DE112021003073T5 - Eingeschobene zahnradsatzanordnung für ein stufenloses mischdrehzahl-mehrelektromotorenleistungsgetriebe - Google Patents

Eingeschobene zahnradsatzanordnung für ein stufenloses mischdrehzahl-mehrelektromotorenleistungsgetriebe Download PDF

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Arthur L. Jr. McGrew
Isaac Mock
George S. Pelton
James Allen Raszkowski
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Abstract

In letzter Zeit gab es verstärktes Interesse an Hybrid- und Elektrofahrzeugen. Diese neuesten Entwicklungen betrafen jedoch hauptsächlich den Verbrauchermarkt für Personenkraftwagen. Dieselbe Technologie ist noch nicht für den Markt der gewerblichen Fahrzeuge zur Verfügung gestellt worden. Eine Nachrüstung der derzeitigen Elektromotoren, die bei Personenkraftwagen für den Verbrauchermarkt verwendet werden, in gewerblichen Fahrzeugen ist im Allgemeinen nicht leicht. Das Nachrüsten der Elektromotoren in den Antriebsstrang würde in den meisten Fällen eine komplette Umgestaltung der Antriebsstrangkomponenten erfordern. Weiterhin besteht das Problem von Leistungsverlust während eines Schaltvorgangs bei einem Elektrofahrzeug. Dieses Problem wäre bei einem gewerblichen Schwerlastfahrzeug besonders schwerwiegend, da der Leistungsverlust zu einer Fahrzeugverzögerung führt, der von dem Fahrer leicht wahrnehmbar wäre. Also besteht Verbesserungsbedarf auf diesem Gebiet.

Description

  • HINTERGRUND
  • In letzter Zeit gab es verstärktes Interesse an Hybrid- und Elektrofahrzeugen. Diese neuesten Entwicklungen betrafen jedoch hauptsächlich den Verbrauchermarkt für Personenkraftwagen. Dieselbe Technologie ist noch nicht für den Markt der gewerblichen Fahrzeuge zur Verfügung gestellt worden. Eine Nachrüstung der derzeitigen Elektromotoren, die bei Personenkraftwagen für den Verbrauchermarkt verwendet werden, in gewerblichen Fahrzeugen ist im Allgemeinen nicht leicht. Das Nachrüsten der Elektromotoren in den Antriebsstrang würde in den meisten Fällen eine komplette Umgestaltung der Antriebsstrangkomponenten erfordern. Weiterhin besteht das Problem von Leistungsverlust während eines Schaltvorgangs bei einem Elektrofahrzeug. Dieses Problem wäre bei einem gewerblichen Schwerlastfahrzeug besonders schwerwiegend, da der Leistungsverlust zu einer Fahrzeugverzögerung führt, der von dem Fahrer leicht wahrnehmbar wäre.
    Also besteht Verbesserungsbedarf auf diesem Gebiet.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Ein Mehrelektromotorsystem ist zum Angehen der oben erwähnten Probleme sowie anderer Probleme entwickelt worden. Bei einer Ausführung umfasst das System Doppelelektromotoren, 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.
  • Um das Problem einer Nachrüstung aufgrund von Platzbeschränkungen anzugehen, sind der erste Elektromotor (A) und der zweite Elektromotor (B) zwischen dem ersten Zahnradsatz und dem zweiten Zahnradsatz eingeschoben. Anders ausgedrückt kann einer der Zahnradsätze stromaufwärts beider Motoren positioniert sein, während der andere stromabwärts beider Motoren positioniert sein kann, wobei stromaufwärts als entgegengesetzt zur Richtung der Leistungsübertragung definiert wird und stromabwärts als in Richtung der Leistungsübertragung definiert wird. Darüber hinaus kann eine Klauenkupplung zwischen dem ersten und dem zweiten Elektromotor positioniert sein. Diese Kupplung dient dazu, die erste und die zweite Ausgangswelle selektiv zu koppeln und zu gestatten, dass der zweite Elektromotor zur Ausgabe beiträgt.
  • Die eingeschobene Konfiguration gestattet eine Reduzierung der Gesamtgröße des Getriebes. Diese Größenreduzierung gestattet eine Nachrüstung in gewerblichen Fahrzeugen ohne das Erfordernis einer großen Umgestaltung bei der Antriebsstrangkonfiguration.
  • 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 und der zweite Elektromotor zwischen einem ersten Zahnradsatz und einem zweiten Zahnradsatz angeordntet sind.
  • Aspekt 3 bezieht sich allgemein auf das System eines vorherigen Aspekts, wobei der erste Elektromotor und der zweite Elektromotor beide eine unterbrechbare Verbindung mit dem Ausgang aufweisen.
  • Aspekt 4 bezieht sich allgemein auf das System eines 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 5 bezieht sich allgemein auf das System eines vorherigen Aspekts, wobei die unterbrechbare Verbindung eine Kupplung umfasst, die zum Koppeln des zweiten Elektromotors mit dem Ausgang ausgelegt ist.
  • Aspekt 6 bezieht sich allgemein auf das System eines vorherigen Aspekts, wobei die Kupplung eine formschlüssige Kupplung umfasst.
  • Aspekt 7 bezieht sich allgemein auf das System eines vorherigen Aspekts, wobei die Kupplung einen Aktuator und eine schaltbare Freilaufkupplung (SOWC) umfasst.
  • Aspekt 8 bezieht sich allgemein auf das System eines vorherigen Aspekts, wobei die Kupplung zwischen dem ersten Elektromotor und dem zweiten Elektromotor angeordnet ist.
  • Aspekt 9 bezieht sich allgemein auf das System eines vorherigen Aspekts, wobei die Kupplung stromabwärts des ersten Elektromotors und des zweiten Elektromotors am Ausgang angeordnet ist.
  • Aspekt 10 bezieht sich allgemein auf das System eines vorherigen Aspekts, wobei der zweite Zahnradsatz stromaufwärts des ersten Elektromotors und des zweiten Elektromotors angeordnet ist.
  • Aspekt 11 bezieht sich allgemein auf das System eines vorherigen Aspekts, wobei die schaltbare Freilaufkupplung (SOWC) stromaufwärts des ersten Elektromotors und des zweiten Elektromotors angeordnet ist.
  • Aspekt 12 bezieht sich allgemein auf das System eines vorherigen Aspekts, wobei der zweite Elektromotor in Bezug auf den ersten Elektromotor stromaufwärts angeordnet ist.
  • Aspekt 13 bezieht sich allgemein auf das System eines vorherigen Aspekts, wobei der erste Zahnradsatz stromaufwärts des ersten Elektromotors und des zweiten Elektromotors angeordnet ist.
  • Aspekt 14 bezieht sich allgemein auf das System eines vorherigen Aspekts, wobei die schaltbare Freilaufkupplung (SOWC) stromaufwärts des ersten Elektromotors und des zweiten Elektromotors am ersten Zahnradsatz angeordnet ist.
  • Aspekt 15 bezieht sich allgemein auf das System eines vorherigen Aspekts, wobei der erste Elektromotor in Bezug auf den zweiten Elektromotor stromaufwärts angeordnet ist.
  • Aspekt 16 bezieht sich allgemein auf das System eines vorherigen Aspekts, wobei der erste Zahnradsatz ein Planetengetriebe umfasst.
  • Aspekt 17 bezieht sich allgemein auf das System eines vorherigen Aspekts, wobei sich der erste Elektromotor und der zweite Elektromotor um eine gemeinsame Drehachse drehen.
  • Aspekt 18 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 Beispiels für einen elektrischen Antriebsstrang, der bei dem Fahrzeug von 1 verwendet werden kann.
    • 3 ist eine schematische Ansicht eines weiteren Beispiels für einen elektrischen Antriebsstrang, der bei dem Fahrzeug von 1 verwendet werden kann.
    • 4 ist eine Querschnittsansicht des elektrischen Antriebsstrangs von 3.
    • 5 ist eine schematische Ansicht eines weiteren Beispiels für ein Getriebe, das 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 einen elektrischen Antriebsstrang 200, der bei dem elektrischen Antriebsstrangsystem 105 verwendet werden kann. Der elektrische Antriebsstrang 200 umfasst einen ersten Elektromotor 210 mit einem ersten Umrichter 212 und einen zweiten Elektromotor 215 mit einem zweiten Umrichter 217. In diesem dargestellten Beispiel sind der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 nicht dieselbe Art von Motor, so dass der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 nicht untereinander austauschbar sind. Durch die Verwendung verschiedener Arten von Motoren, die unterschiedliche Drehzahl-, Drehmoment- und/oder Leistungseigenschaften aufweisen können, können der Wirkungsgrad und die Leistungseigenschaften des elektrischen Antriebsstrangs 200 verbessert werden. Anders ausgedrückt kann einer der Motoren die Unzulänglichkeiten des anderen bei unterschiedlichen Betriebsanforderungen ausgleichen. Wenn beispielsweise der elektrische Antriebsstrang 200 mit einer Last beschäftigt ist, die hohe Drehmomente bei niedrigen Drehzahlen erfordert, kann ein Motor mit niedriger Drehzahl und hohem Drehmoment den größten Teil (oder sogar die gesamte) der Leistung bereitstellen, und der entsprechende Motor mit hoher Drehzahl und niedrigem Drehmoment kann weniger Leistung bereitstellen. Bei einer umgekehrten Situation mit Bedingungen von niedrigem Drehmoment und hoher Drehzahl können die Arbeitslasten der Motoren umgekehrt sein, so dass der Motor mit hoher Drehzahl und niedrigem Drehmoment einen größeren Teil (oder die gesamte) der Leistung bereitstellt und der Motor mit niedriger Drehzahl und hohem Drehmoment weniger Leistung bereitstellt.
  • Wie gezeigt wird, ist der erste Elektromotor 210 stromaufwärts der Antriebswelle 125 bezüglich des zweiten Elektromotors 215 positioniert. In dem dargestellten Beispiel ist der erste Elektromotor 210 ein Elektromotor mit hoher Drehzahl, und der zweite Elektromotor 215 ist ein Elektromotor mit niedriger Drehzahl. Bei einer Version ist der erste Elektromotor 210 ein Elektromotor mit hoher Drehzahl mit einer Nennbetriebsdrehzahl von mindestens 5000 U/min, und der zweite Elektromotor 215 ist ein Elektromotor mit einer niedrigen Drehzahl mit einer Nennbetriebsdrehzahl von unter 5000 U/min. Der erste Elektromotor 210 weist bei einer Version eine Nennbetriebsdrehzahl 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 auf. Bei dieser Version weist der zweite Elektromotor 215 eine Nennbetriebsdrehzahl von höchstens 4500 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. Die Drehzahl des zweiten Elektromotors 215 ist bei einer Ausführung auf eine maximale Drehzahl von 3500 U/min während des Betriebs beschränkt.
  • Der erste Umrichter 212 und der zweite Umrichter 217 wandeln DC von dem ESS 115 in 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.
  • Wie in 2 zu sehen ist, umfasst ein Getriebe 205 ferner einen ersten Zahnradsatz 220. Der erste Zahnradsatz 220 ist an dem Ausgangsende des ersten Elektromotors 210 positioniert, das sich an dem Ende des elektrischen Antriebsstrangs 200 befindet, das der Antriebswelle 125 gegenüberliegt. Der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 sind zwischen dem ersten Zahnradsatz 220 und dem zweiten Zahnradsatz 270 eingeschoben. Unter anderem wird durch diese eingeschobene Beziehung die Montage vereinfacht und die Leistungsfähigkeit verbessert. Beispielsweise hilft diese eingeschobene Konfiguration, bei der der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 zwischen dem ersten Zahnradsatz 220 und dem zweiten Zahnradsatz 270 positioniert sind, bei der Nachrüstung des Antriebsstrangsystems 105 in bereits existierenden Fahrzeugkonstruktionen. Mit Zahnradgetriebe als die Enden können mehrere elektrische Antriebsstränge 200 aneinander angeschlossen werden, so dass Zahnradgetriebe zwischen den elektrischen Antriebssträngen 200 geteilt werden. Darüber hinaus kann die gesamte Ausrüstung in Bezug auf die Motoren oder ein Teil davon geteilt werden oder in einem Bereich konzentriert sein. Der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 können auch nahe aneinander untergebracht sein, um Platz einzusparen. Der erste Zahnradsatz 220 umfasst ein erstes Planetengetriebe 225. Wie dargestellt wird, weist das erste Planetengetriebe 225 ein Sonnenrad 230, das an dem ersten Elektromotor 210 angebracht ist, ein oder mehrere Planetenräder 235, die dahingehend in Eingriff stehen, das Sonnenrad 230 zu umlaufen, und ein Hohlrad 240, das die Planetenräder 235 umgibt, auf. Die Planetenräder 235 stehen sowohl mit dem Sonnenrad 230 als auch dem Hohlrad 240 in Eingriff. Die Planetenräder 235 sind an einem ersten Träger 245 gesichert.
  • Der erste Antriebsstrang 200 weist ferner eine erste Ausgangswelle 250 auf, die den ersten Träger 245 des ersten Planetengetriebes 225 mit der Antriebswelle 125 verbindet. In der Nähe der Antriebswelle 125 erstreckt sich das Kupplungseingriffsglied 295 radial von der ersten Ausgangswelle 250. Wie dargestellt wird, erstreckt sich die erste Ausgangswelle 250 in einer Längsrichtung durch den ersten Elektromotor 210, den zweiten Elektromotor 215 und eine zweite Ausgangswelle 277. Die erste Ausgangswelle 250 erstreckt sich konzentrisch mit der zweiten Ausgangswelle 277. Der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 sind in einem Beispiel an dem ersten Planetengetriebe 225 bzw. der zweiten Ausgangswelle 277 über Keilverzahnungsverbindungen gesichert. Der erste Elektromotor 210 kann eine ununterbrochene Verbindung mit der Antriebswelle 125 über das erste Planetengetriebe 225 und die erste Ausgangswelle 250 aufweisen, falls dies gewünscht wird.
  • Das Getriebe 205 umfasst ferner eine schaltbare Einwegkupplung (SOWC) 255, die das Hohlrad 240 einrücken und ausrücken kann, so dass das Hohlrad 240 stationär sein oder sich drehen kann. In dem dargestellten Beispiel umfasst die SOWC 255 ein Kupplungseingriffsglied 260, das dazu konfiguriert ist, das Hohlrad 240 des ersten Planetengetriebes 225 einzurücken, und einen Kupplungsaktuator 265, der das Kupplungseingriffsglied 260 selektiv dahingehend mit dem Hohlrad 240 in Eingriff bringt, Drehmoment von dem ersten Elektromotor 210 der ersten Ausgangswelle 250 zuzuführen. Der Kupplungsaktuator 265 ist mit der Steuerung 110 wirkgekoppelt, so dass die Steuerung 110 den Betrieb der SOWC 255 steuern kann.
  • Wenn der Kupplungsaktuator 265 der SOWC 255 das Kupplungseingriffsglied 260 mit dem Hohlrad 240 außer Eingriff bringt, kann sich das Hohlrad 240 um das Sonnenrad 230 in dem ersten Planetengetriebe 225 drehen oder dieses umlaufen. Wenn sich das Hohlrad 240 in diesem Außereingriffszustand befindet, in dem sich das Hohlrad 240 bewegen kann, bleibt der erste Träger 245 allgemein stationär, selbst wenn der erste Elektromotor 210 dreht oder Drehmoment an das Sonnenrad 230 des ersten Planetengetriebes 225 anlegt. Demzufolge wird Drehmoment nicht von dem ersten Elektromotor 210 auf die Antriebswelle 125 übertragen. Bei einer weiteren Ausführungsform kann der erste Elektromotor 710 abgestellt werden, wenn Drehmoment von dem ersten Elektromotor 710 nicht erforderlich ist. Dadurch wird eine Drehung des ersten Elektromotors 710 verhindert. Demzufolge wird der Antriebswelle 125 kein Drehmoment zugeführt. Wenn der Kontroller 110 hingegen über den Kupplungsaktuator 265 das Kupplungseingriffsglied 260 mit dem Hohlrad 240 in Eingriff bringt, wird eine Relativbewegung des Hohlrads 240 verhindert. Durch die Fixierung des Hohlrads 240 wird gestattet, dass sich der erste Träger 245 dreht, wenn der erste Elektromotor 210 das Sonnenrad 230 dreht, wodurch wiederum gestattet wird, dass Drehmoment von dem ersten Elektromotor 210 auf die Antriebswelle 125 entlang der ersten Ausgangswelle 250 übertragen wird. Der erste Elektromotor 210 ist wieder ein Motor mit hoher Drehzahl. Das erste Planetengetriebe 225 reduziert die Ausgangsdrehzahl des ersten Elektromotors 210, so dass die Drehzahl der ersten Ausgangswelle 250 bei Bedarf allgemein mit der Drehzahl des zweiten Elektromotors 215 mit niedriger Drehzahl übereinstimmen kann.
  • Ein zweiter Zahnradsatz 270 und eine Kupplung 285 in dem elektrischen Antriebsstrang 200 funktionieren ähnlich wie oben beschrieben. Der Kontroller 110 schaltet über den Kupplungsaktuator 292 die Klauenkupplung 290 zwischen der Leerlauf-, der ersten Bereichs- und der zweiten Bereichsstellung, so dass der zweite Elektromotor 215 dem Kupplungseingriffsglied 295 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 290 in einer Leerlaufstellung befindet, führt der zweite Elektromotor 215 der Antriebswelle 125 keine Leistung zu.
  • In solch einem Fall kann der erste Elektromotor 210, falls erforderlich, 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 290 rückt ein erstes Bereichsglied 297 dahingehend ein, die Kupplung 285 in die erste Bereichsstellung zu versetzen, in der der zweite Elektromotor 215 der Antriebswelle 125 durch ein zweites Planetengetriebe 275, das durch einen zweiten Träger 280 und ein erstes Bereichsglied 297 verbunden ist, höhere Drehmomente zuführen kann. Die Klauenkupplung 290 wechselt durch Einrücken eines zweiten Bereichsglieds 299 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. Während der erste Elektromotor 210 ein Motor mit hoher Drehzahl ist, wird die Ausgangsdrehzahl des ersten Elektromotors 210 durch das erste Planetengetriebe 225 reduziert, und der zweite Elektromotor 215 ist ein Motor mit niedriger Drehzahl, so dass der erste Zahnradsatz 220 nicht zur Reduzierung des Ausgangs von dem elektrischen Antriebsstrang 200 erforderlich ist. Diese Konfiguration gestattet wiederum die Verwendung von zwei verschiedenen oder nicht austauschbaren Motoren, die verschiedene Leistungsprofile aufweisen, so dass der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 insgesamt effizienter arbeiten können.
  • 3 zeigt eine schematische Ansicht eines weiteren Beispiels für einen elektrischen Antriebsstrang 300, der bei dem Fahrzeug 100 von 1 verwendet werden kann, und 4 zeigt eine Querschnittsansicht des elektrischen Antriebsstrangs 300. Bei dem elektrischen Antriebsstrang 300 sind eine Reihe von Komponenten und Funktionen gleich wie bei den vorher beschriebenen. 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.
  • Wie dargestellt wird, umfasst der elektrische Antriebsstrang 300 ein stufenloses Mehrmotorenleistungsgetriebe 302. Das Getriebe 302 des elektrischen Antriebsstrangs 300 umfasst einen ersten Elektromotor 305 mit einem ersten Umrichter 306 und einen zweiten Elektromotor 307 mit einem zweiten Umrichter 308. Der erste Umrichter 306 ist elektrisch zwischen das ESS 115 und den ersten Elektromotor 305 gekoppelt, und der zweite Umrichter 308 ist elektrisch zwischen das ESS 115 und den zweiten Elektromotor 307 gekoppelt. Der erste Umrichter 306 und der zweite Umrichter 308 wandeln den Gleichstrom (DC) von dem ESS 115 in Wechselstrom (AC) um, um den ersten Elektromotor 305 bzw. den zweiten Elektromotor 307 zu speisen. Der erste Elektromotor 305 und der zweite Elektromotor 307 können auch als Generatoren wirken, wie z. B. während regenerativen Bremsens. In solch einer Situation wandeln der erste Umrichter 306 und der zweite Umrichter 308 den AC-Strom von dem ersten Elektromotor 305 bzw. dem zweiten Elektromotor 307 zu DC-Strom um, der dem ESS 115 zugeführt wird. In einem Beispiel sind der erste Elektromotor 305 und der zweite Elektromotor 307 dieselbe Art von Elektromotor, so dass beide Motoren allgemein dieselbe Drehzahl- und Drehmomentabgabe innerhalb normaler Herstellungstoleranzen bereitstellen. Der erste Elektromotor 305 und der zweite Elektromotor 307 sind bei einer Ausführung untereinander austauschbar. Der erste Elektromotor 305 und der zweite Elektromotor 307 sind bei einer Ausführung beide Elektromotoren mit hoher Drehzahl. In einem spezifischen Beispiel sind der erste Elektromotor 305 und der zweite Elektromotor 307 dieselbe Art von Elektromotor mit hoher Drehzahl mit Nenndrehzahlen von mindestens 5000 U/min, und insbesondere weisen der erste Elektromotor 305 und der zweite Elektromotor 307 jeweils eine Nenndrehzahl von mindestens 10.600 U/min, eine Nennspitzenleistung von mindestens 390 PS, eine Nenndauerleistung von mindestens 150 PS, ein Nenndauerdrehmoment von mindestens 240 Pfund/Fuß, und ein Nennspitzendrehmoment von mindestens 310 Pfund/Fuß auf.
  • Wie in 3 und 4 zu sehen ist, umfasst der elektrische Antriebsstrang 300 einen ersten Zahnradsatz 309 und einen zweiten Zahnradsatz 310. Der erste Zahnradsatz 309 ist an dem Ausgangsende des ersten Elektromotors 305 positioniert und befindet sich in der Nähe der Antriebswelle 125. Der erste Zahnradsatz 309 umfasst ein erstes Planetengetriebe 397 mit einem Sonnenrad 390. Der zweite Zahnradsatz 310 ist gegenüber dem zweiten Elektromotor 307 auf der anderen Seite der Antriebswelle 125 positioniert. Der zweite Zahnradsatz 310 umfasst ein zweites Planetengetriebe 315 mit einem zweiten Träger 320.
  • In dem dargestellten Beispiel umfasst das Getriebe 302 eine erste Ausgangswelle 325, eine zweite Ausgangswelle 330 und eine dritte Ausgangswelle 335, die sich in einer Längsrichtung in dem elektrischen Antriebsstrang 300 erstrecken. Die erste Ausgangswelle 325 und die zweite Ausgangswelle 330 sind hohl zur Aufnahme der dritten Ausgangswelle 335. Die dritte Ausgangswelle 335 erstreckt sich konzentrisch in der ersten Ausgangswelle 325 und der zweiten Ausgangswelle 330. Der zweite Zahnradsatz 310 und das zweite Planetengetriebe 315 sind in einem Beispiel an der ersten Ausgangswelle 325 bzw. der zweiten Ausgangswelle 330 über eine Keilverzahnungsverbindung der Art, die oben beschrieben wird, gesichert.
  • Wie gezeigt wird, sind die erste Ausgangswelle 325 und die dritte Ausgangswelle 335 direkt mit dem Sonnenrad 390 des ersten Planetengetriebes 397 verbunden. Die zweite Ausgangswelle 330 weist eine unterbrechbare Verbindung mit der ersten Ausgangswelle 325 durch eine erste Kupplung 340 auf, die die zweite Ausgangswelle 330 selektiv mit der ersten Ausgangswelle 325 verbindet. Zur Bereitstellung einer kompakten Konstruktion ist die erste Kupplung 340 zwischen dem ersten Elektromotor 305 und dem zweiten Elektromotor 307 positioniert oder eingeschoben. In dem dargestellten Beispiel umfasst die erste Kupplung 340 eine einzige formschlüssige Klauenkupplung 345, jedoch können bei anderen Variationen andere Kupplungsarten verwendet werden. Die Klauenkupplung 345 umfasst einen Kupplungskranz 350 und einen Kupplungsaktuator 355, der dazu konfiguriert ist, den Kupplungskranz 350 dahingehend in einer Längsrichtung zu bewegen, die zweite Ausgangswelle 330 mit der ersten Ausgangswelle 325 in und außer Eingriff zu bringen. Der Kupplungsaktuator 355 der ersten Kupplung 340 ist mit dem Kontroller 110 wirkverbunden, so dass der Kontroller 110 die erste Kupplung 340 steuern kann. In dem dargestellten Beispiel weist die erste Ausgangswelle 325 ein Kupplungseingriffsglied 360 auf, und die zweite Ausgangswelle 330 weist ein Bereichsglied 365 auf, und der Kupplungskranz 350 der Klauenkupplung 345 bringt selektiv das Bereichsglied 365 der zweiten Ausgangswelle 330 mit dem Kupplungseingriffsglied 360 der ersten Ausgangswelle 325 in und außer Eingriff. Anders ausgedrückt bilden die erste Ausgangswelle 325 und die zweite Ausgangswelle 330 eine unterbrechbare geteilte Wellenkonstruktion, die selektiv verbunden werden kann, so dass das Drehmoment von dem zweiten Zahnradsatz 310 und dem zweiten Planetengetriebe 315 kombiniert werden können.
  • An dem Ende, das dem Bereichsglied 365 gegenüberliegt, ist die zweite Ausgangswelle 330 mit dem zweiten Planetengetriebe 315 verbunden. Wie in den anderen Beispielen umfasst das zweite Planetengetriebe 315 das Sonnenrad 390, ein oder mehrere Planetenräder 392 und ein Hohlrad 395, die allgemein konzentrisch zueinander angeordnet sind. Die zweite Ausgangswelle 330 ist in dem dargestellten Beispiel mit dem zweiten Planetengetriebe 315 an dem Sonnenrad 390 verbunden. Das zweite Planetengetriebe 315 ist wiederum durch den zweiten Träger 320 mit der dritten Ausgangswelle 335 verbunden. Durch den zweiten Träger 320 kann das zweite Planetengetriebe 315 der ersten Ausgangswelle 325 Drehmoment zu führen, das wiederum dem Sonnenrad 390 des ersten Zahnradsatzes 309 zugeführt wird.
  • Das Getriebe 302 umfasst ferner eine zweite Kupplung 370, die das zweite Planetengetriebe 315 einrückt. In dem dargestellten Beispiel umfasst die zweite Kupplung 370 eine schaltbare Freilaufkupplung (SOWC) 375. Die SOWC 375 umfasst ein Kupplungseingriffsglied 380, das dazu konfiguriert ist, das Hohlrad 395 des zweiten Planetengetriebes 315 in Eingriff zu nehmen, und einen Kupplungsaktuator 385, der das Kupplungseingriffsglied 380 selektiv dahingehend mit dem Hohlrad 395 in Eingriff bringt, das Übersetzungsverhältnis für die Leistung, die von dem zweiten Planetengetriebe 315 zugeführt wird, zu ändern, oder den zweiten Elektromotor 307 entkoppelt. Der Kupplungsaktuator 385 der SOWC 375 ist mit dem Kontroller 110 wirkverbunden, so dass der Kontroller 110 die zweite Kupplung 370 steuern kann. Durch Steuern des Betriebs der ersten Kupplung 340 und der zweiten Kupplung 370 kann der Kontroller 110 die Drehzahl und das Drehmoment, die von dem zweiten Planetengetriebe 315 dem ersten Zahnradsatz 309 zugeführt werden, ändern. Bei einer Ausführung arbeiten die erste Kupplung 940 und die zweite Kupplung 970 dahingehend zusammen, die erste Bereichsstellung zu erzielen. Zum Erzielen der ersten Bereichsstellung wird die SOWC 975 durch Betätigung des Kupplungsaktuators 985 mit dem Hohlrad 260 in Eingriff gebracht. Zu diesem Zeitpunkt ist die erste Kupplung 940 mit dem Kupplungseingriffsglied 960 außer Eingriff, so dass die erste Ausgangswelle 925 und die zweite Ausgangswelle 930 getrennt sind. Zum Erzielen der zweiten Bereichsstellung wird die SOWC 975 durch Betätigen des Kupplungsaktuators 985 mit dem Hohlrad 260 außer Eingriff gebracht. Dies gestattet Freilaufen des Hohlrads 260. Zu diesem Zeitpunkt wird die erste Kupplung 940 dahingehend von dem Kupplungsaktuator 955 betätigt, mit dem Kupplungseingriffsglied 960 in Eingriff zu gelangen. Dadurch werden die erste Ausgangswelle 925 und die zweite Ausgangswelle 930 verbunden.
  • Es versteht sich, dass der zweite Zahnradsatz 310 in 3 und 4 ähnlich wie das erste Planetengetriebe 225 in 2 funktioniert. Wenn das Kupplungseingriffsglied 380 der SOWC 375 mit dem Hohlrad 395 in Eingriff gelangt, reduziert der zweite Zahnradsatz 310 die Drehzahl und erhöht das Drehmoment, die der dritten Ausgangswelle 335 von dem zweiten Elektromotor 307 zugeführt werden. Wenn das Kupplungseingriffsglied 380 mit dem Hohlrad 395 außer Eingriff gebracht wird, wird kein Drehmoment über den zweiten Zahnradsatz 310 zugeführt. Zur Bereitstellung von Drehmoment von dem zweiten Elektromotor 307 verbindet der Kontroller 110 das Bereichsglied 365 der zweiten Ausgangswelle 330 über die Klauenkupplung 345 mit dem Kupplungseingriffsglied 360 der ersten Ausgangswelle 325. In diesen sowie anderen Betriebsszenarien reduziert der erste Zahnradsatz 309 die Drehzahl der Abgabe, die von dem ersten Elektromotor 305 und/oder dem zweiten Elektromotor 307, bei denen es sich um Motoren mit hoher Drehzahl handelt, bereitgestellt wird.
  • 5 zeigt eine schematische Ansicht noch eines weiteren Beispiels für ein Antriebsstrangsystem 105 von 1. Bei dem Antriebsstrangsystem 105 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 das Antriebsstrangsystem 105 ein stufenloses Mehrmotorenleistungsgetriebe 505. Das Getriebe 505 des Antriebsstrangsystems 105 umfasst 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.
  • Das Getriebe 505 des Antriebsstrangsystems 105 umfasst den ersten Zahnradsatz 309 der Art, die in 3 gezeigt wird, den zweiten Zahnradsatz 270 der Art, die in 2 gezeigt wird, und einen dritten Zahnradsatz 510. Der erste Zahnradsatz 309 ist stromabwärts des zweiten Elektromotors 215 positioniert und befindet sich in der Nähe der Antriebswelle 125. Der zweite Zahnradsatz 270 ist direkt stromaufwärts des ersten Zahnradsatzes 309 positioniert und zwischen dem zweiten Elektromotor 215 und dem ersten Zahnradsatz 309 angeordnet. Der dritte Zahnradsatz 510 ist auf der gegenüberliegenden Seite des ersten Elektromotors 210 und des zweiten Elektromotors 215, wo eine erste Ausgangswelle 515 des Getriebes 505 auf den dritten Zahnradsatz 510 trifft, positioniert. Der dritte Zahnradsatz 510 umfasst ein drittes Planetengetriebe 530 und ein viertes Planetengetriebe 535, die miteinander kämmen und durch einen dritten Träger 540 in Position gehalten werden. Der dritte Träger 540 ist an dem Getriebegehäuse befestigt und bewegt sich nicht. Zwischen dem vierten Planetengetriebe 535 und einer zweiten Kupplung 525 ist ein erstes Bereichsglied 555 positioniert. Das erste Bereichsglied 555 dient dazu, die zweite Kupplung 525 in der ersten Bereichsstellung in Eingriff zu nehmen. Der dritte Zahnradsatz 510 weist auch ein zweites Bereichsglied 550 auf, das dazu dient, die zweite Kupplung 525 in der zweiten Bereichsstellung in Eingriff zu nehmen. Der dritte Zahnradsatz 510 weist ein Kupplungseingriffsglied 545 zum Ineingriffnehmen der zweiten Kupplung 525 und Übertragen von Leistung durch die erste Ausgangswelle 515, ob in der ersten oder der zweiten Bereichsstellung, auf. In dem dargestellten Beispiel liegt der erste Zahnradsatz 309 in Form des ersten Planetengetriebes 397 vor, wie in 3 gezeigt wird, liegt der zweite Zahnradsatz 270 in Form des zweiten Planetengetriebes 275 vor, wie in 2 gezeigt wird, und liegt der dritte Zahnradsatz 510 in Form des dritten Planetengetriebes 530 und des vierten Planetengetriebes 535 vor. Der erste Elektromotor 210 und der zweite Elektromotor 215 weisen die erste Ausgangswelle 515 bzw. eine zweite Ausgangswelle 520 zur Bereitstellung von mechanischer Drehleistung auf. In dem dargestellten Beispiel ist die zweite Ausgangswelle 520 hohl, so dass sich die erste Ausgangswelle 515 konzentrisch durch die zweite Ausgangswelle 520 erstrecken kann.
  • Der zweite Zahnradsatz 270 und die Kupplung 285 in dem Antriebsstrangsystem 105 funktionieren wie folgt. Der Kontroller 110 schaltet über den Kupplungsaktuator 292 die Kupplung 285 zwischen der Leerlauf-, der ersten Bereichs- und der zweiten Bereichsstellung. Dadurch wird gestattet, dass der zweite Elektromotor 215 dem Kupplungseingriffsglied 295 verschiedene Drehmomente zuführen kann, die dann mit dem von dem ersten Elektromotor 210 erzeugten Drehmoment durch den dritten Zahnradsatz 510 an der Antriebswelle 125 kombiniert werden. Wenn sich die Kupplung 285 in der Leerlaufstellung befindet, führt der zweite Elektromotor 215 der Antriebswelle 125 keine Leistung zu. In solch einem Fall kann der erste Elektromotor 210 die gesamte Leistung bereitstellen. Zum Versetzen der Kupplung 285 in die erste Bereichsstellung bewegt der Kupplungsaktuator 292 die Kupplung 285 dahingehend, mit dem ersten Bereichsglied 297 in Eingriff zu gelangen. Dies gestattet, dass der zweite Elektromotor 215 der Antriebswelle 125 höhere Drehmomente zuführen kann. Die zweite Bereichsstellung wird dadurch erzielt, dass der Kupplungsaktuator 292 die Kupplung 285 dahingehend bewegt, mit dem zweiten Bereichsglied 299 in Eingriff zu gelangen. In der zweiten Bereichsstellung kann der zweite Elektromotor 215 weniger Drehmoment als in der ersten Bereichsstellung bereitstellen, jedoch ist die Drehzahl höher. Der erste Zahnradsatz 309 ist aus dem ersten Planetengetriebe 397 zusammengesetzt und ist durch den ersten Träger 399 mit der Antriebswelle 125 verbunden. Der erste Zahnradsatz 309 dient dazu, die Drehzahl der von dem ersten Elektromotor 210 und/oder dem zweiten Elektromotor 215 bereitgestellten Abgabe zu reduzieren. Der zweite Zahnradsatz 270 ist nicht mit einer Kupplung verbunden und ist somit stets in Gebrauch.
  • Der dritte Zahnradsatz 510 und die zweite Kupplung 525 funktionieren ähnlich wie der zweite Zahnradsatz 270 und die Kupplung 285 gemäß obiger Beschreibung. Der Kontroller 110 schaltet über einen zweiten Kupplungsaktuator 527 die zweite Kupplung 525 zwischen der Leerlauf-, der ersten Bereichs- und der zweiten Bereichsstellung. Dadurch wird gestattet, dass der erste Elektromotor 210 dem Kupplungseingriffsglied 545 verschiedene Ausgangsdrehmomente zuführen kann, die dann durch die erste Ausgangswelle 515 der Antriebswelle 125 zugeführt werden. Wenn sich die zweite Kupplung 525 in der Leerlaufstellung befindet, geht das Drehmoment durch die erste Ausgangswelle 515 hindurch zu der Antriebswelle 125 und wird lediglich durch den ersten Zahnradsatz 309 modifiziert. Zum Versetzen der zweiten Kupplung 525 in die erste Bereichsstellung bewegt der zweite Kupplungsaktuator 527 die zweite Kupplung 525 dahingehend, mit dem ersten Bereichsglied 555 in Eingriff zu gelangen. Dies gestattet, dass der erste Elektromotor 210 höhere Drehmomente durch ein drittes Planetengetriebe 530 und ein viertes Planetengetriebe 535, die durch den dritten Träger 540 verbunden sind, zuführen kann. Die zweite Bereichsstellung wird dadurch erzielt, dass der zweite Kupplungsaktuator 527 die zweite Kupplung 525 dahingehend bewegt, mit dem zweiten Bereichsglied 550 in Eingriff zu gelangen. In der zweiten Bereichsstellung stellt der erste Elektromotor 210 weniger Drehmoment als in der ersten Bereichsstellung bereit, jedoch ist die Drehzahl höher.
  • 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.
  • „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.
  • „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.
  • „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.
  • „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 Drehzahländerung eine Nennbetriebsdrehzahl von mindestens 5000 U/min (Umdrehungen pro Minute) aufweist.
  • „Integral ausgebildet“ bezeichnet grundsätzlich ausgebildet oder verschmolzen als ein einziges bzw. zu einem einzigen Stück, ohne jegliche Form von Verbindung oder Befestigung zu benötigen.
  • „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 Drehzahländerung eine Nennbetriebsdrehzahl 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.
  • „Befestigt“ bedeutet physisch angebracht an oder in Position gehalten durch. Dies kann durch Befestigungsmittel, Haftmittel, Leitungen, Halterungen, überspritzten Kunststoff oder anderweitig erfolgen.
  • „Mehr“ ist allgemein synonym mit dem Begriff „mehrere“ und bezieht sich auf mehr als eins oder damit auch auf zwei oder mehr.
  • „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.).
  • „Überwiegend“ ist gleichbedeutend mit mehr als 50%.
  • „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.
  • „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.
  • „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.
  • „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.
  • „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
    erstes Planetengetriebe
    230
    Sonnenrad
    235
    Planetenräder
    240
    Hohlrad
    245
    erster Träger
    250
    erste Ausgangswelle
    255
    SOWC
    260
    Kupplungseingriffsglied
    265
    Kupplungsaktuator
    270
    zweiter Zahnradsatz
    275
    zweites Planetengetriebe
    277
    zweite Ausgangswelle
    290
    Klauenkupplung
    292
    Kupplungsaktuator
    295
    Kupplungseingriffsglied
    297
    erstes Bereichsglied
    299
    zweites Bereichsglied
    300
    elektrischer Antriebsstrang
    302
    Getriebe
    305
    erster Elektromotor
    306
    erster Umrichter
    307
    zweiter Elektromotor
    308
    zweiter Umrichter
    309
    erster Zahnradsatz
    310
    zweiter Zahnradsatz
    315
    zweites Planetengetriebe
    320
    zweiter Träger
    325
    erste Ausgangswelle
    330
    zweite Ausgangswelle
    335
    dritte Ausgangswelle
    340
    erste Kupplung
    345
    Klauenkupplung
    350
    Kupplungsausrückmuffe
    355
    Kupplungsaktuator
    360
    Kupplungseingriffsglied
    365
    Bereichsglied
    370
    zweite Kupplung
    375
    SOWC
    280
    zweiter Träger
    285
    Kupplung
    395
    Hohlrad
    397
    erstes Planetengetriebe
    399
    erster Träger
    505
    Getriebe
    510
    dritter Zahnradsatz
    515
    erste Ausgangswelle
    520
    zweite Ausgangswelle
    525
    zweite Kupplung
    527
    zweiter Kupplungsaktuator
    530
    drittes Planetengetriebe
    535
    viertes Planetengetriebe
    540
    dritter Träger
    545
    Kupplungseingriffsglied
    550
    zweites Bereichsglied
    555
    erstes Bereichsglied
    380
    Kupplungseingriffsglied
    385
    Kupplungsaktuator
    390
    Sonnenrad
    392
    Planetenräder

Claims (25)

  1. Antriebsstrangsystem, das Folgendes umfasst: einen ersten Zahnradsatz; einen ersten Elektromotor, der mit einem Ausgang über den ersten Zahnradsatz verbunden ist; einen zweiten Zahnradsatz; einen zweiten Elektromotor, der mit dem Ausgang über den zweiten Zahnradsatz verbunden ist; und wobei der erste Elektromotor und der zweite Elektromotor zwischen dem ersten Zahnradsatz und dem zweiten Zahnradsatz angeordnet sind.
  2. Antriebsstrangsystem nach Anspruch 1, wobei der erste Elektromotor und der zweite Elektromotor beide eine unterbrechbare Verbindung mit dem Ausgang aufweisen.
  3. 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.
  4. Antriebsstrangsystem nach Anspruch 3, wobei die unterbrechbare Verbindung eine Kupplung umfasst, die dazu konfiguriert ist, den zweiten Elektromotor mit dem Ausgang zu koppeln.
  5. Antriebsstrangsystem nach Anspruch 4, wobei die Kupplung eine formschlüssige Kupplung umfasst.
  6. Antriebsstrangsystem nach Anspruch 4, wobei die Kupplung einen Aktuator und eine schaltbare Freilaufkupplung (SOWC) umfasst.
  7. Antriebsstrangsystem nach Anspruch 4, wobei die Kupplung zwischen dem ersten Elektromotor und dem zweiten Elektromotor positioniert ist.
  8. Antriebsstrangsystem nach Anspruch 4, wobei die Kupplung stromabwärts des ersten Elektromotors und des zweiten Elektromotors am Ausgang positioniert ist.
  9. Antriebsstrangsystem nach Anspruch 1, wobei der zweite Zahnradsatz stromaufwärts des ersten Elektromotors und des zweiten Elektromotors positioniert ist.
  10. Antriebsstrangsystem nach Anspruch 9, das ferner Folgendes umfasst: eine schaltbare Freilaufkupplung (SOWC), die stromaufwärts des ersten Elektromotors und des zweiten Elektromotors an dem zweiten Zahnradsatz angeordnet ist.
  11. Antriebsstrangsystem nach Anspruch 9, wobei der zweite Elektromotor stromaufwärts des ersten Elektromotors angeordnet ist.
  12. Antriebsstrangsystem nach Anspruch 1, wobei der erste Zahnradsatz stromaufwärts des ersten Elektromotors und des zweiten Elektromotors angeordnet ist.
  13. Antriebsstrangsystem nach Anspruch 12, das ferner Folgendes umfasst: eine schaltbare Freilaufkupplung (SOWC), die stromaufwärts des ersten Elektromotors und des zweiten Elektromotors an dem ersten Zahnradsatz angeordnet ist.
  14. Antriebsstrangsystem nach Anspruch 12, wobei der erste Elektromotor in Bezug auf den zweiten Elektromotor stromaufwärts angeordnet ist.
  15. Antriebsstrangsystem nach Anspruch 1, wobei der erste Zahnradsatz ein Planetengetriebe umfasst.
  16. Antriebsstrangsystem nach Anspruch 1, wobei sich der erste Elektromotor und der zweite Elektromotor um eine gemeinsame Drehachse drehen.
  17. Antriebsstrangsystem, das Folgendes umfasst: einen ersten Zahnradsatz; einen ersten Elektromotor, der über den ersten Zahnradsatz mit einem Ausgang verbunden ist; einen zweiten Zahnradsatz; einen zweiten Elektromotor, der über den zweiten Zahnradsatz 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 zweite Zahnradsatz stromaufwärts des ersten Elektromotors und des zweiten Elektromotors angeordnet ist.
  18. Antriebsstrangsystem nach Anspruch 17, wobei die unterbrechbare Verbindung eine Kupplung umfasst, die dazu konfiguriert ist, den zweiten Elektromotor mit dem Ausgang zu koppeln.
  19. Antriebsstrangsystem nach Anspruch 17, wobei der erste Elektromotor und der zweite Elektromotor zwischen dem ersten Zahnradsatz und dem zweiten Zahnradsatz angeordnet sind.
  20. Antriebsstrangsystem nach Anspruch 19, das ferner Folgendes umfasst: eine schaltbare Freilaufkupplung (SOWC), die stromaufwärts des ersten Elektromotors und des zweiten Elektromotors an dem zweiten Zahnradsatz angeordnet ist.
  21. Antriebsstrangsystem, das Folgendes umfasst: einen ersten Zahnradsatz; einen ersten Elektromotor, der über den ersten Zahnradsatz mit einem Ausgang verbunden ist; einen zweiten Zahnradsatz; einen zweiten Elektromotor, der über den zweiten Zahnradsatz 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 Zahnradsatz stromaufwärts des ersten Elektromotors und des zweiten Elektromotors positioniert ist.
  22. Antriebsstrangsystem nach Anspruch 21, wobei die unterbrechbare Verbindung eine Kupplung umfasst, die dazu konfigureirt ist, den zweiten Elektromotor mit dem Ausgang zu koppeln.
  23. Antriebsstrangsystem nach Anspruch 21, wobei der erste Elektromotor und der zweite Elektromotor zwischen dem ersten Zahnradsatz und dem zweiten Zahnradsatz angeordnet sind.
  24. Antriebsstrangsystem nach Anspruch 23, das ferner Folgendes umfasst: eine schaltbare Freilaufkupplung (SOWC), die stromaufwärts des ersten Elektromotors und des zweiten Elektromotors an dem ersten Zahnradsatz positioniert ist.
  25. Antriebsstrangsystem nach Anspruch 23, wobei der erste Elektromotor in Bezug auf den zweiten Elektromotor stromaufwärts positioniert ist.
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