder nahezu linearen Bewegung bewegen, in und außer Eingriff zu bringen. Die Kupplungskomponenten können beispielsweise durch mechanische, hydraulische und/oder elektrische Betätigung in und außer Eingriff gebracht werden. Die Kupplungen können formschlüssige Kupplungen und Reibkupplungen umfassen. Nasskupplungen sind in der Regel in eine Kühlschmierflüssigkeit oder ein anderes Fluid eingetaucht, während Trockenkupplungen nicht von solchen Flüssigkeiten umspült sind. Einige nicht einschränkende Beispiele für Kupplungen umfassen Konuskupplungen, Fliehkraftkupplungen, Drehmomentbegrenzungskupplungen, Axialkupplungen, Scheibenkupplungen, Klauenkupplungen und Bandkupplungen, um nur einige zu nennen.
„Kontakt“ bezeichnet grundsätzlich einen Zustand und/oder Status, bei dem mindestens zwei Objekte einander physisch berühren. Beispielsweise erfordert Kontakt mindestens eine Stelle, an der sich Objekte direkt oder indirekt berühren, mit oder ohne Material von einem anderen Glied bzw. anderen Gliedern dazwischen.
„Kontroller“ bezeichnet grundsätzlich eine Vorrichtung unter Verwendung mechanischer, hydraulischer, pneumatischer elektronischer Techniken und/oder eines Mikroprozessors oder Computers, der die Betriebsbedingungen eines gegebenen dynamischen Systems überwacht und physikalisch verändert. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann der Kontroller einen Programmable Logic Controller (PLC) der Marke Allen Bradley umfassen. Ein Kontroller kann einen Prozessor zum Durchführen von Berechnungen zum Verarbeiten von Eingaben oder Ausgaben umfassen. Ein Kontroller kann einen Speicher zum Speichern von Werten, die von dem Prozessor verarbeitet werden sollen, oder zum Speichern der Ergebnisse früherer Verarbeitungen, umfassen. Ein Kontroller kann auch dazu ausgelegt sein, zum Empfangen oder Senden von Werten, Eingaben und Ausgaben von einer Vielzahl von Eingabe- und Ausgabevorrichtungen aufzunehmen. Solche Vorrichtungen umfassen andere Computer, Tastaturen, Mäuse, Sichtanzeigen, Drucker, Industriegeräte und Systeme oder Maschinen aller Arten und Größen. Ein Kontroller kann beispielsweise ein Netzwerk oder eine Netzwerkschnittstelle steuern, um auf Anforderung verschiedene Netzwerkkommunikationen durchzuführen. Die Netzwerkschnittstelle kann Teil des Kontrollers sein oder als separat und entfernt von dem Kontroller gekennzeichnet sein. Ein Kontroller kann eine einzelne physische Rechenvorrichtung sein, wie etwa ein Desktop-Computer oder ein Laptop-Computer; oder er kann zusammengesetzt sein aus mehreren Vorrichtungen derselben Art, wie einer Gruppe von Servern, die als eine Vorrichtung in einem vernetzten Cluster arbeiten; oder er kann eine heterogene Kombination verschiedener Rechenvorrichtungen sein, die als ein Kontroller arbeiten und durch ein Kommunikationsnetzwerk miteinander verbunden sind. Das mit dem Kontroller verbundene Kommunikationsnetzwerk kann auch mit einem größeren Netzwerk, wie dem Internet, verbunden sein. Somit kann ein Kontroller einen oder mehrere physische Prozessoren oder andere Rechenvorrichtungen oder -schaltungen umfassen und kann auch einen beliebigen geeigneten Speichertyp umfassen. Ein Kontroller kann auch eine virtuelle Rechenplattform sein, die eine unbekannte oder schwankende Anzahl von physischen Prozessoren und Speichern oder Speichervorrichtungen aufweist. Ein Kontroller kann sich also physisch an einem einzigen geografischen Standort befinden oder über mehrere weit verstreute Standorte verteilt sein, wobei mehrere Prozessoren über ein Kommunikationsnetzwerk miteinander verbunden sind, um als ein einziger Kontroller zu arbeiten. Mehrere Kontroller oder Rechenvorrichtungen können dazu konfiguriert sein, zur Bildung eines Netzwerks miteinander oder mit anderen Vorrichtungen über drahtgebundene oder drahtlose Kommunikationsverbindungen zu kommunizieren. Netzwerkkommunikationen können verschiedene Kontroller durchlaufen, die als Netzwerkgeräte, wie Switches, Router, Firewalls oder andere Netzwerkvorrichtungen oder -schnittstellen, arbeiten, bevor sie über andere größere Computernetzwerke, wie beispielsweise das Internet, geleitet werden. Kommunikationen können auch als drahtlose Datenübertragungen, die über elektromagnetische Wellen, durch Übertragungsleitungen oder den freien Raum übertragen werden, durch das Netzwerk geleitet werden. Solche Kommunikationen umfassen die Nutzung von WiFi oder anderen drahtlosen lokalen Netzwerken (WLAN) oder eines Mobilfunksenders/-empfängers zur Datenübertragung.
„Controller Area Network“ oder „CAN“ bezeichnet grundsätzlich einen Fahrzeugbusstandard, der dazu konzipiert ist, Mikrocontroller, Sensoren und/oder andere Vorrichtungen in Anwendungen miteinander kommunizieren zu lassen, ohne dass ein Host-Computer erforderlich ist. CAN-Systeme umfassen ein nachrichtenbasiertes Protokoll, das ursprünglich für die elektrische Multiplex-Verdrahtung in Automobilen entwickelt wurde, jedoch auch in vielen anderen Zusammenhängen genutzt wird. Ein Fahrzeug mit einem CAN-System kann normalerweise, jedoch nicht immer, mehrere elektronische Steuergeräte („Electronic Control Units“, ECUs) umfassen, die auch als Knoten bezeichnet werden können. Diese ECUs können Motorsteuermodule („Engine Control Modules“, ECMs) und Getriebesteuermodule („Transmission Control Modules“, TCMs) sowie andere Steuereinheiten, wie z. B. Steuermodule für Airbags, Antiblockierschutz/ABS, Fahrgeschwindigkeitsregelung, elektrische Servolenkung, Audiosysteme, elektrische Fensterheber, Türen, Spiegeleinstellung, batteriegestützte und/oder hybride/elektrische Aufladesysteme, um nur einige zu nennen, umfassen. Ein CAN umfasst einen seriellen Multi-Master-Bus-Standard zum Verbinden von ECUs. Die Komplexität des ECU oder des Knotens kann von einer einfachen Eingabe/Ausgabe(E/A)-Vorrichtung bis zu einem eingebetteten Computer mit einer CAN-Schnittstelle und Software reichen. Das ECU oder der Knoten kann auch als ein Gateway fungieren, das es einem Universalcomputer ermöglicht, über eine Schnittstelle, wie über einen USB- und/oder einen Ethernet-Anschluss, mit den Vorrichtungen in dem CAN-Netzwerk zu kommunizieren. Jedes ECU umfasst üblicherweise, jedoch nicht immer, eine Zentraleinheit, einen CAN-Kontroller und einen Sender/Empfänger. Die CAN-Systeme können beispielsweise Low-Speed-CAN (128 Kbps) nach der Norm ISO 11898-3, High-Speed-CAN (512 Kbps) nach der Norm ISO 11898-2, CAN FD nach der Norm ISO 11898-1 und Single-Wire-CAN nach der Norm SAE J2411 umfassen.
„Klauenkupplung“ bezeichnet grundsätzlich eine formschlüssige Kupplung des Typs, bei dem mindestens zwei Drehwellen oder andere rotierende mechanische Komponenten durch eine Presspassungsverbindung gekoppelt und entkoppelt werden. Die beiden Teile der Kupplung sind so konstruiert, dass der eine gegen den anderen drückt, so dass sich beide mit der gleichen Drehzahl ohne (oder mit nur sehr geringem) Rutschen drehen. Üblicherweise, jedoch nicht immer, umfasst ein Teil der Klauenkupplung eine Reihe von Zähnen oder anderen Vorsprüngen, die dazu ausgelegt sind, mit einem anderen Teil der Klauenkupplung, der entsprechende Aussparungen zum Aufnehmen der Zähne oder Vorsprünge umfasst, zusammenzupassen. Im Gegensatz zu Reibkupplungen, die Rutschen zulassen, werden Klauenkupplungen dort eingesetzt, wo Rutschen unerwünscht ist und/oder die Kupplung nicht zum Steuern des Drehmoments eingesetzt wird. Ohne Rutschen sind Klauenkupplungen nicht in gleicher Weise wie Reibkupplungen von Verschleiß betroffen.
„Stromabwärts“ bezieht sich grundsätzlich auf eine Richtung oder eine relative Stelle, die dem Leistungsfluss in einem System entspricht.
„Exzentrisch“ bedeutet grundsätzlich, dass eine Achse nicht im geometrischen Mittelpunkt eines Objekts angeordnet oder bezüglich einer Achse eines anderen Objekts ausgerichtet ist. Als nicht einschränkendes Beispiel weist ein exzentrisch ausgerichtetes Objekt eine Drehachse auf, die versetzt zu dem Mittelpunkt des Objekts (oder bezüglich eines anderen Objekts) angeordnet ist, so dass das Objekt in der Lage ist, eine Hin- und Herbewegung zu bewirken. Mit anderen Worten wird etwas als exzentrisch angesehen, wenn es nicht mittig angeordnet ist oder seine Achse oder ein anderer Teil nicht mittig angeordnet ist.
„Elektromotor“ bezeichnet grundsätzlich eine elektrische Maschine, die elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt. Normalerweise, jedoch nicht immer, arbeiten Elektromotoren durch die Wechselwirkung zwischen einem oder mehreren Magnetfeldern in dem Motor und Wicklungsströmen, um eine Kraft in Form einer Drehbewegung zu erzeugen. Elektromotoren können aus Gleichstromquellen (DC-Quellen), z. B. aus Batterien, Kraftfahrzeugen und/oder Gleichrichtern, oder aus Wechselstromquellen (AC-Quellen), z. B. einem Stromnetz, Wechselrichtern und/oder elektrischen Generatoren, mit Strom versorgt werden. Ein elektrischer Generator kann (muss jedoch nicht immer) mechanisch mit einem Elektromotor identisch sein, aber in umgekehrter Richtung arbeiten, indem er mechanische Energie aufnimmt und die mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt.
„Elektronisches Steuergerät“ („Electronic Control Unit“, ECU) oder Elektronisches Steuermodul („Electronic Control Module“, ECM) bezeichnet grundsätzlich ein eingebettetes System in der Elektronik eines Fahrzeugs, das ein oder mehrere elektrische Systeme und/oder Teilsysteme des Fahrzeugs steuert. In der Regel, jedoch nicht immer, kommunizieren ECUs über ein Controller Area Network (CAN) und können als Knoten über das CAN wirken. Die Komplexität des ECU oder des Knotens kann von einer einfachen Eingabe/Ausgabe(E/A)-Vorrichtung bis zu einem eingebetteten Computer mit einer CAN-Schnittstelle und Software reichen. Das ECU oder der Knoten kann auch als ein Gateway fungieren, das es einem Universalcomputer ermöglicht, über eine Schnittstelle, wie über einen USB- und/oder einen Ethernet-Anschluss, mit den Vorrichtungen in dem CAN-Netzwerk zu kommunizieren. Jedes ECU umfasst üblicherweise, jedoch nicht immer, eine Zentraleinheit, einen CAN-Kontroller und einen Sender/Empfänger. Diese ECUs können beispielsweise Motorsteuermodule („Engine Control Modules“, ECMs) und Getriebesteuermodule („Transmission Control Modules“, TCMs) sowie andere Steuereinheiten, wie z. B. Steuermodule für Airbags, Antiblockierschutz/ABS, Fahrgeschwindigkeitsregelung, elektrische Servolenkung, Audiosysteme, elektrische Fensterheber, Türen, Spiegeleinstellung, batteriegestützte und/oder hybride/elektrische Aufladesysteme, um nur einige zu nennen, umfassen. Als nicht einschränkende Beispiele können Arten von ECUs ECMs, TCMs, Antriebsstrangsteuermodule („Powertrain Control Modules“, PCMs), Bremssteuermodule („Brake Control Modules“, BCMs oder EBCMs), Zentralsteuermodule („Central Control Modules“, CCMs), zentrale Zeitsteuermodule („Central Timing Modules“, CTMs), allgemeine elektronische Module („General Electronic Modules“, GEMs), Karosserie-Steuermodule („Body Control Modules“, BCMs) und/oder Aufhängungssteuermodule („Suspension Control Modules“, SCMs) umfassen, um nur einige zu nennen.
„Energiespeichersystem“ („Energy Storage System“, ESS) oder „Energiespeichereinheit“ bezeichnet grundsätzlich eine Vorrichtung, die zu einem Zeitpunkt erzeugte Energie für eine Verwendung zu einem späteren Zeitpunkt aufnimmt. Die Energie kann dem ESS in einer oder mehreren Formen zugeführt werden, einschließlich beispielsweise als Strahlung, chemische Energie, Gravitationspotential, elektrisches Potenzial, Elektrizität, erhöhte Temperatur, Latentwärme und kinetische Energieformen. Das ESS wandelt die Energie aus Formen, die schwer zu speichern sind, in praktischer und/oder ökonomischer speicherbare Formen um. Als nicht einschränkende Beispiele können Techniken zum Speichern der Energie in dem ESS Folgendes umfassen: mechanische Speichertechniken, wie beispielsweise Druckluftspeicherung, Schwungräder, Vorrichtungen zur Schwerkraftspeicherung, Federn und Hydraulikspeicher; elektrische und/oder elektromagnetische Speichertechniken, wie beispielsweise Verwendung von Kondensatoren, Superkondensatoren und supraleitenden magnetischen Energiespeicherspulen; biologische Techniken, wie beispielsweise die Nutzung von Glykogen, Biokraftstoff und Stärkespeichermedien; elektrochemische Speichertechniken, wie beispielsweise Verwendung von Flussbatterien, wiederaufladbaren Batterien und Ultrabatterien; thermische Speichertechniken, beispielsweise Verwendung von eutektischen Systemen, Salzschmelze-Speicherung, Phasenwechselmaterialien und Dampfspeichern; und/oder chemische Speichertechniken, beispielsweise Verwendung von hydratisierten Salzen, Wasserstoff und Wasserstoffperoxid. Gängige Beispiele für ESS umfassen Lithium-Ionen-Batterien und Superkondensatoren.
„Befestigungselement“ bezeichnet grundsätzlich eine Hardwarevorrichtung, die zwei oder mehr Objekte mechanisch miteinander verbindet oder auf andere Weise befestigt. Als nicht einschränkende Beispiele kann das Befestigungselement Bolzen, Dübel, Nägel, Muttern, Zapfen, Stifte, Nieten, Schrauben und Druckknöpfe umfassen, um nur einige zu nennen.
„Zahnradsatz“ bezeichnet grundsätzlich ein System von Zahnrädern, die Leistung von einer mechanischen Komponente auf eine andere übertragen. Beispielsweise kann ein Zahnradsatz eine Kombination aus zwei oder mehr Zahnrädern umfassen, die dahingehend an Drehwellen befestigt sind, Drehmoment und/oder Leistung zu übertragen. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann der Zahnradsatz beispielsweise einen Planetenradsatz umfassen.
„Motor mit hoher Drehzahl“ bezeichnet grundsätzlich einen Motor, der ohne die Verwendung von Zahnradsätzen oder anderen ähnlichen Einrichtungen zur Drehzahlsteigerung eine maximale Ausgangsdrehzahl von mindestens 5000 U/min (Umdrehungen pro Minute) aufweist.
„Austauschbar“ bezeichnet grundsätzlich zwei oder mehr Sachen, von denen jede an die Stelle der jeweils anderen gesetzt und/oder anstatt der jeweils anderen verwendet werden kann. Mit anderen Worten kann eine Sache eine andere ersetzen und/oder den Platz mit ihr tauschen. Beispielsweise werden austauschbare Teile üblicherweise, jedoch nicht immer, so hergestellt, dass sie im Rahmen der normalen Fertigungstoleranzen nahezu die gleiche Baugröße und -form sowie nahezu dieselben Betriebseigenschaften aufweisen, so dass ein Teil durch ein anderes austauschbares Teil ersetzt werden kann. In einigen Fällen können die austauschbaren Teile von einem bestimmten Unternehmen unter der gleichen Teile- oder Bestandseinheits-Kennung („Stock Keeping Unit“, SKU) hergestellt und/oder vertrieben werden, und in anderen Fällen können verschiedene Unternehmen die gleichen austauschbaren Teile herstellen und/oder vertreiben.
„Unterbrechbare Verbindung“ bezeichnet grundsätzlich eine mechanische Verbindung zwischen zwei mechanischen Komponenten, die in der Lage ist, während des normalen Betriebs die Kontinuität zu unterbrechen, so dass die Komponenten je nach Wunsch mechanisch getrennt und wieder verbunden werden können. Im getrennten Zustand können die Komponenten einander keine mechanische Leistung zuführen. Die unterbrechbare Verbindung kann mehrere Komponenten, wie z. B. mehrere Wellen und Zahnräder, die miteinander in Eingriff stehen, umfassen. Die unterbrechbare Verbindung umfasst mindestens einen Mechanismus, wie z. B. eine Kupplung, der dazu ausgelegt ist, die mechanische Verbindung zwischen den Komponenten während des normalen Betriebs zu trennen und wieder zu verbinden.
„Umrichter“ oder „Leistungsumrichter“ bezeichnet grundsätzlich eine elektronische Vorrichtung und/oder Schaltung, die zumindest Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) umwandelt. Bestimmte Arten von Umrichter können ferner einen Gleichrichter umfassen, der Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt, so dass die Umrichterfunktion und die Gleichrichterfunktion unter Bildung einer einzigen Einheit, die manchmal als Umrichter bezeichnet wird, miteinander kombiniert werden. Der Umrichter kann vollständig elektronisch sein oder er kann eine Kombination aus mechanischen Vorrichtungen, wie einer Drehvorrichtung, und einer elektronischen Schaltung sein. Der Umrichter kann ferner statische Umrichter umfassen, die keine beweglichen Teile verwenden, um Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln.
„Lateral“ bezeichnet grundsätzlich auf einer Seite befindlich, zu einer Seite weisend oder von einer Seite kommend.
„Längs“ bezieht sich grundsätzlich auf die Länge oder die Abmessung eines Objekts in Längsrichtung anstatt in Querrichtung.
„Motor mit niedriger Drehzahl“ bezeichnet grundsätzlich einen Motor, der ohne die Verwendung von Zahnradsätzen oder anderen ähnlichen Einrichtungen zur Drehzahlsteigerung eine maximale Ausgangsdrehzahl von weniger als 5.000 U/min (Umdrehungen pro Minute) aufweist.
„Mittel zum“ in einem Anspruch ruft eine Interpretation gemäß 35 U.S.C 112(f), die wortwörtlich die angeführte Funktion und entsprechende Struktur und Äquivalente davon umfasst, hervor. Bei Fehlen geschieht dies nicht, es sei denn die Struktur für dieses Anspruchselement ist anderweitig unzulänglich. Die der Patentinhaberin zustehende Anwendung der Äquivalenzlehre wird durch nichts im vorliegenden Dokument oder an andere Stelle beschränkt.
„Motor“ bezeichnet grundsätzlich eine Maschine, die Antriebsleistung für eine Vorrichtung mit beweglichen Teilen liefert. Der Motor kann mit einem Rotor versehene Motoren und Linearmotoren umfassen. Der Motor kann auf beliebig viele Arten angetrieben werden, wie z. B. über Elektrizität, interne Verbrennung, Pneumatik und/oder hydraulische Leistungsquellen. Als nicht einschränkende Beispiele kann der Motor einen Servomotor, einen Pneumatikmotor, einen Hydraulikmotor, eine Dampfmaschine, einen Pneumatikkolben, einen Hydraulikkolben und/oder einen Verbrennungsmotor umfassen.
„Optional“ bedeutet je nach Ermessen; nicht erforderlich; möglich, jedoch nicht zwingend erforderlich; jedem einzelnen überlassen.
„Original Equipment Manufacturer“ oder „OEM“ bezeichnet grundsätzlich eine Organisation, die aus von anderen Organisationen eingekauften Komponententeilen fertige Vorrichtungen herstellt, die im Endverbrauchermarkt oder im gewerblichen Markt üblicherweise unter deren Eigenmarke verkauft werden.
„Planetengetriebe“ oder „Planetenradsatz“ bezeichnen grundsätzlich ein System von mindestens zwei Zahnrädern, die so befestigt sind, dass die Mitte von mindestens einem Zahnrad die Mitte des anderen umläuft. Anders ausgedrückt umfasst das Planetengetriebe ein System von Epizykloidenrädern, bei dem mindestens eine Zahnradachse die Achse eines anderen Zahnrads umläuft. In einem Beispiel verbindet ein Träger die Mittelpunkte der beiden Zahnräder und dreht sich dahingehend, ein Zahnrad, das als Planetenrad bezeichnet wird, um das andere, das üblicherweise als Sonnenrad bezeichnet wird, zu tragen. Üblicherweise, jedoch nicht immer, kämmen die Planeten- und Sonnenräder, so dass ihre Teilkreise ohne Rutschen abrollen. Ein Punkt auf dem Teilkreis des Planetenrads zieht normalerweise eine Epizykloidenkurve. In einem vereinfachten Fall ist das Sonnenrad feststehend und das eine oder die mehreren Planetenräder rollen um das Sonnenrad. In anderen Beispielen kann ein Epizykloidenzahnradsatz so zusammengesetzt sein, dass das Planetenrad auf der Innenseite des Teilkreises eines festen, äußeren Zahnkranzes oder eines Hohlrades, das manchmal als Zahnring bezeichnet wird, abrollt. In diesem Fall ist die Kurve, die von einem Punkt auf dem Teilkreis des Planetenzahnrads gezogen wird, eine Hypozykloide. Ein Planetengetriebe wird in der Regel dazu verwendet, große Drehmomentlasten in kompakter Form zu übertragen.
„Formschlüssige Kupplung“ bezeichnet grundsätzlich einen Kupplungstyp, der dazu ausgelegt ist, Drehmoment ohne Rutschen zu übertragen, z. B. durch eine mechanische Presspassungsverbindung. Einige Beispiele für formschlüssige Kupplungen umfassen Klemmbackenkupplungen (z. B. quadratische oder spiralförmige Klemmbackenkupplungen) und Klauenkupplungen.
„Antriebsstrang“ bezeichnet grundsätzlich Vorrichtungen und/oder Systeme, die verwendet werden, um gespeicherte Energie zu Antriebszwecken in kinetische Energie umzuwandeln. Der Antriebsstrang kann mehrere Leistungsquellen umfassen und in nicht radbasierten Fahrzeugen eingesetzt werden. Als nicht einschränkende Beispiele können die gespeicherten Energiequellen chemische, solare, nukleare, elektrische, elektrochemische, kinetische und/oder andere potentielle Energiequellen umfassen. Beispielsweise umfasst der Antriebsstrang in einem Kraftfahrzeug die Vorrichtungen, die Leistung erzeugen und die Leistung an die Straßenoberfläche, Wasser und/oder Luft abgeben. Diese in dem Antriebsstrang vorhandenen Vorrichtungen umfassen Kraftmaschinen, Motoren, Getriebe, Antriebswellen, Differentiale und/oder Endantriebskomponenten (z. B. Antriebsräder, Gleisketten, Propeller, Triebwerke usw.).
„Nenndauerleistung“ oder „Dauernennleistung“ bezeichnet grundsätzlich die Menge an pro Zeiteinheit bereitgestellter Energie oder Arbeit (d. h. Leistung), die ein Elektromotor bei einer Nenndrehzahl, einem Nenndrehmoment und einer Nennspannung des Elektromotors ohne Unterbrechung erzeugt. Mit anderen Worten ist die Nenndauerleistung üblicherweise die Leistung, die der Elektromotor dauerhaft bei der Nenndrehzahl und dem Nenndrehmoment erzeugen kann, ohne dass der Elektromotor Schaden nimmt.
„Nennbetriebsdrehzahl“ oder „Nenndrehzahl“ bezeichnet grundsätzlich eine Geschwindigkeit (d. h. Drehzahl), mit der ein Elektromotor rotiert, wenn er bei einer zugeführten Nennspannung für den Elektromotor eine Nenndauerleistung erzeugt. Üblicherweise, jedoch nicht immer, wird die Nennbetriebsdrehzahl in Umdrehungen pro Minute (U/min) gemessen. Verallgemeinert ausgedrückt bezeichnet die Nennbetriebsdrehzahl die vorgegebene Anzahl von Umdrehungen pro Minute, mit der der Motor unter Berücksichtigung der mechanischen Stabilität und des Wirkungsgrads des Elektromotors arbeitet. Die Nennspannung und die Nennleistung („rated horsepower“) bezeichnen die maximale Spannung bzw. die maximale Leistung (PS), mit der der Motor effizient arbeiten kann, ohne Schaden zu nehmen. Der Wert für die Nennbetriebsdrehzahl liegt aufgrund einer Drehzahlabnahme durch das Hinzufügen einer Last (d. h. Schlupf oder Drehzahlverlust) geringfügig unter der Synchrondrehzahl des Elektromotors. Beispielsweise weisen die meisten Wechselstrom(AC)-Induktionsmotoren mit Synchrondrehzahlen von 1.800 U/min in Abhängigkeit von dem Maß an Schlupf normalerweise Nenndrehzahlen im Bereich zwischen etwa 1.720 und etwa 1.770 U/min auf. Einige neuere hocheffiziente oder energieeffiziente Elektromotoren weisen in der Regel Nenndrehzahlen auf, die am oberen Ende des Bereichs liegen.
„Nenndauerdrehmoment“ oder „Dauernenndrehmoment“ bezeichnet grundsätzlich die Größe der Drehkraft, oder des Drehmoments, die bzw. das ein Elektromotor bei einer Nenndrehzahl und einer Nennspannung des Elektromotors ohne Unterbrechung erzeugt. Mit anderen Worten ist das Nenndauerdrehmoment üblicherweise ein Drehmoment, das der Elektromotor bei der Nenndrehzahl dauerhaft abgeben kann, ohne dass der Elektromotor Schaden nimmt. In der Regel wird dieser Wert nahe der maximalen Drehzahl des Motors erzeugt.
„Resolver“ bezeichnet grundsätzlich einen Typ von Drehsensor zum Messen des Grads der Drehung, der Geschwindigkeit und/oder der Beschleunigung einer Drehvorrichtung. In einem Beispiel umfasst der Resolver einen elektrischen Drehüberträger, der zur Messung von Drehgraden, wie z. B. in einem Elektromotor, einem Generator und/oder einem Getriebe, eingesetzt wird. Der Resolver kann analoge oder digitale elektrische Vorrichtungen umfassen. Der Resolver kann als zweipoliger Resolver oder mehrpoliger Resolver ausgebildet sein. Andere Arten von Resolvern umfassen Resolverempfänger und Differentialresolver.
„Rotor“ bezeichnet grundsätzlich einen Teil oder einen Abschnitt in einer Maschine, der sich in einer stationären Komponente, die üblicherweise als Stator bezeichnet wird, oder um diese herum dreht. Der Rotor ist der sich bewegende oder drehende Teil eines rotatorischen Systems, wie es in Generatoren, Elektromotoren, Sirenen, Schlammmotoren, Turbinen und/oder biologischen Rotoren zu finden ist. In einem besonderen, nicht einschränkenden Beispiel umfasst der Rotor den rotierenden Abschnitt eines Generators und/oder Motors, insbesondere eines Induktionsmotors.
„Schaltbare Einwegkupplung“ („Selectable One-Way Clutch“, SOWC) bezeichnet grundsätzlich einen Kupplungstyp, der so gesteuert werden kann, dass er in mindestens einer Drehrichtung sperrt. Einwegkupplungen sind üblicherweise (jedoch nicht immer) dazu konstruiert, Drehmoment zu übertragen oder zu sperren, wenn sie in eine Richtung gedreht werden, und eine Drehbewegung oder einen Freilauf zu gestatten, wenn sie in die entgegengesetzte Richtung gedreht werden. Die SOWC ist eine Einwegkupplung von der Art, die verwendet werden kann, um zu steuern, wann und/oder in welcher Richtung die Drehung gesperrt oder freigegeben ist. Als nicht einschränkendes Beispiel kann die SOWC dahingehend aktiviert werden, zu sperren, um ein Drehmoment zu übertragen, wenn ein Drehmoment in einer Drehrichtung aufgebracht wird, und in der entgegengesetzten Drehrichtung eine Freilauf- oder Rutschbewegung zu ermöglichen. Bei anderen Varianten kann die SOWC zeitweise dahingehend gesteuert werden, eine Freilaufbewegung in beiden Drehrichtungen zu ermöglichen, oder dahingehend gesperrt werden, eine Drehmomentübertragung in beiden Drehrichtungen zu gestatten. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die SOWC dahingehend gesteuert werden, die gesperrte Drehrichtung und die Freilaufdrehrichtung zu wechseln oder zu ändern. Beispielsweise kann die SOWC bei einem Betriebszustand gesperrt werden, wenn sie entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird, und kann sich im Uhrzeigersinn im Freilauf drehen; und bei anderen Betriebszuständen kann die SOWC so geschaltet werden, dass die SOWC in der im Uhrzeigersinn verlaufenden Richtung gesperrt ist und sich in der entgegen dem Uhrzeigersinn verlaufenden Richtung im Freilauf dreht. Einige nicht einschränkende Beispiele für SOWC-Konstruktionen umfassen Rollenkonstruktionen, Klemmkörperkonstruktionen, Spiralkonstruktionen und Konstruktionen des Typs „mechanische Diode“. Die SOWC kann auf verschiedene Art und Weise gesteuert oder betätigt werden, wie z. B. durch mechanische und/oder elektrische Betätigung. Beispielsweise kann die SOWC mit Aktuatoren des hydraulischen, pneumatischen und/oder elektrischen Typs betätigt werden, um nur einige zu nennen.
„Sensor“ bezeichnet grundsätzlich ein Objekt, dessen Zweck darin besteht, Ereignisse und/oder Veränderungen in der Umgebung des Sensors zu erfassen und dann eine entsprechende Ausgabe bereitzustellen. Sensoren umfassen Wandler, die verschiedene Arten von Ausgaben, wie etwa elektrische und/oder optische Signale, bereitstellen. Als nicht einschränkende Beispiele können die Sensoren Drucksensoren, Ultraschallsensoren, Feuchtigkeitssensoren, Gassensoren, Bewegungssensoren, Beschleunigungssensoren, Wegsensoren, Kraftsensoren, optische Sensoren und/oder elektromagnetische Sensoren umfassen. In einigen Beispielen umfassen die Sensoren Strichcodeleser, RFID-Leser und/oder Sichtsysteme.
„Stator“ bezeichnet grundsätzlich einen stationären Teil oder Abschnitt in einer Maschine, in dem oder um den ein rotierender Teil, der gemeinhin als ein Rotor bezeichnet wird, umläuft. Der Stator ist die stationäre Komponente eines rotatorischen Systems, wie es in Generatoren, Elektromotoren, Sirenen, Schlammmotoren, Turbinen und/oder biologischen Rotoren zu finden ist. In einem besonderen, nicht einschränkenden Beispiel umfasst der Stator den stationären Abschnitt eines Generators und/oder Motors, insbesondere eines Induktionsmotors.
„Im Wesentlichen“ bezeichnet grundsätzlich den Grad, um den eine quantitative Darstellung von einer angegebenen Referenz abweichen kann, ohne dass dies zu einer wesentlichen Änderung der Grundfunktion des betreffenden Gegenstands führt. Der Begriff „im Wesentlichen“ wird hier verwendet, um den inhärenten Grad an Ungewissheit darzustellen, der einem beliebigen quantitativen Vergleich, einem beliebigen Wert, einer beliebigen Messung und/oder einer beliebigen anderen Darstellung zugeschrieben werden kann.
„Symmetrisch“ bezeichnet grundsätzlich eine Eigenschaft von etwas, das zwei Seiten oder Hälften aufweist, die beispielsweise in Form, Größe und/oder Stil, im Verhältnis zueinander gleich sind. Anders ausgedrückt beschreibt „symmetrisch“ etwas, das Spiegelbildlichkeit aufweist.
„Synchronisationsvorrichtung“ oder „Synchronisationsmechanismus“ („Synchrongetriebe (Synchromesh)“) bezeichnet grundsätzlich eine Vorrichtung, die eine Konuskupplung und einen Synchronring umfasst und durch Reibung die Drehzahlen eines Zahnrads und eines Gangwählers auf dieselbe Drehzahl bringt. In einem Beispiel rückt zuerst die Konuskupplung ein, bevor die Zähne des Zahnrads und des Gangwählers miteinander in Eingriff kommen können, was wiederum durch Reibung den Gangwähler und das Zahnrad auf dieselbe Drehzahl bringt. Bis zur Synchronisation wird durch den Synchronring verhindert, dass die Zähne des Zahnrads und des Gangwählers in Kontakt kommen. Bei der Synchronisation wird die Reibung am Synchronring entlastet und der Synchronring verdreht sich leicht. Durch diese Verdrehbewegung werden Nuten oder Einkerbungen zueinander ausgerichtet, die ein weiteres Passieren des Gangwählers ermöglichen, wodurch die Zähne zusammengebracht werden.
„Synchrondrehzahl“ bezeichnet grundsätzlich eine theoretische Drehzahl, mit der ein Elektromotor basierend auf den elektrischen Parametern des Motors betrieben werden kann. Verallgemeinert ausgedrückt wird die Synchrondrehzahl in der Praxis nicht erreicht. Bei einem Wechselstrom(AC)-Motor ist die Synchrondrehzahl von der Anzahl an Polen in dem Motor und der Netzfrequenz der Leistungszufuhr zum Motor abhängig. Die Synchrondrehzahl für einen AC-Motor kann durch die folgende Gleichung dargestellt werden: $\begin{array}{l} Synchrondrehzahl = 120 \times Leistungszufuhrnetzfrequenz \\ (Hertz) / Anzahl an Polen in dem AC - Motore . \end{array}$
„Getriebe“ bezeichnet grundsätzlich ein Leistungssystem, das eine gesteuerte Anwendung mechanischer Leistung bereitstellt. Das Getriebe nutzt Zahnräder und/oder Zahnradsätze, um Drehzahl-, Richtungs- und/oder Drehmomentumwandlungen von einer rotierenden Leistungsquelle an eine andere Vorrichtung bereitzustellen.
„Quer“ bezeichnet grundsätzlich Dinge, Achsen, gerade Linien, Ebenen oder geometrische Formen, die sich nicht parallel und/oder kreuzweise zueinander erstrecken.
Beispielsweise können in einer Queranordnung Linien im rechten Winkel oder senkrecht zueinander verlaufen, die Linien können jedoch auch in anderen, nicht geraden Winkeln, wie z. B. spitzen, stumpfen oder überstumpfen Winkeln, zueinander verlaufen. Quer verlaufende Linien können beispielsweise auch Winkel von mehr als null (0) Grad bilden, so dass die Linien nicht parallel sind. Wenn sie in Querrichtung verlaufen, müssen sich die Linien oder anderen Dinge nicht unbedingt überschneiden, können sich aber überschneiden.
„Ununterbrochene Verbindung“ bezeichnet grundsätzlich eine mechanische Verbindung zwischen zwei mechanischen Komponenten ohne jegliche Unterbrechung der Kontinuität, so dass mechanische Kraft je nach Wunsch auf kontinuierlicher Basis übertragen werden kann. Die ununterbrochene Verbindung erfordert keine einheitliche Verbindung, so dass die ununterbrochene Verbindung mehrere Komponenten, wie z. B. mehrere Wellen und Zahnräder, die miteinander in Eingriff stehen, umfassen kann. Der ununterbrochenen Verbindung fehlen Mechanismen oder andere Strukturen, wie z. B. Kupplungen, die dazu ausgelegt sind, die mechanische Verbindung zwischen den Komponenten während des normalen Betriebs zu trennen und wieder zu verbinden. Es versteht sich, dass es bei der ununterbrochenen Verbindung gelegentlich zu unbeabsichtigten Brüchen kommen kann, welche die Komponenten voneinander trennen, der Aufbau der ununterbrochenen Verbindung ist jedoch nicht so konzipiert, dass er solche Brüche und daraus resultierende Trennungen erleichtert.
„Stromaufwärts“ bezieht sich grundsätzlich auf eine Richtung oder eine relative Stelle, die zu dem Leistungsfluss in einem System entgegengesetzt ist.
„Fahrzeug“ bezeichnet grundsätzlich eine Maschine, die Personen und/oder Fracht transportiert. Übliche Fahrzeugtypen können Landfahrzeuge, Amphibienfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, Luftfahrzeuge und Raumfahrzeuge umfassen. Als nicht einschränkende Beispiele können Landfahrzeuge Wagen, Karren, Motorroller, Fahrräder, Motorräder, Kraftfahrzeuge, Busse, Lastwagen, Sattelauflieger, Züge, Trolleys und Straßenbahnen umfassen. Amphibienfahrzeuge können beispielsweise Luftkissenfahrzeuge und DUKW-Amphibienfahrzeuge umfassen, und Wasserfahrzeuge können Schiffe, Boote und U-Boote umfassen, um nur einige Beispiele zu nennen. Gängige Arten von Luftfahrzeugen umfassen Flugzeuge, Hubschrauber, Tragschrauber und Ballons, und Raumfahrzeuge können beispielsweise Raketen und raketengetriebene Flugzeuge umfassen. Das Fahrzeug kann über zahlreiche Arten von Leistungsquellen verfügen. So kann das Fahrzeug beispielsweise durch menschliche Antriebsleistung angetrieben, elektrisch angetrieben, durch chemische Verbrennung angetrieben, nuklear angetrieben und/oder solar angetrieben werden. Die Richtung, die Geschwindigkeit und der Betrieb des Fahrzeugs können von Menschen gesteuert werden, autonom gesteuert werden und/oder teilautonom gesteuert werden. Beispiele für autonom oder teilautonom gesteuerte Fahrzeuge umfassen fahrerlose Transportfahrzeuge („Automated Guided Vehicles“, AGVs) und Drohnen.
Der Begriff „oder“ ist einschließend und bedeutet „und/oder“.
Es wird angemerkt, dass die in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen verwendeten Singularformen „ein“, „eine“, „eines“ und „der“, „die“ und „das“ und dergleichen auch die Pluralformen umfassen, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes erwähnt wird. Wenn beispielsweise die Beschreibung und/oder die Ansprüche sich auf „eine Vorrichtung“ oder „die Vorrichtung“ beziehen, umfassen sie eine oder mehrere solcher Vorrichtungen.
Es wird angemerkt, dass richtungsweisende Begriffe wie „aufwärts“, „abwärts“, „oben“, „unten“, „seitlich“, „längsgerichtet“, „radial“, „in Umfangsrichtung“, „horizontal“, „vertikal“ usw. hier nur der Einfachheit halber verwendet werden, um dem Leser das Verständnis der dargestellten Ausführungsformen zu erleichtern, und es ist nicht beabsichtigt, dass die Verwendung dieser richtungsweisenden Begriffe die beschriebenen, dargestellten und/oder beanspruchten Merkmale in irgendeiner Weise auf eine bestimmte Richtung und/oder Ausrichtung beschränkt.
Obgleich die Erfindung in den Zeichnungen und der vorstehenden Beschreibung detailliert dargestellt und beschrieben wurde, ist diese als veranschaulichend und als nicht einschränkend zu betrachten, wobei es sich versteht, dass nur die bevorzugte Ausführungsform gezeigt und beschrieben wurde und dass alle Änderungen, Äquivalente und Abwandlungen, die unter den Grundgedanken der Erfindungen fallen, der durch die folgenden Ansprüche definiert ist, geschützt werden sollen. Alle Veröffentlichungen, Patente und Patentanmeldungen, die in dieser Beschreibung zitiert werden, werden an dieser Stelle durch Bezugnahme aufgenommen, als ob jede einzelne Veröffentlichung, jedes einzelne Patent oder jede einzelne Patentanmeldung ausdrücklich und individuell als durch Bezugnahme aufgenommen und in ihrer Gesamtheit hier aufgeführt wäre.
Bezugszeichenliste

100: Fahrzeug
105: Antriebsstrangsystem
110: Kontroller
115: ESS
120: CAN
125: Antriebswelle
130: Vortriebssystem
135: Räder
140: Stromkabel
200: elektrischer Antriebsstrang
205: Getriebe
210: erster Elektromotor
212: erster Umrichter
215: zweiter Elektromotor
217: zweiter Umrichter
220: erster Zahnradsatz
225: zweiter Zahnradsatz
230: erstes Planetengetriebe
231: erstes Sonnenrad
232: erste Planetenräder
233: erstes Hohlrad
235: zweites Planetengetriebe
236: zweites Sonnenrad
237: zweite Planetenräder
238: zweites Hohlrad
239: Gehäuse
240: erste Ausgangswelle
245: zweite Ausgangswelle
250: erster Träger
255: zweiter Träger
675: Klauenkupplung
260: Kupplung
261: Klauenkupplung
262: Kupplungsaktuator
265: Kupplungseingriffsglied
270: erstes Bereichsglied
275: zweites Bereichsglied
400: elektrischer Antriebsstrang
405: Getriebe
500: elektrische Antriebsstrang
505: Getriebe
510: zweite Ausgangswelle
515: Zwischenausgangswelle
520: Zwischenzahnradsatz
525: Zwischenplanetengetriebe
530: Zwischensonnenrad
535: Zwischenzahnrad
540: Zwischenhohlrad
545: Zwischenträger
600: elektrischer Antriebsstrang
605: Getriebe
625: zweiter Zahnradsatz
635: zweites Planetengetriebe
636: zweites Sonnenrad
637: zweite Planetenräder
638: zweites Hohlrad
645: zweite Ausgangswelle
655: zweiter Träger
660: SOWC
662: Kupplungsaktuator
665: Kupplung
670: Kupplungsaktuator
680: Kupplungseingriffsglied
685: Bereichsglied
800: elektrischer Antriebsstrang
805: Getriebe
900: elektrischer Antriebsstrang
905: Getriebe
907: Modul
910: dritter Zahnradsatz
915: erste Ausgangswelle
920: erste Verbinderwelle
922: drittes Planetengetriebe
925: zweite Kupplung
927: zweiter Kupplungsaktuator
928: drittes Sonnenrad
930: innere Planetenräder
935: äußere Planetenräder
938: drittes Hohlrad
940: dritter Träger
945: zweites Kupplungseingriffsglied
950: Glied des erstenzweiten Bereichs
955: drittes Bereichsglied

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 Nicht-Patentliteratur

ISO 11898-3 [0089]
ISO 11898-2 [0089]
ISO 11898-1 [0089]

Claims

Antriebsstrangsystem, das Folgendes umfasst: einen Ausgang; einen ersten Elektromotor, der mit dem Ausgang verbunden ist; einen zweiten Elektromotor, der mit dem Ausgang verbunden ist; mindestens zwei Planetengetriebe; eine Kupplung; wobei der zweite Elektromotor dazu konfiguriert ist, dem Ausgang über die mindestens zwei Planetengetriebe und die Kupplung Leistung zuzuführen; und wobei die zwei Planetengetriebe und die Kupplung stromabwärts des ersten Elektromotors und des zweiten Elektromotors positioniert sind.
Antriebsstrangsystem nach Anspruch 1, wobei der erste Elektromotor eine ununterbrochene Verbindung mit dem Ausgang aufweist und der zweite Elektromotor eine unterbrechbare Verbindung mit dem Ausgang aufweist.
Antriebsstrangsystem nach Anspruch 1, wobei der zweite Elektromotor über eine zweistufige Zahnradsatzanordnung mit dem Ausgang verbunden ist.
Antriebsstrangsystem nach Anspruch 1, wobei der erste Elektromotor und der zweite Elektromotor über eine dreistufige Zahnradsatzanordnung mit dem Ausgang verbunden sind.
Antriebsstrangsystem nach Anspruch 1, das ferner Folgendes umfasst: einen ersten Zahnradsatz, der mit dem Ausgang verbunden ist.
Antriebsstrangsystem nach Anspruch 5, wobei der erste Zahnradsatz ein erstes Planetengetriebe umfasst.
Antriebsstrangsystem nach Anspruch 5, das ferner Folgendes umfasst: einen zweiten Zahnradsatz, der den zweiten Elektromotor mit dem Ausgang verbindet.
Antriebsstrangsystem nach Anspruch 7, wobei der zweite Zahnradsatz ein zweites Planetengetriebe umfasst.
Antriebsstrangsystem nach Anspruch 7, wobei die Kupplung zur Gangschaltung in dem zweiten Zahnradsatz konfiguriert ist.
Antriebsstrangsystem nach Anspruch 9, wobei die Kupplung eine formschlüssige Kupplung umfasst.
Antriebsstrangsystem nach Anspruch 10, wobei die formschlüssige Kupplung eine Klauenkupplung umfasst.
Antriebsstrangsystem nach Anspruch 9, wobei die Kupplung eine Freilaufkupplung umfasst.
Antriebsstrangsystem nach Anspruch 12, wobei die Freilaufkupplung eine schaltbare Freilaufkupplung (SOWC) umfasst.
Antriebsstrangsystem nach Anspruch 9, wobei der erste Zahnradsatz, der zweite Zahnradsatz und die Kupplung alle zwischen dem zweiten Elektromotor und dem Ausgang positioniert sind.
Antriebsstrangsystem nach Anspruch 14, wobei die Kupplung zwischen dem ersten Zahnradsatz und dem zweiten Zahnradsatz positioniert ist.
Antriebsstrangsystem nach Anspruch 14, wobei die Kupplung zwischen dem zweiten Elektromotor und dem zweiten Zahnradsatz positioniert ist.
Antriebsstrangsystem nach Anspruch 7, das ferner Folgendes umfasst: einen dritten Zahnradsatz, der den ersten Elektromotor mit dem Ausgang verbindet.
Antriebsstrangsystem nach Anspruch 17, wobei der dritte Zahnradsatz ein drittes Planetengetriebe umfasst.
Antriebsstrangsystem nach Anspruch 18, wobei das dritte Planetengetriebe ein Sonnenrad, ein inneres Planetenrad, das mit dem Sonnenrad in Eingriff steht, und ein äußeres Planetenrad, das mit dem inneren Planetenrad in Eingriff steht, umfasst.
Antriebsstrangsystem nach Anspruch 17, wobei der dritte Zahnradsatz eine zweite Kupplung umfasst, die zur Gangschaltung in dem dritten Zahnradsatz konfiguriert ist.
Antriebsstrangsystem nach Anspruch 20, wobei: der zweite Zahnradsatz die Kupplung umfasst, die zur Gangschaltung in dem zweiten Zahnradsatz konfiguriert ist; und die Kupplung des zweiten Zahnradsatzes und/oder die Kupplung des dritten Zahnradsatzes eingerückt bleiben, um stets für eine ununterbrochene Verbindung mit dem Ausgang zu sorgen.
Antriebsstrangsystem nach Anspruch 17, wobei der dritte Zahnradsatz stromaufwärts des ersten Elektromotors positioniert ist.
Antriebsstrangsystem nach Anspruch 1, das ferner Folgendes umfasst: einen zweiten Zahnradsatz, der den zweiten Elektromotor mit dem Ausgang verbindet; wobei der zweite Zahnradsatz ein zweites Planetengetriebe umfasst; wobei der zweite Zahnradsatz die Kupplung umfasst, die zur Gangschaltung in dem zweiten Zahnradsatz konfiguriert ist; und einen Zwischenzahnradsatz der den zweiten Zahnradsatz mit dem zweiten Elektromotor verbindet.
Antriebsstrangsystem, das Folgendes umfasst: einen Ausgang; einen ersten Elektromotor, der mit dem Ausgang verbunden ist, und einen zweiten Elektromotor, der mit dem Ausgang verbunden ist; wobei der erste Elektromotor eine ununterbrochene Verbindung mit dem Ausgang aufweist und der zweite Elektromotor eine unterbrechbare Verbindung mit dem Ausgang aufweist; und wobei der erste Elektromotor und der zweite Elektromotor über eine dreistufige Zahnradsatzanordnung mit dem Ausgang verbunden sind.
Antriebsstrangsystem nach Anspruch 24, das ferner Folgendes umfasst: einen ersten Zahnradsatz, der mit dem Ausgang verbunden ist.
Antriebsstrangsystem nach Anspruch 25, das ferner Folgendes umfasst: einen zweiten Zahnradsatz, der den zweiten Elektromotor mit dem Ausgang verbindet.
Antriebsstrangsystem nach Anspruch 26, das ferner Folgendes umfasst: einen dritten Zahnradsatz, der den ersten Elektromotor mit dem Ausgang verbindet.
Antriebsstrangsystem nach Anspruch 27, wobei: der zweite Zahnradsatz eine Kupplung umfasst, die zur Gangschaltung in dem zweiten Zahnradsatz konfiguriert ist; und der erste Zahnradsatz, der zweite Zahnradsatz und die Kupplung alle zwischen dem zweiten Elektromotor und dem Ausgang positioniert sind.
Antriebsstrangsystem nach Anspruch 28, wobei der dritte Zahnradsatz stromaufwärts des ersten Elektromotors positioniert ist.
Antriebsstrangsystem, das Folgendes umfasst: einen Ausgang; einen ersten Elektromotor, der mit dem Ausgang verbunden ist, und einen zweiten Elektromotor, der mit dem Ausgang verbunden ist; wobei der erste Elektromotor eine ununterbrochene Verbindung mit dem Ausgang aufweist und der zweite Elektromotor eine unterbrechbare Verbindung mit dem Ausgang aufweist; und wobei die unterbrechbare Verbindung eine Kupplung und ein einziges Planetengetriebe umfasst.
Antriebsstrangsystem nach Anspruch 30, wobei die Kupplung eine formschlüssige Kupplung umfasst.
Antriebsstrangsystem nach Anspruch 30, wobei die Kupplung eine Freilaufkupplung umfasst.