WO2024046852A1 - Elektrisches antriebssystem für ein kraftfahrzeug, insbesondere für einen kraftwagen, sowie verfahren zum betreiben eines solchen elektrischen antriebssystems - Google Patents

Elektrisches antriebssystem für ein kraftfahrzeug, insbesondere für einen kraftwagen, sowie verfahren zum betreiben eines solchen elektrischen antriebssystems Download PDF

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WO2024046852A1
WO2024046852A1 PCT/EP2023/073196 EP2023073196W WO2024046852A1 WO 2024046852 A1 WO2024046852 A1 WO 2024046852A1 EP 2023073196 W EP2023073196 W EP 2023073196W WO 2024046852 A1 WO2024046852 A1 WO 2024046852A1
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switching element
sun gear
planetary
drive system
gear
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PCT/EP2023/073196
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Tobias Schilder
Tobias Haerter
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Mercedes-Benz Group AG
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    • F16H48/36Differential gearings characterised by intentionally generating speed difference between outputs
    • F16H2048/364Differential gearings characterised by intentionally generating speed difference between outputs using electric or hydraulic motors

Definitions

  • Electric drive system for a motor vehicle in particular for a motor vehicle, and method for operating such an electric drive system
  • the invention relates to an electric drive system for a motor vehicle, in particular for a motor vehicle.
  • the invention further relates to a method for operating such an electric drive system.
  • DE 102018 128 836 B3 discloses a transmission device for a motor vehicle as known, with a planetary gear with a drive sun gear, a ring gear fixed to the housing and several stepped planet gears.
  • the DE 102020 119290 A1 shows an electric drive system for a motor vehicle with two electric machines, with an input ratio and four switching elements being provided.
  • a first of the switching elements is designed to connect a first rotor in a rotationally fixed manner to a differential housing of a differential gear.
  • a second of the switching elements is designed to non-rotatably connect a second rotor to an input spur gear of the input transmission.
  • a third of the switching elements is designed to connect the first rotor in a rotationally fixed manner to a first output shaft of the differential gear.
  • a fourth of the switching elements is designed to connect the second rotor in a rotationally fixed manner to a second output shaft of the differential gear.
  • the object of the present invention is to create an electric drive system for a motor vehicle and a method for operating such an electric drive system, so that a particularly compact design and particularly advantageous drivability of the drive system can be realized.
  • a first aspect of the invention relates to an electric drive system, also referred to as an electric drive device or designed as an electric drive device, for a motor vehicle, also simply referred to as a vehicle.
  • the motor vehicle which is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car, has the electric drive system in its fully manufactured state and can be driven, in particular purely, electrically by means of the electric drive system.
  • the motor vehicle is therefore preferably a hybrid vehicle or an electric vehicle, in particular a battery-electric vehicle (BEV).
  • BEV battery-electric vehicle
  • the motor vehicle in its fully manufactured state, has at least or exactly two vehicle axles, which are arranged one after the other in the longitudinal direction of the motor vehicle and are therefore simply referred to as axles.
  • the respective vehicle axle has at least or exactly two vehicle wheels, also simply referred to as wheels.
  • the vehicle wheels of the vehicle axles are ground contact elements via which the motor vehicle can be supported or supported downwards on a ground in the vertical direction of the motor vehicle.
  • the respective vehicle wheels are arranged on sides of the motor vehicle that are opposite one another in the transverse direction of the motor vehicle. If the motor vehicle is driven along the ground while the motor vehicle is supported on the ground in the vertical direction of the vehicle via the vehicle wheels (ground contact elements), the vehicle wheels roll, in particular directly, on the ground.
  • the vehicle wheels of at least or exactly one of the vehicle axles or both vehicle axles can be driven electrically, in particular purely. When we talk about the vehicle wheels below, unless otherwise stated, this refers to the vehicle wheels that can be driven by the electric drive system, which are also referred to as drive wheels.
  • the electric drive system has a first electric machine which has a first rotor.
  • the first electrical machine has a first stator, by means of which the first rotor can be driven and thereby driven about a first machine axis of rotation relative to the stator.
  • the first electric machine can, for example, provide first drive torques for driving the vehicle wheels and thus the motor vehicle via its first rotor.
  • the electric drive system also has a second electric machine, which has a second Rotor has.
  • the second electrical machine has a second stator, by means of which the second rotor can be driven and thereby rotated about a second machine axis of rotation relative to the second stator.
  • the electric drive system also has a planetary differential gear.
  • the planetary differential gear is a differential gear, also known as a differential, which is designed in a planetary design.
  • the planetary differential gear has a planet carrier, which is also referred to as a first planet carrier, a first sun gear and a second sun gear.
  • the planet carrier, the first sun gear and the second sun gear are the first gear elements of the planetary differential gear, also known as a differential.
  • the electric drive system has a housing in which, for example, the planetary differential gear is at least partially arranged.
  • the respective first gear element is not connected to the housing in a rotationally fixed manner, the respective first gear element is rotatable about a first planetary gear axis of rotation relative to the housing.
  • the planetary differential gear is arranged coaxially to the first rotor and therefore also coaxially to the second rotor, so that the first planetary gear axis of rotation coincides with the respective machine axis of rotation.
  • the electric drive system also has an input planetary transmission, which is provided in particular in addition to the planetary differential gear.
  • the input planetary gear ratio is a first planetary gear set or is also referred to as a first planetary gear set.
  • the input planetary gear ratio has an input sun gear as the third sun gear and an input planet carrier as the second planet carrier.
  • the input planet carrier is, in particular permanently, connected in a rotationally fixed manner to the first planet carrier of the planetary differential gear.
  • the input planetary transmission has an input ring gear as the first ring gear, which is connected, in particular permanently, in a rotationally fixed manner to the housing of the electric drive system.
  • the electric drive system also has a first switching element, which is designed to connect the first rotor to the first planet carrier in a rotationally fixed manner.
  • a first switching element which is designed to connect the first rotor to the first planet carrier in a rotationally fixed manner.
  • the first switching element can be between a first Coupling state and a first decoupling state can be switched. In the first coupling state, the first rotor is rotatably connected to the planet carrier by means of the first switching element.
  • the first switching element releases the first rotor for rotation about the machine axis of rotation and thus about the first planetary gear axis of rotation relative to the planet carrier.
  • the first rotor and the planet carrier can be rotated relative to one another about the first planetary gear axis of rotation or about the respective machine axis of rotation.
  • the respective machine axis of rotation and the first planetary gear axis of rotation are also collectively referred to as the axis of rotation or main axis of rotation, which runs in the axial direction of the electric drive system or coincides with the axial direction of the electric drive system.
  • the input sun gear, the input planetary carrier and the input ring gear are second gear elements of the input planetary transmission.
  • the respective second gear element is not connected to the housing in a rotationally fixed manner, the respective second gear element is rotatable about a second planetary gear axis of rotation relative to the housing.
  • the input planetary transmission is arranged coaxially with the planetary differential gear, so that the planetary gear rotation axes coincide.
  • the first switching element is movable, in particular relative to the housing and/or translationally, between at least one first coupling position causing the first coupling state and at least one first decoupling position causing the first decoupling state.
  • the electric drive system has a second switching element, which is designed to connect the second rotor to the input sun gear in a rotationally fixed manner.
  • the second rotor can be connected to the input sun gear in a rotationally fixed manner by means of the second switching element.
  • the second switching element can be switched between a second coupling state and a second decoupling state. In the second coupling state, the second rotor is connected to the input sun gear in a rotationally fixed manner by means of the second switching element.
  • the second switching element releases the second rotor for rotation about the respective machine axis of rotation relative to the input sun gear, so that in the second decoupling state the second rotor and the input sun gear are rotated relative to one another about the respective machine axis of rotation and in particular about the second planetary gear axis of rotation can.
  • the second switching element in particular translationally and/or relative to the housing, between at least one second coupling position causing the second coupling state and at least one second decoupling position causing the second decoupling state.
  • the electric drive system further has a third switching element, which is designed to rotate the first rotor with the first sun gear.
  • the first rotor can be connected to the first sun gear by means of the third switching element.
  • the third switching element can be switched between a third coupling state and a third decoupling state. In the third coupling state, the first rotor is connected to the first sun gear in a rotationally fixed manner by means of the third switching element.
  • the third switching element releases the first rotor for rotation about the respective machine axis of rotation or about the first planetary gear rotation axis relative to the first sun gear, so that in the third decoupling state the first rotor and the first sun gear about the respective machine axis of rotation or about the first planetary gear axis of rotation can be rotated relative to one another.
  • the third switching element can be moved, in particular translationally and/or relative to the housing, between at least one third coupling position causing the third coupling state and at least one third decoupling position causing the third decoupling state.
  • the electric drive system also has a fourth switching element, which is designed to connect the second rotor to the second sun gear in a rotationally fixed manner.
  • the second rotor can be connected to the second sun gear in a rotationally fixed manner by means of the fourth switching element.
  • the fourth switching element can be switched between a fourth coupling state and a fourth decoupling state. In the fourth coupling state, the second rotor is connected to the second sun gear in a rotationally fixed manner by means of the fourth switching element.
  • the fourth switching element releases the second rotor for rotation about the respective machine axis of rotation and about the first planetary gear axis of rotation relative to the second sun gear, so that in the fourth decoupling state the second rotor and the second sun gear about the respective machine axis of rotation and about the so that coinciding first planetary gear axis of rotation can be rotated relative to one another.
  • the fourth switching element can, in particular translationally and/or relative to the housing, switch between at least one of the fourth coupling states causing the fourth coupling position and at least one fourth decoupling position causing the fourth decoupling state.
  • the invention allows a particularly compact design or construction of the electric drive system to be realized.
  • the planetary differential gear can be designed as an integrated planetary differential, in particular with the input planetary gear ratio as a gear ratio, so that particularly advantageous drivability can be achieved in a particularly space-saving manner.
  • the switching elements enable an advantageous and space-saving switchability of the electric drive system, so that particularly good drivability can be achieved.
  • the invention is based on the knowledge that in the case of individual wheel drives, a respective torque can be set on the respective drivable vehicle wheel by the electric machine assigned to the respective vehicle wheel. As a result, the electrical machines are usually only used to a limited extent and work inefficiently. In order to solve this problem, a large amount of space is usually required.
  • the differential makes it possible to connect both output sides, i.e. both drivable vehicle wheels, in particular permanently, to one side shaft each.
  • the switching elements can be used as switches in order to be able to switch between different operating modes of the electric drive system as required. For example, it is possible to switch between a first differential operation with exactly one of the electric machines, a second differential gear with the other, translated electric machine or a torque distribution operation, also known as torque vectoring operation, in particular as an individual wheel drive.
  • a first differential operation it is provided, for example, that the vehicle wheels are driven in relation to the electrical machines exclusively by means of one of the electrical machines, in particular by means of the first electrical machine.
  • the vehicle wheels are driven in relation to the electrical machines only by means of the other electrical machine, in particular by means of the second electrical machine.
  • an individual wheel drive can be implemented, in which, for example, a first of the vehicle wheels is driven by the first electric machine and the second vehicle wheel is driven by the second electric machine. It is possible, so to speak, to increase the differential and the input planetary gear ratio, also known as the transmission planetary gear set to merge into an assembly in order to be able to achieve a particularly small space requirement.
  • ordinal words referred to as ordinals such as “first”, “first”, second”, “second”, etc., are not necessarily used to indicate or imply a number or quantity, but to clearly refer to concepts to which the ordinal number words are assigned or to which the ordinal number words refer.
  • at least four switching elements are provided, namely the first switching element, the second switching element, the third switching element and the fourth switching element, so that the second switching element in addition to the first switching element, the third switching element in addition to the first switching element and the second switching element, and the fourth switching element is provided in addition to the first, second and third switching elements.
  • the feature that two components such as the planet carrier and the input planet carrier are connected to one another in a rotationally fixed manner means that the components connected to one another in a rotationally fixed manner are arranged coaxially to one another and, in particular, when the components are driven, together or simultaneously rotate about a component rotation axis common to the components, such as the respective planetary gear rotation axis, with the same angular velocity, in particular relative to the housing.
  • the feature that two components are permanently connected to one another in a torque-transmitting manner means that a switching element is not provided which can be switched between a coupling state that connects the components to one another in a torque-transmitting manner and a decoupling state in which no torques are transmitted between the components via the switching element can be transmitted, but the components are always or always and therefore permanently torque-transmitting, that is to say connected to one another in such a way that a torque can be transmitted between the components.
  • one of the components can be driven by the other component or vice versa.
  • the feature that two components are permanently connected to one another in a rotational manner means that a switching element is not provided which can be switched between a coupling state that connects the components to one another in a rotational manner and a decoupling state in which the components are decoupled from one another and relative to one another are rotatable, so that no torques can be transmitted between the components via the switching element, but the components are always or always, therefore permanently, connected or coupled to one another in a rotating manner.
  • the feature that two components can be connected to one another in a rotating or torque-transmitting manner means that the components are assigned a switching element, such as the first switching element, wherein the switching element can be switched between at least one coupling state and at least one decoupling state.
  • the components are connected to one another in a rotationally fixed or torque-transmitting manner by means of the switching element.
  • the components are decoupled from one another, so that in the decoupling state the components are rotatable relative to one another, in particular about the component rotation axis, and in particular so that no torques can be transmitted between the components via the switching element.
  • rotation test is to be understood in particular as follows:
  • a rotation-proof connection between two, in particular rotatably mounted, elements is to be understood as meaning that the two elements are arranged coaxially to one another and are connected to one another in such a way that they rotate at the same angular speed.
  • a rotationally fixed connection of an element such as the input ring gear to the housing is to be understood as meaning that the element is connected to the housing in such a way that it cannot be rotated relative to the housing.
  • axial and “in the axial direction” refer to the axis of rotation mentioned or to a direction of the axis of rotation, with respect to which the rotors and the planetary differential gear and preferably also the input planetary transmission are arranged coaxially with one another.
  • a first output planetary gear ratio is provided, which is also referred to as a second planetary gear set or is designed as a second planetary gear set.
  • the first exit Planetary transmission has a first output sun gear as a fourth sun gear, which is, in particular permanently, rotationally connected to the first sun gear.
  • the first output planetary gear ratio has a first output planetary carrier as a third planetary carrier.
  • the first output planetary gear ratio has a first output ring gear as a second ring gear, which is, in particular permanently, rotationally connected to the housing.
  • the first output planetary gear ratio is provided in addition to the differential and in addition to the input planetary gear ratio, so that the fourth sun gear, the third planetary carrier and the second ring gear, therefore the first output sun gear, the first output planetary carrier and the first output ring gear are third gear elements of the first output Planetary translation are.
  • the respective third gear element is not connected to the housing in a rotationally fixed manner, the respective third gear element is rotatable about a third planetary gear axis of rotation relative to the housing.
  • the first output planetary gear ratio can be arranged coaxially with the planetary differential gear, so that the third planetary gear rotation axis coincides with the first planetary gear rotation axis.
  • a second output planetary gear ratio is also provided, which is a third planetary gear set.
  • the second output planetary gear ratio is provided in addition to the first output planetary gear ratio and in addition to the input planetary gear ratio and also in addition to the planetary differential gear.
  • the second output planetary gear ratio has a second output sun gear as a fifth sun gear, which is connected, in particular permanently, in a rotationally fixed manner to the second sun gear.
  • the second output planetary gear ratio has a second output planetary carrier as the fourth planetary carrier.
  • the second output planetary gear ratio has a second output ring gear as a third ring gear, which is connected, in particular permanently, to the housing in a rotationally fixed manner.
  • the second output sun gear, the second output planetary carrier and the second output ring gear are fourth gear elements of the second output planetary gear ratio.
  • the respective fourth gear element if the respective fourth gear element is not connected to the housing in a rotationally fixed manner, the respective fourth gear element can be rotated about a fourth planetary gear axis of rotation relative to the housing.
  • the output planetary gear ratios are arranged coaxially to one another, so that the third planetary gear rotation axis coincides with the fourth planetary gear rotation axis or vice versa.
  • the second output planetary gear ratio is arranged coaxially with the planetary differential gear, so that the fourth planetary gear axis of rotation with the first planetary gear rotation axis coincides.
  • a further embodiment is characterized in that the first switching element and the third switching element are combined to form a first coupling switching element.
  • the third coupling switching element can be actuated by means of a first common actuator of the electric drive system.
  • the electric drive system has the first actuator, by means of which the coupling switching element and thereby the first switching element and the third switching element can be actuated.
  • the first switching element can be switched between the first coupling state and the first decoupling state and the third switching element can be switched between the third coupling state and the third decoupling state, in particular in the following manner.
  • the first coupling switching element can be switched between at least a first connection state and at least one second connection state by means of the first actuator.
  • the first connection state and the third decoupling state are set, that is, activated or inserted, so that, for example, in the first connection state, the first switching element is in the first coupling state and the third switching element is in the third decoupling state.
  • the third coupling state and the first decoupling state are set, that is, activated, in particular simultaneously, so that, for example, in the second connection state, the third switching element is in the third coupling state and the first switching element is in the first decoupling state.
  • the first coupling switching element can be switched into at least one first neutral state, in which, in particular simultaneously, the first decoupling state and the third decoupling state are set, that is, inserted or activated, so that, for example, in the first neutral state, the first switching element is in the first decoupling state and the third switching element are in the third decoupling state.
  • the first coupling switching element can, in particular relative to the housing and/or translationally, between at least one first connection position which causes the first connection state and at least one second connection position which causes the second connection state and, for example, also between at least one which causes the first neutral state , first neutral position.
  • the second switching element and the fourth switching element are combined to form a second coupling switching element, which can be actuated by means of a second common actuator of the electric drive system.
  • the electric drive system therefore preferably also has the second actuator, by means of which the second coupling switching element can be actuated, that is, switched.
  • the second coupling switching element can be switched between at least a third connection state and at least a fourth connection state by means of the second actuator.
  • the third connection state for example, in particular simultaneously, the second coupling state and the fourth decoupling state are set, that is, activated or inserted, so that, for example, in the third connection state, the second switching element is in the second coupling state and the fourth switching element is in the fourth decoupling state.
  • the fourth coupling state and the second decoupling state are inserted, that is, activated or inserted, so that, for example, in the fourth connection state, the fourth switching element is in the fourth coupling state and the second switching element is in the second decoupling state.
  • the second coupling switching element can be switched into a second neutral state by means of the second actuator.
  • the fourth decoupling state and the second decoupling state are set, that is, engaged or activated, so that, for example, in the second neutral state, the fourth switching element is in the fourth decoupling state and the second switching element is in the second decoupling state.
  • the second switching element and the fourth switching element can thus be switched simultaneously by means of the second actuator, in particular between the second coupling state, the second decoupling state, the fourth coupling state and the fourth decoupling state.
  • the second coupling switching element can, in particular relative to the housing and/or translationally, between at least one third connection position causing the third connection state and at least one fourth connection position causing the fourth connection state and, for example, also between at least one causing the second neutral state , second neutral position can be moved.
  • the installation space requirement can be kept particularly low.
  • the first rotor, the third switching element, the first switching element, the first sun gear, the second sun gear, the input sun gear , the second switching element, the fourth switching element and the second rotor are arranged one after the other in the order mentioned, that is to say in the order in which they are mentioned, and thus one after the other or one behind the other.
  • the first rotor, the third switching element, the first switching element, the first sun gear, the second sun gear, the input sun gear, the second switching element, the fourth switching element and the second rotor in are arranged in the following order, that is one behind the other or one after the other:
  • the third switching element is connected to the first rotor, the first switching element is connected to the third switching element, the first sun gear is connected to the first switching element, the second sun gear is connected to the first sun gear Connect the input sun gear to the second sun gear, the second switching element to the input sun gear, the fourth switching element to the second switching element and the second rotor to the fourth switching element.
  • first planet gears in particular rotatable, are arranged or held on the planet carrier of the planetary differential gear.
  • the respective first planet gear meshes with the first sun gear.
  • second planet gears, in particular rotatable are arranged, in particular held, on the planet carrier (first planet carrier), in particular in addition to the first planet gears, with the respective second planet gear meshing with the second sun gear.
  • first planet gears do not mesh with the second sun gear, and preferably it is provided that the second wheels do not mesh with the first sun gear.
  • each, in particular precisely, one of the first planetary gears meshes, in particular precisely, with one of the second planetary gears and thereby forms a planetary gear group.
  • the installation space requirement can be kept particularly low.
  • input planetary gears are rotatably arranged, in particular held, on the input planetary carrier as third planetary gears, with the second planetary gears are provided in addition to the first planetary gears, and wherein the third planetary gears are provided in addition to the first and second planetary gears.
  • each, in particular precisely, one of the input planetary gears is arranged coaxially, in particular precisely, with one of the second planetary gears and thereby forms a respective, second planetary gear group.
  • the respective, coaxially arranged planet gears of the respective, second planetary gear group are rotatably arranged, in particular held or mounted, on a common planetary gear bolt, whereby the installation space requirement, the weight and the costs can be kept particularly low.
  • the planetary gear bolt is designed in one piece, that is to say in one piece.
  • the planetary gear bolt is formed from a single piece and is therefore formed by a monoblock or as a monoblock.
  • the planetary gear bolt is designed as a one-piece and therefore integrally manufactured, integral body, which is not composed of several parts that are formed separately and connected to one another, but rather that the planetary gear bolt is formed in one piece.
  • the planetary gear bolt is formed from a metallic material, in particular from steel, so that the respective planetary gear bolt is preferably designed as a steel bolt.
  • a second aspect of the invention relates to a method for operating an electric drive system according to the first aspect of the invention.
  • Advantages and advantageous refinements of the first aspect of the invention are to be viewed as advantages and advantageous refinements of the second aspect of the invention and vice versa.
  • the first switching element for a first efficient operation the first switching element is closed, the second switching element is opened, the third switching element is opened and the fourth switching element is opened. It is therefore preferably provided that in the first efficient operation the first Switching element in the first coupling state, the second switching element in the second decoupling state, the third switching element in the third decoupling state and the fourth switching element in the fourth decoupling state.
  • the first switching element is opened, the second switching element is closed, the third switching element is opened and the fourth switching element is opened for a second efficient operation.
  • the first switching element is in the first decoupling state
  • the second switching element is in the second coupling state
  • the third switching element is in the third decoupling state
  • the fourth switching element is in the fourth decoupling state.
  • a further embodiment is characterized in that the first switching element is closed, the second switching element is closed, the third switching element is open and the fourth switching element is open for a drive operation, also referred to as boost operation or acceleration operation.
  • boost operation also referred to as boost operation or acceleration operation.
  • the first switching element is opened, the second switching element is open, the third switching element is closed and the fourth switching element is closed for a torque distribution operation of the electric drive system, also known as torque vectoring operation .
  • torque vectoring operation a torque distribution operation of the electric drive system
  • a particularly purely electric drive of the motor vehicle can be represented in a normal differential operation, for example the vehicle wheels being driven in relation to the electric machines exclusively by means of the first electric machine.
  • the second one is electric machine is suspended, therefore decoupled from the rest of the electric drive system, so that the second electric machine is preferably not dragged along.
  • the second electric machine is particularly advantageously translated, in particular by the input planetary gear ratio, so that a particularly high output torque can be produced for driving the vehicle wheels.
  • a normal differential operation can be implemented in the second efficient operation, whereby a particularly efficient operation can be achieved.
  • the boost operation enables, for example, a strong acceleration and in particular a strong start-up of the motor vehicle, for example, which is initially stationary, with a torque distribution, i.e. a so-called torque vectoring, being able to be represented, for example, in the boost operation.
  • the vehicle wheels are driven, for example, by means of both electric machines, in particular in such a way that the vehicle wheels are driven by means of the first electric machine, in particular directly, and by means of the second electric machine, in particular in a geared manner, in particular simultaneously.
  • the invention makes it possible to implement an individual wheel drive, particularly for efficient torque distribution travel.
  • the vehicle wheels are driven by both electric machines, in particular simultaneously, in particular, for example, in such a way that an individual wheel drive can be represented or represented.
  • the first efficient operation, the second efficient operation, the boost operation (drive operation) and the torque distribution operation (torque vectoring operation) are, for example, the aforementioned operating modes of the electric drive system, with the switching elements being particularly advantageous and in particular at least almost without load interruption between the operating modes can be switched.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an electric drive system for a motor vehicle
  • Fig. 2 is a switching table to illustrate different operating modes of the electric drive system.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an electric drive system 10 for a motor vehicle, also referred to as a vehicle.
  • the electric drive system 10 is a drive device.
  • the motor vehicle also simply referred to as a vehicle, has the electric drive system 10 and can be driven, in particular purely electrically, by means of the electric drive system 10.
  • the motor vehicle has at least or exactly two vehicle axles arranged one behind the other and thus sequentially in the longitudinal direction of the motor vehicle.
  • the respective vehicle axle has at least or exactly two vehicle wheels, with the respective vehicle wheels of the respective vehicle axle being arranged on sides of the motor vehicle that are opposite one another in the transverse direction of the motor vehicle.
  • the vehicle wheels can be driven at least or exactly one of the vehicle axles or both vehicle axles.
  • the vehicle wheels of the motor vehicle that can be driven by means of the electric drive system 10 are shown particularly schematically in FIG. 1 and are designated 12 and 14.
  • the vehicle axle comprising the vehicle wheels 12 and 14 is designated 16.
  • the electric drive system 10 has a first electric machine 18, which has a first stator 20 and a first rotor 22.
  • the rotor 22 can be driven by means of the stator 20 and can therefore be rotated relative to the stator 20 about a first machine axis of rotation 24.
  • the first electric machine 18 can provide first drive torques for driving the vehicle wheels 12 and 14, in particular purely electrically.
  • the drive system 10 also has a second electric machine 26, which has a second stator 28 and a second rotor 30.
  • the second rotor 30 can be driven by means of the second stator 28 and can therefore be rotated about a second machine axis of rotation 32 relative to the stator 28 and also relative to a housing 34 of the electric drive system 10, the rotor 22 also being rotatable about the machine axis of rotation 24 relative to the housing 34 is rotatable.
  • Fig. 1 it can be seen that the rotors 22 and 30 and thus the electrical machines 18 and 26 are arranged coaxially to one another, so that the machine axes of rotation 24 and 32 coincide.
  • the second electric machine 26 can provide second drive torques for driving the vehicle wheels 12 and 14, in particular purely electrically.
  • the electric drive system 10 has a planetary differential gear 36, which is also simply referred to as a differential or differential gear.
  • the differential can be driven by the respective electric machine 18, 26, so that the vehicle wheels 12 and 14 can be driven by the respective electric machine 18, 26 via the differential.
  • a respective input torque resulting from the respective drive torque can be introduced into the differential, whereby the differential can be driven.
  • the differential can provide a respective output torque resulting from the respective input torque for driving the respective vehicle wheel 12, 14.
  • the differential has the function well known from the general prior art that the differential can divide or distribute the respective input torque to the vehicle wheels 12 and 14.
  • the differential allows different speeds of the vehicle wheels 12 and 14, for example when the motor vehicle is cornering, in particular in such a way that the vehicle wheel 12, 14 on the outside of the curve can rotate at a higher speed than the vehicle wheel 14, 12 on the inside of the curve, in particular while the vehicle wheels 12 and 14 connected in a torque-transmitting manner to the electric machine 18 and/or to the electric machine 26 and can be driven or driven by means of the electric machine 18 and/or by means of the electric machine 26.
  • the planetary differential gear has a first planet carrier 38, which is also simply referred to as a planet carrier.
  • the planetary differential gear 36 has a first sun gear 40 and a second sun gear 42.
  • the differential can provide the respective output torque via the respective sun gear 40, 42.
  • a respective output torque resulting from the respective output torque can be transmitted to the respective vehicle wheel 12, 14 in order to thereby drive the respective vehicle wheel 12, 14.
  • the output torque that can be transmitted to the vehicle wheel 12 is illustrated by an arrow 44
  • the output torque that can be transmitted to the vehicle wheel 14 is illustrated by an arrow 46.
  • the planet carrier 38 and the sun gears 40 and 42 are rotatable about a first planetary gear rotation axis 48 relative to the housing 34. It can be seen that the differential is arranged coaxially with the electric machines 18 and 26, so that the first planetary gear rotation axis coincides with the machine rotation axes 24 and 32.
  • the drive system 10 has an input planetary gear ratio 50 as a first planetary gear set, which is provided in addition to the planetary differential gear 36.
  • the input planetary gear ratio 50 has an input sun gear 52 as the third sun gear, an input planet carrier 54 as the second planet carrier and an input ring gear 56 as the first ring gear. It can be seen that the input ring gear 56 is connected, in particular permanently, to the housing 34 in a rotationally fixed manner.
  • the input sun gear 52 and the input planet carrier 54 can be rotated about a second planetary gear rotation axis 58 relative to the housing 34.
  • the input planetary gear ratio 50 is arranged coaxially with the differential and coaxially with the electric machines 18 and 26, so that the second planetary gear rotation axis 58 coincides with the first planetary gear axis 48 and with the machine rotation axes 24 and 32. Furthermore, it can be seen from FIG. 1 that the input planet carrier 54 (second planet carrier) is connected, in particular permanently, in a rotationally fixed manner to the first planet carrier 38.
  • the electric drive system 10 has a first switching element SE1, by means of which the first rotor 22 can be connected in a rotationally fixed manner to the first planet carrier 38.
  • a second switching element SE2 is also provided, by means of which the second rotor 30 can be connected in a rotationally fixed manner to the input sun gear 52.
  • a third switching element SE3 is also provided, by means of which the first rotor 22 can be connected in a rotationally fixed manner to the first sun gear 40.
  • the electric drive system includes 10 a fourth switching element SE4, by means of which the second rotor 30 can be connected to the second sun gear 42 in rotation.
  • a first output planetary gear ratio 60 is also provided as a second planetary gear set, the output planetary gear ratio 60 having a first output sun gear 62 as a fourth sun gear, a first output planet carrier 64 as a third planet carrier and a first output ring gear 66 as a second ring gear.
  • the first output ring gear 66 is, in particular permanently, rotationally connected to the housing 34.
  • the first output sun gear 62 is, in particular permanently, non-rotatably connected to the first sun gear 40.
  • the first output planetary gear ratio 60 is in addition to the differential and in addition to the input planetary gear ratio 50.
  • the electric drive system 10 also includes a second output planetary gear ratio 68, which is provided in addition to the differential (planetary differential gear 36), in addition to the input planetary gear ratio 50, and in addition to the first output planetary gear ratio 60.
  • the second output planetary gear ratio 68 has a second output sun gear 70 as the fifth sun gear, a second output planet carrier 72 as the fourth planet carrier and a second output ring gear 74 as the third ring gear. It can be seen that the second output ring gear 74 is connected, in particular permanently, to the housing 34 in a rotationally fixed manner.
  • the second output sun gear 70 is connected, in particular permanently, in a rotationally fixed manner to the second sun gear 42.
  • the respective output planetary gear ratio 60, 68 can translate or convert the respective output torque that can be provided by the respective sun gear 40, 42 into the respective output torque illustrated by the respective arrow 44, 46, so that the respective vehicle wheel 12, 14 has the respective output -Planetary transmission 60, 68 can be driven by the respective sun gear 40, 42.
  • the first switching element SE1 and the third switching element SE3 are combined to form a first coupling switching element KS1, which has a first switching part S1.
  • the first switching part S1 can be moved, in particular translationally and/or relative to the housing 34, between at least a first connection position and at least one second connection position.
  • the first connection position the first coupling switching element KS1 is in a first connection state
  • the second connection position the first coupling switching element KS1 is in a second connection state.
  • the first switching element SE1 is in its first coupling state
  • the third switching element SE3 is in its third decoupling state.
  • the first switching element SE1 in the first connection state, the first switching element SE1 is closed, while the third switching element SE3 is open.
  • the third switching element SE3 is in its third coupling state, while the first switching element SE1 is in its first decoupling state.
  • the third switching element SE3 in the second connection state, the third switching element SE3 is closed while the first switching element SE1 is open.
  • the second switching element SE2 and the fourth switching element SE4 are combined or brought together to form a second coupling switching element KS2, which has a second switching part S2.
  • the second switching part S2 can be moved, in particular relative to the housing 34 and/or translationally, between at least a third connection position and at least a fourth connection position.
  • the coupling switching element KS2 is in a third connection state
  • the fourth connection position the second coupling switching element KS2 is in a fourth connection state.
  • the second switching element SE2 is in its second coupling state
  • the fourth switching element SE4 is in its fourth decoupling state.
  • the fourth switching element SE4 is in its fourth coupling state, while the second switching element SE2 is in its second decoupling state.
  • the second switching element SE2 is closed, while the fourth switching element SE4 is open.
  • the fourth switching element SE4 is closed while the second switching element SE2 is open.
  • the first switching part S1 can be moved between the first connection position and the second connection position by means of a first actuator 80 shown particularly schematically in FIG. 1.
  • the second switching part S2 can be moved between the third connection position and the fourth connection position by means of a second actuator 82 shown particularly schematically in FIG. 1.
  • the actuator 82 is provided in addition to the actuator 80, and the actuator 80 is provided in addition to the actuator 82.
  • the actuator 80 is arranged externally with respect to the actuator 82, and preferably the actuator 82 is arranged externally with respect to the actuator 80. It is It can be seen that the actuator 80 is a first actuator common to the switching elements SE1 and SE3, and the actuator 82 is a second actuator common to the switching elements SE2 and SE4.
  • the first rotor 22 Viewed in the axial direction of the drive system 10 and thus along the machine axis of rotation 24, 32 or the planetary gear axis of rotation 48, 58 are the first rotor 22, the third switching element SE3, the first switching element SE1, the first sun gear 40, the second sun gear 42, the input sun gear 52 , the second switching element SE2, the fourth switching element SE4 and the second rotor 30 are arranged one after the other in the order in which they are named, that is to say one after the other.
  • First planet gears of the planetary differential gear 36 are rotatably held on the first planet carrier 38, one of the first planet gears being visible in FIG. 1 and designated P1.
  • second planet gears of the planetary differential gear 36 are rotatably held on the first planet carrier 38, one of the second planet gears being shown in FIG. 1 and designated P2.
  • the planetary gears P1 mesh with the sun gear 40
  • the planetary gears P2 mesh with the sun gear 42.
  • One of the first planetary gears P1 and one of the second planetary gears P2 mesh with one another and thus form a first planetary gear group.
  • the planetary gears of the respective first planetary gear group are arranged off-axis from one another, so that their axes of rotation run parallel to one another and are spaced apart from one another.
  • Third planetary gears are rotatably held on the input planetary carrier 54, one of the third planetary gears being shown in FIG. 1 and designated P3. It can be seen that one of the planetary gears P3 is arranged coaxially to one of the planetary gears P2, whereby the respective third planetary gear P3 and the respective second planetary gear P2 arranged coaxially therewith form a second planetary gear group.
  • the third planetary gears P3 are also referred to as input planetary gears.
  • the respective planetary gears P2 and P3 of the respective second planetary gear group are arranged coaxially and are therefore rotatable about a common planetary gear axis of rotation relative to the planetary carrier 38 and relative to the input planetary carrier 54.
  • planetary gears P2 and P3, which are arranged coaxially to one another, of the respective second planetary gear group are rotatably arranged on a common, in particular integrally formed, planetary gear bolt 55.
  • the one-piece common planetary gear bolt 55 is therefore part of the planet carrier 38 and part of the planet carrier 54.
  • Fig. 2 shows a switching table to illustrate four operating modes in which the electric drive system 10 can optionally be operated.
  • a first of the operating modes is a first efficient mode, designated E1, in which or for the realization of which the switching element SE1 is closed while the switching elements SE2, SE3 and SE4 are opened, in particular at the same time.
  • the switching part S1 can be moved into a first neutral position, in particular relative to the housing 34 and/or translationally, by means of the actuator 80.
  • the first neutral position the first coupling switching element KS1 is, for example, in the first neutral state, in which the switching elements SE1 and SE3 are opened at the same time, therefore the first switching element SE1 is in its first decoupling state and the third switching element SE3 is in its third coupling state.
  • the second switching part S2 can be moved by means of the second stator 28, in particular translationally and/or relative to the housing 34, into at least one second neutral position, in which the second coupling switching element KS2 is in a second neutral state. In the second neutral state, the switching elements SE2 and SE4 are opened, in particular simultaneously.
  • the fourth switching element SE4 is in its fourth decoupling state, while the second switching element SE2 is in its second decoupling state.
  • the first coupling switching element KS1 is in its first connection state, while, for example, the second coupling switching element KS2 is in its second neutral state.
  • a second of the operating modes is a second efficient mode, designated E2, in which or for the realization of which the switching element SE2 is closed while the switching elements SE1, SE3 and SE4 are opened, in particular at the same time.
  • E2 a second efficient mode
  • the second coupling switching element KS2 is in its third connection state, while, for example, the first coupling switching element KS1 is in its first neutral state.
  • a third of the operating modes is a boost operation designated B, which is also referred to as support operation, drive operation or acceleration operation.
  • boost mode B the switching elements SE1 and SE2 are closed at the same time, while the switching elements SE3 and SE4 are open at the same time.
  • the first coupling switching element KS1 is in its first connection state
  • the second coupling switching element KS2 is in its third connection state.
  • a fourth of the operating modes is a torque distribution operation designated TV, which is also referred to as torque vectoring operation.
  • the switching elements SE1 and SE2 are open at the same time, while the switching elements SE3 and SE4 are closed at the same time.
  • the first coupling switching element KS1 is in its second connection state
  • the second coupling switching element KS2 is in its fourth connection state.
  • the first output planetary gear ratio 60 has fourth planet gears, of which a fourth planet gear designated P4 is shown.
  • the fourth planet gears P4 are rotatably held on the first output planetary carrier 64 and mesh, in particular simultaneously, with the first output sun gear 62 and with the first output ring gear 66.
  • Fifth planetary gears are rotatably held on the second output planetary carrier 72, one of which is shown in FIG. 1 with P5 designated planet wheel can be seen.
  • the fifth planetary gears P5 mesh, in particular simultaneously, with the second output sun gear 70 and with the second output ring gear 74.
  • the respective vehicle wheel 12, 14 is connected, in particular permanently, to transmit torque with the respective output planetary carrier 64, 72, so that the respective Output planetary carrier 64, 72 is a respective output of the respective output planetary transmission 60, 68.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Antriebssystem (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einer ersten elektrischen Maschine (18), welche einen ersten Rotor (22) aufweist, und mit einer zweiten elektrischen Maschine (26), welche einen koaxial zu dem ersten Rotor (22) angeordneten, zweiten Rotor (30) aufweist. Vorgesehen ist ein koaxial zu dem ersten Rotor (22) angeordnetes Planeten-Differentialgetriebe (36), welches einen Planetenträger (38), ein erstes Sonnenrad (40) und ein zweites Sonnenrad (42) aufweist. Vorgesehen ist eine Eingangs-Planetenübersetzung (50), welche ein Eingangssonnenrad (52), einen drehfest mit dem Planetenträger (38) verbundenen Eingangsplanetenträger (54) und ein drehfest mit einem Gehäuse (34) des elektrischen Antriebssystems (10) verbundenes Eingangshohlrad (56) aufweist. Vorgesehen ist ein erstes Schaltelement (SE1), welches dazu ausgebildet ist, den ersten Rotor (22) drehfest mit dem Planetenträger (38) zu verbinden.

Description

Elektrisches Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, sowie Verfahren zum Betreiben eines solchen elektrischen Antriebssystems
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines solchen elektrischen Antriebssystems.
Der DE 102018 128 836 B3 ist eine Getriebevorrichtung für ein Kraftfahrzeug als bekannt zu entnehmen, mit einem Planetengetriebe mit einem Antriebssonnenrad, einem gehäusefesten Hohlrad und mehreren Stufenplanetenrädern.
Die DE 102020 119290 A1 zeigt ein elektrisches Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit zwei elektrischen Maschinen, wobei eine Eingangsübersetzung und vier Schaltelemente vorgesehen sind. Ein erstes der Schaltelemente ist dazu ausgebildet, einen ersten Rotor drehfest mit einem Differentialgehäuse eines Differentialgetriebes zu verbinden. Ein zweites der Schaltelemente ist dazu ausgebildet, einen zweiten Rotor drehfest mit einem Eingangsstirnrad der Eingangsübersetzung zu verbinden. Ein drittes der Schaltelemente ist dazu ausgebildet, den ersten Rotor drehfest mit einer ersten Ausgangswelle des Differentialgetriebes zu verbinden. Ein viertes der Schaltelemente ist dazu ausgebildet, den zweiten Rotor drehfest mit einer zweiten Ausgangswelle des Differentialgetriebes zu verbinden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein elektrisches Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen elektrischen Antriebssystems zu schaffen, sodass eine besonders kompakte Bauweise und eine besonders vorteilhafte Fahrbarkeit des Antriebssystems realisiert werden können.
Diese Aufgabe wird durch ein elektrisches Antriebssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein auch als elektrische Antriebsvorrichtung bezeichnetes oder als elektrische Antriebsvorrichtung ausgebildetes, elektrisches Antriebssystem für ein einfach auch als Fahrzeug bezeichnetes Kraftfahrzeug. Dies bedeutet, dass das vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildete Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand das elektrische Antriebssystem aufweist und mittels des elektrischen Antriebssystems, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden kann. Somit ist das Kraftfahrzeug vorzugsweise ein Hybridfahrzeug oder aber ein Elektrofahrzeug, insbesondere ein batterieelektrisches Fahrzeug (BEV). Beispielsweise weist das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand wenigstens oder genau zwei in Fahrzeuglängsrichtung des Kraftfahrzeugs aufeinanderfolgend und somit hintereinander angeordnete, einfach auch als Achsen bezeichnete Fahrzeugachsen auf. Die jeweilige Fahrzeugachse weist wenigstens oder genau zwei einfach auch als Räder bezeichnete Fahrzeugräder auf. Die Fahrzeugräder der Fahrzeugachsen sind Bodenkontaktelemente, über welche das Kraftfahrzeug in Fahrzeughochrichtung des Kraftfahrzeugs nach unten hin an einem Boden abstützbar oder abgestützt ist. Die jeweiligen Fahrzeugräder sind auf in Fahrzeugquerrichtung des Kraftfahrzeugs einander gegenüberliegenden Seiten des Kraftfahrzeugs angeordnet. Wird das Kraftfahrzeug entlang des Bodens gefahren, während das Kraftfahrzeug über die Fahrzeugräder (Bodenkontaktelemente) in Fahrzeughochrichtung nach unten hin an dem Boden abgestützt ist, so rollen die Fahrzeugräder, insbesondere direkt, an dem Boden ab. Dabei sind mittels des elektrischen Antriebssystems die Fahrzeugräder wenigstens oder genau einer der Fahrzeugachsen oder beider Fahrzeugachsen, insbesondere rein, elektrisch antreibbar. Wenn im Folgenden die Rede von den Fahrzeugrädern ist, so sind darunter, falls nichts anderes angegeben ist, die mittels des elektrischen Antriebssystems antreibbaren Fahrzeugräder, welche auch als Antriebsräder bezeichnet werden, zu verstehen.
Das elektrische Antriebssystem weist eine erste elektrische Maschine auf, welche einen ersten Rotor aufweist. 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 Stator antreibbar ist. Die erste elektrische Maschine kann beispielsweise über ihren ersten Rotor erste Antriebsdrehmomente zum Antreiben der Fahrzeugräder und somit des Kraftfahrzeugs bereitstellen. Das elektrische Antriebssystem weist auch eine zweite elektrische Maschine auf, welche einen zweiten Rotor aufweist. Insbesondere 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. Die Rotoren und somit die elektrischen Maschinen sind koaxial zueinander angeordnet, sodass die Maschinendrehachsen zusammenfallen. Das elektrische Antriebssystem weist außerdem ein Planeten-Differentialgetriebe auf. Das Planeten-Differentialgetriebe ist ein einfach auch als Differential bezeichnetes Differentialgetriebe, welche in Planetenbauweise ausgebildet ist. Das Planeten-Differentialgetriebe weist einen Planetenträger, welcher auch als erster Planetenträger bezeichnet wird, ein erstes Sonnenrad und ein zweites Sonnenrad auf. Der Planetenträger, das erste Sonnenrad und das zweite Sonnenrad sind erste Getriebeelemente des einfach auch als Differential bezeichneten Planeten- Differentialgetriebes. Das elektrische Antriebssystem weist ein Gehäuse auf, in welchem beispielsweise das Planeten-Differentialgetriebe zumindest teilweise angeordnet ist. Insbesondere dann, wenn das jeweilige, erste Getriebeelement nicht drehfest mit dem Gehäuse verbunden ist, ist das jeweilige, erste Getriebeelement um eine erste Planetengetriebedrehachse relativ zu dem Gehäuse drehbar. Das Planeten- Differentialgetriebe ist koaxial zu dem ersten Rotor und somit auch koaxial zu dem zweiten Rotor angeordnet, sodass die erste Planetengetriebedrehachse mit der jeweiligen Maschinendrehachse zusammenfällt.
Das elektrische Antriebssystem weist außerdem eine Eingangs-Planetenübersetzung auf, welche insbesondere zusätzlich zu dem Planeten-Differentialgetriebe vorgesehen ist. Die Eingangs-Planetenübersetzung ist ein erster Planetenradsatz oder wird auch als erster Planetenradsatz bezeichnet. Die Eingangs-Planetenübersetzung weist ein Eingangssonnenrad als drittes Sonnenrad und einen Eingangsplanetenträger als zweiten Planetenträger auf. Der Eingangsplanetenträger ist, insbesondere permanent, drehfest mit dem ersten Planetenträger des Planeten-Differentialgetriebes verbunden. Des Weiteren weist die Eingangs-Planetenübersetzung ein Eingangshohlrad als erstes Hohlrad auf, welches, insbesondere permanent, drehfest mit dem Gehäuse des elektrischen Antriebssystems verbunden ist.
Das elektrische Antriebssystem weist ferner ein erstes Schaltelement auf, welches dazu ausgebildet ist, den ersten Rotor drehfest mit dem ersten Planetenträger zu verbinden. Wenn im Folgenden die Rede von dem Planetenträger ist, so ist darunter, falls nichts anderes angegeben ist, der erste Planetenträger zu verstehen. Mit anderen Worten ist mittels des ersten Schaltelements der erste Rotor drehfest mit dem ersten Planetenträger verbindbar. Insbesondere kann das erste Schaltelement zwischen einem ersten Koppelzustand und einem ersten Entkoppelzustand umgeschaltet werden. In dem ersten Koppelzustand ist mittels des ersten Schaltelements der erste Rotor drehtest mit dem Planetenträger verbunden. In dem ersten Entkoppelzustand gibt das erste Schaltelement den ersten Rotor für eine um die Maschinendrehachse und somit um die erste Planetengetriebedrehachse relativ zu dem Planetenträger erfolgende Drehung frei. Mit anderen Worten sind in der ersten Entkoppelstellung der erste Rotor und der Planetenträger um die erste Planetengetriebedrehachse beziehungsweise um die jeweilige Maschinendrehachse relativ zueinander drehbar. Die jeweilige Maschinendrehachse und die erste Planetengetriebedrehachse werden zusammenfassend auch als Drehachse oder Hauptdrehachse bezeichnet, die in axialer Richtung des elektrischen Antriebssystems verläuft beziehungsweise mit der axialen Richtung des elektrischen Antriebssystems zusammenfällt. Das Eingangssonnenrad, der Eingangsplanetenträger und das Eingangshohlrad sind zweite Getriebeelemente der Eingangs-Planetenübersetzung. Insbesondere dann, wenn das jeweilige, zweite Getriebeelement nicht drehfest mit dem Gehäuse verbunden ist, ist das jeweilige, zweite Getriebeelement um eine zweite Planetengetriebedrehachse relativ zu dem Gehäuse drehbar. Insbesondere ist es denkbar, dass die Eingangs-Planetenübersetzung koaxial zu dem Planeten-Differentialgetriebe angeordnet ist, sodass die Planetengetriebedrehachsen zusammenfallen.
Beispielsweise ist das erste Schaltelement, insbesondere relativ zu dem Gehäuse und/oder translatorisch, zwischen wenigstens einer den ersten Koppelzustand bewirkenden, ersten Koppelstellung und wenigstens einer den ersten Entkoppelzustand bewirkenden, ersten Entkoppelstellung bewegbar.
Das elektrische Antriebssystem weist ein zweites Schaltelement auf, welches dazu ausgebildet ist, den zweiten Rotor drehfest mit dem Eingangssonnenrad zu verbinden. Mit anderen Worten ist mittels des zweiten Schaltelements der zweite Rotor drehfest mit dem Eingangssonnenrad verbindbar. Beispielsweise ist das zweite Schaltelement zwischen einem zweiten Koppelzustand und einem zweiten Entkoppelzustand umschaltbar. In dem zweiten Koppelzustand ist mittels des zweiten Schaltelements der zweite Rotor drehfest mit dem Eingangssonnenrad verbunden. In dem zweiten Entkoppelzustand gibt das zweite Schaltelement den zweiten Rotor für eine um die jeweilige Maschinendrehachse relativ zu dem Eingangssonnenrad erfolgende Drehung frei, sodass in dem zweiten Entkoppelzustand der zweite Rotor und das Eingangssonnenrad um die jeweilige Maschinendrehachse und insbesondere um die zweite Planetengetriebedrehachse relativ zueinander gedreht werden können. Beispielsweise kann das zweite Schaltelement, insbesondere translatorisch und/oder relativ zu dem Gehäuse, zwischen wenigstens einer den zweiten Koppelzustand bewirkenden, zweiten Koppelstellung und wenigstens einer den zweiten Entkoppelzustand bewirkenden, zweiten Entkoppelstellung bewegt werden.
Das elektrische Antriebssystem weist des Weiteren ein drittes Schaltelement auf, welches dazu ausgebildet ist, den ersten Rotor drehtest mit dem ersten Sonnenrad zu verbinden. Mit anderen Worten ist mittels des dritten Schaltelements der erste Rotor drehtest mit dem ersten Sonnenrad verbindbar. Beispielsweise kann das dritte Schaltelement zwischen einem dritten Koppelzustand und einem dritten Entkoppelzustand umgeschaltet werden. In dem dritten Koppelzustand ist mittels des dritten Schaltelements der erste Rotor drehfest mit dem ersten Sonnenrad verbunden. In dem dritten Entkoppelzustand gibt das dritte Schaltelement den ersten Rotor für eine um die jeweilige Maschinendrehachse beziehungsweise um die erste Planetengetriebedrehachse relativ zu dem ersten Sonnenrad erfolgende Drehung frei, sodass in dem dritten Entkoppelzustand der erste Rotor und das erste Sonnenrad um die jeweilige Maschinendrehachse beziehungsweise um die erste Planetengetriebedrehachse relativ zueinander drehbar sind. Beispielsweise kann das dritte Schaltelement, insbesondere translatorisch und/oder relativ zu dem Gehäuse, zwischen wenigstens einer den dritten Koppelzustand bewirkenden, dritten Koppelstellung und wenigstens einer den dritten Entkoppelzustand bewirkenden, dritten Entkoppelstellung bewegt werden.
Das elektrische Antriebssystem weist auch ein viertes Schaltelement auf, welches dazu ausgebildet ist, den zweiten Rotor drehfest mit dem zweiten Sonnenrad zu verbinden. Mit anderen Worten ist mittels des vierten Schaltelements der zweite Rotor drehfest mit dem zweiten Sonnenrad verbindbar. Beispielsweise kann das vierte Schaltelement zwischen einem vierten Koppelzustand und einem vierten Entkoppelzustand umgeschaltet werden. In dem vierten Koppelzustand ist mittels des vierten Schaltelements der zweite Rotor drehfest mit dem zweiten Sonnenrad verbunden. In dem vierten Entkoppelzustand gibt das vierte Schaltelement den zweiten Rotor für eine um die jeweilige Maschinendrehachse und um die erste Planetengetriebedrehachse relativ zu dem zweiten Sonnenrad erfolgende Drehung frei, sodass in dem vierten Entkoppelzustand der zweite Rotor und das zweite Sonnenrad um die jeweilige Maschinendrehachse und um die damit zusammenfallende, erste Planetengetriebedrehachse relativ zueinander gedreht werden können.
Beispielsweise kann das vierte Schaltelement, insbesondere translatorisch und/oder relativ zu dem Gehäuse, zwischen wenigstens einer den vierten Koppelzustand bewirkenden, vierten Koppelstellung und wenigstens einer den vierten Entkoppelzustand bewirkenden, vierten Entkoppelstellung bewegt werden.
Durch die Erfindung kann eine besonders kompakte Bauform oder Bauweise des elektrischen Antriebssystems realisiert werden. Dabei kann das Planeten- Differentialgetriebe als integriertes Planetendifferential ausgestaltet werden, insbesondere mit der Eingangs-Planetenübersetzung als Übersetzungsstufe, sodass auf besonders bauraumgünstige Weise eine besonders vorteilhafte Fahrbarkeit dargestellt werden kann. Die Schaltelemente ermöglichen eine vorteilhafte und bauraumgünstige Schaltbarkeit des elektrischen Antriebssystems, sodass eine besonders gute Fahrbarkeit darstellbar ist. Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass bei Einzelradantrieben an dem jeweiligen, antreibbaren Fahrzeugrad ein jeweiliges Drehmoment durch die dem jeweiligen Fahrzeugrad zugeordnete, elektrische Maschine gestellt werden kann. Üblicherweise sind dadurch die elektrischen Maschinen nur gering ausgelastet und arbeiten ineffizient. Um dieses Problem zu lösen, entsteht üblicherweise ein hoher Bauraumbedarf. Die zuvor genannten Probleme und Nachteile können nun durch die Erfindung vermieden werden. Insbesondere durch das Differential ist es möglich, beide Abtriebsseiten, das heißt beide antreibbaren Fahrzeugräder, insbesondere dauerhaft, mit jeweils einer Seitenwelle zu verbinden. Die Schaltelemente können als Umschalter genutzt werden, um wahlweise und bedarfsgerecht zwischen unterschiedlichen Betriebsmodi des elektrischen Antriebssystems umschalten zu können. Beispielsweise kann wahlweise zwischen einem ersten Differentialbetrieb mit genau einer der elektrischen Maschine, einem zweiten Differentialgetriebe mit der anderen, übersetzten elektrischen Maschine oder einem auch als Torque-Vectoring-Betrieb bezeichneten Drehmomentenverteilungsbetrieb insbesondere als Einzelradantrieb umgeschaltet werden. In dem ersten Differentialbetrieb ist es beispielsweise vorgesehen, dass die Fahrzeugräder bezogen auf die elektrischen Maschinen ausschließlich mittels einer der elektrischen Maschinen, insbesondere mittels der ersten elektrischen Maschine, angetrieben werden. In dem zweiten Differentialbetrieb ist es beispielsweise vorgesehen, dass die Fahrzeugräder bezogen auf die elektrischen Maschinen nur mittels der anderen elektrischen Maschine, insbesondere mittels der zweiten elektrischen Maschine, angetrieben werden. In dem Drehmomentenverteilungsbetrieb kann ein Einzelradantrieb realisiert werden, bei dem beispielsweise ein erstes der Fahrzeugräder mittels der ersten elektrischen Maschine und das zweite Fahrzeugrad mittels der zweiten elektrischen Maschine angetrieben wird. Es ist möglich, das Differential und die auch als Übersetzungsplanetenradsatz bezeichnete Eingangs-Planetenübersetzung sozusagen zu einer Baugruppe zu verschmelzen, um einen besonders geringen Bauraumbedarf realisieren zu können.
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. Dabei sind jedoch wenigstens vier Schaltelemente vorgesehen, nämlich das erste Schaltelement, das zweite Schaltelement, das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement, sodass das zweite Schaltelement zusätzlich zu dem ersten Schaltelement, das dritte Schaltelement zusätzlich zu dem ersten Schaltelement und zu dem zweiten Schaltelement, und das vierte Schaltelement zusätzlich zu dem ersten, zweiten und dritten Schaltelement vorgesehen sind.
Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ist unter dem Merkmal, dass zwei Bauelemente wie beispielsweise der Planetenträger und der Eingangsplanetenträger drehfest miteinander verbunden sind, zu verstehen, dass die drehfest miteinander verbundenen Bauelemente koaxial zueinander angeordnet sind und sich insbesondere dann, wenn die Bauelemente angetrieben werden, gemeinsam beziehungsweise gleichzeitig um eine den Bauelementen gemeinsame Bauelementdrehachse wie beispielsweise die jeweilige Planetengetriebedrehachse mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit, insbesondere relativ zu dem Gehäuse, drehen. Unter dem Merkmal, dass zwei Bauelemente drehmomentübertragend miteinander verbunden sind, ist zu verstehen, dass die Bauelemente derart miteinander gekoppelt sind, dass Drehmomente zwischen den Bauelementen übertragen werden können, wobei dann, wenn die Bauelemente drehfest miteinander verbunden sind, die Bauelemente auch drehmomentübertragend miteinander verbunden sind.
Unter dem Merkmal, dass zwei Bauelemente permanent drehmomentübertragend miteinander verbunden sind, ist zu verstehen, dass nicht etwa ein Schaltelement vorgesehen ist, welches zwischen einem die Bauelemente drehmomentübertragend miteinander verbindenden Koppelzustand und einem Entkoppelzustand umschaltbar ist, in welchem keine Drehmomente zwischen den Bauelementen über das Schaltelement übertragen werden können, sondern die Bauelemente sind stets beziehungsweise immer und somit permanent drehmomentübertragend, das heißt derart miteinander verbunden, dass ein Drehmoment zwischen den Bauelementen übertragen werden kann. Somit ist beispielsweise eines der Bauelemente von dem jeweils anderen Bauelement antreibbar beziehungsweise umgekehrt. Insbesondere ist unter dem Merkmal, dass zwei Bauelemente permanent drehtest miteinander verbunden sind, zu verstehen, dass nicht etwa ein Schaltelement vorgesehen ist, welches zwischen einem die Bauelemente drehtest miteinander verbindenden Koppelzustand und einem Entkoppelzustand umschaltbar ist, in welchem die Bauelemente voneinander entkoppelt und relativ zueinander drehbar sind, sodass keine Drehmomente zwischen den Bauelementen über das Schaltelement übertragen werden können, sondern die Bauelemente sind stets beziehungsweise immer, mithin permanent, drehtest miteinander verbunden oder gekoppelt.
Unter dem Merkmal, dass zwei Bauelemente drehtest oder drehmomentübertragend miteinander verbindbar ist, ist zu verstehen, dass den Bauelementen ein Umschaltelement wie beispielsweise das erste Schaltelement zugeordnet ist, wobei das Umschaltelement zwischen wenigstens einem Koppelzustand und wenigstens einem Entkoppelzustand umschaltbar ist. In dem Koppelzustand sind die Bauelemente mittels des Umschaltelements drehfest oder drehmomentübertragend miteinander verbunden. In dem Entkoppelzustand sind die Bauelemente voneinander entkoppelt, sodass in dem Entkoppelzustand die Bauelemente relativ zueinander insbesondere um die Bauelementdrehachse drehbar sind und insbesondere sodass keine Drehmomente über das Umschaltelement zwischen den Bauelementen übertragen werden können. Somit ist unter „drehtest“ insbesondere Folgendes zu verstehen: Unter einer drehfesten Verbindung zweier, insbesondere drehbar gelagerter, Elemente ist zu verstehen, dass die beiden Elemente koaxial zueinander angeordnet und derart miteinander verbunden sind, dass sie mit gleicher Winkelgeschwindigkeit drehen. Unter einer drehfesten Verbindung eines Elements wie beispielsweise des Eingangshohlrads mit dem Gehäuse ist zu verstehen, dass das Element derart mit dem Gehäuse verbunden ist, dass es nicht gegenüber dem Gehäuse verdreht werden kann. Des Weiteren beziehen sich die Begriffe „axial“ und „in axialer Richtung“ auf die genannte Drehachse beziehungsweise auf eine Richtung der Drehachse, bezüglich derer die Rotoren und das Planeten- Differentialgetriebe und vorzugsweise auch die Eingangs-Planetenübersetzung koaxial zueinander angeordnet sind.
Um auf besonders bauraumgünstige Weise eine besonders vorteilhafte Fahrbarkeit realisieren zu können, ist bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung eine erste Ausgangs-Planetenübersetzung vorgesehen, welche auch als zweiter Planetenradsatz bezeichnet wird oder als ein zweiter Planetenradsatz ausgebildet ist. Die erste Ausgangs- Planetenübersetzung weist ein erstes Ausgangssonnenrad als viertes Sonnenrad auf, welches, insbesondere permanent, drehtest mit dem ersten Sonnenrad verbunden ist. Die erste Ausgangs-Planetenübersetzung weist einen ersten Ausgangsplanetenträger als dritten Planetenträger auf. Außerdem weist die erste Ausgangs-Planetenübersetzung ein erstes Ausgangshohlrad als zweites Hohlrad auf, welches, insbesondere permanent, drehtest mit dem Gehäuse verbunden ist. Die erste Ausgangs-Planetenübersetzung ist zusätzlich zu dem Differential und zusätzlich zu der Eingangs-Planetenübersetzung vorgesehen, sodass das vierte Sonnenrad, der dritte Planetenträger und das zweite Hohlrad, mithin das erste Ausgangssonnenrad, der erste Ausgangsplanetenträger und das erste Ausgangshohlrad dritte Getriebeelemente der ersten Ausgangs- Planetenübersetzung sind. Insbesondere dann, wenn das jeweilige, dritte Getriebeelement nicht drehfest mit dem Gehäuse verbunden ist, ist das jeweilige, dritte Getriebeelement um eine dritte Planetengetriebedrehachse relativ zu dem Gehäuse drehbar. Beispielsweise kann die erste Ausgangs-Planetenübersetzung koaxial zu dem Planeten-Differentialgetriebe angeordnet sein, sodass die dritte Planetengetriebedrehachse mit der ersten Planetengetriebedrehachse zusammenfällt.
Vorgesehen ist auch eine zweite Ausgangs-Planetenübersetzung, welche ein dritter Planetenradsatz ist. Insbesondere ist die zweite Ausgangs-Planetenübersetzung zusätzlich zu der ersten Ausgangs-Planetenübersetzung und zusätzlich zu der Eingangs- Planetenübersetzung und auch zusätzlich zu dem Planeten-Differentialgetriebe vorgesehen. Die zweite Ausgangs-Planetenübersetzung weist ein zweites Ausgangssonnenrad als fünftes Sonnenrad auf, welches, insbesondere permanent, drehfest mit dem zweiten Sonnenrad verbunden ist. Die zweite Ausgangs- Planetenübersetzung weist einen zweiten Ausgangsplanetenträger als vierten Planetenträger auf. Außerdem weist die zweite Ausgangs-Planetenübersetzung ein zweites Ausgangshohlrad als drittes Hohlrad auf, welches, insbesondere permanent, drehfest mit dem Gehäuse verbunden ist. Das zweite Ausgangssonnenrad, der zweite Ausgangsplanetenträger und das zweite Ausgangshohlrad sind vierte Getriebeelemente der zweiten Ausgangs-Planetenübersetzung. Insbesondere dann, wenn das jeweilige, vierte Getriebeelement nicht drehfest mit dem Gehäuse verbunden ist, kann das jeweilige, vierte Getriebeelement um eine vierte Planetengetriebedrehachse relativ zu dem Gehäuse gedreht werden. Insbesondere sind die Ausgangs-Planetenübersetzungen koaxial zueinander angeordnet, sodass die dritte Planetengetriebedrehachse mit der vierten Planetengetriebedrehachse zusammenfällt beziehungsweise umgekehrt. Insbesondere ist die zweite Ausgangs-Planetenübersetzung koaxial zu dem Planeten- Differentialgetriebe angeordnet, sodass die vierte Planetengetriebedrehachse mit der ersten Planetengetriebedrehachse zusammenfällt. Durch Verwendung der Ausgangs- Planetenübersetzungen können auf besonders bauraumgünstige Weise eine besonders vorteilhafte Übersetzung und somit eine besonders gute Fahrbarkeit des elektrischen Antriebssystems dargestellt werden.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das erste Schaltelement und das dritte Schaltelement zu einem ersten Koppelschaltelement kombiniert sind. Das dritte Koppelschaltelement ist mittels eines ersten gemeinsamen Aktors des elektrischen Antriebssystems betätigbar. Dies bedeutet, dass das elektrische Antriebssystem den ersten Aktor aufweist, mittels welchem das Koppelschaltelement und dadurch das erste Schaltelement und das dritte Schaltelement betätigbar sind. Somit kann mittels des ersten Aktors das erste Schaltelement zwischen dem ersten Koppelzustand und dem ersten Entkoppelzustand und das dritte Schaltelement zwischen dem dritten Koppelzustand und dem dritten Entkoppelzustand umgeschaltet werden, insbesondere auf folgende Weise. Beispielsweise kann das erste Koppelschaltelement mittels des ersten Aktors zwischen wenigstens einem ersten Verbindungszustand und wenigstens einem zweiten Verbindungszustand umgeschaltet werden. In dem ersten Verbindungszustand sind beispielsweise, insbesondere gleichzeitig, der erste Koppelzustand und der dritte Entkoppelzustand eingestellt, das heißt aktiviert oder eingelegt, sodass sich beispielsweise in dem ersten Verbindungszustand das erste Schaltelement in dem ersten Koppelzustand und das dritte Schaltelement in dem dritten Entkoppelzustand befinden. In dem zweiten Verbindungszustand sind, insbesondere gleichzeitig, der dritte Koppelzustand und der erste Entkoppelzustand eingestellt, das heißt aktiviert, sodass sich beispielsweise in dem zweiten Verbindungszustand das dritte Schaltelement in dem dritten Koppelzustand und das erste Schaltelement in dem ersten Entkoppelzustand befinden. Beispielsweise kann mittels des ersten Aktors das erste Koppelschaltelement in wenigstens einen ersten Neutralzustand geschaltet werden, in welchem, insbesondere gleichzeitig, der erste Entkoppelzustand und der dritte Entkoppelzustand eingestellt, das heißt eingelegt oder aktiviert sind, sodass sich beispielsweise in dem ersten Neutralzustand das erste Schaltelement in dem ersten Entkoppelzustand und das dritte Schaltelement in dem dritten Entkoppelzustand befinden. Beispielsweise kann mittels des ersten Aktors das erste Koppelschaltelement, insbesondere relativ zu dem Gehäuse und/oder translatorisch, zwischen wenigstens einer den ersten Verbindungszustand bewirkenden, ersten Verbindungsstellung und wenigstens einer den zweiten Verbindungszustand bewirkenden, zweiten Verbindungsstellung und beispielsweise auch zwischen wenigstens einer den ersten Neutralzustand bewirkenden, ersten Neutralstellung bewegt werden. Des Weiteren ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das zweite Schaltelement und das vierte Schaltelement zu einem zweiten Koppelschaltelement kombiniert sind, welches mittels eines zweiten gemeinsamen Aktors des elektrischen Antriebssystems betätigbar ist. Somit weist das elektrische Antriebssystem vorzugsweise auch den zweiten Aktor auf, mittels welchem das zweite Koppelschaltelement betätigbar, das heißt umschaltbar, ist. Beispielsweise kann das zweite Koppelschaltelement mittels des zweiten Aktors zwischen wenigstens einem dritten Verbindungszustand und wenigstens einem vierten Verbindungszustand umgeschaltet werden. In dem dritten Verbindungszustand sind beispielsweise, insbesondere gleichzeitig, der zweite Koppelzustand und der vierte Entkoppelzustand eingestellt, das heißt aktiviert oder eingelegt, sodass sich beispielsweise in dem dritten Verbindungszustand das zweite Schaltelement in dem zweiten Koppelzustand und das vierte Schaltelement in dem vierten Entkoppelzustand befinden. In dem vierten Verbindungszustand sind beispielsweise, insbesondere gleichzeitig, der vierte Koppelzustand und der zweite Entkoppelzustand eingelegt, das heißt aktiviert oder eingelegt, sodass sich beispielsweise in dem vierten Verbindungszustand das vierte Schaltelement in dem vierten Koppelzustand und das zweite Schaltelement in dem zweiten Entkoppelzustand befinden. Ferner ist es denkbar, dass das zweite Koppelschaltelement mittels des zweiten Aktors in einen zweiten Neutralzustand schaltbar ist. In dem zweiten Neutralzustand sind beispielsweise, insbesondere gleichzeitig, der vierte Entkoppelzustand und der zweite Entkoppelzustand eingestellt, das heißt eingelegt oder aktiviert, sodass sich beispielsweise in dem zweiten Neutralzustand das vierte Schaltelement in dem vierten Entkoppelzustand und das zweite Schaltelement in dem zweiten Entkoppelzustand befinden. Somit kann mittels des zweiten Aktors das zweite Schaltelement und das vierte Schaltelement gleichzeitig umgeschaltet werden, und zwar insbesondere zwischen dem zweiten Koppelzustand, dem zweiten Entkoppelzustand, dem vierten Koppelzustand und dem vierten Entkoppelzustand. Beispielsweise kann mittels des zweiten Aktors das zweite Koppelschaltelement, insbesondere relativ zu dem Gehäuse und/oder translatorisch, zwischen wenigstens einer den dritten Verbindungszustand bewirkenden, dritten Verbindungsstellung und wenigstens einer den vierten Verbindungszustand bewirkenden, vierten Verbindungsstellung sowie beispielsweise auch zwischen wenigstens einer den zweiten Neutralzustand bewirkenden, zweiten Neutralstellung bewegt werden. Dadurch kann der Bauraumbedarf besonders geringgehalten werden.
Um insbesondere in axialer Richtung des elektrischen Antriebssystems und somit entlang der Drehachse betrachtet einen besonders geringen Bauraumbedarf realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass hinsichtlich der axialen Richtung des elektrischen Antriebssystems, das heißt in axialer Richtung des elektrischen Antriebssystems der erste Rotor, das dritte Schaltelement, das erste Schaltelement, das erste Sonnenrad, das zweite Sonnenrad, das Eingangssonnenrad, das zweite Schaltelement, das vierte Schaltelement und der zweite Rotor in der genannten Reihenfolge, das heißt in der Reihenfolge ihrer Nennung, aufeinanderfolgend und somit nacheinander oder hintereinander angeordnet sind. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass in axialer Richtung des elektrischen Antriebssystems der erste Rotor, das dritte Schaltelement, das erste Schaltelement, das erste Sonnenrad, das zweite Sonnenrad, das Eingangssonnenrad, das zweite Schaltelement, das vierte Schaltelement und der zweite Rotor in folgender Reihenfolge aufeinanderfolgend, das heißt hintereinander oder nacheinander, angeordnet sind: Der erste Rotor - das dritte Schaltelement - das erste Schaltelement - das erste Sonnenrad - das zweite Sonnenrad - das Eingangssonnenrad - das zweite Schaltelement - das vierte Schaltelement - der zweite Rotor. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt ist vorzugsweise vorgesehen, dass sich in axialer Richtung des elektrischen Antriebssystems das dritte Schaltelement an den ersten Rotor, das erste Schaltelement an das dritte Schaltelement, das erste Sonnenrad an das erste Schaltelement, das zweite Sonnenrad an das erste Sonnenrad, das Eingangssonnenrad an das zweite Sonnenrad, das zweite Schaltelement an das Eingangssonnenrad, das vierte Schaltelement an das zweite Schaltelement und der zweite Rotor an das vierte Schaltelement anschließen.
Bei einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass an dem Planetenträger des Planeten-Differentialgetriebes erste Planetenräder, insbesondere drehbar, angeordnet oder gehalten sind. Das jeweilige, erste Planetenrad kämmt mit dem ersten Sonnenrad. Des Weiteren ist es vorzugsweise vorgesehen, dass an dem Planetenträger (erster Planetenträger) insbesondere zusätzlich zu den ersten Planetenrädern vorgesehene, zweite Planetenräder, insbesondere drehbar, angeordnet, insbesondere gehalten, sind, wobei das jeweilige, zweite Planetenrad mit dem zweiten Sonnenrad kämmt. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass ein Kämmen der ersten Planetenräder mit dem zweiten Sonnenrad unterbleibt, und vorzugsweise ist es vorgesehen, dass ein Kämmen der zweiten Räder mit dem ersten Sonnenrad unterbleibt. Des Weiteren ist es vorzugsweise vorgesehen, dass jeweils, insbesondere genau, eines der ersten Planetenräder mit jeweils, insbesondere genau, einem der zweiten Planetenräder kämmt und dadurch eine Planetenradgruppe bildet. Dadurch kann der Bauraumbedarf besonders geringgehalten werden. Um den Bauraumbedarf des Planeten-Differentialgetriebes und somit des elektrischen Antriebssystems in einem besonders geringen Rahmen halten zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass an dem Eingangsplanetenträger Eingangsplanetenräder als dritte Planetenräder drehbar angeordnet, insbesondere gehalten, sind, wobei die zweiten Planetenräder zusätzlich zu den ersten Planetenrädern vorgesehen sind, und wobei die dritten Planetenräder zusätzlich zu den ersten und zweiten Planetenrädern vorgesehen sind. Um dabei den Bauraumbedarf besonders gering halten zu können, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass jeweils, insbesondere genau, eines der Eingangsplanetenräder koaxial zu jeweils, insbesondere genau, einem der zweiten Planetenräder angeordnet ist und dadurch eine jeweilige, zweite Planetenradgruppe bildet.
Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die jeweiligen, koaxial zueinander angeordneten Planetenräder der jeweiligen, zweiten Planetenradgruppe auf einem gemeinsamen Planetenradbolzen drehbar angeordnet, insbesondere gehalten oder gelagert, sind, wodurch der Bauraumbedarf, das Gewicht und die Kosten besonders gering gehalten werden können. Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der Planetenradbolzen einstückig, das heißt einteilig, ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass der Planetenradbolzen aus einem einzigen Stück gebildet und somit durch einen Monoblock oder als ein Monoblock ausgebildet ist. Wieder mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Planetenradbolzen als ein einstückig und somit integral hergestellter, integraler Körper ausgebildet ist, welcher nicht etwa aus mehreren, separat voneinander ausgebildeten und miteinander verbundenen Teilen zusammengesetzt ist, sondern der Planetenradbolzen ist einstückig ausgebildet. Vorzugsweise ist der Planetenradbolzen aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus einem Stahl, gebildet, sodass vorzugsweise der jeweilige Planetenradbolzen als ein Stahlbolzen ausgebildet ist.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Antriebssystems gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Um einen besonders vorteilhaften Betrieb realisieren zu können, ist es bei einer Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung vorgesehen, dass für einen ersten Effizienzbetrieb das erste Schaltelement geschlossen, das zweite Schaltelement geöffnet, das dritte Schaltelement geöffnet und das vierte Schaltelement geöffnet sind. Somit ist es vorzugsweise vorgesehen, dass in dem ersten Effizienzbetrieb sich das erste Schaltelement in dem ersten Koppelzustand, das zweite Schaltelement in dem zweiten Entkoppelzustand, das dritte Schaltelement in dem dritten Entkoppelzustand und das vierte Schaltelement in dem vierten Entkoppelzustand befinden.
Um eine besonders vorteilhafte Fahrbarkeit realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass für einen zweiten Effizienzbetrieb das erste Schaltelement geöffnet, das zweite Schaltelement geschlossen, das dritte Schaltelement geöffnet und das vierte Schaltelement geöffnet sind. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass in dem zweiten Effizienzbetrieb sich das erste Schaltelement in dem ersten Entkoppelzustand, das zweite Schaltelement in dem zweiten Koppelzustand, das dritte Schaltelement in dem dritten Entkoppelzustand und das vierte Schaltelement in dem vierten Entkoppelzustand befinden.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich zur Realisierung eines besonders vorteilhaften Betriebs dadurch aus, dass für einen auch als Boost-Betrieb oder Beschleunigungsbetrieb bezeichneten Antriebsbetrieb das erste Schaltelement geschlossen, das zweite Schaltelement geschlossen, das dritte Schaltelement geöffnet und das vierte Schaltelement geöffnet sind. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass in dem Antriebsbetrieb sich das erste Schaltelement in dem ersten Koppelzustand, das zweite Schaltelement in dem zweiten Koppelzustand, das dritte Schaltelement in dem dritten Entkoppelzustand und das vierte Schaltelement in dem vierten Entkoppelzustand befinden.
Schließlich hat es sich zur Realisierung eines besonders vorteilhaften Fährbetriebs als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn für einen auch als Torque-Vectoring-Betrieb bezeichneten Drehmomentenverteilungsbetrieb des elektrischen Antriebssystems das erste Schaltelement geöffnet, das zweite Schaltelement geöffnet, das dritte Schaltelement geschlossen und das vierte Schaltelement geschlossen sind. Mit anderen Worten ist es vorgesehen, dass in dem Drehmomentenverteilungsbetrieb sich das erste Schaltelement in dem ersten Entkoppelzustand, das zweite Schaltelement in dem zweiten Entkoppelzustand, das dritte Schaltelement in dem dritten Koppelzustand und das vierte Schaltelement in dem vierten Koppelzustand befinden.
In dem ersten Effizienzbetrieb ist beispielsweise eine, insbesondere rein elektrische, Fahrt des Kraftfahrzeugs in einem normalen Differentialbetrieb darstellbar, wobei beispielsweise die Fahrzeugräder bezogen auf die elektrischen Maschinen ausschließlich mittels der ersten elektrischen Maschine angetrieben werden. Dabei ist beispielsweise die zweite elektrische Maschine abgehängt, mithin von dem übrigen elektrischen Antriebssystem abgekoppelt, sodass die zweite elektrische Maschine vorzugsweise nicht mitgeschleppt wird. Dadurch kann ein besonders effizienter Betrieb gewährleistet werden. In dem zweiten Effizienzbetrieb ist beispielsweise, insbesondere eine rein elektrische, Fahrt möglich, wobei beispielsweise die Fahrzeugräder bezogen auf die elektrischen Maschinen ausschließlich mittels der zweiten elektrischen Maschine angetrieben werden. Dabei ist die zweite elektrische Maschine, insbesondere durch die Eingangs-Planetenübersetzung, besonders vorteilhaft übersetzt, sodass ein besonders hohes Abtriebsdrehmoment zum Antreiben der Fahrzeugräder dargestellt werden kann. Insbesondere kann in dem zweiten Effizienzbetrieb ein normaler Differentialbetrieb realisiert werden, wodurch ein besonders effizienter Betrieb darstellbar ist. Insbesondere ist es möglich, in dem zweiten Effizienzbetrieb die erste elektrische Maschine abzuhängen, mithin von dem übrigen elektrischen Antriebssystem abzukoppeln, sodass beispielsweise die erste elektrische Maschine nicht mitgeschleppt wird.
Der Boost-Betrieb ermöglicht beispielsweise eine starke Beschleunigung und dabei insbesondere ein starkes Anfahren des beispielsweise zunächst stehenden Kraftfahrzeugs, wobei beispielsweise in dem Boost-Betrieb eine Drehmomentenverteilung, das heißt ein sogenanntes Torque-Vectoring, darstellbar ist. In dem Boost-Betrieb werden die Fahrzeugräder beispielsweise mittels beider elektrischer Maschinen angetrieben, insbesondere derart, dass die Fahrzeugräder mittels der ersten elektrischen Maschine, insbesondere direkt, und mittels der zweiten elektrischen Maschine, insbesondere übersetzt, insbesondere gleichzeitig, angetrieben werden. Ferner ermöglicht es die Erfindung, insbesondere für eine leistungsfähige Drehmomentenverteilungsfahrt einen Einzelradantrieb zu realisieren. Beispielsweise werden in dem Drehmomentenverteilungsbetrieb die Fahrzeugräder mittels beider elektrischer Maschinen, insbesondere gleichzeitig, angetrieben, insbesondere beispielsweise derart, dass ein Einzelradantrieb darstellbar oder dargestellt ist.
Der erste Effizienzbetrieb, der zweite Effizienzbetrieb, der Boost-Betrieb (Antriebsbetrieb) und der Drehmomentenverteilungsbetrieb (Torque-Vectoring-Betrieb) sind beispielsweise die zuvor genannten Betriebsmodi des elektrischen Antriebssystems, wobei mittels der Schaltelemente besonders vorteilhaft und insbesondere zumindest nahezu ohne Lastunterbrechung zwischen den Betriebsmodi umgeschaltet werden kann.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels 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 eines elektrischen Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug; und
Fig. 2 eine Schalttabelle zur Veranschaulichung von unterschiedlichen Betriebsmodi des elektrischen Antriebssystems.
In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein elektrisches Antriebssystem 10 für ein auch als Fahrzeug bezeichnetes Kraftfahrzeug. Das elektrische Antriebssystem 10 ist eine Antriebsvorrichtung. Das einfach auch als Fahrzeug bezeichnete Kraftfahrzeug weist in seinem vollständig hergestellten Zustand das elektrische Antriebssystem 10 auf und ist mittels des elektrischen Antriebssystems 10, insbesondere rein elektrisch, antreibbar. Außerdem weist das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand wenigstens oder genau zwei in Fahrzeuglängsrichtung des Kraftfahrzeugs hintereinander und somit aufeinanderfolgend angeordnete Fahrzeugachsen auf. Die jeweilige Fahrzeugachse weist wenigstens oder genau zwei Fahrzeugräder auf, wobei die jeweiligen Fahrzeugräder der jeweiligen Fahrzeugachse auf in Fahrzeugquerrichtung des Kraftfahrzeugs einander gegenüberliegenden Seiten des Kraftfahrzeugs angeordnet sind. Mittels des elektrischen Antriebssystems 10 können die Fahrzeugräder wenigstens oder genau einer der Fahrzeugachsen oder beider Fahrzeugachsen angetrieben werden. Die mittels des elektrischen Antriebssystems 10 antreibbaren Fahrzeugräder des Kraftfahrzeugs sind in Fig. 1 besonders schematisch dargestellt und mit 12 und 14 bezeichnet. Die die Fahrzeugräder 12 und 14 umfassende Fahrzeugachse ist mit 16 bezeichnet. Das elektrische Antriebssystem 10 weist eine erste elektrische Maschine 18 auf, welche einen ersten Stator 20 und einen ersten Rotor 22 aufweist. Der Rotor 22 ist mittels des Stators 20 antreibbar und dadurch relativ zu dem Stator 20 um eine erste Maschinendrehachse 24 drehbar. Über ihren Rotor 22 kann die erste elektrische Maschine 18 erste Antriebsdrehmomente zum, insbesondere rein elektrischen, Antreiben der Fahrzeugräder 12 und 14 bereitstellen. Das Antriebssystem 10 weist außerdem eine zweite elektrische Maschine 26 auf, welche einen zweiten Stator 28 und einen zweiten Rotor 30 aufweist. Der zweite Rotor 30 ist mittels des zweiten Stators 28 antreibbar und dadurch um eine zweite Maschinendrehachse 32 relativ zu dem Stator 28 und auch relativ zu einem Gehäuse 34 des elektrischen Antriebssystems 10 drehbar, wobei auch der Rotor 22 um die Maschinendrehachse 24 relativ zu dem Gehäuse 34 drehbar ist. Aus Fig. 1 ist erkennbar, dass die Rotoren 22 und 30 und somit die elektrischen Maschinen 18 und 26 koaxial zueinander angeordnet sind, sodass die Maschinendrehachsen 24 und 32 zusammenfallen. Über ihren Rotor 30 kann die zweite elektrische Maschine 26 zweite Antriebsdrehmomente zum, insbesondere rein elektrischen, Antreiben der Fahrzeugräder 12 und 14 bereitstellen.
Das elektrische Antriebssystem 10 weist ein Planeten-Differentialgetriebe 36 auf, welches auch einfach als Differential oder Differentialgetriebe bezeichnet wird. Das Differential ist von der jeweiligen, elektrischen Maschine 18, 26 antreibbar, sodass die Fahrzeugräder 12 und 14 über das Differential von der jeweiligen, elektrischen Maschine 18, 26 antreibbar sind. Beispielsweise kann ein jeweiliges, aus dem jeweiligen Antriebsdrehmoment resultierendes Eingangsdrehmoment in das Differential eingeleitet werden, wodurch das Differential antreibbar ist. Beispielsweise kann das Differential ein jeweiliges, aus dem jeweiligen Eingangsdrehmoment resultierendes Ausgangsdrehmoment zum Antreiben des jeweiligen Fahrzeugrads 12, 14 bereitstellen. Dabei weist das Differential die hinlänglich aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannte Funktion auf, dass das Differential das jeweilige Eingangsdrehmoment auf die Fahrzeugräder 12 und 14 aufteilen oder verteilen kann. Außerdem lässt das Differential beispielsweise bei einer Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs unterschiedliche Drehzahlen der Fahrzeugräder 12 und 14 zu, insbesondere derart, dass sich das kurvenäußere Fahrzeugrad 12, 14 mit einer größeren Drehzahl drehen kann als das kurveninnere Fahrzeugrad 14, 12, insbesondere während die Fahrzeugräder 12 und 14 drehmomentübertragend mit der elektrischen Maschine 18 und/oder mit der elektrischen Maschine 26 verbunden und mittels der elektrischen Maschine 18 und/oder mittels der elektrischen Maschine 26 antreibbar sind oder angetrieben werden. Das Planeten-Differentialgetriebe weist einen ersten Planetenträger 38 auf, welcher auch einfach als Planetenträger bezeichnet wird. Außerdem weist das Planeten- Differentialgetriebe 36 ein erstes Sonnenrad 40 und ein zweites Sonnenrad 42 auf. Beispielsweise kann das Differential das jeweilige Ausgangsdrehmoment über das jeweilige Sonnenrad 40, 42 bereitstellen. Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, kann beispielsweise ein jeweiliges, aus dem jeweiligen Ausgangsdrehmoment resultierendes Abtriebsdrehmoment auf das jeweilige Fahrzeugrad 12, 14 übertragen werden, um dadurch das jeweilige Fahrzeugrad 12, 14 anzutreiben. Das auf das Fahrzeugrad 12 übertragbare Abtriebsdrehmoment ist durch einen Pfeil 44 veranschaulicht, und das auf das Fahrzeugrad 14 übertragbare Abtriebsdrehmoment ist durch einen Pfeil 46 veranschaulicht. Der Planetenträger 38 und die Sonnenräder 40 und 42 sind um eine erste Planetengetriebedrehachse 48 relativ zu dem Gehäuse 34 drehbar. Es ist erkennbar, dass das Differential koaxial zu den elektrischen Maschinen 18 und 26 angeordnet ist, sodass die erste Planetengetriebedrehachse mit den Maschinendrehachsen 24 und 32 zusammenfällt.
Das Antriebssystem 10 weist eine Eingangs-Planetenübersetzung 50 als ersten Planetenradsatz auf, welcher zusätzlich zu dem Planeten-Differentialgetriebe 36 vorgesehen ist. Die Eingangs-Planetenübersetzung 50 weist ein Eingangssonnenrad 52 als drittes Sonnenrad, einen Eingangsplanetenträger 54 als zweiten Planetenträger und ein Eingangshohlrad 56 als erstes Hohlrad auf. Es ist erkennbar, dass das Eingangshohlrad 56, insbesondere permanent, drehfest mit dem Gehäuse 34 verbunden ist. Das Eingangssonnenrad 52 und der Eingangsplanetenträger 54 können um eine zweite Planetengetriebedrehachse 58 relativ zu dem Gehäuse 34 gedreht werden. Beispielsweise ist die Eingangs-Planetenübersetzung 50 koaxial zu dem Differential und koaxial zu den elektrischen Maschinen 18 und 26 angeordnet, sodass die zweite Planetengetriebedrehachse 58 mit der ersten Planetengetriebeachse 48 und mit den Maschinendrehachsen 24 und 32 zusammenfällt. Des Weiteren ist aus Fig. 1 erkennbar, dass der Eingangsplanetenträger 54 (zweiter Planetenträger), insbesondere permanent, drehfest mit dem ersten Planetenträger 38 verbunden ist.
Das elektrische Antriebssystem 10 weist ein erstes Schaltelement SE1 auf, mittels welchem der erste Rotor 22 drehfest mit dem ersten Planetenträger 38 verbindbar ist. Vorgesehen ist auch ein zweites Schaltelement SE2, mittels welchem der zweite Rotor 30 drehfest mit dem Eingangssonnenrad 52 verbindbar ist. Vorgesehen ist außerdem ein drittes Schaltelement SE3, mittels welchem der erste Rotor 22 drehfest mit dem ersten Sonnenrad 40 verbindbar ist. Des Weiteren umfasst das elektrische Antriebssystem 10 ein viertes Schaltelement SE4, mittels welchem der zweite Rotor 30 drehtest mit dem zweiten Sonnenrad 42 verbindbar ist.
Vorgesehen ist auch eine erste Ausgangs-Planetenübersetzung 60 als zweiter Planetenradsatz, wobei die Ausgangs-Planetenübersetzung 60 ein erstes Ausgangssonnenrad 62 als viertes Sonnenrad, einen ersten Ausgangsplanetenträger 64 als dritten Planetenträger und ein erstes Ausgangshohlrad 66 als zweites Hohlrad aufweist. Das erste Ausgangshohlrad 66 ist, insbesondere permanent, drehtest mit dem Gehäuse 34 verbunden. Das erste Ausgangssonnenrad 62 ist, insbesondere permanent, drehfest mit dem ersten Sonnenrad 40 verbunden. Die erste Ausgangs- Planetenübersetzung 60 ist zusätzlich zu dem Differential und zusätzlich zu der Eingangs- Planetenübersetzung 50 vorgesehen. Das elektrische Antriebssystem 10 umfasst außerdem eine zweite Ausgangs-Planetenübersetzung 68, welche zusätzlich zu dem Differential (Planeten-Differentialgetriebe 36), zusätzlich zu der Eingangs- Planetenübersetzung 50 und zusätzlich zu der ersten Ausgangs-Planetenübersetzung 60 vorgesehen ist. Die zweite Ausgangs-Planetenübersetzung 68 weist ein zweites Ausgangssonnenrad 70 als fünftes Sonnenrad, einen zweiten Ausgangsplanetenträger 72 als vierten Planetenträger und ein zweites Ausgangshohlrad 74 als drittes Hohlrad auf. Es ist erkennbar, dass das zweite Ausgangshohlrad 74, insbesondere permanent, drehfest mit dem Gehäuse 34 verbunden ist. Außerdem ist das zweite Ausgangssonnenrad 70, insbesondere permanent, drehfest mit dem zweiten Sonnenrad 42 verbunden.
Beispielsweise kann die jeweilige Ausgangs-Planetenübersetzung 60, 68 das jeweilige, von dem jeweiligen Sonnenrad 40, 42 bereitstellbare Ausgangsdrehmoment in das jeweilige, durch den jeweiligen Pfeil 44, 46 veranschaulichte Abtriebsdrehmoment übersetzen oder umwandeln, sodass das jeweilige Fahrzeugrad 12, 14 über die jeweilige Ausgangs-Planetenübersetzung 60, 68 von dem jeweiligen Sonnenrad 40, 42 antreibbar ist.
Bei dem in den Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel sind das erste Schaltelement SE1 und das dritte Schaltelement SE3 zu einem ersten Koppelschaltelement KS1 zusammengefasst, welches ein erstes Schaltteil S1 aufweist. Wie in Fig. 1 durch einen Doppelpfeil 76 veranschaulicht ist, kann das erste Schaltteil S1, insbesondere translatorisch und/oder relativ zu dem Gehäuse 34, zwischen wenigstens einer ersten Verbindungsstellung und wenigstens einer zweiten Verbindungsstellung bewegt werden. In der ersten Verbindungsstellung befindet sich das erste Koppelschaltelement KS1 in einem ersten Verbindungszustand, und in der zweiten Verbindungsstellung befindet sich das erste Koppelschaltelement KS1 in einem zweiten Verbindungszustand. In dem ersten Verbindungszustand befindet sich das erste Schaltelement SE1 in seinem ersten Koppelzustand, während sich das dritte Schaltelement SE3 in seinem dritten Entkoppelzustand befindet. Mit anderen Worten ist in dem ersten Verbindungszustand das erste Schaltelement SE1 geschlossen, während das dritte Schaltelement SE3 geöffnet ist. In dem zweiten Verbindungszustand befindet sich das dritte Schaltelement SE3 in seinem dritten Koppelzustand, während sich das erste Schaltelement SE1 in seinem ersten Entkoppelzustand befindet. Mit anderen Worten ist in dem zweiten Verbindungszustand das dritte Schaltelement SE3 geschlossen, während das erste Schaltelement SE1 geöffnet ist.
Außerdem sind bei dem in den Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel das zweite Schaltelement SE2 und das vierte Schaltelement SE4 zu einem zweiten Koppelschaltelement KS2 kombiniert oder zusammengeführt, welches ein zweites Schaltteil S2 aufweist. Wie durch einen Doppelpfeil 78 veranschaulicht ist, kann das zweite Schaltteil S2, insbesondere relativ zu dem Gehäuse 34 und/oder translatorisch, zwischen wenigstens einer dritten Verbindungsstellung und wenigstens einer vierten Verbindungsstellung bewegt werden. In der dritten Verbindungsstellung befindet sich das Koppelschaltelement KS2 in einem dritten Verbindungszustand, und in der vierten Verbindungsstellung befindet sich das zweite Koppelschaltelement KS2 in einem vierten Verbindungszustand. In dem dritten Verbindungszustand befindet sich das zweite Schaltelement SE2 in seinem zweiten Koppelzustand, während sich das vierte Schaltelement SE4 in seinem vierten Entkoppelzustand befindet. In dem vierten Verbindungszustand befindet sich das vierte Schaltelement SE4 in seinem vierten Koppelzustand, während sich das zweite Schaltelement SE2 in seinem zweiten Entkoppelzustand befindet. Mit anderen Worten ist in dem dritten Verbindungszustand das zweite Schaltelement SE2 geschlossen, während das vierte Schaltelement SE4 geöffnet ist. In dem vierten Verbindungszustand ist das vierte Schaltelement SE4 geschlossen, während das zweite Schaltelement SE2 geöffnet ist. Beispielsweise kann das erste Schaltteil S1 mittels eines in Fig. 1 besonders schematisch dargestellten, ersten Aktors 80 zwischen der ersten Verbindungsstellung und der zweiten Verbindungsstellung bewegt werden. Beispielsweise kann das zweite Schaltteil S2 mittels eines in Fig. 1 besonders schematisch dargestellten, zweiten Aktors 82 zwischen der dritten Verbindungsstellung und der vierten Verbindungsstellung bewegt werden. Der Aktor 82 ist zusätzlich zu dem Aktor 80 vorgesehen, und der Aktor 80 ist zusätzlich zu dem Aktor 82 vorgesehen. Insbesondere ist der Aktor 80 bezüglich des Aktors 82 extern angeordnet, und vorzugsweise ist der Aktor 82 bezüglich des Aktors 80 extern angeordnet. Es ist erkennbar, dass der Aktor 80 ein den Schaltelementen SE1 und SE3 gemeinsamer, erster Aktor ist, und der Aktor 82 ist ein den Schaltelementen SE2 und SE4 gemeinsamer, zweiter Aktor. In axialer Richtung des Antriebssystems 10 und somit entlang der Maschinendrehachse 24, 32 beziehungsweise der Planetengetriebedrehachse 48, 58 betrachtet sind der erste Rotor 22, das dritte Schaltelement SE3, das erste Schaltelement SE1 , das erste Sonnenrad 40, das zweite Sonnenrad 42, das Eingangssonnenrad 52, das zweite Schaltelement SE2, das vierte Schaltelement SE4 und der zweite Rotor 30 in der Reihenfolge ihrer Nennung aufeinanderfolgend, das heißt nacheinander, angeordnet.
An dem ersten Planetenträger 38 sind erste Planetenräder des Planeten- Differentialgetriebes 36 drehbar gehalten, wobei in Fig. 1 eines der ersten Planetenräder erkennbar und mit P1 bezeichnet ist. Außerdem sind an dem ersten Planetenträger 38 zweite Planetenräder des Planeten-Differentialgetriebes 36 drehbar gehalten, wobei in Fig. 1 eines der zweiten Planetenräder dargestellt und mit P2 bezeichnet ist. Die Planetenräder P1 kämmen mit dem Sonnenrad 40, und die Planetenräder P2 kämmen mit dem Sonnenrad 42. Jeweils eines der ersten Planetenräder P1 und jeweils eines der zweiten Planetenräder P2 kämmen miteinander und bilden somit eine erste Planetenradgruppe. Beispielsweise sind die Planetenräder der jeweiligen, ersten Planetenradgruppe desachsiert zueinander angeordnet, sodass ihre Drehachsen parallel zueinander verlaufen und voneinander beabstandet sind.
An dem Eingangsplanetenträger 54 sind dritte Planetenräder drehbar gehalten, wobei in Fig. 1 von den dritten Planetenrädern ein Planetenrad dargestellt und mit P3 bezeichnet ist. Es ist erkennbar, dass jeweils eines der Planetenräder P3 koaxial zu jeweils einem der Planetenräder P2 angeordnet ist, wodurch das jeweilige, dritte Planetenrad P3 und das jeweilige, koaxial dazu angeordnete, zweite Planetenrad P2 eine zweite Planetenradgruppe bilden. Die dritten Planetenräder P3 werden auch als Eingangsplanetenräder bezeichnet. Die jeweiligen Planetenräder P2 und P3 der jeweiligen, zweiten Planetenradgruppe sind koaxial angeordnet und somit um eine gemeinsame Planetenraddrehachse relativ zu dem Planetenträger 38 und relativ zu dem Eingangsplanetenträger 54 drehbar. Insbesondere sind die jeweiligen, koaxial zueinander angeordneten Planetenräder P2 und P3 der jeweiligen, zweiten Planetenradgruppe drehbar auf einem gemeinsamen, insbesondere einstückig ausgebildeten Planetenradbolzen 55 angeordnet. Der einteilig ausgebildete gemeinsame Planetenradbolzen 55 ist somit Teil des Planetenträgers 38 und Teil des Planetenträgers 54. Fig. 2 zeigt eine Schalttabelle zur Veranschaulichung von vier Betriebsmodi, in welchen das elektrische Antriebssystem 10 wahlweise betreibbar ist. Ein erster der Betriebsmodi ist ein mit E1 bezeichneter, erste Effizienzbetrieb, in welchem oder zu dessen Realisierung das Schaltelement SE1 geschlossen ist, während die Schaltelemente SE2, SE3 und SE4, insbesondere gleichzeitig, geöffnet sind.
Beispielsweise kann das Schaltteil S1 mittels des Aktors 80 in eine erste Neutralstellung, insbesondere relativ zu dem Gehäuse 34 und/oder translatorisch, bewegt werden. In der ersten Neutralstellung befindet sich das erste Koppelschaltelement KS1 beispielsweise in ersten Neutralzustand, in welchem die Schaltelemente SE1 und SE3 gleichzeitig geöffnet sind, mithin sich das erste Schaltelement SE1 in seinem ersten Entkoppelzustand und das dritte Schaltelement SE3 in seinem dritten Koppelzustand befindet. Beispielsweise kann das zweite Schaltteil S2 mittels des zweiten Stators 28, insbesondere translatorisch und/oder relativ zu dem Gehäuse 34, in wenigstens eine zweite Neutralstellung bewegt werden, in welcher sich das zweite Koppelschaltelement KS2 in einem zweiten Neutralzustand befindet. In dem zweiten Neutralzustand sind die Schaltelemente SE2 und SE4, insbesondere gleichzeitig, geöffnet. Mit anderen Worten befindet sich beispielsweise in dem zweiten Neutralzustand das vierte Schaltelement SE4 in seinem vierten Entkoppelzustand, während sich das zweite Schaltelement SE2 in seinem zweiten Entkoppelzustand befindet. Um somit beispielsweise den ersten Effizienzbetrieb E1 zu realisieren, befindet sich beispielsweise das erste Koppelschaltelement KS1 in seinem ersten Verbindungszustand, während sich beispielsweise das zweite Koppelschaltelement KS2 in seinem zweiten Neutralzustand befindet.
Ein zweiter der Betriebsmodi ist ein mit E2 bezeichneter, zweiter Effizienzbetrieb, in welchem oder zu dessen Realisierung das Schaltelement SE2 geschlossen ist, während die Schaltelemente SE1, SE3 und SE4, insbesondere gleichzeitig, geöffnet sind. Zur Realisierung des zweiten Effizienzbetriebs E2 befindet sich beispielsweise das zweite Koppelschaltelement KS2 in seinem dritten Verbindungszustand, während sich beispielsweise das erste Koppelschaltelement KS1 in seinem ersten Neutralzustand befindet.
Ein dritter der Betriebsmodi ist ein mit B bezeichneter Boost-Betrieb, welcher auch als Unterstützungsbetrieb, Antriebsbetrieb oder Beschleunigungsbetrieb bezeichnet wird. In dem Boost-Betrieb B sind die Schaltelemente SE1 und SE2 gleichzeitig geschlossen, während die Schaltelemente SE3 und SE4 gleichzeitig geöffnet sind. Hierfür befindet sich beispielsweise das erste Koppelschaltelement KS1 in seinem ersten Verbindungszustand, während sich das zweite Koppelschaltelement KS2 in seinem dritten Verbindungszustand befindet. Ein vierter der Betriebsmodi ist ein mit TV bezeichneter Drehmomentenverteilungsbetrieb, welcher auch als Torque-Vectoring-Betrieb bezeichnet wird. In dem Drehmomentenverteilungsbetrieb TV oder zur Realisierung des Drehmomentenverteilungsbetriebs TV sind die Schaltelemente SE1 und SE2 gleichzeitig geöffnet, während die Schaltelemente SE3 und SE4 gleichzeitig geschlossen sind. Hierfür befindet sich beispielsweise das erste Koppelschaltelement KS1 in seinem zweiten Verbindungszustand, während sich das zweite Koppelschaltelement KS2 in seinem vierten Verbindungszustand befindet.
Die erste Ausgangs-Planetenübersetzung 60 weist vierte Planetenräder auf, von denen ein mit P4 bezeichnetes, viertes Planetenrad dargestellt ist. Die vierten Planetenräder P4 sind drehbar an dem ersten Ausgangsplanetenträger 64 gehalten und kämmen, insbesondere gleichzeitig, mit dem ersten Ausgangssonnenrad 62 und mit dem ersten Ausgangshohlrad 66. An dem zweiten Ausgangsplanetenträger 72 sind fünfte Planetenräder drehbar gehalten, von denen in Fig. 1 ein mit P5 bezeichnetes Planetenrad erkennbar ist. Die fünften Planetenräder P5 kämmen, insbesondere gleichzeitig, mit dem zweiten Ausgangssonnenrad 70 und mit dem zweiten Ausgangshohlrad 74. Ferner ist erkennbar, dass das jeweilige Fahrzeugrad 12, 14, insbesondere permanent, drehmomentübertragend mit dem jeweiligen Ausgangsplanetenträger 64, 72 verbunden ist, sodass der jeweilige Ausgangsplanetenträger 64, 72 ein jeweiliger Abtrieb der jeweiligen Ausgangs-Planetenübersetzung 60, 68 ist.
Bezugszeichenliste
10 elektrisches Antriebssystem
12 Fahrzeugrad
14 Fahrzeugrad
16 Fahrzeugachse
18 erste elektrische Maschine
20 erster Stator
22 erster Rotor
24 erste Maschinendrehachse
26 zweite elektrische Maschine
28 zweiter Stator
30 zweiter Rotor
32 zweite Maschinendrehachse
34 Gehäuse
36 Planeten-Differentialgetriebe
38 erster Planetenträger
40 erstes Sonnenrad
42 zweites Sonnenrad
44 Pfeil
46 Pfeil
48 erste Planetengetriebedrehachse
50 Eingangs-Planetenübersetzung
52 Eingangssonnenrad
54 Eingangsplanetenträger
55 Planetenradbolzen
56 Eingangshohlrad
58 zweite Planetengetriebedrehachse
60 erste Ausgangs-Planetenübersetzung
62 erstes Ausgangssonnenrad
64 erster Ausgangsplanetenträger
66 erstes Ausgangshohlrad
68 zweite Ausgangs-Planetenübersetzung
70 zweites Ausgangssonnenrad
72 zweiter Ausgangsplanetenträger
74 zweites Ausgangshohlrad
76 Pfeil 78 Pfeil
80 erster Aktor
82 zweiter Aktor
B Boost-Betrieb
E1 erster Effizienzbetrieb
E2 zweiter Effizienzbetrieb
KS1 erstes Koppelschaltelement
KS2 zweites Koppelschaltelement
P1 erstes Planetenrad
P2 zweites Planetenrad
P3 drittes Planetenrad
P4 viertes Planetenrad
P5 fünftes Planetenrad
S1 erstes Schaltteil
S2 zweites Schaltteil
SE1 erstes Schaltelement
SE2 zweites Schaltelement
SE3 drittes Schaltelement
SE4 viertes Schaltelement
TV Drehmomentenverteilungsbetneb

Claims

Patentansprüche Elektrisches Antriebssystem (10) für ein Kraftfahrzeug, mit:
- einer ersten elektrischen Maschine (18), welche einen ersten Rotor (22) aufweist;
- einer zweiten elektrischen Maschine (26), welche einen koaxial zu dem ersten Rotor (22) angeordneten, zweiten Rotor (30) aufweist;
- einem koaxial zu dem ersten Rotor (22) angeordneten Planeten- Differentialgetriebe (36), welches einen Planetenträger (38), ein erstes Sonnenrad (40) und ein zweites Sonnenrad (42) aufweist;
- einer Eingangs-Planetenübersetzung (50), welche ein Eingangssonnenrad (52), einen drehfest mit dem Planetenträger (38) verbundenen Eingangsplanetenträger (54) und ein drehfest mit einem Gehäuse (34) des elektrischen Antriebssystems (10) verbundenes Eingangshohlrad (56) aufweist;
- einem ersten Schaltelement (SE1), welches dazu ausgebildet ist, den ersten Rotor (22) drehfest mit dem Planetenträger (38) zu verbinden;
- einem zweiten Schaltelement (SE2), welches dazu ausgebildet ist, den zweiten Rotor (30) drehfest mit dem Eingangssonnenrad (52) zu verbinden;
- einem dritten Schaltelement (Se3), welches dazu ausgebildet ist, den ersten Rotor (22) drehfest mit dem ersten Sonnenrad (40) zu verbinden; und
- einem vierten Schaltelement (SE4), welches dazu ausgebildet ist, den zweiten Rotor (30) drehfest mit dem zweiten Sonnenrad (42) zu verbinden. Elektrisches Antriebssystem (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:
- eine erste Ausgangs-Planetenübersetzung (60), welche ein drehfest mit dem ersten Sonnenrad (40) verbundenes, erstes Ausgangssonnenrad (62), einen ersten Ausgangsplanetenträger (64) sowie ein drehfest mit dem Gehäuse (34) verbundenes erstes Ausgangshohlrad (66) aufweist; und - eine zweite Ausgangs-Planetenübersetzung (68), welche ein drehtest mit dem zweiten Sonnenrad (42) verbundenes zweites Ausgangssonnenrad (70), einen zweiten Ausgangsplanetenträger (72) sowie ein drehtest mit dem Gehäuse (34) verbundenes zweites Ausgangshohlrad (74) aufweist. Elektrisches Antriebssystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
- das erste Schaltelement (SE1) und das dritte Schaltelement (SE3) zu einem ersten Koppelschaltelement (KS1) kombiniert sind, welches mittels eines ersten gemeinsamen Aktors (80) des elektrischen Antriebssystems (10) betätigbar ist; und
- das zweite Schaltelement (SE2) und das vierte Schaltelement (SE4) zu einem zweiten Koppelschaltelement (KS2) kombiniert sind, welches mittels eines zweiten gemeinsamen Aktors (82) des elektrischen Antriebssystems (10) betätigbar ist. Elektrisches Antriebssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass hinsichtlich einer axialen Richtung der erste Rotor (22), das dritte Schaltelement (SE3), das erste Schaltelement (SE1), das erste Sonnenrad (40), das zweite Sonnenrad (42), das Eingangssonnenrad (52), das zweite Schaltelement (SE2), das vierte Schaltelement (SE4) und der zweite Rotor (30) in folgender Reihenfolge aufeinanderfolgend angeordnet sind: der erste Rotor (22) - das dritte Schaltelement (SE3) - das erste Schaltelement (SE1) - das erste Sonnenrad (40) - das zweite Sonnenrad (42) - das Eingangssonnenrad (52) - das zweite Schaltelement (SE2) - das vierte Schaltelement (SE4) - der zweite Rotor (30). Elektrisches Antriebssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass:
- an dem Planetenträger (38) erste Planetenräder (P1) angeordnet sind, welche mit dem ersten Sonnenrad (40) kämmen;
- an dem Planetenträger (38) zweite Planetenräder (P2) angeordnet sind, welche mit dem zweiten Sonnenrad (42) kämmen, wobei jeweils eines der ersten Planentenräder (P1) mit jeweils einem der zweiten Planetenräder (P2) kämmt. Elektrisches Antriebssystem (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Eingangsplanetenträger (54) Eingangsplanetenräder (P3) drehbar angeordnet sind, wobei jeweils eines der Eingangsplanetenräder (P3) koaxial zu jeweils einem der zweiten Planetenräder (P2) angeordnet ist. Elektrisches Antriebssystem (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eines der Eingangsplanetenräder (P3) und jeweils eines der zweiten Planetenräder (P2) auf einem gemeinsamen und einteilig ausgebildeten Planetenradbolzen (55) angeordnet ist. Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Antriebssystems (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass für einen ersten Effizienzbetrieb (E1) das erste Schaltelement (SE1) geschlossen ist, das zweite Schaltelement (SE2) geöffnet ist, das dritte Schaltelement (SE3) geöffnet ist und das vierte Schaltelement (SE4) geöffnet ist. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass für einen zweiten Effizienzbetrieb (E2) das erste Schaltelement (SE1) geöffnet, das zweite Schaltelement (SE2) geschlossen, das dritte Schaltelement (SE3) geöffnet und das vierte Schaltelement (SE4) geöffnet ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Antriebsbetrieb (B) das erste Schaltelement (SE1) geschlossen, das zweite Schaltelement (SE2) geschlossen, das dritte Schaltelement (SE3) geöffnet und das vierte Schaltelement (SE4) geöffnet ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Drehmomentenverteilungsbetrieb (TV) das erste Schaltelement (SE1) geöffnet, das zweite Schaltelement (SE2) geöffnet, das dritte Schaltelement (SE3) geschlossen und das vierte Schaltelement (SE4) geschlossen ist.
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