WO2023104414A1

WO2023104414A1 - Elektrisches antriebssystem für ein kraftfahrzeug

Info

Publication number: WO2023104414A1
Application number: PCT/EP2022/081030
Authority: WO
Inventors: Peter Appeltauer; Tobias Schilder; Tobias Haerter; Jonathan Zeibig; Peter Hahn; Andreas Kolb; Klaus Riedl
Original assignee: Mercedes-Benz Group AG
Priority date: 2021-12-06
Filing date: 2022-11-08
Publication date: 2023-06-15
Also published as: DE102021006011A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Antriebssystem (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einer ersten elektrischen Maschine (16) mit einem ersten Rotor (20), mit einer zweiten elektrischen Maschine (24) mit einem zweiten Rotor (28), und mit einem reduzierten Koppelgetriebe (30), welches einen ersten Planetenradsatz (32), einen zweiten Planetenradsatz (34), eine erste Eingangswelle (36), eine zweite Eingangswelle (38), eine erste Ausgangswelle (40) und eine zweite Ausgangswelle (42) aufweist. Die erste Eingangswelle (36) ist dazu ausgebildet, von der ersten elektrischen Maschine (16) ausgehende, erste Drehmomente (M1) in das reduzierte Koppelgetriebe (30) einzuleiten. Die zweite Eingangswelle (38) ist dazu ausgebildet, von der zweiten elektrischen Maschine (24) ausgehende, zweite Drehmomente (M2) in das reduzierte Koppelgetriebe(30) einzuleiten. Die erste Ausgangswelle (40) ist dazu ausgebildet, dritte Drehmomente (M3) aus dem reduzierten Koppelgetriebe (30) auszuleiten. Die zweite Ausgangswelle (42) ist dazu ausgebildet, vierte Drehmomente (M4) aus dem reduzierte Koppelgetriebe(30) auszuleiten.

Description

Elektrisches Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Torque-Vectoring-Verfahren gemäß Anspruch 9.

Aus der US 2015 / 0 065 282 A1 ist ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit zwei elektrischen Maschinen bekannt und einem Koppelgetriebe bekannt, bei welchem es möglich ist, durch Wahl unterschiedlicher von den elektrischen Maschinen gestellter Momente auch unterschiedliche Radmomente gezielt zu generieren. Eine Steuer- und Regelbarkeit des bekannten Systems ist allerdings sehr komplex.

Aus der gattungsgemäßen US 2007 / 0 249456 A1 ist ein elektrisches Antriebssystem mit zwei elektrischen Maschinen und einem Koppelgetriebe in Planetenbauweise bekannt, wobei die zwei elektrischen Maschinen an unterschiedlichen Wellen des Koppelgetriebes angebunden sind, wodurch eine sogenannte Torque Shift-Funktion ermöglicht wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein elektrisches Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, sodass eine besonders gute Fahrbarkeit, eine besonders kompakte Bauweise und eine einfache Steuer- und Regelbarkeit realisiert werden können.

Diese Aufgabe wird durch ein elektrisches Antriebssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einem Torque-Vectoring-Verfahren nach Patentanspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben. Die Erfindung betrifft ein auch als elektrische Antriebsvorrichtung bezeichnetes oder als elektrische Antriebsvorrichtung ausgebildetes elektrisches Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen. Dies bedeutet, dass das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand das elektrische Antriebssystem aufweist und mittels des elektrischen Antriebssystems, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden kann. Insbesondere weist das Kraftfahrzeug beispielsweise in seinem vollständig hergestellten Zustand wenigstens oder genau zwei Achsen auf, welche in Fahrzeuglängsrichtung aufeinanderfolgend und somit hintereinander angeordnet sind. Die jeweilige Achse weist beispielsweise wenigstens oder genau zwei auch als Fahrzeugräder bezeichnete Räder auf, wobei vorzugsweise die Räder der jeweiligen Achse auf in Fahrzeugquerrichtung einander gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind. Die Räder sind Bodenkontaktelemente, über welche das Kraftfahrzeug in Fahrzeughochrichtung nach unten hin an einem Boden abstützbar oder abgestützt ist. Beispielsweise ist das elektrische Antriebssystem wenigstens einer der Achsen oder genau einer der Achsen zugeordnet, sodass beispielsweise die Räder zumindest oder genau einer der Achsen mittels des elektrischen Antriebssystems angetrieben werden können. Die mittels des elektrischen Antriebssystems antreibbaren Räder werden auch als Antriebsräder bezeichnet. Werden mittels des elektrischen Antriebssystems die Antriebsräder und somit das Kraftfahrzeug angetrieben, während das Kraftfahrzeug in Fahrzeughochrichtung nach unten hin über die Räder an dem Boden abgestützt ist, so wird das Kraftfahrzeug entlang des Bodens gefahren, und die Räder rollen an dem Boden ab.

Das elektrische Antriebssystem weist eine erste elektrische Maschine mit einem ersten Rotor auf. Beispielsweise weist die erste elektrische Maschine einen ersten Stator auf, mittels welchem der erste Rotor antreibbar und dadurch um eine erste Maschinendrehachse relativ zu dem ersten Stator drehbar ist. Das elektrische Antriebssystem weist außerdem eine zweite elektrische Maschine auf, welche einen zweiten Rotor aufweist. Beispielsweise weist die zweite elektrische Maschine einen zweiten Stator auf, mittels welchem der zweite Rotor antreibbar und dadurch um eine zweite Maschinendrehachse relativ zu dem zweiten Stator drehbar ist. Das elektrische Antriebssystem weist außerdem wenigstens oder genau ein reduziertes Koppelgetriebe auf, welches einen ersten Planetenradsatz, einen zweiten Planetenradsatz, eine erste Eingangswelle, eine zweite Eingangswelle, eine erste Ausgangswelle und eine zweite Ausgangswelle aufweist. Die erste Eingangswelle ist dazu ausgebildet, von der ersten elektrischen Maschine, insbesondere von dem ersten Rotor, ausgehende, erste Drehmomente in das reduzierte Koppelgetriebe einzuleiten. Hierunter kann insbesondere verstanden werden, dass die erste elektrische Maschine, insbesondere über ihren Rotor, die ersten Drehmomente bereitstellen kann, die über die erste Eingangswelle in das reduzierte Koppelgetriebe eingeleitet werden können. Hierdurch kann insbesondere das reduzierte Koppelgetriebe angetrieben werden. Die zweite Eingangswelle ist dazu ausgebildet, von der zweiten elektrischen Maschine, insbesondere von dem zweiten Rotor, ausgehende, zweite Drehmomente in das reduzierte Koppelgetriebe einzuleiten. Hierunter kann insbesondere verstanden werden, dass die zweite elektrische Maschine, insbesondere über ihren zweiten Rotor, die zweiten Drehmomente bereitstellen kann, die über die zweite Eingangswelle in das reduzierte Koppelgetriebe eingeleitet werden können, insbesondere unter Umgehung der ersten Eingangswelle. Hierdurch kann das reduzierte Koppelgetriebe angetrieben werden. Ferner ist es denkbar, dass die ersten Drehmomente über die erste Eingangswelle unter Umgehung der zweiten Eingangswelle in das reduzierte Koppelgetriebe eingeleitet werden können. Hierunter kann insbesondere Folgendes verstanden werden: Die von der ersten elektrischen Maschine, insbesondere von dem ersten Rotor, bereitstellbaren oder bereitgestellten, ersten Drehmomente verlaufen oder fließen beispielsweise auf ihrem Weg von der ersten elektrischen Maschine, insbesondere von dem ersten Rotor, in das reduzierte Koppelgetriebe nicht über die zweite Eingangswelle, mithin umgehen die ersten Drehmomente die zweite Eingangswelle, sodass beispielsweise die zweite Eingangswelle bezogen auf einen ersten Drehmomentenübertragungspfad, über weichen die von der ersten elektrischen Maschine, insbesondere von dem ersten Rotor, bereitgestellten, ersten Drehmomente von der ersten elektrischen Maschine, insbesondere von dem ersten Rotor, auf die erste Eingangswelle übertragen und über die erste Eingangswelle in das reduzierte Koppelgetriebe eingeleitet werden können, nicht in dem ersten Drehmomentenübertragungspfad oder zumindest nicht in dem ersten Drehmomentenübertragungspfad zwischen der ersten elektrischen Maschine und dem reduzierte Koppelgetriebe angeordnet ist. Entsprechendes gilt für die zweite elektrische Maschine und die zweiten Drehmomente. Die von der zweiten elektrischen Maschine, insbesondere von dem zweiten Rotor, bereitstellbaren oder bereitgestellten, zweiten Drehmomente verlaufen oder fließen beispielsweise auf ihrem Weg von der zweiten elektrischen Maschine, insbesondere von dem zweiten Rotor, in das reduzierte Koppelgetriebe nicht über die erste Eingangswelle, mithin umgehen die zweiten Drehmomente die erste Eingangswelle, sodass beispielsweise die erste Eingangswelle bezogen auf einen zweiten Drehmomentenübertragungspfad, über weichen die von der zweiten elektrischen Maschine, insbesondere von dem zweiten Rotor, bereitgestellten, zweite Drehmomente von der zweiten elektrischen Maschine, insbesondere von dem zweiten Rotor, auf die zweite Eingangswelle übertragen und über die zweite Eingangswelle in das reduzierte Koppelgetriebe eingeleitet werden können, nicht in dem zweiten Drehmomentenübertragungspfad oder zumindest nicht in dem zweiten Drehmomentenübertragungspfad zwischen der zweiten elektrischen Maschine und dem reduzierten Koppelgetriebe angeordnet ist.

Die erste Ausgangswelle ist dazu ausgebildet, dritte Drehmomente aus dem reduzierten Koppelgetriebe auszuleiten. Beispielsweise resultieren die dritten Drehmomente aus den in das reduzierte Koppelgetriebe eingeleiteten, ersten Drehmomenten und/oder aus den in das reduzierte Koppelgetriebe eingeleiteten, zweiten Drehmomenten. Die zweite Ausgangswelle ist dazu ausgebildet, vierte Drehmomente aus dem reduzierten Koppelgetriebe auszuleiten, insbesondere unter Umgehung der ersten Ausgangswelle, wobei beispielsweise die vierten Drehmomente aus den in das reduzierte Koppelgetriebe eingeleiteten, ersten Drehmomenten und/oder aus den in das reduzierte Koppelgetriebe eingeleiteten, zweiten Drehmomenten resultieren. Insbesondere ist es denkbar, dass die erste Ausgangswelle dazu ausgebildet ist, die dritten Drehmomente unter Umgehung der zweiten Ausgangswelle aus dem reduzierten Koppelgetriebe auszuleiten.

Der erste Planetenradsatz weist ein erstes Sonnenrad, einen ersten Planetenträger, welcher auch als erster Steg bezeichnet wird, und ein erstes Hohlrad auf. Das erste Sonnenrad, der erste Planetenträger und das erste Hohlrad werden auch als erste Getriebeelemente des ersten Planetenradsatzes bezeichnet. Der zweite Planetenradsatz weist ein zweites Sonnenrad, einen zweiten Planetenträger, welcher auch als zweiter Steg bezeichnet wird, und ein zweites Hohlrad auf. Das zweite Sonnenrad, der zweite Planetenträger und das zweite Hohlrad werden auch als zweite Getriebeelemente des zweiten Planetenradsatzes bezeichnet. Ein erstes der ersten Getriebeelemente des ersten Planetenradsatzes wird auch als erstes Element bezeichnet, ein zweites der ersten Getriebeelemente des ersten Planetenradsatzes wird auch als zweites Element bezeichnet, und ein drittes der ersten Getriebeelemente des ersten Planetenradsatzes wird auch als drittes Element bezeichnet. Ein erstes der zweiten Getriebeelemente des zweiten Planetenradsatzes wird auch als viertes Element bezeichnet, ein zweites der zweiten Getriebeelemente des zweiten Planetenradsatzes wird auch als fünftes Element bezeichnet, und ein drittes der zweiten Getriebeelemente des zweiten Planetenradsatzes wird auch als sechstes Element bezeichnet. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung werden auch als Ordinalia bezeichnete Ordnungszahlwörter wie zum Beispiel „erster“, „erstes“, „zweiter“, „zweites“ etc. nicht notwendigerweise verwendet, um eine Anzahl oder Menge anzugeben oder zu implizieren, sondern um eindeutig auf Begriffe referenzieren zu können, denen die Ordnungszahlwörter zugeordnet sind beziehungsweise auf die sich die Ordnungszahlwörter beziehen. Daher wird das erste der zweiten Getriebeelemente als viertes Element, das zweite der zweiten Getriebeelemente als fünftes Element und das dritte der zweiten Getriebeelemente als das sechste Element bezeichnet.

Das erste Element des ersten Planetenradsatzes ist mit dem ersten Rotor, insbesondere permanent, drehfest verbunden, oder das erste Element des ersten Planetenradsatzes ist drehfest mit dem ersten Rotor verbindbar. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ist unter dem Merkmal, dass zwei Bauelemente wie beispielsweise das erste Element und der erste Rotor drehfest miteinander verbunden sind, zu verstehen, dass die beiden Bauelemente koaxial zueinander angeordnet und derart miteinander verbunden sind, dass sie sich, insbesondere um eine gemeinsame Bauelementdrehachse und/oder relativ zu einem Gehäuseelement des Antriebssystems, mit gleicher Winkelgeschwindigkeit drehen, insbesondere wenn die Bauelemente beziehungsweise eines der Bauelemente oder über das eine Bauelement das andere Bauelement angetrieben werden beziehungsweise wird. Mit anderen Worten ist im Rahmen der vorliegenden Offenbarung mit dem Begriff oder Ausdruck einer drehfesten Verbindung zweier drehbar gelagerter Bauelemente gemeint, dass die beiden Bauelemente koaxial zueinander angeordnet und derart miteinander verbunden sind, dass sie mit gleicher Winkelgeschwindigkeit drehen. Ferner ist im Rahmen der vorliegenden Offenbarung unter dem Merkmal, dass zwei Bauelemente permanent drehfest miteinander verbunden sind, zu verstehen, dass diesen Bauelementen nicht etwa ein Schaltelement zugeordnet ist, welches zwischen einem Koppelzustand, in welchem die Bauelemente drehfest miteinander verbunden sind, und einem Entkoppelzustand umschaltbar ist, in welchem das Schaltelement eine insbesondere um die zuvor genannte Bauelementdrehachse erfolgende Relativdrehung zwischen den Bauelementen zulässt, sondern die Bauelemente sind immer beziehungsweise stets, das heißt permanent, drehfest miteinander verbunden. Des Weiteren ist im Rahmen der vorliegenden Offenbarung unter dem Merkmal, dass zwei Bauelemente wie beispielsweise das erste Element des ersten Planetenradsatzes und der erste Rotor drehfest miteinander verbindbar sind, zu verstehen, dass diesen Bauelementen ein Schaltelement zugeordnet ist, welches zwischen einem Koppelzustand und einem Entkoppelzustand umschaltbar ist. In dem Koppelzustand sind die Bauelemente mittels des den Bauelementen zugeordneten Schaltelements drehfest miteinander verbunden. In dem Entkoppelzustand lässt das den Bauelementen zugeordnete Schaltelement eine insbesondere um die zuvor genannte Bauelementdrehachse erfolgende Relativdrehung zwischen den Bauelementen zu. Das zweite Element des ersten Planetenradsatzes ist, insbesondere permanent, drehtest mit der ersten Ausgangswelle verbunden. Das dritte Element des ersten Planetenradsatzes ist, insbesondere permanent, drehtest mit der zweiten Ausgangswelle verbunden. Das vierte Element des zweiten Planetenradsatzes ist, insbesondere permanent, drehtest mit dem zweiten Rotor verbunden. Das fünfte Element des zweiten Planetenradsatzes ist, insbesondere permanent, drehfest mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes verbunden.

Um nun eine besonders vorteilhafte Fahrbarkeit des Kraftfahrzeugs, eine gute Steuer- und Regelbarkeit sowie eine besonders kompakte Bauweise des elektrischen Antriebssystems realisieren zu können, ist es auf an sich bekannte Weise vorgesehen, dass das sechste Element des zweiten Planetenradsatzes, insbesondere permanent, drehfest mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes verbunden ist. Des Weiteren ist es ebenfalls auf an sich bekannte Weise vorgesehen, dass eine erste Standübersetzung des ersten Planetenradsatzes den gleichen Betrag sowie ein entgegengesetztes Vorzeichen im Vergleich zu einer zweiten Standübersetzung des zweiten Planetenradsatzes aufweist. Mit anderen Worten weist der erste Planetenradsatz eine erste Standübersetzung auf, und der zweite Planetenradsatz weist eine zweite Standübersetzung auf. Die Standübersetzungen der Planetenradsätze weisen den gleichen Betrag, mithin den gleichen, auch als Absolutwert bezeichneten Absolutbetrag auf, wobei die Standübersetzung der Planetenradsätze jedoch unterschiedliche, mathematische Vorzeichen aufweisen. Somit weist eine der Standübersetzungen ein positives, mathematisches Vorzeichen (+) und die andere Standübersetzung ein negatives, mathematisches Vorzeichen (-) auf. Es hat sich herausgestellt, dass es bei dem erfindungsgemäßen elektrischen Antriebssystem besonders einfach ist, die dritten und vierten Drehmomente zum einen individuell einzustellen, zum anderen aber diese Drehmomente auf einfache Weise derart einzustellen, dass ein konstantes Summenmoment aus diesen beiden, nämlich den dritten Drehmomenten und den vierten Drehmomenten, resultiert. Außerdem ist es bei dem erfindungsgemäßen elektrischen Antriebssystem so, dass die dritten Drehmomente und die vierten Drehmomente auf sehr einfache Weise von Veränderungen der ersten Drehmomente und der zweiten Drehmomente abhängen. Außerdem hat sich herausgestellt, dass, wenn die Standübersetzungen erfindungsgemäß eingestellt werden, innere Momente im reduzierten Koppelgetriebe minimal sind, so dass das reduzierte Koppelgetriebe besonders leicht und kompakt ausgelegt werden kann. Vorzugsweise sind die zweiten Getriebeelemente zusätzlich zum ersten Getriebeelement vorgesehen. Insbesondere dann, wenn das jeweilige, erste Getriebeelement nicht drehtest mit einer Gehäuseeinrichtung wie beispielsweise dem zuvor genannten Gehäuseelement des Antriebssystems verbunden ist, kann beispielsweise das jeweilige, erste Getriebeelement um eine erste Planetenradsatzdrehachse des ersten Planetenradsatzes relativ zu der Gehäuseeinrichtung, die beispielsweise das zuvor genannte Gehäuseelement ist, gedreht werden. Dementsprechend kann beispielsweise das jeweilige, zweite Getriebeelement insbesondere dann, wenn das jeweilige, zweite Getriebeelement nicht drehtest mit der Gehäuseeinrichtung verbunden ist, um eine zweite Planetenradsatzdrehachse des zweiten Planetenradsatzes relativ zu der Gehäuseeinrichtung gedreht werden. Es ist denkbar, dass die Planetenradsätze koaxial zueinander angeordnet sind, sodass die Planetenradsatzdrehachsen zusammenfallen.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das erste Element des ersten Planetenradsatzes das erste Hohlrad, das vierte Element des zweiten Planetenradsatzes das zweite Hohlrad, das dritte Element des dritten Planetenradsatzes das erste Sonnenrad und das sechste Element des zweiten Planetenradsatzes das zweite Sonnenrad ist.

Um eine besonders kompakte und somit bauraumgünstige Bauweise des elektrischen Antriebssystems realisieren zu können, ist es bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das zweite Element des ersten Planetenradsatzes der erste Planetenträger ist, welcher ganz vorzugsweise als ein Einfachplanetenträger mit ersten Planetenrädern ausgebildet ist. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass die ersten Planetenräder drehbar an dem ersten Planetenträger gelagert sind, insbesondere derart, dass das jeweilige, erste Planetenrad um eine jeweilige, erste Planetenraddrehachse relativ zu dem ersten Planetenträger drehbar ist. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass die ersten Planetenraddrehachsen parallel zueinander verlaufen und voneinander beabstandet sind. Insbesondere sind die ersten Planetenraddrehachsen in insbesondere um die erste Planetenradsatzdrehachse verlaufender, erster Umfangsrichtung des ersten Planetenradsatzes paarweise gleichmäßig voneinander beabstandet. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die ersten Planetenräder untereinander baugleich ausgebildet sind und insbesondere in axialer Richtung des ersten Planetenradsatzes auf der gleichen Höhe angeordnet sind und dabei insbesondere auf der gleichen, ersten Höhe beginnen und auf der gleichen, zweiten Höhe enden, insbesondere in axialer Richtung des ersten Planetenradsatzes. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das fünfte Element des zweiten Planetenradsatzes der zweite Planetenträger ist, welcher ganz vorzugsweise als ein Doppelplanetenträger mit zweiten Planetenrädern und dritten Planetenrädern ausgebildet ist. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass die zweiten Planetenräder und die dritten Planetenräder drehbar an dem zweiten Planetenträger gelagert sind, insbesondere derart, dass das jeweilige, zweite Planetenrad um eine jeweilige, zweite Planetenraddrehachse relativ zu dem zweiten Planetenträger drehbar ist, und dass das jeweilige, dritte Planetenrad um eine jeweilige, dritte Planetenraddrehachse relativ zu dem zweiten Planetenträger drehbar ist. Dabei ist es insbesondere denkbar, dass die zweiten Planetenraddrehachsen parallel zueinander verlaufen und voneinander beabstandet sind, insbesondere in insbesondere um die zweite Planetenradsatzdrehachse verlaufender, zweiter Umfangsrichtung des zweiten Planetenradsatzes, wobei es insbesondere denkbar ist, dass die zweiten Planetenraddrehachsen in zweiter Umfangsrichtung des zweiten Planetenradsatzes paarweise gleichmäßig beziehungsweise gleich voneinander beabstandet ist. Ferner ist es denkbar, dass die dritten Planetenraddrehachsen parallel zueinander verlaufen und voneinander beabstandet sind, insbesondere in zweiter Umfangsrichtung des zweiten Planetenradsatzes. Vorzugsweise sind die dritten Planetenraddrehachsen in zweiter Umfangsrichtung des zweiten Planetenradsatzes paarweise gleichmäßig beziehungsweise gleich voneinander beabstandet. Beispielsweise können die zweiten Planetenräder baugleich sein. Ferner ist es denkbar, dass die dritten Planetenräder baugleich sind. Beispielsweise verlaufen die dritten Planetenraddrehachsen parallel zu den zweiten Planetenraddrehachsen.

Somit sind beispielsweise die zweiten Planetenräder in axialer Richtung des zweiten Planetenradsatzes auf gleicher Höhe angeordnet, mithin beginnen und enden die zweiten Planetenräder in axialer Richtung des zweiten Planetenradsatzes betrachtet auf jeweiligen, gleichen Höhen. Alternativ oder zusätzlich sind beispielsweise die dritten Planetenräder in axialer Richtung des zweiten Planetenradsatzes auf gleicher Höhe angeordnet, sodass vorzugsweise die dritten Planetenräder in axialer Richtung des zweiten Planetenradsatzes betrachtet auf jeweiligen, gleichen Höhen beginnen und enden. Insbesondere ist es denkbar, dass die zweiten Planetenräder baugleich, das heißt hinsichtlich ihrer Konstruktion identisch sind. Alternativ oder zusätzlich können die dritten Planetenräder baugleich, das heißt hinsichtlich ihrer Konstruktion, identisch sein. Dabei ist es insbesondere denkbar, dass sich das jeweilige, zweite Planetenrad und das jeweilige, dritte Planetenrad hinsichtlich ihrer Konstruktion voneinander unterscheiden. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass das jeweilige, zweite Planetenrad und das jeweilige, dritte Planetenrad in axialer Richtung des Planetenradsatzes betrachtet auf gleichen oder unterschiedlichen Höhen angeordnet sind, mithin auf der gleichen Höhe oder auf einer anderen Höhe beginnen und/oder auf der gleichen Höhe oder auf einer anderen Höhe enden.

Des Weiteren ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die ersten Planetenräder getrennt von den zweiten Planetenrädern und getrennt von den dritten Planetenrädern ausgebildet sind.

Bevorzugt stehen die zweiten Planetenräder in Eingriff mit dem zweiten Sonnenrad, wobei das jeweilige zweite Planetenrad mit einem jeweiligem der dritten Planetenräder und nicht mit dem zweiten Hohlrad in Eingriff steht. Die dritten Planetenräder stehen bevorzugt in Eingriff mit dem zweiten Hohlrad, wobei das jeweilige dritte Planetenrad mit einem jeweiligem der zweiten Planetenräder und nicht mit dem zweiten Sonnenrad in Eingriff steht.

Um eine besonders kompakte Bauweise darstellen zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das dritte Element des ersten Planetenradsatzes und das sechste Element des zweiten Planetenradsatzes gleiche Verzahnungsdurchmesser, insbesondere gleiche Teilkreisdurchmesser, sowie auch jeweils eine gleiche Zähnezahl aufweisen.

In weiterer, besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das elektrische Antriebssystem eine erste Übersetzungsstufe auf. Bezogen auf einen ersten Drehmomentenfluss, entlang welchem die dritten Drehmomente über die erste Ausgangswelle aus dem reduzierten Koppelgetriebe ausgeleitet werden können, ist die erste Übersetzungsstufe in dem ersten Drehmomentenfluss und dabei stromab der ersten Ausgangswelle angeordnet, mithin der ersten Ausgangswelle nachgeschaltet oder nachgelagert. Umgekehrt ausgedrückt ist die erste Ausgangswelle in dem ersten Drehmomentenfluss und dabei stromauf der ersten Übersetzungsstufe angeordnet, mithin der ersten Übersetzungsstufe vorgelagert oder vorgeschaltet.

Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das elektrische Antriebssystem eine zweite Übersetzungsstufe aufweist. Bezogen auf einen zweiten Drehmomentenfluss, entlang welchem die vierten Drehmomente über die zweite Ausgangswelle aus dem reduzierten Koppelgetriebe ausgeleitet werden können, ist die zweite Übersetzungsstufe in dem zweiten Drehmomentenfluss und dabei stromab der zweiten Ausgangswelle angeordnet. Mit anderen Worten ist die zweite Übersetzungsstufe in dem zweiten Drehmomentenfluss angeordnet und dabei der zweiten Ausgangswelle nachgeschaltet oder nachgelagert. Umgekehrt ausgedrückt ist die zweite Ausgangswelle in dem zweiten Drehmomentenfluss angeordnet und dabei stromauf der zweiten Übersetzungsstufe angeordnet, mithin der zweiten Übersetzungsstufe vorgeschaltet oder vorgelagert.

Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die erste Übersetzungsstufe, die zweite Übersetzungsstufe, die Planetenradsätze und die Rotoren in einem gemeinsamen Gehäuse des elektrischen Antriebssystems angeordnet sind. Insbesondere kann es sich bei dem Gehäuse um das zuvor genannte Gehäuseelement und/oder die zuvor genannte Gehäuseeinrichtung handeln. Die jeweilige Übersetzungsstufe weist beispielsweise wenigstens oder genau zwei jeweilige Zahnräder auf, welche insbesondere als Stirnräder ausgebildet sein können. Vorzugsweise stehen die jeweiligen Zahnräder der jeweiligen Übersetzungsstufe in, insbesondere direktem, Eingriff miteinander, sodass beispielsweise die jeweiligen Zahnräder eine jeweilige Stirnradstufe oder Stirnradpaarung bilden. Durch Verwendung der Übersetzungsstufen kann auf besonders bauraumgünstige Weise eine besonders vorteilhafte und insbesondere besonders vorteilhaft große Übersetzung dargestellt werden.

Um den Bauraumbedarf des elektrischen Antriebssystems in einem besonders geringen Rahmen halten zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das reduzierte Koppelgetriebe, die beiden Rotoren und die beiden Übersetzungsstufen allesamt koaxial zueinander angeordnet sind. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Planetenradsätze koaxial zueinander angeordnet sind, sodass die Planetenradsatzdrehachsen zusammenfallen. Unter einer koaxialen Anordnung der Rotoren, das heißt darunter, dass die Rotoren koaxial zueinander angeordnet sind, ist zu verstehen, dass die Maschinendrehachsen zusammenfallen. Sind somit die Rotoren koaxial zueinander und koaxial zu den Planetenradsätzen und somit koaxial zu dem reduzierten Koppelgetriebe angeordnet, so fallen die Maschinendrehachsen zusammen, die Planetenradsatzdrehachsen fallen zusammen und die jeweilige Planetenradsatzdrehachse fällt mit der jeweiligen Maschinendrehachse zusammen.

Ferner ist es beispielsweise denkbar, dass die jeweilige Übersetzungsstufe wenigstens ein Übersetzungselement aufweist, welches beispielsweise als ein Zahnrad, insbesondere als ein Stirnrad, ausgebildet sein kann. Das jeweilige Übersetzungselement der jeweiligen Übersetzungsstufe kann, insbesondere um eine jeweilige Übersetzungselementdrehachse, relativ zu dem Gehäuseelement beziehungsweise dem Gehäuse gedreht werden. Sind die Übersetzungsstufen koaxial zueinander angeordnet, so sind die Übersetzungselemente der Übersetzungsstufen koaxial zueinander angeordnet, sodass die Übersetzungselementdrehachsen zusammenfallen. Sind nun beispielsweise die Übersetzungsstufen koaxial zueinander, koaxial zu dem reduzierten Koppelgetriebe und koaxial zu den Motoren angeordnet, so fallen die Planetenradsatzdrehachsen, die Maschinendrehachsen und die Übersetzungselementdrehachsen allesamt zusammen, wodurch eine besonders bauraumgünstige Bauweise dargestellt werden kann.

Um den Bauraumbedarf des elektrischen Antriebssystems in einem besonders geringen Rahmen halten zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das reduzierte Koppelgetriebe genau zwei Planetenradsätze, nämlich den ersten Planetenradsatz und den zweiten Planetenradsatz, aufweist.

Zusätzlich und vorteilhaft können die dem reduzierten Koppelgetriebe nachgelagerten Übersetzungsstufen auch jeweils als ein weiterer Planetenradsatz ausgebildet sein. Vorteilhaft sind dabei die weiteren Planetenradsätze als einfache Planetenradsätze ausgebildet.

Um auf besonders bauraumgünstige Weise eine besonders vorteilhafte Fahrbarkeit darstellen zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das elektrische Antriebssystem ein erstes Schaltelement aufweist, welches dazu ausgebildet ist, den ersten Rotor drehfest mit dem ersten Hohlrad zu verbinden. Dies bedeutet insbesondere, dass das erste Schaltelement zwischen einem ersten Koppelzustand und einem ersten Entkoppelzustand umschaltbar ist. In dem ersten Koppelzustand sind mittels des ersten Schaltelements der erste Rotor und das erste Hohlrad drehfest miteinander verbunden, sodass sich der erste Rotor und das erste Hohlrad gemeinsam beziehungsweise gleichzeitig, das heißt mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit, insbesondere um die erste Planetenradsatzdrehachse und/oder relativ zu dem Gehäuseelement drehen oder drehen können, insbesondere dann, wenn das reduzierte Koppelgetriebe angetrieben wird. In dem ersten Entkoppelzustand lässt das erste Schaltelement insbesondere um die erste Planetenradsatzdrehachse erfolgende Relativdrehungen zwischen dem ersten Rotor und dem ersten Hohlrad zu. Beispielsweise ist das Schaltelement, insbesondere translatorisch und/oder relativ zu dem Gehäuseelement, zwischen wenigstens einer den ersten Koppelzustand bewirkenden, ersten Koppelstellung und wenigstens einer den ersten Entkoppelzustand bewirkenden, ersten Entkoppelstellung bewegbar.

Als weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das elektrische Antriebssystem ein zweites Schaltelement aufweist, welches dazu ausgebildet ist, den ersten Rotor drehfest mit dem zweiten Hohlrad zu verbinden. Dies bedeutet insbesondere, dass das zweite Schaltelement zwischen einem zweiten Koppelzustand und einem zweiten Entkoppelzustand umschaltbar ist. In dem zweiten Koppelzustand sind mittels des zweiten Schaltelements der erste Rotor und das zweite Hohlrad drehfest miteinander verbunden, sodass sich der erste Rotor und das zweite Hohlrad gemeinsam beziehungsweise mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit insbesondere um die erste beziehungsweise zweite Planetenradsatzdrehachse und/oder relativ zu dem Gehäuseelement drehen oder drehen können, insbesondere dann, wenn das reduzierte Koppelgetriebe angetrieben wird. In dem zweiten Entkoppelzustand lässt das zweite Schaltelement insbesondere um die erste beziehungsweise zweite Planetenradsatzdrehachse erfolgende Relativdrehungen zwischen dem ersten Rotor und dem zweiten Hohlrad zu. Beispielsweise ist das zweite Schaltelement, insbesondere relativ zu dem Gehäuseelement und/oder translatorisch, zwischen wenigstens einer den zweiten Koppelzustand bewirkenden, zweiten Koppelstellung und wenigstens einer den zweiten Entkoppelzustand bewirkenden, zweiten Entkoppelstellung bewegbar.

Bei einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das elektrische Antriebssystem ein Verblockungsschaltelement auf, welches dazu ausgebildet ist, zwei nicht permanent drehfest miteinander verbundene Elemente des reduzierten Koppelgetriebes kraftschlüssig miteinander zu verbinden. Mit anderen Worten ist das Verblockungsschaltelement zwei der Elemente des reduzierten Koppelgetriebes zugeordnet, wobei die Elemente, denen das Verblockungsschaltelement zugeordnet ist, nicht permanent drehfest miteinander verbunden sind. Das Verblockungsschaltelement kann beispielsweise zwischen einem dritten Koppelzustand und einem dritten Entkoppelzustand umgeschaltet werden. In dem dritten Koppelzustand sind mittels des Verblockungsschaltelements die zwei Elemente, denen das Verblockungsschaltelement zugeordnet ist, kraftschlüssig miteinander verbunden. In dem dritten Entkoppelzustand lässt das Verblockungsschaltelement insbesondere um die erste und/oder zweite Planetenradsatzdrehachse erfolgende Relativdrehungen zwischen den Elementen, denen das Verblockungsschaltelement zugeordnet ist, zu. Die Elemente, welchen das Verblockungsschaltelement zugeordnet ist, können beispielsweise Elemente desselben Planetenradsatzes, das heißt zwei der ersten Getriebeelemente oder zwei der zweiten Getriebeelemente, sein. Insbesondere kann das Verblockungsschaltelement zusätzlich zu dem ersten Schaltelement und zusätzlich zu dem zweiten Schaltelement vorgesehen sein. Sind die zwei Elemente, denen das Verblockungsschaltelement zugeordnet ist, mittels des Verblockungsschaltelements kraftschlüssig miteinander verbunden, ergibt sich daraus ein von der Höhe des Kraftschlusses abhängiges Angleichen der Drehzahlen der kraftschlüssig miteinander gekoppelten Elemente. Vorteilhaft sind in dem dritten Koppelzustand die genannten zwei Elemente, denen das Verblockungsschaltelement zugeordnet ist, nicht drehfest miteinander verbunden, sondern durch den genannten Kraftschluss nur fast drehfest miteinander verbunden.

Es ist denkbar, dass die jeweilige Übersetzungsstufe als ein jeweiliger, weiterer Planetenradsatz ausgebildet ist. Somit ist es denkbar, dass die erste Übersetzungsstufe als ein dritter Planetenradsatz und die zweite Übersetzungsstufe als ein vierter Planetenradsatz ausgebildet ist, wobei der dritte Planetenradsatz zusätzlich zu dem ersten Planetenradsatz, zusätzlich zu dem zweiten Planetenradsatz und zusätzlich zu dem vierten Planetenradsatz vorgesehen ist. Somit ist beispielsweise das jeweilige, zuvor genannte Übersetzungselement ein jeweiliges Sonnenrad oder ein jeweiliges Hohlrad oder ein jeweiliger Planetenträger des jeweiligen, dritten beziehungsweise vierten Planetenradsatzes. Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, dass ein jeweiliger Eingang des jeweiligen weiteren Planetenradsatzes, mithin der jeweiligen Übersetzungsstufe, ein jeweiliges, weiteres Sonnenrad des jeweiligen, weiteren Planetenradsatzes ist. Somit können beispielsweise die über die erste Ausgangswelle aus dem reduzierten Koppelgetriebe ausgeleiteten und insbesondere von der ersten Ausgangswelle bereitgestellten, dritten Drehmomente über den Eingang, mithin über das Sonnenrad, der als dritten Planetenradsatz ausgebildeten ersten Übersetzungsstufe in die erste Übersetzungsstufe eingeleitet werden. Ferner können beispielsweise die über die zweite Ausgangswelle aus dem reduzierten Koppelgetriebe ausgeleiteten und insbesondere von der zweiten Ausgangswelle bereitgestellten, vierten Drehmomente über den Eingang, mithin über das Sonnenrad der als der vierte Planetenradsatz ausgebildeten, zweiten Übersetzungsstufe in die zweite Übersetzungsstufe eingeleitet werden. Als weiterhin vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der jeweilige, weitere Planetenträger des jeweiligen, weiteren Planetenradsatzes, mithin der jeweiligen Übersetzungsstufe, ein jeweiliger Ausgang oder Abtrieb der jeweiligen Übersetzungsstufe ist. Somit kann beispielsweise die als der dritte Planetenradsatz ausgebildete, erste Übersetzungsstufe über ihren weiteren Planetenträger fünfte Drehmomente bereitstellen, mithin fünfte Drehmomenten aus sich herausleiten beziehungsweise abführen, wobei beispielsweise die fünften Drehmomente aus den dritten Drehmomenten resultieren, die, insbesondere über das weitere Sonnenrad der ersten Übersetzungsstufe, in die erste Übersetzungsstufe eingeleitet werden oder wurden. Ferner kann somit beispielsweise die als der vierte Planetenradsatz ausgebildete, zweite Übersetzungsstufe über ihren weiteren Planetenträger sechste Drehmomente bereitstellen, mithin aus sich abführen beziehungsweise herausleiten, wobei beispielsweise die sechsten Drehmomente aus den vierten Drehmomenten resultieren, die, insbesondere über das weitere Sonnenrad der zweiten Übersetzungsstufe, in die zweite Übersetzungsstufe eingeleitet werden oder wurden. Als weiterhin vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das jeweilige, weitere Hohlrad der jeweiligen, als der dritte beziehungsweise vierte Planetenradsatz ausgebildeten Übersetzungsstufe gehäusefest ist, mithin, insbesondere permanent, drehfest mit dem Gehäuse verbunden ist, wobei das Gehäuse beispielsweise das Gehäuseelement und/oder die Gehäuseeinrichtung ist.

Als weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das reduzierte Koppelgetriebe eine Funktion eines Planetendifferentialgetriebes, insbesondere auch mit einer Torque-Vectoring-Funktion übernimmt. Die Torque-Vectoring-Funktion wird auch als Drehmomentverteilungsfunktion bezeichnet. Insbesondere kann hierunter Folgendes verstanden werden: Das elektrische Antriebssystem und somit das Planetenkoppelgetriebe sind, insbesondere genau, einer der Achsen und somit den Rädern der einen Achse zugeordnet, sodass die Antriebsräder mittels der elektrischen Maschine über das Planetenkoppelgetriebe angetrieben werden können. Da das Planetenkoppelgetriebe vorzugsweise als Planetendifferentialgetriebe fungiert beziehungsweise ausgebildet ist, lässt das Planetenkoppelgetriebe beispielsweise bei einer Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs unterschiedliche Drehzahlen der Antriebsräder zu, insbesondere derart, dass sich das kurvenäußere Antriebsrad mit einer größeren Drehzahl dreht oder drehen kann als das kurveninnere Antriebsrad.

Dabei ist es denkbar, dass mittels des Verblockungsschaltelements eine Differentialsperre des als Planetendifferentialgetriebe ausgebildeten reduzierten Koppelgetriebes darstellbar ist, sodass vorzugsweise mittels des Verblockungsschaltelements wenigstens oder genau zwei beliebige, noch nicht drehfest miteinander verbundene Elemente des reduzierten Koppelgetriebes und/oder Wellen des reduzierten Koppelgetriebes kraftschlüssig miteinander verbunden werden können. Offenbart sei auch ein vorzugsweise als Kraftwagen ausgebildetes Kraftfahrzeug, insbesondere das zuvor genannte Kraftfahrzeug, wobei das Kraftfahrzeug ein erfindungsgemäßes, elektrisches Antriebssystem aufweist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des elektrischen Antriebssystems sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Kraftfahrzeugs anzusehen und umgekehrt.

Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse und Überlegungen zugrunde: Die Fahrleistung beliebiger Straßenfahrzeuge wird von deren jeweiligem Antriebskonzept in gleich zwei Hinsichten beeinflusst. Zunächst ist die installierte und abrufbare Leistung für das Beschleunigungsvermögen des Fahrzeugs während der Geradeausfahrt ausschlaggebend. Hinzu kommt noch, dass eine Verteilung des Drehmoments auf die Antriebsräder insbesondere bei einer Kurvenfahrt und somit auf das kurveninnere und kurvenäußere Antriebsrad für die Quer- und Längsdynamik des Fahrzeugs in einzelnen, distinkten Phasen der Kurvenfahrt bestimmend sein kann. Als Kurvenfahrt wird dabei eine beliebige, stetige Fahrtrichtungsänderung mit einer gewissen Gierrate betrachtet, die vom Fahrzeug nicht mit seiner Höchstgeschwindigkeit absolviert werden kann und/oder während welcher nicht die volle installierte und abrufbare Leistung von den Antriebsrädern auf die Straße übertragen werden kann, weil deren Haftfähigkeit von den die Kurvenfahrt begleitenden Fliehkräften zu einem wesentlichen Anteil beansprucht wird. Hinsichtlich der Verteilung des Drehmoments ist bekannter Stand der Technik, dass ein symmetrisches Achsdifferential, welches während der Geradeausfahrt das Drehmoment zu gleichen Anteilen an beide Antriebsräder der auch als Antriebsachse bezeichneten Achse aufteilt und den Antriebsrädern dabei unterschiedliche Drehzahlen nach der Gesetzmäßigkeit: n1 = (n1 + n2)/2 + x n2 = (n1 + n2)/2 - x ermöglicht, zum Einsatz kommen sollte. Sofern zum Beispiel während einer Kurvenfahrt eine solche unterschiedliche Drehzahlverteilung auftritt, kann ein solches Differentialgetriebe die Drehmomente zu den einzelnen Antriebsrädern nicht mehr symmetrisch, jeweils hälftig aufteilen, weil die relative Drehbewegung in den Lagern und den Verzahnungen eines solchen Differentials ein Reibmoment erzeugen, wodurch zum langsameren Antriebsrad ein geringfügig höheres und zum schnelleren Antriebsrad ein geringfügig geringeres Drehmoment geleitet wird. Der Differenzbetrag entspricht dem Reibmoment des Differentials. Als ein guter Anhaltspunkt für übliche Fahrzeug- Differentiale gelten zirka 6 Prozent Reibmoment. Ein solches, sogenanntes offenes Achsdifferential erweist sich jedoch unter gewissen Umständen als nachteilig, weshalb nach Stand der Technik sich zwei unterschiedliche Systeme zur Verbesserung der Kurvendynamik durchgesetzt haben: Sogenannte Differentialsperren, die das innere Reibmoment des Differentials gezielt anheben, dadurch stets dem langsameren Rad ein entsprechend des Sperrwerts höheres Drehmoment zukommen lassen und sogenanntes Torque-Vectoring, mithin Drehmomentverteilung, was eine Drehmomentverteilung unabhängig von der Drehzahldifferenz der Antriebsräder einer Achse zumindest nahezu beliebig verteilen kann. Bekannt ist außerdem, dass mit einer Kombination beider Systeme ein Aufbau realisiert werden kann, der, eine entsprechende Beherrschung des Fahrzeugs vorausgesetzt, die Möglichkeit einer Kurvenfahrt an der physikalischen Grenze des Fahrzeugs erlaubt. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung vorgestellt wird nun eine in der Funktion vergleichbare, in der Leistungsfähigkeit mindestens zum Teil äquivalente Achsantrieb-Familie in gleich zwei Grundversionen mit jeweils unterschiedlichem Fokus auf Fahrdynamik und/oder Effizienz, insbesondere mit zwei auf die eine Antriebsachse wirkenden Fahrmaschinen in Form der elektrischen Maschinen, insbesondere beliebiger Bauart, die über ein Koppelgetriebe aneinander gekoppelt den Achsantrieb gemeinsam gewährleisten und dadurch allein über die Ansteuerung der elektrischen Maschine ein sogenanntes aktorloses Torque-Vectoring ermöglichen. Insbesondere wird als das genannte Koppelgetriebe das reduzierte Koppelgetriebe verwendet. Insbesondere ist es bei der Erfindung vorgesehen, dass anstelle eines einfachen Achsdifferentials das reduzierte Koppelgetriebe verwendet wird, welches als ein reduziertes Koppelgetriebe ausgebildet ist oder angesehen werden kann und die insbesondere als Stirnrad- Planetenradsätze ausgebildeten, einfach auch als Planetensätze bezeichneten Planetenradsätze umfasst. Insbesondere kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die erste Standübersetzung des ersten Planetenradsatzes -2 beträgt, wobei es vorzugsweise vorgesehen ist, dass die zweite Standübersetzung des zweiten Planetenradsatzes +2 beträgt.

Wie bereits zuvor erläutert, ist es vorzugsweise bei einer ersten Variante vorgesehen, dass das erste Element das erste Sonnenrad, das vierte Element das zweite Sonnenrad, das dritte Element das erste Hohlrad und das sechste Element das zweite Hohlrad ist. Bei einer zweiten Variante ist es beispielsweise vorgesehen, dass das erste Element das erste Hohlrad, das vierte Element das zweite Hohlrad, das dritte Element das erste Sonnenrad und das sechste Element das zweite Sonnenrad ist. Beide Varianten vereinen zwei, vorzugsweise unterschiedlich leistungsstarke Motoren in Form der elektrischen Maschinen zu einem insbesondere Torque-Vectoring-fähigen Achsantrieb insbesondere in Form des elektrischen Antriebssystems. Die elektrischen Maschinen werden auch als Antriebsmaschinen bezeichnet, deren Koppelung bei beiden Varianten, das heißt in beiden Fällen, über das prinzipiell gleiche, reduzierte Koppelgetriebe erfolgt, wobei die aneinander gekoppelten Elemente der Planetenradsätze in beiden Varianten beziehungsweise Fällen beispielsweise der Steg, bei der ersten Variante das Hohlrad und bei der zweiten Variante das Sonnenrad sein können. Dadurch kann in beiden Varianten ein sehr kompaktes Koppelgetriebe in Form des reduzierten Koppelgetriebes dargestellt werden.

Mittels einer entsprechenden Ansteuerungsstrategie können beide Varianten jeweils symmetrisiert werden, was bedeutet, dass über den gesamten Bereich des symmetrischen Torque-Vectorings, das von der Antriebsachse abgegebene Summenantriebsmoment konstant bleibt, ungeachtet dessen, dass das anstehende Niveau des Torque-Vectorings und die gegensinnig gerichtete Steigung der Momente der beiden Radantriebe einen gleichen Steigungsbetrag aufweisen. Bei dieser Symmetrisierung wird nicht allein das von der zweiten elektrischen Maschine bereitgestellte Drehmoment verändert, sondern synchron dazu auch jenes der ersten elektrischen Maschine. Für dieses Vorhaben erweist sich die Tatsache als besonders vorteilhaft, dass die Standübersetzungen der beiden Planetenradsätze, also des ersten Planetenradsatzes und des zweiten Planetenradsatzes, des reduzierten Koppelgetriebes gleichen Betrags, jedoch unterschiedlichen Vorzeichens und somit antisymmetrisch sind. Diese Antisymmetrie der Standübersetzungen führt dazu, dass Veränderungen von Drehmomenten der beiden elektrischen Maschinen in Bezug auf ein Ausmaß des Torque-Vectorings jeweils linear, gegensinnig und mit dem gleichen Steigungsbetrag erfolgen können. Die bei diesem Torque-Vectoring resultierenden unterschiedlichen Radmomente verändern sich dabei ebenfalls linear, symmetrisch und gegensinnig. Insgesamt ergibt sich somit mit dem erfindungsgemäßen reduzierten Koppelgetriebe ein steuer- und regelungstechnisch besonders einfach zu beherrschendes Torque- Vectoring.

Aufgrund des beschriebenen symmetrischen Verhaltens kann dabei ein Gesamtabtriebsmoment, also eine Summe aus den beiden Radmomenten der Achse, auf einfache Weise konstant gehalten werden, obwohl gleichzeitig gezielt einzelne Radmomente verändert werden. Das Gesamtabtriebsmoment ist näherungsweise gleich einer Summe aus den dritten Drehmomenten und den vierten Drehmomenten. Die dritten Drehmomente entsprechen näherungsweise einem Radmoment, die vierten Radmomente einem anderen Radmoment. Das während des symmetrischen Torque- Vectorings konstant bleibende Gesamtabtriebsmoment ist besonders hervorzuheben, da Torque-Vectoring-Systeme vorrangig die Längs- und Querdynamik des Fahrzeuges verbessern sollen. Daher ist bei Torque-Vectoring-Systemen vorteilhaft, dass bei konstanter Fahrpedalstellung auch die Antriebsleistung konstant bleibt, um dem Fahrer des Kraftfahrzeugs die Beherrschung des Kraftfahrzeugs, unabhängig vom angesteuerten Torque-Vectoring-Niveau, zu erleichtern. Selbstverständlich kann das symmetrische Torque-Vectoring beider vorgestellten Varianten mit einem gegebenenfalls, eventuell sogar in Stufen, abschaltbaren ESP-System vereint werden, welches den Verlust der Stabilität des Fahrzeugs zu vermeiden hilft. Ein solches ESP- System kann dann auch die Antriebsleistung reduzieren, das Torque-Vectoring sollte dies aber nicht. Mit beiden Varianten kann in einem weiteren Bereich ein höheres Niveau an symmetrischem Torque-Vectoring erreicht werden, als mittels Konzepten, die die gleiche installierte Summenleistung auf zwei voneinander unabhängige, nicht mechanisch aneinander gekoppelte, jeweils ein Rad antreibende Motoren hälftig aufteilen.

Bei Geradeausfahrt im Differentialpunkt, wenn beide Antriebsräder der Achse gleich schnell drehen, erreichen beide Varianten in diesem Funktionszustand den maximal möglichen mechanischen Wirkungsgrad einer Antriebsachse, die Drehmomente auf zwei Antriebsräder anteilsmäßig verteilt, dabei Drehzahlunterschiede zwischen den beiden Antriebsrädern der Achse nicht unterbindet, da in diesem Fahrzustand das gesamte reduzierte Koppelgetriebe beider vorgestellten, bevorzugten Varianten en bloc, das heißt im Block umläuft. Daher treten keinerlei Verzahnungsverluste auf. Da für beide gezeigten Varianten in den meisten Anwendungsfällen beidseits noch eine finale Achsübersetzung vorteilhaft ist, insbesondere in Form der Übersetzungsstufen, verfügen beide Varianten über ein sogenanntes schnelles Differential (dreht schneller als die Antriebsräder), was sich insbesondere bei der Ergänzung der Antriebsachsen mit einer Differentialsperre besonders vorteilhaft auswirkt, weil dieses entsprechend kleiner dimensioniert werden kann, da die effektiv erreichte Sperrwirkung der Antriebsräder mit der finalen Achsübersetzung zu multiplizieren ist. Insbesondere die erste Variante ist ein auf maximal erreichbare Fahrdynamik bei gegebener installierter Leistung ausgerichteter Antrieb. Dabei sind beispielsweise in sämtlichen Fahrsituationen beide Antriebsmaschinen, mithin beide elektrische Maschinen, aktiv. Anders hingegen beispielsweise die zweite Variante. Durch die variable Anbindung der ersten elektrischen Maschine kann wahlweise zwischen Fahrdynamik oder Effizienz priorisierender Fahrprogramme gewählt werden. Speziell ein Effizienz-Modus gestaltet sich weitreichender als das, was allein durch Software-Maßnahmen erreichbar wäre, weil die zweite elektrische Maschine beispielsweise vollständig vom übrigen Antriebsstrang beziehungsweise Antriebssystem getrennt werden kann.

Zudem lässt sich aufgrund ihres weitgehend gleichen Aufbaus aus beiden, vorgestellten Varianten ein modularer Antriebsbaukasten zusammenstellen, der mit vielen Gleichteilen eine breite Produktpalette mit unterschiedlichen Eigenschaften ein weites Spektrum an Nutzererwartungen abdecken kann. Beide Varianten erlauben ein sogenanntes, aktorloses Torque-Vectoring (Drehmomentverteilung), indem beispielsweise allein durch eine gezielte Ansteuerung der beiden elektrischen Maschinen ein Torque-Vectoring, das heißt eine Drehmomentverteilung, herbeigeführt werden kann, insbesondere eine Verteilung von Drehmoment auf die Antriebsräder. Zudem ermöglicht die zweite Variante ein Umschalten zwischen drei unterschiedlichen Zuständen des Antriebssystems, nämlich einem Torque-Vectoring-Modus, einem Boost-Modus und einem Effizienz- Modus, insbesondere mithilfe eines einzigen Aktors insbesondere in Form eines Drei- Zustandsaktors, mithilfe dessen die drei unterschiedlichen Zustände einstellbar sind.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer nicht unter den Patentanspruch 1 fallenden Ausführungsform eines elektrischen Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des elektrischen Antriebssystems und

Fig. 3 ein Diagramm zur Beschreibung eines Beispiels für ein Torque-Vectoring- Verfahren. In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine erste nicht unter den Patentanspruch 1 fallende Ausführungsform eines elektrischen Antriebssystems 10 für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen. Somit weist das Kraftfahrzeug, welches einfach auch als Fahrzeug bezeichnet wird, in seinem vollständig hergestellten Zustand das elektrische Antriebssystem 10 auf, mittels welchem das Kraftfahrzeug, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden kann. Das Kraftfahrzeug weist wenigstens oder genau zwei in Fahrzeuglängsrichtung aufeinanderfolgend und somit hintereinander angeordnete Achsen auf. Die jeweilige Achse weist wenigstens oder genau zwei auch als Fahrzeugräder bezeichnete Räder auf, wobei die jeweiligen Räder der jeweiligen Achse auf in Fahrzeugquerrichtung aneinander gegenüberliegenden Seiten des Kraftfahrzeugs angeordnet sind. Beispielsweise ist das Antriebssystem 10 wenigstens oder genau einer der Achsen zugeordnet, sodass mittels des elektrischen Antriebssystems 10 wenigstens oder nur die Räder der Achse angetrieben werden können, der das elektrische Antriebssystem 10 zugeordnet ist. Die mittels des elektrischen Antriebssystems 10 antreibbaren Räder werden auch als Antriebsräder bezeichnet. Die Antriebsräder sind in Fig. 1 besonders schematisch dargestellt und mit 12 und 14 bezeichnet. Durch, insbesondere rein, elektrisches Antrieben der Antriebsräder 12 und 14 mittels des Antriebssystems 10 kann das Kraftfahrzeug, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden. Das Antriebssystem 10 weist eine erste elektrische Maschine 16 auf, welche einen ersten Stator 18 und einen ersten Rotor 20 aufweist. Mittels des Stators 18 kann der Rotor 20 angetrieben und dadurch um eine erste Maschinendrehachse relativ zu dem Stator 18 gedreht werden. Das Antriebssystem 10 weist ein in Fig. 1 besonders schematisch dargestelltes Gehäuse 22 auf, welches auch als Gehäuseeinrichtung oder Gehäuseelement bezeichnet wird. Dabei ist der Rotor 20 um die erste Maschinendrehachse relativ zu dem Stator 18 und relativ zu dem Gehäuse 22 drehbar. Das Antriebssystem 10 umfasst außerdem eine zweite elektrische Maschine 24, welche einen zweiten Stator 26 und einen zweiten Rotor 28 aufweist. Mittels des Stators 26 kann der Rotor 28 angetrieben und dadurch um eine zweite Maschinendrehachse relativ zu dem Stator 26 und relativ zu dem Gehäuse 22 gedreht werden. Bei der in Fig. 1 gezeigten, ersten Ausführungsform sind die elektrischen Maschinen 16 und 24 koaxial zueinander angeordnet, sodass die Maschinendrehachsen zusammenfallen. Die elektrische Maschine 16 kann über ihren Rotor 20 erste Drehmomente bereitstellen, und die zweite elektrische Maschine 24 kann über ihren zweiten Rotor 28 zweite Drehmomente bereitstellen. Das Antriebssystem 10 weist ein reduziertes Koppelgetriebe 30 auf, welches einen ersten Planetenradsatz 32 und einen zweiten Planetenradsatz 34 aufweist. Außerdem weist das reduzierte Koppelgetriebe 30 eine erste Eingangswelle 36, eine zweite Eingangswelle 38, eine erste Ausgangswelle 40 und eine zweite Ausgangswelle 42 auf. Die erste Eingangswelle 36 ist dazu ausgebildet, die von der ersten elektrischen Maschine 16 ausgehenden, das heißt von der elektrischen Maschine 16 über den Rotor 20 und somit von dem Rotor 20 bereitgestellten, ersten Drehmomente in das reduzierte Koppelgetriebe 30 einzuleiten. Die zweite Eingangswelle 38 ist dazu ausgebildet, die von der zweiten elektrischen Maschine 24 ausgehenden, zweiten Drehmomente, das heißt die von der elektrischen Maschine 24 über den Rotor 28 und somit von dem Rotor 28 bereitgestellten, zweiten Drehmomente in das reduzierte Koppelgetriebe 30 einzuleiten. Die erste Ausgangswelle 40 ist dazu ausgebildet, dritte Drehmomente M3, die beispielsweise aus den in das reduzierte Koppelgetriebe 30 eingeleiteten, ersten Drehmomenten M1 und/oder zweiten Drehmomenten M2 resultieren, aus dem reduzierten Koppelgetriebe 30 auszuleiten. Die zweite Ausgangswelle 42 ist dazu ausgebildet, vierte Drehmomente M4, die beispielsweise aus den in das reduzierte Koppelgetriebe 30 eingeleiteten, ersten Drehmomenten M1 und/oder zweiten Drehmomenten M2 resultieren, aus dem reduzierten Koppelgetriebe 30 auszuleiten.

Der erste Planetenradsatz 32 weist ein erstes Sonnenrad 44 sowie einen ersten Planetenträger 46 auf. Außerdem weist der erste Planetenradsatz 32 ein erstes Hohlrad 48 auf. Der zweite Planetenradsatz 34 weist ein zweites Sonnenrad 49, einen zweiten Planetenträger 50 und ein zweites Hohlrad 52 auf. Bei der ersten Ausführungsform ist das erste Sonnenrad 44 ein erstes Element des ersten Planetenradsatzes 32. Außerdem ist bei der ersten Ausführungsform das Sonnenrad 44 beziehungsweise das erste Element, insbesondere permanent, drehfest mit dem ersten Rotor 20 verbunden. Bei der ersten Ausführungsform ist der erste Planetenträger 46 ein zweites Element des Planetenradsatzes 32. Bei der ersten Ausführungsform ist der erste Planetenträger 46 beziehungsweise das zweite Element, insbesondere permanent, drehfest mit der ersten Ausgangswelle 40 verbunden. Bei der ersten Ausführungsform ist das erste Hohlrad 48 des ersten Planetenradsatzes 32 ein drittes Element des ersten Planetenradsatzes 32. Bei der ersten Ausführungsform ist das erste Hohlrad 48 beziehungsweise das dritte Element, insbesondere permanent, drehfest mit der zweiten Ausgangswelle 42 verbunden. Bei der ersten Ausführungsform ist das zweite Sonnenrad 49 des zweiten Planetenradsatzes 34 ein viertes Element. Bei der ersten Ausführungsform ist das Sonnenrad 49 beziehungsweise das vierte Element, insbesondere permanent, drehfest mit dem zweiten Rotor 28 verbunden. Bei der ersten Ausführungsform ist der zweite Planetenträger 50 ein fünftes Element. Bei der ersten Ausführungsform ist der Planetenträger 50 beziehungsweise das fünfte Element, insbesondere permanent, drehfest mit dem Planetenträger 46 beziehungsweise mit dem zweiten Element verbunden. Bei der ersten Ausführungsform ist das zweite Hohlrad 52 ein sechstes Element. Bei der ersten Ausführungsform ist das zweite Hohlrad 52 beziehungsweise das sechste Element, insbesondere permanent, drehfest mit dem ersten Hohlrad 48 (drittes Element) verbunden.

Außerdem ist es bei der ersten Ausführungsform vorgesehen, dass der erste Planetenradsatz 32 eine erste Standübersetzung aufweist, wobei der zweite Planetenradsatz 34 eine zweite Standübersetzung aufweist. Die Standübersetzungen weisen den gleichen Betrag, mithin den gleichen Absolutbetrag, auf. Außerdem weisen die Standübersetzungen entgegengesetzte beziehungsweise unterschiedliche, mathematische Vorzeichen auf. Beispielsweise ist es bei der ersten Ausführungsform vorgesehen, dass die erste Standübersetzung des ersten Planetenradsatzes 32 -2 beträgt. Demzufolge beträgt bei der ersten Ausführungsform beispielsweise die zweite Standübersetzung des zweiten Planetenradsatzes 34 +2.

Bei der ersten Ausführungsform ist der erste Planetenträger 46 als ein Einfachplanetenträger ausgebildet, an welchem erste Planetenräder 54 drehbar gehalten sind. Das jeweilige, erste Planetenrad 54 kämmt beispielsweise, insbesondere gleichzeitig, mit dem ersten Sonnenrad 44 und mit dem ersten Hohlrad 48. Bei der ersten Ausführungsform ist der zweite Planetenträger 50 beispielsweise als ein Doppelplanetenträger ausgebildet, an welchem zweite Planetenräder 56 und dritte Planetenräder 58 drehbar gelagert sind. Dabei ist es denkbar, dass beispielsweise die zweiten Planetenräder 56 in Eingriff mit dem Sonnenrad 49 und mit den dritten Planetenrädern 58 stehen, wobei es denkbar ist, dass die dritten Planetenräder 58 in Eingriff mit dem Hohlrad 52 und mit den zweiten Planetenrädern 56 stehen, jedoch nicht in Eingriff mit dem Sonnenrad 49. Somit kämmt beispielsweise das Sonnenrad 49 mit den Planetenrädern 56, und die Planetenräder 58 kämmen mit dem Hohlrad 52, wobei beispielsweise die Planetenräder 56 und 58 miteinander kämmen. Ferner kämmen die Planetenräder 56 nicht mit dem Hohlrad 52, und die Planetenräder 58 kämmen nicht mit dem Sonnenrad 49. Außerdem sind die ersten Planetenräder 54 getrennt von den zweiten Planetenrädern 56 und getrennt von den dritten Planetenrädern 58 ausgebildet. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das dritte Element des ersten Planetenradsatzes 32 und das sechste Element des zweiten Planetenradsatzes 34 gleiche Verzahnungsdurchmesser, insbesondere gleiche Teilkreisdurchmesser, aufweisen. Vorzugsweise weisen das dritte Element und das sechste Element auch jeweils eine gleiche Zähnezahl auf. Bei der ersten Ausführungsform ist das dritte Element das Hohlrad 48, das sechste Element ist das Hohlrad 52.

Das elektrische Antriebssystem 10 weist eine erste Übersetzungsstufe 60 auf, welche bezogen auf einen ersten Drehmomentenfluss, entlang welchem die dritten Drehmomente M3 über die erste Ausgangswelle 40 aus dem reduzierten Koppelgetriebe 30 ausgeleitet werden können, in dem ersten Drehmomentenfluss und dabei stromab der ersten Ausgangswelle 40 angeordnet ist. In dem ersten Drehmomentenfluss ist beispielsweise eine erste Seitenwelle 62 angeordnet, welche in dem ersten Drehmomentenfluss und dabei stromab der ersten Übersetzungsstufe 60 angeordnet ist. Die Seitenwelle 62 kann über die erste Übersetzungsstufe 60 von der Ausgangswelle 40 angetrieben werden, wobei das Antriebsrad 12 von der Seitenwelle 62 und somit über die Seitenwelle 62 von der Übersetzungsstufe 60 angetrieben werden kann. Das Antriebssystem 10 umfasst außerdem eine zweite Übersetzungsstufe 64, welche bezogen auf einen zweiten Drehmomentenfluss, entlang welchem die vierten Drehmomente M4 über die zweite Ausgangswelle 42 aus dem reduzierten Koppelgetriebe 30 ausgeleitet werden können, in dem zweiten Drehmomentenfluss und dabei stromab der zweiten Ausgangswelle 42 angeordnet ist. Dabei ist in dem zweiten Drehmomentenfluss stromab der Übersetzungsstufe 64 eine zweite Seitenwelle 66 angeordnet, wobei das Antriebsrad 14 über die Seitenwelle 66 von der Übersetzungsstufe 64 antreibbar ist. Außerdem ist die Seitenwelle 66 über die Übersetzungsstufe 64 von der Ausgangswelle 42 antreibbar. Demzufolge ist die Seitenwelle 62 über die Übersetzungsstufe 60 von der Ausgangswelle 40 antreibbar. Vorzugsweise ist die Übersetzungsstufe 60 ein dritter Planetenradsatz, wobei es denkbar ist, dass die Übersetzungsstufe 64 ein vierter Planetenradsatz ist. Vorzugsweise sind der dritte Planetenradsatz und der vierte Planetenradsatz baugleich, das heißt identisch oder gleich hinsichtlich ihrer Konstruktion und somit insbesondere hinsichtlich ihrer Übersetzung.

Vorzugsweise sind der dritte Planetenradsatz und der vierte Planetenradsatz koaxial zu dem reduzierten Koppelgetriebe 30 angeordnet. Als weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Übersetzungsstufen 60 und 64, die Planetenradsätze 32 und 34 und die Rotoren 20 und 28 in dem gemeinsamen Gehäuse 22 des elektrischen Antriebssystems 10 angeordnet sind. Bei der ersten Ausführungsform ist es außerdem vorgesehen, dass das reduzierte Koppelgetriebe 30, die Rotoren 20 und 28 sowie die beiden Übersetzungsstufen 60 und 64 koaxial zueinander angeordnet sind.

Bei der ersten Ausführungsform weist das Antriebssystem 10 optional ein Verblockungsschaltelement VS auf, welches, da es optional vorgesehen ist, entfallen kann. Mittels des Verblockungsschaltelements VS sind vorliegend der Planetenträger 46 und das Hohlrad 48 des Planetenradsatzes 32 kraftschlüssig miteinander verbindbar. Somit kann mittels des Verblockungsschaltelements VS eine Differentialsperre des vorliegend als Planetendifferentialgetriebe ausgebildeten oder fungierenden reduzierten Koppelgetriebes 30 dargestellt werden.

Fig. 2 zeigt in einer schematischen Darstellung eine erfindungsgemäße zweite Ausführungsform des Antriebssystems 10. Bei der zweiten Ausführungsform ist das erste Hohlrad 48 des ersten Planetenradsatzes 32 das erste Element. Bei der zweiten Ausführungsform ist das Hohlrad 48 beziehungsweise das erste Element mit dem ersten Rotor 20 der ersten elektrischen Maschine 16 verbindbar. Hierzu ist ein erstes Schaltelement S1 vorgesehen, mittels welchem das erste Hohlrad 48 beziehungsweise das erste Element drehfest mit dem Rotor 20 verbindbar ist. Bei der zweiten Ausführungsform ist der erste Planetenträger 46 des ersten Planetenradsatzes 32 das zweite Element. Bei der zweiten Ausführungsform ist der Planetenträger 46 beziehungsweise das zweite Element, insbesondere permanent, drehfest mit der ersten Ausgangswelle 40 verbunden. Bei der zweiten Ausführungsform ist das erste Sonnenrad 44 des ersten Planetenradsatzes 32 das dritte Element. Bei der zweiten Ausführungsform ist das Sonnenrad 44 beziehungsweise das dritte Element, insbesondere permanent, drehfest mit der zweiten Ausgangswelle 42 verbunden.

Bei der zweiten Ausführungsform ist das zweite Hohlrad 52 des zweiten Planetenradsatzes 34 das vierte Element. Bei der zweiten Ausführungsform ist das zweite Hohlrad 52 beziehungsweise das vierte Element, insbesondere permanent, drehfest mit dem zweiten Rotor 28 verbunden. Bei der zweiten Ausführungsform ist der zweite Planetenträger 50 des zweiten Planetenradsatzes 34 das fünfte Element. Bei der zweiten Ausführungsform ist der Planetenträger 50 beziehungsweise das fünfte Element, insbesondere permanent, drehfest mit dem Planetenträger 46 (zweites Element) verbunden. Bei der zweiten Ausführungsform ist das zweite Sonnenrad 49 des zweiten Planetenradsatzes 34 das sechste Element. Bei der zweiten Ausführungsform ist das zweite Sonnenrad 49 beziehungsweise das sechste Element, insbesondere permanent, drehfest mit dem Sonnenrad 44 beziehungsweise mit dem dritten Element verbunden.

Bei der zweiten Ausführungsform weist das Antriebssystem 10 ein zweites Schaltelement S2 auf, mittels welchem der erste Rotor 20 der ersten elektrischen Maschine 16 drehfest mit dem zweiten Hohlrad 52 verbunden ist. Insbesondere ist beispielsweise die erste Eingangswelle 36, insbesondere permanent, drehfest mit dem Rotor 20 verbunden. Alternativ oder zusätzlich ist beispielsweise die Eingangswelle 38, insbesondere permanent, drehfest mit dem Rotor 28 verbunden.

Bei der zweiten Ausführungsform weist das elektrische Antriebssystem 10 das Verblockungsschaltelement VS auf, welches optional vorgesehen ist und demzufolge entfallen kann. Mittels des Verblockungsschaltelements VS sind bei der zweiten Ausführungsform das Sonnenrad 44 und der Planetenträger 46 des ersten Planetenradsatzes 32 kraftschlüssig miteinander verbindbar, sodass auch bei der zweiten Ausführungsform mittels des Verblockungsschaltelements VS eine Differentialsperre des reduzierten Koppelgetriebes 30 darstellbar ist.

Bei der ersten Ausführungsform haben beispielsweise die insbesondere als Stirnrad- Planetenstufen ausgebildeten Planetenradsätze 32 und 34 einen gemeinsamen Steg, insbesondere dadurch, dass die Planetenträger 46 und 50, insbesondere permanent, drehfest miteinander verbunden sind. Ferner haben bei der ersten Ausführungsform die Planetenradsätze 32 und 34 sozusagen ein gemeinsames Gesamthohlrad, da die Hohlräder 48 und 52, insbesondere permanent, drehfest miteinander verbunden sind. Das Sonnenrad 49 ist von der elektrischen Maschine 24 antreibbar, und das Sonnenrad 44 ist mittels der elektrischen Maschine 16 antreibbar. Dabei kann es unerheblich sein, welcher Bauart die als Motoren oder Elektromotoren betreibbaren oder fungierenden, elektrischen Maschinen 16 und 24 sind. Abtriebe zu den beiden Antriebsrädern 12 und 14 erfolgen über den gemeinsamen Steg des als reduziertes Koppelgetriebe ausgebildeten reduzierten Koppelgetriebes 30 für das Antriebsrad 12 und über das gemeinsame Gesamthohlrad für das Antriebsrad 14. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte, weil sehr kompakte Bauweise des reduzierten Koppelgetriebes erreicht werden, da keine der Planetenradsätze 32 und 34, welche auch als Planetensätze bezeichnet werden, von einer Welle umschlungen wird, sodass Anbindungen alle direkt auf kürzestem Wege erfolgen können. Ein dermaßen ausgestaltetes, reduziertes Koppelgetriebe erlaubt es bei Veränderung des jeweils gestellten Antriebsmoments der elektrischen Maschinen 16 und/oder 24, das Summenmoment der beiden Motoren zu unterschiedlichen Anteilen auf die als Antriebswellen ausgebildeten Seitenwellen 62 und 66 der beiden Antriebsräder 12 und 14 zu verteilen. Angenommen, eine der elektrischen Maschinen 16 und 24 sei leistungsfähiger als die jeweils andere elektrische Maschine 24 beziehungsweise 16 und somit eine leistungsfähigere Hauptantriebsmaschine, dann lässt sich beispielsweise die Verteilung der Antriebsmomente auf die beiden Räder (Antriebsräder 12 und 14) der Achse durch eine Modulation des Antriebsmoments der anderen elektrischen Maschine 24 beziehungsweise 16 verändern. Die andere elektrische Maschine 24 beziehungsweise 16 wird somit auch als Nebenmaschine oder Nebenantriebsmaschine bezeichnet.

Beispielsweise wird zunächst die Hauptantriebsmaschine konstant mit 50 Prozent ihres Spitzenmoments betrieben, insbesondere unter der Annahme, dass die Hauptantriebsmaschine 100 Prozent Spitzenmoment erreicht. Außerdem wird beispielsweise von der Annahme ausgegangen, dass die Nebenantriebsmaschine ungedrosselt 50 Prozent des Spitzenmoments der Hauptantriebsmaschine abgibt. Nun wird beispielsweise bei konstantem Drehmoment der Hauptantriebsmaschine das Drehmoment der Nebenantriebsmaschine zunehmend gedrosselt oder angehoben. Damit kann das auf die jeweiligen Antriebsräder 12 und 14 wirkende Antriebsmoment gegenläufig in eine beliebige Richtung verändert werden. Wird dies in einem Diagramm anhand zweier Geraden dargestellt, wobei sich diese Geraden in einem Kreuzungspunkt schneiden, so ist der Kreuzungspunkt der Geraden der sogenannte Differentialpunkt, in welchem das Gesamtabtriebsmoment jeweils hälftig auf die auch als Abtriebe bezeichneten Antriebsräder 12 und 14 verteilt wird, wobei dann bei Geradeausfahrt das reduzierte Koppelgetriebe im Block umläuft und wie ein symmetrisches Differential wirkt. Zu bemerken ist, dass sich gegebenenfalls Drehmomentverteilungen auf die Abtriebe unabhängig von den sich dabei einstellenden Raddrehzahlen ergeben, allein infolge der unterschiedlichen, das reduzierte Koppelgetriebe antreibenden Drehmomente der elektrischen Maschinen 16 und 24. Damit wird ein gezieltes Torque-Vectoring möglich.

Vor diesem Hintergrund vorteilhaft ist eine sogenannte Symmetrisierung. Dabei wird nicht allein das von der Nebenantriebsmaschine gestellte Drehmoment verändert, sondern synchron dazu auch jenes der Hauptantriebsmaschine. Für dieses Vorhaben als besonders vorteilhaft erweist sich, dass die Standübersetzungen der beiden gekoppelten Planetenradsätze 32 und 34 antisymmetrisch sind, mithin den gleichen Absolutbetrag, jedoch entgegengesetzte, mathematische Vorzeichen aufweisen, weshalb die Veränderung der Drehmomente der beiden elektrischen Maschinen 16 und 24 gegensinnig mit dem gleichen Steigungsbetrag (positiv für eine der elektrischen Maschinen 16 und 24 und negativ für die andere elektrische Maschine 24 beziehungsweise 16) erfolgen kann. Demzufolge bleibt das zur Achse übertragene Summenmoment über den gesamten Bereich der Variation der auch als Antriebsmomente bezeichneten Drehmomente der elektrischen Maschinen 16 und 24, als deren Summe konstant.

Figur 3 zeigt ein Diagramm zur Beschreibung eines Beispiels für ein Torque-Vectoring- Verfahren mit einem symmetrischen Steuerungsverfahren für das erfindungsgemäße elektrische Antriebssystem 10 für die in Fig. 1 gezeigten Variante. In dem Diagramm der Fig. 3 ist dazu auf der Ordinate ein prozentualer Drehmomentanteil M, bezogen auf ein Gesamtantriebsdrehmoment, beziehungsweise ein Gesamtabtriebsmoment Mges, während eines Torque-Vectoring-Betriebs, aufgetragen. Auf der Abszisse ist ein prozentuales Ausmaß eines Torque-Vectorings TV aufgetragen. + 100 % TV bedeutet zum Beispiel, dass das während des Torque-Vectoring-Verfahrens eingesetzte Gesamtantriebsdrehmoment zu 100 % auf das rechte Rad geleitet wird, wobei - 100 % TV bedeutet, dass das während des Torque-Vectoring-Verfahrens eingesetzte Gesamtantriebsdrehmoment zu 100 % auf das linke Rad geleitet wird.

Zu Beginn einer Anwendung des Verfahrens kann zum Beispiel von einer Momentengleichverteilung auf beide Antriebsräder (TV = 0 %) ausgegangen werden. Bei diesem Ausgangszustand betragen die dritten Drehmomente M3 und die vierten Drehmomente M4 jeweils 50 % des momentanen Gesamtantriebsdrehmoments. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, dass bei diesem Ausgangszustand mit TV = 0% die ersten Drehmomente M1 und die zweiten Drehmomente M2 nicht gleich sind. Die ersten Drehmomente M1 betragen bei TV = 0 % ca. 63 %, und die zweiten Drehmomente betragen dabei ca. 37 %. Wenn nun ein Torque-Vectoring-Verhalten, also eine Ungleichverteilung des Gesamtantriebsmomentes auf die beiden Räder erfolgen soll, so kann dies dadurch erzielt werden, dass die ersten Drehmomente M1 um einen bestimmten Betrag erhöht werden und die zweiten Drehmomente M2 um den gleichen Betrag erniedrigt werden. Das erfindungsgemäße elektrische Antriebssystem 10 ist dabei so konzipiert, dass bei einer Anwendung dieses Verfahrens die dritten Drehmomente M3 und die vierten Drehmomente M4 sich jeweils um den gleichen Betrag, jedoch mit umgekehrtem Vorzeichen, ändern und somit ein Gesamtabtriebsmoment Mges konstant bleibt, was für eine Fahrbarkeit des Kraftfahrzeuges unerlässlich ist. Das Gesamtabtriebsmoment Mges ist dabei näherungsweise, nämlich, wenn Reibungsverluste unbeachtet bleiben, die Summe der dritten Momente und der vierten Momente sowie auch die Summe der ersten Drehmomente M1 und der zweiten Drehmomente M2.

Somit werden zum Zwecke des Torque-Vectorings zu einer Einstellung einer Momentendifferenz zwischen den dritten Drehmomenten M3 und den vierten Drehmomenten M4, ausgehend von einer Momentengleichheit der dritten Drehmomente und der vierten Drehmomente (bei TV = 0), die ersten Drehmomente M1 und die zweiten Drehmomente M2 jeweils gleichzeitig geändert, wobei die ersten Drehmomente M1 und die zweiten Drehmomente M2 jeweils um den gleichen Betrag, jedoch mit entgegengesetztem Vorzeichen, geändert werden.

Ein solches Verhalten des Antriebs ist vorteilhaft beziehungsweise für einen Fahrer eigentlich zwingend, da dieser mit einer konstanten Fahrpedalstellung, unabhängig vom sich dabei einstellenden Ausmaß an Torque-Vectoring eine konstante Antriebsleistung erwartet.

Als weiterer, durchaus positiver Effekt der Symmetrisierung des Verhaltens des Achsantriebs verhalten sich die Steigungen der im Diagramm der Fig. 3 gezeigten Geraden für die dritten Drehmomente M3 und die vierten Drehmomente M4 sowie für die ersten Momente M1 und die zweiten Momente M2 jeweils gegensinnig. Dadurch vereinfacht sich die Steuerung des Verhaltens des Antriebes wesentlich.

Zu bemerken sei noch, dass sich durch die Symmetrisierung auch der Differentialpunkt verschiebt. Ferner ist von Vorteil, dass bei Geradeausfahrt im Differentialpunkt, jenem Betriebspunkt des Antriebs, in welchem sich an den Abtrieben das jeweils gleiche Antriebsmoment einstellt, die elektrischen Maschinen 16 und 24 mit unterschiedlich hohen Drehmomenten betrieben werden. Daher kann es sich als sinnvoll erweisen, die elektrischen Maschinen 16 und 24 mit unterschiedlichen Leistungsfähigkeiten in den Antrieb zu integrieren.

Eine etwaige Frage, welche Kombination von Leistungsfähigkeiten am sinnvollsten ist, insbesondere davon ausgehend, dass die Leistungsfähigkeit der Hauptantriebsmaschine unabhängig von deren nominellem Wert immer als 100 Prozent angenommen wird, lässt sich am einfachste bei Betrachtung einer Kurvenfahrt herleiten. Die Basis hierzu bildet der sogenannte Kamm’sche Kreis, der bei modernen Reifen eine Ellipse ist, eine grafische Visualisierung des Verhältnisses des gleichen Vermögens eines Reifens, Längs- und Querkräfte anhand seiner Haftung aufzunehmen. Für einen gegebenen Reifen auf einem gegebenen Fahrbahnbelag skaliert der Kamm’sche Kreis, insbesondere in einer guten Annäherung und bei Anpassung des Reifendrucks, linear mit der vertikalen Aufstandskraft des Reifens. Der Reifen kann jeweils nur maximal bis zur jeweiligen Ellipsenkontur ausbelastet werden, darüber hinaus verliert der Reifen die Haftung. Bei hohen Antriebskräften können bei dem hohen, sich dabei einstellenden Schlupf nur noch geringen Seitenführungskräfte, bei geringen Schräglaufwinkeln innerhalb der Rutschgrenze, deren Hüllkurve der Kamm’sche Kreis darstellt, übernommen werden. Analog können bei hohen Fliehkräften, welche die Seitenführungsfähigkeit des Reifens bei hohem Schräglaufwinkel in hohem Maße beanspruchen, nur noch geringe Antriebskräfte sicher übertragen werden. Die physikalische Grenzgeschwindigkeit eines Fahrzeugs durch eine Kurve wird von vielen, weiteren Fahrzeugparametern mit beeinflusst, lässt sich aber mit hinreichender Annäherung darauf festlegen, wo nach Aufnahme der kurvenfahrtbedingten Fliehkräfte die Reifen noch das Äquivalent der Fahrwiderstände ausgleichen können, um zu verhindern, dass das Fahrzeug langsamer wird, womit eine quasi stationäre Kurvenfahrt aufrechterhalten werden kann. Bei Kurvenausfahrt, mit zunehmend zurückgenommenem Lenkwinkel, nehmen die Fliehkräfte zunehmend ab, wobei bei zunehmend geringer Seitenführungsfähigkeit jene zur Übertragung einer Antriebskraft zunimmt. Dabei steigt der momentan gefahrene Kurvenradius kontinuierlich und es kann demzufolge zunehmend stark beschleunigt werden. Daraus folgt, dass, sofern jeweils die Längs- und Querkomponente der Fahrdynamik damit angehoben werden soll, bei geringen abgegebenen Leistungen in einer quasi-stationären Kurvenfahrt bei geringen Antriebsmomenten ein hohes Maß an Torque-Vectoring sinnvoll umgesetzt werden kann, bei zunehmender Leistungsabgabe, aber in den meisten Anwendungsfällen ein zunehmend geringes Maß noch sinnvoll die Fahrdynamik steigern kann. Allerdings können sich, zum Beispiel auf einem Handling-Parcours, die gerne zu spektakulären Fahrzeugtests herangezogen werden, Fahrsituationen ergeben, unter denen auch bei hohen Leistungsabgaben auch noch ein hohes Maß an Torque-Vectoring sinnhaft sein kann.

Die Festlegung der Grenze, bis zu der ein als ausreichend betrachtetes Torque- Vectoring ermöglicht werden soll, kann auch zur Bestimmung des noch sinnvollen Verhältnisses der Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschinen 16 und 24 herangezogen werden. Es hat sich herausgestellt, dass eine Leistungsfähigkeit der Nebenantriebsmaschine von ungefähr 63 Prozent der Leistungsfähigkeit der Hauptantriebsmaschine hinsichtlich einer Gesamteffizienz und Gesamtperformance ideal ist. Bei einer hohen Auslastung der Antriebsfähigkeit der von so konfigurierten elektrischen Maschinen 16 und 24 derart, dass die elektrischen Maschinen 16 und 24 derart betrieben werden, dass sie bei 94 Prozent des maximal abgebbaren Summenantriebsmoments der beiden Motoren betrieben werden, kann immer noch ein als ausreichend anzusehendes Maß von 33,33 Prozent des abgegebenen Antriebsmomentes als symmetrisches Torque-Vectoring zur Verfügung stehen. Begrenzt wird dieser Betrag von der Momentenkapazität der Hauptantriebsmaschine, die beispielsweise ab einem gewissen Punkt die Antriebsmomente nicht weiter erhöhen kann und daher die Grenze des symmetrischen Torque-Vectorings markiert. Darüber hinaus kann Torque-Vectoring möglich sein, allerdings kein symmetrisches mehr. Daraus folgt, dass es vorteilhaft sein kann, wenn die Nebenantriebsmaschine eine Momentenkapazität von 63 Prozent bezogen auf eine Momentenkapazität der Hauptantriebsmaschine hat. Bei geringeren Summenantriebsmomenten als den genannten 94 % ist beispielsweise mittels der ersten Ausführungsform in weiten Bereichen Torque-Vectoring bis zu 100 Prozent des von den beiden elektrischen Maschinen 16 und 24 abgegebenen Antriebsmoments möglich, das heißt, das gesamte abgegebene Antriebsmoment kann auf das eine, beliebige Rad der Achse geleitet werden.

Die erste Ausführungsform kann durch die Kopplung der beiden Antriebsmaschinen (elektrische Maschinen 16 und 24) ein umfangreicheres, symmetrisches Torque- Vectoring-Vermögen bieten, als das bei einer Anordnung von zwei unabhängig voneinander auf jeweils ein Rad wirkenden Maschinen, selbst mit jeweils der Leistungsfähigkeit der Hauptantriebsmaschine, gewährleistet werden kann. Denn die Fähigkeit zweier gleicher, unabhängig voneinander auf je ein Rad wirkender elektrischer Maschinen, 100 Prozent des abgegebenen Moments in Form von Torque-Vectoring einzusetzen, endet zwangsläufig bei dem 50prozentigen Summenantriebsmoment beider Maschinen.

Das führt unter anderem dazu, dass wenn ein Torque-Vectoring Verhalten, das beispielweise etwa die Hälfte des Giermomentes um die Hochachse des Fahrzeuges während der Kurvenfahrt stellt, bis zum Ende einer Kurvenfahrt beibehalten werden soll, es mit der ersten Variante des erfindungsgemäßen Antriebes das Summenmoment beider Motoren um lediglich maximal 6% reduziert werden muss, danach, bei zunehmend anwachsenden Kurvenradius zunehmend weniger, um bis in die Geradeausfahrt hinein ein ausreichendes Maß an Torque-Vectoring beibehalten werden kann. Das ist insbesondere deshalb wichtig, weil damit vermieden werden kann, dass ein erhebliches Untersteuern des Fahrzeuges eintritt, wenn das Torque-Vectoring Niveau noch während der Kurvenfahrt einbrechen sollte. Dadurch entsteht ein Vorteil gegenüber Torque-Vectoring-Antrieben mit radindividuellen Motoren, weil diese eine Momentenreduktion von etwa 17% erfordern, um ein Vergleichbares Verhalten bei Kurvenausfahrt zu erreichen.

Als weiteres Kriterium der Sinnhaftigkeit des Verhältnisses 100 Prozent/63 Prozent der elektrischen Maschinen 16 und 24 kann auch die Momentenabgabe eines solchen Antriebs bei Beschleunigung im Differentialpunkt bei Geradeausfahrt herangezogen werden. Dabei wird beispielsweise die Hauptantriebsmaschine von 0 Prozent auf 100 Prozent hochgefahren, die Nebenantriebsmaschine, um stets im Differentialpunkt zu verbleiben, von 0 Prozent auf 60 Prozent. Damit werden in deren Summe mit 160 Prozent der Leistungsfähigkeit der Hauptantriebsmaschine, das heißt 98,16 Prozent der gesamten, installierten Summenleistungsfähigkeit der elektrischen Maschinen 16 und 24, von 100 + 63 = 163 Prozent der Hauptantriebsmaschine erreicht, was in Anbetracht der erweiterten Torque-Vectoring-Fähigkeiten dieses Antriebes als durchaus vertretbar zu bewerten ist. Damit erweist sich die erste Ausführungsform als eine durchaus geeignete für Hochleistungsfahrzeuge. Daher erscheint es angemessen, zusätzlich zu den Torque-Vectoring-Fähigkeiten eine Differentialsperre beziehungsweise die zuvor genannte Differentialsperre vorzusehen, um die Fähigkeit der Kurvenfahrt bis an die physikalische Grenze zu gewährleisten. Insbesondere auch deshalb, weil sich diese dank der günstigen Anordnung einfach integrieren lässt, wie es aus Fig. 1 und 2 ersichtlich ist. Eine solche Differentialsperre fällt dazu noch besonders kompakt und leicht aus, weil an den beiden Abtrieben in den meisten Anwendungsfällen noch eine Achsübersetzung erfolgen kann, mittels welcher die effektive Sperrwirkung der Kupplung der Differentialsperre zu multiplizieren ist. Ein Umstand, der ein weiteres besonders günstiges Merkmal des elektrischen Antriebssystems 10 darstellt.

Anzumerken sei noch, dass sich das beschriebenen Antriebsystem 10 in seinen beiden gezeigten Varianten bezüglich des Vorzeichens der Drehmomente (M1 bis M4) spiegelsymmetrisch verhält. Werden Antriebsmomente als positiv bezeichnet und Schubmomente als negativ, so ist das Verhalten beider beschriebenen Varianten des Antriebssystems 10 im Antriebs- und im Schubbetrieb spiegelsymmetrisch. Daraus folgt, dass das für das Torque-Vectoring während des Antriebes vorliegende Verhalten des elektrischen Antriebssystems 10 spiegelsymmetrisch auf den Schubbetrieb übertragbar wird, wodurch die Schubmomente M3 und M4 Schubmomente nach dem gleichen Prinzip wie im Antriebsfall Schubmomente M1 und M2 ergeben, die zur Rekuperation elektrischer Energie und daher zum Laden der Fahrzeugbatterie genutzt werden können. Hervorzuheben sei vor allem die Möglichkeit der radindividuellen Höhe der rekuperierten Energie, analog wie für das Torque-Vectoring beschrieben, allein durch die Ansteuerung des Rekuperationsniveaus der beiden elektrischen Maschinen. Daraus ergeben sich auch weitreichende Möglichkeiten zur Gestaltung von elektrischen Antiblockiersystem- und elektrischen Stabilitätsprogramm-Funktionen zur Verbesserung einer Fahrstabilität. Somit kann ein allein durch die elektronische Ansteuerung der elektrischen Maschinen erfolgendes elektrisches Anti-Blockier-Bremssystems (eABS) und/oder eine allein durch die elektronische Ansteuerung der elektrischen Maschinen erfolgende elektrische Stabilisierungsfunktion des Fahrzeuges in kritischen Fahrsituationen (eESP). Als besonders vorteilhaft für das Fahrgefühl und die Fahrbarkeit des Fahrzeuges erweist sich die bedeutend höhere Taktfrequenz, die die eABS- und eESP-Systeme gegenüber deren klassischen, dem Stand der Technik entsprechenden Ausführungen über die hydraulisch-mechanische Bremsanlage der Fahrzeuge erreichen können.

Bei der ersten Ausführungsform des elektrischen Antriebssystems 10, welches auch als Achsantrieb bezeichnet wird, mit den zwei als Fahrmaschinen ausgebildeten beziehungsweise fungierenden, über das reduzierte Koppelgetriebe 30 miteinander verbundenen oder verbindbaren, elektrischen Maschinen 16 und 24 kann ein gleichzeitiger Antrieb der elektrischen Maschinen 16 und 24 in zumindest nahezu beliebigem Fahrzustand vorgesehen sein.

Die zweite Ausführungsform erlaubt es, in Fahrsituationen, in welchen nur ein Bruchteil der installierten Leistung erforderlich ist, etwa im Stadtverkehr, eine der Fahrmaschinen abzuschalten und nur mit der anderen Fahrmaschine in einem normalen Differentialbetrieb zu fahren. Bei der zweiten Ausführungsform haben die vorzugsweise als Stirnrad-Planetenstufen ausgebildeten Planetenradsätze 32 und 34 den zuvor genannten, gemeinsamen Steg, da die Planetenträger 46 und 50, insbesondere permanent, drehfest miteinander verbunden sind. Bei der zweiten Ausführungsform haben die Planetenradsätze 32 und 34 ein gemeinsames Gesamtsonnenrad, da die Sonnenräder 44 und 49, insbesondere permanent, drehfest miteinander verbunden sind. Insbesondere ist es denkbar, dass die Planetenträger 46 und 50 einstückig miteinander ausgebildet sind. Alternativ oder zusätzlich können die Sonnenräder 44 und 49 einstückig miteinander ausgebildet sein, insbesondere bei der zweiten Ausführungsform. Im Hinblick auf die erste Ausführungsform ist es denkbar, dass die Hohlräder 48 und 52 einstückig miteinander ausgebildet sind. Bei der zweiten Ausführungsform ist das Hohlrad 52 von der elektrischen Maschine 24 antreibbar. Die elektrische Maschine 16 kann wahlweise das Hohlrad 52 oder das Hohlrad 48 antreiben. Insbesondere zur Ermöglichung eines symmetrischen Torque-Vectorings kann das Hohlrad 48 von der elektrischen Maschine 16 angetrieben werden. Eine Besonderheit der zweiten Ausführungsform besteht insbesondere darin, dass die elektrische Maschine 16, insbesondere deren Rotor 20, mittels der Schaltelemente S1 und S2 wahlweise mit dem Hohlrad 48 oder mit dem Hohlrad 52 drehfest verbunden werden kann. Insbesondere sind die Schaltelemente S1 und S2 durch einen Drei-Zustand-Aktor oder ein Drei- Zustand-Schaltelement gebildet, insbesondere beliebiger Bauart. Vorzugsweise ist das Schaltelement S1 und/oder S2 als formschlüssiges Schaltelement, insbesondere als Klauenkupplung, ausgebildet. Mit anderen Worten ist es denkbar, dass das erste Schaltelement S1 und/oder das zweite Schaltelement S2 als Klauenkupplung oder als Formschlusskupplung, mithin als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet sind. Somit kann beispielsweise mittels der Schaltelemente S1 und S2 der Rotor 20 wahrweise mit dem Hohlrad 48 oder mit dem Hohlrad 52, insbesondere formschlüssig, verbunden werden. Es ist denkbar, dass das Schaltelement S1 und/oder S2 als reibschlüssiges Schaltelement und somit beispielsweise als Lamellenkupplung oder Reibschlusskupplung ausgebildet ist.

Insbesondere in einem Schaltzustand, in welchem das Hohlrad 48 mittels des Schaltelements S1 drehfest mit dem Rotor 20 verbunden ist, ergibt sich ein Torque- Vectoring-Zustand des als Achsantrieb fungierenden oder ausgebildeten, elektrischen Antriebssystems 10. In einem anderen Schaltzustand ist mittels des Schaltelements S1 der Rotor 20 drehfest mit dem Hohlrad 52 verbunden, wodurch sich durch eine einfache Summierung der Leistungen der beiden elektrischen Maschinen 16 und 24 ein sogenannter Boost-Zustand des Achsantriebs ergibt. Der Boost-Zustand wird auch als Beschleunigungszustand oder Unterstützungszustand bezeichnet. In dem Boost-Zustand arbeitet der Planetenradsatz 34, der hier vorzugsweise als eine Plus-Planetenstufe ausgebildet ist, da beispielsweise die zweite Standübersetzung positiv und die erste Standübersetzung negativ ist, wie ein symmetrisches Achsdifferential, wobei der Planetenradsatz 32, welcher auch als Minus-Planetenradsatz bezeichnet wird, in diesem Fall unbeteiligt ist. Schließlich kann die elektrische Maschine 16 insbesondere in einem dritten Schaltzustand vollständig von dem reduzierten Koppelgetriebe 30 abgekoppelt werden. Mit anderen Worten, befindet sich das Schaltelement S1 in seinem Kopplungszustand, während sich das Schaltelement S2 in seinem Entkoppelzustand befindet, so ist der Rotor 20 mittels des Schaltelements S1 drehfest mit dem Hohlrad 48 verbunden. Befindet sich das Schaltelement S2 in seinem Koppelzustand, während sich das Schaltelement S1 in seinem Entkoppelzustand befindet, so ist der Rotor 20 mittels des Schaltelements S2 drehfest mit dem Hohlrad 52 verbunden. Befinden sich die Schaltelemente S1 und S2, insbesondere gleichzeitig, in ihren Entkoppelzuständen, so ist der Rotor 20 sowohl von dem Hohlrad 48 als auch von dem Hohlrad 52 entkoppelt, sodass die elektrische Maschine 16 von dem reduzierten Koppelgetriebe 30, insbesondere vollständig, entkoppelt ist. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Schaltelemente S1 uns S2 ein gemeinsames Schaltteil umfassen, welches, insbesondere relativ zu dem Gehäuse 22, zwischen einer ersten Schaltstellung, einer zweiten Schaltstellung und einer dritten Schaltstellung bewegbar ist. Beispielsweise ist das Schaltteil relativ zu dem Gehäuse 22 translatorisch oder rotatorisch zwischen den Schaltstellungen bewegbar. In der ersten Schaltstellung befindet sich beispielsweise das Schaltelement S1 in seinem Koppelzustand, während sich das Schaltelement S2 in seinem Entkoppelzustand befindet. In der zweiten Schaltstellung befindet sich beispielsweise das Schaltelement S2 in seinem Koppelzustand, während sich das Schaltelement S1 in seinem Entkoppelzustand befindet. In der dritten Schaltstellung befinden sich beispielsweise die Schaltelemente S1 und S2, insbesondere gleichzeitig, in ihren Entkoppelzuständen, ist die elektrische Maschine 16 von dem reduzierten Koppelgetriebe 30 vollständig entkoppelt, so ist die andere elektrische Maschine 24 alleine aktiv, wodurch sich im Bereich geringer abgerufener Leistungen ein Effizienzpotential eröffnet. Die Abtriebe zu den beiden Antriebsrädern 12 und 14 der Antriebsachse erfolgen über den gemeinsamen Steg des reduzierten Koppelgetriebes für das Antriebsrad 14 und über das gemeinsame Gesamtsonnenrad für das Antriebsrad 12. Dadurch kann eine vorteilhafte weil kompakte Bauweise des reduzierten Koppelgetriebes erreicht werden. Im Folgenden werden die drei unterschiedlichen Betriebsmodi der zweiten Ausführungsform beschrieben. Ein erster der Betriebsmodi ist ein Torque-Vectoring-Modus, in welchem sich beispielsweise das Schaltteil in seiner ersten Schaltstellung, mithin das Schaltelement S1 in seinem Koppelzustand und das Schaltelement S2 in seinem Entkoppelzustand befinden. Für den Torque-Vectoring- Modus wird somit die elektrische Maschine 16 an das Hohlrad 48 drehfest angebunden. Dadurch ergibt sich bei einem konstanten Betriebspunkt der elektrischen Maschine 24, die hier als Hauptantriebsmaschine anzusehen ist und die wieder als 100 Prozent Leistung (beziehungsweise Momentenkapazität) betrachtet wird, unabhängig von ihrer effektiven Leistungsfähigkeit, bei der Veränderung des abgegebenen Moments der elektrischen Maschine 16 vom ursprünglich gleichen und gleichsinnigen Drehmoment, wie jenes der elektrischen Maschine 24, über den Nullpunkt hinaus, bis hin zum erneut gleichen, aber gegensinnigen Moment, ein entsprechendes Verhalten. Dazu wird die elektrische Maschine 24 beispielsweise konstant bei 50 Prozent ihrer Leistungsfähigkeit betrieben. Die elektrische Maschine 16 wird beispielsweise über Iterationsschritte vom gleichen und gleichsinnigen bis dabei zum gleichen aber gegensinnigen Moment kontinuierlich verändert. Dadurch ergeben sich an den Abtrieben des Achsantriebs, mithin an den Antriebsrädern 12 und 14, entsprechende, gegenläufige Momentenverläufe und als deren Summe das Gesamtabtriebsmoment des Antriebs. Wie schon bei der ersten Ausführungsform fallen die Steigungen der beiden Abtriebe beziehungsweise jeweiliger, die Drehmomente aller Abtriebe visualisierenden Geraden unterschiedlich steil aus und das Summenmoment entspricht allein dem Differentialpunkt, beim Nulldurchgang des von der elektrischen Maschine 16 abgegebenen Drehmoments, der eigentlichen Zielleistung von 50 Prozent Drehmoment der elektrischen Maschine 24. Dies kann gegebenenfalls unerwünscht sein. Daher wird auch für die zweite Ausführungsform ein Verfahren zur Symmetrisierung des Achsantriebs verwendet, das geringfügig anders erfolgt, aber das gleiche Ziel erreicht, nämlich über den gesamten, möglichen Torque-Vectoring-Bereich ein konstantes Summenabtriebsmoment und auch wieder gleiche und gegenläufige Steigungen der Abtriebsmomente. Das jeweils unterschiedliche Vorgehen mit dem gleichen Ergebnis der vollständigen Symmetrierung ist möglich und vorteilhaft. Bei Geradeausfahrt im Differentialpunkt läuft die elektrische Maschine 16 mit Achsdrehzahl, bei Kurvenfahrt im Differentialpunkt mit einer von der Differenzdrehzahl der Antriebsräder 12 und 14 abhängigen Drehzahl jeweils lastlos mit. Damit kann mit dieser Ausgangsstellung ein symmetrisches Torque-Vectoring von immer noch 29,33 Prozent des von der in diesem Zustand alleinigen, elektrischen Maschine 24 bei deren 87 prozentigen

Momentenauslastung erreicht werden, was vorteilhaft ist. Die Grenze des symmetrischen Torque-Vectorings wird bei der Volllast der elektrischen Maschine 24 erreicht.

Das Drehmoment des momentenabgesenkten Antriebs kehrt nach einem Nulldurchgang um. Es steht ein negatives, entgegen der Fahrtrichtung gerichtetes Drehmoment an, das aber für Straßenfahrzeuge in üblichen Fahrsituationen eventuell nicht erwünscht sein kann, weshalb der infolge dieser Momentenumkehr bis über 100 Prozent hinausragende Bereich ignoriert werden kann. Auch die zweite Ausführungsform kann einen weiteren, symmetrischen Torque-Vectoring-Bereich nutzen, als das mit der Verwendung zweier mit der elektrischen Maschine 24 äquivalenter Motoren möglich wäre, die jeweils unabhängig voneinander den Antrieb des jeweils einen der beiden Antriebsräder 12 und 14 der Achse darstellen. Die Begründung ist die gleiche wie die vorige. Um den in etwa mit den inneren Verlusten der elektrischen Maschine 16 und deren Lagerreibung gleichzusetzenden Energieverbrauch der elektrischen Maschine 16 in allen Fahrsituationen, in denen kein Torque-Vectoring erwünscht oder zu erwarten ist, kann die elektrische Maschine 16 durch das Ausschalten des Schaltelements S1 beziehungsweise S2, welches die elektrische Maschine 16 zu dem Torque-Vectoring- Modus an das Hohlrad 48 koppelt, abgeschaltet und die elektrische Maschine 16 quasi stillgelegt werden. Dadurch kann die zweite Ausführungsform in einem besonders effizienten Modus, allein mit der elektrischen Maschine 24 betrieben werden. Sollen Fahrzustände abgedeckt werden, in denen die Leistung der elektrischen Maschine 24 als nicht ausreichend betrachtet wird, kann durch das Umschalten der elektrischen Maschine 16 mittels des Schaltelements S1 beziehungsweise S2 auf das Hohlrad 52 die zusätzliche Leistung der elektrischen Maschine 16 zusammen mit der elektrischen Maschine 24 in den sogenannten Boost-Modus oder Boost-Betrieb genutzt werden. Um ein als ausreichend zu beurteilendes symmetrisches Torque-Vectoring bei der zweiten Ausführungsform nutzen zu können, ist es von Vorteil, wenn die erste elektrische Maschine 16 mindestens etwa 15 bis 20 Prozent der Momentenkapazität der zweiten elektrischen Maschine 24, mithin der Hauptantriebsmaschine, erreichen kann. Die finale Auslegung der Leistungsfähigkeit der ersten elektrischen Maschine 16 kann aber bei einer höheren, erwünschten Boost-Leistung beliebig darüber hinausgehen. Damit erweist sich die zweite Ausführungsform als besonders vielseitig. Über den abwechselnden Betrieb der Anordnung in den Modi Torque-Vectoring und Boost kann eine hohe Fahrdynamik erreicht werden. Daher empfiehlt es sich auch für diese zweite Ausführungsform, eine Differentialsperre vorzusehen. Denn die eingangs und bei der Betrachtung der ersten Ausführungsform aufgelisteten Vorteile treffen auch auf diese zweite Ausführungsform in weitem Maße zu. Zudem kann auch angeführt werden, dass beim Betrieb des Antriebs im Boost-Modus mit der Summenleistung der elektrischen Maschinen 16 und 24 oder allein mit der elektrischen Maschine 24 der Achsantrieb über ein offenes Differential erfolgt, dessen Fähigkeiten ein Sperrdifferential bekanntlich steigert. Damit ist auch schon gezeigt, dass bei Abkopplung der elektrischen Maschine 16 vom reduzierten Koppelgetriebe 30 das Kraftfahrzeug bei geringerer Leistungsentfaltung besonders effizient betrieben werden kann. Ein Zustand, der die besonders weite Wandlungsfähigkeit des Achsantriebs unterstreicht.

Bezugszeichenliste

10 Antriebssystem

12 Antriebsrad

14 Antriebsrad

16 erste elektrische Maschine

18 erster Stator

20 erster Rotor

22 Gehäuse

24 zweite elektrische Maschine

26 zweiter Stator

28 zweiter Rotor

30 Reduziertes Koppelgetriebe

32 erster Planetenradsatz

34 zweiter Planetenradsatz

36 erste Eingangswelle

38 zweite Eingangswelle

40 erste Ausgangswelle

42 zweite Ausgangswelle

44 erstes Sonnenrad

46 erster Planetenträger

48 erstes Hohlrad

49 zweites Sonnenrad

50 zweiter Planetenträger

52 zweites Hohlrad

54 erstes Planetenrad

56 zweites Planetenrad

58 drittes Planetenrad

60 erste Übersetzungsstufe

62 erste Seitenwelle

64 zweite Übersetzungsstufe

66 zweite Seitenwelle M Drehmomentanteil M1 Erste Drehmomente M2 Zweite Drehmomente

M3 Dritte Drehmomente

M4 Vierte Drehmomente

Mges Gesamtabtriebsmoment

TV Torque-Vectoring-Ausmaß

51 Schaltelement

52 Schaltelement

VS Verblockungsschaltelement

Claims

Patentansprüche Elektrisches Antriebssystem (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einer ersten elektrischen Maschine (16) mit einem ersten Rotor (20), mit einer zweiten elektrischen Maschine (24) mit einem zweiten Rotor (28), und mit einem reduzierten Koppelgetriebe (30), welches einen ersten Planetenradsatz (32), einen zweiten Planetenradsatz (34), eine erste Eingangswelle (36), eine zweite Eingangswelle (38), eine erste Ausgangswelle (40) und eine zweite Ausgangswelle (42) aufweist, wobei:

- die erste Eingangswelle (36) dazu ausgebildet ist, von der ersten elektrischen Maschine (16) ausgehende, erste Drehmomente (M1) in das reduzierte Koppelgetriebe (30) einzuleiten,

- die zweite Eingangswelle (38) dazu ausgebildet ist, von der zweiten elektrischen Maschine (24) ausgehende, zweite Drehmomente (M2) in das reduzierte Koppelgetriebe (30) einzuleiten,

- die erste Ausgangswelle (40) dazu ausgebildet ist, dritte Drehmomente (M3) aus dem reduzierten Koppelgetriebe (30) auszuleiten,

- die zweite Ausgangswelle (42) dazu ausgebildet ist, vierte Drehmomente (M4) aus dem reduzierten Koppelgetriebe (30) auszuleiten,

- der erste Planetenradsatz (32) ein drehfest mit dem ersten Rotor (20) verbundenes oder verbindbares, erstes Element, ein drehfest mit der ersten Ausgangswelle (40) verbundenes, zweites Element und ein drehfest mit der zweiten Ausgangswelle (42) verbundenes, drittes Element aufweist,

- der zweite Planetenradsatz (34) ein drehfest mit dem zweiten Rotor (28) verbundenes, viertes Element und ein drehfest mit dem zweiten Element verbundenes, fünftes Element aufweist, wobei: 40

- der zweite Planetenradsatz (34) ein drehtest mit dem dritten Element verbundenes, sechstes Element aufweist, und

- eine erste Standübersetzung des ersten Planetenradsatzes (32) den gleichen Betrag sowie ein entgegengesetztes Vorzeichen im Vergleich zu einer zweiten Standübersetzung des zweiten Planetenradsatzes (34) aufweist dadurch gekennzeichnet, dass:

- das erste Element des ersten Planetenradsatzes (32) als ein erstes Hohlrad (48) ausgebildet ist,

- das vierte Element des zweiten Planetenradsatzes (34) als ein zweites Hohlrad (52) ausgebildet ist,

- das dritte Element des ersten Planetenradsatzes (32) als ein erstes Sonnenrad (44) ausgebildet ist, und

- das sechste Element des zweiten Planetenradsatzes (34) als ein zweites Sonnenrad (49) ausgebildet ist. Elektrisches Antriebssystem (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass:

- das zweite Element des ersten Planetenradsatzes (32) als ein erster Planetenträger (46) in Form eines Einfachplanetenträgers mit ersten Planetenrädern (54) ausgebildet ist,

- das fünfte Element des zweiten Planetenradsatzes (34) als ein zweiter Planetenträger (50) in Form eines Doppelplanetenträgers mit zweiten Planetenrädern (56) und dritten Planetenrädern (58) ausgebildet ist, und

- die ersten Planetenräder (54) getrennt von den zweiten Planetenrädern (56) und getrennt von den dritten Planetenrädern (58) ausgebildet sind. Elektrisches Antriebssystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Element des ersten Planetenradsatzes (32) und das sechste Element des zweiten Planetenradsatzes (34) gleiche Verzahnungsdurchmesser sowie eine gleiche Zähnezahl aufweisen. Elektrisches Antriebssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch: 41

- eine erste Übersetzungsstufe (60), welche bezogen auf einen ersten Drehmomentenfluss, entlang welchem die dritten Drehmomente (M3) über die erste Ausgangswelle (40) aus dem reduzierten Koppelgetriebe (30) auszuleiten sind, in dem ersten Drehmomentenfluss stromab der ersten Ausgangswelle (40) angeordnet ist, und

- eine zweite Übersetzungsstufe (64), welche bezogen auf einen zweiten Drehmomentenfluss, entlang welchem die vierten Drehmomente (M4) über die zweite Ausgangswelle (42) aus dem reduzierten Koppelgetriebe (30) auszuleiten sind, in dem zweiten Drehmomentenfluss stromab der zweiten Ausgangswelle (42) angeordnet ist, wobei die erste Übersetzungsstufe (60), die zweite Übersetzungsstufe (64), das reduzierte Koppelgetriebe (30) und die Rotoren (20, 28) in einem gemeinsamen Gehäuse (22) des elektrischen Antriebssystems (10) angeordnet sind. Elektrisches Antriebssystem (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das reduzierte Koppelgetriebe (30), die beiden Rotoren (20, 28) und die beiden Übersetzungsstufen (60, 64) koaxial zueinander angeordnet sind. Elektrisches Antriebssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das reduzierte Koppelgetriebe (30) genau zwei Planetenradsätze (32, 34), nämlich den ersten Planetenradsatz (32) und den zweiten Planetenradsatz (34) aufweist. Elektrisches Antriebssystem (10) nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch:

- ein erstes Schaltelement (S1), welches dazu ausgebildet ist, den ersten Rotor (20) drehfest mit dem ersten Hohlrad (48) zu verbinden, und

- ein zweites Schaltelement (S2), welches dazu ausgebildet ist, den ersten Rotor (20) drehfest mit dem zweiten Hohlrad (52) zu verbinden Elektrisches Antriebssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Verblockungsschaltelement (VS), welches dazu ausgebildet ist, zwei der Elemente des reduzierten Koppelgetriebes (30) kraftschlüssig miteinander zu verbinden. Torque-Vectoring-Verfahren zum Steuern eines elektrischen Antriebssystems (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zu einer Einstellung einer Momentendifferenz zwischen den dritten Drehmomenten (M3) und den vierten Drehmomenten (M4), ausgehend von einer Momentengleichheit der dritten Drehmomente (M3) und der vierten Drehmomente (M4), die ersten Drehmomente (M1) und die zweiten Drehmomente M(2) gleichzeitig geändert werden, wobei die ersten Drehmomente (M1) und die zweiten Drehmomente (M2) jeweils um den gleichen Betrag, jedoch mit entgegengesetztem Vorzeichen, geändert werden.