DE102019206961A1 - Drive unit for an electric vehicle and drive axle of an electric vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein Elektrofahrzeug, umfassend eine elektrische Maschine (EM) und ein Zweigang-Schaltgetriebe (G) mit einem ersten Schaltelement (A), einem zweiten Schaltelement (B) und zwei miteinander gekoppelten Planetensätzen (PS1, PS2), wobei der erste Planetensatz (PS1) eine erste Sonnenwelle (SO1), eine erste Hohlradwelle (HR1) und eine erste Stegwelle (ST1) und der zweite Planetensatz (PS2) eine zweite Sonnenwelle (SO2), eine zweite Hohlradwelle (HR2) und eine zweite Stegwelle (ST2) aufweisen, wobei die erste Hohlradwelle (HR1) fest mit der zweiten Stegwelle (ST2) verbunden ist, wobei die erste Sonnenwelle (SO1) durch die elektrische Maschine (EM) antreibbar ist, wobei die zweite Sonnenwelle (SO2) festgehalten ist, wobei die erste Stegwelle (ST1) die Getriebeabtriebswelle (3a) des Zweigang-Schaltgetriebes (G) bildet und wobei zur Schaltung des ersten Ganges das erste Schaltelement (A) und zur Schaltung des zweiten Ganges das zweite Schaltelement (B) betätigbar sind. The invention relates to a drive unit for an electric vehicle, comprising an electric machine (EM) and a two-speed manual transmission (G) with a first shift element (A), a second shift element (B) and two planetary sets (PS1, PS2) coupled to one another, wherein the first planetary gear set (PS1) has a first sun shaft (SO1), a first ring gear shaft (HR1) and a first spider shaft (ST1) and the second planetary gear set (PS2) has a second sun shaft (SO2), a second ring gear shaft (HR2) and a second spider shaft (ST2), the first ring gear shaft (HR1) being fixedly connected to the second spider shaft (ST2), the first sun shaft (SO1) being drivable by the electrical machine (EM), the second sun shaft (SO2) being held in place, wherein the first spider shaft (ST1) forms the transmission output shaft (3a) of the two-speed gearbox (G) and the first shifting element (A) for shifting the first gear and the second shifting element for shifting the second gear (B) can be actuated.
Description
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein Elektrofahrzeug, umfassend eine elektrische Maschine und ein Zweigang-Schaltgetriebe mit einem ersten Schaltelement, einem zweiten Schaltelement und zwei miteinander gekoppelten Planetensätzen. Die Erfindung betrifft auch eine Antriebsachse eines Elektrofahrzeuges mit einer ersten und einer zweiten Antriebseinheit.The invention relates to a drive unit for an electric vehicle, comprising an electric machine and a two-speed manual transmission with a first shift element, a second shift element and two planetary sets coupled to one another. The invention also relates to a drive axle of an electric vehicle with a first and a second drive unit.
Durch die
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einem Elektrofahrzeug, d. h. einem elektrisch antreibbaren Fahrzeug die Antriebskomponenten, d. h. die elektrischen Maschinen und das Getriebe Raum und Gewicht sparend im Bereich der Antriebsachse anzuordnen.An object of the invention is to provide, in an electric vehicle, e.g. H. an electrically drivable vehicle, the drive components, d. H. to arrange the electrical machines and the gearbox in the area of the drive axle to save space and weight.
Die Erfindung umfasst die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The invention comprises the features of the independent claims 1 and 8. Advantageous embodiments emerge from the subclaims.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst eine Antriebseinheit für ein Elektrofahrzeug eine elektrische Maschine und ein Zweigang-Schaltgetriebe, welches zwei Schaltelemente sowie zwei miteinander gekoppelte Planetensätze aufweist. Die beiden Planetensätze sind über die erste Hohlradwelle, d. h. die Hohlradwelle des ersten Planetensatzes und die zweite Stegwelle, d. h. die Stegwelle des zweiten Planetensatzes miteinander gekoppelt, d. h. fest verbunden. Die erste Hohlradwelle und die zweite Stegwelle bilden somit die Koppelwelle beider Planetensätze. Unter Elektrofahrzeug soll ein elektrisch antreibbares Fahrzeug verstanden werden, wobei der Antrieb mittels mindestens einer Antriebseinheit erfolgt. Das Zweigang-Schaltgetriebe wird über die Sonnenwelle des ersten Planetensatzes von der elektrischen Maschine angetrieben, die Sonnenwelle des zweiten Planetensatzes ist festgehalten, d. h. gegenüber dem Gehäuse abgestützt. Die Stegwelle des ersten Planetensatzes, die erste Stegwelle, bildet die Getriebeabtriebs- oder Getriebeausgangswelle des Zweigang-Schaltgetriebes. Über die beiden Schaltelemente können durch verschiedene Koppelungen der Getriebewellen zwei Gänge geschaltet werden. Zwischen den Schaltstellungen für den ersten und den zweiten Gang ergibt sich eine Neutralstellung, in welcher die elektrische Maschine abkoppelbar ist. Der erste Gang wird durch Schließen des ersten Schaltelements eingelegt, wobei die zweite Hohlradwelle mit dem Gehäuse koppelbar, d. h. festbremsbar ist. Dadurch wird der gesamte zweite Planetensatze festgebremst, so dass sich als Übersetzung für den ersten Gang eine Festübersetzung zwischen der angetriebenen ersten Sonnenwelle und der abtreibenden ersten Stegwelle ergibt. Der zweite Gang wird durch Schließen des zweiten Schaltelements eingelegt, wodurch die erste Stegwelle mit der zweiten Hohlradwelle gekoppelt wird. Damit sind beide Planetensätze zweifach gekoppelt, d. h. es ergibt sich ein Überlagerungsbetrieb beider Planetensätze, woraus die Übersetzung für den zweiten Gang resultiert.According to a first aspect of the invention, a drive unit for an electric vehicle comprises an electric machine and a two-speed manual transmission, which has two shift elements and two planetary gear sets that are coupled to one another. The two planetary sets are via the first ring gear shaft, d. H. the ring gear shaft of the first planetary gear set and the second spider shaft, d. H. the spider shaft of the second planetary gear set coupled to one another, d. H. firmly connected. The first ring gear shaft and the second spider shaft thus form the coupling shaft of both planetary gear sets. An electric vehicle is to be understood as an electrically drivable vehicle, the drive being carried out by means of at least one drive unit. The two-speed gearbox is driven by the electric machine via the sun shaft of the first planetary gear set; the sun shaft of the second planetary gear set is held in place, d. H. supported against the housing. The spider shaft of the first planetary gear set, the first spider shaft, forms the gearbox output shaft or gearbox output shaft of the two-speed gearbox. Two gears can be shifted via the two shifting elements through different couplings of the transmission shafts. Between the shift positions for the first and second gear there is a neutral position in which the electric machine can be decoupled. The first gear is engaged by engaging the first shift element, whereby the second ring gear shaft can be coupled to the housing, i. H. can be braked. As a result, the entire second planetary gear set is braked, so that the gear ratio for the first gear is a fixed ratio between the driven first sun shaft and the driven first spider shaft. The second gear is engaged by closing the second shift element, whereby the first spider shaft is coupled to the second ring gear shaft. Both planetary sets are thus coupled twice, i.e. H. there is an overlapping operation of both planetary gear sets, from which the translation for the second gear results.
Alternativ kann zur Einlegung des ersten Ganges durch Schließen des ersten Schaltelements die zweite Hohlradwelle mit der zweiten Stegwelle gekoppelt werden. Damit wird der gesamte zweite Planetensatz festgebremst; es ergibt sich dieselbe Übersetzung für den ersten Gang wie für die erste zuvor erläuterte Ausführungsform. Die alternative Ausführungsform wird auch als Kupplungsvariante bezeichnet.Alternatively, the second ring gear shaft can be coupled to the second spider shaft to engage the first gear by closing the first shift element. So that the entire second planetary gear set is braked; the same translation results for the first gear as for the first previously explained embodiment. The alternative embodiment is also referred to as a coupling variant.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die Schaltelemente als unsynchronisierte Klauen ausgebildet, wodurch sich beim Schalten eine Zugkraftunterbrechung ergibt.According to a preferred embodiment, the switching elements are designed as unsynchronized claws, which results in an interruption of the tensile force when switching.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist für das Schaltgetriebe eine Neutralstellung vorgesehen, bei welcher weder das erste noch das zweite Schaltelement geschlossen sind; in dieser Neutralstellung ist die elektrische Maschine abgekoppelt. Für das Elektrofahrzeug ist somit ein freies Rollen ohne den Widerstand der mitdrehenden elektrischen Maschine möglich.According to a further preferred embodiment, a neutral position is provided for the gearbox in which neither the first nor the second shift element are closed; in this neutral position the electrical machine is decoupled. The electric vehicle can therefore roll freely without the resistance of the rotating electric machine.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Planetensätze, zumindest teilweise innerhalb der elektrischen Maschine, d. h. innerhalb des durch den Rotor gebildeten Hohlraumes angeordnet und können somit unter Einsparung von axialem Bauraum koaxial angeordnet werden. Es ergibt sich somit eine kompakte Antriebseinheit, bestehend aus elektrischer Maschine und Zweigang-Schaltgetriebe.According to a further preferred embodiment, the planetary gear sets are at least partially within the electrical machine, ie within the cavity formed by the rotor arranged and can thus be arranged coaxially while saving axial installation space. The result is a compact drive unit consisting of an electric machine and a two-speed manual transmission.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung weist eine Antriebsachse eines Elektrofahrzeuges mit zwei Antriebsrädern eine erste und eine zweite Antriebseinheit der zuvor beschriebenen Art auf. Die erfindungsgemäße Antriebseinheit wird somit zweifach in einer Antriebsachse eines Elektrofahrzeuges verbaut, und zwar als radindividueller Antrieb, wobei die erste Antriebseinheit das erste Antriebsrad und die zweite Antriebseinheit das zweite Antriebsrad jeweils unabhängig voneinander antreiben. Da bei einer Klauenschaltung eine Zugkraftunterbrechung auftritt, müssen die Gänge auf beiden Seiten zur Vermeidung eines Giermoments gleichzeitig geschaltet werden. Andererseits kann bei dem radindividuellen Antrieb das eingangs erwähnte torque vectoring genutzt werden, indem beide Antriebseinheiten eine unterschiedliche Drehmomentverteilung am rechten und am linken Rad bewirken. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass beide elektrischen Maschinen relativ dicht nebeneinander angeordnet sind, so dass sich die Möglichkeit einer gemeinsamen Kühlung der Statoren der elektrischen Maschinen ergibt.According to a further aspect of the invention, a drive axle of an electric vehicle with two drive wheels has a first and a second drive unit of the type described above. The drive unit according to the invention is thus installed twice in a drive axle of an electric vehicle, specifically as a drive for individual wheels, the first drive unit driving the first drive wheel and the second drive unit driving the second drive wheel independently of one another. Since there is an interruption in tractive force when a dog is shifted, the gears on both sides must be shifted at the same time to avoid a yaw moment. On the other hand, in the case of the individual wheel drive, the torque vectoring mentioned at the beginning can be used in that the two drive units cause a different torque distribution on the right and left wheel. Another advantage is that both electrical machines are arranged relatively close to one another, so that there is the possibility of common cooling of the stators of the electrical machines.
Nach weiteren bevorzugten Ausführungsformen sind zwischen den Schaltgetrieben und den Antriebsrädern jeweils feste Übersetzungsstufen, auch Konstantübersetzungsstufen genannt, vorzugsweise in einem radnahen Bereich vorgesehen. Damit wird eine weitere Übersetzung der Drehzahlen der elektrischen Maschinen ins Langsame erreicht. Die Konstantübersetzungsstufen können als weitere Planetensätze mit koaxialem An- und Abtrieb ausgebildet sein oder als Standgetriebe mit einem Achsversatz zwischen An- und Abtrieb - in diesem Falle handelt es sich um so genannte Portalachsen. Der Vorteil dieser Portalachsen besteht darin, dass das Fahrzeug eine größere Bodenfreiheit erhält. Da die Rotationsachsen der elektrischen Maschinen somit oberhalb der Radachsen angeordnet sind, können die Durchmesser der elektrischen Maschinen größer gewählt werden.According to further preferred embodiments, fixed gear ratios, also called constant gear ratios, are provided between the gearboxes and the drive wheels, preferably in an area close to the wheel. This enables the speed of the electrical machines to be further reduced. The constant gear ratios can be designed as further planetary sets with coaxial input and output or as stationary gears with an offset between input and output - in this case what are known as portal axes. The advantage of these portal axles is that the vehicle has greater ground clearance. Since the axes of rotation of the electrical machines are thus arranged above the wheel axles, the diameter of the electrical machines can be selected to be larger.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen
-
1 eine erfindungsgemäße Antriebseinheit für ein Elektrofahrzeug, bestehend aus einer elektrischen Maschine und einem Zweigang-Schaltgetriebe mit zwei Schaltelementen, -
2 eine Antriebseinheit wie in1 , jedoch mit einer Variante für das erste Schaltelement des Zweigang-Schaltgetriebes, -
3 eine Antriebsachse eines Elektrofahrzeuges mit zwei Antriebseinheiten gemäß1 als radindividueller Antrieb, -
4 eine Antriebsachse mit zwei Antriebseinheiten gemäß2 , -
5 eine Antriebsachse, ausgebildet als Portalachse mit einer ersten Portalstufe und -
6 eine Antriebsachse, ausgebildet als Portalachse mit zweiter Portalstufe.
-
1 a drive unit according to the invention for an electric vehicle, consisting of an electric machine and a two-speed gearbox with two shift elements, -
2 a drive unit as in1 , but with a variant for the first shift element of the two-speed manual transmission, -
3 a drive axle of an electric vehicle with two drive units according to FIG1 as a wheel-specific drive, -
4th a drive axle with two drive units according to2 , -
5 a drive axis, designed as a portal axis with a first portal stage and -
6th a drive axis designed as a portal axis with a second portal stage.
Der erste Planetensatz
Über die beiden Schaltelemente
Der zweite Gang wird durch Schließen des zweiten Schaltelements
Wenn keines der beiden Schaltelemente
Zwischen den Schaltgetrieben
Da beide Antriebe für das rechte und das linke Antriebsrad
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- AntriebseinheitDrive unit
- 1a1a
- Antriebswelledrive shaft
- 22
- AntriebseinheitDrive unit
- 2a2a
- AbtriebswelleOutput shaft
- 2b2 B
- AbtriebswelleOutput shaft
- 33
- AntriebsachseDrive axle
- 3a3a
- Getriebeabtriebswelle (links)Gearbox output shaft (left)
- 3b3b
- Getriebeabtriebswelle (rechts)Gearbox output shaft (right)
- 44th
- AntriebsachseDrive axle
- 55
- AntriebsachseDrive axle
- 66
- Antriebsachse Drive axle
- 3030th
- Standgetriebe (Portalstufe)Stationary gear (portal step)
- 3131
- Steg (fest)Bridge (fixed)
- 3232
- HohlradRing gear
- 3333
- PlanetenradPlanetary gear
- 3434
- Sonnenrad Sun gear
- 4040
- Standgetriebe (Portalstufe) Stationary gear (portal step)
- AA.
- erstes Schaltelementfirst switching element
- A'A '
- erstes Schaltelementfirst switching element
- a1a1
- Achse erstes AntriebsradAxis first drive wheel
- a2a2
- Achse zweites AntriebsradSecond drive wheel axle
- AKAK
- AktuatorActuator
- AK1AK1
- erster Aktuatorfirst actuator
- AK2AK2
- zweiter Aktuatorsecond actuator
- BB.
- zweites Schaltelementsecond switching element
- CC.
- erstes Schaltelementfirst switching element
- C'C '
- erstes Schaltelementfirst switching element
- DD.
- zweites Schaltelementsecond switching element
- EE.
- MittelebeneMiddle plane
- EMEM
- elektrische Maschineelectric machine
- EM1EM1
- erste elektrische Maschinefirst electric machine
- EM2EM2
- zweite elektrische Maschinesecond electric machine
- EMREMR
- Rotorrotor
- EMSEMS
- Statorstator
- GG
- Zweigang-GetriebeTwo-speed transmission
- G1G1
- erstes Zweigang-Getriebefirst two-speed transmission
- G2G2
- zweites Zweigang-Getriebesecond two-speed gearbox
- HR1HR1
- erste Hohlradwellefirst ring gear shaft
- HR2HR2
- zweite Hohlradwellesecond ring gear shaft
- HR3HR3
- dritte Hohlradwellethird ring gear shaft
- mm
- RotationsachseAxis of rotation
- PS1PS1
- erster Planetensatzfirst planetary set
- PS2PS2
- zweiter Planetensatzsecond planetary set
- PS3PS3
- dritter Planetensatzthird planetary set
- R1R1
- erstes Antriebsradfirst drive wheel
- R2R2
- zweites Antriebsradsecond drive wheel
- SO1SO1
- erste Sonnenwellefirst sun wave
- SO2SO2
- zweite Sonnenwellesecond solar wave
- SMSM
- SchiebemuffeSliding sleeve
- ST1ST1
- erste Stegwellefirst web wave
- ST2ST2
- zweite Stegwellesecond web wave
- uu
- AchsversatzOffset
- vv
- AchsversatzOffset
- Z1Z1
- AntriebszahnradDrive gear
- Z2Z2
- AbtriebszahnradOutput gear
- Z3Z3
- erstes Zwischenradfirst idler
- Z4Z4
- zweites Zwischenradsecond intermediate gear
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Country | Link |
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DE (1) | DE102019206961A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115257332A (en) * | 2022-05-12 | 2022-11-01 | 杭州时代电动科技有限公司 | Distributed drive motor bridge for heavy commercial vehicle |
DE102022210915A1 (en) | 2022-10-17 | 2024-04-18 | Zf Friedrichshafen Ag | Drive unit for a vehicle |
-
2019
- 2019-05-14 DE DE102019206961.4A patent/DE102019206961A1/en active Pending
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CN115257332A (en) * | 2022-05-12 | 2022-11-01 | 杭州时代电动科技有限公司 | Distributed drive motor bridge for heavy commercial vehicle |
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Legal Events
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