DE202023102321U1

DE202023102321U1 - Elektrische Antriebseinheit mit Mehrganggetriebe

Info

Publication number: DE202023102321U1
Application number: DE202023102321.5U
Authority: DE
Original assignee: Dana Belgium NV
Current assignee: Dana Belgium NV
Priority date: 2022-05-02
Filing date: 2023-04-28
Publication date: 2023-08-07
Anticipated expiration: 2033-04-29
Also published as: US20230349447A1; CN220668275U

Abstract

Getriebesystem in oder für eine elektrische Antriebseinheit, das umfasst:
eine Eingangswelle, die mit einer ersten elektrischen Maschine und einer zweiten elektrischen Maschine drehgekoppelt ist;
eine erste Kupplung, die koaxial zu einer ersten Vorgelegewelle angeordnet ist, wobei ein erstes Zahnrad fest mit der ersten Kupplung verbunden ist und mit einem zweiten Zahnrad kämmt, das fest mit der Eingangswelle verbunden ist;
eine zweite Kupplung, die koaxial zu einer zweiten Vorgelegewelle und beabstandet von der ersten Vorgelegewelle angeordnet ist; und
ein drittes Zahnrad, das fest mit der zweiten Kupplung verbunden ist und mit dem ersten Zahnrad kämmt;
wobei die erste Kupplung und die zweite Kupplung dazu konfiguriert sind, das Getriebesystem zwischen mehreren Übersetzungsverhältnissen zu schalten und mechanische Leistung an eine von der zweiten Vorgelegewelle beabstandete Ausgangswelle zu liefern.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein mehrgängiges Getriebesystem in oder für eine elektrische Antriebseinheit.
HINTERGRUND UND ZUSAMMENFASSUNG
Elektrofahrzeuge nutzen elektrische Antriebseinheiten zur Erzeugung der Antriebskraft und stellen in Bezug auf die Kohlenwasserstoffemissionen eine attraktive Alternative zu Fahrzeugen dar, die ausschließlich von Verbrennungsmotoren angetrieben werden. Bestimmte elektrische Antriebseinheiten verwenden Planetenradsätze, um die angestrebte Getriebeuntersetzung und das Profil der Antriebseinheit zu erreichen. Darüber hinaus werden in einigen elektrischen Antriebseinheiten zwei Motoren eingesetzt, um die Leistung der Antriebseinheit und die Anpassungsfähigkeit der Steuerung zu erhöhen.
US 10,144,309 B2 an Leng et al. bietet eine Dualmotor-Antriebseinheit für ein vollelektrisches Fahrzeug. Die Dualmotor-Antriebseinheit beinhaltet zwei Motoren, die koaxial mit einer Synchronisation angeordnet sind. Die Synchronisation befindet sich auf einer Eingangswelle und ist dazu ausgelegt, einen optimalen Synchronisationswirkungsgrad auf der Grundlage der Arbeitspunkte der beiden Motoren zu erreichen. In der Leng-Antriebseinheit beinhaltet eine Welle, die als Ausgang für ein Differential fungiert, drei Zahnräder.
Die Erfinder haben mehrere Nachteile mit der Dualmotor-Antriebseinheit von Leng sowie anderen bisherigen elektrischen Antrieben erkannt. Die Positionierung der Synchronisation auf der Eingangswelle vergrößert beispielsweise die Breite des Getriebes, was die Integration in bestimmte Fahrzeugplattformen erschweren kann. Des Weiteren kann die Tiefe der Leng-Antriebseinheit in bestimmten Fahrzeugen, die aufgrund der Bauraumanforderungen umliegender Fahrzeugsysteme längere Tiefen benötigen, inkompatibel sein. So kann die Leng-Antriebseinheit beispielsweise mit bestimmten Fahrzeugen wie Allradladern nicht kompatibel sein. Aufgrund der Anordnung der Synchronisation und der zugehörigen Getriebeuntersetzungen auf den nachgeschalteten Wellen entspricht die Breite der Einheit möglicherweise nicht den Bauraumanforderungen einiger Fahrzeuge. Andere Dualmotor-Elektroantriebe konnten bei einigen Fahrzeugtypen aufgrund der Verwendung von Planetengetrieben im Getriebezug die gewünschten Größenvorgaben, insbesondere in Bezug auf Tiefe und Breite, nicht erfüllen.
Die Erfinder haben die vorgenannten Probleme erkannt und ein Getriebesystem in einer elektrischen Antriebseinheit entwickelt. Das Getriebesystem beinhaltet in einem Beispiel eine Eingangswelle, die mit einer ersten elektrischen Maschine und einer zweiten elektrischen Maschine drehgekoppelt ist. In einem solchen Beispiel beinhaltet das Getriebesystem außerdem eine erste Kupplung, die koaxial zu einer ersten Vorgelegewelle angeordnet ist. Bei diesem System ist ein erstes Zahnrad fest mit der ersten Kupplung verbunden und kämmt mit einem zweiten Zahnrad, das fest mit der Eingangswelle verbunden ist. Das Getriebesystem beinhaltet ferner eine zweite Kupplung, die koaxial zu einer zweiten Vorgelegewelle und beabstandet von der ersten Vorgelegewelle angeordnet ist. Das System beinhaltet außerdem ein drittes Zahnrad, das fest mit der zweiten Kupplung verbunden ist und mit dem ersten Zahnrad kämmt. Ferner sind die erste Kupplung und die zweite Kupplung in dem System dazu konfiguriert, das Getriebesystem zwischen mehreren Übersetzungsverhältnissen zu schalten und mechanische Leistung an eine von der zweiten Vorgelegewelle beabstandete Ausgangswelle zu liefern. Auf diese Weise erreicht das Getriebesystem die gewünschte Breite und Tiefe, die eine effiziente Integration des Systems in die gewünschten Fahrzeugplattformen ermöglicht. So kann das Getriebesystem beispielsweise effizient in den Einbauraum eines Laders oder eines anderen geeigneten Fahrzeugtyps integriert werden.
In einem weiteren Beispiel kann die erste Kupplung dazu konfiguriert sein, im eingerückten Zustand das erste Zahnrad mit einem vierten Zahnrad drehzukoppeln. In einem solchen Beispiel ist das vierte Zahnrad koaxial zur ersten Vorgelegewelle angeordnet und kämmt mit einem fünften Zahnrad, das fest mit der zweiten Vorgelegewelle verbunden ist. In einem weiteren Beispiel ist die zweite Kupplung dazu konfiguriert, im eingerückten Zustand das dritte Zahnrad mit dem fünften Zahnrad drehzukoppeln. Außerdem kämmt das fünfte Zahnrad mit einem sechsten Zahnrad, das fest mit der Ausgangswelle verbunden ist. Außerdem können das dritte Zahnrad und das fünfte Zahnrad auf gegenüberliegenden Seiten der zweiten Kupplung angeordnet sein. Durch die Anordnung des dritten und fünften Zahnrads auf gegenüberliegenden Seiten der zweiten Kupplung kann diese kompakt unter der ersten Kupplung untergebracht werden, wodurch das Getriebe die gewünschte Tiefe und Breite erreichen kann, die bei bestimmten Fahrzeugen mit platzbeschränktem Einbauraum erforderlich ist.
Bei der ersten und zweiten Kupplung kann es sich beispielsweise um Reibungskupplungen handeln. Auf diese Weise ist das Getriebe in der Lage, eine effiziente Lastschaltung zwischen mehreren Betriebsgängen durchzuführen. Leistungsunterbrechungen während Schaltübergängen können daher reduziert (z. B. vermieden) werden, was die Getriebeleistung und die Attraktivität für die Kunden erhöht.
Das Getriebesystem kann ferner eine Spülpumpe mit einem Aufnehmer enthalten, der in einem Sumpf eines Gehäuses angeordnet ist, das die erste Kupplung und die zweite Kupplung zumindest teilweise umschließt. Auf diese Weise kann das Schmiermittel aus dem Getriebegehäuse entfernt werden, um Spritzverluste zu verringern und den Wirkungsgrad des Getriebes zu erhöhen.
Es versteht sich, dass die obige Zusammenfassung dazu dient, in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung näher erläutert werden. Sie ist nicht dazu gedacht, die wichtigsten oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, dessen Umfang eindeutig durch die Ansprüche definiert wird, die auf die detaillierte Beschreibung folgen. Darüber hinaus ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die die oben oder in anderen Teilen dieser Offenbarung genannten Nachteile beheben.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

1 ist eine Darstellung einer elektrischen Antriebseinheit mit einem Getriebesystem.
2A und 2B sind Darstellungen der Leistungspfade für verschiedene Betriebsgänge der elektrischen Antriebseinheit aus 1.
2C ist eine Tabelle mit den Konfigurationen der Kupplungen in den Betriebsgängen des Getriebesystems aus 1.
3A und 3B sind detaillierte Darstellungen eines Beispiels für eine elektrische Antriebseinheit mit einem Mehrganggetriebe.
4 Verfahren zum Betrieb eines Mehrganggetriebes in einer elektrischen Antriebseinheit.
5 ist ein Zeitdiagramm einer Strategie zur Getriebesteuerung im Anwendungsfall.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
1 zeigt ein Elektrofahrzeug (EV) 100 mit einer elektrischen Antriebseinheit 101, welche die Treibkraft für den Fahrzeugantrieb erzeugt. Das EV 100 kann ein leichtes, mittleres oder schweres Nutzfahrzeug sein. Insbesondere kann es sich in einem Anwendungsfall bei dem Fahrzeug um einen Lader mit einer Schaufel 138 handeln, der zum Schaufeln von losem Material in der Industrie, der Landwirtschaft oder im Baugewerbe eingesetzt wird. In anderen Beispielen kann es sich bei dem EV 100 jedoch auch um ein Personenfahrzeug wie einen Lastwagen, eine Limousine, einen Kombi oder Ähnliches handeln. Darüber hinaus kann das EV 100 in einem Beispiel ein batteriebetriebenes Elektrofahrzeug (BEV) oder in einem anderen Beispiel ein Hybridelektrofahrzeug (HEV) mit einem Verbrennungsmotor sein.
Die elektrische Antriebseinheit 101 beinhaltet ein Getriebesystem 102, eine erste elektrische Maschine 103 und eine zweite elektrische Maschine 104. Wie dargestellt, ist die erste elektrische Maschine 103 koaxial zur zweiten elektrischen Maschine 104 angeordnet, was zu einem gewünschten Massenausgleich in der elektrischen Antriebseinheit führen kann. Im Einzelnen ist die erste elektrische Maschine 103 mit einem ersten Ende 113 einer Eingangswelle 105 und die zweite elektrische Maschine 104 mit dem gegenüberliegenden Ende 115 der Eingangswelle 105 verbunden. Durch diese Anordnung der elektrischen Maschinen kann die elektrische Antriebseinheit eine gewünschte Gewichtsverteilung und axiale Trennung zwischen den Maschinen erreichen, um eine gute Raumausnutzung innerhalb des Fahrzeugs zu ermöglichen. In anderen Beispielen können jedoch auch andere Anordnungen von elektrischen Maschinen verwendet werden. In anderen Beispielen können die elektrischen Maschinen jedoch auch nicht koaxial angeordnet sein. Die elektrischen Maschinen 103, 104 können dazu ausgelegt sein, bei Stillstand eine gewünschte Zugkraft zum Beladen der Schaufel 138 und eine gewünschte Höchstgeschwindigkeit zu liefern, falls dies gewünscht wird. Durch den Einsatz von zwei Motoren in der elektrischen Antriebseinheit können die Leistungsziele für den Endverbraucher erreicht werden. Die Schaufel 138 kann in einem Beispiel hydraulisch betätigt sein. Die Hydraulik, welche die Schaufel steuert, kann daher in diesem Beispiel über eine elektrische Pumpe mit Druck beaufschlagt werden.
Jede der elektrischen Maschinen 103, 104 kann herkömmliche Komponenten wie Rotoren 107, 109 und Statoren 111, 113 enthalten, die während des Betriebs elektromagnetisch zusammenwirken, um Antriebskraft zu erzeugen. In einem weiteren Beispiel kann es sich bei den elektrischen Maschinen um Motorgeneratoren handeln, die dazu ausgelegt sind, während des Regenerationsbetriebs elektrische Energie zu erzeugen. Außerdem können die elektrischen Maschinen in einigen Fällen ähnliche Konstruktionen und Größen haben. Auf diese Weise kann die Effizienz der Produktion gesteigert werden. In alternativen Beispielen können die elektrischen Maschinen jedoch unterschiedliche Größen und/oder Auslegungen haben.
Die elektrischen Maschinen 103, 104 können über Wechselrichter 132, 134 elektrisch mit einer oder mehreren Energiespeichervorrichtungen 140 (z. B. einer oder mehreren Traktionsbatterien, Kondensator(en), Kombinationen daraus und dergleichen) verbunden sein, wenn die Maschinen als Wechselstrommaschinen (AC) ausgelegt sind. Die Pfeile 153, 154, 156 und 158 bezeichnen die elektrische Verbindung zwischen den elektrischen Maschinen 103 und 104, den Wechselrichtern 132 und 134 und der/den Energiespeichervorrichtung(en) 140. Diese und die anderen hier beschriebenen Wechselrichter sind für die Umwandlung von Gleichstrom (DC) in Wechselstrom und umgekehrt ausgelegt. In einem Anwendungsfall kann es sich bei den elektrischen Maschinen 103, 104 und den Wechselrichtern 132, 134 um dreiphasige Vorrichtungen handeln, die im Vergleich zu anderen Motortypen einen höheren Wirkungsgrad erzielen können. Es sind jedoch auch Motoren und Wechselrichter denkbar, die für den Betrieb mit mehr als drei Phasen ausgelegt sind.
Darüber hinaus enthält das Getriebesystem 102 ein Mehrganggetriebe 135 mit einer ersten Vorgelegewelle 108 und einer zweiten Vorgelegewelle 110, an die jeweils Zahnräder und Kupplungen gekoppelt sind. Ein Zahnrad 114 ist mit der Eingangswelle 105 drehgekoppelt und dreht sich daher mit ihr. Die hier beschriebenen Zahnräder sind mit Zähnen versehen, und die mechanische Verbindung zwischen den Zahnrädern erfolgt durch das Ineinandergreifen der Zähne.
Das Getriebe 135 beinhaltet außerdem eine erste Kupplung 124. Die erste Kupplung ist ausdrücklich als Reibungskupplung dargestellt. Eine Reibungskupplung, wie sie hier beschrieben wird, kann zwei Sätze von Platten beinhalten, die dazu ausgelegt sind, beim Öffnen und Schließen der Kupplung reibschlüssig ineinanderzugreifen und sich voneinander zu lösen. So kann das über die Kupplung übertragene Drehmoment in Abhängigkeit vom Grad des Platteneingriffs moduliert werden.
Die erste Kupplung 124 beinhaltet insbesondere einen ersten Satz von Platten 125, die mit dem Zahnrad 112 gekoppelt sind und sich mit diesem während des Getriebebetriebs drehen. Der erste Satz von Platten 125 kann insbesondere in einer Kupplungstrommel 127 enthalten sein, die mit dem Getriebe 112 gekoppelt oder an dessen Außenseite angeformt ist. Ein Zahnrad 116 ist fest mit der ersten Kupplung 124 verbunden und kämmt mit dem Zahnrad 114. Genauer gesagt ist ein zweiter Satz von Platten 129 in der ersten Kupplung fest mit einem Zahnrad 116 verbunden, so dass sie sich mit diesem drehen. Der zweite Satz von Platten 129 kann insbesondere eine Kupplungsnabe 131 beinhalten, die mit dem Getriebe 116 ausgebildet oder anderweitig fest verbunden ist. So drehen sich der zweite Satz von Platten 129, die Kupplungsnabe 131 und das Zahnrad 116 gemeinsam.
Dadurch wird beim Einrücken der ersten Kupplung 124 mechanische Leistung vom Zahnrad 112 auf das Zahnrad 116 übertragen, wodurch sich das Zahnrad 116 in Abhängigkeit von der ersten Vorgelegewelle 108 dreht. Umgekehrt dreht sich das Zahnrad 116 frei und unabhängig von der ersten Vorgelegewelle 108, wenn die erste Kupplung ausgekuppelt ist. Das Zahnrad 116 kämmt mit einem Zahnrad 118, das fest mit einer zweiten Vorgelegewelle 110 verbunden ist und sich daher während des Getriebebetriebs mit dieser dreht. Ein Lager 133 kann mit der ersten Vorgelegewelle 108 und dem Zahnrad 116 und/oder der Kupplungsnabe 131 verbunden sein, damit sich die Kupplungsnabe beim Auskuppeln unabhängig von der ersten Vorgelegewelle 108 drehen kann. Ein hier beschriebenes Lager kann Innenringe, Außenringe und Rollenelemente (z. B. Kugeln, Zylinderrollen, konische Zylinderrollen und dergleichen) beinhalten.
Die Zahnräder 112 und 116 sind auf gegenüberliegenden Seiten 117 und 119 der ersten Kupplung 124 angeordnet, damit die Kupplung effizient mit der Eingangswelle 105 und der zweiten Vorgelegewelle 110 gekoppelt werden kann. Die elektrische Antriebseinheit 101 kann somit eine höhere Raumeffizienz und insbesondere eine gewünschte Seitenbreite erreichen.
Die hier beschriebenen Reibungskupplungen können mit unterschiedlichem Einrückgrad betrieben werden (z. B. stufenlos über den Einrückbereich der Kupplung). Außerdem können die hier beschriebenen Reibungskupplungen nasse Reibungskupplungen sein, durch die ein Schmiermittel geleitet wird, um die Lebensdauer der Kupplung zu erhöhen. In alternativen Beispielen können jedoch auch trockene Reibungskupplungen verwendet werden. Die erste Kupplung 124 und die anderen hier beschriebenen Kupplungen können über hydraulische, pneumatische und/oder elektromechanische Aktuatoren eingestellt werden. So können z. B. hydraulisch betätigte Kolben verwendet werden, um einen Kupplungseingriff der Reibungskupplungen herbeizuführen. Für die elektromechanische Betätigung der Kupplung können in anderen Beispielen jedoch auch Elektromagnete verwendet werden.
In dem Getriebe 135 ist außerdem eine zweite Kupplung 126 enthalten. Die zweite Kupplung 126 ist koaxial zur zweiten Vorgelegewelle 110 angeordnet und daher von der ersten Kupplung 124 beabstandet. Die zweite Kupplung 126 ist als Reibungskupplung dargestellt, obwohl in anderen Beispielen auch andere Arten von Kupplungen verwendet werden können. Bei Verwendung von Reibungskupplungen kann das Getriebe 135 im Vergleich zu Getrieben mit Klauenkupplungen mit einer geringeren Leistungsunterbrechung zwischen den einzelnen Gängen schalten, wodurch die Effizienz des Getriebes bei Schaltvorgängen und die Attraktivität für den Kunden erhöht werden.
Die zweite Kupplung 126 beinhaltet einen ersten Satz von Platten 137, der fest mit einem Zahnrad 120 verbunden ist, das mit dem Zahnrad 112 kämmt. Der erste Satz von Platten 137 kann eine Kupplungsnabe 139 beinhalten, die mit dem Getriebe 120 ausgebildet oder anderweitig fest verbunden ist. Ein Lager 141 ist mit der zweiten Vorgelegewelle 110, dem Zahnrad 112 und/oder der Kupplungsnabe 139 verbunden. So dreht sich das Zahnrad 112 unabhängig von der zweiten Vorgelegewelle 110, wenn die zweite Kupplung 126 ausgekuppelt ist. Die zweite Kupplung beinhaltet ferner einen zweiten Satz von Platten 143, die mit dem Zahnrad 118 geformt oder anderweitig fest mit ihm verbunden sind und sich daher mit ihm drehen. Zur Erläuterung: Der zweite Satz von Platten 143 kann in einer Kupplungstrommel 145, die mit dem Getriebe 118 verbunden ist, ausgebildet oder anderweitig fest mit ihr verbunden sein. Wenn die zweite Kupplung eingerückt ist, wird mechanische Leistung vom Zahnrad 120 auf das Zahnrad 118 übertragen, wodurch sich das Zahnrad 120 in Abhängigkeit von der zweiten Vorgelegewelle 110 dreht. Umgekehrt dreht sich das Zahnrad 120 frei und unabhängig von der zweiten Vorgelegewelle 110, wenn die zweite Kupplung ausgerückt ist, wie bereits erwähnt.
Das Zahnrad 120 und das Zahnrad 118 sind an gegenüberliegenden Seiten 147 und 149 der zweiten Kupplung 126 angeordnet. Genauer gesagt ist im dargestellten Beispiel der Außendurchmesser des Zahnrads 112 größer als der Außendurchmesser der Kupplungstrommel 127, und der Außendurchmesser des Zahnrads 120 ist kleiner als der Durchmesser der Kupplungstrommel 145. Ebenso ist der Außendurchmesser des Zahnrads 118 größer als der Außendurchmesser der Kupplungstrommel 145 und der Außendurchmesser des Zahnrads 116 ist kleiner als der Außendurchmesser der Kupplungstrommel 127. Auf diese Weise ist das Getriebe in der Lage, die angestrebten Gangbereiche zu erreichen und gleichzeitig die zweite Kupplung 126 effizient zwischen den Zahnrädern 118 und 120 und zumindest teilweise unterhalb der ersten Kupplung 124 zu platzieren, wenn dies gewünscht wird. Folglich ist das Getriebe in der Lage, kompakt in die Konstruktionsbereiche einiger platzbeschränkter Fahrzeugplattformen, wie z. B. Laderfahrzeuge, zu passen und gleichzeitig deren Konstruktionsziele in Bezug auf Gänge und Schaltvorgänge zu erfüllen. Die Zahnräder und Kupplungen können jedoch in anderen Ausführungsbeispielen auch andere Größen und/oder Positionen haben.
Das Zahnrad 118 kämmt mit einem Zahnrad 122, das fest mit der Ausgangswelle 106 verbunden ist. Insbesondere ist in dem gezeigten Beispiel ein einzelnes Zahnrad fest mit der Ausgangswelle 106 verbunden. Die Konstruktion der Ausgangswelle mit einem einzigen daran gekoppelten Zahnrad ermöglicht es, die axiale Breite der Welle (gemessen vom Ausgangsflansch 128 zum Ausgangsflansch 130) im Vergleich zu Wellen mit mehreren daran angeordneten Zahnrädern zu verringern. Infolgedessen kann die elektrische Antriebseinheit 101 eine größere Raumeffizienz erreichen, die es ermöglicht, sie in eine größere Anzahl von Fahrzeugplattformen einzubauen. Die vergleichsweise geringe Breite der Ausgangswelle ermöglicht es beispielsweise, die elektrische Antriebseinheit effizient in bestimmte Laderfahrzeuge einzubauen, bei denen der Platz für die Ausgangswelle begrenzt sein kann. Durch die Verwendung mehrerer Vorgelegewellen mit darauf angeordneten Kupplungen kann die Antriebseinheit eine erwünschte Ausgangsbreite, Mehrgeschwindigkeitsfunktionalität und eine erwünschte Tiefe erreichen, was bei bestimmten Fahrzeugen wie z. B. Ladern erforderlich sein kann.
Die Ausgangswelle 106 beinhaltet Ausgangsschnittstellen 128, 130, die dazu ausgelegt sind, an den Achsen 164 und 166 (z. B. Vorder- und Hinterachse) über Wellen, Kupplungen, Ketten, Kombinationen davon und dergleichen befestigt zu werden, wie durch Pfeile 168 dargestellt. Die Achsen 164, 166 können Komponenten wie Differentiale, Achswellen und Antriebsräder einschließen. So kann die elektrische Antriebseinheit 101 für ein Fahrzeug mit Allradantrieb erwünscht sein. Die Ausgangsschnittstellen 128, 130 sind ausdrücklich als Flansche dargestellt. Es kommen jedoch auch andere geeignete Arten von mechanischen Schnittstellen in Betracht, wie z. B. Joche, Keilnuten, Gelenke, Kombinationen davon und dergleichen.
Das Fahrzeug 156 beinhaltet außerdem ein Steuersystem 142 mit einer Steuerung 144, wie in 1 dargestellt. Die Steuerung 144 kann einen Mikrocomputer mit Komponenten wie einem Prozessor 146 (z. B. einer Mikroprozessoreinheit), Eingangs-/Ausgangsanschlüssen, einem elektronischen Speichermedium 148 für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte (z. B. ein Festwertspeicherchip, ein Nur-Lese-Speicher, ein Diagnosespeicher, ein Datenbus und dergleichen) einschließen. Das Speichermedium kann mit computerlesbaren Daten programmiert sein, die Befehle darstellen, welche von einem Prozessor zur Durchführung der hier beschriebenen Verfahren und Steuertechniken sowie anderer Varianten ausgeführt werden können, die erwartet werden, aber nicht ausdrücklich aufgeführt sind.
Die Steuerung 144 kann verschiedene Signale von Sensoren 150 empfangen, die mit verschiedenen Bereichen des Getriebes 135 des Fahrzeugs 156 gekoppelt sind. Zu den Sensoren 150 kann beispielsweise ein Pedalpositionssensor gehören, der die Betätigung eines vom Fahrer betätigten Pedals wie eines Gas- und/oder Bremspedals erkennt, ein Drehzahlsensor an der Getriebeausgangswelle, ein Sensor für den Ladezustand des Energiespeichers (SOC), Kupplungspositionssensoren usw.. Die Motordrehzahl kann anhand der vom Wechselrichter an die elektrische Maschine gelieferten Leistung ermittelt werden. Eine Eingabevorrichtung 152 (z. B. Gaspedal, Bremspedal, Fahrmoduswähler, Kombinationen davon und Ähnliches) kann außerdem Eingabesignale liefern, die die Absicht des Fahrers zur Fahrzeugsteuerung anzeigen.
Nach dem Empfang der Signale von den verschiedenen Sensoren 150 aus 1 verarbeitet die Steuerung 144 die empfangenen Signale und setzt verschiedene Aktuatoren 154 von Fahrzeugkomponenten ein, um die Komponenten auf der Grundlage der empfangenen Signale und der im Speicher der Steuerung 144 gespeicherten Anweisungen einzustellen. So kann die Steuerung 144 beispielsweise ein Gaspedalsignal empfangen, das die Anforderung des Fahrers nach einer stärkeren Fahrzeugbeschleunigung anzeigt. Daraufhin kann die Steuerung 144 den Betrieb der Wechselrichter 132, 134 befehlen, um die Leistungsabgabe der elektrischen Maschinen anzupassen und die von den Maschinen 103, 104 an das Getriebe 135 gelieferte Leistung zu erhöhen. Die Steuerung 144 kann so ausgelegt sein, dass sie unter bestimmten Betriebszustände Befehle an die Kupplungen 124, 126 zum Ein- und Ausrücken der Kupplungen sendet. So kann beispielsweise ein Steuerbefehl an die Kupplung 124 gesendet werden, und als Reaktion auf den Empfang des Befehls kann ein Aktuator in der Kupplung die Kupplung auf der Grundlage zum Einrücken oder Ausdrücken der Kupplung einstellen. Die anderen steuerbaren Komponenten im Fahrzeug können in ähnlicher Weise funktionieren, z. B. in Bezug auf Sensorsignale, Steuerbefehle und Aktuatoreinstellung.
Als Referenz ist ein Achsensystem 199 in 1 sowie in 2A-2B und 3A-3B dargestellt. In einem Beispiel kann die z-Achse eine vertikale Achse sein (z. B. parallel zu einer Gravitationsachse), die x-Achse kann eine seitliche Achse sein (z. B. eine horizontale Achse), und/oder die y-Achse kann eine Längsachse sein. In anderen Beispielen können die Achsen jedoch auch andere Ausrichtungen haben.
2A und 2B zeigen die Leistungspfade 200 und 202 durch das Getriebe 135 in der elektrischen Antriebseinheit 101 in einem Modus mit höherem Gang bzw. einem Modus mit niedrigerem Gang. Das Übersetzungsverhältnis des Getriebes im Modus mit höherem Gang ist daher höher als das Übersetzungsverhältnis im Modus mit niedrigerem Gang. Es versteht sich, dass diese Leistungspfade sowohl dem Vorwärts- als auch dem Rückwärtsfahrmodus entsprechen können. Außerdem können die elektrischen Maschinen im Vorwärts- und im Rückwärtsfahrmodus in entgegengesetzte Richtungen rotierende Leistung erzeugen. Mit anderen Worten: In einem Vorwärtsfahrmodus kann die erste elektrische Maschine die Ausgangswelle 106 in eine erste Richtung drehen und in einem Rückwärtsfahrmodus kann sie die Ausgangswelle in die entgegengesetzte Richtung drehen. Somit entsprechen die Leistungspfade aus 2A und 2B im Allgemeinen dem Fahrmodusbetrieb.
Wie in 2A dargestellt, wird, während das Getriebe 135 im Modus mit höherem Gang arbeitet, die erste Kupplung 124 ausgerückt und die zweite Kupplung 126 eingerückt. Der mechanische Leistungspfad 200 entfaltet sich wie folgt: Die mechanische Leistung bewegt sich von der ersten und zweiten elektrischen Maschine 103, 104 zum Zahnrad 114; vom Zahnrad 114 zum Zahnrad 112; vom Zahnrad 112 zum Zahnrad 120; vom Zahnrad 120 zum Zahnrad 118; vom Zahnrad 118 zum Zahnrad 122; vom Zahnrad 122 zur Ausgangswelle 106; und von der Ausgangswelle zu den nachgeschalteten Komponenten. So umgeht der Leistungspfad 200 in dem Betriebsmodus mit höherem Gang das Zahnrad 116.
Während sich das Getriebe 135 im Modus mit niedrigerem Gang befindet, wie in 2B dargestellt, ist die erste Kupplung 124 eingerückt und die zweite Kupplung 126 ausgerückt. Der mechanische Leistungspfad 202 entfaltet sich wie folgt: Die mechanische Leistung bewegt sich von der ersten und zweiten elektrischen Maschine 103, 104 zum Zahnrad 114; vom Zahnrad 114 zum Zahnrad 112; vom Zahnrad 112 zum Zahnrad 116; vom Zahnrad 116 zum Zahnrad 118; vom Zahnrad 118 zum Zahnrad 122; vom Zahnrad 122 zur Ausgangswelle 106; und von der Ausgangswelle zu den nachgeschalteten Komponenten. So umgeht der Leistungspfad 202 in dem Betriebsmodus mit niedrigerem Gang das Zahnrad 120.
2C zeigt eine Tabelle 250, in der die Konfigurationen der ersten Kupplung 124 und der zweiten Kupplung 126 im Modus mit niedrigerem Gang und Modus mit höherem Gang angegeben sind. Wie bereits erwähnt, ist im Modus mit niedrigerem Gang die erste Kupplung eingerückt und die zweite Kupplung ausgerückt, und umgekehrt ist im Modus mit höherem Gang die erste Kupplung ausgerückt und die zweite Kupplung eingerückt.
3A und 3B zeigen ein Beispiel für eine elektrische Antriebseinheit 300 mit einem Getriebesystem 301, das ein Getriebe 302 beinhaltet. Es versteht sich, dass die elektrische Antriebseinheit 300 und das Getriebesystem 301, die in 3A und 3B dargestellt sind, und die elektrische Antriebseinheit 101 und das Getriebesystem 102, die in 1 dargestellt sind, zumindest einige Überschneidungen in Bezug auf die Struktur und/oder Funktion der Komponenten aufweisen können. 3B zeigt insbesondere eine Querschnittdarstellung, in der Querschnitte in das Getriebesystem an den Drehachsen einer Eingangswelle, einer zweiten Vorgelegewelle und einer Ausgangswelle geschnitten sind.
Die elektrische Antriebseinheit 300 beinhaltet wiederum eine erste elektrische Maschine 303 und eine zweite elektrische Maschine 304 und das Getriebesystem 301 beinhaltet wiederum eine Eingangswelle 306, eine erste Vorgelegewelle 308 mit einer dazu koaxial angeordneten ersten Kupplung 310 und eine zweite Vorgelegewelle 312 mit einer dazu koaxial angeordneten zweiten Kupplung 314. Die erste Kupplung 310 und die zweite Kupplung 314 sind als Reibungskupplungen dargestellt. Wie bereits erwähnt, kommen jedoch auch andere Arten von Kupplungen in Betracht.
Auch hier ist ein Zahnrad 316 fest mit der Eingangswelle 306 verbunden, das mit einem Zahnrad 318 kämmt, welches fest mit der ersten Vorgelegewelle 308 verbunden ist. Um die Kopplung zwischen den Zahnrädern und den Wellen zu erreichen, können die Zahnräder z. B. durch spanabhebende Bearbeitung auf der Welle geformt oder über Keilnuten und/oder Schweißnähte an den Wellen befestigt sein. Auf diese Weise drehen sich diese Zahnräder und Wellen während des Getriebebetriebs gemeinsam. Das Verhältnis zwischen dem Zahnrad 316 und dem Zahnrad 318 kann ein relativ hohes Verhältnis sein, um die Delta-Drehzahl in den ersten und zweiten Kupplungen 310 und 314 zu verringern und dadurch die Schleppverluste zu reduzieren. So kann das Verhältnis zwischen den Zahnrädern 316 und 318 in einem konkreten Beispiel 2,2:1 betragen. Das Verhältnis der Zahnräder 316 und 318 kann jedoch auf der Grundlage einer Reihe von Faktoren wie dem Motordrehzahlbereich, der erwarteten Motorlast, dem Fahrzeuggewicht usw. ausgewählt werden. Ferner kann in einem Anwendungsfall das Gesamtübersetzungsverhältnis des Getriebes im niedrigeren Gang 3,2:1 und das Gesamtübersetzungsverhältnis des Getriebes im Modus mit höherem Gang 1,6:1 betragen. Außerdem kann in einem solchen Beispiel die Spanne zwischen dem hohen und dem niedrigen Übersetzungsverhältnis 2 betragen. Es kommen jedoch auch andere geeignete Getriebeübersetzungen in Betracht.
Die Lager 320 sind mit den gegenüberliegenden Seiten der Eingangswelle 306 verbunden und können in Abschnitten 322 eines Gehäuses 324 montiert sein, um eine effiziente Installation zu ermöglichen. Die erste Kupplung 310 ist dazu ausgelegt, das Zahnrad 318 selektiv mit einem Zahnrad 326 zu koppeln, das koaxial zur ersten Vorgelegewelle 308 angeordnet ist. Wenn jedoch die erste Kupplung ausgerückt ist, dreht sich das Zahnrad 326 unabhängig in Bezug auf die erste Vorgelegewelle 308.
Das Zahnrad 318 auf der ersten Vorgelegewelle 308 kämmt mit einem Zahnrad 330, das koaxial zur zweiten Vorgelegewelle 312 ist. Außerdem dreht sich das Zahnrad 330 beim Ausrücken der zweiten Kupplung 314 unabhängig von der zweiten Vorgelegewelle 312. Umgekehrt treibt das Zahnrad 330 beim Einrücken der zweiten Kupplung 314 die Drehung eines Zahnrads 332 an, das fest mit der zweiten Vorgelegewelle 312 verbunden ist. Das Zahnrad 332 wiederum kämmt mit einem Zahnrad 334 auf einer Ausgangswelle 336. Die Ausgangswelle 336 beinhaltet an den gegenüberliegenden axialen Enden Flansche 338.
Um eine kompakte Antriebseinheit zu erreichen und die Kupplungen auf den Vorgelegewellen unterzubringen, hat das Zahnrad 318 eine andere seitliche Position auf der ersten Vorgelegewelle 308 als das Zahnrad 332 auf der zweiten Vorgelegewelle 312. Auf diese Weise kann die zweite Kupplung 314 in einer überlappenden seitlichen Position gegenüber der ersten Kupplung 310 positioniert sein.
Der axiale Abstand 340 zwischen den Flanschen 338 ist kleiner als der axiale Abstand 342 zwischen den Rotorwellen 343 und 344 in den elektrischen Maschinen 303 bzw. 304. Diese geringere axiale Breite im Verhältnis zum Abtrieb ermöglicht es, die elektrische Antriebseinheit effektiv in bestimmte Fahrzeuge einzubauen, die z. B. hohe Anforderungen an die Größe der Ausgangswelle stellen, wie z. B. Fahrzeuge vom Typ Lader. Durch die Verwendung eines einzigen Zahnrads auf der Ausgangswelle 336, die durch die vorgeschaltete Kupplung und die Getriebeanordnung ermöglicht wird, kann diese reduzierte Breite bei gleichzeitiger Beibehaltung mehrerer Betriebsübersetzungsverhältnisse erreicht werden.
Die Lager 346 sind mit den gegenüberliegenden Seiten der ersten Vorgelegewelle 308 gekoppelt, und die Lager 348 sind auf ähnliche Weise mit den gegenüberliegenden Seiten der zweiten Vorgelegewelle 312 gekoppelt. Die Lager 346 können gegenüber den Lagern 348 nach links (auf einer Querachse) versetzt sein, um eine effektive Unterbringung des Getriebes und der Kupplungen auf der Vorgelegewelle zu ermöglichen und das Getriebe in die Lage zu versetzen, die gewünschten Betriebsübersetzungen zu erreichen. Außerdem sind die Lager 350 mit den gegenüberliegenden Seiten der Ausgangswelle 336 verbunden, die sich außerhalb des Zahnrads 334, aber innerhalb der Flansche 338 befinden. In alternativen Beispielen können jedoch auch andere Getriebelageranordnungen verwendet werden. So können beispielsweise zusätzliche Lager auf den Wellen neben den Zahnrädern 316, 318 und/oder 332 angeordnet sein.
Außerdem ist die erste Kupplung 310, wie dargestellt, senkrecht unter der zweiten Kupplung 314 angeordnet, was es dem Getriebe ermöglicht, eine angestrebte Tiefe sowie Betriebsübersetzungswerte zu erreichen.
Die elektrische Antriebseinheit 300 kann des Weiteren ein Schmiersystem 352 mit einer Spülpumpe 354 beinhalten. Die Spülpumpe 354 enthält einen Aufnehmer 356, der in einem Sumpf 358 im Gehäuse 324 angeordnet ist. So kann der Aufnehmer 356 senkrecht unter dem Zahnrad 334 angeordnet sein. Auf diese Weise entfernt das Schmiersystem 352 während des Betriebs Schmiermittel (z. B. Öl) aus dem Getriebe 302 und verringert so die Planschverluste. Wie dargestellt, befindet sich die Spülpumpe 354 außerhalb des Getriebegehäuses 324. Es sind jedoch auch Schmiersysteme denkbar, bei denen die Spülpumpe innerhalb des Gehäuses angeordnet ist.
Das Schmiersystem 352 kann außerdem einen Behälter 360 sowie weitere Komponenten wie Filter, zusätzliche Pumpen, Leitungen, Sprühdüsen und dergleichen beinhalten. So kann das Schmiersystem 352 Schmiermittel an Getriebekomponenten wie Kupplungen, Lager und/oder andere rotierende Komponenten liefern, wie durch Pfeil 362 dargestellt.
Das Gehäuse 324 ist als geteiltes Gehäuse dargestellt, das einen ersten Abschnitt 364 und einen zweiten Abschnitt 366 enthält. In anderen Beispielen können jedoch auch andere geeignete Gehäuseformen verwendet werden, wie z. B. drei- oder vierteilige Gehäuse. Der erste Abschnitt 364 umschließt und trägt die Lager auf der linken Seite des Getriebes (im Bezugsrahmen von 3A und 3B), während der zweite Abschnitt 366 die Lager auf der rechten Seite des Getriebes umschließt und trägt. Aufgrund der geringeren axialen Breite der Ausgangswelle 336 im Vergleich zur Eingangswelle 306 hat ein unterer Abschnitt 368 des Gehäuses eine geringere Breite 370. Das Getriebegehäuse 324 ist außerdem mit den elektrischen Maschinengehäusen 372 und 374 der ersten bzw. zweiten elektrischen Maschine verbunden. Die elektrischen Schnittstellen 376 und 378, die als Sammelschienen dargestellt sind, sind im dargestellten Beispiel in den elektrischen Maschinen 303, 304 enthalten. Genauer gesagt können sich die Sammelschienen nach innen erstrecken, um die Kompaktheit der Antriebseinheit zu erhöhen und unerwünschte Wechselwirkungen der Kabel mit den umgebenden Fahrzeugsystemen zu vermeiden. In alternativen Beispielen können jedoch auch andere geeignete elektrische Schnittstellen für die Motoren verwendet werden.
Die Drehachsen 380 der Rotorwellen 343, 344, die koaxial zur Drehachse der Eingangswelle 306 liegen, eine Drehachse 382 der ersten Vorgelegewelle 308, eine Drehachse 384 der zweiten Vorgelegewelle 312 und Drehachsen 386 der Flansche 338, die koaxial zur Drehachse der Ausgangswelle 336 liegen, sind als Referenz angegeben. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die elektrischen Maschinen 303, 304 koaxial zur Eingangswelle 306 und die Vorgelegewellen 308, 312 sowie die Ausgangswelle 336 parallel zur Eingangswelle, aber mit Abstand zu dieser angeordnet. In anderen Ausführungsbeispielen können die elektrischen Maschinen jedoch nicht koaxial zur Eingangswelle angeordnet sein. Beispielsweise können die elektrischen Maschinen senkrecht zur Eingangswelle angeordnet sein, und es können Kegelräder verwendet werden, um die Maschinen drehfest mit der Eingangswelle zu verbinden.
4 zeigt ein Verfahren 400 für den Betrieb eines Getriebesystems. Das Verfahren 400 kann mit jedem der hier unter Bezug auf 1-3B beschriebenen Getriebesysteme oder Kombinationen der Getriebesysteme ausgeführt werden. In anderen Beispielen kann das Verfahren 400 jedoch auch mit anderen geeigneten Getrieben durchgeführt werden. Darüber hinaus kann das Verfahren 400 von einer Steuerung implementiert werden, die, wie bereits erwähnt, einen Prozessor und einen Speicher enthält.
Bei 402 beinhaltet das Verfahren das Bestimmen der Betriebszustände. Zu den Betriebszuständen können die Position der Eingabevorrichtung (z. B. die Position des Schalthebels), die Konfiguration der Kupplung, die Getriebedrehzahl, die Motordrehzahl, die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Fahrzeuglast, die Umgebungstemperatur usw. gehören. Die Betriebszustände können über Sensoreingaben, Modellierung, Nachschlagetabellen und andere geeignete Techniken ermittelt werden.
Als Nächstes beinhaltet das Verfahren bei 404 das Beurteilen, ob eine Lastschaltung im Getriebe durchgeführt werden soll. Eine solche Bestimmung kann beispielsweise erfolgen, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit einen Schwellenwert überschreitet. In anderen Beispielen kann der Fahrer durch Betätigung des Gangwählers den Lastschaltvorgang auslösen.
Wird bestimmt, dass eine Lastschaltung nicht erfolgen soll (NEIN bei 404) geht das Verfahren zu 406 über, wo das Verfahren das Aufrechterhalten der aktuellen Getriebebetriebsstrategie beinhaltet. Zum Beispiel kann das Getriebe in einem niedrigeren Gang gehalten werden.
Umgekehrt, wenn festgestellt wird, dass eine Lastschaltung erfolgen sollte (JA bei 404), geht das Verfahren zu 408 über, wo das Verfahren das Einrücken einer Kupplung mit höherer Drehzahl und das Auskuppeln einer Kupplung mit niedrigerer Drehzahl beinhaltet, während die Stromzufuhr von beiden elektrischen Maschinen zum Getriebe aufrechterhalten wird, um von einem niedrigeren in einen höheren Gang zu wechseln. Auf diese Weise kann die Schaltung mit geringer oder ohne Leistungsunterbrechung erfolgen, wenn dies gewünscht wird. Es versteht sich auch, dass das Schmiersystem während der Durchführung des Verfahrens 400 kontinuierlich betrieben werden kann. So kann das Verfahren Schritte beinhalten, die mit dem Betrieb des Schmiersystems zusammenhängen, wie z. B. das Übertragen von Schmiermittel zu einer Spülpumpe über ein Aufnahmerohr, das sich in der Ölwanne des Getriebes befindet. Auf diese Weise kann dem Getriebe auf Wunsch Schmierstoff entzogen werden, um Planschverluste zu verringern.
5 zeigt ein Zeitdiagramm 500 einer Steuerungsstrategie im Anwendungsfall für ein Getriebesystem, wie eines der zuvor beschriebenen Getriebe oder Kombinationen von Getrieben. In jedem Graph ist die Zeit auf der Abszisse angegeben und steigt von links nach rechts an. Die Ordinate des Kurvenverlaufs 501 gibt die Fahrzeuggeschwindigkeit an. Die Ordinaten für die Kurvenverläufe 502 und 504 geben die Betriebszustände (d. h. „eingerückt“ und „ausgerückt“) der Kupplungen für die niedrigere und höhere Drehzahl an.
Von t0 bis t1 nimmt die Fahrzeuggeschwindigkeit zu, und bei t1 übersteigt die Geschwindigkeit einen Schwellenwert 506. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit den Schwellenwert überschreitet, wird ein Lastschaltvorgang ausgelöst, bei dem die Kupplung für die niedrigere Drehzahl in einen ausgerückten Zustand und die Kupplung für die höhere Drehzahl in einen eingerückten Zustand übergeht. Es versteht sich, dass die spezifische Strategie zur Steuerung der Kupplung in der Praxis nuancierter sein kann. So kann beispielsweise der Kupplungsdruck in der zweiten Kupplung weniger abrupt ansteigen, um einen sanfteren Übergang in den zweiten Gang zu ermöglichen und die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass unerwünschte Geräusche, Vibrationen und Schläge (NVH) auftreten.
Der technische Effekt der hier vorgestellten Getriebesysteme und Betriebsverfahren besteht darin, dass sie einen effizienten Übergang zwischen den einzelnen Gängen des Getriebes mit einem geringeren Maß an Leistungsunterbrechung ermöglichen und/oder eine Technik bereitstellen, die es dem Getriebe erlaubt, ein höheres Übersetzungsverhältnis für den Betrieb mit niedrigeren Drehzahlen und ein niedrigeres Übersetzungsverhältnis für den Betrieb mit höheren Drehzahlen in einem platzsparenden Paket zu erreichen.
3A und 3B sind annähernd maßstabsgetreu gezeichnet. In anderen Ausführungsbeispielen können jedoch auch andere relative Komponentenabmessungen zum Einsatz kommen.
1-2B und 3A-3B zeigen Beispielkonfigurationen mit der relativen Anordnung der verschiedenen Komponenten. Wenn diese Elemente in direktem Kontakt zueinander stehen oder direkt gekoppelt sind, können sie zumindest in einem Beispiel als in direktem Kontakt bzw. direkt gekoppelt bezeichnet werden. In ähnlicher Weise können Elemente, die nebeneinander oder aneinander angrenzend dargestellt sind, zumindest in einem Beispiel aneinander oder aneinander angrenzend sein. So können beispielsweise Komponenten, die in flächigem Kontakt zueinander liegen, als in flächigem Kontakt stehend bezeichnet werden. Als weiteres Beispiel können in mindestens einem Fall Elemente, die voneinander getrennt sind und zwischen denen sich nur ein Zwischenraum befindet und die keine anderen Komponenten aufweisen, als solche bezeichnet werden. In noch einem weiteren Beispiel können Elemente, die über/untereinander, auf gegenüberliegenden Seiten oder links/rechts voneinander dargestellt sind, als solche bezeichnet werden, und zwar relativ zueinander. Wie in den Figuren dargestellt, kann ein oberstes Element oder ein oberster Punkt des Elements als „Oberseite“ der Komponente und ein unterstes Element oder ein unterster Punkt des Elements als „Unterseite“ der Komponente bezeichnet werden. Die hier verwendeten Begriffe Oberseite/Unterseite, oberer/unterer, oberhalb/unterhalb können sich auf eine vertikale Achse der Figuren beziehen und zur Beschreibung der Positionierung von Elementen der Figuren zueinander verwendet werden. So sind in einem Beispiel Elemente, die oberhalb anderer Elemente gezeigt sind, vertikal über den anderen Elementen angeordnet. Als weiteres Beispiel können die Formen der in den Figuren dargestellten Elemente als solche bezeichnet werden (z. B. kreisförmig, gerade, eben, gekrümmt, abgerundet, abgeschrägt, abgewinkelt o. ä.). Darüber hinaus können in einem Beispiel Elemente, die koaxial zueinander liegen, als solche bezeichnet werden. Ferner können die dargestellten Elemente, die sich gegenseitig schneiden, in mindestens einem Beispiel als sich schneidende Elemente oder als einander schneidende Elemente bezeichnet werden. Darüber hinaus kann ein Element, das innerhalb eines anderen Elements oder außerhalb eines anderen Elements dargestellt wird, als solches bezeichnet werden. In anderen Beispielen können auch zueinander versetzte Elemente als solche bezeichnet werden.
Die Erfindung wird in den folgenden Absätzen noch weiter beschrieben. In einem Aspekt ist ein Getriebesystem in einer elektrischen Antriebseinheit vorgesehen, das eine Eingangswelle umfasst, die mit einer ersten elektrischen Maschine und einer zweiten elektrischen Maschine drehgekoppelt ist; eine erste Kupplung, die koaxial zu einer ersten Vorgelegewelle angeordnet ist, wobei ein erstes Zahnrad fest mit der ersten Kupplung gekoppelt ist und mit einem zweiten Zahnrad kämmt, das fest mit der Eingangswelle gekoppelt ist; und eine zweite Kupplung, die koaxial zu einer zweiten Vorgelegewelle angeordnet und von der ersten Vorgelegewelle beabstandet ist; ein drittes Zahnrad, das fest mit der zweiten Kupplung gekoppelt ist und mit dem ersten Zahnrad kämmt; wobei die erste Kupplung und die zweite Kupplung dazu konfiguriert sind, das Getriebesystem zwischen mehreren Übersetzungsverhältnissen zu schalten und mechanische Leistung an eine Ausgangswelle zu liefern, die von der zweiten Vorgelegewelle beabstandet ist.
In einem anderen Aspekt ist ein Verfahren zum Betrieb eines Getriebesystems in einer elektrischen Antriebseinheit vorgesehen, das den Übergang zwischen einem ersten Übersetzungsverhältnis und einem zweiten Übersetzungsverhältnis durch selektives Einrücken und Ausrücken einer ersten Reibungskupplung und einer zweiten Reibungskupplung umfasst; wobei das Getriebesystem Folgendes beinhaltet: eine Eingangswelle, die mit einer ersten elektrischen Maschine und einer zweiten elektrischen Maschine drehgekoppelt ist; die erste Reibungskupplung, die koaxial zu einer ersten Vorgelegewelle angeordnet ist; und die zweite Reibungskupplung, die koaxial zu einer zweiten Vorgelegewelle angeordnet und von der ersten Vorgelegewelle beabstandet ist; und das Übertragen von mechanischer Leistung von einer der ersten und zweiten Reibungskupplung zu einer Ausgangswelle, die von der zweiten Vorgelegewelle beabstandet ist. In einem Beispiel kann das Verfahren ferner umfassen, dass ein Schmiermittel durch einen Aufnehmer der Spülpumpe, der in einem Sumpf eines Gehäuses angeordnet ist, zu einer Spülpumpe fließt, wobei das Gehäuse die erste Reibungskupplung und die zweite Reibungskupplung zumindest teilweise umschließt. Darüber hinaus kann das Verfahren in einem Beispiel auch die Übertragung mechanischer Leistung von der Ausgangswelle auf mindestens zwei Antriebsachsen umfassen.
In einem weiteren Aspekt ist eine elektrische Antriebseinheit für ein Elektrofahrzeug (EV) vorgesehen, die ein Getriebesystem umfasst, das Folgendes umfasst: eine Eingangswelle, die mit einer ersten elektrischen Maschine und einer zweiten elektrischen Maschine drehgekoppelt ist; eine Kupplung für einen niedrigeren Gang, die koaxial zu einer ersten Vorgelegewelle angeordnet ist, wobei ein erstes Zahnrad fest mit der Kupplung für den niedrigeren Gang gekoppelt ist und mit einem zweiten Zahnrad kämmt, das fest mit der Eingangswelle gekoppelt ist; und eine Kupplung für einen höheren Gang, die koaxial zu einer zweiten Vorgelegewelle angeordnet ist, wobei ein drittes Zahnrad fest mit der Kupplung für den höheren Gang gekoppelt ist, mit dem ersten Zahnrad kämmt und koaxial zu der zweiten Vorgelegewelle angeordnet ist.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann der Übergang zwischen dem ersten Übersetzungsverhältnis und dem zweiten Übersetzungsverhältnis das Einrücken der ersten Reibungskupplung und das Ausrücken der zweiten Reibungskupplung beinhalten, um von dem zweiten Übersetzungsverhältnis in das erste Übersetzungsverhältnis zu schalten.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann der Übergang zwischen dem ersten Übersetzungsverhältnis und dem zweiten Übersetzungsverhältnis das Einrücken der zweiten Reibungskupplung und das Ausrücken der ersten Reibungskupplung beinhalten, um vom ersten Übersetzungsverhältnis in das zweite Übersetzungsverhältnis zu schalten.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die erste Kupplung dazu konfiguriert sein, im eingerückten Zustand das erste Zahnrad mit einem vierten Zahnrad drehzukoppeln; das vierte Zahnrad kann koaxial zur ersten Vorgelegewelle angeordnet sein und mit einem fünften Zahnrad kämmen, das fest mit der zweiten Vorgelegewelle verbunden ist; die zweite Kupplung kann dazu konfiguriert sein, im eingerückten Zustand das dritte Zahnrad drehbar mit dem fünften Zahnrad zu koppeln; und das fünfte Zahnrad kann mit einem sechsten Zahnrad kämmen, das fest mit der Ausgangswelle verbunden ist.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann es sich bei der ersten und der zweiten Kupplung um Reibungskupplungen handeln, wobei das dritte Zahnrad und das fünfte Zahnrad auf gegenüberliegenden Seiten der zweiten Kupplung angeordnet sind.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Getriebesystem ferner eine Spülpumpe mit einem Aufnehmer umfassen, der in einem Sumpf eines Gehäuses angeordnet ist, das die erste Kupplung und die zweite Kupplung zumindest teilweise umschließt.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die Ausgangswelle einen ersten Flansch und einen zweiten Flansch beinhalten, deren axialer Abstand geringer ist als der axiale Abstand zwischen der ersten elektrischen Maschine und der zweiten elektrischen Maschine.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann ein einzelnes Zahnrad fest mit der Ausgangswelle verbunden sein, und die Ausgangswelle ist mit einer ersten und einer zweiten Achse drehgekoppelt.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte können die erste elektrische Maschine und die zweite elektrische Maschine auf gegenüberliegenden axialen Seiten der Eingangswelle angeordnet sein.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die Kupplung für den niedrigeren Gang dazu konfiguriert sein, im eingerückten Zustand das erste Zahnrad mit einem vierten Zahnrad drehzukoppeln; das vierte Zahnrad kann über ein erstes Lager mit der ersten Vorgelegewelle gekoppelt sein und mit einem fünften Zahnrad kämmen, das fest mit der zweiten Vorgelegewelle verbunden ist; das dritte Zahnrad kann über ein zweites Lager mit der zweiten Vorgelegewelle gekoppelt sein; die Kupplung für den höheren Gang kann dazu konfiguriert sein, im eingerückten Zustand das dritte Zahnrad drehbar mit dem fünften Zahnrad zu koppeln; und das fünfte Zahnrad kämmt mit einem sechsten Zahnrad, das fest mit der Ausgangswelle gekoppelt ist.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte können die Kupplung für den niedrigeren Gang und die Kupplung für den höheren Gang nasse Reibungskupplungen sein, wobei das erste Zahnrad und das vierte Zahnrad auf gegenüberliegenden axialen Seiten der Kupplung für den niedrigeren Gang und das dritte Zahnrad und das fünfte Zahnrad auf gegenüberliegenden axialen Seiten der Kupplung für den höheren Gang angeordnet sein können.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die elektrische Antriebseinheit ferner eine Spülpumpe mit einem Aufnehmer umfassen, der in einem Sumpf eines Gehäuses angeordnet ist, das die Kupplung für den niedrigeren Gang und die Kupplung für den höheren Gang zumindest teilweise umschließt, wobei die Spülpumpe dazu konfiguriert ist, Schmiermittel an Kupplung für den niedrigeren Gang und die Kupplung für den höheren Gang zu liefern.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die erste elektrische Maschine koaxial zur zweiten elektrischen Maschine angeordnet sein.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann ein einzelnes Zahnrad fest mit der Ausgangswelle gekoppelt sein; und die Ausgangswelle kann einen ersten Flansch und einen zweiten Flansch beinhalten, deren axialer Abstand geringer ist als der axiale Abstand zwischen der ersten elektrischen Maschine und der zweiten elektrischen Maschine.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte können die Kupplung für den niedrigeren Gang und die Kupplung für den höheren Gang nasse Reibungskupplungen sein.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das EV ein batteriebetriebenes Elektrofahrzeug (BEV) sein.
In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte können die erste elektrische Maschine und die zweite elektrische Maschine koaxial angeordnet sein.
In einer anderen Darstellung ist ein elektrischer Antrieb in einem vollelektrischen Fahrzeug vorgesehen, der zwei elektrische Motorgeneratoren beinhaltet, die mit einer Eingangswelle drehgekoppelt und koaxial zu dieser angeordnet sind; eine erste Vorgelegewelle mit einer ersten Reibungskupplung, die koaxial zu dieser angeordnet ist, wobei die erste Reibungskupplung eine erste Kupplungstrommel und eine erste Kupplungsnabe beinhaltet, die jeweils mit einem Zahnrad in einem ersten Paar von Zahnrädern gekoppelt sind; und eine zweite Vorgelegewelle mit einer koaxial dazu angeordneten zweiten Reibungskupplung, wobei die zweite Reibungskupplung eine zweite Kupplungstrommel und eine zweite Kupplungsnabe beinhaltet, die jeweils mit einem Zahnrad in einem zweiten Zahnradpaar gekoppelt sind, das mit dem ersten Zahnradpaar kämmt.
Es sei angemerkt, dass die hierin enthaltenen Beispielroutinen zur Steuerung und Schätzung mit verschiedenen Konfigurationen des Antriebsstrangs, elektrischen Antriebs und/oder Fahrzeugsystems verwendet werden können. Die hier offengelegten Steuerungsverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in einem nicht transitorischen Speicher gespeichert sein und vom Steuersystem, einschließlich der Steuerung, in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktuatoren und anderer Getriebe- und/oder Fahrzeughardware in Kombination mit der elektronischen Steuerung ausgeführt werden. So können die beschriebenen Aktionen, Operationen und/oder Funktionen grafisch einen Code darstellen, der in den nicht transitorischen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in der elektrischen Antriebseinheit und/oder dem Fahrzeugsystem programmiert wird. Die verschiedenen dargestellten Aktionen, Operationen und/oder Funktionen können in der dargestellten Reihenfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen auch weggelassen werden. Entsprechend ist auch die Reihenfolge der Verarbeitung nicht zwingend erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Beispiele zu erreichen, sondern dient nur der besseren Veranschaulichung und Beschreibung. Eine oder mehrere der dargestellten Aktionen, Operationen und/oder Funktionen können je nach der verwendeten Strategie wiederholt durchgeführt werden. Einer oder mehrere der hier beschriebenen Verfahrensschritte können auf Wunsch auch weggelassen werden.
Obwohl oben verschiedene Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, sind diese als Beispiele und nicht als Einschränkung aufzufassen. Fachleuten wird sich erschließen, dass der offengelegte Gegenstand in anderen spezifischen Formen ausgeführt werden kann, ohne vom Geist des Gegenstandes abzuweichen. Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele sind daher in jeder Hinsicht als illustrativ und nicht als einschränkend zu betrachten. So haben die hier offengelegten Konfigurationen und Routinen exemplarischen Charakter und dass diese spezifischen Beispiele nicht als einschränkend zu betrachten sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Die oben beschriebene Technologie kann beispielsweise auf Antriebsstränge angewandt werden, die verschiedene Arten von Antriebsquellen einschließen, darunter verschiedene Arten von elektrischen Maschinen, Verbrennungsmotoren und/oder Getrieben. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung schließt alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie weitere hier offengelegte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften ein.
Der Begriff „etwa“ bedeutet, sofern nicht anders angegeben, plus oder minus fünf Prozent des Bereichs.
Die folgenden Ansprüche weisen insbesondere auf bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen hin, die als neu und nicht naheliegend angesehen werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer solcher Elemente einschließen, wobei zwei oder mehr solcher Elemente weder erforderlich noch ausgeschlossen sind. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Einreichung neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche, ob sie nun einen breiteren, engeren, gleichen oder anderen Geltungsbereich als die ursprünglichen Ansprüche aufweisen, werden ebenfalls als zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gehörig betrachtet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 10144309 B2 [0003]

Claims

Getriebesystem in oder für eine elektrische Antriebseinheit, das umfasst: eine Eingangswelle, die mit einer ersten elektrischen Maschine und einer zweiten elektrischen Maschine drehgekoppelt ist; eine erste Kupplung, die koaxial zu einer ersten Vorgelegewelle angeordnet ist, wobei ein erstes Zahnrad fest mit der ersten Kupplung verbunden ist und mit einem zweiten Zahnrad kämmt, das fest mit der Eingangswelle verbunden ist; eine zweite Kupplung, die koaxial zu einer zweiten Vorgelegewelle und beabstandet von der ersten Vorgelegewelle angeordnet ist; und ein drittes Zahnrad, das fest mit der zweiten Kupplung verbunden ist und mit dem ersten Zahnrad kämmt; wobei die erste Kupplung und die zweite Kupplung dazu konfiguriert sind, das Getriebesystem zwischen mehreren Übersetzungsverhältnissen zu schalten und mechanische Leistung an eine von der zweiten Vorgelegewelle beabstandete Ausgangswelle zu liefern.
Getriebesystem nach Anspruch 1, wobei: die erste Kupplung dazu konfiguriert ist, im eingerückten Zustand das erste Zahnrad mit einem vierten Zahnrad drehzukoppeln; das vierte Zahnrad koaxial zur ersten Vorgelegewelle angeordnet ist und mit einem fünften Zahnrad kämmt, das fest mit der zweiten Vorgelegewelle verbunden ist; die zweite Kupplung dazu konfiguriert ist, im eingerückten Zustand das dritte Zahnrad mit dem fünften Zahnrad drehzukoppeln; und das fünfte Zahnrad mit einem sechsten Zahnrad kämmt, das fest mit der Ausgangswelle verbunden ist.
Getriebesystem nach Anspruch 2, wobei die erste und zweite Kupplung Reibungskupplungen sind und wobei das dritte Zahnrad und das fünfte Zahnrad auf gegenüberliegenden lateralen Seiten der zweiten Kupplung angeordnet sind.
Getriebesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner eine Spülpumpe mit einem Aufnehmer umfasst, der in einem Sumpf eines Gehäuses angeordnet ist, das die erste Kupplung und die zweite Kupplung zumindest teilweise umschließt.
Getriebesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ausgangswelle einen ersten Flansch und einen zweiten Flansch beinhaltet, deren axialer Abstand geringer ist als ein axialer Abstand zwischen der ersten elektrischen Maschine und der zweiten elektrischen Maschine.
Getriebesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein einzelnes Zahnrad fest mit der Ausgangswelle verbunden ist und die Ausgangswelle mit einer ersten und einer zweiten Achse drehgekoppelt ist.
Getriebesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste elektrische Maschine und die zweite elektrische Maschine auf gegenüberliegenden axialen Seiten der Eingangswelle angeordnet sind.
Getriebesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste elektrische Maschine und die zweite elektrische Maschine koaxial angeordnet sind.
Getriebesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrische Antriebseinheit in einem batteriebetriebenen Elektrofahrzeug (BEV) enthalten ist.