WO2022152447A1

WO2022152447A1 - Getriebe und antriebsvorrichtung für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes fahrzeug

Info

Publication number: WO2022152447A1
Application number: PCT/EP2021/083438
Authority: WO
Inventors: Peter Ziemer
Original assignee: Zf Friedrichshafen Ag
Priority date: 2021-01-15
Filing date: 2021-11-30
Publication date: 2022-07-21
Also published as: DE102021200352A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe (2) für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug (1), umfassend eine erste Antriebswelle (5a) und mindestens eine zweite Antriebswelle (5b), wobei die erste Antriebswelle (5a) mit einem ersten Zahnrad (8a) einer Stirnradstufe (7) drehfest verbunden ist und die zweite Antriebswelle (5b) mit einem zweiten Zahnrad (8b) der Stirnradstufe (7) drehfest verbunden ist, wobei die erste Antriebswelle (5a) dazu eingerichtet ist, mit einer ersten elektrischen Maschine (3a) wirkverbunden zu sein, und die zweite Antriebswelle (5b) dazu eingerichtet ist, mit einer zweiten elektrischen Maschine (3b) wirkverbunden zu sein, wobei die beiden Zahnräder (8a, 8b) mit einem koaxial zu einer Radnabenachse (6) angeordneten Summenstirnrad (9) der Stirnradstufe (7) in Zahneingriff stehen, und wobei die beiden Antriebswellen (5a, 5b) achsparallel zur Radnabenachse (6) angeordnet und zumindest über die gemeinsame Stirnradstufe (7) mit mindestens einer Abtriebswelle (4) antriebswirksam verbunden sind. Ferner betrifft die Erfindung eine Antriebsvorrichtung (18) für ein solches Fahrzeug (1) sowie ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug (1) jeweils mit einem solchen Getriebe (2).

Description

Getriebe und Antriebsvorrichtunq für ein zumindest teilweise elektrisch anqetriebenes Fahrzeug

Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung eine Antriebsvorrichtung für ein solches Fahrzeug sowie ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einer solchen Antriebsvorrichtung oder einem solchen Getriebe.

Aus der EP 2 821 671 A1 geht ein Radnabenantrieb mit zwei koaxial zur Radnabe angeordneten elektrischen Maschinen hervor, wobei die beiden elektrischen Maschinen über zwei gekoppelte Planetenradsätze, die zwei Betriebszustände ermöglichen, direkt oder über einen Reduzierplanetenradsatz mit einem Rad wirksam verbunden sind. Die beiden gekoppelten Planetenradsätze bestehen aus einem Einzelplanetenradsatz und einen Doppelplanetenradsatz, wobei deren Sonnenräder gekoppelt und mit der ersten elektrischen Maschine verbunden sind. Ein Planetenträger des Einzelplanetenradsatzes ist über eine Bremse oder einen Bremsenfreilauf zumindest in eine Richtung festsetzbar, wobei ein Hohlrad des Einzelplanetenradsatzes mit einem Planetenträger des Doppelplanetenträger gekoppelt und mit der zweiten elektrischen Maschine verbunden ist. Ein Hohlrad des Doppelplanetenradsatzes ist mit dem Abtrieb verbunden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein einfaches und effizientes Getriebe sowie eine bauraumökonomische Antriebsvorrichtung für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Fahrzeug bereitzustellen. Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche, der folgenden Beschreibung sowie der Figuren.

Ein erfindungsgemäßes Getriebe für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug umfasst eine erste Antriebswelle und mindestens eine zweite Antriebswelle, wobei die erste Antriebswelle mit einem ersten Zahnrad einer Stirnradstufe drehfest verbunden ist und eine zweite Antriebswelle mit einem zweiten Zahnrad der Stirnradstufe drehfest verbunden ist, wobei die erste Antriebswelle dazu eingerichtet ist, mit einer ersten elektrischen Maschine wirkverbunden zu sein, und die zweite Antriebswelle dazu eingerichtet ist, mit einer zweiten elektrischen Maschine wirkverbunden zu sein, wobei die beiden Zahnräder mit einem koaxial zu einer Radnabenachse angeordneten Summenstirnrad der Stirnradstufe in Zahneingriff stehen, und wobei die beiden Antriebswellen achsparallel zur Radnabenachse angeordnet und zumindest über die gemeinsame Stirnradstufe mit mindestens einer Abtriebswelle antriebswirksam verbunden sind. Mit anderen Worten ist das Getriebe Teil einer Multimotortopologie, bei der jede Antriebswelle mit einer dazugehörigen elektrischen Maschine antriebswirksam, also mechanisch, verbunden ist, wobei die elektrischen Maschinen je nach Betriebssituation und/oder Betriebsstrategie des Fahrzeugs einzeln oder in Kombination eine Antriebsleistung mit einer bestimmten Übersetzung auf die jeweilige Abtriebswelle übertragen können. Durch Aufteilung auf mehrere elektrische Maschinen erhöht sich je nach Betriebspunkt des Fahrzeugs der Teillastfaktor an der jeweiligen antreibenden elektrischen Maschine, wodurch der Gesamtwirkungsgrad des Getriebes als Gesamtsystem optimiert wird.

Die jeweilige elektrische Maschine besteht zumindest aus einem drehfesten Stator und einem drehbar gelagerten Rotor, der in einem motorischen Betrieb dazu eingerichtet ist, elektrische Energie in mechanische Energie in Form von Drehzahl und Drehmoment zu wandeln, sowie in einem generatorischen Betrieb mechanische Energie in elektrische Energie in Form von Strom und Spannung zu wandeln.

Die Antriebswellen sind als Rotorwellen zu verstehen, die bevorzugt einteilig mit dem relativ zu dem gehäusefesten Stator der jeweiligen elektrischen Maschine rotierbaren Rotor verbunden sind. Auch eine mehrteilige Verbindung zum Beispiel über einen Reduzierplanetenradsatz ist denkbar. Jede Antriebswelle ist drehfest mit dem dazugehörigen Zahnrad verbunden sowie koaxial dazu angeordnet. Das parallel dazu angeordnete Summenstirnrad kann je nach Ausgestaltung des Getriebes direkt oder zumindest mittelbar über eine Zwischenwelle drehfest mit der jeweiligen Abtriebswelle verbunden sein. Jedoch ist auch denkbar, dass zwischen dem Sum- menstirnrad und der jeweilige Abtriebswelle weitere Getriebekomponenten wirksam angeordnet sind. Die jeweilige Antriebswelle dient in einem Rotorbetrieb als Ausgangswelle der jeweiligen elektrischen Maschine. Die beiden Antriebswellen sind parallel zueinander ausgerichtet, sodass auch die Zahnräder der Stirnradstufe parallel zueinander angeordnet sind. Die jeweilige Antriebswelle ist in einem Rotorbetrieb der elektrischen Maschine Eingangswelle der Stirnradstufe. Im Rotorbetrieb der jeweiligen elektrischen Maschine wird beispielsweise von einem Energiespeicher, insbesondere einer Batterie, elektrische Energie in die jeweilige elektrische Maschine gespeist, die resultierend eine Rotation des Rotors bzw. der Rotorwelle zur Erzeugung einer Antriebsleistung bewirkt, wobei die Antriebsleistung zum Drehantrieb des jeweiligen Zahnrades vorgesehen ist. Die jeweilige Abtriebswelle der Antriebsvorrichtung fungiert als Ausgangswelle des Getriebes und überträgt die Antriebsleistung auf ein zumindest mittelbar mit der jeweiligen Abtriebswelle antriebstechnisch verbundenes Rad des Fahrzeugs. Die jeweilige Abtriebswelle ist koaxial zur Radnabenachse angeordnet. Über die jeweilige Abtriebswelle wird somit wenigstens ein Rad des Fahrzeugs durch die mit den antriebstechnisch damit verbundenen elektrischen Maschinen erzeugte sowie durch die zumindest mit der Stirnradstufe aufsummierte und gegebenenfalls gewandelte Antriebsleistung zumindest mittelbar drehangetrieben.

In einem Generatorbetrieb der jeweiligen elektrischen Maschine fungiert die jeweilige antriebstechnisch damit verbundene Abtriebswelle als Eingangswelle des Getriebes, wohingegen die Antriebswelle bzw. Rotorwelle der jeweiligen elektrischen Maschine dementsprechend als Ausgangswelle des Getriebes ausgebildet ist. Eine Antriebsleistung des Fahrzeugs wird über die Zahnräder der Stirnradstufe in die dazugehörige elektrische Maschine geleitet, sodass mit der jeweiligen elektrischen Maschine elektrische Energie erzeugt wird, die in eine Batterie zur Speicherung eingespeist werden kann. Im Generatorbetrieb wird die Leistung beispielsweise aus einem oder mehreren sich drehenden Rädern des Fahrzeugs über die Stirnradstufe auf die Antriebswellen aufgeteilt und in die elektrischen Maschinen eingeleitet. Es kann eine Batterie vorgesehen sein, die im Rotorbetrieb die elektrischen Maschinen mit elektrischer Energie speist bzw. im Generatorbetrieb elektrische Energie speichert. Ferner kann für jede elektrische Maschine eine separate Batterie vorgesehen sein, die im Rotorbetrieb die jeweilige elektrische Maschine mit elektrischer Energie speist bzw. im Generatorbetrieb elektrische Energie speichert. Die elektrischen Maschinen sind vorzugsweise hochdrehend ausgeführt und bevorzugt von einer Leistungselektronik steuer- bzw. regelbar. Die elektrischen Maschinen können grundsätzlich mit einer beliebigen Dauerleistung und/oder einem beliebigen Maximaldrehmoment ausgebildet sein. Dabei ist denkbar, dass die jeweilige elektrische Maschine in nur eine Drehrichtung antreibbar ist, wobei auch eine sowohl in eine erste Drehrichtung als auch in eine zweite Drehrichtung drehantreibbare elektrische Maschine möglich ist, um beispielsweise eine Rückwärtsfahrt des Fahrzeugs zu realisieren. Die elektrischen Maschinen können sowohl identisch als auch unterschiedlich ausgebildet sein, wobei je mehr elektrische Maschinen vorgesehen sind, desto kleiner können sie jeweils ausgebildet werden, um auf die erforderliche Gesamtleistung der Antriebsvorrichtung zu gelangen. Zudem wird ein Wirkungsgrad jeder elektrischen Maschine erhöht.

In Rahmen dieser Erfindung ist unter dem Begriff „zumindest mittelbar“ zu verstehen, dass zwei Bauteile über mindestens ein weiteres Bauteil, das zwischen den beiden Bauteilen angeordnet ist, miteinander (wirk-)verbunden sind oder direkt und somit unmittelbar miteinander verbunden sind. Mithin können zwischen der Stirnradstufe und der jeweiligen Abtriebswelle weitere Getriebeteile, insbesondere Wellen oder Übersetzungsstufen angeordnet sein, die die von der jeweiligen elektrischen Maschine eingeleitete Antriebsleistung wandeln und auf die jeweilige damit wirkverbundene Abtriebswelle übertragen können. Somit ist unter einer Wirkverbindung bzw. einer antriebswirksamen Verbindung zu verstehen, dass zwei Elemente oder Bauteile unmittelbar, also direkt miteinander verbunden sind, oder zumindest mittelbar über mindestens ein weiteres dazwischen angeordnetes Element oder Bauteile miteinander verbunden sind.

Unter einer Welle, sei es eine Antriebswelle, eine Zwischenwelle, eine Abtriebswelle oder dergleichen, ist im Sinne der Erfindung ein rotierbares Bauteil des Getriebes o- der der Antriebsvorrichtung zum Übertragen von Drehmomenten zu verstehen, über welches je zugehörige Komponenten drehfest miteinander verbunden sind. Vorzugsweise sind die elektrischen Maschinen zusammen mit dem Getriebe in einem gemeinsamen Getriebegehäuse angeordnet. Durch die Anordnung mehrerer elektrischer Maschinen in einem gemeinsamen Hauptgehäuse können die elektrischen Maschinen vergleichsweise klein, das heißt mit kleinem Durchmesser ausgebildet sein, sodass in der Folge eine höhere Maschinendrehzahl bzw. eine Rotorumfangsgeschwindigkeit der jeweiligen elektrischen Maschine realisierbar ist. Je größer die Anzahl der elektrischen Maschinen in der Getriebeanordnung, desto besser kann zudem ein Drehmomentverlust aufgrund des vergleichsweise geringeren Maschinendurchmessers kompensiert werden. Die elektrischen Maschinen können dabei identisch, das heißt in gleicher Größe, Leistung, Bauart und/oder mit gleichem Verlustkennfeld ausgebildet sein. Alternativ ist denkbar, dass die elektrischen Maschinen je nach Anforderung an die Getriebeanordnung unterschiedliche Leistungen, erforderliche Bauraumvolumen, Bauarten und/oder Verlustkennfelder aufweisen. Die elektrischen Maschinen können insbesondere eine Leistung zwischen 1 Kilowatt (kW) und 36 kW aufweisen. Auch eine höhere Leistung ist je nach Anwendungsfall, Anforderung und/oder Größe des Fahrzeugs möglich. Durch eine geeignete Kombination von elektrischen Maschinen mit unterschiedlichen Leistungen kann ein breites Spektrum von Betriebszuständen abgedeckt werden, bei denen die jeweilige elektrische Maschine oder, wenn mehrere elektrische Maschinen miteinander kombiniert werden, die elektrischen Maschinen jeweils mit einem möglichst hohen Wirkungsgrad betrieben werden.

Mittels der Stirnradstufe, umfassend wenigstens das Summenstirnrad sowie die damit in Zahneingriff stehenden Zahnräder, wird die Antriebsleistung der jeweiligen elektrischen Maschine zumindest mittelbar auf die jeweilige Abtriebswelle übertragen. Ferner ist durch die Stirnradstufe ein Übersetzungsverhältnis einstellbar, die die Gesamtübersetzung des Getriebes erhöht.

Vorzugsweise ist im Leistungsfluss zwischen der Stirnradstufe und der Abtriebswelle ein Planetengetriebe mit mindestens einem Planetenradsatz angeordnet. In einem Rotorbetrieb ist das Planetengetriebe somit der Stirnradstufe nachgeschaltet, wobei mittels des Planetengetriebes eine Gesamtübersetzung des Antriebs erhöht wird. Der jeweilige Planetenradsatz weist bevorzugt ein gehäusefestes Hohlrad, ein zumindest mittelbar mit dem Summenstirnrad der Stirnradstufe verbundenes Sonnenrad sowie mehrere dazwischen angeordnete und an einem Planetenträger drehbar gelagerte Planetenräder auf, wobei die Planetenräder sowohl mit dem Hohlrad als auch mit dem Sonnenrad in Zahneingriff stehen. Der Planetenträger ist zumindest mittelbar mit der jeweiligen Abtriebswelle verbunden.

Ferner bevorzugt ist das Planetengetriebe ein Reduzierplanetengetriebe. Damit ist der jeweilige Planeten radsatz ein Reduzierplanetenradsatz. Mittels des Reduzierplanetengetriebes bzw. des jeweiligen Reduzierplanetenradsatzes wird eine Drehzahl der hochdrehenden elektrischen Maschinen, die am Getriebeeingang anliegt auf eine relativ dazu geringere Drehzahl reduziert, die auf die jeweilige Abtriebswelle übertragen wird. Die Abtriebswelle ist zumindest mittelbar mit dem Getriebeausgang antriebswirksam verbunden.

Bevorzugt sind das Summenstirnrad und das Sonnenrad des Planeten radsatzes über eine Zwischenwelle miteinander verbunden. Mittels der Zwischenwelle wird eine drehfest Verbindung zwischen dem Sonnenrad des Planetenradsatzes und dem Summenstirnrad der Stirnradstufe realisiert. Vorzugsweise ist die Zwischenwelle als Hohlwelle ausgebildet, wobei die jeweilige Abtriebswelle zumindest teilweise innerhalb der Zwischenwelle angeordnet ist. Mit anderen Worten ist die Zwischenwelle relativ zur Abtriebswelle, oder umgekehrt, drehbar gelagert.

Nach einem Ausführungsbeispiel umfasst das Planetengetriebe zwei Planetenradsätze, wobei jeder Planetenradsatz je ein gehäusefestes Hohlrad, ein Sonnenrad sowie mehrere dazwischen angeordnete und an einem Planetenträger drehbar gelagerte Planetenräder aufweist. Je mehr Planetenradsätze hintereinander in Reihe geschaltet sind, desto höhere Gesamtübersetzungen sind mit dem Getriebe erreichbar.

Vorzugsweise umfasst das Getriebe eine Bremse, die dazu eingerichtet ist, das Sum- menstirnrad oder die Abtriebswelle festzusetzen. Unter der Bremse ist insbesondere eine Betriebsbremse zu verstehen, die dazu vorgesehen, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu reduzieren. Mithin umfasst das Festsetzen des Summenstirnrades bzw. der Abtriebswelle ein Abbremsen, sofern das Summenstirnrad bzw. die Abtriebswelle rotiert. Mittels der Bremse wird eine Rotationsbewegung wenigstens eines Bauteils des Getriebes, insbesondere des Summenstirnrades oder der Abtriebswelle, reduziert bzw. abgebremst oder blockiert. Unter einem Abbremsen der Rotationsbewegung ist eine Reduzierung der Drehzahl des jeweiligen Bauteils zu verstehen. Die Bremse kann als Scheibenbremse ausgebildet sein, wobei ein Ring oder eine Scheibe drehtest mit dem Summenstirnrad oder der Abtriebswelle verbunden ist, wobei über vorzugsweise zwei gegeneinander axial verschiebbare Reibpartner, insbesondere Bremsklötze, bei Betätigung der Bremse ein Reibschluss zwischen einem gehäusefesten Bauteil und dem Summenstirnrad bzw. der Abtriebswelle erzeugbar ist. Als gehäusefestes Bauteil ist das Fahrwerk des Fahrzeugs zu verstehen, wobei zwischen dem Fahrwerk und dem Reibpartner auch noch weitere gehäusefeste Bauteile angeordnet sein können. In diesem Sinn ist die Bremse zumindest mittelbar zwischen dem Fahrwerk und dem Summenstirnrad oder zumindest mittelbar zwischen dem Fahrwerk und der Abtriebswelle angeordnet.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst das Getriebe ferner eine dritte Antriebswelle mit einem drehfest damit verbundenen dritten Zahnrad der Stirnradstufe, wobei die dritte Antriebswelle dazu eingerichtet ist, mit einer dritten elektrischen Maschine wirkverbunden zu sein, und wobei das dritte Zahnrad mit dem Sum- menstirnrad in Zahneingriff steht. Anders gesagt werden die Antriebsleistungen aller drei elektrischer Maschinen über das Summenstirnrad zusammengefasst und zumindest mittelbar auf die jeweilige Abtriebswelle übertragen.

Vorzugsweise umfasst das Getriebe eine vierte Antriebswelle mit einem drehfest damit verbundenen vierten Zahnrad der Stirnradstufe, wobei die vierte Antriebswelle dazu eingerichtet ist, mit einer vierten elektrischen Maschine wirkverbunden zu sein, und wobei das vierte Zahnrad mit dem Summenstirnrad in Zahneingriff steht. Mit anderen Worten werden die Antriebsleistungen aller vier elektrischer Maschinen über das Summenstirnrad zusammengefasst und zumindest mittelbar auf die jeweilige Abtriebswelle übertragen. Eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug umfasst wenigstens zwei elektrische Maschinen, die über ein Getriebe gemäß der vorher beschriebenen Art eine jeweilige Antriebsleistung auf mindestens eine Abtriebswelle übertragen. Ein erfindungsgemäßes zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug umfasst wenigstens ein solches Getriebe gemäß der vorher beschriebenen Art. Bei dem Fahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Automobil (z.B. ein Personenkraftfahrwagen mit einem Gewicht von weniger als 3,5 t), Bus oder Lastkraftwagen (Bus und Lastkraftwagen z. B. mit einem Gewicht von über 3,5 t).

Vorzugsweise ist das jeweilige Getriebe in einer Radnabe eines Rades des Fahrzeugs integriert. In diesem Fall weist das jeweilige Getriebe lediglich eine Abtriebswelle auf, die zumindest mittelbar mit einer Felge oder einem Reifen des jeweiligen Rades drehfest verbunden und koaxial zur Radnabenachse angeordnet ist. Durch Ausbildung von Radnabenmotoren bzw. -antrieben können getrennte Systeme für die linke und rechte Fahrzeugseite und/oder für die Vorder- und Hinterachse des Fahrzeugs, insbesondere für jedes Rad im Sinne eines Allradantriebes individuell bereitgestellt werden. Dadurch ist ein sogenanntes Torque Vectoring möglich, bei dem jedes Rad einzeln mit einem positiven oder negativen Drehmoment beaufschlagt werden kann, sodass die Fahrsicherheit des Fahrzeugs erhöht wird. Zudem können Teillastzustände weiter optimiert werden, beispielsweise indem die Räder nur einer Achse angetrieben werden, während die Räder der jeweils anderen Achse lastfrei mitgedreht werden.

Vorzugsweise ist die Antriebsleitung wenigstens der ersten elektrischen Maschine regelbar, wobei mindestens die zweite elektrische Maschine jeweils wahlweise aktivierbar oder deaktivierbar ausgeführt ist. Die jeweilige wahlweise aktivierbare oder deaktivierbare elektrische Maschine erzeugt im abgeschalteten bzw. deaktivierten Zustand keine Antriebsleistung. Im angeschalteten, aktivierten Zustand überträgt die zweite elektrische Maschine ihre maximal mögliche Antriebsleistung. Mithin läuft sie im aktivierten Zustand unter Volllast bzw. im Volllastbetrieb. Natürlich ist auch die regelbare erste elektrischen Maschine wahlweise aktivierbar oder deaktivierbar ausge- führt, jedoch ist eine Antriebsleistung der ersten elektrischen Maschine zwischen einer Nulllast und einer Volllast beliebig einstellbar oder von einem Steuerungssystem regelbar. Dadurch ist insbesondere ein Betrieb der jeweiligen wahlweise aktivierbaren oder deaktivierbaren elektrischen Maschine jeweils im wirkungsgradgünstigen Volllastbereich möglich. Jede elektrische Maschine weist je nach Bauart vorzugsweise ein separates Wirkungsgradkennfeld auf, wobei für jeden Betriebspunkt der jeweiligen elektrischen Maschine ein jeweiliger Wirkungsgrad vorliegt. Wenn mehrere oder alle elektrische Maschinen gemeinsam zum Antrieb des Fahrzeugs beitragen bzw. ein Drehmoment an den Abtrieb übertragen, liegt ferner wenigstens ein weiteres Wirkungsgradkennfeld vor, das einen jeweiligen Wirkungsgrad der Getriebeanordnung zu jedem beliebigen Betriebspunkt des Fahrzeugs angibt. Bei unterschiedlich ausgebildeten elektrischen Maschinen kann dies, je nach Kombination der elektrischen Maschinen miteinander, jeweils zu unterschiedlichen Wirkungsgradkennfeldern und entsprechenden Wirkungsgraden für den jeweiligen Betriebspunkt führen. Durch geeignete Schaltung bzw. Deaktivierung oder Aktivierung lassen sich insbesondere die wahlweise aktivierbaren oder deaktivierbaren elektrischen Maschinen stets in einem wirkungsgradgünstigen Volllastbereich betreiben.

Am Beispiel eines Fahrzeugs mit einem Antrieb mittels sechs elektrischen Maschinen, wobei zwei elektrische Maschinen in ihrer erzeugbaren Antriebsleistung regelbar sind und die jeweils anderen elektrischen Maschinen ungeregelt ausgeführt sind, also lediglich wahlweise aktivierbar oder deaktivierbar bzw. an- oder abgeschaltet werden können, kann ein Antrieb des Fahrzeugs wie nachfolgend beschrieben erfolgen:

Mit einer ersten und zweiten regelbaren elektrischen Maschine, die gemeinsam beispielsweise eine Antriebsleistung von 6kW erreichen, kann im stationären Betrieb, also bei Dauerlast, eine Geschwindigkeitsbereich von 0 bis 60 km/h des Fahrzeugs abgedeckt werden. In einem Geschwindigkeitsbereich zwischen 60 km/h und 90 km/h können zusätzlich eine erste und zweite unregelbare elektrische Maschine, die gemeinsam ebenfalls eine Leistung von 6KW erreichen können, hinzugeschaltet, also in Volllast betrieben werden, wobei durch entsprechende Regelung der regelba- ren elektrischen Maschinen eine Geschwindigkeit zwischen 60 km/h und 90km/h einstellbar ist. Die beiden nicht regelbaren elektrischen Maschinen laufen währenddessen unter Volllast. In einem Geschwindigkeitsbereich zwischen 90 km/h und 120km/h können die dritte und vierte unregelbare elektrische Maschine, die gemeinsam ebenfalls eine Leistung von 6KW erreichen können, hinzugeschaltet, also in Volllast betrieben werden, wobei durch entsprechende Regelung der regelbaren elektrischen Maschinen eine Geschwindigkeit zwischen 90 km/h und 120 km/h einstellbar ist. Die vier unregelbaren elektrischen Maschinen laufen währenddessen unter Volllast.

Mittels der regelbaren elektrischen Maschinen lässt sich beim Anfahren, Beschleunigen und/oder Bergfahrten des Fahrzeugs zudem die jeweilige erforderliche Leistung analog stufenlos einstellen, wobei die unregelbaren elektrischen Maschinen jeweils wahlweise hinzu- oder abgeschaltet werden können. Die Steuerung und Regelung bzw. das An- oder Abschalten jeder elektrischen Maschine erfolgt mittels einer Leistungselektronik, die dazu auf Motorkenndaten bzw. Motorkennfelder und weitere Verlustdaten des Fahrzeugs zurückgreifen kann.

Beispielsweise in einem Kriechbetrieb kann es von Vorteil sein, wenn nur eine regelbare elektrische Maschine betrieben wird bzw. eine Antriebsleistung erzeugt, wobei alle anderen elektrischen Maschinen, egal ob regelbar oder unregelbar, deaktiviert sind bzw. keine Antriebsleistung erzeugen. Dadurch kann das Fahrzeug nur über eine einzige elektrische Maschine in einem einzigem Rad angetrieben werden, weshalb weniger Energie verbraucht wird als beispielsweise bei einem Kriechbetrieb, bei dem in jedem Rad eine oder mehrere regelbare elektrischen Maschinen mit einer jeweils geringeren Einzelleistung, das heißt mit einem schlechteren Gesamtwirkungsgrad des Antriebs angetrieben wird bzw. werden.

Vorzugsweise ist die ungeregelt ausgeführte bzw. nicht regelbare elektrische Maschine zweistufig ansteuerbar. Unter einer zweistufigen Ansteuerung ist zu verstehen, dass die nicht regelbare elektrische Maschine in zwei Stufen, das heißt mit einer ersten Bestromungsleistung und mit einer zweiten Bestromungsleistung bestrombar ist. Die erste Bestromungsleistung in der ersten Stufe kann für einen Dauerbetrieb der ungeregelten elektrischen Maschine vorgesehen sein, der bauteilschonend und wirkungsgradoptimiert ist. Insbesondere wird ein Überhitzen vermieden. In der zweiten Stufe mit der zweiten Bestromungsleistung kann eine kurzzeitige sogenannte Überströmung an der elektrischen Maschine erfolgen, bei der eine die Maximalspannung übersteigende Spannung erzeugt wird. Dies kann folglich für einen Kurzbetrieb vorgesehen sein, beispielsweise wenn für einen Beschleunigungsvorgang eine temporär höhere Spannung, das heißt eine kurzzeitig höhere Antriebsleistung der jeweiligen elektrischen Maschine gefordert ist. Dabei wird sichergestellt, dass ein Überhitzen der jeweiligen elektrischen Maschine nicht oder nur kurzzeitig erfolgt.

Vorzugsweise ist die jeweilige regelbare elektrische Maschine als permanenterregter Elektromotor ausgebildet. Gegenüber Asynchronmotoren weisen permanenterregte Elektromotoren einen höheren Wirkungsgrad auf. Demgegenüber ist die jeweilige unregelbare bzw. nicht regelbare bzw. wahlweise aktivierbare oder deaktivierbare elektrische Maschine als Asynchronmotor ausgebildet. Asynchronmotoren weisen gegenüber permanenterregten Elektromotoren niedrigere Schleppmomente auf, sodass Verlustleistungen minimiert werden.

Die obigen Definitionen sowie Ausführungen zu technischen Effekten, Vorteilen und vorteilhaften Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Getriebes gelten sinngemäß ebenfalls für die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung sowie für das erfindungsgemäße zumindest teilweise elektrisch angetriebene Fahrzeug, und umgekehrt. Es versteht sich, dass Merkmale der vorstehend bzw. in den Ansprüchen und/oder Figuren beschriebenen Lösungen ggf. auch kombiniert werden können, um die vorliegend erzielbaren Vorteile und Effekte kumuliert umsetzen zu können.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt

Fig. 1 eine schematische Draufsicht eines Fahrzeugs mit zwei erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtungen mit jeweils einem erfindungsgemäßen Getriebe gemäß einer ersten Ausführungsform, Fig. 2 eine schematische Querschnittdarstellung der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß Fig. 1 ,

Fig. 3 eine schematische Längsschnittdarstellung der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß Fig. 1 und Fig. 2,

Fig. 4 eine schematische Längsschnittdarstellung der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 5 eine schematische Querschnittdarstellung der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform, und

Fig. 6 eine schematische Querschnittdarstellung der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform.

Fig. 1 zeigt ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug 1 mit zwei Achsen 19a, 19b, wobei jede Achse 19a, 19b zwei Räder 17 aufweist, in dem jeweils eine Antriebsvorrich- tung 18 mit einem Getriebe 2 integriert ist. Damit ist jedes Rad 17 als sogenannter Radnabenmotor oder Radnabenantrieb ausgebildet. Die Ausbildung der jeweiligen Antriebsvorrichtung 18 ist in Fig. 2 bis Fig. 6 anhand von vier exemplarischen Ausführungsbeispielen detailliert beschrieben. In diesen Figuren ist jedoch jeweils nur ein exemplarisches Rad 17 dargestellt. Das andere Rad 17 der ersten Achse 19a ist identisch ausgebildet. Es ist auch denkbar, dass alle Räder 17 des Fahrzeugs 1 eine darin integrierte Antriebsvorrichtung 18 mit einem solchen Getriebe 2 aufweisen, sodass ein Allradantrieb realisierbar ist.

Nach dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 und Fig. 3 umfasst die als Radnabenmotor ausgebildete Antriebsvorrichtung 18 ein Getriebe 2 sowie eine erste elektrische Maschine 3a und eine zweite elektrische Maschine 3b, die jeweils einen ortsfesten Stator 20 und einen drehbar dazu angeordneten Rotor 21 aufweisen. Der Rotor 21 der jeweiligen elektrischen Maschine 3a, 3b ist mit einer jeweiligen Antriebswelle 5a, 5b einteilig verbunden, die somit als Rotorwelle zu verstehen ist. Die erste elektrische Maschine 3a ist vorliegend als permanenterregter Elektromotor ausgebildet und ist in der erzeugbaren Antriebsleistung zwischen einer Minimalleistung, vorliegend einer Leistung von 0, sowie einer Maximalleistung regelbar. Die zweite elektrische Maschine 3b ist als Asynchronmotor ausgebildet und nicht regelbar ausgeführt. Das heißt dass die zweite elektrische Maschine 3b lediglich wahlweise aktivierbar oder deaktivierbar ist und im aktivierten Zustand unter Volllast läuft.

Gemäß Fig. 3 ist die erste Antriebswelle 5a drehfest mit einem ersten Zahnrad 8a einer Stirnradstufe 7 verbunden, wobei die zweite Antriebswelle 5b drehfest mit einem zweiten Zahnrad 8b der Stirnradstufe 7 verbunden ist, wobei beide Zahnräder 8a, 8b mit einem gemeinsamen Summenstimrad 9 der Stirnradstufe 7 in Zahneingriff stehen. Die Zahnräder 8a, 8b sind parallel zu einer Radnabenachse 6 angeordnet, wobei das Summenstirnrad 9 koaxial zur Radnabenachse 6 angeordnet ist. Das Sum- menstirnrad 9 ist zum einen drehfest mit einer Bremsscheibe 22 einer Bremse 16 verbunden, die dazu eingerichtet ist, eine Rotationsbewegung des Summenstirnrades 9 abzubremsen oder zu blockieren. Dazu weist die Bremse 16 ferner einen in Fig. 2 gezeigten Bremssattel 23 auf, in dem beispielsweise zwei - hier nicht gezeigte - axial gegeneinander verlagerbare Bremsklötze angeordnet sein können, die bei Betätigung der Bremse 16 an der Bremsscheibe 22 zur Anlage kommen und dadurch einen Reibschluss zwischen der Bremsscheibe 22 und den in Umfangsrichtung unbeweglichen Bremsklötzen erzeugen. Die Bremse 16 ist vorliegend im Radnabenantrieb bzw. in einem Gehäuse 26 der Antriebsvorrichtung 18 integriert und ist somit wartungsfreundlich sowie flüssigkühlbar ausgeführt.

Zum anderen ist das Summenstimrad 9 einteilig mit einer Zwischenwelle 15 verbunden, die eine Antriebsleistung in ein Planetengetriebe 10 mit einem einzigen Planetenradsatz 24a überträgt. Das Planetengetriebe 10 ist im Leistungsfluss zwischen der Stirnradstufe 7 und der Abtriebswelle 4 angeordnet. Vorliegend ist das Summenstirn- rad 9 an einer axial gegenüberliegenden Seite der Zwischenwelle 15 mit einem Sonnenrad 11 des Planetenradsatzes 24a drehfest verbunden. Das Planetengetriebe 10 ist ein Reduzierplanetengetriebe, wobei der Planetenradsatz 24 des Planetengetriebes 10 das Sonnenrad 11 , ein gehäusefestes Hohlrad 12 sowie mehrere an einem Planetenträger 13 drehbar gelagerte Planentenräder 14 aufweist, die mit dem Sonnenrad 11 und dem Hohlrad 12 in Zahneingriff stehen. Das Planetengetriebe 10 ist ausgangsseitig über den Planetenträger 13 mit einer Abtriebswelle 4 verbunden, die das Rad 17 antreibt. Vorliegend ist die Abtriebswelle 4 mit einer Felge 27 des Rades 17 drehfest verbunden, die über eine Lagerung 25 drehbar gegenüber einem Gehäuse 26 der Antriebsvorrichtung 18 gelagert ist. Mithin sind die elektrischen Maschinen 3a, 3b über die Stirnradstufe 7 und das Planetengetriebe 10 mit der Abtriebswelle 4 antriebswirksam verbunden. Die Zwischenwelle 15 ist vorliegend als Hohlwelle ausgebildet, sodass die Abtriebswelle 4 innerhalb der Zwischenwelle 15 angeordnet ist.

Vorliegend sind die beiden elektrischen Maschinen 3a, 3b hinsichtlich ihrer Dauerleistung identisch. Beispielhaft kann jede elektrische Maschine 3a, 3b mit maximal 3 kW angetrieben werden. In einem Fährbetrieb des Fahrzeugs 1 kann zunächst die regelbare erste elektrische Maschine 3a aktiviert und das Fahrzeug 1 beschleunigen, wobei das Fahrzeug 1 beispielsweise zwischen 0 km/h und 30 km/h beliebig an- treibbar ist. Ferner kann ein Kriechbetrieb des Fahrzeugs 1 mittels der ersten elektrischen Maschine 3a erfolgen. Bei 30 km/h läuft die regelbare erste elektrische Maschine 3a unter Volllast, das heißt mit 3 kW. Um das Fahrzeug 1 auf eine Geschwindigkeit größer als 30 km/h zu beschleunigen und zu halten, wird die nicht regelbare zweite elektrische Maschine 3b aktiviert bzw. hinzugeschaltet, die unter Volllast betrieben wird und dadurch die Geschwindigkeit von 30 km/h halten kann. Gleichzeitig wird die regelbare erste elektrische Maschine 3a dazu genutzt, das Fahrzeug 1 weiter zu beschleunigen, nämlich bis auf die mit beiden elektrischen Maschinen 3a, 3b unter Volllast erreichbaren 60 km/h bzw. eine Dauerleistung von 6 kW. Die Steuerung, das heißt die Aktivierung bzw. Deaktivierung der jeweiligen elektrischen Maschine 3a, 3b, sowie die Regelung der ersten elektrischen Maschine 3a erfolgt mittels einer - hier nicht gezeigten - Leistungselektronik, die auf Motorkenndaten bzw. Motorkennfelder und weitere Verlustdaten des Fahrzeugs zurückgreifen kann. Zudem sind die elektrischen Maschinen 3a, 3b mit einer - hier ebenfalls nicht dargestellten - Batterie elektrisch verbunden, welche die elektrischen Maschinen 3a, 3b mit elektrischer Energie versorgt und in einem Generatorbetrieb der elektrischen Maschinen 3a, 3b elektrische Energie speichern kann. Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform der Antriebsvorrichtung 18 bzw. des Getriebes 2. Die elektrischen Maschinen 3a, 3b, die Stirnradstufe 7 sowie die Abtriebswelle 4 sind im Wesentlichen identisch ausgebildet, wobei hier lediglich das Summenstirnrad 9 der Stirnradstufe 7 dargestellt ist. Die elektrischen Maschinen 3a, 3b, die Antriebswellen 5a, 5b sowie die Zahnräder 8a, 8b sind somit nicht dargestellt.

Vorliegend weist das Planetengetriebe 10 einen ersten Planetenradsatz 24a sowie einen im Leistungsfluss zwischen dem ersten Planetenradsatz 24a und der Abtriebswelle 4. Das Sonnenrad 11 des ersten Planetenradsatzes 24a ist drehfest mit der Zwischenwelle 15 und damit mit dem Summenstirnrad 9 der Stirnradstufe 7 verbunden, wobei der Abtrieb des ersten Planetenradsatzes 24a auf den zweiten Planetenradsatz 24b über den Planetenträger 13 des ersten Planetenradsatzes 24a erfolgt. Der Planetenträger 13 des ersten Planetenradsatzes 24a ist drehfest mit einem Sonnenrad 28 des zweiten Planeten radsatzes 24b verbunden. Das Hohlrad 29 des zweiten Planetenradsatzes 24b ist ebenfalls gehäusefest angeordnet, wobei zwischen dem Sonnenrad 28 und dem Hohlrad 29 eine Mehrzahl Planetenräder 30 angeordnet sind und damit in Zahneingriff stehen. Die Planetenräder 30 sind an einem Planetenträger 31 des zweiten Planetenradsatzes 24b drehbar gelagert, der die gewandelte Antriebsleistung auf die Abtriebswelle 4 überträgt. Mittels der beiden Planetenradsätze 24a, 24b ist eine im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel höhere Gesamtübersetzung realisierbar.

Ein weiterer Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel besteht in der Anordnung der Bremse 16. Die Bremsscheibe 22 der Bremse 16 ist drehfest mit der Felge 27 und damit drehfest mit der Abtriebswelle 4 verbunden. Mithin ist die Bremse 16 dazu eingerichtet, die Abtriebswelle 4 festzusetzen.

Fig. 4 zeigt ferner eine Radaufhängung 32 des Rades 17 am Fahrzeug 1 stark schematisch, wobei die Radaufhängung 32 hier durch gestrichelte Linien angedeutet ist. Eine derartige Ausbildung und Anordnung des Getriebes 2 bzw. der Antriebsvorrichtung 18, die das Getriebe 2 sowie die elektrischen Maschinen 3a, 3b umfasst, in einem Rad 17 ermöglicht eine herkömmliche und übliche Aufhängung des Rades 17 am Fahrzeug 1 bzw. am - hier nicht gezeigten - Fahrwerk des Fahrzeugs 1 . Insbesondere können derartige Räder 17 mit Radnabenantrieben mit Doppelquerlenkeroder Längslenkeraufhängungen, McPherson-Federbeinen oder Raumlenkeraufhängungen am Fahrzeug 1 angebunden werden. Ferner kann eine derartige Antriebsvorrichtung 18 ohne Weiteres in einem gelenkten Rad eingesetzt werden.

Fig. 5 und Fig. 6 sollen lediglich verdeutlichen, dass die Antriebsvorrichtung 18 auch mehr als zwei elektrische Maschinen 3a, 3b aufweisen kann. Gemäß Fig. 5 umfasst die Antriebsvorrichtung 18 eine dritte elektrische Maschine 3c, die über eine dritte Antriebswelle 5c und ein drittes Zahnrad 8c eine Antriebsleistung auf das Sum- menstirnrad 9 überträgt. Nach Fig. 6 umfasst die Antriebsvorrichtung 18 eine vierte elektrische Maschine 3d, die über eine vierte Antriebswelle 5d und ein viertes Zahnrad 8d eine Antriebsleistung auf das Summenstirnrad 9 überträgt. Je mehr elektrische Maschinen 3a, 3b, 3c, 3d vorgesehen sind, desto kleiner können die einzelnen elektrischen Maschinen 3a, 3b, 3c, 3d ausgebildet sein, das heißt jeweils mit einer geringeren Dauerleistung und/oder mit einem geringeren Dauerantriebsdrehmoment.

Bezugszeichen Fahrzeug Getriebe a Erste elektrische Maschine b Zweite elektrische Maschine c Dritte elektrische Maschine d Vierte elektrische Maschine Abtriebswelle a Erste Antriebswelle b Zweite Antriebswelle c Dritte Antriebswelle d Vierte Antriebswelle Radnabenachse Stirnradstufe a Erstes Zahnrad b Zweites Zahnrad c Drittes Zahnrad d Viertes Zahnrad Summenstirnrad 0 Planetengetriebe 1 Sonnenrad des ersten Planeten radsatzes2 Hohlrad des ersten Planetenradsatzes 3 Planetenträger des ersten Planetenradsatzes4 Planetenrad des ersten Planeten radsatzes5 Zwischenwelle 6 Bremse 7 Rad 8 Antriebsvorrichtung 9a Erste Achse 9b Zweite Achse 0 Stator 1 Rotor Bremsscheibe

Bremssattel a Erster Planetenradsatz b Zweiter Planetenradsatz

Lagerung

Gehäuse

Felge

Sonnenrad des zweites Planetenradsatzes

Hohlrad des zweites Planetenradsatzes

Planetenrad des zweites Planeten radsatzes Planetenträger des zweites Planeten radsatzes Radaufhängung

Claims

Patentansprüche

1 . Getriebe (2) für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug (1 ), umfassend eine erste Antriebswelle (5a) und mindestens eine zweite Antriebswelle (5b), wobei die erste Antriebswelle (5a) mit einem ersten Zahnrad (8a) einer Stirnradstufe (7) drehtest verbunden ist und die zweite Antriebswelle (5b) mit einem zweiten Zahnrad (8b) der Stirnradstufe (7) drehtest verbunden ist, wobei die erste Antriebswelle (5a) dazu eingerichtet ist, mit einer ersten elektrischen Maschine (3a) wirkverbunden zu sein, und die zweite Antriebswelle (5b) dazu eingerichtet ist, mit einer zweiten elektrischen Maschine (3b) wirkverbunden zu sein, wobei die beiden Zahnräder (8a, 8b) mit einem koaxial zu einer Radnabenachse (6) angeordneten Summenstirnrad (9) der Stirnradstufe (7) in Zahneingriff stehen, und wobei die beiden Antriebswellen (5a, 5b) achsparallel zur Radnabenachse (6) angeordnet und zumindest über die gemeinsame Stirnradstufe (7) mit mindestens einer Abtriebswelle (4) antriebswirksam verbunden sind.

2. Getriebe (2) nach Anspruch 1 , wobei im Leistungsfluss zwischen der Stirnradstufe (7) und der Abtriebswelle (4) ein Planetengetriebe (10) mit mindestens einem Planetenradsatz (24a) angeordnet ist.

3. Getriebe (2) nach Anspruch 2, wobei das Planetengetriebe (10) ein Reduzierplanetengetriebe ist.

4. Getriebe (2) nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Planetenradsatz (24a) des Planetengetriebes (10) ein zumindest mittelbar mit dem Summenstirnrad (9) der Stirnradstufe (7) verbundenes Sonnenrad (11 ), ein gehäusefestes Hohlrad (12) sowie mehrere an einem Planetenträger (13) drehbar gelagerte Planentenräder (14) aufweist, wobei der Planetenträger (13) zumindest mittelbar mit der jeweiligen Abtriebswelle (4) verbunden ist.

5. Getriebe (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Summenstirn- rad (9) und das Sonnenrad (11 ) über eine Zwischenwelle (15) miteinander verbunden sind.

6. Getriebe (2) nach Anspruch 5, wobei die Zwischenwelle (15) als Hohlwelle ausgebildet ist, und wobei die jeweilige Abtriebswelle (4) zumindest teilweise innerhalb der Zwischenwelle (15) angeordnet ist.

7. Getriebe (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Bremse (16).

8. Getriebe (2) nach Anspruch 7, wobei die Bremse (16) dazu eingerichtet ist, das Summenstirnrad (9) festzusetzen.

9. Getriebe (2) nach Anspruch 7, wobei die Bremse (16) dazu eingerichtet ist, die Abtriebswelle (4) festzusetzen.

10. Getriebe (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine dritte Antriebswelle (5c) mit einem drehfest damit verbundenen dritten Zahnrad (8c) der Stirnradstufe (7), wobei die dritte Antriebswelle (5c) dazu eingerichtet ist, mit einer dritten elektrischen Maschine (3c) wirkverbunden zu sein, und wobei das dritte Zahnrad (8c) mit dem Summenstirnrad (9) in Zahneingriff steht.

11 . Getriebe (2) nach Anspruch 10, umfassend eine vierte Antriebswelle (5d) mit einem drehfest damit verbundenen vierten Zahnrad (8d) der Stirnradstufe (7), wobei die vierte Antriebswelle (5d) dazu eingerichtet ist, mit einer vierten elektrischen Maschine (3d) wirkverbunden zu sein, und wobei das vierte Zahnrad (8d) mit dem Sum- menstirnrad (9) in Zahneingriff steht.

12. Antriebsvorrichtung (18) für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug (1 ), umfassend wenigstens zwei elektrische Maschinen (3a, 3b), die über ein Getriebe (2), das nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist, eine jeweilige Antriebsleistung auf mindestens eine Abtriebswelle (4) übertragen.

13. Antriebsvorrichtung (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Antriebsleitung wenigstens der ersten elektrischen Maschine (3a) regelbar ist, wobei mindestens die zweite elektrische Maschine (3b) jeweils wahlweise aktivierbar oder deaktivierbar ausgeführt ist.

14. Fahrzeug (1 ), umfassend wenigstens ein Getriebe (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 12.

15. Fahrzeug (1 ) nach Anspruch 14, wobei das jeweilige Getriebe (2) innerhalb eines Rades (17) des Fahrzeugs (1 ) integriert ist.