WO2023198433A1 - Electric drive system and method for operating same - Google Patents

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WO2023198433A1
WO2023198433A1 PCT/EP2023/057721 EP2023057721W WO2023198433A1 WO 2023198433 A1 WO2023198433 A1 WO 2023198433A1 EP 2023057721 W EP2023057721 W EP 2023057721W WO 2023198433 A1 WO2023198433 A1 WO 2023198433A1
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WO
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switching element
drive system
electric drive
rotor
coupling gear
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PCT/EP2023/057721
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Peter Hahn
Carsten Gitt
Jonathan Zeibig
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Mercedes-Benz Group AG
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    • F16H2048/368—Differential gearings characterised by intentionally generating speed difference between outputs using additional orbital gears in combination with clutches or brakes

Definitions

  • the invention relates to an electric drive system according to the type defined in more detail in the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to various operating methods for such an electric drive system.
  • An electric drive system with two electric machines, the power or torque of which is transmitted via a coupling gear, is fundamentally known from the prior art, for example from US 9 494 218 B2, with particular reference to FIGS. 61 ff. and the associated text can be referred.
  • the two electric machines drive two output shafts via the coupling gear, which includes a four-shaft planetary gear set.
  • the rotors of the two electric machines are connected in a rotationally fixed manner to different elements of the coupling transmission, as are the two output shafts.
  • a non-rotatable connection in the sense of the present description is to be understood as meaning that two rotatably mounted elements are connected to one another in a non-rotatable manner when they are arranged coaxially to one another and are connected to one another in such a way that they rotate at the same angular speed.
  • the object of the present invention is to create a very compact electric drive system with two electric machines, which can be operated easily and efficiently in both a torque vectoring mode and in an efficiency mode.
  • torque vectoring in the sense of the present invention is intended to define an operating mode in which both electrical machines deliver significant torque for propulsion, whereby the electrical machines do not have to be of the same strength and do not have to have the same nominal power.
  • a torque distribution can then be implemented on the two output shafts and thus, in the preferred use in a vehicle, on the two wheels driven directly or indirectly by the output shafts.
  • Such an operating mode is particularly suitable for dynamic driving in curves.
  • Efficient operation in the sense of the description here is to be understood as a propulsion in which one of the two electric machines is operated alone and the coupling gear acts as a classic differential with an even distribution of the torque in a ratio of 1:1 between both output shafts or wheels.
  • the torque is distributed equally between the two driven wheels, even when cornering, although different speeds will still occur at the wheels.
  • the second electric machine is decoupled in this efficient mode, so it does not have to be dragged along.
  • the electric drive system according to the invention by means of which a compact and highly flexible electric drive system is created, which allows operation in both a torque vectoring mode and in an efficiency mode, comprises at least five different switching elements, of which a first switching element is designed for this purpose the second output shaft is rotatable, in the above defined sense, with a second element of the coupling gear designed as a four-shaft planetary gear set.
  • a second switching element serves to couple the second output shaft to the third element in a rotationally fixed manner; a third switching element can couple the first rotor to the third element in such a way that torques can be introduced into the coupling gear.
  • a fourth switching element is designed to couple the first rotor to the second element in such a way that torques can be introduced into the coupling transmission via this path.
  • a fifth switching element serves to couple the second rotor with the first element in order to introduce torques from the second electric machine into the coupling gear via the first element.
  • the elements of the planetary gear set in the sense of the invention include the sun gears, planetary carriers and ring gears, i.e. those elements which are designed to be non-rotatable with the respective shafts of the planetary gear set or which form them themselves.
  • the four-shaft planetary gear set is to be understood as meaning a planetary gear set which has at least 4 such elements, none of which is connected in a rotationally fixed manner to one of the other 3 elements, so that the 4 such elements mentioned are rotatable relative to one another (albeit dependent on one another).
  • the four-shaft planetary gear set is advantageously a planetary gear set with exactly 4 such shafts and therefore an exactly four-shaft planetary gear set.
  • the structure now makes it possible to implement the corresponding operating modes in a highly efficient manner and with a very compact structure, particularly in the axial direction in relation to the two aligned output shafts.
  • the first switching element is closed, the second switching element is opened, the third switching element is closed, the fourth switching element is opened and the fifth switching element is closed in turn.
  • the first switching element can then be opened, the second switching element closed, the third switching element opened, the fourth switching element closed and the fifth switching element opened.
  • the coupling gear then acts as a classic differential for propulsion with the first electric machine alone, while the second electric machine is decoupled.
  • the electric drive system according to the invention can provide that the second element is designed as a first planet carrier and the fourth element as a second planet carrier. These two elements, which are connected to one another in a rotationally fixed manner, form two planet carriers, which in turn are connected in a rotationally fixed manner, for example with a common shaft.
  • a first embodiment of the electric drive system in this variant can now provide that first planet gears are arranged on the second element, i.e. the first planet carrier, which permanently mesh with a toothing of the first element and with a toothing of the third element. They therefore form a first planetary gear within the coupling gear or planetary gear set.
  • the fourth element, i.e. the second planet carrier, then has second planet gears and third planet gears.
  • the third planetary gears mesh permanently with a toothing of the fifth element and one of the second planetary gears meshes with one of the third planetary gears and one of the third planetary gears meshes with one of the first planetary gears, so as to transfer the power from the first part of the planetary gear with the first element, the second element or the first planetary gears and the third element in the second part of the planetary gear with the fourth element or its second and third planetary gears and the fifth element.
  • the respective output shaft is connected to the driven element, for example the wheels of a vehicle, in the power flow following the respective output shaft and the coupling gear via a first or second gear ratio.
  • a transmission stage is arranged between the output shaft and the driven element, for example the wheels. This can be implemented, for example, as a planetary gear, spur gear or the like. It is particularly preferably designed as a planetary gear.
  • a further very advantageous embodiment of the electric drive system according to the invention can also provide that the third switching element is designed to couple the first rotor to the third element in a rotationally fixed manner.
  • the torques are then no longer - as is conceivable in principle - introduced indirectly from the first rotor via the third switching element into the coupling gear or its third element, but rather these two elements are directly connected to one another in a rotationally fixed manner via the third switching element, and so on to implement a more compact and simpler structure.
  • the fifth switching element which, according to a particularly preferred embodiment of the electric drive system according to the invention, is designed to couple the second rotor to the first element in a rotationally fixed manner.
  • a further very favorable embodiment of the electric drive system according to the invention can further provide that, viewed in the axial direction, which is defined in accordance with the two output shafts, the first switching element and the second switching element are arranged axially overlapping the coupling gear.
  • axially overlapping in the sense of the invention is meant that the two switching elements and the coupling gear correspondingly overlap in at least one plane perpendicular to the axial direction.
  • the switching elements are therefore preferably arranged on the circumference on the outside or inside of the coupling gear, which ensures a very compact structure, especially in the axial extent.
  • a further favorable embodiment of the electric drive system according to the invention can also provide that the first element is designed as a sun gear, the third element as a first ring gear and the fifth element as a second ring gear. This allows for a very compact and efficient coupling transmission, which, together with the switching elements, ensures a highly flexible electric drive system in a compact design.
  • a further extremely favorable development of the electric drive system can now also provide that a sixth switching element is provided. This is designed to couple the first rotor to the second rotor in a rotationally fixed manner.
  • the two electric machines can be connected together via this sixth switching element in order to jointly introduce torque into the coupling transmission.
  • this particularly favorable embodiment variant of the electric drive system according to claim 13 can be used in such a way that for boost operation the first switching element is opened, the second switching element is closed, the third switching element is opened, the fourth switching element is closed, the fifth switching element is opened and the sixth switching element is correspondingly closed becomes.
  • propulsion via both electric machines at the same time is possible at one input of the coupling gear.
  • the coupling gear acts as a differential gear with an even 1:1 distribution of the torque both output shafts and thus at least indirectly on the two driven wheels.
  • an electric drive system can be implemented in a compact design, which enables special efficiency and dynamic functionalities.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a first possible embodiment of an electric drive system according to the invention
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment of the electric drive system according to FIG. 1;
  • Fig. 3 shows a switching table to illustrate the different operating modes
  • Fig. 4 shows a further advantageous embodiment of the electric drive system according to Fig. 1.
  • the electric drive system 1 has a first electric machine 10 and a second electric machine 20. Both each have a rotor, namely a first rotor 110 of the first electric machine 10 and a second rotor 210 of the second electric machine 20, which is used to deliver torque during motor operation.
  • the electric drive system 1 also has a coupling gear 30, which is designed as a four-shaft planetary gear set. Torque and power are transferred from the coupling gear 30 via a first output shaft 41 and a second output shaft 42.
  • These two output shafts 41 and 42 which are here are shown and designed in alignment with one another, on the one hand define the axis of rotation of the electric drive system 1 and on the other hand the axial direction a, which runs parallel or along the axes of these two output shafts 41 and 42.
  • the coupling gear 30 comprises a first element 31, which is designed as a sun gear and meshes with first planetary gears 36 in the area of a toothing that is not explicitly designated here.
  • first planet gears 36 which are arranged on a first planet carrier as a second element 32 of the coupling gear 30, mesh on the other hand with a third element 33 of the coupling gear 30, which is designed as a first ring gear.
  • a third element 33 of the coupling gear 30 Via one of the first planet gears 36, one of several third planet gears 38 of a second planet carrier is now driven as a fourth element 34 of the coupling gear 30.
  • This also drives at least a second planet gear 37, which is arranged on the same second planet carrier, i.e. the fourth element 34 of the coupling gear 30.
  • the first rotor 110, or a first rotor shaft 11 connected in a rotationally fixed manner to the first rotor 110, of the first electrical machine 10 can now be connected via a third switching element S3 or a fourth switching element S4 either to the third element 33 or the second element 32 of the coupling gear 30 become. This allows torques from the first electric machine 10 to be introduced into the coupling gear 30.
  • the second output shaft 42 is now connected either to the third element 33 of the coupling gear 3 or to the fourth element 34 via a first switching element S1 or a second switching element S2.
  • the first output shaft 41 on the other hand, is permanently connected in a rotationally fixed manner to the fifth element 35 of the coupling gear 30. Both output shafts 41, 42 could now directly drive the driven elements, for example the wheels of a vehicle. Optionally and particularly preferably, however, it is located behind the first output shaft with regard to a power flow
  • power flow means a flow of drive power emanating from the electrical machines and directed to the output shafts 41 and 42.
  • a fifth switching element S5 is also provided, via which the second electric machine 20 or its rotor 210 can be coupled to the first element 31 of the coupling gear 30, i.e. the sun gear.
  • this sun gear 31 meshes with the first planet gears 36.
  • the fifth switching element S5 is intended to provide a second rotor shaft 21, which is connected in a rotationally fixed manner to the second rotor 210, in a rotationally fixed manner with the first Connect element 31.
  • a further sixth switching element S6 can be provided. Via this sixth switching element S6, the second rotor 210 of the second electrical machine 20 can be coupled in a rotationally fixed manner to the first rotor 110 of the first electrical machine 10, so that both electrical machines 10, 20 can equally deliver torque to the coupling gear 30, for example with the fourth switching element closed Submit S4.
  • the design of the electric drive system 1 according to Figure 1 is now constructed in such a way that the two electric machines 10, 20 are arranged next to one another in the axial direction a, with the fifth switching element S5 and the optional sixth Switching element S6 is arranged between the two electrical machines 10, 20 or partially overlaps them in the axial direction a.
  • the two electrical machines 10, 20 are then followed in one direction by the coupling gear 30, to which the first switching element S1 and the second switching element S2 are arranged in an axially overlapping manner.
  • the third switching element S3 and the fourth switching element S4 are arranged, if necessary again at least partially overlapping the first electrical machine 10.
  • the optional first transmission stage 51 can then be arranged in the axial direction a adjacent to the second electrical machine 20 and the optional second transmission stage 52 can be arranged adjacent to the coupling gear 30.
  • FIG. 1 A further structure of the electric drive system 1 is now shown in the illustration in FIG. This essentially corresponds to the structure already described in FIG. 1, including the arrangement of the individual elements in the axial direction a.
  • the first element 31 of the coupling gear 30, i.e. the sun gear which can be coupled to the second rotor 210 of the second electric machine 20 via the fifth switching element S5
  • the first element 31 of the coupling gear 30, i.e. the sun gear which can be coupled to the second rotor 210 of the second electric machine 20 via the fifth switching element S5
  • the first element 31 of the coupling gear 30, which can be coupled to the second rotor 210 of the second electric machine 20 via the fifth switching element S5
  • the first element 31 of the coupling gear 30, which can be coupled to the second rotor 210 of the second electric machine 20 via the fifth switching element S5
  • the first planet gears 36 of the first planet carrier i.e. the second element 32 of the coupling gear 30 meshes, but with the second planet gears 37
  • the third mode is a boost mode, which absolutely requires the sixth switching element S6.
  • Each of the switching elements S1 to S5 or S6, if present, is able to both couple and decouple. This is shown in Figure 3 coupled or closed switching element each marked with an x. The decoupled or open position of the respective switching element is marked by a field left empty within the switching table.
  • the first switching element S1 is closed
  • the second switching element S2 is open
  • the third switching element S3 is closed
  • the fourth switching element S4 is open
  • the fifth switching element S5 is closed. If the optional sixth switching element is present, it would be open.
  • the second output shaft 42 is now driven with the first switching element S1 closed via a rotationally fixed connection to the fourth element 34, i.e. the second planet carrier.
  • the first output shaft 41 is driven in all modes via its permanent, rotationally fixed connection to the second ring gear, the fifth element 35.
  • the closed third switching element S3 ensures a power input from the first electrical machine 10 or its first rotor 110 via the third element 33, i.e. the first ring gear of the coupling gear 30.
  • the fourth switching element S4 like the second switching element S2, is correspondingly open.
  • the fifth switching element S5 is in turn closed and ensures an input of power or torque starting from the second electric machine 20 or its second rotor 210 via the first element 31 of the coupling gear 30, i.e.
  • both electric machines 10, 20 deliver significant torque via the coupling gear 30 for propulsion.
  • the two electrical machines 10, 20 can be designed in the same way, but they do not have to be.
  • electrical machines 10, 20 of different strengths can be used, for example electrical machines with different nominal outputs.
  • efficiency mode serves to operate the electric drive system 1 as efficiently as possible, i.e. with minimal use of energy for the drive power generated.
  • the propulsion is realized solely by the first electrical machine 10.
  • the second output shaft 42 is connected to the third element 33, i.e. the first ring gear of the coupling gear 30, for which purpose the second switching element S2 is closed and the first switching element S1 is opened.
  • the third switching element S3 is open and the fourth switching element S4 is closed, the first rotor 110 of the first electrical machine 10 is connected in a rotationally fixed manner to the second element 32, i.e. the first planet carrier of the coupling gear 30, in order to introduce power or torque into the coupling gear 30 in this way .
  • the linkage gear 30 serves as a classic differential with a 50:50 torque distribution, even in the curves, although there are still different speeds at the wheels.
  • the third operating mode is boost mode.
  • the sixth switching element S6 is now closed, so that the first rotor 110 of the first electrical machine 10 and the second rotor 210 of the second electrical machine 20 are connected to one another in a rotationally fixed manner and introduce the torque applied by the two electrical machines 10, 20 together into the coupling gear 30. In this way, the maximum power of both electrical machines 10, 20 can be made available together in boost operation in order to enable maximum drive power.
  • the second transmission stage 52 is particularly advantageously arranged with regard to the power flow between the first rotor 110 and the third switching element S3 and between the first rotor 110 and the fourth switching element S4.
  • the first transmission stage 51 is advantageously arranged between the second rotor 210 and the coupling gear 30 with regard to the power flow.
  • the first transmission stage 51 is particularly advantageously arranged between the fifth switching element S5 and the coupling gear 30 with regard to the power flow.
  • the first transmission stage 51 can also be arranged between the second rotor 210 and the fifth switching element S5.

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Abstract

The invention relates to an electric drive system (1) having a first and a second electric motor (10, 20) each with a rotor (110, 210), and having a coupling transmission (30), which has a four-shaft planetary gear set with a first element (31), a second element (32), a third element (33), a fourth element (34) and a fifth element (35), wherein the second element (32) is connected in a rotationally fixed manner to the fourth element (34), and which has a first and a second driveshaft (41, 42), which are designed so as to divert torques, wherein the first driveshaft (41) is connected in a rotationally fixed manner to the fifth element (35). The invention is characterised by a first shift element (S1) for coupling the second driveshaft (42) to the second element (32), a second shift element (S2), for coupling the second drive shaft (42) to the third element (33), a third shift element (S3) for coupling the first rotor (110) to the third element (33), a fourth shift element (S4) for coupling the first rotor (110) to the second element (32), and a fifth switch element (S5) for coupling the second rotor (210) to the first element (31), in order to introduce torque from the respective electric machine (10, 20) into the coupling transmission (30).

Description

Mercedes-Benz Group AG Mercedes-Benz Group AG
Elektrisches Antriebssystem und Verfahren zu seinem Betrieb Electric drive system and method of operating it
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Antriebssystem nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung verschiedene Betriebsverfahren für ein solches elektrisches Antriebssystem. The invention relates to an electric drive system according to the type defined in more detail in the preamble of claim 1. The invention also relates to various operating methods for such an electric drive system.
Ein elektrisches Antriebssystem mit zwei elektrischen Maschinen, deren Leistungen bzw. Drehmomente über ein Koppelgetriebe geleitet werden, ist grundlegend aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der US 9 494 218 B2, wobei hier insbesondere auf die Fig. 61 ff. sowie zugehörigen Text verwiesen werden kann. Die beiden elektrischen Maschinen treiben dabei über das Koppelgetriebe, welches einen vierwelligen Planetenradsatz umfasst, zwei Abtriebswellen an. Die Rotoren der beiden elektrischen Maschinen sind mit unterschiedlichen Elementen des Kopplungsgetriebes drehfest verbunden, ebenso wie die beiden Abtriebswellen. An electric drive system with two electric machines, the power or torque of which is transmitted via a coupling gear, is fundamentally known from the prior art, for example from US 9 494 218 B2, with particular reference to FIGS. 61 ff. and the associated text can be referred. The two electric machines drive two output shafts via the coupling gear, which includes a four-shaft planetary gear set. The rotors of the two electric machines are connected in a rotationally fixed manner to different elements of the coupling transmission, as are the two output shafts.
Unter einer drehfesten Verbindung im Sinne der hier vorliegenden Beschreibung ist dabei zu verstehen, dass zwei drehbar gelagerte Elemente dann drehfest miteinander verbunden sind, wenn sie koaxial zueinander angeordnet sind und derart miteinander verbunden werden, dass sie mit gleicher Winkelgeschwindigkeit drehen. A non-rotatable connection in the sense of the present description is to be understood as meaning that two rotatably mounted elements are connected to one another in a non-rotatable manner when they are arranged coaxially to one another and are connected to one another in such a way that they rotate at the same angular speed.
Der Aufbau gemäß des genannten US-Patents US 9 494 218 B2 ermöglicht dabei eine Variation der Abtriebsleistung über eine entsprechende Ansteuerung der beiden elektrischen Maschinen über deren Leistungselektronik. The structure according to the mentioned US patent US 9 494 218 B2 enables the output power to be varied by appropriately controlling the two electrical machines via their power electronics.
Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein sehr kompaktes elektrisches Antriebssystem mit zwei elektrischen Maschinen zu schaffen, welches einfach und effizient sowohl in einem Torque-Vectoring-Modus als auch in einem Effizienzbetrieb betreibbar ist. The object of the present invention is to create a very compact electric drive system with two electric machines, which can be operated easily and efficiently in both a torque vectoring mode and in an efficiency mode.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein elektrisches Antriebssystem mit den Merkmalen im Anspruch 1 , und hier insbesondere im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Die Verfahrensansprüche 12 und 13 definieren den Effizienzbetrieb und den Torque-Vectoring-Betrieb eines derartigen elektrischen Antriebssystems und lösen zusammen mit diesen die oben genannte Aufgabe ebenfalls. According to the invention, this object is achieved by an electric drive system with the features in claim 1, and here in particular in the characterizing part of claim 1. Advantageous refinements and further developments result from the dependent claims. Method claims 12 and 13 define the efficiency operation and the torque vectoring operation of such an electric drive system and, together with them, also solve the above-mentioned task.
Der Begriff des Torque-Vectoring im Sinne der hier vorliegenden Erfindung soll dabei einen Betriebsmodus definieren, bei welchem beide elektrischen Maschinen nennenswertes Drehmoment für den Vortrieb liefern, wobei die elektrischen Maschinen nicht gleich stark sein und nicht die gleiche Nennleistung aufweisen müssen. Durch die Wahl der Drehmomente der beiden elektrischen Maschinen kann dann eine Drehmomentverteilung auf die beiden Abtriebswellen und damit beim bevorzugten Einsatz in einem Fahrzeug auf die beiden durch die Abtriebswellen direkt oder mittelbar angetriebenen Räder umgesetzt werden. Ein solcher Betriebsmodus eignet sich insbesondere für das dynamische Fahren in Kurven. The term torque vectoring in the sense of the present invention is intended to define an operating mode in which both electrical machines deliver significant torque for propulsion, whereby the electrical machines do not have to be of the same strength and do not have to have the same nominal power. By selecting the torques of the two electric machines, a torque distribution can then be implemented on the two output shafts and thus, in the preferred use in a vehicle, on the two wheels driven directly or indirectly by the output shafts. Such an operating mode is particularly suitable for dynamic driving in curves.
Unter einem Effizienzbetrieb im Sinne der hier vorliegenden Beschreibung ist ein Vortrieb zu verstehen, bei welchem eine der beiden elektrischen Maschinen alleine betrieben wird und das Koppelgetriebe als klassisches Differential mit einer gleichmäßigen Aufteilung des Drehmoments im Verhältnis 1 :1 auf beide Abtriebswellen bzw. Räder bewirkt. Die Drehmomentverteilung findet also auf die beiden angetriebenen Räder hälftig statt, auch bei einer Kurvenfahrt, wobei hier trotzdem unterschiedliche Drehzahlen an den Rädern auftreten werden. Die zweite elektrische Maschine ist in diesem Effizienzbetrieb abgekoppelt, muss also nicht mitgeschleppt werden. Efficient operation in the sense of the description here is to be understood as a propulsion in which one of the two electric machines is operated alone and the coupling gear acts as a classic differential with an even distribution of the torque in a ratio of 1:1 between both output shafts or wheels. The torque is distributed equally between the two driven wheels, even when cornering, although different speeds will still occur at the wheels. The second electric machine is decoupled in this efficient mode, so it does not have to be dragged along.
Das erfindungsgemäße elektrische Antriebssystem, mittels welchem ein kompaktes und hoch flexibles elektrisches Antriebssystem geschaffen wird, welches sowohl einen Betrieb in einem Torque-Vectoring-Modus als auch in einem Effizienzmodus erlaubt, umfasst dabei wenigstens fünf verschiedene Schaltelemente, von welchen ein erstes Schaltelement dazu ausgebildet ist die zweite Abtriebswelle drehfest, in dem oben definierten Sinn, mit einem zweiten Element des als vierwelligen Planetenradsatz ausgebildeten Koppelgetriebes auszubilden. Ein zweites Schaltelement dient zum drehfesten Koppeln der zweiten Abtriebswelle mit dem dritten Element, ein drittes Schaltelement kann den ersten Rotor derart mit dem dritten Element koppeln, dass Drehmomente in das Koppelgetriebe eingeleitet werden können. Ein viertes Schaltelement ist dazu ausgebildet, den ersten Rotor derart mit dem zweiten Element zu koppeln, dass Drehmomente über diesen Weg in das Kopplungsgetriebe eingeleitet werden können. Letztlich dient ein fünftes Schaltelement dazu, den zweiten Rotor mit dem ersten Element zu koppeln, um Drehmomente ausgehend von der zweiten elektrischen Maschine über das erste Element in das Koppelgetriebe einzuleiten. The electric drive system according to the invention, by means of which a compact and highly flexible electric drive system is created, which allows operation in both a torque vectoring mode and in an efficiency mode, comprises at least five different switching elements, of which a first switching element is designed for this purpose the second output shaft is rotatable, in the above defined sense, with a second element of the coupling gear designed as a four-shaft planetary gear set. A second switching element serves to couple the second output shaft to the third element in a rotationally fixed manner; a third switching element can couple the first rotor to the third element in such a way that torques can be introduced into the coupling gear. A fourth switching element is designed to couple the first rotor to the second element in such a way that torques can be introduced into the coupling transmission via this path. Ultimately, a fifth switching element serves to couple the second rotor with the first element in order to introduce torques from the second electric machine into the coupling gear via the first element.
Die Elemente des Planetenradsatzes im Sinne der Erfindung umfassen dabei die Sonnenräder, Planetenträger und Hohlräder, also diejenigen Elemente, welche drehfest mit den jeweiligen Wellen des Planetenradsatzes ausgebildet sind oder diese selbst ausbilden. The elements of the planetary gear set in the sense of the invention include the sun gears, planetary carriers and ring gears, i.e. those elements which are designed to be non-rotatable with the respective shafts of the planetary gear set or which form them themselves.
Unter dem vierwelligen Planetenradsatz soll ein Planetenradsatz verstanden werden, der zumindest 4 solche Elemente aufweist, von denen keines mit einem der anderen 3 Elemente drehfest verbunden ist, so dass die genannten 4 solchen Elemente relativ zueinander (wenn auch abhängig voneinander) drehbar sind. Vorteilhaft handelt es sich bei dem vierwelligen Planetenradsatz um einen Planetenradsatz mit genau 4 solchen Wellen und somit um einen genau vierwelligen Planetenradsatz. The four-shaft planetary gear set is to be understood as meaning a planetary gear set which has at least 4 such elements, none of which is connected in a rotationally fixed manner to one of the other 3 elements, so that the 4 such elements mentioned are rotatable relative to one another (albeit dependent on one another). The four-shaft planetary gear set is advantageously a planetary gear set with exactly 4 such shafts and therefore an exactly four-shaft planetary gear set.
Der Aufbau ermöglicht nun hoch effizient und bei einem sehr kompakten Aufbau, insbesondere in axialer Richtung bezogen auf die beiden fluchtend liegenden Abtriebswellen, die entsprechenden Betriebsmodi umzusetzen. The structure now makes it possible to implement the corresponding operating modes in a highly efficient manner and with a very compact structure, particularly in the axial direction in relation to the two aligned output shafts.
Gemäß des Verfahrens zum Betreiben des elektrischen Antriebssystems nach Anspruch 11 wird für den Torque-Vectoring-Betrieb das erste Schaltelement geschlossen, das zweite Schaltelement geöffnet, das dritte Schaltelement geschlossen, das vierte Schaltelement geöffnet und das fünfte Schaltelement wiederum geschlossen. Hierdurch lässt sich über beide elektrische Maschinen Drehmoment in das Kopplungsgetriebe einleiten, um durch die Wahl der Drehmomente dieser beiden elektrischen Maschinen über ihre elektronische bzw. leistungselektronische Ansteuerung eine gewünschte Drehmomentverteilung auf die beiden Abtriebswellen und damit die mit ihnen zumindest mittelbar verbundenen angetriebenen Räder erreichen. According to the method for operating the electric drive system according to claim 11, for the torque vectoring operation, the first switching element is closed, the second switching element is opened, the third switching element is closed, the fourth switching element is opened and the fifth switching element is closed in turn. This allows torque to be introduced into the coupling transmission via both electrical machines in order to achieve a desired one by selecting the torques of these two electrical machines via their electronic or power electronic control Torque distribution to the two output shafts and thus the driven wheels at least indirectly connected to them.
Beim oben schon angesprochenen Effizienzbetrieb, wie er im Anspruch 12 beschrieben ist, kann dann das erste Schaltelement geöffnet, das zweite Schaltelement geschlossen, das dritte Schaltelement geöffnet, das vierte Schaltelement geschlossen und das fünfte Schaltelement geöffnet werden. Das Koppelgetriebe wirkt dann als klassisches Differential für einen Vortrieb allein mit der ersten elektrischen Maschine, während die zweite elektrische Maschine abgekoppelt ist. In the efficiency mode already mentioned above, as described in claim 12, the first switching element can then be opened, the second switching element closed, the third switching element opened, the fourth switching element closed and the fifth switching element opened. The coupling gear then acts as a classic differential for propulsion with the first electric machine alone, while the second electric machine is decoupled.
Das erfindungsgemäße elektrische Antriebssystem kann es dabei gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorsehen, dass das zweite Element als erster Planetenträger ausgebildet ist und das vierte Element als zweiter Planetenträger. Diese beiden drehfest miteinander verbundenen Elemente bilden also zwei Planetenträger aus, welche ihrerseits drehfest verbunden, beispielsweise mit einer gemeinsamen Welle ausgebildet sind. According to a very advantageous development of the invention, the electric drive system according to the invention can provide that the second element is designed as a first planet carrier and the fourth element as a second planet carrier. These two elements, which are connected to one another in a rotationally fixed manner, form two planet carriers, which in turn are connected in a rotationally fixed manner, for example with a common shaft.
Eine erste Ausführungsform des elektrischen Antriebssystems in dieser Variante kann es nun vorsehen, dass an dem zweiten Element, also dem ersten Planetenträger, erste Planetenräder angeordnet sind, welche permanent mit einer Verzahnung des ersten Elements und mit einer Verzahnung des dritten Elements kämmen. Sie bilden also innerhalb des Kopplungsgetriebes bzw. Planetenradsatzes ein erstes Planetengetriebe aus. Das vierte Element, also der zweite Planetenträger, weist dann zweite Planetenräder und dritte Planetenräder auf. Die dritten Planetenräder kämmen permanent mit einer Verzahnung des fünften Elements und jeweils eines der zweiten Planetenräder kämmt mit einem der dritten Planetenräder und jeweils eines der dritten Planetenräder kämmt mit einem der ersten Planetenräder, um so die Übertragung der Leistung von dem ersten Teil des Planetengetriebes mit dem ersten Element, dem zweiten Element bzw. den ersten Planetenrädern und dem dritten Element in den zweiten Teil des Planetengetriebes mit dem vierten Element bzw. seinen zweiten und dritten Planetenrädern und dem fünften Element zu ermöglichen. A first embodiment of the electric drive system in this variant can now provide that first planet gears are arranged on the second element, i.e. the first planet carrier, which permanently mesh with a toothing of the first element and with a toothing of the third element. They therefore form a first planetary gear within the coupling gear or planetary gear set. The fourth element, i.e. the second planet carrier, then has second planet gears and third planet gears. The third planetary gears mesh permanently with a toothing of the fifth element and one of the second planetary gears meshes with one of the third planetary gears and one of the third planetary gears meshes with one of the first planetary gears, so as to transfer the power from the first part of the planetary gear with the first element, the second element or the first planetary gears and the third element in the second part of the planetary gear with the fourth element or its second and third planetary gears and the fifth element.
Eine alternative Ausgestaltung der Variante des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebssystems, bei denen das zweite Element und das vierte Element zwei Planetenträger ausbilden, kann es alternativ dazu nun vorsehen, dass das erste Element nicht mehr mit den ersten Planetenrädern des ersten Planetenträgers und damit des zweiten Elements kämmt, sondern dass die ersten Planetenräder nur noch mit einer Verzahnung des dritten Elements kämmen und dafür die zweiten Planetenräder permanent mit einer Verzahnung des ersten Elements kämmen, wobei auch hier wieder die dritten Planetenräder permanent mit einer Verzahnung des fünften Elements kämmen und eines der zweiten Planetenräder mit einem der dritten Planetenräder einerseits und eines der dritten Planetenräder mit einem der ersten Planetenräder anderseits kämmt. Bei dem Aufbau wird letztlich also das erste Element von der einen Hälfte des Planetenradsatzes in die andere Hälfte des Planetenradsatzes in axialer Richtung verschoben. An alternative embodiment of the variant of the electric drive system according to the invention, in which the second element and the fourth element are two To form planetary carriers, it can now alternatively provide that the first element no longer meshes with the first planetary gears of the first planetary carrier and thus of the second element, but that the first planetary gears only mesh with a toothing of the third element and the second planetary gears permanently mesh with a toothing of the first element, whereby here again the third planetary gears permanently mesh with a toothing of the fifth element and one of the second planetary gears meshes with one of the third planetary gears on the one hand and one of the third planetary gears meshes with one of the first planetary gears on the other hand. During the construction, the first element is ultimately moved from one half of the planetary gear set to the other half of the planetary gear set in the axial direction.
In beiden Ausführungsvarianten des elektrischen Antriebssystems kann es dabei nun vorgesehen sein, dass die jeweilige Abtriebswelle im Leistungsfluss auf die jeweilige Abtriebswelle und das Koppelgetriebe folgend über eine erste bzw. zweite Übersetzungsstufe mit dem angetriebenen Element, beispielsweise den Rädern eines Fahrzeugs verbunden ist. Zwischen der Abtriebswelle und dem angetriebenen Element, also beispielsweise den Rädern, ist also eine Übersetzungsstufe angeordnet. Diese kann beispielsweise als Planetengetriebe, Stirnradgetriebe oder dergleichen realisiert werden. Besonders bevorzugt ist sie jeweils als Planetengetriebe ausgebildet. In both embodiment variants of the electric drive system, it can now be provided that the respective output shaft is connected to the driven element, for example the wheels of a vehicle, in the power flow following the respective output shaft and the coupling gear via a first or second gear ratio. A transmission stage is arranged between the output shaft and the driven element, for example the wheels. This can be implemented, for example, as a planetary gear, spur gear or the like. It is particularly preferably designed as a planetary gear.
Eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung des elektrischen Antriebssystems gemäß der Erfindung kann es außerdem vorsehen, dass das dritte Schaltelement dazu ausgebildet ist, den ersten Rotor drehfest mit dem dritten Element zu koppeln. Die Drehmomente werden dann also nicht mehr - wie prinzipiell auch denkbar - mittelbar von dem ersten Rotor über das dritte Schaltelement in das Koppelgetriebe bzw. dessen drittes Element eingeleitet, sondern diese beiden Elemente werden über das dritte Schaltelement direkt drehfest miteinander verbunden, um so einen noch kompakteren und einfacheren Aufbau umzusetzen. Vergleichbares gilt für das fünfte Schaltelement, welches gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des elektrischen Antriebssystems gemäß der Erfindung dazu eingerichtet ist, den zweiten Rotor drehfest mit dem ersten Element zu koppeln. Eine weitere sehr günstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebssystems kann es ferner vorsehen, dass in der axialen Richtung gesehen, welche sich entsprechend der beiden Abtriebswellen definiert, das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement axial überlappend zu dem Koppelgetriebe angeordnet sind. Unter axial überlappend im Sinne der Erfindung ist dabei zu verstehen, dass die beiden Schaltelemente und das Koppelgetriebe sich in zumindest einer Ebene senkrecht zur axialen Richtung entsprechend überschneiden. Die Schaltelemente sind also vorzugsweise umfangsseitig außen oder innen zu dem Koppelgetriebe angeordnet, was für einen sehr kompakten Aufbau, vor allem in der axialen Ausdehnung sorgt. A further very advantageous embodiment of the electric drive system according to the invention can also provide that the third switching element is designed to couple the first rotor to the third element in a rotationally fixed manner. The torques are then no longer - as is conceivable in principle - introduced indirectly from the first rotor via the third switching element into the coupling gear or its third element, but rather these two elements are directly connected to one another in a rotationally fixed manner via the third switching element, and so on to implement a more compact and simpler structure. The same applies to the fifth switching element, which, according to a particularly preferred embodiment of the electric drive system according to the invention, is designed to couple the second rotor to the first element in a rotationally fixed manner. A further very favorable embodiment of the electric drive system according to the invention can further provide that, viewed in the axial direction, which is defined in accordance with the two output shafts, the first switching element and the second switching element are arranged axially overlapping the coupling gear. By axially overlapping in the sense of the invention is meant that the two switching elements and the coupling gear correspondingly overlap in at least one plane perpendicular to the axial direction. The switching elements are therefore preferably arranged on the circumference on the outside or inside of the coupling gear, which ensures a very compact structure, especially in the axial extent.
Eine weitere günstige Ausgestaltung des elektrischen Antriebssystems gemäß der Erfindung kann es außerdem vorsehen, dass das erste Element als ein Sonnenrad, das dritte Element als ein erstes Hohlrad und das fünfte Element als ein zweites Hohlrad ausgebildet sind. Dies erlaubt ein sehr kompaktes und effizientes Koppelgetriebe, welches zusammen mit den Schaltelementen ein hoch flexibles elektrisches Antriebssystem in kompakter Bauart gewährleistet. A further favorable embodiment of the electric drive system according to the invention can also provide that the first element is designed as a sun gear, the third element as a first ring gear and the fifth element as a second ring gear. This allows for a very compact and efficient coupling transmission, which, together with the switching elements, ensures a highly flexible electric drive system in a compact design.
Eine weitere außerordentlich günstige Weiterbildung des elektrischen Antriebssystems kann es nun außerdem vorsehen, dass ein sechstes Schaltelement vorgesehen ist. Dieses ist dazu ausgebildet, den ersten Rotor drehfest mit dem zweiten Rotor zu koppeln. Über dieses sechste Schaltelement können die beiden elektrischen Maschinen also zusammengeschaltet werden, um gemeinsam Drehmomente in das Kopplungsgetriebe einzuleiten. Dies ermöglicht in Ergänzung zu den beiden oben beschriebenen Modi des Torque-Vectoring und des Effizienzbetriebs nun außerdem einen Boostbetrieb. A further extremely favorable development of the electric drive system can now also provide that a sixth switching element is provided. This is designed to couple the first rotor to the second rotor in a rotationally fixed manner. The two electric machines can be connected together via this sixth switching element in order to jointly introduce torque into the coupling transmission. In addition to the two modes of torque vectoring and efficiency operation described above, this now also enables boost operation.
Verfahrensgemäß kann diese besonders günstige Ausführungsvariante des elektrischen Antriebssystems gemäß Anspruch 13 so verwendet werden, dass für den Boostbetrieb das erste Schaltelement geöffnet, das zweite Schaltelement geschlossen, das dritte Schaltelement geöffnet, das vierte Schaltelement geschlossen, das fünfte Schaltelement geöffnet und das sechste Schaltelement entsprechend geschlossen wird. In diesem Boostbetrieb ist dann ein Vortrieb über beide elektrische Maschinen gleichzeitig, an einem Eingang des Koppelgetriebes möglich. Das Koppelgetriebe wirkt als Differentialgetriebe mit einer gleichmäßigen 1 :1-Verteilung des Drehmoments auf die beiden Abtriebswellen und damit zumindest mittelbar auf die beiden angetriebenen Räder. Bei einer Kurvenfahrt, bei welcher die Drehzahlen der beiden Räder unterschiedlich sind, je nachdem, ob sie innen oder außen in der Kurve liegen, bleiben dann die Drehmomente an beiden Rädern dennoch gleich. According to the method, this particularly favorable embodiment variant of the electric drive system according to claim 13 can be used in such a way that for boost operation the first switching element is opened, the second switching element is closed, the third switching element is opened, the fourth switching element is closed, the fifth switching element is opened and the sixth switching element is correspondingly closed becomes. In this boost mode, propulsion via both electric machines at the same time is possible at one input of the coupling gear. The coupling gear acts as a differential gear with an even 1:1 distribution of the torque both output shafts and thus at least indirectly on the two driven wheels. When cornering, in which the speeds of the two wheels are different, depending on whether they are on the inside or outside of the curve, the torques on both wheels still remain the same.
Alles in allem lässt sich so ein elektrisches Antriebssystem in kompakter Bauweise umsetzen, welches besondere Effizienz- und Dynamikfunktionalitäten ermöglicht. All in all, an electric drive system can be implemented in a compact design, which enables special efficiency and dynamic functionalities.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des elektrischen Antriebssystems sowie der Verfahren zum Betreiben des elektrischen Antriebssystems ergeben sich auch aus den Ausführungsbeispielen, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben werden. Further advantageous refinements of the electric drive system and the method for operating the electric drive system also result from the exemplary embodiments, which are described in more detail below with reference to the figures.
Dabei zeigen: Show:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten möglichen Ausführungsform eines elektrischen Antriebssystems gemäß der Erfindung; 1 shows a schematic representation of a first possible embodiment of an electric drive system according to the invention;
Fig. 2 eine alternative Ausgestaltung des elektrischen Antriebssystems gemäß Fig. 1 ; und 2 shows an alternative embodiment of the electric drive system according to FIG. 1; and
Fig. 3 eine Schalttabelle zur Verdeutlichung der verschiedenen Betriebsmodi; Fig. 3 shows a switching table to illustrate the different operating modes;
Fig. 4 eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des elektrischen Antriebssystems gemäß Fig. 1. Fig. 4 shows a further advantageous embodiment of the electric drive system according to Fig. 1.
In der Darstellung der Figur 1 ist die obere Hälfte eines elektrischen Antriebssystems 1 dargestellt. Dieses kann vorzugsweise in einem Fahrzeug zum Antreiben von angetriebenen Rädern genutzt werden. Das elektrische Antriebssystem 1 verfügt dafür über eine erste elektrische Maschine 10 sowie eine zweite elektrische Maschine 20. Beide weisen jeweils einen Rotor, nämlich einen ersten Rotor 110 der der ersten elektrischen Maschine 10 und einen zweiten Rotor 210 der zweiten elektrischen Maschine 20, auf, welcher zur Abgabe von Drehmoment im motorischen Betrieb dient. Das elektrische Antriebssystem 1 weist außerdem ein Koppelgetriebe 30 auf, welches als vierwelliger Planetenradsatz ausgebildet ist. Über eine erste Abtriebswelle 41 und eine zweite Abtriebswelle 42 werden Drehmoment bzw. Leistung aus dem Koppelgetriebe 30 ausgeleitet. Diese beiden Abtriebswellen 41 und 42, welche hier fluchtend zueinander dargestellt und ausgebildet sind, definieren dabei einerseits die Rotationsachse des elektrischen Antriebssystems 1 und andererseits die axiale Richtung a, welche parallel bzw. entlang der Achsen dieser beiden Abtriebswellen 41 und 42 verläuft. In the illustration in Figure 1, the upper half of an electric drive system 1 is shown. This can preferably be used in a vehicle to drive driven wheels. For this purpose, the electric drive system 1 has a first electric machine 10 and a second electric machine 20. Both each have a rotor, namely a first rotor 110 of the first electric machine 10 and a second rotor 210 of the second electric machine 20, which is used to deliver torque during motor operation. The electric drive system 1 also has a coupling gear 30, which is designed as a four-shaft planetary gear set. Torque and power are transferred from the coupling gear 30 via a first output shaft 41 and a second output shaft 42. These two output shafts 41 and 42, which are here are shown and designed in alignment with one another, on the one hand define the axis of rotation of the electric drive system 1 and on the other hand the axial direction a, which runs parallel or along the axes of these two output shafts 41 and 42.
Das Koppelgetriebe 30 umfasst in dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 ein erstes Element 31, welches als Sonnenrad ausgebildet ist und mit ersten Planetenrädern 36 im Bereich einer hier nicht explizit bezeichneten Verzahnung kämmt. Diese ersten Planetenräder 36, welche auf einem ersten Planetenträger als zweites Element 32 des Koppelgetriebes 30 angeordnet sind, kämmen andererseits mit einem dritten Element 33 des Koppelgetriebes 30, welches als erste Hohlrad ausgebildet ist. Über eines der ersten Planetenräder 36 wird nun außerdem eines von mehreren dritten Planetenrädern 38 eines zweiten Planetenträgers als viertes Element 34 des Koppelgetriebes 30 angetrieben. Dieses treibt außerdem wenigstens ein zweites Planetenrad 37, welches auf demselben zweiten Planetenträger, also dem vierten Element 34 des Koppelgetriebes 30 angeordnet ist. Außerdem kämmt es mit einem zweiten Hohlrad als fünftes Element 35 des Koppelgetriebes 30. Diese beiden Teile des Koppelgetriebes 30 mit ihrem ersten Hohlrad (dem dritten Element 33) und dem zweiten Hohlrad (dem fünften Element 35) sind dabei in axialer Richtung nebeneinander angeordnet und stehen einerseits über die drehfest über ihre Welle miteinander verbundenen Planetenträger (das zweite Element 32 und das vierte Element 34) in Verbindung und andererseits über das Kämmen eines der ersten Planetenräder 36 mit einem der dritten Planetenräder 38. In the exemplary embodiment in FIG. 1, the coupling gear 30 comprises a first element 31, which is designed as a sun gear and meshes with first planetary gears 36 in the area of a toothing that is not explicitly designated here. These first planet gears 36, which are arranged on a first planet carrier as a second element 32 of the coupling gear 30, mesh on the other hand with a third element 33 of the coupling gear 30, which is designed as a first ring gear. Via one of the first planet gears 36, one of several third planet gears 38 of a second planet carrier is now driven as a fourth element 34 of the coupling gear 30. This also drives at least a second planet gear 37, which is arranged on the same second planet carrier, i.e. the fourth element 34 of the coupling gear 30. It also meshes with a second ring gear as the fifth element 35 of the coupling gear 30. These two parts of the coupling gear 30 with their first ring gear (the third element 33) and the second ring gear (the fifth element 35) are arranged next to one another in the axial direction and stand on the one hand via the planet carriers (the second element 32 and the fourth element 34) which are connected to one another in a rotationally fixed manner via their shaft and on the other hand via the meshing of one of the first planetary gears 36 with one of the third planetary gears 38.
Der erste Rotor 110, beziehungsweise eine drehfest mit dem ersten Rotor 110 verbundene erste Rotorwelle 11 , der ersten elektrischen Maschine 10 kann nun über ein drittes Schaltelement S3 oder ein viertes Schaltelement S4 wahlweise mit dem dritten Element 33 oder dem zweiten Element 32 des Koppelgetriebes 30 verbunden werden. Hierdurch lassen sich Drehmomente von der ersten elektrischen Maschine 10 in das Koppelgetriebe 30 einleiten. Über ein erstes Schaltelement S1 bzw. ein zweites Schaltelement S2 wird die zweite Abtriebswelle 42 nun entweder mit dem dritten Element 33 des Koppelgetriebes 3 oder dem vierten Element 34 verbunden. Die erste Abtriebswelle 41 ist dahingegen dauerhaft drehfest mit dem fünften Element 35 des Koppelgetriebes 30 verbunden. Beide Abtriebswellen 41 , 42 könnten nun direkt die angetriebenen Elemente, beispielsweise die Räder eines Fahrzeugs antreiben. Optional und besonders bevorzugt befindet sich jedoch hinsichtlich eines Leistungsflusses hinter der ersten AbtriebswelleThe first rotor 110, or a first rotor shaft 11 connected in a rotationally fixed manner to the first rotor 110, of the first electrical machine 10 can now be connected via a third switching element S3 or a fourth switching element S4 either to the third element 33 or the second element 32 of the coupling gear 30 become. This allows torques from the first electric machine 10 to be introduced into the coupling gear 30. The second output shaft 42 is now connected either to the third element 33 of the coupling gear 3 or to the fourth element 34 via a first switching element S1 or a second switching element S2. The first output shaft 41, on the other hand, is permanently connected in a rotationally fixed manner to the fifth element 35 of the coupling gear 30. Both output shafts 41, 42 could now directly drive the driven elements, for example the wheels of a vehicle. Optionally and particularly preferably, however, it is located behind the first output shaft with regard to a power flow
41 und hinter dem Koppelgetriebe 30 eine erste Übersetzungsstufe 51 und dementsprechend hinsichtlich des Leistungsflusses hinter der zweiten Abtriebswelle 42 und dem Koppelgetriebe 30 eine zweite Übersetzungsstufe 52. Über diese Übersetzungsstufen 51 , 52, welche hier vorteilhaft als Planetengetriebe angedeutet sind, lassen sich dann die angetriebenen Räder mittelbar über die beiden Abtriebswellen 41 ,41 and behind the coupling gear 30 a first gear ratio 51 and accordingly with regard to the power flow behind the second output shaft 42 and the coupling gear 30 a second gear ratio 52. The driven wheels can then be moved via these gear ratios 51, 52, which are advantageously indicated here as planetary gears indirectly via the two output shafts 41,
42 antreiben. 42 drive.
Mit dem Begriff des Leistungsflusses ist dabei ein Fluss einer von den elektrischen Maschinen ausgehenden und zu den Abtriebswellen 41 und 42 gerichteten Antriebsleistung gemeint. The term power flow means a flow of drive power emanating from the electrical machines and directed to the output shafts 41 and 42.
Um nun die zweite elektrische Maschine 20 in die Antriebsleistung mit einzubeziehen, ist außerdem ein fünftes Schaltelement S5 vorgesehen, über welches die zweite elektrische Maschine 20 bzw. ihr Rotor 210 mit dem ersten Element 31 des Koppelgetriebes 30, also dem Sonnenrad gekoppelt werden kann. Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 kämmt dieses Sonnenrad 31 wie bereits erwähnt mit den ersten Planetenrädern 36. Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist das fünfte Schaltelement S5 dazu vorgesehen, eine zweite Rotorwelle 21, welche drehfest mit dem zweiten Rotor 210 verbunden ist, drehfest mit dem ersten Element 31 zu verbinden. In order to now include the second electric machine 20 in the drive power, a fifth switching element S5 is also provided, via which the second electric machine 20 or its rotor 210 can be coupled to the first element 31 of the coupling gear 30, i.e. the sun gear. In the exemplary embodiment of Figure 1, this sun gear 31, as already mentioned, meshes with the first planet gears 36. In the exemplary embodiment of Figure 1, the fifth switching element S5 is intended to provide a second rotor shaft 21, which is connected in a rotationally fixed manner to the second rotor 210, in a rotationally fixed manner with the first Connect element 31.
Optional kann ein weiteres sechstes Schaltelements S6 vorgesehen sein. Über dieses sechste Schaltelement S6 kann der zweite Rotor 210 der zweiten elektrischen Maschine 20 mit dem ersten Rotor 110 der ersten elektrischen Maschine 10 drehfest gekoppelt werden, um so mit beiden elektrischen Maschinen 10, 20 gleichermaßen Drehmoment an das Koppelgetriebe 30, beispielsweise bei geschlossenem vierten Schaltelement S4 abzugeben. Optionally, a further sixth switching element S6 can be provided. Via this sixth switching element S6, the second rotor 210 of the second electrical machine 20 can be coupled in a rotationally fixed manner to the first rotor 110 of the first electrical machine 10, so that both electrical machines 10, 20 can equally deliver torque to the coupling gear 30, for example with the fourth switching element closed Submit S4.
Die Ausführung des elektrischen Antriebssystems 1 gemäß Figur 1 ist nun so aufgebaut, dass in Axialrichtung a nebeneinander die beiden elektrischen Maschinen 10, 20 angeordnet sind, wobei das fünfte Schaltelement S5 und das optionale sechste Schaltelement S6 zwischen den beiden elektrischen Maschinen 10, 20 oder teilweise in Axialrichtung a überlappend zu diesen angeordnet sind. In Axialrichtung a folgt auf die beiden elektrischen Maschinen 10, 20 dann in der einen Richtung das Koppelgetriebe 30, zu welchem das erste Schaltelement S1 und das zweite Schaltelement S2 axial überlappend angeordnet sind. Zwischen dem Koppelgetriebe 30 und der ersten elektrischen Maschine 10 sind das dritte Schaltelement S3 und das vierte Schaltelement S4, bei Bedarf auch wieder zumindest teilweise überlappend zu der ersten elektrischen Maschine 10, angeordnet. The design of the electric drive system 1 according to Figure 1 is now constructed in such a way that the two electric machines 10, 20 are arranged next to one another in the axial direction a, with the fifth switching element S5 and the optional sixth Switching element S6 is arranged between the two electrical machines 10, 20 or partially overlaps them in the axial direction a. In the axial direction a, the two electrical machines 10, 20 are then followed in one direction by the coupling gear 30, to which the first switching element S1 and the second switching element S2 are arranged in an axially overlapping manner. Between the coupling gear 30 and the first electrical machine 10, the third switching element S3 and the fourth switching element S4 are arranged, if necessary again at least partially overlapping the first electrical machine 10.
In axialer Richtung a benachbart zu der zweiten elektrischen Maschine 20 kann dann die optionale erste Übersetzungsstufe 51 und benachbart zu dem Koppelgetriebe 30 die optionale zweite Übersetzungsstufe 52 angeordnet sein. The optional first transmission stage 51 can then be arranged in the axial direction a adjacent to the second electrical machine 20 and the optional second transmission stage 52 can be arranged adjacent to the coupling gear 30.
In der Darstellung der Figur 2 ist nun ein weiterer Aufbau des elektrischen Antriebssystems 1 gezeigt. Dieser entspricht im Wesentlichen dem in Figur 1 bereits beschriebenen Aufbau einschließlich der Anordnung der einzelnen Elemente in axialer Richtung a. Der einzige Unterschied besteht nun darin, dass das erste Element 31 des Koppelgetriebes 30, also das Sonnenrad, welches über das fünfte Schaltelement S5 mit dem zweiten Rotor 210 der zweiten elektrischen Maschine 20 koppelbar ist, nicht mehr mit den ersten Planetenrädern 36 des ersten Planetenträgers, also des zweiten Elements 32 des Koppelgetriebes 30 kämmt, sondern mit den zweiten Planetenrädern 37 des zweiten Planetenträgers, also des vierten Elements 34 des Koppelgetriebes 30. Ansonsten entspricht der Aufbau dem der Figur 1 , sodass hierauf nicht nochmals im Detail eingegangen werden muss. A further structure of the electric drive system 1 is now shown in the illustration in FIG. This essentially corresponds to the structure already described in FIG. 1, including the arrangement of the individual elements in the axial direction a. The only difference is that the first element 31 of the coupling gear 30, i.e. the sun gear, which can be coupled to the second rotor 210 of the second electric machine 20 via the fifth switching element S5, is no longer connected to the first planet gears 36 of the first planet carrier. i.e. the second element 32 of the coupling gear 30 meshes, but with the second planet gears 37 of the second planet carrier, i.e. the fourth element 34 of the coupling gear 30. Otherwise, the structure corresponds to that of FIG. 1, so that this does not need to be discussed in detail again.
In der Darstellung der Figur 3 ist nun eine Schalttabelle gezeigt, welche die Stellung der einzelnen Schaltelemente S1 bis S6 für die verschiedenen mit dem elektrischen Antriebssystem 1 umsetzbaren Modi zeigt. Der erste Modus ist dabei ein Torque- Vectoring-Modus, der zweite Modus ist ein Effizienz-Modus. Diese beiden Modi benötigen das optionale sechste Schaltelement S6 nicht, können jedoch auch zur Verwendung kommen, wenn dieses Schaltelement vorhanden ist. Der dritte Modus ist ein Boost-Modus, welcher das sechste Schaltelement S6 zwingend benötigt. 3 now shows a switching table which shows the position of the individual switching elements S1 to S6 for the different modes that can be implemented with the electric drive system 1. The first mode is a torque vectoring mode, the second mode is an efficiency mode. These two modes do not require the optional sixth switching element S6, but can also be used if this switching element is present. The third mode is a boost mode, which absolutely requires the sixth switching element S6.
Jedes der Schaltelemente S1 bis S5 bzw. S6, sofern vorhanden, ist dabei in der Lage, sowohl zu koppeln als auch zu entkoppeln. In der Darstellung der Figur 3 ist das gekoppelte bzw. geschlossene Schaltelement jeweils über ein x gekennzeichnet. Die entkoppelte bzw. geöffnete Stellung des jeweiligen Schaltelements ist durch ein leer gelassenes Feld innerhalb der Schalttabelle gekennzeichnet. Each of the switching elements S1 to S5 or S6, if present, is able to both couple and decouple. This is shown in Figure 3 coupled or closed switching element each marked with an x. The decoupled or open position of the respective switching element is marked by a field left empty within the switching table.
Im ersten Modus, dem Torque-Vectoring-Modus, ist es nun so, dass das erste Schaltelement S1 geschlossen, das zweite Schaltelement S2 geöffnet, das dritte Schaltelement S3 geschlossen, das vierte Schaltelement S4 geöffnet und das fünfte Schaltelement S5 geschlossen ist. Sofern das optionale sechste Schaltelement vorhanden ist, wäre dieser geöffnet. In the first mode, the torque vectoring mode, it is now the case that the first switching element S1 is closed, the second switching element S2 is open, the third switching element S3 is closed, the fourth switching element S4 is open and the fifth switching element S5 is closed. If the optional sixth switching element is present, it would be open.
Der Antrieb der zweiten Abtriebswelle 42 erfolgt so nun also bei geschlossenem ersten Schaltelement S1 über eine drehfeste Verbindung zum vierten Element 34, also dem zweiten Planetenträger. Die erste Abtriebswelle 41 wird durch ihre dauerhafte drehfeste Verbindung mit dem zweiten Hohlrad, dem fünften Element 35 in allen Modi über dieses angetrieben. Das geschlossene dritte Schaltelement S3 sorgt für einen Leistungseintrag ausgehend von der ersten elektrischen Maschine 10 bzw. ihrem ersten Rotor 110 über das dritte Element 33, also das erste Hohlrad des Koppelgetriebes 30. Das vierte Schaltelement S4 ist ebenso wie das zweite Schaltelement S2 entsprechend geöffnet. Das fünfte Schaltelement S5 ist wiederum geschlossen und sorgt für einen Eintrag von Leistung bzw. Drehmoment ausgehend von der zweiten elektrischen Maschine 20 bzw. ihrem zweiten Rotor 210 über das erste Element 31 des Koppelgetriebes 30, also das Sonnenrad, je nach Ausführungsvariante über die ersten Planetenräder 36 oder die zweiten Planetenräder 37. In diesem Torque-Vectoring-Modus liefern also beide elektrischen Maschinen 10, 20 nennenswertes Drehmoment über das Koppelgetriebe 30 für den Vortrieb. Die beiden elektrischen Maschinen 10, 20 können dafür gleichartig ausgebildet sein, sie müssen dies jedoch nicht. Insbesondere können unterschiedlich starke elektrische Maschinen 10, 20 zum Einsatz kommen, also z.B. elektrische Maschinen mit unterschiedlicher Nennleistung. Durch die Wahl der von der jeweiligen elektrischen Maschine 10, 20 abgegebenen Drehmomente, was über deren Ansteuerung über ihre Elektronik bzw. Leistungselektronik erreicht wird, lässt sich so eine Drehmomentverteilung auf die beiden Abtriebswellen 41 , 42 und damit auf die durch diese zumindest mittelbar angetriebenen Räder erreichen. Eine solche entsprechend einer gewählten Vorgabe erfolgende Aufteilung des Drehmoments auf die unterschiedlichen Räder ermöglicht insbesondere Vorteile beim dynamischen Fahren in Kurven und erlaubt eine Verbesserung der Fahrleistung und eine Steigerung der Fahrsicherheit. The second output shaft 42 is now driven with the first switching element S1 closed via a rotationally fixed connection to the fourth element 34, i.e. the second planet carrier. The first output shaft 41 is driven in all modes via its permanent, rotationally fixed connection to the second ring gear, the fifth element 35. The closed third switching element S3 ensures a power input from the first electrical machine 10 or its first rotor 110 via the third element 33, i.e. the first ring gear of the coupling gear 30. The fourth switching element S4, like the second switching element S2, is correspondingly open. The fifth switching element S5 is in turn closed and ensures an input of power or torque starting from the second electric machine 20 or its second rotor 210 via the first element 31 of the coupling gear 30, i.e. the sun gear, depending on the embodiment variant via the first planet gears 36 or the second planet gears 37. In this torque vectoring mode, both electric machines 10, 20 deliver significant torque via the coupling gear 30 for propulsion. The two electrical machines 10, 20 can be designed in the same way, but they do not have to be. In particular, electrical machines 10, 20 of different strengths can be used, for example electrical machines with different nominal outputs. By selecting the torques emitted by the respective electric machine 10, 20, which is achieved by controlling them via their electronics or power electronics, a torque distribution can be achieved between the two output shafts 41, 42 and thus on the wheels driven at least indirectly by them to reach. Such a distribution of the torque between the different wheels in accordance with a selected specification enables advantages in particular when driving dynamically Curves and allows an improvement in driving performance and an increase in driving safety.
Der Effizienzbetrieb dient, wie sein Name schon andeutet, dazu, das elektrische Antriebssystem 1 möglichst effizient, also mit minimalem Energieeinsatz für die erzeugte Antriebsleistung zu betreiben. Hierfür wird der Vortrieb alleine durch die erste elektrische Maschine 10 realisiert. Die zweite Abtriebswelle 42 ist dafür mit dem dritten Element 33, also dem ersten Hohlrad des Koppelgetriebes 30 verbunden, wozu das zweite Schaltelement S2 geschlossen und das erste Schaltelement S1 geöffnet ist. Bei geöffnetem dritten Schaltelement S3 und geschlossenem vierten Schaltelement S4 wird der erste Rotor 110 der ersten elektrischen Maschine 10 drehfest mit dem zweiten Element 32, also dem ersten Planetenträger des Koppelgetriebes 30 drehfest verbunden, um auf diesem Weg Leistung bzw. Drehmoment in das Koppelgetriebe 30 einzuleiten. Gleichzeitig ist das fünfte Schaltelement S5 geöffnet und sofern vorhanden auch das sechste Schaltelement S6 geöffnet, die zweite elektrische Maschine 20 ist also abgekoppelt. Das Koppelgetriebe 30 dient in diesem Effizienz-Modus als klassisches Differential mit einer 50:50-Drehmomentverteilung, auch in den Kurven, wobei dort trotzdem unterschiedliche Drehzahlen an den Rädern anliegen. As its name suggests, efficiency mode serves to operate the electric drive system 1 as efficiently as possible, i.e. with minimal use of energy for the drive power generated. For this purpose, the propulsion is realized solely by the first electrical machine 10. The second output shaft 42 is connected to the third element 33, i.e. the first ring gear of the coupling gear 30, for which purpose the second switching element S2 is closed and the first switching element S1 is opened. When the third switching element S3 is open and the fourth switching element S4 is closed, the first rotor 110 of the first electrical machine 10 is connected in a rotationally fixed manner to the second element 32, i.e. the first planet carrier of the coupling gear 30, in order to introduce power or torque into the coupling gear 30 in this way . At the same time, the fifth switching element S5 is opened and, if present, the sixth switching element S6 is also opened, so the second electrical machine 20 is decoupled. In this efficiency mode, the linkage gear 30 serves as a classic differential with a 50:50 torque distribution, even in the curves, although there are still different speeds at the wheels.
Der dritte Betriebsmodus ist der Boost-Modus. Dieser benötigt zwingend das sechste Schaltelement S6. Er entspricht von der Stellung der Schaltelemente im Wesentlichen dem Betrieb im Effizienzmodus, nützt also das Koppelgetriebe 30 vergleichbar als klassisches Differentialgetriebe mit einer 50:50-Verteilung des Drehmoments auf beide Abtriebswellen 41 , 42. Zusätzlich ist nun das sechste Schaltelement S6 geschlossen, sodass der erste Rotor 110 der ersten elektrischen Maschine 10 und der zweite Rotor 210 der zweiten elektrischen Maschine 20 drehfest miteinander verbunden sind und das von den beiden elektrischen Maschinen 10, 20 aufgebrachte Drehmoment gemeinsam in das Koppelgetriebe 30 einleiten. Hierdurch lässt sich im Boost-Betrieb die maximale Leistung beider elektrischen Maschinen 10, 20 gemeinsam zur Verfügung stellen, um ein Maximum an Antriebsleistung zu ermöglichen. Die Drehmomente bleiben dabei anders als beim Torque-Vectoring an beiden durch die beiden Abtriebswellen 41 , 42 angetriebenen Räder gleich, auch wenn im Falle einer Kurvenfahrt die Drehzahlen voneinander abweichen, vergleichbar wie beim Effizienz-Modus. Figur 4 zeigt im Vergleich zu der Ausgestaltung der Fig. 1 insbesondere eine vorteilhafte alternative Anordnung der ersten Übersetzungsstufe 51 und der zweiten Übersetzungsstufe 52. Die zweite Übersetzungsstufen 52 ist dabei hinsichtlich des Leistungsflusses zwischen dem ersten Rotor 110 und dem Koppelgetriebe 30 angeordnet. The third operating mode is boost mode. This absolutely requires the sixth switching element S6. In terms of the position of the switching elements, it essentially corresponds to operation in efficiency mode, so it uses the coupling gear 30 comparable to a classic differential gear with a 50:50 distribution of the torque between both output shafts 41, 42. In addition, the sixth switching element S6 is now closed, so that the first rotor 110 of the first electrical machine 10 and the second rotor 210 of the second electrical machine 20 are connected to one another in a rotationally fixed manner and introduce the torque applied by the two electrical machines 10, 20 together into the coupling gear 30. In this way, the maximum power of both electrical machines 10, 20 can be made available together in boost operation in order to enable maximum drive power. Unlike torque vectoring, the torques remain the same on both wheels driven by the two output shafts 41, 42, even if the speeds differ from each other when cornering, comparable to the efficiency mode. 4 shows in particular an advantageous alternative arrangement of the first gear ratio stage 51 and the second gear ratio stage 52 compared to the embodiment of FIG.
Besonders vorteilhaft ist die zweite Übersetzungsstufe 52 hinsichtlich des Leistungsflusses zwischen dem ersten Rotor 110 und dem dritten Schaltelement S3 sowie zwischen dem ersten Rotor 110 und dem vierten Schaltelement S4 angeordnet. The second transmission stage 52 is particularly advantageously arranged with regard to the power flow between the first rotor 110 and the third switching element S3 and between the first rotor 110 and the fourth switching element S4.
Die erste Übersetzungsstufe 51 ist dabei hinsichtlich des Leistungsflusses vorteilhaft zwischen dem zweiten Rotor 210 und dem Koppelgetriebe 30 angeordnet. The first transmission stage 51 is advantageously arranged between the second rotor 210 and the coupling gear 30 with regard to the power flow.
Besonders vorteilhaft ist die erste Übersetzungsstufe 51 hinsichtlich des Leistungsflusses zwischen dem fünften Schaltelement S5 und dem Koppelgetriebe 30 angeordnet. Alternativ und ebenso vorteilhaft und hier nicht weiter dargestellt, kann die erste Übersetzungsstufe 51 auch zwischen dem zweiten Rotor 210 und dem fünften Schaltelement S5 angeordnet sein. The first transmission stage 51 is particularly advantageously arranged between the fifth switching element S5 and the coupling gear 30 with regard to the power flow. Alternatively and just as advantageously and not shown here, the first transmission stage 51 can also be arranged between the second rotor 210 and the fifth switching element S5.
Selbstverständlich kann die in Figur 4 gezeigte und hier im Zusammenhang mit der Fig. 4 beschriebene Anordnung der Übersetzungsstufen 51 , 52, nämlich die Anordnung hinsichtlich des Leistungsflusses vor dem Koppelgetriebe 30, auch in gleicher weise auf die Ausgestaltung der Fig. 2 übertragen werden. Of course, the arrangement of the transmission stages 51, 52 shown in FIG. 4 and described here in connection with FIG. 4, namely the arrangement with regard to the power flow in front of the coupling gear 30, can also be transferred to the embodiment of FIG.

Claims

Patentansprüche Elektrisches Antriebssystem (1) mit einer ersten elektrischen Maschine (10) mit einem ersten Rotor (110), einer zweiten elektrischen Maschine (20) mit einem zweiten Rotor (210) und einem Koppelgetriebe (30), wobei das Koppelgetriebe (30) einen vierwelligen Planetenradsatz mit einem ersten Element (31), einem zweiten Element (32), einem dritten Element (33), einem vierten Element (34) und einem fünften Element (35) aufweist, wobei das zweite Element (32) drehfest mit dem vierten Element (34) verbunden ist, wobei das Koppelgetriebe (30) eine erste Abtriebswelle (41) und eine zweite Abtriebswelle (42) aufweist, welche dazu ausgebildet sind, Drehmomente aus dem Koppelgetriebe (30) auszuleiten, wobei die erste Abtriebswelle (41) drehfest mit dem fünften Element (35) verbunden ist, gekennzeichnet durch ein erstes Schaltelement (S1), das dazu ausgebildet ist, die zweite Abtriebswelle (42) drehfest mit dem zweiten Element (32) zu koppeln, ein zweites Schaltelement (S2), das dazu ausgebildet ist, die zweite Abtriebswelle (42) drehfest mit dem dritten Element (33) zu koppeln, ein drittes Schaltelement (S3), das dazu ausgebildet ist, den ersten Rotor (110) derart mit dem dritten Element (33) zu koppeln, dass Drehmomente, ausgehend von der ersten elektrischen Maschine (10), an dem dritten Element (33) in das Koppelgetriebe (30) eingeleitet werden können, ein viertes Schaltelement (S4), das dazu ausgebildet ist, den ersten Rotor (110) derart mit dem zweiten Element (32) zu koppeln, das Drehmomente, ausgehend von der ersten elektrischen Maschine (10), an dem zweiten Element (32) in das Koppelgetriebe (30) eingeleitet werden können, ein fünftes Schaltelement (S5), das dazu ausgebildet ist, den zweiten Rotor (210) derart mit dem ersten Element (31) zu koppeln, dass Drehmomente, ausgehend von der zweiten elektrischen Maschine (20), an dem ersten Element (31) in das Koppelgetriebe (30) eingeleitet werden können. Elektrisches Antriebssystem (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Element (32) als ein erster Planetenträger ausgebildet ist, und das vierte Element (34) als ein zweiter Planetenträger ausgebildet ist. Elektrisches Antriebssystem (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an dem zweiten Element (32) erste Planetenräder (36) angeordnet sind, wobei die ersten Planetenräder (36) permanent mit einer Verzahnung des ersten Elements (31) und mit einer Verzahnung des dritten Elements (33) kämmen, und dass an dem vierten Element (34) zweite Planetenräder (37) und dritte Planetenräder (38) angeordnet sind, wobei die die dritten Planetenräder (38) permanent mit einer Verzahnung des fünften Elements (35) kämmen, und wobei jeweils eines der zweiten Planetenräder (37) mit einem der dritten Planetenräder (38) kämmt, und wobei jeweils eines der dritten Planetenräder (38) mit einem der ersten Planetenräder (36) kämmt. Elektrisches Antriebssystem (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an dem zweiten Element (32) erste Planetenräder (36) angeordnet sind, wobei die ersten Planetenräder (36) permanent mit einer Verzahnung des dritten Elements (33) kämmen, und dass an dem vierten Element (34) zweite Planetenräder (37) und dritte Planetenräder (38) angeordnet sind, wobei die zweiten Planetenräder (37) permanent mit einer Verzahnung des ersten Elements (31) kämmen, wobei die dritten Planetenräder (38) permanent mit einer Verzahnung des fünften Elements (35) kämmen, wobei jeweils eines der zweiten Planetenräder (37) mit einem der dritten Planetenräder (38) kämmt, und wobei jeweils eines der dritten Planetenräder (38) mit einem der ersten Planetenräder (36) kämmt. Elektrisches Antriebssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine erste Übersetzungsstufe (51), welche hinsichtlich eines Leistungsflusses hinter der ersten Abtriebswelle (41) und hinter dem Koppelgetriebe (30) angeordnet ist, und durch eine zweite Übersetzungsstufe (52), welche hinsichtlich des Leistungsflusses hinter der zweiten Abtriebswelle (42) und hinter dem Koppelgetriebe (30) angeordnet ist. Elektrisches Antriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine erste Übersetzungsstufe (51), welche hinsichtlich eines Leistungsflusses zwischen dem zweiten Rotor (210) und dem Koppelgetriebe (30) angeordnet ist, und durch eine zweite Übersetzungsstufe (52), welche hinsichtlich des Leistungsflusses zwischen dem ersten Rotor (110) und dem Koppelgetriebe (30) angeordnet ist. Elektrisches Antriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Schaltelement (S3) dazu ausgebildet ist, den ersten Rotor (110) drehfest mit dem dritten Element (33) zu koppeln. Elektrisches Antriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das fünfte Schaltelement (S5) dazu ausgebildet ist, den zweiten Rotor (210) drehfest mit dem ersten Element (31) zu koppeln. Elektrisches Antriebssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass in einer axialen Richtung (a) gesehen das erste Schaltelement (S1) und das zweite Schaltelement (S2) axial überlappend zu dem Koppelgetriebe (30) angeordnet sind. Elektrisches Antriebssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element (31) als ein Sonnenrad, das dritte Element (33) als ein erstes Hohlrad und das fünfte Element (35) als ein zweites Hohlrad ausgebildet ist. Elektrisches Antriebssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch ein sechstes Schaltelement (S6), welches dazu ausgebildet ist, den ersten Rotor (110) drehfest mit dem zweiten Rotor (210) zu koppeln. Verfahren zum Betrieben des elektrischen Antriebssystems (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass für einem Torque-Vectoring-Betrieb das erste Schaltelement (S1) geschlossen, das zweite Schaltelement (S2) geöffnet, das dritte Schaltelement (S3) geschlossen, das vierte Schaltelement (S4) geöffnet und das fünfte Schaltelement (S5) geschlossen wird. Verfahren zum Betrieben des elektrischen Antriebssystems (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass für einem Effizienz-Betrieb das erste Schaltelement (S1) geöffnet, das zweite Schaltelement (S2) geschlossen, das dritte Schaltelement (S3) geöffnet, das vierte Schaltelement (S4) geschlossen und das fünfte Schaltelement (S5) geöffnet wird. Verfahren zum Betrieben des elektrischen Antriebssystems (1) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass für einem Boost-Betrieb das erste Schaltelement (S1) geöffnet, das zweite Schaltelement (S2) geschlossen, das dritte Schaltelement (S3) geöffnet, das vierte Schaltelement (S4) geschlossen, das fünfte Schaltelement (S5) geöffnet und das sechste Schaltelement (S6) geschlossen wird. Claims Electric drive system (1) with a first electric machine (10) with a first rotor (110), a second electric machine (20) with a second rotor (210) and a coupling gear (30), the coupling gear (30) having a four-shaft planetary gear set with a first element (31), a second element (32), a third element (33), a fourth element (34) and a fifth element (35), the second element (32) being non-rotatable with the fourth Element (34) is connected, the coupling gear (30) having a first output shaft (41) and a second output shaft (42), which are designed to transfer torques from the coupling gear (30), the first output shaft (41) being rotationally fixed is connected to the fifth element (35), characterized by a first switching element (S1), which is designed to couple the second output shaft (42) to the second element (32) in a rotationally fixed manner, and a second switching element (S2), which is designed to couple the second output shaft (42) to the third element (33) in a rotationally fixed manner, a third switching element (S3) which is designed to couple the first rotor (110) to the third element (33) in such a way that Torques, starting from the first electric machine (10), can be introduced into the coupling gear (30) on the third element (33), a fourth switching element (S4), which is designed to connect the first rotor (110) in this way second element (32) to couple the torques from the first electrical machine (10), on the second element (32) can be introduced into the coupling gear (30), a fifth switching element (S5), which is designed to connect the second rotor (210) to the first element ( 31) to couple so that torques, starting from the second electrical machine (20), can be introduced into the coupling gear (30) on the first element (31). Electric drive system (1) according to claim 1, characterized in that the second element (32) is designed as a first planet carrier, and the fourth element (34) is designed as a second planet carrier. Electric drive system (1) according to claim 2, characterized in that first planetary gears (36) are arranged on the second element (32), the first planetary gears (36) being permanently connected to a toothing of the first element (31) and to a toothing of the third element (33), and that second planet gears (37) and third planet gears (38) are arranged on the fourth element (34), the third planet gears (38) permanently meshing with a toothing of the fifth element (35), and wherein one of the second planetary gears (37) meshes with one of the third planetary gears (38), and wherein one of the third planetary gears (38) meshes with one of the first planetary gears (36). Electric drive system (2) according to claim 2, characterized in that first planet gears (36) are arranged on the second element (32), the first planet gears (36) permanently meshing with a toothing of the third element (33), and that Second planetary gears (37) and third planetary gears (38) are arranged on the fourth element (34), the second planetary gears (37) permanently meshing with a toothing of the first element (31), the third planetary gears (38) permanently meshing with a toothing of the fifth element (35), one of the second planetary gears (37) meshing with one of the third planetary gears (38), and one of the third planetary gears (38) meshing with one of the first planet gears (36) mesh. Electric drive system (1) according to one of the preceding claims, characterized by a first transmission stage (51), which is arranged behind the first output shaft (41) and behind the coupling gear (30) with regard to a power flow, and by a second transmission stage (52), which is arranged behind the second output shaft (42) and behind the coupling gear (30) with regard to the power flow. Electric drive system (1) according to one of claims 1 to 4, characterized by a first transmission stage (51), which is arranged with regard to a power flow between the second rotor (210) and the coupling gear (30), and by a second transmission stage (52) , which is arranged between the first rotor (110) and the coupling gear (30) with regard to the power flow. Electric drive system (1) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the third switching element (S3) is designed to couple the first rotor (110) to the third element (33) in a rotationally fixed manner. Electric drive system (1) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the fifth switching element (S5) is designed to couple the second rotor (210) to the first element (31) in a rotationally fixed manner. Electric drive system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that, viewed in an axial direction (a), the first switching element (S1) and the second switching element (S2) are arranged axially overlapping the coupling gear (30). Electric drive system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first element (31) as a sun gear, the third element (33) as a first Ring gear and the fifth element (35) is designed as a second ring gear. Electric drive system (1) according to one of the preceding claims, characterized by a sixth switching element (S6), which is designed to couple the first rotor (110) to the second rotor (210) in a rotationally fixed manner. Method for operating the electric drive system (1) according to one of claims 1 to 11, characterized in that for a torque vectoring operation, the first switching element (S1) is closed, the second switching element (S2) is open, the third switching element (S3) closed, the fourth switching element (S4) is opened and the fifth switching element (S5) is closed. Method for operating the electric drive system (1) according to one of claims 1 to 11, characterized in that for efficient operation the first switching element (S1) is opened, the second switching element (S2) is closed, the third switching element (S3) is opened, the fourth switching element (S4) is closed and the fifth switching element (S5) is opened. Method for operating the electric drive system (1) according to claim 11, characterized in that for a boost operation, the first switching element (S1) is opened, the second switching element (S2) is closed, the third switching element (S3) is opened, the fourth switching element ( S4) is closed, the fifth switching element (S5) is opened and the sixth switching element (S6) is closed.
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