WO2020001860A1 - Drive unit for a vehicle having two electrical machines and a common summation gearbox - Google Patents

Drive unit for a vehicle having two electrical machines and a common summation gearbox Download PDF

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WO2020001860A1
WO2020001860A1 PCT/EP2019/062980 EP2019062980W WO2020001860A1 WO 2020001860 A1 WO2020001860 A1 WO 2020001860A1 EP 2019062980 W EP2019062980 W EP 2019062980W WO 2020001860 A1 WO2020001860 A1 WO 2020001860A1
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drive unit
gear
electric machine
transmission
output shaft
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PCT/EP2019/062980
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Bernard Hunold
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Zf Friedrichshafen Ag
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    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention relates to a drive unit for a vehicle, in particular for a motor vehicle, and a drive train for a vehicle with such a drive unit, and to a method for carrying out a switching operation in such a drive unit.
  • an electric drive for transmitting the torques of two electric drive means via a gearbox to an output shaft is known.
  • the transmission has a partial transmission for each drive means.
  • Each sub-transmission is coupled to the corresponding drive means via a corresponding input channel.
  • the sub-transmissions are designed to interact with one another and with the common output shaft in such a way that interruptions in the torque output of the output shaft are avoided during switching operations of one or the other sub-transmission.
  • the object of the invention is to improve the prior art.
  • a drive unit for a vehicle is proposed, as well as a drive train for a vehicle, as well as a method for performing a switching operation on a drive unit.
  • the vehicle is preferably a motor vehicle, for example a truck or a passenger car or a bus.
  • the proposed drive unit has a first electric machine and a second electric machine as well as a summing gear.
  • the summation gear is used for summing the torques generated by the first and second electric machines on a common output shaft of the summing gear.
  • This output shaft also forms the output of the drive unit.
  • the electric machines are designed as traction machines. In the installed state of the drive unit, they therefore both serve primarily for motor propulsion of the vehicle. This does not rule out that one or both of the electric machines can also be operated at least temporarily as a generator, for example for braking and / or for recuperation. Accordingly, the torques generated by the electric machines can be positive (motor operation) or negative (generator operation).
  • the electric machines are designed in particular as a rotating field machine, such as, for example, as synchronous or asynchronous machines.
  • the electric machines can be configured identically to one another, that is to say they have identical performance data and / or identical stators and rotors.
  • the electric machines can be designed differently from one another, that is to say they can have different performance data and / or different stators and rotors.
  • the drive unit is therefore, in particular, a purely electric drive unit.
  • the drive unit is designed in particular for a purely electric vehicle, that is to say a vehicle which can be driven purely electrically.
  • the proposed drive unit is preferably present in the present case
  • each of the e-machines has its own inverter.
  • the two inverters are structurally separate from one another.
  • the two inverters each have, in particular, at least the electrical power switches and the associated electrical driver circuit required for the complete electrical energization of the associated electric machine.
  • the inverters each have their own housing, which houses the associated electrical components.
  • the inverters can be electrically identical be designed differently, ie have identical performance data and / or have identical electrical components and assemblies.
  • the inverters can be constructed identically to one another, that is to say essentially have an identical construction with identical components and assemblies.
  • the inverters can be designed differently from one another, that is to say they can have different performance data and / or they can have different electrical components.
  • the inverters can be designed to be operable independently of one another. The operation of one inverter is therefore not influenced by that of the other inverter. Accordingly, the electric machines can also be operated independently of one another.
  • Such an inverter is also referred to as an AC-DC converter.
  • Such an inverter is used to convert a direct current into an alternating current and, if necessary, vice versa.
  • the inverters can be used to convert a direct current from a direct current source, for example a traction battery, into an alternating current for the electrical energization of the associated electric machines.
  • the drive unit preferably has
  • a common control device for controlling (controlling and / or regulating) the first and second inverters.
  • One or more of these features (b) to (e) may be present in addition to the separate design of the inverters according to feature (a) mentioned above his.
  • one or more of these features (b) to (e) can also be present instead of the separate design of the inverter according to feature (a).
  • the intended feature (b) to (e) replaces feature (a).
  • the cooling system of the drive unit can be made simpler overall and thus less expensive.
  • a common coolant pump for the coolant and / or a common coolant reservoir and / or a common coolant heat exchanger is then provided for releasing the coolant heat dissipated by the electric machines.
  • the common cooling system can also serve to cool the first and second inverters.
  • the lubrication system of the drive unit can be made simpler overall.
  • a common lubricant pump for the lubricant and / or a common lubricant reservoir is then provided.
  • a common lubrication system is provided, but that this has its own lubricant pump for each of the electric machines.
  • the housing of the drive unit can be made simpler overall.
  • the common stator housing receives at least the stators of the first and second electric machines and carries them. In particular, it supports and encloses the stator windings and the stator laminations of the respective stator.
  • the rotors of the electric machines are preferably also rotatably mounted in the stator housing by means of shaft bearings.
  • the stator housing can form a first housing part of the drive unit, while a second housing part of the drive unit is used for housing the summing gear and for rotatably mounting the rotatable shafts of the summing gear.
  • the control of the drive unit can be simplified.
  • each of the electric machines can be operated individually by means of the control device by means of a corresponding individual control of the first and second inverters.
  • the control unit can be used to set the distribution of the torques generated by the electric machines.
  • a switching operation of the summation gear can be effected by means of the control device.
  • the control device is accordingly also designed in particular to control the summation gear. If the summing gear has switchable gear ratios (gears), the control device is therefore preferably designed to control one or more switching devices for switching the summing gear.
  • the control unit effects the switching process in the summing gear by operating corresponding shifting elements of the summing gear, for example one or more switchable clutches.
  • the first electric machine has a rotor with a first axis of rotation.
  • the second electric machine has a rotor with a second axis of rotation.
  • the output shaft of the summing gear is at a smaller (lateral) distance from one of said rotation axes than from the other of said rotation axes.
  • the common output shaft is offset laterally towards one of the electric machines.
  • the axis of rotation of the output shaft is thus closer to the axis of rotation of one e-machine than to the axis of rotation of the other e-machine.
  • the output shaft can be placed in the area of an input shaft of an axle differential gear coupled to the drive unit. This enables sufficient ground clearance and low bending angles to be achieved.
  • the first and second electric machines preferably each have an output shaft which is coupled to the rotor of the associated electric machine and which forms the output of the respective electric machine.
  • the output shafts can therefore in particular also be rotated about the axes of rotation of the rotors.
  • the first and second electric machines are then preferably arranged side by side in such a way that on the one hand the rotational axes sen the rotors or the output shafts of the e-machines are parallel and laterally spaced from each other and that on the other hand, the output shafts of the e-machines are coupled to the summing gear on a common output side of the e-machines.
  • the output shafts of the e-machines thus protrude from the e-machines on the same end face, for example, and are parallel to one another. This can result in packaging advantages. As a result, two e-machines of identical or almost identical design can simply be arranged next to one another and coupled via the summation gear. As a result, the summation gear can be placed on the adjacent e-machines at the same time.
  • Shaft bearings designed as fixed bearings are preferably provided on the output side of the e-machines for the output shafts of the e-machines and / or for input shafts of the two partial transmissions. These shaft bearings absorb the axial forces of the partial transmissions and, if applicable, of the electric machines, in particular if they are designed as helical-toothed spur gear transmissions.
  • the output side of the electric machine is arranged between the actual electric machine and the actual summing gear.
  • an intermediate wall is provided at this point, which creates a spatial separation between the space for the stator and rotor of the respective electric machines and the space for the gear wheels of the summing gear.
  • This partition is designed to be relatively rigid due to its construction and can therefore very well absorb the axial forces. This also minimizes airborne sound coupling to the outer housing surfaces of the electric machines and the summing gear. The drive unit is therefore quiet.
  • the output shaft of the summing gear is parallel and laterally spaced from the axes of rotation of the rotors of the electric machines or the output shafts of the electric machines.
  • the output shaft is then not coaxial with the two axes of rotation. This can also result in packaging advantages.
  • the drive unit preferably has suspension points. These are used to attach the drive unit to a frame of the vehicle, for example via rubber-metal bearings.
  • the suspension points can be, for example, as eyelets or screw-on points.
  • the suspension points are arranged at the level or above the first and second axes of rotation of the rotors of the electric machine.
  • the output shaft of the summing gear is then in particular below these axes of rotation. This results in a stable mounting and suspension of the drive unit on the frame of the vehicle.
  • the summing gear for the first electric machine preferably has a first sub-gear. This is used to transfer the torque generated by the first electric machine to the output shaft of the summing gear.
  • the summing gear then has a second sub-gear for the second electric machine. This is used to transfer the torque generated by the second electric machine to the output shaft of the summing gear.
  • the first sub-transmission and / or the second sub-transmission has two switchable gear ratios (gears). In particular, exactly these two switchable transmission stages are provided in the respective partial transmission, that is, no more. The switchable partial transmission can thus be switched by means of a switching device between at least or exactly two different gear ratios which correspond to the gear ratios.
  • the switching device has, in particular, at least one switching element, such as in particular one or more switchable clutches, in order to thereby insert the desired gear ratio during a switching operation.
  • the desired gear ratio, to which the partial transmission is to be shifted is also referred to as the target gear.
  • the respective partial transmission can also be switched to a neutral position, that is to say an idling. In the neutral position, the partial transmission does not transmit any torque between the associated electric machine and the output shaft of the summation transmission.
  • the sub-transmissions of the drive unit can be identical or almost identical, at least with regard to the wheel set used. At least one of the sub-transmissions can be designed as a spur gear. Both partial transmissions are preferably designed as spur gear transmissions. Gears of the summing gear or the partial gear are preferably designed with helical teeth for noise reduction. If both sub-transmissions have the switchable transmission stages, an independent switching device for shifting this sub-transmission is preferably provided for each sub-transmission. The switching devices are then not designed to shift the other sub-transmission.
  • the partial transmissions can thus preferably be operated independently of one another. The torque flow to the output shaft in one of the sub-transmissions preferably does not also run through elements of the other sub-transmission.
  • the summing gear can have a power take-off, also called PTO (Power take-off).
  • PTO Power take-off
  • auxiliary units arranged externally to the drive unit can be driven by the drive unit, such as a hydraulic oil pump, an air conditioning compressor or a coolant pump.
  • the power take-off can be designed to be connected and disconnected. This means that by means of a switching device, a power take-off shaft serving as an output of the power take-off is optionally coupled or uncoupled to the summation gear.
  • the power take-off can be part of one of the partial transmissions of the summing transmission. The torque flow to the power take-off therefore always takes place via this sub-transmission.
  • the other sub-transmission then has in particular no auxiliary drive, and the torque flow to the auxiliary drive then does not take place via this other sub-transmission.
  • Said control unit for controlling the inverters can be designed to also control the switching device (s) of the switchable sub-gearbox (s).
  • the control unit also serves to control the summing gear, that is to say to switch the gearbox or gearboxes that can be shifted.
  • the first and second sub-transmissions preferably have mutually different transmission ratios.
  • the gear ratio difference between the sub-transmissions is slight.
  • the gear ratio difference is less than 1, in particular less than 0.5, in particular less than 0.25, in particular less than 0.1.
  • the step change in the gear ratios of the switchable sub-gearbox or gearboxes is preferably relatively high, for example approximately 1.8.
  • the full continuous output can be made available at maximum speed on the other hand, a high starting acceleration can be realized for starting. This means that the e-machines can quickly drive through the poor efficiency range at low speeds.
  • the proposed drive train has the proposed drive unit and an axle differential.
  • the axle differential gear has an input shaft that is laterally offset with respect to a vehicle longitudinal axis.
  • the input shaft is arranged, in particular, off-center on the axle differential.
  • the output shaft of the drive unit that is to say the said output shaft of the summing gear, is coupled in terms of drive technology to the input shaft of the axle differential gear. This coupling takes place in particular directly or by means of a cardan shaft or at least one homokinetic joint.
  • the output shaft of the drive unit is now arranged in such a way that it is laterally offset to the same extent with respect to the longitudinal axis of the vehicle as the input shaft of the axle differential, at least when the drive train is installed. It follows that the output shaft of the drive unit and the input shaft of the axle differential gear are arranged on a common plane or even on a common line (coaxial). There is therefore no major misalignment between these shafts.
  • the output shaft and the input shaft can, if necessary, even be firmly connected or made in one piece.
  • axle differential is usually coupled on the output side to vehicle wheels in order to drive them with the torque generated on the input side by the drive unit.
  • the axle differential usually also serves for speed compensation of the wheels driven thereby, which are arranged on opposite sides of the vehicle.
  • the installed state means the state and the associated component positions that exist when the drive train is installed in a vehicle or a frame of the vehicle for the intended operation. Then, at the latest, the drive unit and the axle differential gear assume predetermined installation positions with respect to one another.
  • the axle differential and the drive unit are preferably arranged such that the output shaft of the drive unit and the input shaft of the axle differential are at the same height, at least in the installed state of the drive train. Together with the identical lateral offset of these shafts with respect to the longitudinal axis of the vehicle, this means that the output shaft and the input shaft are arranged on a common line (coaxial). A universal joint or a kinokinetic joint between these shafts may then not be required.
  • a drive shaft can be provided in between. This can be made relatively short, in particular shorter than 1.5 m.
  • a homokinetic joint is then preferably used for a low-vibration run in order to couple the output shaft of the drive unit to the drive shaft of the axle differential. Such a joint can also be integrated in the drive unit.
  • a method for performing a switching operation in the proposed drive unit is also proposed.
  • This method provides that at least one of the sub-transmissions of the summing transmission has the two switchable transmission stages, that is to say gears.
  • the gear ratios correspond to different gear ratios in the switchable partial transmission.
  • one of the sub-transmissions is shifted from a gear ratio that has already been inserted into another desired gear ratio. This desired translation level is called the target gear.
  • the procedure involves the following steps:
  • the one of the e-machines whose partial transmission is not to be shifted, is energized electrically so that it generates a higher torque than before.
  • the torque thus generated is raised in a targeted manner. This can include that this electric machine is overloaded in a targeted manner, at least for a short time. For this purpose, the power of the electric machine can be increased over the continuous power.
  • the one of the e-machines, whose partial transmission is to be shifted is energized electrically so that it generates a torque which is lower than that previously. The torque thus generated is reduced in a targeted manner. In particular, no torque is then generated with this electric machine.
  • the torque generated by the one electric machine is increased to such an extent that it compensates for the reduction in the torque generated by the other electric machine.
  • the total torque of the e-machines applied to the output shaft therefore preferably remains constant during this time. Accordingly, the torque generated by one electric machine is preferably raised at the same time as the torque generated by the other electric machine is reduced.
  • the partial transmission that is to be shifted is shifted into a neutral position.
  • the neutral position also called idling, the sub-transmission does not transmit any torque between the associated electric machine and the output shaft of the summing gear. The electric machine of this sub-transmission cannot then be used as a drive source.
  • the one of the electric machines whose partial transmission is to be shifted is energized electrically so that its speed changes to a target speed. Depending on the gear ratio of the target gear, the speed is increased or decreased. At the target speed, the speed ratio between the speed of the output shaft of the summing gear and the speed of the electric motor of the sub-gear that is to be shifted corresponds to the gear ratio of this sub-gear in the target gear. This means that by means of the electric machine whose partial transmission is to be shifted, the partial transmission is synchronized into the target gear before the actual shifting process.
  • the torques generated by the electric machines can then be matched to one another again, or a different distribution of the generated torques can be set by appropriate electrical energization of the electric machines.
  • the torque of the electric machine whose sub-transmission was shifted into the target gear is raised again and the torque of the electric machine whose sub-transmission was not shifted is reduced again.
  • the method enables a shifting process of the switchable gearbox or gearboxes without interruption of traction. It is equally suitable for an upshift and a downshift.
  • the drive unit has a low power requirement, it can be provided that only one of the electric machines is driven. The other electric machine can then be uncoupled by switching the associated partial transmission to the neutral position. An efficiency of the drive unit in the partial load range can thus be optimized. This procedure can also be used if a fault has been detected in one of the e-machines and this e-machine is brought into its safe state. The vehicle can thus continue to be driven with the remaining electric machine.
  • Said control device is in particular designed to carry out this method.
  • the switching device of the partial transmission that is to be shifted is controlled accordingly by the control unit.
  • the inverters of the e-machines are controlled accordingly by the control unit, so that the e-machines set the required torques and speeds.
  • 1 is a vehicle with a drive unit
  • 2 is a view of a drive unit in the vehicle longitudinal direction
  • FIG. 3 is a sectional view through the drive unit according to FIG. 2,
  • FIG. 4 is a sectional view through the drive unit according to FIG. 2,
  • FIG. 5 shows a switching sequence for switching the drive unit according to FIG. 2.
  • the vehicle 1 shows a side view of a vehicle 1 designed as a truck, for example.
  • the vehicle 1 has a frame 2.
  • the frame 2 carries, among other things, a drive unit 3 which is used for the electrical propulsion of the vehicle 1.
  • no further drive unit such as an internal combustion engine, is provided.
  • the drive unit 3 thus forms a central component of the drive train of the vehicle 1.
  • An output shaft 7 of the drive unit 3 is coupled to an input shaft 4, which in turn is coupled to an input shaft 5A of an axle differential 5 (shown in broken lines).
  • the axle differential gear 5 is in turn coupled in a manner known per se to wheels 6 of the vehicle 1 in terms of drive technology. These wheels 6 can thus be driven by means of the drive unit 3.
  • the wheels 6 of a rear axle of the vehicle 1 are, for example, the wheels 6 of a rear axle of the vehicle 1.
  • the wheels 6 of a front axle are, for example, not driven.
  • the axle differential 5 is also part of the drive train of the vehicle 1.
  • the drive unit 3 is arranged between the front axle and the rear axle. In principle, the drive unit 3 can be used in any other vehicle (for example a watercraft) or motor vehicle (for example a motor bus).
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a proposed drive unit 3, such as that from FIG. 1.
  • the drive unit 3 is viewed in the longitudinal direction of the vehicle. The view is thus directed towards the output shaft 7 of the drive unit 3, which is designed for coupling to an input shaft 4 (see FIG. 1).
  • the drive unit 3 has a first electric machine 8 and a second electric machine 9. Both are designed as traction machines and are therefore used for Driving a vehicle 1.
  • the drive unit 3 also has a summing gear 10. This is used for summing the torques generated by the electric machines 8, 9 on the (common) output shaft 7.
  • the summing gear 10 is designed to be switchable. It therefore has switchable gear ratios (gears).
  • the summing gear 10 has a switching device for inserting the selected gear ratios.
  • the drive unit 3 has a first inverter 11 for the electrical energization of the first electric machine 8, and a second inverter 12 for the electrical energization of the second electric machine 9.
  • the inverters 11, 12 are designed separately from one another.
  • the inverters 11, 12 each have, in particular, their own housings, which house the components required for the electrical energization of the associated electric machine 8, 9, in particular the electrical circuit breakers and driver circuits required for this.
  • the inverters 11, 12 are in particular constructed identically to one another.
  • the inverters 11, 12 are preferably controlled by a control unit 13. This therefore determines the operating mode of the respective electric machine 8, 9 and accordingly controls the respective inverter 11, 12.
  • the control device 13 is also used to control the switching device of the summing gear 10, that is to say to effect the engagement and disengagement of the gear ratios.
  • the control device 13 has at least one input via which it receives information. It controls the inverters 11, 12 and the switching device of the summing gear 10 on the basis of the information.
  • information can be, for example, an accelerator pedal position.
  • information can also be, for example, a road gradient.
  • Such information can also be, for example, a brake pedal position.
  • a common cooling system for the electric machines 8, 9 and for the inverters 11, 12 can be provided.
  • / or a common lubrication system can be provided for the first and second electric machines 8, 9 and the summation gear 10.
  • a common stator housing can be provided for the first and second electric machines 8, 9.
  • / or the common control device 13 can be provided for controlling the inverters 11, 12. All of these features are preferably implemented together.
  • FIG. 3 shows a sectional view of the drive unit 3 from FIG. 2 along the section line X-X shown there.
  • the electric machines 8, 9 each have a stator 8A, 9A fixed to the housing and a rotor 8B, 9B which can be rotated about an axis of rotation.
  • the rotor 8B, 9B is firmly coupled to an associated output shaft 8C, 9C, which forms the output of the respective electric machine 8, 9.
  • the electric machines 8, 9 are arranged in parallel and side by side.
  • the axes of rotation of the rotors 9B, 8B and the output shafts 8C, 9C are thus also parallel and laterally spaced apart.
  • the stators 8A, 9A are fixedly arranged in a common stator housing.
  • the output shafts 8C, 9C are rotatably supported in the stator housing.
  • the stator housing can have a common cooling structure in order to cool both electric machines 8, 9. This cooling structure forms part of the common cooling system. The same can apply to the common lubrication system.
  • the stator housing can be made in one or more parts.
  • the end of the stator housing can have end shields which rotatably support the rotors 8C, 9C or the output shafts 8B, 9B by means of shaft bearings.
  • the stator housing itself can form a first housing part of a housing of the drive unit 3 or it can form part of a first housing part of the drive unit 3 surrounding the electrical machines 8, 9.
  • Another housing part of the drive unit 3 can be assigned to the summing gear 10 and at least partially or completely house it.
  • the output shafts 8C, 9C are coupled to the summing gear 10 on a common output side of the electric machines 8, 9.
  • the output shafts 8C, 9C are coupled to an associated sub-transmission 10A, 10B of the summing transmission 10.
  • Each of the electric machines 8, 9 is accordingly coupled in terms of drive technology to the common output shaft 7 via the respectively assigned partial transmission 10A, 10B.
  • the shaft bearings for the output shafts 8B, 9B of the electric machines 8, 9 or for the respective input shafts of the partial transmissions 10A, 10B are preferably designed as fixed bearings on the output side of the electric machines 8, 9. In FIG. 3 and FIG. 4, these shaft bearings are designed as grooved ball bearings by way of example. These fixed bearings guide an axial force of the summing gear 10 into an intermediate wall 3A of the drive unit 3, which separates the actual electric machines 8, 9 and the actual summing gear 10 from one another.
  • the suspension points 14 of the drive unit 3 for fastening the drive unit 3 to the frame 2 of the vehicle 1 are preferably arranged at the level or above the axes of rotation of the rotors 8B, 9B. There, the drive unit 3 is thus attached to the frame 2.
  • the partial transmissions 10A, 10B are only indicated in FIGS. 3 and 4.
  • the partial transmissions 10A, 10B are preferably designed as helical-toothed spur gear transmissions. At least one of the partial transmissions 10A, 10B is switchable in two stages, in particular both of the partial transmissions 10A, 10B.
  • the two-stage sub-transmission 10A, 10B thus has two gear ratios (gears), which can be selectively engaged. A neutral position (idle) can then also be engaged.
  • the partial transmissions 10A, 10B preferably have slightly different ratios.
  • a power take-off 15 is provided in the area of the electric machine 8.
  • the power take-off shaft 15A can be releasably coupled to the input shaft of the partial transmission 10A via a switching element (here a clutch). This input shaft is in turn coupled to the output shaft 8C of the electric machine 8. In the coupled state, the power take-off shaft 15A thus rotates at the same speed as the rotor of the electric machine 8.
  • FIG. 4 shows a sectional view of the drive unit 3 from FIG. 2 along the section line X-Y shown there.
  • the second electric machine 9 is therefore not visible in FIG. 4.
  • the summing gear 10 has an intermediate shaft 10C which is coupled to the two subgear 10A, 10B.
  • This intermediate shaft 10C is connected via a further (common) sub-transmission 10D, which is also preferably designed as a helical spur gear (Common) output shaft 7 of the summing gear 10 coupled in terms of drive technology.
  • the output shaft 7 of the summing gear 10 simultaneously forms the output shaft of the unit 3.
  • the output shaft 7 is coupled, for example, via a constant velocity joint 16 to the end of the drive shaft 4 assigned to the drive unit 3.
  • a universal joint can also be used, for example, or the shafts 4, 7 can be firmly connected to one another.
  • the output shaft 7 is laterally displaced in the direction of the second electric machine 9.
  • the output shaft 7 is thereby laterally offset with respect to a vehicle longitudinal axis of the vehicle 1.
  • the output shaft 7 thus runs off-center of the vehicle 1 and the frame 2.
  • the input shaft 5A of the axle differential 5 is preferably also laterally offset with respect to the longitudinal axis of the vehicle.
  • the output shaft 7 and the input shaft 5A can also be arranged at substantially the same height.
  • Step A shows a process sequence for performing a shifting process in the drive unit 3 according to FIGS. 2 to 4. It is assumed here that at least the sub-transmission 10A assigned to the first electric machine 8 has two switchable gear ratios (gears), and a neutral position (idle). It is also assumed that one of the gear ratios of this sub-transmission 10A is engaged. As part of the switching process, the other gear stage of the partial transmission 10A, which is referred to below as the target gear, is now switched. The switching process is effected by the control unit 4. This therefore issues corresponding commands to the inverters 11, 12 and the switching device of the partial transmission 10A. Step A:
  • the second electric machine 9 is energized electrically by means of the associated inverter 12 in such a way that it generates a higher torque than in the previous case.
  • the partial transmission 10B assigned to the second electric machine 9 is not to be shifted in the present case. It can therefore also be non-switchable.
  • the first electric machine 8 is energized electrically by means of the associated inverter 11 so that it generates a torque which is reduced in comparison with that previously. In particular, torque is no longer generated.
  • the sub-transmission 10A that is to be shifted is relieved.
  • the torque generated by the first electric machine 8 is reduced to the same extent that the torque generated by the second electric machine 9 is increased.
  • the total torque generated by the electric machines 8, 9 on the output shaft 7 can thus be kept constant.
  • the partial transmission 10A is now switched to its neutral position. It then no longer transmits torque.
  • the electric machines 8 are now energized electrically by means of the assigned inverter 11 so that their speed changes to a target speed.
  • the target speed corresponds to the speed that the partial transmission 10A would have at the present speed of the output shaft 7 with the target gear engaged.
  • the speed ratio between the speed of the output shaft 7 and the speed of the rotor 8A of the electric machine 8 corresponds to that gear ratio of the partial transmission 10A in the target gear.
  • a speed sensor can be provided.
  • the gear ratios of the partial transmission 10A in the two gear ratios are fixed and known. They are stored in the control unit 4 in particular.
  • the required target rotational speed can thus be determined from the known transmission ratio of the partial transmission 10A in the target gear and the determined rotational speed of the output shaft 7. number can be determined.
  • the sub-transmission 10A is thus specifically synchronized for the target gear.
  • the partial transmission 10A is switched from the neutral position to the target gear.
  • Step F The electric machines 8, 9 are energized electrically by means of the respective inverter 11, 12 in such a way that the torque generated by the electric machine 8 is increased and that the torque generated by the electric machine 9 is reduced. This results in a specific torque ratio between the torques generated by the electric machines 8, 9.
  • This switching sequence can be used for upshifts and downshifts.
  • the target speed is increased compared to a previously existing speed of the electric machine 8.
  • the target speed is reduced compared to a previously existing speed of the electric machine 8.
  • This switching sequence can also be used for switching operations of the other sub-transmission 10B if it has two switchable gear ratios and a neutral position.

Abstract

The invention relates to a drive unit (3) for a vehicle (1), the drive unit (3) comprising a first electrical machine (8) as a traction machine, a second electrical machine (9) as a traction machine and a summation gearbox (10) for summing the torques produced by the first and second electrical machines (8, 9) onto a common output shaft (7) of the summation gearbox (10), comprising a first inverter (11) for supplying electric current to the first electrical machine (8) and comprising a second inverter (12) separate from the first inverter (11) for supplying electric current to the second electrical machine (9).

Description

Antriebsaqqreqat für ein Fahrzeug mit zwei E-Maschinen und  Drive unit for a vehicle with two electric machines and
einem gemeinsamen Summierqetriebe  a common summing gear
Die Erfindung betrifft ein Antriebsaggregat für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, sowie ein Antriebsstrang für ein Fahrzeug mit einem solchen Antriebsaggregat, sowie ein Verfahren zum Durchführen eines Schaltvorgangs bei einem solchen Antriebsaggregat. The invention relates to a drive unit for a vehicle, in particular for a motor vehicle, and a drive train for a vehicle with such a drive unit, and to a method for carrying out a switching operation in such a drive unit.
Aus der DE 10 201 1 1 17 853 A1 ist ein elektrischer Antrieb zur Übertragung der Drehmomente von zwei elektrischen Antriebsmitteln über ein Getriebe auf eine Ausgangswelle bekannt. Das Getriebe weist pro Antriebsmittel ein Teilgetriebe auf. Jedes Teilgetriebe ist über einen entsprechenden Eingangskanal mit dem entsprechenden Antriebsmittel gekoppelt. Die Teilgetriebe sind miteinander und mit der gemeinsamen Ausgangswelle so wechselwirkend ausgeführt, dass bei Schaltvorgängen des einen oder anderen Teilgetriebes Unterbrechungen der Drehmomentabgabe der Ausgangswelle vermieden werden. From DE 10 201 1 1 17 853 A1, an electric drive for transmitting the torques of two electric drive means via a gearbox to an output shaft is known. The transmission has a partial transmission for each drive means. Each sub-transmission is coupled to the corresponding drive means via a corresponding input channel. The sub-transmissions are designed to interact with one another and with the common output shaft in such a way that interruptions in the torque output of the output shaft are avoided during switching operations of one or the other sub-transmission.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern. The object of the invention is to improve the prior art.
Diese Aufgabe wird durch die in den Hauptansprüchen jeweils angegebenen Gegenstände gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen hiervon sind den Unteransprüchen entnehmbar. This object is achieved by the objects specified in the main claims. Preferred embodiments thereof can be found in the subclaims.
Dementsprechend wird ein Antriebsaggregat für ein Fahrzeug vorgeschlagen, sowie ein Antriebsstrang für ein Fahrzeug, sowie ein Verfahren zum Durchführen eines Schaltvorgangs bei einem Antriebsaggregat. Bei dem Fahrzeug handelt es sich bevorzugt um ein Kraftfahrzeug, also beispielsweise ein Lastkraftwagen oder ein Personenkraftwagen oder ein Kraftomnibus. Accordingly, a drive unit for a vehicle is proposed, as well as a drive train for a vehicle, as well as a method for performing a switching operation on a drive unit. The vehicle is preferably a motor vehicle, for example a truck or a passenger car or a bus.
Das vorgeschlagene Antriebsaggregat ist aufweisend, eine erste E-Maschine und eine zweite E-Maschine sowie ein Summiergetriebe. Das Summiergetriebe dient zur Summierung der von der ersten und zweiten E-Maschine erzeugten Drehmomente auf eine gemeinsame Abtriebswelle des Summiergetriebes. Diese Abtriebswelle bildet auch den Abtrieb des Antriebsaggregats. Die E-Maschinen sind als Traktionsmaschinen ausgebildet. Sie dienen also beide im Einbauzustand des Antriebsaggregat primär zum motorischen Vortrieb des Fahrzeugs. Dies schließt nicht aus, dass eine oder beide der E-Maschinen auch zumindest zeitweise generatorisch betreibbar sind, beispielsweise zum Abbremsen und/oder zur Rekuperation. Dementsprechend können die von den E-Maschinen erzeugten Drehmomente positiv (motorischer Betrieb) oder negativ (generatorischer Betrieb) sein. The proposed drive unit has a first electric machine and a second electric machine as well as a summing gear. The summation gear is used for summing the torques generated by the first and second electric machines on a common output shaft of the summing gear. This output shaft also forms the output of the drive unit. The electric machines are designed as traction machines. In the installed state of the drive unit, they therefore both serve primarily for motor propulsion of the vehicle. This does not rule out that one or both of the electric machines can also be operated at least temporarily as a generator, for example for braking and / or for recuperation. Accordingly, the torques generated by the electric machines can be positive (motor operation) or negative (generator operation).
Die E-Maschinen sind insbesondere als Drehfeldmaschine ausgebildet, wie beispielsweise als Synchron- oder Asynchronmaschinen. Die E-Maschinen können identisch zueinander ausgebildet sein, also identische Leistungsdaten und/oder identische Statoren und Rotoren aufweisen. Alternativ dazu können die E-Maschinen unterschiedlich zueinander ausgebildet sein, also unterschiedliche Leistungsdaten und/oder unterschiedliche Statoren und Rotoren aufweisen. Bevorzugt ist bei dem Antriebsaggregat keine weitere Traktionsmaschine und/oder kein Eingang für das Drehmoment einer anderen Traktionsmaschinen vorgesehen, wie beispielsweise für eine Verbrennungskraftmaschine. Bei dem Antriebsaggregat handelt es daher insbesondere um ein rein elektrisches Antriebsaggregat. Das Antriebsaggregat ist insbesondere für ein rein elektrisches Fahrzeug ausgebildet, also ein Fahrzeug, das rein elektrisch antreibbar ist. The electric machines are designed in particular as a rotating field machine, such as, for example, as synchronous or asynchronous machines. The electric machines can be configured identically to one another, that is to say they have identical performance data and / or identical stators and rotors. Alternatively, the electric machines can be designed differently from one another, that is to say they can have different performance data and / or different stators and rotors. Preferably, no further traction machine and / or no input for the torque of another traction machine, such as, for example, for an internal combustion engine, is provided in the drive unit. The drive unit is therefore, in particular, a purely electric drive unit. The drive unit is designed in particular for a purely electric vehicle, that is to say a vehicle which can be driven purely electrically.
Das vorgeschlagene Antriebsaggregat ist vorliegend bevorzugt aufweisend The proposed drive unit is preferably present in the present case
(a) einen ersten Wechselrichter zur elektrischen Bestromung der ersten E- Maschine sowie einen vom ersten Wechselrichter getrennten zweiten Wechselrichter zur elektrischen Bestromung der zweiten E-Maschine.  (a) a first inverter for electrically energizing the first electric machine and a second inverter separate from the first inverter for electrically energizing the second electric machine.
Somit verfügt jede der E-Maschinen über einen eigenen Wechselrichter. Die beiden Wechselrichter sind insbesondere baulich voneinander getrennt. Die beiden Wechselrichter verfügen jeweils insbesondere zumindest über die zur vollständigen elektrischen Bestromung der zugehörigen E-Maschine erforderlichen elektrischen Leistungsschalter und die zugehörige elektrische Treiberschaltung. Die Wechselrichter verfügen jeweils insbesondere über ein eigenes Gehäuse, welches die zugehörigen elektrischen Bauteile einhaust. Die Wechselrichter können elektrisch identisch zuei- nander ausgebildet sein, also identische Leistungsdaten aufweisen und/oder identische elektrische Bauteile und Baugruppen aufweisen. Die Wechselrichter können baugleich zueinander ausgebildet sein, also im Wesentlichen eine identische Konstruktion mit identischen Bauteile und Baugruppen aufweisen. Alternativ dazu können die Wechselrichter unterschiedlich zueinander ausgebildet sein, also unterschiedliche Leistungsdaten aufweisen und/oder unterschiedliche elektrische Bauteile aufweisen. Die Wechselrichter können unabhängig voneinander betreibbar ausgebildet sein. Somit wird der Betrieb des einen Wechselrichters nicht von dem des anderen Wechselrichters beeinflusst. Die E-Maschinen sind dann dementsprechend ebenfalls unabhängig voneinander betreibbar. This means that each of the e-machines has its own inverter. The two inverters are structurally separate from one another. The two inverters each have, in particular, at least the electrical power switches and the associated electrical driver circuit required for the complete electrical energization of the associated electric machine. The inverters each have their own housing, which houses the associated electrical components. The inverters can be electrically identical be designed differently, ie have identical performance data and / or have identical electrical components and assemblies. The inverters can be constructed identically to one another, that is to say essentially have an identical construction with identical components and assemblies. Alternatively, the inverters can be designed differently from one another, that is to say they can have different performance data and / or they can have different electrical components. The inverters can be designed to be operable independently of one another. The operation of one inverter is therefore not influenced by that of the other inverter. Accordingly, the electric machines can also be operated independently of one another.
Auf diese Weise kann einfach auf bestehende und weitläufig verfügbare Wechselrichter für eine einzelne E-Maschine zurückgegriffen werden. Somit kann das Antriebsaggregat kostengünstig sein. Bevorzugt sind keine weiteren Wechselrichter für die E-Maschinen vorgesehen. In this way, existing and widely available inverters for a single electric machine can be easily accessed. The drive unit can thus be inexpensive. No further inverters are preferably provided for the electric machines.
Ein solcher Wechselrichter wird auch als AC-DC-Wandler bezeichnet. Ein solcher Wechselrichter dient zur Umwandlung eines Gleichstroms in einen Wechselstrom und gegebenenfalls auch umgekehrt. Vorliegend kann mittels der Wechselrichter jeweils ein Gleichstrom einer Gleichstromquelle, beispielsweise einer Traktionsbatterie, in einen Wechselstrom zur elektrischen Bestromung der zugehörigen E-Maschinen umgewandelt werden. Such an inverter is also referred to as an AC-DC converter. Such an inverter is used to convert a direct current into an alternating current and, if necessary, vice versa. In the present case, the inverters can be used to convert a direct current from a direct current source, for example a traction battery, into an alternating current for the electrical energization of the associated electric machines.
Bevorzugt verfügt das Antriebsaggregat über The drive unit preferably has
(b) ein gemeinsames Kühlsystem für die erste und zweite E-Maschine, und/oder (b) a common cooling system for the first and second electric machines, and / or
(c) ein gemeinsames Schmiersystem für die ersten und zweite E-Maschine und für das Summiergetriebe, und/oder (c) a common lubrication system for the first and second electric machine and for the summation gear, and / or
(d) ein gemeinsames Statorgehäuse für die erste und zweite E-Maschine,  (d) a common stator housing for the first and second electric machine,
und/oder  and or
(e) ein gemeinsames Steuergerät zur Ansteuerung (Steuerung und/oder Regelung) des ersten und zweiten Wechselrichters.  (e) a common control device for controlling (controlling and / or regulating) the first and second inverters.
Eines oder mehrere dieser Merkmale (b) bis (e) kann zusätzlich zu der getrennten Ausführung der Wechselrichter gemäß dem oben genannten Merkmal (a) vorhanden sein. In alternativen Ausführungsformen des Antriebsaggregats kann eines oder mehrere dieser Merkmale (b) bis (e) auch anstelle der getrennten Ausführung des Wechselrichters gemäß dem Merkmal (a) vorhanden sein. In diesem Fall ersetzt das jeweils vorgesehene Merkmal (b) bis (e) also das Merkmal (a). One or more of these features (b) to (e) may be present in addition to the separate design of the inverters according to feature (a) mentioned above his. In alternative embodiments of the drive unit, one or more of these features (b) to (e) can also be present instead of the separate design of the inverter according to feature (a). In this case, the intended feature (b) to (e) replaces feature (a).
Bei der Verwendung des gemeinsamen Kühlsystems für die erste und zweite E- Maschine gemäß Merkmal (b) kann das Kühlsystem des Antriebsaggregats insgesamt einfacher und damit kostengünstiger ausgebildet sein. Insbesondere ist dann nur eine gemeinsame Kühlmittelpumpe für das Kühlmittel und/oder ein gemeinsames Kühlmittelreservoir und/oder ein gemeinsamer Kühlmittelwärmetauscher zur Abgabe der von den E-Maschinen abgeführten Kühlmittelwärme vorgesehen. Das gemeinsame Kühlsystem kann zudem auch zur Kühlung des ersten und zweiten Wechselrichters dienen. When using the common cooling system for the first and second electric machine according to feature (b), the cooling system of the drive unit can be made simpler overall and thus less expensive. In particular, only a common coolant pump for the coolant and / or a common coolant reservoir and / or a common coolant heat exchanger is then provided for releasing the coolant heat dissipated by the electric machines. The common cooling system can also serve to cool the first and second inverters.
Bei der Verwendung des gemeinsamen Schmiersystems für die erste und zweite E- Maschine und für das Summiergetriebe gemäß Merkmal (c) kann das Schmiersystem des Antriebsaggregats insgesamt einfacher ausgebildet sein. Insbesondere ist dann nur eine gemeinsame Schmiermittelpumpe für das Schmiermittel und/oder ein gemeinsames Schmiermittelreservoir vorgesehen. Es kann alternativ vorgesehen sein, dass zwar ein gemeinsames Schmiersystem vorgesehen ist, dieses jedoch für jede der E-Maschinen eine eigene Schmiermittelpumpe aufweist. When using the common lubrication system for the first and second electric machine and for the summation gear according to feature (c), the lubrication system of the drive unit can be made simpler overall. In particular, only a common lubricant pump for the lubricant and / or a common lubricant reservoir is then provided. Alternatively, it can be provided that a common lubrication system is provided, but that this has its own lubricant pump for each of the electric machines.
Bei der Verwendung des gemeinsamen Statorgehäuses für die erste und zweite E- Maschine gemäß Merkmal (d) kann das Gehäuse des Antriebsaggregats insgesamt einfacher ausgebildet sein. Das gemeinsame Statorgehäuse nimmt hierbei zumindest die Statoren der ersten und zweiten E-Maschine auf und trägt diese. Insbesondere trägt und umhaust es die Statorwicklungen und die Statorbleche des jeweiligen Stators. Bevorzugt sind in dem Statorgehäuse auch die Rotoren der E-Maschinen mittels Wellenlager drehbar gelagert. Das Statorgehäuse kann ein erstes Gehäuseteil des Antriebsaggregats bilden, während ein zweites Gehäuseteil des Antriebsaggregats zur Umhausung des Summiergetriebes und zur drehbaren Lagerung der drehbaren Wellen des Summiergetriebes dient. Bei der Verwendung des gemeinsamen Steuergeräts zur Ansteuerung des ersten und zweiten Wechselrichters gemäß Merkmal (e) kann die Ansteuerung des Antriebsaggregats vereinfacht sein. Insbesondere kann mittels des Steuergeräts jede der E-Maschinen individuell durch eine entsprechende individuelle Ansteuerung des ersten und zweiten Wechselrichters betrieben werden. Insbesondere kann mittels des Steuergeräts die Verteilung der von den E-Maschinen erzeugten Drehmomente eingestellt werden. Insbesondere kann mittels des Steuergeräts ein Schaltvorgang des Summiergetriebes bewirkt werden. Das Steuergerät ist demnach insbesondere auch zur Ansteuerung des Summiergetriebes ausgebildet. Wenn das Summiergetriebe über schaltbare Übersetzungsstufen (Gänge) verfügt, ist das Steuergerät also bevorzugt dazu ausgebildet, eine oder mehrere Schalteinrichtungen zum Schalten des Summiergetriebes anzusteuern. In diesem Fall bewirkt das Steuergerät den Schaltvorgang im Summiergetriebe indem entsprechende Schaltelemente des Summiergetriebes betrieben werden, beispielsweise eine oder mehrere schaltbare Kupplungen. When using the common stator housing for the first and second electric machine according to feature (d), the housing of the drive unit can be made simpler overall. The common stator housing receives at least the stators of the first and second electric machines and carries them. In particular, it supports and encloses the stator windings and the stator laminations of the respective stator. The rotors of the electric machines are preferably also rotatably mounted in the stator housing by means of shaft bearings. The stator housing can form a first housing part of the drive unit, while a second housing part of the drive unit is used for housing the summing gear and for rotatably mounting the rotatable shafts of the summing gear. When the common control device is used to control the first and second inverters according to feature (e), the control of the drive unit can be simplified. In particular, each of the electric machines can be operated individually by means of the control device by means of a corresponding individual control of the first and second inverters. In particular, the control unit can be used to set the distribution of the torques generated by the electric machines. In particular, a switching operation of the summation gear can be effected by means of the control device. The control device is accordingly also designed in particular to control the summation gear. If the summing gear has switchable gear ratios (gears), the control device is therefore preferably designed to control one or more switching devices for switching the summing gear. In this case, the control unit effects the switching process in the summing gear by operating corresponding shifting elements of the summing gear, for example one or more switchable clutches.
Die erste E-Maschine weist einen Rotor mit einer ersten Rotationsachse auf. Die zweite E-Maschine weist einen Rotor mit einer zweiten Rotationsachse auf. Hierbei kann nun vorgesehen sein, dass die Abtriebswelle des Summiergetriebes einen geringeren (seitlichen) Abstand zu einer der besagten Rotationsachsen aufweist als zur anderen der besagten Rotationsachsen. Mit anderen Worten ist also die gemeinsame Abtriebswelle in seitlicher Richtung zu einer der E-Maschinen hin versetzt. Damit liegt die Rotationsachse der Abtriebswelle näher an der Rotationsachse der einen E- Maschine als zur Rotationsachse der anderen E-Maschine. Hierdurch können sich Packaging-Vorteile ergeben. Hierdurch kann die Abtriebswelle in den Bereich einer Eingangswelle eines mit dem Antriebsaggregat gekoppelten Achsdifferentialgetrie- bes gelegt werden. Hierdurch kann eine ausreichende Bodenfreiheit und geringe Beugewinkel erreicht werden. The first electric machine has a rotor with a first axis of rotation. The second electric machine has a rotor with a second axis of rotation. It can now be provided that the output shaft of the summing gear is at a smaller (lateral) distance from one of said rotation axes than from the other of said rotation axes. In other words, the common output shaft is offset laterally towards one of the electric machines. The axis of rotation of the output shaft is thus closer to the axis of rotation of one e-machine than to the axis of rotation of the other e-machine. This can result in packaging advantages. As a result, the output shaft can be placed in the area of an input shaft of an axle differential gear coupled to the drive unit. This enables sufficient ground clearance and low bending angles to be achieved.
Bevorzugt weist die erste und zweite E-Maschine jeweils eine Ausgangswelle auf, die mit dem Rotor der zugehörigen E-Maschine gekoppelt ist und die den Abtrieb der jeweiligen E-Maschine bildet. Die Ausgangswellen sind also insbesondere ebenfalls um die Rotationsachsen der Rotoren drehbar. Bevorzugt sind dann die erste und zweite E-Maschine so nebeneinander angeordnet, dass einerseits die Rotationsach- sen der Rotoren beziehungsweise die Ausgangswellen der E-Maschinen parallel und seitlich beabstandet zueinander liegen und dass andererseits die Ausgangswellen der E-Maschinen auf einer gemeinsamen Abtriebsseite der E-Maschinen mit dem Summiergetriebe gekoppelt sind. Die Ausgangswellen der E-Maschinen ragen also beispielsweise an derselben Stirnseite aus den E-Maschinen heraus und liegen parallel zueinander. Hierdurch können sich Packaging-Vorteile ergeben. Hierdurch können zwei identisch oder nahezu identisch ausgeführte E-Maschinen einfach nebeneinander angeordnet werden und über das Summiergetriebe gekoppelt werden. Das Summiergetriebe kann dadurch gleichzeitig auf die nebeneinanderliegenden E- Maschinen aufgesetzt werden. The first and second electric machines preferably each have an output shaft which is coupled to the rotor of the associated electric machine and which forms the output of the respective electric machine. The output shafts can therefore in particular also be rotated about the axes of rotation of the rotors. The first and second electric machines are then preferably arranged side by side in such a way that on the one hand the rotational axes sen the rotors or the output shafts of the e-machines are parallel and laterally spaced from each other and that on the other hand, the output shafts of the e-machines are coupled to the summing gear on a common output side of the e-machines. The output shafts of the e-machines thus protrude from the e-machines on the same end face, for example, and are parallel to one another. This can result in packaging advantages. As a result, two e-machines of identical or almost identical design can simply be arranged next to one another and coupled via the summation gear. As a result, the summation gear can be placed on the adjacent e-machines at the same time.
Bevorzugt sind als Festlager ausgeführte Wellenlager an der Abtriebsseite der E- Maschinen für die Ausgangswellen der E-Maschinen und/oder für Eingangswellen der beiden Teilgetriebe vorgesehen. Diese Wellenlager nehmen die Axialkräfte der Teilgetriebe und gegebenenfalls der E-Maschinen auf, insbesondere wenn diese als schrägverzahnte Stirnradgetriebe ausgebildet sind. Die Abtriebsseite der E-Maschine ist zwischen der eigentlichen E-Maschine und dem eigentlichen Summiergetriebe angeordnet. Insbesondere ist an dieser Stelle eine Zwischenwand vorgesehen, die eine räumliche Trennung zwischen dem Raum für den Stator und Rotor der jeweiligen E-Maschinen und dem Raum für die Zahnräder des Summiergetriebes herstellt. Diese Zwischenwand ist konstruktionsbedingt relativ steif ausgeführt und kann daher sehr gut die Axialkräfte aufnehmen. Außerdem ist dadurch eine Luftschallkopplung an außenliegende Gehäuseflächen der E-Maschinen und des Summiergetriebes minimiert. Somit ist das Antriebsaggregat leise. Shaft bearings designed as fixed bearings are preferably provided on the output side of the e-machines for the output shafts of the e-machines and / or for input shafts of the two partial transmissions. These shaft bearings absorb the axial forces of the partial transmissions and, if applicable, of the electric machines, in particular if they are designed as helical-toothed spur gear transmissions. The output side of the electric machine is arranged between the actual electric machine and the actual summing gear. In particular, an intermediate wall is provided at this point, which creates a spatial separation between the space for the stator and rotor of the respective electric machines and the space for the gear wheels of the summing gear. This partition is designed to be relatively rigid due to its construction and can therefore very well absorb the axial forces. This also minimizes airborne sound coupling to the outer housing surfaces of the electric machines and the summing gear. The drive unit is therefore quiet.
Bevorzugt liegt die Abtriebswelle des Summiergetriebes parallel und seitlich beabstandet zu den Rotationsachsen der Rotoren der E-Maschinen beziehungsweise der Ausgangswellen der E-Maschinen. Die Abtriebswelle liegt dann also nicht koaxial zu den beiden Rotationsachsen. Auch hierdurch können sich Packaging-Vorteile ergeben. Preferably, the output shaft of the summing gear is parallel and laterally spaced from the axes of rotation of the rotors of the electric machines or the output shafts of the electric machines. The output shaft is then not coaxial with the two axes of rotation. This can also result in packaging advantages.
Bevorzugt weist das Antriebsaggregat Aufhängungspunkte auf. Diese dienen zur Befestigung des Antriebsaggregats an einem Rahmen des Fahrzeugs, beispielsweise über Gummie-Metall-Lager. Die Aufhängungspunkte können beispielsweise als Ösen oder Anschraubpunkte ausgeführt sein. Vorliegend sind die Aufhängungspunkte auf Höhe oder oberhalb der ersten und zweiten Rotationsachse der Rotoren der E- Maschine angeordnet. Die Abtriebswelle des Summiergetriebes liegt dann insbesondere unterhalb dieser Rotationsachsen. Hierdurch ergibt sich eine stabile Lagerung und Aufhängung des Antriebsaggregats an dem Rahmen des Fahrzeugs. The drive unit preferably has suspension points. These are used to attach the drive unit to a frame of the vehicle, for example via rubber-metal bearings. The suspension points can be, for example, as eyelets or screw-on points. In the present case, the suspension points are arranged at the level or above the first and second axes of rotation of the rotors of the electric machine. The output shaft of the summing gear is then in particular below these axes of rotation. This results in a stable mounting and suspension of the drive unit on the frame of the vehicle.
Bevorzugt weist das Summiergetriebe für die erste E-Maschine ein erstes Teilgetriebe auf. Dieses dient zur Übertragung des von der ersten E-Maschine erzeugten Drehmoments auf die Abtriebswelle des Summiergetriebes. Das Summiergetriebe weist dann für die zweite E-Maschine ein zweites Teilgetriebe auf. Dieses dient zur Übertragung des von der zweiten E-Maschine erzeugten Drehmoments auf die Abtriebswelle des Summiergetriebes. Hierbei verfügt das erste Teilgetriebe und/oder das zweite Teilgetriebe über zwei schaltbare Übersetzungsstufen (Gänge). Insbesondere sind bei dem jeweiligen Teilgetriebe genau diese zwei schaltbaren Übersetzungsstufen vorgesehen, also nicht mehr. Das schaltbare Teilgetriebe kann also mittels einer Schalteinrichtung zwischen zumindest oder genau zwei unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen umgeschaltet werden, die den Übersetzungsstufen entsprechen. Die Schalteinrichtung verfügt hierzu insbesondere über zumindest ein Schaltelement, wie insbesondere eine oder mehrere schaltbare Kupplungen, um damit bei einem Schaltvorgang die gewünschte Übersetzungsstufe einzulegen. Die gewünschte Übersetzungsstufe, in die bei einem Schaltvorgang des Teilgetriebes geschaltet werden soll, wird vorliegend auch als Zielgang bezeichnet. Insbesondere kann das jeweilige Teilgetriebe auch in eine Neutralstellung, also einen Leerlauf, geschaltet werden. In der Neutralstellung überträgt das Teilgetriebe kein Drehmoment zwischen der zugehörigen E-Maschine und der Abtriebswelle des Summiergetriebes. The summing gear for the first electric machine preferably has a first sub-gear. This is used to transfer the torque generated by the first electric machine to the output shaft of the summing gear. The summing gear then has a second sub-gear for the second electric machine. This is used to transfer the torque generated by the second electric machine to the output shaft of the summing gear. The first sub-transmission and / or the second sub-transmission has two switchable gear ratios (gears). In particular, exactly these two switchable transmission stages are provided in the respective partial transmission, that is, no more. The switchable partial transmission can thus be switched by means of a switching device between at least or exactly two different gear ratios which correspond to the gear ratios. For this purpose, the switching device has, in particular, at least one switching element, such as in particular one or more switchable clutches, in order to thereby insert the desired gear ratio during a switching operation. In the present case, the desired gear ratio, to which the partial transmission is to be shifted, is also referred to as the target gear. In particular, the respective partial transmission can also be switched to a neutral position, that is to say an idling. In the neutral position, the partial transmission does not transmit any torque between the associated electric machine and the output shaft of the summation transmission.
Die Teilgetriebe des Antriebsaggregats können zumindest im Hinblick auf den verwendeten Radsatz identisch oder nahezu identisch ausgeführt sein. Zumindest eines der Teilgetriebe kann als Stirnradgetriebe ausgebildet sein. Bevorzugt sind beide Teilgetriebe als Stirnradgetriebe ausgebildet. Bevorzugt sind Zahnräder des Summiergetriebes beziehungsweise der Teilgetriebe zur Geräuschreduktion schrägverzahnt ausgeführt. Falls beide Teilgetriebe über die schaltbaren Übersetzungsstufen verfügen, ist je Teilgetriebe bevorzugt eine eigenständige Schalteinrichtung zum Schalten dieses Teilgetriebes vorgesehen. Die Schalteinrichtungen sind dann also nicht zum Schalten des jeweils anderen Teilgetriebes ausgebildet. Bevorzugt sind die Teilgetriebe somit unabhängig voneinander betreibbar. Der Drehmomentfluss zur Abtriebswelle in einem der Teilgetriebe verläuft bevorzugt nicht auch durch Elemente des anderen Teilgetriebes. The sub-transmissions of the drive unit can be identical or almost identical, at least with regard to the wheel set used. At least one of the sub-transmissions can be designed as a spur gear. Both partial transmissions are preferably designed as spur gear transmissions. Gears of the summing gear or the partial gear are preferably designed with helical teeth for noise reduction. If both sub-transmissions have the switchable transmission stages, an independent switching device for shifting this sub-transmission is preferably provided for each sub-transmission. The switching devices are then not designed to shift the other sub-transmission. The partial transmissions can thus preferably be operated independently of one another. The torque flow to the output shaft in one of the sub-transmissions preferably does not also run through elements of the other sub-transmission.
Das Summiergetriebe kann über einen Nebenantrieb verfügen, auch PTO (Power take-off) genannt. Mittels eines solchen Nebenantriebs können extern zu dem Antriebsaggregat angeordnete Hilfsaggregate durch das Antriebsaggregat angetrieben werden, wie beispielsweise eine Hydraulikölpumpe, ein Klimaanlagenkompressor oder eine Kühlmittelpumpe. Der Nebenantrieb kann an- und abkoppelbar ausgeführt sein. Das bedeutet, dass mittels einer Schalteinrichtung eine als Abtrieb des Nebenantriebs dienende Nebenabtriebswelle mit dem Summiergetriebe wahlweise angekoppelt oder abgekoppelt ist. Der Nebenantrieb kann Bestandteil eines der besagten Teilgetriebe des Summiergetriebes sein. Somit erfolgt der Drehmomentfluss zu dem Nebenantrieb also stets über dieses Teilgetriebe. Das andere Teilgetriebe weist dann insbesondere keinen Nebenantrieb auf, und der Drehmomentfluss zu dem Nebenantrieb erfolgt dann nicht über dieses andere Teilgetriebe. The summing gear can have a power take-off, also called PTO (Power take-off). By means of such a auxiliary drive, auxiliary units arranged externally to the drive unit can be driven by the drive unit, such as a hydraulic oil pump, an air conditioning compressor or a coolant pump. The power take-off can be designed to be connected and disconnected. This means that by means of a switching device, a power take-off shaft serving as an output of the power take-off is optionally coupled or uncoupled to the summation gear. The power take-off can be part of one of the partial transmissions of the summing transmission. The torque flow to the power take-off therefore always takes place via this sub-transmission. The other sub-transmission then has in particular no auxiliary drive, and the torque flow to the auxiliary drive then does not take place via this other sub-transmission.
Das besagte Steuergerät zur Ansteuerung der Wechselrichter kann dazu ausgebildet sein, auch die Schalteinrichtung(en) des oder der schaltbaren Teilgetriebe zu anzusteuern. Somit dient das Steuergerät auch zur Ansteuerung des Summiergetriebes, also zum Schalten des oder der schaltbaren Teilgetriebe. Said control unit for controlling the inverters can be designed to also control the switching device (s) of the switchable sub-gearbox (s). Thus, the control unit also serves to control the summing gear, that is to say to switch the gearbox or gearboxes that can be shifted.
Bevorzugt verfügt das erste und zweite Teilgetriebe über zueinander unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse. Insbesondere ist der Übersetzungsunterschied zwischen den Teilgetrieben geringfügig. Insbesondere beträgt der Übersetzungsunterschied kleiner 1 , insbesondere kleiner 0,5 insbesondere kleiner 0,25, insbesondere kleiner 0,1. Hierdurch drehen die E-Maschinen mit entsprechend (geringfügig) unterschiedlichen Drehzahlen. Dies führt zu unterschiedlichen Anregungsfrequenzen und zu einer verbesserten akustischen Signatur des Antriebsaggregats. The first and second sub-transmissions preferably have mutually different transmission ratios. In particular, the gear ratio difference between the sub-transmissions is slight. In particular, the gear ratio difference is less than 1, in particular less than 0.5, in particular less than 0.25, in particular less than 0.1. As a result, the e-machines rotate at corresponding (slightly) different speeds. This leads to different excitation frequencies and an improved acoustic signature of the drive unit.
Bevorzugt ist der Stufensprung der Übersetzungsstufen des oder der schaltbaren Teilgetriebe relativ hoch, beispielsweise beträgt er ca. 1 ,8. Somit kann einerseits bei Höchstgeschwindigkeit die volle Dauerleistung zur Verfügung gestellt werden und andererseits zum Anfahren eine hohe Anfahrbeschleunigung realisiert werden. Somit können die E-Maschinen zügig den schlechten Wirkungsgradbereich bei niedrigen Drehzahlen durchfahren. The step change in the gear ratios of the switchable sub-gearbox or gearboxes is preferably relatively high, for example approximately 1.8. Thus, on the one hand, the full continuous output can be made available at maximum speed on the other hand, a high starting acceleration can be realized for starting. This means that the e-machines can quickly drive through the poor efficiency range at low speeds.
Wie oben beschrieben wird ebenfalls ein Antriebsstrang für ein Fahrzeug vorgeschlagen. Der vorgeschlagene Antriebsstrang weist das vorgeschlagene Antriebsaggregat sowie ein Achsdifferentialgetriebe auf. Das Achsdifferentialgetriebe weist eine bezüglich einer Fahrzeuglängsachse seitlich versetzte Eingangswelle auf. Die Eingangswelle ist dazu insbesondere außermittig am Achsdifferentialgetriebe angeordnet. Die Abtriebswelle des Antriebsaggregats, also die besagte Abtriebswelle des Summiergetriebes, ist mit der Eingangswelle des Achsdifferentialgetriebes antriebstechnisch gekoppelt ist. Diese Kopplung erfolgt insbesondere direkt oder mittels einer Kardanwelle oder zumindest eines homokinetischen Gelenks. Die Abtriebswelle des Antriebsaggregats ist nun so angeordnet, dass sie zumindest im Einbauzustand des Antriebsstrangs im gleichen Maße bezüglich der Fahrzeuglängsachse seitlich versetzt ist, wie die Eingangswelle des Achsdifferentialgetriebes. Somit ergibt sich, dass die Abtriebswelle des Antriebsaggregats und die Eingangswelle des Achsdifferentialgetriebes auf einer gemeinsamen Ebene oder sogar auf einer gemeinsamen Linie (koaxial) angeordnet sind. Somit liegt kein größerer Achsversatz zwischen diesen Wellen vor. Die Abtriebswelle und die Eingangswelle können gegebenenfalls sogar fest verbunden oder einstückig ausgeführt sein. As described above, a drive train for a vehicle is also proposed. The proposed drive train has the proposed drive unit and an axle differential. The axle differential gear has an input shaft that is laterally offset with respect to a vehicle longitudinal axis. For this purpose, the input shaft is arranged, in particular, off-center on the axle differential. The output shaft of the drive unit, that is to say the said output shaft of the summing gear, is coupled in terms of drive technology to the input shaft of the axle differential gear. This coupling takes place in particular directly or by means of a cardan shaft or at least one homokinetic joint. The output shaft of the drive unit is now arranged in such a way that it is laterally offset to the same extent with respect to the longitudinal axis of the vehicle as the input shaft of the axle differential, at least when the drive train is installed. It follows that the output shaft of the drive unit and the input shaft of the axle differential gear are arranged on a common plane or even on a common line (coaxial). There is therefore no major misalignment between these shafts. The output shaft and the input shaft can, if necessary, even be firmly connected or made in one piece.
Ein solches Achsdifferentialgetriebe ist üblicherweise abtriebsseitig mit Fahrzeugrädern gekoppelt, um diese mit dem eingangsseitig vom Antriebsaggregat erzeugten Drehmoment anzutreiben. Das Achsdifferentialgetriebe dient üblicherweise auch für einen Drehzahlausgleich der damit angetriebenen Räder, die auf gegenüberliegenden Fahrzeugseiten angeordnet sind. Such an axle differential is usually coupled on the output side to vehicle wheels in order to drive them with the torque generated on the input side by the drive unit. The axle differential usually also serves for speed compensation of the wheels driven thereby, which are arranged on opposite sides of the vehicle.
Mit dem Einbauzustand ist derjenige Zustand und die damit zusammenhängenden Bauteilpositionen gemeint, der vorliegt, wenn der Antriebsstrang zum bestimmungsgemäßen Betrieb in ein Fahrzeug beziehungsweise einem Rahmen des Fahrzeugs eingebaut ist. Spätestens dann nehmen das Antriebsaggregat und das Achsdifferentialgetriebe vorbestimmte Einbaupositionen zueinander ein. Bevorzugt sind das Achsdifferentialgetriebe und das Antriebsaggregats so angeordnet, dass sich zumindest im Einbauzustand des Antriebsstrangs die Abtriebswelle des Antriebsaggregats und die Eingangswelle des Achsdifferentialgetriebes auf derselben Höhe befinden. Zusammen mit dem identischen seitlichen Versatz dieser Wellen bezüglich der Fahrzeuglängsachse ergibt sich damit, dass die Abtriebswelle und die Eingangswelle auf einer gemeinsamen Linie (koaxial) angeordnet sind. Es ist dann gegebenenfalls kein Kardangelenk oder homokinetisches Gelenk zwischen diesen Wellen erforderlich. The installed state means the state and the associated component positions that exist when the drive train is installed in a vehicle or a frame of the vehicle for the intended operation. Then, at the latest, the drive unit and the axle differential gear assume predetermined installation positions with respect to one another. The axle differential and the drive unit are preferably arranged such that the output shaft of the drive unit and the input shaft of the axle differential are at the same height, at least in the installed state of the drive train. Together with the identical lateral offset of these shafts with respect to the longitudinal axis of the vehicle, this means that the output shaft and the input shaft are arranged on a common line (coaxial). A universal joint or a kinokinetic joint between these shafts may then not be required.
Falls dennoch ein Versatz zwischen Achsdifferentialgetriebe und Antriebsaggregat ausgeglichen werden muss, kann eine Antriebswelle dazwischen vorgesehen sein. Diese kann relativ kurz ausgebildet sein, insbesondere kürzer als 1 ,5 m. Für einen schwingungsarmen Lauf wird dann bevorzugt ein homokinetisches Gelenk eingesetzt, um die Abtriebswelle des Antriebsaggregates mit der Antriebswelle des Achsdifferentialgetriebes zu koppeln. Ein solches Gelenk kann auch in das Antriebsaggregat integriert sein. If an offset between the axle differential gear and the drive unit still has to be compensated for, a drive shaft can be provided in between. This can be made relatively short, in particular shorter than 1.5 m. A homokinetic joint is then preferably used for a low-vibration run in order to couple the output shaft of the drive unit to the drive shaft of the axle differential. Such a joint can also be integrated in the drive unit.
Es wird ebenfalls ein Verfahren zum Durchführen eines Schaltvorgangs bei dem vorgeschlagenen Antriebsaggregat vorgeschlagen. Dieses Verfahren sieht vor, dass zumindest eines der Teilgetriebe des Summiergetriebes über die zwei schaltbaren Übersetzungsstufen, also Gängen, verfügt. Die Übersetzungsstufen entsprechen unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen in dem schaltbaren Teilgetriebe. Im Rahmen des Verfahrens wird eines der Teilgetriebe aus einer bereits eingelegten Übersetzungsstufe in eine andere, gewünschte Übersetzungsstufen geschaltet. Diese gewünschte Übersetzungsstufe wird als Zielgang bezeichnet. A method for performing a switching operation in the proposed drive unit is also proposed. This method provides that at least one of the sub-transmissions of the summing transmission has the two switchable transmission stages, that is to say gears. The gear ratios correspond to different gear ratios in the switchable partial transmission. As part of the method, one of the sub-transmissions is shifted from a gear ratio that has already been inserted into another desired gear ratio. This desired translation level is called the target gear.
Bei dem Verfahren werden die folgenden Schritte ausgeführt: The procedure involves the following steps:
• Diejenige der E-Maschinen, deren Teilgetriebe nicht geschaltet werden soll, wird so elektrisch bestromt, dass diese ein im Vergleich zu vorher erhöhtes Drehmoment erzeugt. Das damit erzeugte Drehmoment wird also gezielt angehoben. Dies kann beinhalten, dass diese E-Maschine zumindest kurzfristig gezielt überlastet wird. Hierzu kann die Leistung der E-Maschine über die Dauerleistung gesteigert werden. • Diejenige der E-Maschinen, deren Teilgetriebe geschaltet werden soll, wird so elektrisch bestromt, dass sie ein im Vergleich zu vorher verringertes Drehmoment erzeugt. Das damit erzeugte Drehmoment wird also gezielt reduziert. Insbesondere wird dann kein Drehmoment mehr mit dieser E-Maschine erzeugt. Insbesondere wird hierbei das erzeugte Drehmoment der einen E- Maschine soweit angehoben, dass diese die Verringerung des erzeugten Drehmoments der anderen E-Maschine kompensiert. Das an der Abtriebswelle anliegende Gesamtdrehmoment der E-Maschinen bleibt währenddessen also bevorzugt konstant. Dementsprechend erfolgt das Anheben des erzeugten Drehmoments der einen E-Maschine bevorzugt zeitgleich mit der Verringerung des erzeugten Drehmoments der anderen E-Maschine. • The one of the e-machines, whose partial transmission is not to be shifted, is energized electrically so that it generates a higher torque than before. The torque thus generated is raised in a targeted manner. This can include that this electric machine is overloaded in a targeted manner, at least for a short time. For this purpose, the power of the electric machine can be increased over the continuous power. • The one of the e-machines, whose partial transmission is to be shifted, is energized electrically so that it generates a torque which is lower than that previously. The torque thus generated is reduced in a targeted manner. In particular, no torque is then generated with this electric machine. In particular, the torque generated by the one electric machine is increased to such an extent that it compensates for the reduction in the torque generated by the other electric machine. The total torque of the e-machines applied to the output shaft therefore preferably remains constant during this time. Accordingly, the torque generated by one electric machine is preferably raised at the same time as the torque generated by the other electric machine is reduced.
• Das Teilgetriebe, das geschaltet werden soll, wird in eine Neutralstellung geschaltet. In der Neutralstellung, auch Leerlauf genannt, überträgt das Teilgetriebe kein Drehmoment zwischen der zugehörigen E-Maschine und der Abtriebswelle des Summiergetriebes. Die E-Maschine dieses Teilgetriebes kann dann also nicht als Antriebsquelle genutzt werden. • The partial transmission that is to be shifted is shifted into a neutral position. In the neutral position, also called idling, the sub-transmission does not transmit any torque between the associated electric machine and the output shaft of the summing gear. The electric machine of this sub-transmission cannot then be used as a drive source.
• Diejenige der E-Maschinen, deren Teilgetriebe geschaltet werden soll, wird so elektrisch bestromt, dass sich deren Drehzahl zu einer Zieldrehzahl verändert. Je nach Übersetzungsverhältnis des Zielgangs wird die Drehzahl dazu erhöht oder verringert. Bei der Zieldrehzahl entspricht das Drehzahlverhältnis zwischen der Drehzahl der Abtriebswelle des Summiergetriebes und der Drehzahl der E-Maschine des Teilgetriebes, das geschaltet werden soll, dem Übersetzungsverhältnis dieses Teilgetriebes im Zielgang. Das bedeutet, dass mittels der E-Maschine, deren Teilgetriebe geschaltet werden soll, das Teilgetriebe vor dem eigentlichen Schaltvorgang in den Zielgang synchronisiert wird.• The one of the electric machines whose partial transmission is to be shifted is energized electrically so that its speed changes to a target speed. Depending on the gear ratio of the target gear, the speed is increased or decreased. At the target speed, the speed ratio between the speed of the output shaft of the summing gear and the speed of the electric motor of the sub-gear that is to be shifted corresponds to the gear ratio of this sub-gear in the target gear. This means that by means of the electric machine whose partial transmission is to be shifted, the partial transmission is synchronized into the target gear before the actual shifting process.
Die Drehzahlen der im Zielgang miteinander gekoppelten Wellen dieses Teilgetriebes werden also aneinander angeglichen. Somit kann dieses Teilgetriebe nun problemlos aus der Neutralstellung in den Zielgang geschaltet werden. Somit kann auf eine extra Synchronisierungseinrichtung für das schaltbare Teilgetriebe, wie beispielsweise Synchronringe, verzichtet werden oder die Synchronisierungseinrichtung des schaltbaren Teilgetriebes kann einfacher ausgebildet sein. • Schließlich wird dasjenige Teilgetriebe, das geschaltet werden soll, aus der Neutralstellung in den Zielgang geschaltet. The speeds of the shafts of this sub-transmission which are coupled to one another in the target gear are thus matched to one another. This sub-transmission can now be switched from neutral to target gear without any problems. It is therefore possible to dispense with an extra synchronization device for the switchable sub-transmission, such as synchronizer rings, or the synchronization device of the switchable sub-transmission can be made simpler. • Finally, the partial transmission that is to be shifted is shifted from the neutral position to the target gear.
Anschließend können die von den E-Maschinen erzeugten Drehmomente wieder aneinander angeglichen werden oder eine anderweitige Verteilung der erzeugten Drehmomente durch eine entsprechende elektrische Bestromung der E-Maschinen eingestellt werden. Insbesondere wird also das Drehmoment der E-Maschine, deren Teilgetriebe in den Zielgang geschaltet wurde, wieder angehoben und das Drehmoment der E-Maschine, deren Teilgetriebe nicht geschaltet wurde, wieder reduziert. Das Verfahren ermöglicht einen zugkraftunterbrechungsfreien Schaltvorgang des oder der schaltbaren Teilgetriebe. Es eignet sich für eine Hochschaltung und eine Runterschaltung gleichermaßen. The torques generated by the electric machines can then be matched to one another again, or a different distribution of the generated torques can be set by appropriate electrical energization of the electric machines. In particular, the torque of the electric machine whose sub-transmission was shifted into the target gear is raised again and the torque of the electric machine whose sub-transmission was not shifted is reduced again. The method enables a shifting process of the switchable gearbox or gearboxes without interruption of traction. It is equally suitable for an upshift and a downshift.
Bei einer geringen Leistungsanforderung an das Antriebsaggregat kann es vorgesehen sein, dass nur eine der E-Maschinen angetrieben wird. Die andere E-Maschine kann dann abgekoppelt werden indem das zugehörige Teilgetriebe in die Neutralstellung geschaltet wird. Somit kann ein Wirkungsgrad des Antriebsaggregats im Teillastbereich optimiert werden. Diese Vorgehensweise ist auch dann einsetzbar, wenn ein Fehlerfall bei einer der E-Maschinen erkannt wurde und diese E-Maschine in ihren sicheren Zustand gebracht wird. Somit kann das Fahrzeug mit der verbleibenden E-Maschine weiterhin angetrieben werden. If the drive unit has a low power requirement, it can be provided that only one of the electric machines is driven. The other electric machine can then be uncoupled by switching the associated partial transmission to the neutral position. An efficiency of the drive unit in the partial load range can thus be optimized. This procedure can also be used if a fault has been detected in one of the e-machines and this e-machine is brought into its safe state. The vehicle can thus continue to be driven with the remaining electric machine.
Das besagte Steuergerät ist insbesondere dazu ausgebildet, dieses Verfahren durchzuführen. Hierzu wird die Schalteinrichtung des Teilgetriebes, das geschaltet werden soll, durch das Steuergerät entsprechend angesteuert. Ebenso werden hierzu die Wechselrichter der E-Maschinen durch das Steuergerät entsprechen angesteuert, sodass die E-Maschinen die erforderlichen Drehmomente und Drehzahlen einstellen. Said control device is in particular designed to carry out this method. For this purpose, the switching device of the partial transmission that is to be shifted is controlled accordingly by the control unit. Likewise, the inverters of the e-machines are controlled accordingly by the control unit, so that the e-machines set the required torques and speeds.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert, aus welchen weitere bevorzugte Ausführungsformen und bevorzugte Merkmale der Erfindung entnehmbar sind. Hierbei zeigen jeweils in schematischer Darstellung: The invention is explained in more detail below with reference to figures, from which further preferred embodiments and preferred features of the invention can be gathered. Each shows in a schematic representation:
Fig. 1 ein Fahrzeug mit einem Antriebsaggregat, Fig. 2 eine Sicht auf ein Antriebsaggregat in Fahrzeuglängsrichtung, 1 is a vehicle with a drive unit, 2 is a view of a drive unit in the vehicle longitudinal direction,
Fig. 3 eine Schnittdarstellung durch das Antriebsaggregat gemäß Fig. 2, 3 is a sectional view through the drive unit according to FIG. 2,
Fig. 4 eine Schnittdarstellung durch das Antriebsaggregat gemäß Fig. 2,4 is a sectional view through the drive unit according to FIG. 2,
Fig. 5 ein Schaltablauf zum Schalten des Antriebsaggregats gemäß Fig. 2. 5 shows a switching sequence for switching the drive unit according to FIG. 2.
In den Figuren sind gleiche oder zumindest funktionsgleiche Bauteile oder Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. In the figures, identical or at least functionally identical components or elements are provided with the same reference symbols.
Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines beispielhaft als Lastkraftwagen ausgeführten Fahrzeugs 1 . Das Fahrzeug 1 verfügt über einen Rahmen 2. Der Rahmen 2 trägt unter anderem ein Antriebsaggregat 3, das zum elektrischen Vortrieb des Fahrzeugs 1 dient. Insbesondere ist kein weiteres Antriebsaggregat, wie beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine vorgesehen. Das Antriebsaggregat 3 bildet somit einen zentralen Bestandteil des Antriebsstranges des Fahrzeugs 1. Eine Abtriebswelle 7 des Antriebsaggregats 3 ist mit einer Antriebswelle 4 gekoppelt, welche wiederum mit einer Eingangswelle 5A eines Achsdifferentialgetriebe 5 (gestrichelt dargestellt) gekoppelt ist. Das Achsdifferentialgetriebe 5 ist wiederum in an sich bekannter Weise mit Rädern 6 des Fahrzeugs 1 antriebstechnisch gekoppelt. Somit sind diese Räder 6 mittels des Antriebsaggregats 3 antreibbar. In Fig. 1 sind dies beispielhaft die Räder 6 einer Hinterachse des Fahrzeugs 1. Die Räder 6 einer Vorderachse werden beispielhaft nicht angetrieben. Das Achsdifferentialgetriebe 5 ist ebenfalls Teil des Antriebsstrangs des Fahrzeugs 1. Das Antriebsaggregat 3 ist zwischen der Vorderachse und der Hinterachse angeordnet. Prinzipiell kann das Antriebsaggregat 3 bei einem beliebigen anderen Fahrzeug (beispielsweise einem Wasserfahrzeug) oder Kraftfahrzeug (beispielsweise einem Kraftomnibus) eingesetzt werden. 1 shows a side view of a vehicle 1 designed as a truck, for example. The vehicle 1 has a frame 2. The frame 2 carries, among other things, a drive unit 3 which is used for the electrical propulsion of the vehicle 1. In particular, no further drive unit, such as an internal combustion engine, is provided. The drive unit 3 thus forms a central component of the drive train of the vehicle 1. An output shaft 7 of the drive unit 3 is coupled to an input shaft 4, which in turn is coupled to an input shaft 5A of an axle differential 5 (shown in broken lines). The axle differential gear 5 is in turn coupled in a manner known per se to wheels 6 of the vehicle 1 in terms of drive technology. These wheels 6 can thus be driven by means of the drive unit 3. In FIG. 1, these are, for example, the wheels 6 of a rear axle of the vehicle 1. The wheels 6 of a front axle are, for example, not driven. The axle differential 5 is also part of the drive train of the vehicle 1. The drive unit 3 is arranged between the front axle and the rear axle. In principle, the drive unit 3 can be used in any other vehicle (for example a watercraft) or motor vehicle (for example a motor bus).
Fig. 2 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines vorgeschlagenen Antriebsaggregats 3, wie beispielsweise dasjenige aus Fig. 1. Hierbei wird in Fahrzeuglängsrichtung auf das Antriebsaggregat 3 geschaut. Der Blick ist damit auf die Abtriebswelle 7 des Antriebsaggregats 3 gerichtet, die zur Kopplung mit einer Antriebswelle 4 (siehe Fig. 1 ) ausgebildet ist. FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a proposed drive unit 3, such as that from FIG. 1. Here, the drive unit 3 is viewed in the longitudinal direction of the vehicle. The view is thus directed towards the output shaft 7 of the drive unit 3, which is designed for coupling to an input shaft 4 (see FIG. 1).
Das Antriebsaggregat 3 verfügt über eine erste E-Maschine 8 und eine zweite E- Maschine 9. Beide sind als Traktionsmaschinen ausgebildet und dienen daher zum Vortrieb eines Fahrzeugs 1 . Das Antriebsaggregat 3 verfügt außerdem über ein Summiergetriebe 10. Dieses dient zur Summierung der von den E-Maschinen 8, 9 erzeugten Drehmomente an der (gemeinsamen) Abtriebswelle 7. Das Summiergetriebe 10 ist schaltbar ausgebildet. Es weist demnach schaltbare Übersetzungsstufen (Gänge) auf. Das Summiergetriebe 10 verfügt über eine Schalteinrichtung zum Einlegen der ausgewählten Übersetzungsstufen. The drive unit 3 has a first electric machine 8 and a second electric machine 9. Both are designed as traction machines and are therefore used for Driving a vehicle 1. The drive unit 3 also has a summing gear 10. This is used for summing the torques generated by the electric machines 8, 9 on the (common) output shaft 7. The summing gear 10 is designed to be switchable. It therefore has switchable gear ratios (gears). The summing gear 10 has a switching device for inserting the selected gear ratios.
Darüber hinaus weist das Antriebsaggregat 3 einen ersten Wechselrichter 1 1 zur elektrischen Bestromung der ersten E-Maschine 8 auf, sowie einen zweiten Wechselrichter 12 zur elektrischen Bestromung der zweiten E-Maschine 9. Die Wechselrichter 1 1 , 12 sind getrennt voneinander ausgebildet. Die Wechselrichter 1 1 , 12 weisen hierzu insbesondere je ein eigenes Gehäuse auf, das die zur elektrischen Bestromung der zugehörigen E-Maschine 8, 9 erforderlichen Komponenten umhaust, insbesondere die hierzu notwendigen elektrischen Leistungsschalter und Treiberschaltungen. Die Wechselrichter 1 1 , 12 sind insbesondere zueinander baugleich ausgebildet. In addition, the drive unit 3 has a first inverter 11 for the electrical energization of the first electric machine 8, and a second inverter 12 for the electrical energization of the second electric machine 9. The inverters 11, 12 are designed separately from one another. For this purpose, the inverters 11, 12 each have, in particular, their own housings, which house the components required for the electrical energization of the associated electric machine 8, 9, in particular the electrical circuit breakers and driver circuits required for this. The inverters 11, 12 are in particular constructed identically to one another.
Die Wechselrichter 1 1 , 12 werden bevorzugt von einem Steuergerät 13 angesteuert. Dieses legt also die Betriebsweise der jeweiligen E-Maschine 8, 9 fest und steuert dementsprechend den jeweiligen Wechselrichter 1 1 , 12 an. Das Steuergerät 13 dient auch zur Ansteuerung der Schalteinrichtung des Summiergetriebes 10, also zum Bewirken des Ein- und Auslegens der Übersetzungsstufen. The inverters 11, 12 are preferably controlled by a control unit 13. This therefore determines the operating mode of the respective electric machine 8, 9 and accordingly controls the respective inverter 11, 12. The control device 13 is also used to control the switching device of the summing gear 10, that is to say to effect the engagement and disengagement of the gear ratios.
Das Steuergerät 13 verfügt über zumindest einen Eingang, über das es Informationen erhält. Anhand der Informationen steuert es die Wechselrichter 1 1 , 12 sowie die Schalteinrichtung des Summiergetriebes 10 an. Eine solche Information kann beispielsweise eine Fahrpedalstellung sein. Eine solche Information kann auch beispielsweise eine Fahrbahnsteigung sein. Eine solche Information kann auch beispielsweise eine Bremspedalstellung sein. The control device 13 has at least one input via which it receives information. It controls the inverters 11, 12 and the switching device of the summing gear 10 on the basis of the information. Such information can be, for example, an accelerator pedal position. Such information can also be, for example, a road gradient. Such information can also be, for example, a brake pedal position.
Alternativ oder zusätzlich zu den getrennten Wechselrichtern 1 1 , 12 kann ein gemeinsames Kühlsystem für die E-Maschinen 8, 9 und für die Wechselrichter 1 1 , 12 vorgesehen sein. Und/oder es kann ein gemeinsames Schmiersystem für die erste und zweite E-Maschine 8, 9 und das Summiergetriebe 10 vorgesehen sein. Und/oder es kann ein gemeinsames Statorgehäuse für die erste und zweite E-Maschine 8, 9 vorgesehen sein. Und/oder es kann das gemeinsame Steuergerät 13 zur Ansteuerung der Wechselrichter 1 1 , 12 vorgesehen sein. Vorzugsweise sind alle diese Merkmale zusammen realisiert. Alternatively or in addition to the separate inverters 11, 12, a common cooling system for the electric machines 8, 9 and for the inverters 11, 12 can be provided. And / or a common lubrication system can be provided for the first and second electric machines 8, 9 and the summation gear 10. And or a common stator housing can be provided for the first and second electric machines 8, 9. And / or the common control device 13 can be provided for controlling the inverters 11, 12. All of these features are preferably implemented together.
Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht des Antriebsaggregats 3 aus Fig. 2 entlang der dort gezeigten Schnittlinie X-X. Die E-Maschinen 8,9 weisen jeweils einen gehäusefesten Stator 8A, 9A und einen um je eine Rotationsachse rotierbaren Rotor 8B, 9B auf. Der Rotor 8B, 9B ist mit einer jeweils zugehörigen Ausgangswelle 8C, 9C fest gekoppelt, welche den Abtrieb der jeweiligen E-Maschine 8, 9 bildet. Die E-Maschinen 8, 9 sind parallel und nebeneinander angeordnet. Die Rotationsachsen der Rotoren 9B, 8B und der Ausgangswellen 8C, 9C liegen somit ebenfalls parallel und seitlich beab- standet zueinander. FIG. 3 shows a sectional view of the drive unit 3 from FIG. 2 along the section line X-X shown there. The electric machines 8, 9 each have a stator 8A, 9A fixed to the housing and a rotor 8B, 9B which can be rotated about an axis of rotation. The rotor 8B, 9B is firmly coupled to an associated output shaft 8C, 9C, which forms the output of the respective electric machine 8, 9. The electric machines 8, 9 are arranged in parallel and side by side. The axes of rotation of the rotors 9B, 8B and the output shafts 8C, 9C are thus also parallel and laterally spaced apart.
Die Statoren 8A, 9A sind, wie in Fig. 3 sichtbar, in einem gemeinsamen Statorgehäuse fest angeordnet. Die Ausgangswellen 8C, 9C sind in dem Statorgehäuse drehbar gelagert. Das Statorgehäuse kann über eine gemeinsame Kühlstruktur verfügen, um beide E-Maschinen 8, 9 zu kühlen. Diese Kühlstruktur bildet einen Teil des gemeinsamen Kühlsystems. Entsprechendes kann für das gemeinsame Schmiersystem gelten. Das Statorgehäuse kann ein- oder mehrteilig ausgeführt sein. Das Statorgehäuse kann stirnseitig über Lagerschilde verfügen, welche die Rotoren 8C, 9C beziehungsweise die Ausgangswellen 8B, 9B mittels Wellenlager drehbar lagern. Das Statorgehäuse kann selbst ein erstes Gehäuseteil eines Gehäuses des Antriebsaggregats 3 bilden oder es kann ein Bestandteil eines die elektrischen Maschinen 8, 9 umgebenden ersten Gehäuseteils des Antriebsaggregats 3 bilden. Ein anderer Gehäuseteil des Antriebsaggregats 3 kann dem Summiergetriebe 10 zugeordnet sein und dieses zumindest teilweise oder vollständig einhausen. As can be seen in FIG. 3, the stators 8A, 9A are fixedly arranged in a common stator housing. The output shafts 8C, 9C are rotatably supported in the stator housing. The stator housing can have a common cooling structure in order to cool both electric machines 8, 9. This cooling structure forms part of the common cooling system. The same can apply to the common lubrication system. The stator housing can be made in one or more parts. The end of the stator housing can have end shields which rotatably support the rotors 8C, 9C or the output shafts 8B, 9B by means of shaft bearings. The stator housing itself can form a first housing part of a housing of the drive unit 3 or it can form part of a first housing part of the drive unit 3 surrounding the electrical machines 8, 9. Another housing part of the drive unit 3 can be assigned to the summing gear 10 and at least partially or completely house it.
Die Ausgangswellen 8C, 9C sind auf einer gemeinsamen Abtriebsseite der E- Maschinen 8, 9 mit dem Summiergetriebe 10 gekoppelt. Im Detail sind die Ausgangswellen 8C, 9C einem jeweils zugehörigen Teilgetriebe 10A, 10B des Summiergetriebes 10 gekoppelt. Jede der E-Maschinen 8, 9 ist demnach über das jeweils zugeordnete Teilgetriebe 10A, 10B mit der gemeinsamen Abtriebswelle 7 antriebstechnisch gekoppelt. Die Wellenlager für die Ausgangswellen 8B, 9B der E-Maschinen 8, 9 beziehungsweise für die jeweiligen Eingangswellen der Teilgetriebe 10A, 10B sind an der Abtriebsseite der E-Maschinen 8,9 bevorzugt als Festlager ausgebildet. Diese Wellenlager sind in Fig. 3 und Fig. 4 beispielhaft als Rillenkugellager ausgebildet. Diese Festlager leiten eine Axialkraft des Summiergetriebes 10 in eine Zwischenwand 3A des Antriebsaggregats 3, welche die eigentlichen E-Maschinen 8, 9 und das eigentliche Summiergetriebe 10 voneinander trennt. The output shafts 8C, 9C are coupled to the summing gear 10 on a common output side of the electric machines 8, 9. In detail, the output shafts 8C, 9C are coupled to an associated sub-transmission 10A, 10B of the summing transmission 10. Each of the electric machines 8, 9 is accordingly coupled in terms of drive technology to the common output shaft 7 via the respectively assigned partial transmission 10A, 10B. The shaft bearings for the output shafts 8B, 9B of the electric machines 8, 9 or for the respective input shafts of the partial transmissions 10A, 10B are preferably designed as fixed bearings on the output side of the electric machines 8, 9. In FIG. 3 and FIG. 4, these shaft bearings are designed as grooved ball bearings by way of example. These fixed bearings guide an axial force of the summing gear 10 into an intermediate wall 3A of the drive unit 3, which separates the actual electric machines 8, 9 and the actual summing gear 10 from one another.
Wie in Fig. 2 sichtbar ist, sind die Aufhängungspunkte 14 des Antriebsaggregats 3 zur Befestigung des Antriebsaggregats 3 an dem Rahmen 2 des Fahrzeugs 1 bevorzugt auf Höhe oder oberhalb der Rotationsachsen der Rotoren 8B, 9B angeordnet. Dort ist das Antriebsaggregat 3 also an dem Rahmen 2 befestigt. As can be seen in FIG. 2, the suspension points 14 of the drive unit 3 for fastening the drive unit 3 to the frame 2 of the vehicle 1 are preferably arranged at the level or above the axes of rotation of the rotors 8B, 9B. There, the drive unit 3 is thus attached to the frame 2.
In Fig. 3 und Fig. 4 sind die Teilgetriebe 10A, 10B lediglich angedeutet. Bevorzugt sind die Teilgetriebe 10A, 10B als schrägverzahnte Stirnradgetriebe ausgebildet. Zumindest eines der Teilgetriebe 10A, 10B ist schaltbar zweistufig ausgebildet, insbesondere beide der Teilgetriebe 10A, 10B. Das zweistufige Teilgetriebe 10A, 10B verfügt also über zwei Übersetzungsstufen (Gänge), die wahlweise einlegbar sind. Ebenso ist dann eine Neutralstellung (Leerlauf) einlegbar. Die Teilgetriebe 10A, 10B verfügen bevorzugt über geringfügig unterschiedliche Übersetzungen. The partial transmissions 10A, 10B are only indicated in FIGS. 3 and 4. The partial transmissions 10A, 10B are preferably designed as helical-toothed spur gear transmissions. At least one of the partial transmissions 10A, 10B is switchable in two stages, in particular both of the partial transmissions 10A, 10B. The two-stage sub-transmission 10A, 10B thus has two gear ratios (gears), which can be selectively engaged. A neutral position (idle) can then also be engaged. The partial transmissions 10A, 10B preferably have slightly different ratios.
Im Bereich der E-Maschine 8 ist eine Nebenabtrieb 15 vorgesehen. Die Nebenabtriebswelle 15A ist über ein Schaltelement (hier eine Kupplung) mit der Eingangswelle des Teilgetriebes 10A lösbar koppelbar. Diese Eingangswelle ist wiederum mit der Ausgangswelle 8C der E-Maschine 8 gekoppelt. Somit dreht die Nebenabtriebswelle 15A im angekoppelten Zustand mit derselben Drehzahl, wie der Rotor der E- Maschine 8. A power take-off 15 is provided in the area of the electric machine 8. The power take-off shaft 15A can be releasably coupled to the input shaft of the partial transmission 10A via a switching element (here a clutch). This input shaft is in turn coupled to the output shaft 8C of the electric machine 8. In the coupled state, the power take-off shaft 15A thus rotates at the same speed as the rotor of the electric machine 8.
Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht des Antriebsaggregats 3 aus Fig. 2 entlang der dort gezeigten Schnittlinie X-Y. Somit ist die zweite E-Maschine 9 in Fig. 4 nicht sichtbar. FIG. 4 shows a sectional view of the drive unit 3 from FIG. 2 along the section line X-Y shown there. The second electric machine 9 is therefore not visible in FIG. 4.
Aus Fig. 3 und Fig. 4 ist ersichtlich, dass das Summiergetriebe 10 über eine Zwischenwelle 10C verfügt, die mit den beiden Teilgetrieben 10A, 10B gekoppelt ist. Diese Zwischenwelle 10C ist über ein weiteres (gemeinsames) Teilgetriebe 10D, das ebenfalls bevorzugt als schrägverzahntes Stirnradgetriebe ausgeführt ist, mit der (gemeinsamen) Abtriebswelle 7 des Summiergetriebes 10 antriebstechnisch gekoppelt. Die Abtriebswelle 7 des Summiergetriebes 10 bildet gleichzeitig die Abtriebswelle des Aggregates 3. It can be seen from FIGS. 3 and 4 that the summing gear 10 has an intermediate shaft 10C which is coupled to the two subgear 10A, 10B. This intermediate shaft 10C is connected via a further (common) sub-transmission 10D, which is also preferably designed as a helical spur gear (Common) output shaft 7 of the summing gear 10 coupled in terms of drive technology. The output shaft 7 of the summing gear 10 simultaneously forms the output shaft of the unit 3.
Es sind alternative Ausführungsformen möglich, bei denen keine Zwischenwelle 10C oder kein gemeinsames Teilgetriebe 10D erforderlich ist. Hierbei können die E- Maschinen 8, 9 also unmittelbar über das jeweils zugeordnete Teilgetriebe 10A, 10B mit der Abtriebswelle 7 antriebstechnisch gekoppelt sein. Alternative embodiments are possible in which no intermediate shaft 10C or no common partial transmission 10D is required. In this case, the electric machines 8, 9 can thus be coupled with the output shaft 7 directly via the respectively assigned partial transmission 10A, 10B.
Gemäß Fig. 4 ist die Abtriebswelle 7 beispielhaft über ein homokinetisches Gelenk 16 mit dem dem Antriebsaggregat 3 zugeordneten Ende der Antriebswelle 4 gekoppelt. Alternativ dazu kann hierzu beispielsweise auch ein Kardangelenk eingesetzt werden, oder die Wellen 4, 7 können fest miteinander verbunden sein. 4, the output shaft 7 is coupled, for example, via a constant velocity joint 16 to the end of the drive shaft 4 assigned to the drive unit 3. As an alternative to this, a universal joint can also be used, for example, or the shafts 4, 7 can be firmly connected to one another.
Wie aus Fig. 2 und Fig. 4 ersichtlich ist, ist die Abtriebswelle 7 in Richtung der zweiten E-Maschine 9 seitlich verschoben. In dem in Fig. 1 gezeigten Einbauzustand des Antriebsaggregats 3 ist die Abtriebswelle 7 dadurch bezüglich einer Fahrzeuglängsachse des Fahrzeugs 1 seitlich versetzt. Die Abtriebswelle 7 verläuft somit außermittig des Fahrzeugs 1 und des Rahmens 2. Die Eingangswelle 5A des Achsdifferen- tialgetriebes 5 ist hierbei bevorzugt ebenso bezüglich der Fahrzeuglängsachse seitlich versetzt. Die Abtriebswelle 7 und die Eingangswelle 5A können auch im Wesentlichen auf derselben Höhe angeordnet sein. As can be seen from FIGS. 2 and 4, the output shaft 7 is laterally displaced in the direction of the second electric machine 9. In the installed state of the drive unit 3 shown in FIG. 1, the output shaft 7 is thereby laterally offset with respect to a vehicle longitudinal axis of the vehicle 1. The output shaft 7 thus runs off-center of the vehicle 1 and the frame 2. The input shaft 5A of the axle differential 5 is preferably also laterally offset with respect to the longitudinal axis of the vehicle. The output shaft 7 and the input shaft 5A can also be arranged at substantially the same height.
Fig. 5 zeigt ein Verfahrensablauf zur Durchführen eines Schaltvorgangs bei dem Antriebsaggregat 3 gemäß Fig. 2 bis Fig. 4. Es wird hierbei davon ausgegangen, dass zumindest das der ersten E-Maschine 8 zugeordneten Teilgetriebes 10A über zwei schaltbare Übersetzungsstufen (Gänge) verfügt, sowie eine Neutralstellung (Leerlauf). Es wird außerdem davon ausgegangen, dass eine der Übersetzungsstufen dieses Teilgetriebes 10A eingelegt ist. Im Rahmen des Schaltvorgangs wird nun in die andere Übersetzungsstufe des Teilgetriebes 10A, die im Folgenden als Zielgang bezeichnet wird, geschaltet. Der Schaltvorgang wird von dem Steuergerät 4 bewirkt. Dieses gibt also entsprechende Befehle an die Wechselrichter 1 1 , 12 und die Schalteinrichtung des Teilgetriebes 10A aus. Schritt A: 5 shows a process sequence for performing a shifting process in the drive unit 3 according to FIGS. 2 to 4. It is assumed here that at least the sub-transmission 10A assigned to the first electric machine 8 has two switchable gear ratios (gears), and a neutral position (idle). It is also assumed that one of the gear ratios of this sub-transmission 10A is engaged. As part of the switching process, the other gear stage of the partial transmission 10A, which is referred to below as the target gear, is now switched. The switching process is effected by the control unit 4. This therefore issues corresponding commands to the inverters 11, 12 and the switching device of the partial transmission 10A. Step A:
Zunächst wir die zweite E-Maschinen 9 mittels des zugeordneten Wechselrichters 12 so elektrisch bestromt, dass sie ein im Vergleich zu vorher erhöhtes Drehmoment erzeugt. Das der zweiten E-Maschine 9 zugeordnete Teilgetriebe 10B soll vorliegend nicht geschaltet werden. Es kann daher auch nicht-schaltbar ausgebildet sein.  First, the second electric machine 9 is energized electrically by means of the associated inverter 12 in such a way that it generates a higher torque than in the previous case. The partial transmission 10B assigned to the second electric machine 9 is not to be shifted in the present case. It can therefore also be non-switchable.
Schritt B: Step B:
Anschließend oder bevorzugt zeitgleich zu Schritt A wird die erste E-Maschinen 8 mittels des zugeordneten Wechselrichters 1 1 so elektrisch bestromt, dass diese ein im Vergleich zu vorher verringertes Drehmoment erzeugt. Insbesondere wird damit kein Drehmoment mehr erzeugt. Somit wird das Teilgetriebe 10A, das geschaltet werden soll, entlastet. Insbesondere wird das von der ersten E-Maschine 8 erzeugte Drehmoment in demselben Maße reduziert, wie das von der zweiten E-Maschine 9 erzeugte Drehmoment erhöht wird. Somit kann das von den E-Maschinen 8, 9 erzeugte Gesamtdrehmoment an der Abtriebswelle 7 konstant gehalten werden.  Subsequently or preferably at the same time as step A, the first electric machine 8 is energized electrically by means of the associated inverter 11 so that it generates a torque which is reduced in comparison with that previously. In particular, torque is no longer generated. Thus, the sub-transmission 10A that is to be shifted is relieved. In particular, the torque generated by the first electric machine 8 is reduced to the same extent that the torque generated by the second electric machine 9 is increased. The total torque generated by the electric machines 8, 9 on the output shaft 7 can thus be kept constant.
Schritt C: Step C:
Das Teilgetriebe 10A wird nun in seine Neutralstellung geschaltet. Es überträgt dann also kein Drehmoment mehr.  The partial transmission 10A is now switched to its neutral position. It then no longer transmits torque.
Schritt D: Step D:
Die E-Maschinen 8 wird nun mittels des zugeordneten Wechselrichters 1 1 so elektrisch bestromt, dass sich ihre Drehzahl zu einer Zieldrehzahl verändert. Die Zieldrehzahl entspricht derjenigen Drehzahl, die das Teilgetriebe 10A bei der vorliegenden Drehzahl der Abtriebswelle 7 mit eingelegtem Zielgang hätte. Mit anderen Worten entspricht bei der Zieldrehzahl das Drehzahlverhältnis zwischen der Drehzahl der Abtriebswelle 7 und der Drehzahl des Rotors 8A der E-Maschine 8 demjenigen Übersetzungsverhältnis des Teilgetriebes 10A im Zielgang. Zur Ermittlung der Drehzahl der Abtriebswelle 7 kann daran beispielsweise ein Drehzahlsensor vorgesehen sein. Die Übersetzungsverhältnisse des Teilgetriebes 10A in den beiden Übersetzungsstufen sind fest und bekannt. Sie sind insbesondere im Steuergerät 4 hinterlegt. Also kann aus dem bekannten Übersetzungsverhältnis des Teilgetriebes 10A im Zielgang und der ermittelten Drehzahl der Abtriebswelle 7 die erforderliche Zieldreh- zahl ermittelt werden. Somit wird das Teilgetriebe 10A für den Zielgang gezielt synchronisiert. The electric machines 8 are now energized electrically by means of the assigned inverter 11 so that their speed changes to a target speed. The target speed corresponds to the speed that the partial transmission 10A would have at the present speed of the output shaft 7 with the target gear engaged. In other words, at the target speed, the speed ratio between the speed of the output shaft 7 and the speed of the rotor 8A of the electric machine 8 corresponds to that gear ratio of the partial transmission 10A in the target gear. To determine the speed of the output shaft 7, for example, a speed sensor can be provided. The gear ratios of the partial transmission 10A in the two gear ratios are fixed and known. They are stored in the control unit 4 in particular. The required target rotational speed can thus be determined from the known transmission ratio of the partial transmission 10A in the target gear and the determined rotational speed of the output shaft 7. number can be determined. The sub-transmission 10A is thus specifically synchronized for the target gear.
Schritt E: Steps:
Das Teilgetriebes 10A wird von der Neutralstellung in den Zielgang geschaltet.  The partial transmission 10A is switched from the neutral position to the target gear.
Schritt F: Die E-Maschinen 8, 9 werden mittels des jeweiligen Wechselrichters 1 1 , 12 so elektrisch bestromt, dass das von der E-Maschine 8 erzeugte Drehmoment angehoben wird und dass das von der E-Maschine 9 erzeugte Drehmoment reduziert wird. Somit ergibt sich ein bestimmtes Drehmomentverhältnis zwischen den von den E-Maschinen 8, 9 erzeugten Drehmomenten. Step F: The electric machines 8, 9 are energized electrically by means of the respective inverter 11, 12 in such a way that the torque generated by the electric machine 8 is increased and that the torque generated by the electric machine 9 is reduced. This results in a specific torque ratio between the torques generated by the electric machines 8, 9.
Dieser Schaltablauf kann für Hoch- und Runterschaltungen angewendet werden. Im Falle einer Runterschaltung ist die Zieldrehzahl gegenüber einer vorher vorliegenden Drehzahl der E-Maschine 8 erhöht. Im Falle einer Hochschaltung ist die Zieldrehzahl gegenüber einer vorher vorliegenden Drehzahl der E-Maschine 8 reduziert. Dieser Schaltablauf kann auch für Schaltvorgänge des anderen Teilgetriebe 10B eingesetzt werden, wenn diese über zwei schaltbare Übersetzungsstufen und eine Neutralstellung verfügt. This switching sequence can be used for upshifts and downshifts. In the case of a downshift, the target speed is increased compared to a previously existing speed of the electric machine 8. In the case of an upshift, the target speed is reduced compared to a previously existing speed of the electric machine 8. This switching sequence can also be used for switching operations of the other sub-transmission 10B if it has two switchable gear ratios and a neutral position.
Bezuaszeichen Bezuaszeichen
1 Fahrzeug, Lastkraftwagen 1 vehicle, truck
Rahmen  frame
Antriebsaggregat power unit
A Zwischenwand  A partition
Antriebswelle  drive shaft
5 Achsdifferentialgetriebe  5 axle differential gear
5A Eingangswelle  5A input shaft
6 Rad  6 wheel
7 Abtriebswelle  7 output shaft
8 E-Maschine  8 electric machine
8A Stator  8A stator
8B Rotor  8B rotor
8C Ausgangswelle  8C output shaft
9 E-Maschine  9 electric machine
9A Stator  9A stator
9B Rotor  9B rotor
9C Ausgangswelle  9C output shaft
10 Summiergetriebe  10 summation gears
10/ Teilgetriebe  10 / partial transmission
101 Teilgetriebe  101 partial transmissions
10( Zwischenwelle  10 (intermediate shaft
101 Teilgetriebe  101 partial transmissions
11 Wechselrichter  11 inverters
12 Wechselrichter  12 inverters
13 Steuergerät  13 control unit
14 Aufhängungspunkt  14 suspension point
15 Nebenabtrieb  15 power take-off
15/ Nebenabtriebswelle  15 / PTO shaft
16 Gelenk  16 joint
Schritt step

Claims

Patentansprüche claims
1. Antriebsaggregat (3) für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug (1), wobei das Antriebsaggregat (3) aufweisend ist, 1. Drive unit (3) for a vehicle, in particular for a motor vehicle (1), the drive unit (3) having
eine erste E-Maschine (8) als Traktionsmaschine und  a first electric machine (8) as a traction machine and
eine zweite E-Maschine (9) als Traktionsmaschine und  a second electric machine (9) as a traction machine and
ein Summiergetriebe (10) zur Summierung der von der ersten und zweiten E- Maschine (8, 9) erzeugten Drehmomente auf eine gemeinsame Abtriebswelle (7) des Summiergetriebes (10), gekennzeichnet, durch  a summing gear (10) for summing the torques generated by the first and second electric machines (8, 9) onto a common output shaft (7) of the summing gear (10), characterized by
(a) einen ersten Wechselrichter (11 ) zur elektrischen Bestromung der ersten E- Maschine (8) und einen vom ersten Wechselrichter (11 ) getrennten zweiten Wechselrichter (12) zur elektrischen Bestromung der zweiten E-Maschine (9).  (a) a first inverter (11) for electrically energizing the first electric machine (8) and a second inverter (12) separate from the first inverter (11) for electrically energizing the second electric machine (9).
2. Antriebsaggregat (3) nach Anspruch 1 , mit 2. Drive unit (3) according to claim 1, with
(b) einem gemeinsamen Kühlsystem für die erste und zweite E-Maschine (8, 9), und/oder  (b) a common cooling system for the first and second electric machine (8, 9), and / or
(c) einem gemeinsamen Schmiersystem für die ersten und zweite E-Maschine (8, 9) und für das Summiergetriebe (10), und/oder  (c) a common lubrication system for the first and second electric machine (8, 9) and for the summation gear (10), and / or
(d) einem gemeinsamen Statorgehäuse für die erste und zweite E-Maschine (8, 9), und/oder  (d) a common stator housing for the first and second electric machine (8, 9), and / or
(e) einem gemeinsamen Steuergerät (13) zur Ansteuerung des ersten und zweiten Wechselrichters (11 , 12).  (e) a common control device (13) for controlling the first and second inverters (11, 12).
3. Antriebsaggregat (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste E-Maschine (8) einen Rotor (8B) mit einer ersten Rotationsachse aufweist und die zweite E-Maschine (9) einen Rotor (9B) mit einer zweiten Rotationsachse aufweist, wobei 3. Drive unit (3) according to one of the preceding claims, wherein the first electric machine (8) has a rotor (8B) with a first axis of rotation and the second electric machine (9) has a rotor (9B) with a second axis of rotation , in which
die Abtriebswelle (7) des Summiergetriebes (10) einen geringeren Abstand zu einer der Rotationsachsen als zur anderen der Rotationsachsen aufweist.  the output shaft (7) of the summing gear (10) is closer to one of the axes of rotation than to the other of the axes of rotation.
4. Antriebsaggregat (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste E-Maschine (8) einen Rotor (8B) mit einer ersten Rotationsachse aufweist und die zweite E-Maschine (9) einen Rotor (9B) mit einer zweiten Rotationsachse aufweist, wobei die erste und zweite E-Maschine (8, 9) jeweils eine Ausgangswelle (8C, 9C) aufweisen, die mit dem jeweiligen Rotor (8B, 9B) gekoppelt ist und die den Abtrieb der jeweiligen E-Maschine (8, 9) bildet, wobei 4. Drive unit (3) according to one of the preceding claims, wherein the first electric machine (8) has a rotor (8B) with a first axis of rotation and the second electric machine (9) has a rotor (9B) with a second axis of rotation , in which the first and second e-machines (8, 9) each have an output shaft (8C, 9C) which is coupled to the respective rotor (8B, 9B) and which forms the output of the respective e-machine (8, 9), in which
die erste und zweite E-Maschine (8, 9) so nebeneinander angeordnet sind, dass die Rotationsachsen der Rotoren (8B, 9B) und/oder die Ausgangswellen (8C, 9C) parallel und seitlich beabstandet zueinander liegen und  the first and second e-machines (8, 9) are arranged next to one another such that the axes of rotation of the rotors (8B, 9B) and / or the output shafts (8C, 9C) are parallel and laterally spaced apart and
dass die Ausgangswellen (8C, 9C) auf einer gemeinsamen Abtriebsseite der E-Maschinen (8, 9) mit dem Summiergetriebe (10) gekoppelt sind.  that the output shafts (8C, 9C) are coupled to the summing gear (10) on a common output side of the electric machines (8, 9).
5. Antriebsaggregat (3) nach Anspruch 4, wobei die Abtriebswelle (7) parallel und seitlich beabstandet zu den Rotationsachsen der Rotoren (8B, 9B) und/oder zu den Ausgangswellen (8C, 9C) der E-Maschinen (8, 9) liegt. 5. Drive unit (3) according to claim 4, wherein the output shaft (7) parallel and laterally spaced to the axes of rotation of the rotors (8B, 9B) and / or to the output shafts (8C, 9C) of the electric machines (8, 9) lies.
6. Antriebsaggregat (3) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei Aufhängungspunkte (14) des Antriebsaggregats (3) zur Befestigung des Antriebsaggregats (3) an einem Rahmen (2) des Fahrzeugs (1 ) auf Höhe oder oberhalb der Rotationsachsen der Rotoren (8B, 9B) der ersten und zweiten E-Maschine (8, 9) angeordnet sind. 6. Drive unit (3) according to one of claims 3 to 5, wherein suspension points (14) of the drive unit (3) for fastening the drive unit (3) to a frame (2) of the vehicle (1) at the level or above the axes of rotation of the rotors (8B, 9B) of the first and second electric machine (8, 9) are arranged.
7. Antriebsaggregat (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Summiergetriebe (10) für die erste E-Maschine (8) ein erstes Teilgetriebe (10A) aufweist, zur Übertragung des von der ersten E-Maschine (8) erzeugten Drehmoments auf die Abtriebswelle (7) des Summiergetriebes (10), und 7. Drive unit (3) according to one of the preceding claims, wherein the summing gear (10) for the first electric machine (8) has a first sub-gear (10A) for transmitting the torque generated by the first electric machine (8) the output shaft (7) of the summing gear (10), and
wobei das Summiergetriebe (10) für die zweite E-Maschine (9) ein zweites Teilgetriebe (10B) aufweist, zur Übertragung des von der zweiten E-Maschine (9) erzeugten Drehmoments auf die Abtriebswelle (7) des Summiergetriebes (10), wobei das erste Teilgetriebe (10A) und/oder das zweite Teilgetriebe (10B) über zwei schaltbare Übersetzungsstufen verfügt.  wherein the summing gear (10) for the second electric machine (9) has a second partial gear (10B) for transmitting the torque generated by the second electric machine (9) to the output shaft (7) of the summing gear (10), wherein the first sub-transmission (10A) and / or the second sub-transmission (10B) has two switchable gear ratios.
8. Antriebsaggregat (3) nach Anspruch 7, wobei das erste und zweite Teilgetriebe (10A, 10B) über zueinander unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse verfügen. 8. Drive unit (3) according to claim 7, wherein the first and second sub-transmission (10A, 10B) have mutually different transmission ratios.
9. Antriebsstrang für ein Fahrzeug (1 ), wobei der Antriebsstrang aufweisend ist 9. Drive train for a vehicle (1), the drive train having
ein Achsdifferentialgetriebe (5), das eine bezüglich einer Fahrzeuglängsachse seitlich versetzte Eingangswelle (5A) aufweist und ein Antriebsaggregat (3), wobei an axle differential gear (5) which has an input shaft (5A) laterally offset with respect to a vehicle longitudinal axis and a drive unit (3), wherein
eine Abtriebswelle (7) des Antriebsaggregats (3) mit der Eingangswelle (5A) des Achsdifferentialgetriebes (5) gekoppelt ist,  an output shaft (7) of the drive unit (3) is coupled to the input shaft (5A) of the axle differential gear (5),
dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsaggregat (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen ausgeführt ist, wobei  characterized in that the drive unit (3) is designed according to one of the preceding claims, wherein
die Abtriebswelle (7) des Antriebsaggregats (3) so angeordnet ist, dass sie zumindest im Einbauzustand des Antriebsstrangs (3) im gleichen Maße bezüglich der Fahrzeuglängsachse seitlich versetzt ist, wie die Eingangswelle (5A) des Achsdifferentialgetriebes (5).  the output shaft (7) of the drive unit (3) is arranged in such a way that, at least in the installed state of the drive train (3), it is laterally offset to the same extent with respect to the vehicle longitudinal axis as the input shaft (5A) of the axle differential gear (5).
10. Antriebsstrang nach Anspruch 9, wobei das Achsdifferentialgetriebe (5) und das Antriebsaggregats (3) so angeordnet sind, dass sich zumindest im Einbauzustand des Antriebsstrangs die Abtriebswelle (7) des Antriebsaggregats (3) und die Eingangswelle (5A) des Achsdifferentialgetriebes (5) auf derselben Höhe befinden. 10. The drive train according to claim 9, wherein the axle differential gear (5) and the drive unit (3) are arranged such that the output shaft (7) of the drive unit (3) and the input shaft (5A) of the axle differential gear (5 ) are at the same height.
11. Verfahren zum Durchführen eines Schaltvorgangs eines Antriebsaggregats (3) nach Anspruch 7 oder 8, bei dem eines der Teilgetriebe (10A, 10B) des Summiergetriebes (10) des Antriebsaggregats (3) in einen Zielgang geschaltet wird, wobei 11. A method for performing a switching operation of a drive unit (3) according to claim 7 or 8, wherein one of the sub-transmissions (10A, 10B) of the summing gear (10) of the drive unit (3) is switched to a target gear, wherein
• diejenige E-Maschinen (8, 9), deren Teilgetriebe (10A, 10B) nicht geschaltet werden soll, so elektrisch bestromt wird, dass diese ein im Vergleich zu vorher erhöhtes Drehmoment erzeugt, und  • The electric machines (8, 9), the partial transmission (10A, 10B) of which is not to be shifted, are energized electrically so that they generate a higher torque than previously, and
• diejenige E-Maschinen (8, 9), deren Teilgetriebe (10A, 10B) geschaltet werden soll, so elektrisch bestromt wird, dass diese ein im Vergleich zu vorher verringertes Drehmoment erzeugt, insbesondere kein Drehmoment erzeugt, und • The electric machine (8, 9), the partial transmission (10A, 10B) of which is to be shifted, is energized electrically so that it generates a torque which is reduced in comparison to that previously generated, in particular does not generate any torque, and
• das Teilgetriebe (10A, 10B), das geschaltet werden soll, in eine Neutralstellung geschaltet wird, in der dieses Teilgetriebe (10A, 10B) kein Drehmoment zwischen der zugehörigen E-Maschine (8, 9) und der Abtriebswelle (7) des Summiergetriebes (10) überträgt, und • The sub-transmission (10A, 10B) to be shifted is switched to a neutral position in which this sub-transmission (10A, 10B) has no torque between the associated electric machine (8, 9) and the output shaft (7) of the summation transmission (10) transmits, and
• diejenige E-Maschine (8, 9), deren Teilgetriebe (10A, 10B) geschaltet werden soll, so elektrisch bestromt wird, dass sich deren Drehzahl zu einer Zieldrehzahl verändert,  The electric machine (8, 9) whose partial transmission (10A, 10B) is to be shifted is energized electrically so that its speed changes to a target speed,
wobei bei der Zieldrehzahl ein Drehzahlverhältnis zwischen der Abtriebswelle (7) des Summiergetriebes (10) und der Drehzahl der E-Maschine (8, 9) desje- nigen Teilgetriebes (10A, 10B), das geschaltet werden soll, dem Übersetzungsverhältnis dieses Teilgetriebes (10A, 10B) im Zielgang entspricht, und • das Teilgetriebes (10A, 10B), das geschaltet werden soll, aus der Neutralstellung in den Zielgang geschaltet wird. a speed ratio between the output shaft (7) of the summing gear (10) and the speed of the electric machine (8, 9) depending on the target speed. few sub-transmission (10A, 10B) to be shifted corresponds to the gear ratio of this sub-transmission (10A, 10B) in the target gear, and • the sub-transmission (10A, 10B) to be shifted is switched from the neutral position to the target gear.
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