WO2015014453A1 - Shift gearbox for a drive unit of an electric vehicle, and method for operating the shift gearbox - Google Patents

Shift gearbox for a drive unit of an electric vehicle, and method for operating the shift gearbox Download PDF

Info

Publication number
WO2015014453A1
WO2015014453A1 PCT/EP2014/001961 EP2014001961W WO2015014453A1 WO 2015014453 A1 WO2015014453 A1 WO 2015014453A1 EP 2014001961 W EP2014001961 W EP 2014001961W WO 2015014453 A1 WO2015014453 A1 WO 2015014453A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gear
switching element
coupling
gearbox
load
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/001961
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Christian KÖTSCHAU
Christoph Danzer
Thomas VON UNWERTH
Kai GLÄSER
Rene KOCKISCH
Andre UHLE
Original Assignee
Thyssenkrupp Presta Teccenter Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thyssenkrupp Presta Teccenter Ag filed Critical Thyssenkrupp Presta Teccenter Ag
Publication of WO2015014453A1 publication Critical patent/WO2015014453A1/en

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/02—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion
    • F16H3/08—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts
    • F16H3/087—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears
    • F16H3/089—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears all of the meshing gears being supported by a pair of parallel shafts, one being the input shaft and the other the output shaft, there being no countershaft involved
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/02—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion
    • F16H3/08—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts
    • F16H2003/0818—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts comprising means for power-shifting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H2200/00—Transmissions for multiple ratios
    • F16H2200/0008—Transmissions for multiple ratios specially adapted for front-wheel-driven vehicles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H2200/00—Transmissions for multiple ratios
    • F16H2200/0021—Transmissions for multiple ratios specially adapted for electric vehicles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H2200/00—Transmissions for multiple ratios
    • F16H2200/003—Transmissions for multiple ratios characterised by the number of forward speeds
    • F16H2200/0034—Transmissions for multiple ratios characterised by the number of forward speeds the gear ratios comprising two forward speeds
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/02—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion
    • F16H3/08—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts
    • F16H3/12—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts with means for synchronisation not incorporated in the clutches

Definitions

  • Gearbox for a drive unit of an electric vehicle and method for operating the gearbox
  • the present invention relates to a transmission for a drive unit of an electric vehicle, a drive unit with a transmission and a method for operating the gearbox, wherein the transmission has a first gear with a gear ratio to a vehicle axle for slow driving and the transmission has a second gear with a Transmission ratio to the vehicle axle for fast ride on, furthermore, the manual transmission comprises a first switching element for positive engagement and disengagement of the first gear and the transmission has a frictionally acting load coupling for engagement and disengagement of the second gear.
  • the transmission has an input shaft which is connected to an electric motor, and the transmission has an intermediate shaft via which the torque can be transmitted to an output shaft ,
  • a form-fitting acting clutch can be activated, so that a torque can be transmitted from the input shaft to the intermediate shaft.
  • Electric motors for electric vehicles have torque characteristics that can provide high torque from standstill. Consequently, the manual transmission for an electric vehicle with the vehicle and not rotating electric motor can be switched form-fitting to engage the first gear for a slow ride. If the electric motor accelerates and increases its speed up to a limit speed, then a frictionally engaging load coupling can be engaged, wherein, before the torque is completely transmitted via the load coupling, the form-closing clutch can be released.
  • the frictionally engaging load clutch can close completely, so that the second gear with adjustment of the engine speed for a faster ride on the friction acting load coupling remains engaged.
  • the gear changes in the manual transmission when switching back, from the second gear for the fast drive to the first gear for the slow drive, done in the reverse manner.
  • a major problem of today's electric vehicles is the high energy consumption, which is not only due to the operation of the electric motor for traction of the electric vehicle, but also ancillaries, for example, to ensure the driving and air conditioning comfort, cause a high consumption.
  • a central approach to reducing fuel consumption consists in principle of the overall design and optimization of the entire vehicle system, so that the energy consumption for the operation of the gearbox for the drive unit of the electric vehicle plays a role.
  • Today's market-established electric vehicle drive units consist of the power electronics and the traction battery usually consists of a permanent synchronous machine for the formation of the electric motor and a one-speed central transmission with differential.
  • the electric motors are designed for relatively high power levels, in order to accelerate battery-driven relatively heavy vehicles well, even at higher speeds.
  • the operating point of the maximum efficiency of these electric motors is usually in the middle power range.
  • the electrical branch consisting of electric motor, inverter and battery itself, if possible, is operated with a high proportion of driving in the range of maximum efficiency.
  • a mechanical variation of the operating points is necessary. Consequently, two-speed manual transmissions are necessary to operate the electric motor at a speed which is within or near the optimum efficiency range, at least for average higher speeds.
  • a hydraulic or an electric motor load-shifting actuator is provided and the hydraulic or electrical actuator must, at least for the driving time in the second gear remain switched on, resulting in further energy consumption. Only when releasing the frictionally acting load coupling, the electrically acting actuator can be energiefactlos set. Without a frictionally engaging load clutch, however, the advantage of a torque-uninterrupted circuit between the first and second gear of the gearbox can not be realized, so it is desirable to provide a transmission, in spite of the advantages of a torque interruption-free shift of the gearbox between the first and the second gear, the energy consumption of the gearbox is minimized.
  • the object of the invention is the development of a gearbox for the drive unit of an electric vehicle, which allows minimal energy consumption while maintaining a high level of ride comfort.
  • This object is based on a transmission for the drive unit of an electric vehicle according to the preamble of claim 1, starting from a drive unit of an electric vehicle with a manual transmission according to the preamble of claim 9 and starting from a method for operating the gearbox according to claim 10 with the respective characterizing Characteristics solved.
  • the invention includes the technical teaching that a second switching element is provided for the positive coupling of the second gear, which forms a parallel to friction acting acting load coupling torque path for the second gear.
  • the advantage is achieved that the reibschayne acting load clutch can be solved with a second gear engaged, so that this no longer represents energy consumers during operation of the gearbox in second gear.
  • the provision of energy for the operation of the frictionally engaging load coupling is limited only to the phases in the operation of the load coupling, the frictional effect of a Require speed difference of the two coupling parts of the load coupling. If the friction clutch acting load clutch fully engaged, so the positively acting second switching element can be switched on, and the torque path that runs on the gear stages of the second gear, can pass from the friction closing acting load coupling to the second switching element.
  • the load clutch can be disabled until a gear change from second gear to first gear is required, after which the load clutch can also be relieved again when the first gear is fully engaged. Due to the inventive design of the gearbox with a first switching element and a second switching element with a respective form-locking operative connection to form a torque path, the transmission for permanent operation in each of the two gears designed frictionally free, so that the transmission can be operated essentially energy demand.
  • the transmission may include an input shaft connectable to an electric motor, and the transmission may include an intermediate shaft that cooperates with an output shaft, and preferably the second shift element is received on the input shaft. Furthermore, the transmission may have a load coupling with a first coupling part connected to a hollow shaft through which the input shaft extends. Furthermore, the load coupling may have a second coupling part, which is connected to the input shaft, wherein the second switching element cooperates with the first coupling part. Thereby, the torque can be introduced from the input shaft via the second switching element in the first coupling part, wherein the first coupling part, a gear can be received, which is in operative connection with a gear which is arranged on the intermediate shaft.
  • the first switching element and the second switching element may be formed as a switching element movable individually between two switching positions.
  • first switching element and the second switching element may be formed as a common movable switching unit, whereby the required number of individual parts is reduced to form the gearbox.
  • the addition of a second switching element according to the invention with the effect described above the number of items required to form the gearbox is not increased.
  • the switching element axially movable on the input shaft back and forth, and the switching element can be positively connected to the first gear with a loose wheel to create the idler gear the torque path for the first gear, and in a further switching position the movable switching unit can be moved axially so that the second switching element forms the positive connection for the second gear.
  • both the first switching element and the second switching element is simultaneously engaged, since this is not necessary for the operation of the gearbox.
  • the switching unit can be designed as a double-toothed clutch with a first coupling side provided with positive-locking teeth and with a second coupling-side provided with positive-locking teeth, wherein the second coupling side of the first coupling side is arranged opposite to the double-toothed coupling.
  • the double-toothed coupling can be slidably received on the input shaft, and the opposite arrangement of the coupling sides corresponds to the displacement direction of the double-toothed clutch on the input shaft, and the double-toothed coupling is geometrically designed such that only one of the two coupling sides in Positive engagement with the coupling partner, so on the one hand with the idler gear and on the other hand with the first coupling part of the frictionally acting load coupling, can be engaged.
  • an electric motor and / or a hydraulically or pneumatically load-switching actuator may be provided, which is energiefactlos in the disengaged state of the load coupling and thus does not represent an energy consumer.
  • An electric motor load-switching actuator can be preferably fixed to the housing in or on the gearbox due to the electrical power supply, and is therefore not rotatable.
  • the actuation of the load coupling between two rotating shafts by means of a housing-fixed, electrical actuator always requires a release bearing for transmitting the switching force from the actuator to the switching element. This relatively high power losses occur in this release bearing, which significantly reduces the mechanical efficiency of the drive unit.
  • the actuator can also act hydraulically on the load coupling, and by the unnecessary permanent operation of the load coupling deleted in the same way, the energy-consuming provision of a hydraulic active fluid.
  • the load coupling can be connected modularly, so that the manual transmission is operable even in the absence of a load coupling. If the load clutch is removed, the synchronization of the speeds in the gearbox can be done by a speed adjustment of the electric motor, which is no longer possible in the absence of load coupling the Glaskraftunterbrechungspick switching from first gear to second gear.
  • the load coupling can be used for simpler electric vehicles.
  • the load coupling can be designed in such a modular manner that it can be attached to the input shaft and to the hollow shaft, for example via detachable connection means, so that the load coupling can be released in the same way when removing the connection means.
  • Another function of the gearbox according to the invention can be achieved by the realization of a parking brake for permanent immobilization of the vehicle at a standstill.
  • This safety function can be implemented in the inventive transmission without additional components by the first switching element and the second switching element is closed. Due to the different transmission ratios between the first and the second drive, the transmission blocks itself and can thus support a torque at the wheels. Since the load clutch can transmit a torque steplessly due to the frictional engagement, a very comfortable, low-jerk locking of the drive unit is also possible. Depending on the design of the shift actuators, this function can also be maintained purely mechanically without the introduction of auxiliary power. With a corresponding design of the drive unit on the allowable in the parking brake operation abuse load cases can thus account for a separate mechanical parking brake, which is known for example from automatic and dual-clutch transmissions.
  • the invention is further directed to a drive unit of an electric vehicle with an electric motor and with an output shaft, wherein between the electric motor and the output shaft, a transmission is arranged, wherein the transmission has a first gear with a gear ratio to a vehicle axle for slow travel and a second gear Having a transmission ratio to the vehicle axle for fast ride, further comprising a first switching element for positive engagement and disengagement of the first gear and having a frictionally acting load coupling for engagement and disengagement of the second gear.
  • a second switching element for the positive coupling ie, provided a further connection of the second gear, which has a parallel to friction-acting load coupling extending torque path for the second gear allows.
  • the invention is further directed to a method of operating a manual transmission disposed in a drive unit of an electric vehicle between an electric motor and an output shaft having a first gear having a gear ratio to a vehicle axle for slow travel and a second gear having a gear ratio the vehicle axle for fast driving.
  • the method according to the invention comprises the steps of Einkuppeins the first gear by a form-fitting acting first switching element, increasing the speed of the electric motor, the partial Einkuppeins a second gear with a reibschmony acting load coupling, Auskuppeins the first switching element, the complete Einkuppeins the load coupling, the additional Einkuppeins the second gear via a second switching element and finally the step of Auskuppeins the load coupling.
  • this can enable the engagement of the first gear at a standstill when the electric vehicle is stationary and the electric motor is not rotating.
  • the speed of the electric motor for starting the electric vehicle can be increased.
  • the load clutch can initially partially engage, so that a part of the torque via the torque flow of the first gear and another part of the torque via the load clutch and thus over the torque flow takes place in second gear.
  • the load clutch can become completely frictional so that full torque can be transmitted even without slip in the load clutch.
  • the second switching element can additionally engage, so that, without torque interruption, the load coupling can be solved, and thus is de-energized. Because of that Load clutch is disengaged, this forms no permanent energy consumer, and the drive unit transmits the torque between the electric motor and the vehicle axle via a pure positive connection.
  • Figure 1 is a schematic view of a drive unit with a transmission according to the invention, wherein a first gear I of the gearbox is engaged and
  • Figure 2 is another schematic view of the drive unit with the transmission according to the invention, wherein a second gear II of the gearbox is engaged.
  • Figures 1 and 2 show a drive unit 100 with a manual transmission 1, which is located between an electric motor 30 and a vehicle axle 10 of the drive unit 100.
  • the electric motor 30 is connected to an input shaft 14 of the gearbox 1, and the vehicle axle 10 has an output shaft 16 to which, for example, driven wheels of an electric vehicle can be arranged.
  • the manual transmission 1 has a first gear I (FIG. 1), which allows a gear ratio to the vehicle axle 10 for slow driving, and the transmission 1 has a second gear II (FIG. 2), which has a gear ratio to the vehicle axle 10th allows for fast driving. Furthermore, the transmission 1 comprises a first switching element 1 1 for the positive engagement and disengagement of the first gear I and the transmission 1 includes a frictionally acting load coupling 12 for engagement and disengagement of the second gear II. Furthermore, the manual transmission 1 comprises a second switching element 13 for the positive coupling and thus for engagement and disengagement of the second gear II, which allows a parallel to friction acting acting load coupling 12 torque path for the second gear II.
  • Figure 1 shows the transmission 1 with a torque flow through the first gear I, represented by a dashed line, in which the first switching element 1 1 connects a loose wheel 19 with the input shaft 14 form-fitting.
  • the idler gear 19 cooperates with a gear 24, which is received on an intermediate shaft 15.
  • the intermediate shaft 15 is driven, and another gear 25 is also located on the intermediate shaft 15, which cooperates with a gear 26 which is received on the output shaft 16 of the vehicle axle 10.
  • the vehicle axle 10 is also shown with a differential 27.
  • the first switching element 11 is shown by way of example as part of a switching unit 20, which may be formed by a double-toothed clutch 20, for example.
  • the double-toothed clutch 20 is further configured with a second switching element 13 which, however, is not in engagement with the hollow shaft 17.
  • the hollow shaft 17 is connected to the first coupling part 12a and the second Coupling part 12b is connected to the input shaft 14. If the manual transmission 1 is operated in the illustrated first gear I, a rotational speed difference takes place between the first clutch part 12a and the second clutch part 12b.
  • the rotation of the intermediate shaft 15 causes the permanent engagement of the gear 23 on the intermediate shaft 15 and a rotation of the gear 22 which is rotationally fixed to the hollow shaft 17 and thus rotationally configured with the first coupling part 12a.
  • the torque path of the first gear I is shown by a dashed line, and it is indicated that the switching unit 20 via the first switching element 1 1 is in positive engagement with the idler gear 19.
  • FIG. 2 shows the transmission 1 as part of the drive unit 100 between the electric motor 30 and the vehicle axle 10, wherein the second gear II is turned on, represented by a dashed line.
  • the switching unit 20 is connected to the second switching element 13 in positive engagement with the rotating component comprising the gear 22, the hollow shaft 17 and the first coupling part 12a.
  • the load coupling 12 may be deactivated so that - at least the actuator 18 - does not represent an energy consumer.
  • the torque path runs via the input shaft 14, via the positive connection of the second switching element 13 between the switching unit 20 and the gear 22, which is in operative connection with the gear 23 on the intermediate shaft 15.
  • the rotational movement of the intermediate shaft 15 is transmitted to the toothed engagement of the gear 25 with the gear 26 to the output shaft 16 via the differential 27 of the vehicle axle 10.
  • the inventive transmission 1 therefore has a load clutch 12, which is only for a gear change between the first gear I and the second Gear II is necessary, and the gear change from first gear I to second gear II will be described in more detail below.
  • the resulting torque on the output shaft 16 does not change.
  • the rotational speeds of the input shafts 14 and the intermediate shaft 15 remain unchanged since the load coupling 12 transmits the torque of the electric motor 30 to the intermediate shaft 15 despite slipping coupling parts 12a and 12b.
  • the speed compensation is now performed. In this case, the torque is reduced in the electric motor 30 at a constant clutch torque of the load coupling 12.
  • the speed of the input shaft 14 is lower and more and more equal to the synchronous speed of the second gear II, so that the coupling parts 12a and 12b finally have the same speed.
  • the torque on the output shaft 16 remains unchanged since the still slipping load coupling 12 transmits a torque impressed by the actuator 18.
  • the second switching element 13 is closed and the second gear II is engaged.
  • the load coupling 12 can now be opened, whereby also a release bearing, not shown, for example, between the actuator 18 and the second coupling part 12b, is relieved.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Structure Of Transmissions (AREA)

Abstract

The present invention relates to a shift gearbox (1) for a drive unit (100) of an electric vehicle, having a first gear (I) with a transmission ratio to a vehicle axle (10) for slow travel, and having a second gear (II) with a transmission ratio to the vehicle axle (10) for fast travel, furthermore having a first shift element (11) for the positively locking engagement and disengagement of the first gear (I) and having a frictionally acting load clutch (12) for the engagement and disengagement of the second gear (II). According to the invention, a second shift element (13) is provided for positively locking coupling of the second gear (II), which second shift element makes it possible to realize, for the second gear (II), a torque path which runs parallel to the frictionally acting load clutch (12).

Description

Schaltgetriebe für eine Antriebseinheit eines Elektrofahrzeugs und Verfahren zum Betrieb des Schaltgetriebes  Gearbox for a drive unit of an electric vehicle and method for operating the gearbox
B e s c h r e i b u n g Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schaltgetriebe für eine Antriebseinheit eines Elektrofahrzeugs, eine Antriebseinheit mit einem Schaltgetriebe sowie ein Verfahren zum Betrieb des Schaltgetriebes, wobei das Schaltgetriebe einen ersten Gang mit einem Übersetzungsverhältnis auf eine Fahrzeugachse zur langsamen Fahrt aufweist und das Schaltgetriebe weist einen zweiten Gang mit einem Übersetzungsverhältnis auf die Fahrzeugachse zur schnellen Fahrt auf, weiterhin umfasst das Schaltgetriebe ein erstes Schaltelement zur formschlüssigen Ein- und Auskupplung des ersten Ganges und das Schaltgetriebe weist eine reibschließend wirkende Lastkupplung zur Ein- und Auskupplung des zweiten Ganges auf. The present invention relates to a transmission for a drive unit of an electric vehicle, a drive unit with a transmission and a method for operating the gearbox, wherein the transmission has a first gear with a gear ratio to a vehicle axle for slow driving and the transmission has a second gear with a Transmission ratio to the vehicle axle for fast ride on, furthermore, the manual transmission comprises a first switching element for positive engagement and disengagement of the first gear and the transmission has a frictionally acting load coupling for engagement and disengagement of the second gear.
STAND DER TECHNIK STATE OF THE ART
Aus der WO 2013/014 814 A1 ist ein Schaltgetriebe für die Antriebseinheit eines Elektrofahrzeugs bekannt, und das Schaltgetriebe ermöglicht das wechselweise Hin- und Herschalten zwischen dem ersten Gang und dem zweiten Gang ohne  From WO 2013/014 814 A1, a manual transmission for the drive unit of an electric vehicle is known, and the manual transmission allows alternately switching back and forth between the first gear and the second gear without
BESTÄTIGUNGSKOPIE Zugkraftunterbrechung, was einen erhöhten Fahrkomfort ermöglicht. Zum Hin- und Herschalten zwischen dem ersten Gang und dem zweiten Gang mit verschiedenen Übersetzungsverhältnissen weist das Schaltgetriebe eine Eingangswelle auf, die mit einem Elektromotor in Verbindung gebracht ist, und das Schaltgetriebe weist eine Zwischenwelle auf, über die das Drehmoment auf eine Abtriebswelle übertragen werden kann. CONFIRMATION COPY Traction interruption, which allows increased ride comfort. For switching back and forth between the first gear and the second gear with different gear ratios, the transmission has an input shaft which is connected to an electric motor, and the transmission has an intermediate shaft via which the torque can be transmitted to an output shaft ,
Zum Einlegen des ersten Ganges, beispielsweise wenn das Elektrofahrzeug steht und der Elektromotor nicht dreht, kann eine formschließend wirkende Kupplung aktiviert werden, sodass ein Drehmoment von der Eingangswelle auf die Zwischenwelle übertragen werden kann. Elektromotoren für Elektrofahrzeuge weisen Drehmomentkennlinien auf, die bereits aus dem Stillstand heraus ein hohes Drehmoment bereitstellen können. Folglich kann das Schaltgetriebe für ein Elektrofahrzeug bei stehendem Fahrzeug und nicht drehendem Elektromotor formschließend geschaltet werden, um den ersten Gang für eine langsame Fahrt einzulegen. Beschleunigt der Elektromotor, und erhöht dieser seine Drehzahl bis zu einer Grenzdrehzahl, so kann eine reibschließend wirkende Lastkupplung eingekuppelt werden, wobei, noch bevor das Drehmoment vollständig über die Lastkupplung übertragen wird, die formschließende Kupplung gelöst werden kann. Anschließend kann die reibschließend wirkende Lastkupplung vollständig schließen, sodass der zweite Gang unter Anpassung der Motordrehzahl für eine schnellere Fahrt über die reibschließend wirkend Lastkupplung eingelegt bleibt. Die Schaltvorgänge im Schaltgetriebe beim Zurückschalten, vom zweiten Gang für die schnelle Fahrt in den ersten Gang für die langsame Fahrt, erfolgen dabei auf umgekehrte Weise. To engage the first gear, for example, when the electric vehicle is stationary and the electric motor is not rotating, a form-fitting acting clutch can be activated, so that a torque can be transmitted from the input shaft to the intermediate shaft. Electric motors for electric vehicles have torque characteristics that can provide high torque from standstill. Consequently, the manual transmission for an electric vehicle with the vehicle and not rotating electric motor can be switched form-fitting to engage the first gear for a slow ride. If the electric motor accelerates and increases its speed up to a limit speed, then a frictionally engaging load coupling can be engaged, wherein, before the torque is completely transmitted via the load coupling, the form-closing clutch can be released. Subsequently, the frictionally engaging load clutch can close completely, so that the second gear with adjustment of the engine speed for a faster ride on the friction acting load coupling remains engaged. The gear changes in the manual transmission when switching back, from the second gear for the fast drive to the first gear for the slow drive, done in the reverse manner.
Ein Hauptproblem heutiger Elektrofahrzeuge ist der hohe Energieverbrauch, der nicht nur durch den Betrieb des Elektromotors zur Traktion des Elektrofahrzeugs entsteht, sondern auch Nebenaggregate, beispielsweise zur Sicherstellung des Fahr- und Klimatisierungskomforts, bewirken einen hohen Nebenverbrauch. Ein zentraler Ansatz zur Verbrauchsreduzierung besteht dabei im Prinzip der gesamtheitlichen Auslegung und Optimierung des gesamten Fahrzeugsystems, sodass auch der Energieverbrauch zum Betrieb des Schaltgetriebes für die Antriebseinheit des Elektrofahrzeugs eine Rolle spielt. Die heutigen, marktetablierten Elektrofahrzeug-Antriebseinheiten bestehen neben der Leistungselektronik und der Traktionsbatterie meist aus einer permanenten Synchronmaschine zur Bildung des Elektromotors und aus einem Ein-Gang- Zentralgetriebe mit Differenzial. Die Elektromotoren sind dabei für relativ hohe Leistungen ausgelegt, um die batteriebedingt relativ schweren Fahrzeuge auch bei höheren Geschwindigkeiten gut beschleunigen zu können. Der Betriebspunkt des maximalen Wirkungsgrades dieser Elektromotoren befindet sich meist jedoch im mittleren Leistungsbereich. Um sicherzustellen, dass der elektrische Zweig, bestehend aus Elektromotor, Umrichter und Batterie selbst, möglichst mit einem hohen Fahranteil im Bereich des maximalen Wirkungsgrades betrieben wird, ist eine mechanische Variation der Betriebspunkte notwendig. Folglich sind Zwei- Gang-Schaltgetriebe notwendig, um wenigstens für durchschnittlich gefahrene höhere Geschwindigkeiten den Elektromotor mit einer Drehzahl zu betreiben, die im oder nahe dem Bereich des optimalen Wirkungsgrades liegen. A major problem of today's electric vehicles is the high energy consumption, which is not only due to the operation of the electric motor for traction of the electric vehicle, but also ancillaries, for example, to ensure the driving and air conditioning comfort, cause a high consumption. A central approach to reducing fuel consumption consists in principle of the overall design and optimization of the entire vehicle system, so that the energy consumption for the operation of the gearbox for the drive unit of the electric vehicle plays a role. Today's market-established electric vehicle drive units consist of the power electronics and the traction battery usually consists of a permanent synchronous machine for the formation of the electric motor and a one-speed central transmission with differential. The electric motors are designed for relatively high power levels, in order to accelerate battery-driven relatively heavy vehicles well, even at higher speeds. The operating point of the maximum efficiency of these electric motors is usually in the middle power range. To ensure that the electrical branch, consisting of electric motor, inverter and battery itself, if possible, is operated with a high proportion of driving in the range of maximum efficiency, a mechanical variation of the operating points is necessary. Consequently, two-speed manual transmissions are necessary to operate the electric motor at a speed which is within or near the optimum efficiency range, at least for average higher speeds.
Der Entwicklungstrend zeigt, dass automatisierte Getriebe in Fahrzeugen, auch durch die erfolgreiche Etablierung von Doppelkupplungsgetrieben, derzeit weitere Marktanteile gewinnen. So ist es absehbar, dass auch bei zukünftigen Elektrofahrzeugen mit Mehr-Gang-Getrieben keine Zugkraftunterbrechung während eines Schaltvorganges akzeptiert wird. Um dennoch denselben Schaltkomfort von konventionellen Fahrzeugen zu erreichen, müssen auch Elektrofahrzeuge mit Mehr-Gang-Getrieben dieselben Zusatzkomponenten wie eine Hochdruckhydraulik, eine Reibsynchronisierung und/oder eine Lamellenschalteinheit, aus heute bekannten Doppelkupplungs-Automatikgetrieben beinhalten. Insbesondere zur Aufrechterhaltung des Reibschlusses einer reibschließend wirkenden Lastkupplung, also für das vorliegende Getriebe zur dauerhaften Nutzung des zweiten Ganges für die schnelle Fahrt, ist ein hydraulisches oder ein elektromotorisch lastschaltendes Betätigungsglied vorgesehen und die Hydraulik oder das elektrische Betätigungsglied muss wenigstens für die Fahrdauer im zweiten Gang eingeschaltet bleiben, wodurch ein weiterer Energieverbrauch entsteht. Erst beim Lösen der reibschließend wirkenden Lastkupplung kann das elektrisch wirkende Betätigungsglied energieaufnahmelos gesetzt werden. Ohne eine reibschließend wirkende Lastkupplung kann jedoch der Vorteil einer drehmoment-unterbrechungsfreien Schaltung zwischen dem ersten und zweiten Gang des Schaltgetriebes nicht realisiert werden, sodass es wünschenswert ist, ein Schaltgetriebe bereitzustellen, bei dem trotz der Vorteile einer drehmomentunterbrechungsfreien Schaltung des Schaltgetriebes zwischen dem ersten und dem zweiten Gang der Energieverbrauch des Schaltgetriebes möglichst minimal ist. The development trend shows that automated transmissions in vehicles are also gaining further market share, also due to the successful establishment of dual-clutch transmissions. Thus, it is foreseeable that even with future electric vehicles with multi-speed transmissions no interruption in traction during a switching operation is accepted. In order nevertheless to achieve the same shifting comfort of conventional vehicles, electric vehicles with multi-speed transmissions also have to include the same additional components as high-pressure hydraulics, a friction synchronization and / or a multi-disc shift unit, from today's dual-clutch automatic transmissions. In particular, for maintaining the frictional engagement of a friction clutch acting load clutch, so for the present transmission for permanent use of the second gear for the fast ride, a hydraulic or an electric motor load-shifting actuator is provided and the hydraulic or electrical actuator must, at least for the driving time in the second gear remain switched on, resulting in further energy consumption. Only when releasing the frictionally acting load coupling, the electrically acting actuator can be energieaufnahmelos set. Without a frictionally engaging load clutch, however, the advantage of a torque-uninterrupted circuit between the first and second gear of the gearbox can not be realized, so it is desirable to provide a transmission, in spite of the advantages of a torque interruption-free shift of the gearbox between the first and the second gear, the energy consumption of the gearbox is minimized.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG DISCLOSURE OF THE INVENTION
Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung eines Schaltgetriebes für die Antriebseinheit eines Elektrofahrzeugs, das einen minimalen Energieverbrauch bei Aufrechterhaltung eines hohen Fahrkomforts ermöglicht.  The object of the invention is the development of a gearbox for the drive unit of an electric vehicle, which allows minimal energy consumption while maintaining a high level of ride comfort.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Schaltgetriebe für die Antriebseinheit eines Elektrofahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , ausgehend von einer Antriebseinheit eines Elektrofahrzeugs mit einem Schaltgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9 sowie ausgehend von einem Verfahren zum Betrieb des Schaltgetriebes gemäß Anspruch 10 mit den jeweils kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. This object is based on a transmission for the drive unit of an electric vehicle according to the preamble of claim 1, starting from a drive unit of an electric vehicle with a manual transmission according to the preamble of claim 9 and starting from a method for operating the gearbox according to claim 10 with the respective characterizing Characteristics solved. Advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass ein zweites Schaltelement zur formschlüssigen Kopplung des zweiten Ganges vorgesehen ist, das einen parallel zur reibschließend wirkenden Lastkupplung verlaufenden Drehmomentpfad für den zweiten Gang bildet. The invention includes the technical teaching that a second switching element is provided for the positive coupling of the second gear, which forms a parallel to friction acting acting load coupling torque path for the second gear.
Durch die erfindungsgemäße Aufnahme eines weiteren formschlüssig wirkenden Schaltelementes in das Schaltgetriebe wird der Vorteil erreicht, dass die reibschließend wirkende Lastkupplung bei eingelegtem zweiten Gang gelöst werden kann, sodass diese während des Betriebes des Schaltgetriebes im zweiten Gang keinen Energieverbraucher mehr darstellt. Die Bereitstellung von Energie zum Betrieb der reibschließend wirkenden Lastkupplung beschränkt sich lediglich auf die Phasen im Betrieb der Lastkupplung, die über Reibwirkung eine Drehzahldifferenz der beiden Kupplungsteile der Lastkupplung erfordern. Hat die reibschließend wirkende Lastkupplung vollständig eingekuppelt, so kann das formschlüssig wirkende zweite Schaltelement zugeschaltet werden, und der Drehmomentpfad, der über die Getriebestufen des zweiten Ganges läuft, kann von der reibschließend wirkenden Lastkupplung auf das zweite Schaltelement übergehen. Folglich kann die Lastkupplung außer Funktion gesetzt werden, bis ein Gangwechsel vom zweiten Gang in den ersten Gang erforderlich wird, wonach die Lastkupplung ebenfalls wieder entlastet werden kann, wenn der erste Gang vollständig eingelegt ist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Schaltgetriebes mit einem ersten Schaltelement und einem zweiten Schaltelement mit einer jeweils formschlüssigen Wirkverbindung zur Bildung eines Drehmomentpfades wird das Getriebe für den dauerhaften Betrieb in jedem der beiden Gänge reibschlussfrei ausgestaltet, sodass das Schaltgetriebe im Wesentlichen energiebedarfsfrei betrieben werden kann. The inventive inclusion of another form-fitting acting switching element in the transmission, the advantage is achieved that the reibschließ acting load clutch can be solved with a second gear engaged, so that this no longer represents energy consumers during operation of the gearbox in second gear. The provision of energy for the operation of the frictionally engaging load coupling is limited only to the phases in the operation of the load coupling, the frictional effect of a Require speed difference of the two coupling parts of the load coupling. If the friction clutch acting load clutch fully engaged, so the positively acting second switching element can be switched on, and the torque path that runs on the gear stages of the second gear, can pass from the friction closing acting load coupling to the second switching element. Consequently, the load clutch can be disabled until a gear change from second gear to first gear is required, after which the load clutch can also be relieved again when the first gear is fully engaged. Due to the inventive design of the gearbox with a first switching element and a second switching element with a respective form-locking operative connection to form a torque path, the transmission for permanent operation in each of the two gears designed frictionally free, so that the transmission can be operated essentially energy demand.
Das Schaltgetriebe kann eine Eingangswelle aufweisen, die mit einem Elektromotor verbindbar ist, und das Schaltgetriebe kann eine Zwischenwelle aufweisen, die mit einer Abtriebswelle zusammenwirkt, und vorzugsweise ist das zweite Schaltelement auf der Eingangswelle aufgenommen. Weiterhin kann das Schaltgetriebe eine Lastkupplung mit einem ersten Kupplungsteil aufweisen, der mit einer Hohlwelle verbunden ist, durch die sich die Eingangswelle hindurch erstreckt. Weiterhin kann die Lastkupplung einen zweiten Kupplungsteil aufweisen, der mit der Eingangswelle verbunden ist, wobei das zweite Schaltelement mit dem ersten Kupplungsteil zusammenwirkt. Dadurch kann das Drehmoment von der Eingangswelle über das zweite Schaltelement in das erste Kupplungsteil eingeleitet werden, wobei am ersten Kupplungsteil ein Zahnrad aufgenommen sein kann, das mit einem Zahnrad in Wirkverbindung steht, das auf der Zwischenwelle angeordnet ist. Durch diese Anordnung wird eine mechanische Parallelschaltung des zweiten Schaltelementes mit der reibschließend wirkenden Lastkupplung ermöglicht, wobei das zweite Schaltelement formschlüssig wirkt und die Wirkverbindung zwischen der Eingangswelle und dem Zahnrad lediglich ein- und ausschalten kann. Auf gleiche Weise kann die Wirkverbindung zwischen der Eingangswelle und dem Zahnrad mittels der reibschlüssig wirkenden Lastkupplung ein- und ausgeschaltet werden, wobei jedoch zwischen der Ein- und Abkopplung der Eingangswelle mit dem Zahnrad durch die Lastkupplung auch eine Drehmomentübertragung bei unterschiedlichen Drehzahlen der Eingangswelle und des Zahnrades ermöglicht wird, welches sich auf der Hohlwelle befindet, die mit dem ersten Kupplungsteil verbunden ist. The transmission may include an input shaft connectable to an electric motor, and the transmission may include an intermediate shaft that cooperates with an output shaft, and preferably the second shift element is received on the input shaft. Furthermore, the transmission may have a load coupling with a first coupling part connected to a hollow shaft through which the input shaft extends. Furthermore, the load coupling may have a second coupling part, which is connected to the input shaft, wherein the second switching element cooperates with the first coupling part. Thereby, the torque can be introduced from the input shaft via the second switching element in the first coupling part, wherein the first coupling part, a gear can be received, which is in operative connection with a gear which is arranged on the intermediate shaft. By this arrangement, a mechanical parallel connection of the second switching element is made possible with the frictionally acting load coupling, wherein the second switching element acts positively and the active connection between the input shaft and the gear can only on and off. In the same way, the operative connection between the input shaft and the gear can be switched on and off by means of the frictionally acting load coupling, but between the coupling and decoupling the input shaft with the gear through the load coupling is also a torque transmission at different speeds of the input shaft and the gear is enabled, which is located on the hollow shaft which is connected to the first coupling part.
Das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement können als jeweils einzeln zwischen zwei Schaltstellungen bewegliches Schaltelement ausgebildet sein. The first switching element and the second switching element may be formed as a switching element movable individually between two switching positions.
Alternativ kann das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement als eine gemeinsame bewegliche Schalteinheit ausgebildet sein, wodurch die erforderliche Anzahl von Einzelteilen zur Bildung des Schaltgetriebes reduziert wird. Alternatively, the first switching element and the second switching element may be formed as a common movable switching unit, whereby the required number of individual parts is reduced to form the gearbox.
Insbesondere wird durch das erfindungsgemäße Hinzufügen eines zweiten Schaltelementes mit der vorstehend beschriebenen Wirkung die Anzahl der Einzelteile, die zur Bildung des Schaltgetriebes erforderlich ist, nicht erhöht. Mit weiterem Vorteil kann das Schaltelement axial beweglich auf der Eingangswelle hin- und hergeschaltet werden, und das Schaltelement kann für den ersten Gang mit einem Losrad formschließend verbunden werden, um über das Losrad den Drehmomentpfad für den ersten Gang zu schaffen, und in einer weiteren Schaltstellung kann die bewegliche Schalteinheit axial so verschoben werden, dass das zweite Schaltelement den Formschluss für den zweiten Gang bildet. Dabei wird insbesondere vermieden, dass sowohl das erste Schaltelement als auch das zweite Schaltelement gleichzeitig in Eingriff steht, da dies für den Betrieb des Schaltgetriebes nicht notwendig ist. In particular, the addition of a second switching element according to the invention with the effect described above, the number of items required to form the gearbox is not increased. With further advantage, the switching element axially movable on the input shaft back and forth, and the switching element can be positively connected to the first gear with a loose wheel to create the idler gear the torque path for the first gear, and in a further switching position the movable switching unit can be moved axially so that the second switching element forms the positive connection for the second gear. In this case, it is particularly avoided that both the first switching element and the second switching element is simultaneously engaged, since this is not necessary for the operation of the gearbox.
Die Schalteinheit kann als Doppelzahnkupplung mit einer ersten mit Formschlusszähnen versehenen Kupplungsseite und mit einer zweiten mit Formschlusszähnen versehenen Kupplungsseite ausgebildet sein, wobei die zweite Kupplungsseite der ersten Kupplungsseite gegenüberliegend an der Doppelzahnkupplung angeordnet ist. Die Doppelzahnkupplung kann auf der Eingangswelle verschieblich aufgenommen sein, und die sich gegenüberliegende Anordnung der Kupplungsseiten entspricht dabei der Verschieberichtung der Doppelzahnkupplung auf der Eingangswelle, und die Doppelzahnkupplung ist geometrisch derart ausgebildet, dass sich nur eine der beiden Kupplungsseiten in Formschluss mit dem Kupplungspartner, also einerseits mit dem Losrad und andererseits mit dem ersten Kupplungsteil der reibschließend wirkenden Lastkupplung, in Eingriff stehen kann. The switching unit can be designed as a double-toothed clutch with a first coupling side provided with positive-locking teeth and with a second coupling-side provided with positive-locking teeth, wherein the second coupling side of the first coupling side is arranged opposite to the double-toothed coupling. The double-toothed coupling can be slidably received on the input shaft, and the opposite arrangement of the coupling sides corresponds to the displacement direction of the double-toothed clutch on the input shaft, and the double-toothed coupling is geometrically designed such that only one of the two coupling sides in Positive engagement with the coupling partner, so on the one hand with the idler gear and on the other hand with the first coupling part of the frictionally acting load coupling, can be engaged.
Zur Betätigung der Lastkupplung kann beispielsweise ein elektromotorisch und/oder ein hydraulisch oder pneumatisch lastschaltendes Betätigungsglied vorgesehen sein, das im ausgekuppelten Zustand der Lastkupplung energieaufnahmelos ist und somit keinen Energieverbraucher darstellt. Ein elektromotorisch lastschaltendes Betätigungsglied kann dabei aufgrund der elektrischen Energiezufuhr bevorzugt gehäusefest im oder am Schaltgetriebe angeordnet sein, und ist daher nicht drehbar. Die Betätigung der Lastkupplung zwischen zwei sich drehenden Wellen mittels eines gehäusefesten, elektrischen Betätigungsgliedes erfordert allerdings immer ein Ausrücklager zur Übertragung der Schaltkraft vom Aktuator auf das Schaltelement. Dabei entstehen in diesem Ausrücklager relativ hohe Verlustleistungen, was die mechanische Effizienz der Antriebseinheit deutlich mindert. Durch die erfindungsgemäße formschlüssige Übertragung des Drehmomentes durch das zweite Schaltelement ist jedoch die dauerhafte Betätigung der Lastkupplung nicht mehr notwendig, und die Kraftübertragung durch das Ausrücklager kann vermieden werden, sodass auch die damit verbundenen Verlustleistungen nicht mehr auftreten. Gemäß einer Alternative kann das Betätigungsglied auch hydraulisch auf die Lastkupplung wirken, und durch die nicht notwendige dauerhafte Betätigung der Lastkupplung entfällt auf gleiche Weise auch die energieaufwendige Bereithaltung eines hydraulischen Wirkfluids. For actuation of the load coupling, for example, an electric motor and / or a hydraulically or pneumatically load-switching actuator may be provided, which is energieaufnahmelos in the disengaged state of the load coupling and thus does not represent an energy consumer. An electric motor load-switching actuator can be preferably fixed to the housing in or on the gearbox due to the electrical power supply, and is therefore not rotatable. However, the actuation of the load coupling between two rotating shafts by means of a housing-fixed, electrical actuator always requires a release bearing for transmitting the switching force from the actuator to the switching element. This relatively high power losses occur in this release bearing, which significantly reduces the mechanical efficiency of the drive unit. Due to the novel positive transmission of the torque through the second switching element, however, the permanent operation of the load coupling is no longer necessary, and the power transmission through the release bearing can be avoided, so that the associated power losses no longer occur. According to an alternative, the actuator can also act hydraulically on the load coupling, and by the unnecessary permanent operation of the load coupling deleted in the same way, the energy-consuming provision of a hydraulic active fluid.
Um eine vereinfachte Getriebevariante zu schaffen, kann die Lastkupplung modular angebunden sein, sodass das Schaltgetriebe auch bei fehlender Lastkupplung betreibbar ist. Wird die Lastkupplung entnommen, kann die Synchronisation der Drehzahlen im Schaltgetriebe durch eine Drehzahlanpassung des Elektromotors erfolgen, wobei bei fehlender Lastkupplung das Zugkraftunterbrechungsfreie Schalten vom ersten Gang in den zweiten Gang nicht mehr möglich ist. Jedoch kann durch die Schalteinheit mit dem ersten Schaltelement und dem zweiten Schaltelement ein Wechsel zwischen dem ersten und dem zweiten Gang ermöglicht werden, und ein Schaltgetriebe ohne Lastkupplung kann beispielsweise für einfacher ausgeführte El ektrof ahrzeuge Anwendung finden. Die Lastkupplung kann derart modular ausgebildet sein, dass diese beispielsweise über lösbare Verbindungsmittel an die Eingangswelle und an die Hohlwelle angebracht werden kann, sodass die Lastkupplung bei einem Entfernen der Verbindungsmittel auf eben gleiche Weise gelöst werden kann. In order to create a simplified transmission variant, the load coupling can be connected modularly, so that the manual transmission is operable even in the absence of a load coupling. If the load clutch is removed, the synchronization of the speeds in the gearbox can be done by a speed adjustment of the electric motor, which is no longer possible in the absence of load coupling the Zugkraftunterbrechungsfreie switching from first gear to second gear. However, can be made possible by the switching unit with the first switching element and the second switching element, a change between the first and second gear, and a manual transmission without For example, the load coupling can be used for simpler electric vehicles. The load coupling can be designed in such a modular manner that it can be attached to the input shaft and to the hollow shaft, for example via detachable connection means, so that the load coupling can be released in the same way when removing the connection means.
Eine weitere Funktion des erfindungsgemäßen Schaltgetriebes kann durch die Realisierung einer Parksperre zum dauerhaften Festsetzen des Fahrzeuges im Stillstand erreicht werden. Diese Sicherheitsfunktion ist im erfindungsgemäßen Schaltgetriebe ohne Zusatzkomponenten umsetzbar, indem das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement geschlossen wird. Aufgrund der unterschiedlichen Getriebeübersetzungen zwischen dem ersten und dem zweiten Fahrgang blockiert sich das Getriebe selbst und kann damit ein Drehmoment an den Rädern abstützen. Da die Lastkupplung ein Drehmoment aufgrund des Reibschlusses stufenlos übertragen kann, ist darüber hinaus ein sehr komfortables, ruckarmes Blockieren der Antriebseinheit möglich. Je nach Ausgestaltung der Schaltaktuatoren kann diese Funktion auch rein mechanisch ohne die Einbringung von Hilfsenergie aufrechterhalten werden. Bei einer entsprechenden Auslegung der Antriebseinheit auf die im Parksperren-Betrieb ermöglichten Missbrauchslastfälle kann damit eine separate, mechanische Parksperre entfallen, die beispielsweise aus Automatik- und Doppelkupplungsgetrieben bekannt ist. Another function of the gearbox according to the invention can be achieved by the realization of a parking brake for permanent immobilization of the vehicle at a standstill. This safety function can be implemented in the inventive transmission without additional components by the first switching element and the second switching element is closed. Due to the different transmission ratios between the first and the second drive, the transmission blocks itself and can thus support a torque at the wheels. Since the load clutch can transmit a torque steplessly due to the frictional engagement, a very comfortable, low-jerk locking of the drive unit is also possible. Depending on the design of the shift actuators, this function can also be maintained purely mechanically without the introduction of auxiliary power. With a corresponding design of the drive unit on the allowable in the parking brake operation abuse load cases can thus account for a separate mechanical parking brake, which is known for example from automatic and dual-clutch transmissions.
Die Erfindung richtet sich ferner auf eine Antriebseinheit eines Elektrofahrzeugs mit einem Elektromotor und mit einer Abtriebswelle, wobei zwischen dem Elektromotor und der Abtriebswelle ein Schaltgetriebe angeordnet ist, wobei das Schaltgetriebe einen ersten Gang mit einem Übersetzungsverhältnis auf eine Fahrzeugachse zur langsamen Fahrt und einen zweiten Gang mit einem Übersetzungsverhältnis auf die Fahrzeugachse zur schnellen Fahrt aufweist, weiterhin aufweisend ein erstes Schaltelement zur formschlüssigen Ein- und Auskupplung des ersten Ganges und aufweisend eine reibschließend wirkende Lastkupplung zur Ein- und Auskupplung des zweiten Ganges. Erfindungsgemäß ist dabei ein zweites Schaltelement zur formschlüssigen Kopplung, d.h. also eine weitere Zuschaltung des zweiten Ganges vorgesehen, das einen parallel zur reibschließend wirkenden Lastkupplung verlaufenden Drehmomentpfad für den zweiten Gang ermöglicht. Die weiteren Merkmale und damit einhergehenden Vorteile, die im Zusammenhang mit dem Schaltgetriebe vorstehend dargelegt sind, finden für die erfindungsgemäße Antriebseinheit ebenfalls Berücksichtigung. The invention is further directed to a drive unit of an electric vehicle with an electric motor and with an output shaft, wherein between the electric motor and the output shaft, a transmission is arranged, wherein the transmission has a first gear with a gear ratio to a vehicle axle for slow travel and a second gear Having a transmission ratio to the vehicle axle for fast ride, further comprising a first switching element for positive engagement and disengagement of the first gear and having a frictionally acting load coupling for engagement and disengagement of the second gear. According to the invention, a second switching element for the positive coupling, ie, provided a further connection of the second gear, which has a parallel to friction-acting load coupling extending torque path for the second gear allows. The further features and associated advantages, which are set out above in connection with the manual transmission, are also taken into account for the drive unit according to the invention.
Die Erfindung richtet sich ferner auf ein Verfahren zum Betrieb eines Schaltgetriebes, das in einer Antriebseinheit eines Elektrofahrzeugs zwischen einem Elektromotor und einer Abtriebswelle angeordnet ist, mit einem ersten Gang mit einem Übersetzungsverhältnis auf eine Fahrzeugachse zur langsamen Fahrt und mit einem zweiten Gang mit einem Übersetzungsverhältnis auf die Fahrzeugachse zur schnellen Fahrt. Das Verfahren umfasst dabei erfindungsgemäß die Schritte des Einkuppeins des ersten Ganges durch ein formschlüssig wirkendes erstes Schaltelement, der Erhöhung der Drehzahl des Elektromotors, des teilweisen Einkuppeins eines zweiten Ganges mit einer reibschließend wirkenden Lastkupplung, des Auskuppeins des ersten Schaltelementes, des vollständigen Einkuppeins der Lastkupplung, des zusätzlichen Einkuppeins des zweiten Ganges über ein zweites Schaltelement und schließlich den Schritt des Auskuppeins der Lastkupplung. The invention is further directed to a method of operating a manual transmission disposed in a drive unit of an electric vehicle between an electric motor and an output shaft having a first gear having a gear ratio to a vehicle axle for slow travel and a second gear having a gear ratio the vehicle axle for fast driving. The method according to the invention comprises the steps of Einkuppeins the first gear by a form-fitting acting first switching element, increasing the speed of the electric motor, the partial Einkuppeins a second gear with a reibschließ acting load coupling, Auskuppeins the first switching element, the complete Einkuppeins the load coupling, the additional Einkuppeins the second gear via a second switching element and finally the step of Auskuppeins the load coupling.
Insbesondere bei Elektrofahrzeugen mit einem Elektromotor kann dieser im Stillstand das Einkuppeln des ersten Ganges ermöglichen, wenn das Elektrofahrzeug steht und der Elektromotor nicht dreht. Ist der erste Gang durch ein formschlüssiges Einkuppeln des ersten Schaltelementes eingelegt, kann die Drehzahl des Elektromotors zum Losfahren des Elektrofahrzeugs erhöht werden. Erreicht die Drehzahl eine Grenzdrehzahl, und bedingt eine optimale Drehzahl des Elektromotors das Schalten in den zweiten Gang, kann die Lastkupplung zunächst teilweise einkuppeln, sodass ein Teil des Drehmoments über den Drehmomentfluss des ersten Ganges und ein weiterer Teil des Drehmoments über die Lastkupplung und damit über den Drehmomentfluss im zweiten Gang stattfindet. Kuppelt schließlich das erste Schaltelement aus, so kann die Lastkupplung vollständig Reibschließen, sodass das volle Drehmoment auch ohne Schlupf in der Lastkupplung übertragen werden kann. Schließlich kann das zweite Schaltelement zusätzlich einkuppeln, sodass, ohne Drehmomentunterbrechung, die Lastkupplung gelöst werden kann, und somit stromlos ist. Dadurch, dass die Lastkupplung ausgekuppelt wird, bildet diese keinen dauerhaften Energieverbraucher, und die Antriebseinheit überträgt das Drehmoment zwischen dem Elektromotor und der Fahrzeugachse über einen reinen Formschluss. In particular, in electric vehicles with an electric motor, this can enable the engagement of the first gear at a standstill when the electric vehicle is stationary and the electric motor is not rotating. If the first gear engaged by a positive engagement of the first switching element, the speed of the electric motor for starting the electric vehicle can be increased. When the speed reaches a limiting speed, and an optimum speed of the electric motor causes the shift to second gear, the load clutch can initially partially engage, so that a part of the torque via the torque flow of the first gear and another part of the torque via the load clutch and thus over the torque flow takes place in second gear. Finally, when the first shift element is disengaged, the load clutch can become completely frictional so that full torque can be transmitted even without slip in the load clutch. Finally, the second switching element can additionally engage, so that, without torque interruption, the load coupling can be solved, and thus is de-energized. Because of that Load clutch is disengaged, this forms no permanent energy consumer, and the drive unit transmits the torque between the electric motor and the vehicle axle via a pure positive connection.
BEVORZUGTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt: Further, measures improving the invention will be described in more detail below together with the description of a preferred embodiment of the invention with reference to FIGS. It shows:
Figur 1 eine schematische Ansicht einer Antriebseinheit mit einem erfindungsgemäßen Schaltgetriebe, wobei ein erster Gang I des Schaltgetriebes eingelegt ist und Figure 1 is a schematic view of a drive unit with a transmission according to the invention, wherein a first gear I of the gearbox is engaged and
Figur 2 eine weitere schematische Ansicht der Antriebseinheit mit dem erfindungsgemäßen Schaltgetriebe, wobei ein zweiter Gang II des Schaltgetriebes eingelegt ist. Figure 2 is another schematic view of the drive unit with the transmission according to the invention, wherein a second gear II of the gearbox is engaged.
Die Figuren 1 und 2 zeigen eine Antriebseinheit 100 mit einem Schaltgetriebe 1 , das sich zwischen einem Elektromotor 30 und einer Fahrzeugachse 10 der Antriebseinheit 100 befindet. Der Elektromotor 30 ist dabei mit einer Eingangswelle 14 des Schaltgetriebes 1 verbunden, und die Fahrzeugachse 10 weist eine Abtriebswelle 16 auf, an die beispielsweise angetriebene Räder eines Elektrofahrzeugs angeordnet werden können. Figures 1 and 2 show a drive unit 100 with a manual transmission 1, which is located between an electric motor 30 and a vehicle axle 10 of the drive unit 100. The electric motor 30 is connected to an input shaft 14 of the gearbox 1, and the vehicle axle 10 has an output shaft 16 to which, for example, driven wheels of an electric vehicle can be arranged.
Das Schaltgetriebe 1 weist einen ersten Gang I auf (Fig. 1 ), der ein Übersetzungsverhältnis auf die Fahrzeugachse 10 zur langsamen Fahrt ermöglicht, und das Schaltgetriebe 1 weist einen zweiten Gang II auf (Fig. 2), das ein Übersetzungsverhältnis auf die Fahrzeugachse 10 zur schnellen Fahrt ermöglicht. Weiterhin umfasst das Schaltgetriebe 1 ein erstes Schaltelement 1 1 zur formschlüssigen Ein- und Auskupplung des ersten Ganges I und das Schaltgetriebe 1 umfasst eine reibschließend wirkende Lastkupplung 12 zur Ein- und Auskupplung des zweiten Ganges II. Weiterhin umfasst das Schaltgetriebe 1 ein zweites Schaltelement 13 zur formschlüssigen Kopplung und damit zur Ein- und Auskupplung des zweiten Ganges II, das einen parallel zur reibschließend wirkenden Lastkupplung 12 verlaufenden Drehmomentpfad für den zweiten Gang II ermöglicht. Dadurch kann, nach Einkupplung des zweiten Ganges II durch die Lastkupplung 12, das zweite Schaltelement 13 die Eingangswelle 14 formschließend mit der gezeigten Hohlwelle 17 verbinden, sodass die Lastkupplung 12 entlastet werden kann, ohne dass die Kupplungsteile 12a und 12b reibschließend miteinander in Wirkverbindung bleiben müssen. Der Drehmomentpfad für den zweiten Gang II verläuft folglich über das zweite Schaltelement 13, sodass nachfolgend der Betrieb des Schaltgetriebes 1 im ersten Gang I und im zweiten Gang II anhand der Figur 1 (erster Gang I) und der Figur 2 (zweiter Gang II) im Folgenden näher beschrieben wird. The manual transmission 1 has a first gear I (FIG. 1), which allows a gear ratio to the vehicle axle 10 for slow driving, and the transmission 1 has a second gear II (FIG. 2), which has a gear ratio to the vehicle axle 10th allows for fast driving. Furthermore, the transmission 1 comprises a first switching element 1 1 for the positive engagement and disengagement of the first gear I and the transmission 1 includes a frictionally acting load coupling 12 for engagement and disengagement of the second gear II. Furthermore, the manual transmission 1 comprises a second switching element 13 for the positive coupling and thus for engagement and disengagement of the second gear II, which allows a parallel to friction acting acting load coupling 12 torque path for the second gear II. As a result, after engagement of the second gear II by the load coupling 12, the second switching element 13 form-locking the input shaft 14 with the shown hollow shaft 17, so that the load coupling 12 can be relieved without the coupling parts 12a and 12b must remain frictionally engaged with each other , The torque path for the second gear II thus runs over the second switching element 13, so that below the operation of the gearbox 1 in the first gear I and second gear II with reference to Figure 1 (first gear I) and Figure 2 (second gear II) in Described in more detail below.
Figur 1 zeigt das Schaltgetriebe 1 mit einem Drehmomentfluss durch den ersten Gang I, dargestellt durch eine gestrichelte Linie, in dem das erste Schaltelement 1 1 ein Losrad 19 mit der Eingangswelle 14 formschließend verbindet. Das Losrad 19 wirkt mit einem Zahnrad 24 zusammen, welches auf einer Zwischenwelle 15 aufgenommen ist. Dadurch wird die Zwischenwelle 15 angetrieben, und ein weiteres Zahnrad 25 befindet sich ebenfalls auf der Zwischenwelle 15, das mit einem Zahnrad 26 zusammenwirkt, das auf der Abtriebswelle 16 der Fahrzeugachse 10 aufgenommen ist. Beispielhaft ist dabei die Fahrzeugachse 10 zudem mit einem Differenzial 27 gezeigt. Figure 1 shows the transmission 1 with a torque flow through the first gear I, represented by a dashed line, in which the first switching element 1 1 connects a loose wheel 19 with the input shaft 14 form-fitting. The idler gear 19 cooperates with a gear 24, which is received on an intermediate shaft 15. Thereby, the intermediate shaft 15 is driven, and another gear 25 is also located on the intermediate shaft 15, which cooperates with a gear 26 which is received on the output shaft 16 of the vehicle axle 10. By way of example, the vehicle axle 10 is also shown with a differential 27.
Im eingelegten ersten Gang I ist die Lastkupplung 12 ungeschaltet, und die ersten und zweiten Kupplungsteile 12a und 12b stehen nicht in Reibschluss miteinander, und die Schaltung der Lastkupplung 12 erfolgt beispielhaft gezeigt durch ein Betätigungsglied 18. When engaged first gear I, the load clutch 12 is unswitched, and the first and second clutch parts 12a and 12b are not in frictional engagement with each other, and the circuit of the load clutch 12 is exemplified by an actuator 18th
Das erste Schaltelement 11 ist beispielhaft als Bestandteil einer Schalteinheit 20 gezeigt, die beispielsweise durch eine Doppelzahnkupplung 20 gebildet sein kann. Dabei ist die Doppelzahnkupplung 20 ferner mit einem zweiten Schaltelement 13 ausgestaltet, das jedoch nicht in Eingriff mit der Hohlwelle 17 steht. Die Hohlwelle 17 ist dabei mit dem ersten Kupplungsteil 12a verbunden und das zweite Kupplungsteil 12b ist mit der Eingangswelle 14 verbunden. Wird das Schaltgetriebe 1 im gezeigten ersten Gang I betrieben, so findet eine Drehzahldifferenz zwischen dem ersten Kupplungsteil 12a und dem zweiten Kupplungsteil 12b statt. Durch die Rotation der Zwischenwelle 15 bewirkt der dauerhafte Eingriff des Zahnrades 23 auf der Zwischenwelle 15 auch eine Rotation des Zahnrades 22, das verdrehfest mit der Hohlwelle 17 und folglich verdrehfest mit dem ersten Kupplungsteil 12a ausgestaltet ist. The first switching element 11 is shown by way of example as part of a switching unit 20, which may be formed by a double-toothed clutch 20, for example. In this case, the double-toothed clutch 20 is further configured with a second switching element 13 which, however, is not in engagement with the hollow shaft 17. The hollow shaft 17 is connected to the first coupling part 12a and the second Coupling part 12b is connected to the input shaft 14. If the manual transmission 1 is operated in the illustrated first gear I, a rotational speed difference takes place between the first clutch part 12a and the second clutch part 12b. By the rotation of the intermediate shaft 15 causes the permanent engagement of the gear 23 on the intermediate shaft 15 and a rotation of the gear 22 which is rotationally fixed to the hollow shaft 17 and thus rotationally configured with the first coupling part 12a.
Der Drehmomentpfad des ersten Ganges I ist durch eine gestrichelte Linie dargestellt, und es ist angedeutet, dass sich die Schalteinheit 20 über das erste Schaltelement 1 1 in Formschluss mit dem Losrad 19 befindet. The torque path of the first gear I is shown by a dashed line, and it is indicated that the switching unit 20 via the first switching element 1 1 is in positive engagement with the idler gear 19.
Erreicht das Elektrofahrzeug eine Grenzdrehzahl für den ersten Gang I, so muss die Drehzahl des Elektromotors 30 für einen optimalen Betriebspunkt im schnelleren Fahrbetrieb des Elektrofahrzeugs reduziert werden, sodass in den zweiten Gang geschaltet werden muss, der in Zusammenhang mit Figur 2 beschrieben ist. If the electric vehicle reaches a limiting speed for the first gear I, the speed of the electric motor 30 must be reduced for an optimum operating point in the faster driving operation of the electric vehicle, so that must be switched to the second gear, which is described in connection with Figure 2.
Figur 2 zeigt das Schaltgetriebe 1 als Bestandteil der Antriebseinheit 100 zwischen dem Elektromotor 30 und der Fahrzeugachse 10, wobei der zweite Gang II eingeschaltet ist, dargestellt durch eine gestrichelte Linie. Dabei befindet sich die Schalteinheit 20 mit dem zweiten Schaltelement 13 in Formschluss mit dem rotierenden Bauteil umfassend das Zahnrad 22, die Hohlwelle 17 und das erste Kupplungsteil 12a. Dabei kann die Lastkupplung 12 deaktiviert sein, sodass - wenigstens das Betätigungsglied 18 - keinen Energieverbraucher darstellt. Der Drehmomentpfad läuft dabei über die Eingangswelle 14, über den Formschluss des zweiten Schaltelementes 13 zwischen der Schalteinheit 20 und dem Zahnrad 22, das mit dem Zahnrad 23 auf der Zwischenwelle 15 in Wirkverbindung steht. Schließlich wird die Drehbewegung der Zwischenwelle 15 mit dem Zahneingriff des Zahnrades 25 mit dem Zahnrad 26 auf die Abtriebswelle 16 über das Differenzial 27 der Fahrzeugachse 10 übertragen. Figure 2 shows the transmission 1 as part of the drive unit 100 between the electric motor 30 and the vehicle axle 10, wherein the second gear II is turned on, represented by a dashed line. In this case, the switching unit 20 is connected to the second switching element 13 in positive engagement with the rotating component comprising the gear 22, the hollow shaft 17 and the first coupling part 12a. In this case, the load coupling 12 may be deactivated so that - at least the actuator 18 - does not represent an energy consumer. The torque path runs via the input shaft 14, via the positive connection of the second switching element 13 between the switching unit 20 and the gear 22, which is in operative connection with the gear 23 on the intermediate shaft 15. Finally, the rotational movement of the intermediate shaft 15 is transmitted to the toothed engagement of the gear 25 with the gear 26 to the output shaft 16 via the differential 27 of the vehicle axle 10.
Das erfindungsgemäße Schaltgetriebe 1 weist folglich eine Lastkupplung 12 auf, die lediglich für einen Gangwechsel zwischen dem ersten Gang I und dem zweiten Gang II notwendig ist, und der Gangwechsel vom ersten Gang I in den zweiten Gang II wird nachfolgend näher beschrieben. The inventive transmission 1 therefore has a load clutch 12, which is only for a gear change between the first gear I and the second Gear II is necessary, and the gear change from first gear I to second gear II will be described in more detail below.
In Zusammenschau der Figuren 1 und 2 können folglich zwei Betriebsmodi beschrieben werden, und wird vom ersten Gang I gemäß Figur 1 in den zweiten Gang II gemäß Figur 2 geschaltet, so kann, im Schaltzustand des Schaltgetriebes 1 gemäß Figur 1 die Lastkupplung 12 durch das Betätigungsglied 18 aktiviert werden, wobei die Lastkupplung 12 nur soweit geschlossen wird, bis das gesamte Drehmoment des Elektromotors 30 auf die Hauptstufe des zweiten Ganges II übertragen wird. In diesem Zustand ist das Losrad 19 des ersten Ganges I nahezu drehmomentfrei und kann über ein schematisch dargestelltes Schaltglied 21 durch ein axiales Verschieben der Schalteinheit 20 gelöst werden, sodass das zweite Schaltelement 13 außer Eingriff mit dem Losrad 19 gelangt. Das Losrad 19 ist folglich vom Elektromotor 30 entkoppelt. In combination of Figures 1 and 2, therefore, two modes of operation can be described, and is switched from the first gear I of Figure 1 in the second gear II of Figure 2, then, in the switching state of the gearbox 1 according to Figure 1, the load coupling 12 by the actuator 18 are activated, wherein the load clutch 12 is only closed so far until the entire torque of the electric motor 30 is transmitted to the main stage of the second gear II. In this state, the idler gear 19 of the first gear I is almost free of torque and can be solved by a schematically illustrated switching element 21 by an axial displacement of the switching unit 20 so that the second switching element 13 is disengaged from the idler gear 19. The idler gear 19 is thus decoupled from the electric motor 30.
Das resultierende Drehmoment an der Abtriebswelle 16 ändert sich dabei nicht. Ebenso bleiben die Drehzahlen der Eingangswellen 14 und der Zwischenwelle 15 nach wie vor unverändert, da die Lastkupplung 12 das Drehmoment des Elektromotors 30 trotz rutschender Kupplungsteile 12a und 12b an die Zwischenwelle 15 überträgt. Nachdem diese Drehmomentübergabe abgeschlossen ist und die Eingangswelle 14 mit dem Elektromotor 30 nur noch über eine Reibkupplung mit der Abtriebswelle 16 des Fahrzeugs verbunden ist, wird nun der Drehzahlausgleich durchgeführt. Dabei wird das Drehmoment im Elektromotor 30 bei gleichbleibendem Kupplungsdrehmoment der Lastkupplung 12 reduziert. Die Drehzahl der Eingangswelle 14 wird geringer und gleicht sich immer weiter der Synchrondrehzahl des zweiten Ganges II an, sodass die Kupplungsteile 12a und 12b schließlich die gleiche Drehzahl aufweisen. The resulting torque on the output shaft 16 does not change. Likewise, the rotational speeds of the input shafts 14 and the intermediate shaft 15 remain unchanged since the load coupling 12 transmits the torque of the electric motor 30 to the intermediate shaft 15 despite slipping coupling parts 12a and 12b. After this torque transfer is completed and the input shaft 14 is connected to the electric motor 30 only via a friction clutch with the output shaft 16 of the vehicle, the speed compensation is now performed. In this case, the torque is reduced in the electric motor 30 at a constant clutch torque of the load coupling 12. The speed of the input shaft 14 is lower and more and more equal to the synchronous speed of the second gear II, so that the coupling parts 12a and 12b finally have the same speed.
Das Drehmoment an der Abtriebswelle 16 bleibt dabei weiterhin unverändert, da die immer noch rutschende Lastkupplung 12 ein durch das Betätigungsglied 18 eingeprägtes Drehmoment überträgt. Sobald die Eingangswelle 14 die Synchrondrehzahl mit der Hohlwelle 17 erreicht hat, wird das zweite Schaltelement 13 geschlossen und der zweite Gang II ist eingelegt. Die Lastkupplung 12 kann nun geöffnet werden, wodurch auch ein nicht gezeigtes Ausrücklager, beispielsweise zwischen dem Betätigungsglied 18 und dem zweiten Kupplungsteil 12b, entlastet wird. The torque on the output shaft 16 remains unchanged since the still slipping load coupling 12 transmits a torque impressed by the actuator 18. Once the input shaft 14 has reached the synchronous speed with the hollow shaft 17, the second switching element 13 is closed and the second gear II is engaged. The load coupling 12 can now be opened, whereby also a release bearing, not shown, for example, between the actuator 18 and the second coupling part 12b, is relieved.
Für eine Rückschaltung vom zweiten Gang II zum ersten Gang I im Zugbetrieb des Elektrofahrzeugs laufen die vorstehend beschriebenen Vorgänge in umgekehrter Reihenfolge ab. Dafür muss zunächst der Drehmomentfluss vom formschlüssigen zweiten Schaltelement 13 auf die Lastkupplung 12 geleitet werden. Die Lastkupplung 12 wird daraufhin zunächst geschlossen, während das zweite Schaltelement 13 unter Belastung geöffnet wird. Je nach Fahrsituation wird dabei die Schaltkraft über das Betätigungsglied 18 mit der Lastkupplung 12 angepasst. For a downshift from second gear II to first gear I in the train operation of the electric vehicle, the processes described above take place in the reverse order. For this purpose, the torque flow must first be conducted from the positive-locking second switching element 13 to the load coupling 12. The load coupling 12 is then initially closed, while the second switching element 13 is opened under load. Depending on the driving situation while the switching force is adjusted via the actuator 18 to the load clutch 12.
Kinematisch erfolgt lediglich der Abbau von elastischen Verformungen in der Schaltverzahnung, da die Lastkupplung 12 und das zweite Schaltelement 13 exakt dieselben Wellen 14 und 15 miteinander verbinden. Nachdem der Drehmomentfluss über die Lastkupplung 12 realisiert wird, erfolgt der Drehzahlausgleich. Bei dieser Rückschaltung muss die Drehzahl des Elektromotors 30 erhöht werden, was dadurch erreicht wird, dass das Drehmoment des Elektromotors 30 über den Wert des eingestellten Kupplungsmomentes angehoben wird. Die Lastkupplung 12 beginnt zu rutschen und die Eingangswelle 14 wird beschleunigt. Sobald die Eingangswelle 14 die Synchrondrehzahl mit der Hohlwelle 17 erreicht hat, wird wiederum das erste Schaltelement 1 1 geschlossen und das Drehmoment fließt vollständig über diesen Pfad, wie in Figur 1 dargestellt. Die beschriebenen Vorgänge variieren je nach Fahrsituation und Betriebsgrenzen bezüglich des maximalen Drehmomentes des Elektromotors 30 und bezüglich der erreichbaren Gesamtschaltzeit und überschneiden sich teilweise in der zeitlichen Abfolge. Kinematically, only the degradation of elastic deformations in the shift teeth, since the load coupling 12 and the second switching element 13 exactly the same waves 14 and 15 connect with each other. After the torque flow is realized via the load coupling 12, the speed compensation takes place. In this downshift, the speed of the electric motor 30 must be increased, which is achieved in that the torque of the electric motor 30 is raised above the value of the set clutch torque. The load clutch 12 begins to slip and the input shaft 14 is accelerated. Once the input shaft 14 has reached the synchronous speed with the hollow shaft 17, in turn, the first switching element 1 1 is closed and the torque flows completely through this path, as shown in Figure 1. The operations described vary depending on the driving situation and operating limits with respect to the maximum torque of the electric motor 30 and with respect to the total achievable switching time and overlap partially in the temporal sequence.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein. Bezu g sze i che n l iste The invention is not limited in its execution to the above-mentioned preferred embodiment. Rather, a number of variants is conceivable, which makes use of the illustrated solution even with fundamentally different types of use. All of the claims, the description or the drawings resulting features and / or advantages, including constructive details may be essential to the invention both in itself and in a variety of combinations. Attributes
100 Antriebseinheit 100 drive unit
I Schaltgetriebe I manual transmission
10 Fahrzeugachse 10 vehicle axle
I I erstes Schaltelement  I I first switching element
12 Lastkupplung  12 load coupling
12a erster Kupplungsteil  12a first coupling part
12b zweiter Kupplungsteil  12b second coupling part
13 zweites Schaltelement  13 second switching element
14 Eingangswelle  14 input shaft
15 Zwischenwelle  15 intermediate shaft
16 Abtriebswelle  16 output shaft
17 Hohlwelle  17 hollow shaft
18 Betätigungsglied  18 actuator
19 Losrad  19 idler gear
20 Schalteinheit, Doppelzahnkupplung 20 switching unit, double toothed coupling
21 Schaltglied 21 switching element
22 Zahnrad  22 gear
23 Zahnrad  23 gear
24 Zahnrad  24 gear
25 Zahnrad  25 gear
26 Zahnrad  26 gear
27 Differenzial  27 differential
30 Elektromotor 30 electric motor
I erster Gang I first gear
11 zweiter Gang  11 second gear

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e  P a n t a n s p r e c h e
Schaltgetriebe (1 ) für eine Antriebseinheit (100) eines Elektrofahrzeugs, aufweisend einen ersten Gang (I) mit einem Übersetzungsverhältnis auf eine Fahrzeugachse (10) zur langsamen Fahrt und einen zweiten Gang (II) mit einem Übersetzungsverhältnis auf die Fahrzeugachse (10) zur schnellen Fahrt, weiterhin aufweisend ein erstes Schaltelement (1 1 ) zur formschlüssigen Ein- und Auskupplung des ersten Ganges (I) und aufweisend eine reibschließend wirkende Lastkupplung (12) zur Ein- und Auskupplung des zweiten Ganges (II), Gearbox (1) for a drive unit (100) of an electric vehicle, comprising a first gear (I) with a gear ratio to a vehicle axle (10) for slow travel and a second gear (II) with a gear ratio to the vehicle axle (10) for fast Driving, further comprising a first switching element (1 1) for the positive engagement and disengagement of the first gear (I) and comprising a frictionally acting load coupling (12) for engagement and disengagement of the second gear (II),
dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Schaltelement (13) zur formschlüssigen Kopplung des zweiten Ganges (II) vorgesehen ist, das einen parallel zur reibschließend wirkenden Lastkupplung (12) verlaufenden Drehmomentpfad für den zweiten Gang (II) bildet. characterized in that a second switching element (13) is provided for the positive coupling of the second gear (II), which forms a parallel to frictionally acting load coupling (12) extending torque path for the second gear (II).
Schaltgetriebe (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Eingangswelle (14) vorgesehen ist, die mit einem Elektromotor (30) verbindbar ist, und dass eine Zwischenwelle (15) vorgesehen ist, die mit einer Abtriebswelle (16) zusammenwirkt, wobei das zweite Schaltelement (13) auf der Eingangswelle (14) aufgenommen ist. Gearbox (1) according to claim 1, characterized in that an input shaft (14) is provided, which is connectable to an electric motor (30), and that an intermediate shaft (15) is provided, which cooperates with an output shaft (16) the second switching element (13) is received on the input shaft (14).
Schaltgetriebe (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lastkupplung (12) einen ersten Kupplungsteil (12a) aufweist, der mit einer Hohlwelle (17) verbunden ist, und dass die Lastkupplung (12) einen zweiten Kupplungsteil (12b) aufweist, der mit der Eingangswelle (14) verbunden ist, wobei das zweite Schaltelement (13) mit dem ersten Kupplungsteil (12a) zusammenwirkt. Gearbox (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the load coupling (12) has a first coupling part (12a) which is connected to a hollow shaft (17), and that the load coupling (12) has a second coupling part (12b) which is connected to the input shaft (14), wherein the second switching element (13) cooperates with the first coupling part (12a).
Schaltgetriebe (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (11 ) und das zweite Schaltelement (13) als jeweils einzeln zwischen zwei Schaltstellungen bewegliche Schaltelemente (1 1 , 13) ausgebildet sind. Gearbox (1) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the first switching element (11) and the second switching element (13) as in each case individually between two switching positions movable switching elements (1 1, 13) are formed.
5. Schaltgetriebe (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (1 1 ) und das zweite Schaltelement (13) als eine gemeinsam bewegliche Schalteinheit (20) ausgebildet sind. 5. gearbox (1) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the first switching element (1 1) and the second switching element (13) as a jointly movable switching unit (20) are formed.
6. Schaltgetriebe (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (20) als Doppelzahnkupplung (20) mit einer ersten mit Formschlusszähnen versehenen Kupplungsseite und mit einer zweiten mit Formschlusszähnen versehenen Kupplungsseite ausgebildet ist, wobei die zweite Kupplungsseite der ersten Kupplungsseite gegenüberliegend an der Doppelzahnkupplung (20) angeordnet ist. 6. gearbox (1) according to claim 5, characterized in that the switching unit (20) is formed as a double-toothed clutch (20) with a first provided with form-fitting teeth clutch side and with a second provided with positive locking clutch side, wherein the second clutch side of the first clutch side opposite is arranged on the double toothed coupling (20).
7. Schaltgetriebe (1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lastkupplung (12) ein elektromotorisch und/oder ein hydraulisch oder pneumatisch lastschaltendes Betätigungsglied (18) aufweist, das im ausgekuppelten Zustand der Lastkupplung (12) energieaufnahmelos ist. 7. gearbox (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the load coupling (12) has an electric motor and / or a hydraulically or pneumatically load-switching actuator (18) which is energieaufnahmelos in the disengaged state of the load coupling (12).
8. Schaltgetriebe (1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lastkupplung (12) modular angebunden ist, sodass das Schaltgetriebe (1 ) auch bei fehlender Lastkupplung (12) betreibbar ist. 8. gearbox (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the load coupling (12) is connected modularly, so that the gearbox (1) is operable even in the absence of load coupling (12).
9. Antriebseinheit (100) eines Elektrofahrzeugs mit einem Elektromotor (30) und mit einer Abtriebswelle (16), wobei zwischen dem Elektromotor (30) und der Abtriebswelle (16) ein Schaltgetriebe (1 ) angeordnet ist, wobei das Schaltgetriebe (1 ) einen ersten Gang (I) mit einem Übersetzungsverhältnis auf eine Fahrzeugachse (10) zur langsamen Fahrt und einen zweiten Gang (II) mit einem Übersetzungsverhältnis auf die Fahrzeugachse (10) zur schnellen Fahrt aufweist, weiterhin aufweisend ein erstes Schaltelement (11 ) zur formschlüssigen Ein- und Auskupplung des ersten Ganges (I) und aufweisend eine reibschließend wirkende Lastkupplung (12) zur Ein- und Auskupplung des zweiten Ganges (II), 9. drive unit (100) of an electric vehicle with an electric motor (30) and with an output shaft (16), wherein between the electric motor (30) and the output shaft (16) a transmission (1) is arranged, wherein the transmission (1) a first gear (I) with a gear ratio to a vehicle axle (10) for slow driving and a second gear (II) with a gear ratio to the vehicle axle (10) for fast driving, further comprising a first switching element (11) for positive engagement and disengagement of the first gear (I) and comprising a frictionally engaging load coupling (12) for engaging and disengaging the second gear (II),
dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Schaltelement (13) zur formschlüssigen Kopplung des zweiten Ganges (II) vorgesehen ist, das einen parallel zur reibschließend wirkenden Lastkupplung (12) verlaufenden Drehmomentpfad für den zweiten Gang (II) bildet. Verfahren zum Betrieb eines Schaltgetriebes (1 ) zur Hochschaltung von einem (I) ersten in einen zweiten Gang (II), wobei das Schaltgetriebe (1 ) in einer Antriebseinheit (100) eines Elektrofahrzeugs zwischen einem Elektromotor (30) und einer Abtriebswelle (16) angeordnet ist, mit einem ersten Gang (I) mit einem Übersetzungsverhältnis auf eine Fahrzeugachse (10) zur langsamen Fahrt und mit einem zweiten Gang (II) mit einem Übersetzungsverhältnis auf die Fahrzeugachse (10) zur schnellen Fahrt, wobei das Verfahren wenigstens die folgenden Schritte aufweist: characterized in that a second switching element (13) is provided for the positive coupling of the second gear (II), which forms a parallel to frictionally acting load coupling (12) extending torque path for the second gear (II). Method for operating a gearbox (1) for upshifting from one (I) first to a second gear (II), wherein the gearbox (1) in a drive unit (100) of an electric vehicle between an electric motor (30) and an output shaft (16) with a first gear (I) having a gear ratio to a vehicle axle (10) for slow driving and a second gear (II) having a gear ratio to the vehicle axle (10) for fast driving, the method comprising at least the following steps having:
Einkuppeln des ersten Ganges (I) durch ein formschlüssig wirkendes erstes Schaltelement (11 ),  Engaging the first gear (I) by a form-fitting first switching element (11),
teilweises Einkuppeln eines zweiten Ganges (II) mit einer reibschließend wirkenden Lastkupplung (12),  partially engaging a second gear (II) with a friction clutch (12),
Auskuppeln des ersten Schaltelementes (1 1 ),  Disengaging the first switching element (1 1),
vollständiges Einkuppeln der Lastkupplung (12),  complete engagement of the load coupling (12),
zusätzliches Einkuppeln des zweiten Ganges (II) über ein zweites Schaltelement (13) und  additional engagement of the second gear (II) via a second switching element (13) and
Auskuppeln der Lastkupplung (12).  Disengaging the load coupling (12).
PCT/EP2014/001961 2013-08-01 2014-07-18 Shift gearbox for a drive unit of an electric vehicle, and method for operating the shift gearbox WO2015014453A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013108300.5 2013-08-01
DE102013108300.5A DE102013108300A1 (en) 2013-08-01 2013-08-01 Gearbox for a drive unit of an electric vehicle and method for operating the gearbox

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015014453A1 true WO2015014453A1 (en) 2015-02-05

Family

ID=51212804

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2014/001961 WO2015014453A1 (en) 2013-08-01 2014-07-18 Shift gearbox for a drive unit of an electric vehicle, and method for operating the shift gearbox

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102013108300A1 (en)
WO (1) WO2015014453A1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109869448A (en) * 2019-03-21 2019-06-11 吉林博承传动***科技有限公司 The electronic automobile-used two-gear automatic speed changing case of one kind and its shift control method
CN112984106A (en) * 2020-04-02 2021-06-18 天津叠挡传动技术有限公司 Clutch device with overlapped gears, speed changing device, power generation device and electric automobile
CN113442713A (en) * 2020-03-25 2021-09-28 郑州宇通客车股份有限公司 Two-gear shifting mechanism, two-gear power system and shifting control method thereof
EP4230895A1 (en) * 2022-02-16 2023-08-23 Volvo Car Corporation 2-speed transmission with a dog clutch shift mechanism
CN117325637A (en) * 2023-11-28 2024-01-02 江苏速豹动力科技有限公司 Electric drive bridge and electric truck
FR3141891A1 (en) * 2022-11-10 2024-05-17 Punch Powerglide Strasbourg Axle for electric vehicle with two speed ratios and vehicle comprising such an axle
FR3141890A1 (en) * 2022-11-10 2024-05-17 Punch Powerglide Strasbourg Transmission device for electric vehicle with two speed ratios

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012015863A1 (en) * 2012-08-06 2014-05-15 Getrag Getriebe- Und Zahnradfabrik Hermann Hagenmeyer Gmbh & Cie Kg Multi-step transmission for a motor vehicle
DE102014226386A1 (en) * 2014-12-18 2016-07-07 Zf Friedrichshafen Ag Final drive for the drive train of a rail vehicle and drive train
DE102015205905A1 (en) * 2015-04-01 2016-10-06 Zf Friedrichshafen Ag Transmission and drive train
DE102017121860A1 (en) * 2017-09-21 2019-03-21 Renk Aktiengesellschaft Dredge pump gearbox, suction dredger and method of operating a suction dredger
JP2019173768A (en) 2018-03-26 2019-10-10 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 Power transmission system
DE102018007746B4 (en) 2018-10-02 2022-01-27 Daimler Ag Method of operating a dual clutch transmission to release respective tooth-on-tooth positions
DE102019123982A1 (en) * 2019-09-06 2021-03-11 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Electric vehicle with a 2-speed gearbox
DE102020202788B3 (en) * 2020-03-04 2021-04-01 Magna Pt B.V. & Co. Kg Drive train for a vehicle and a method for operating a drive train with a two-speed transmission
DE102020203566B3 (en) * 2020-03-19 2021-06-10 Magna Pt B.V. & Co. Kg Powershiftable drive train for a hybrid or electric vehicle as well as a method for carrying out a powershift
EP4008932B1 (en) * 2020-12-04 2023-11-15 Ningbo Geely Automobile Research & Development Co. Ltd. A transmission
DE102021103263A1 (en) 2021-02-11 2022-08-11 Ford Global Technologies, Llc Drive train for an electric vehicle
DE102021205803A1 (en) 2021-06-09 2022-12-15 Zf Friedrichshafen Ag Transmission and method for operating the transmission for a motor vehicle with an electric drive train

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2060828A1 (en) * 2007-11-15 2009-05-20 Peugeot Citroën Automobiles S.A. Gearbox with torque outlet and associated shifting method
EP2098742A1 (en) * 2008-03-03 2009-09-09 Peugeot Citroën Automobiles S.A. Gearbox with torque outlet by a higher gear comprising at least two secondary shafts and associated upward and downward shifting methods
WO2014139744A1 (en) * 2013-03-12 2014-09-18 Zf Friedrichshafen Ag Powertrain for a vehicle and method for carrying out load changes

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4305055A1 (en) * 1993-02-18 1994-08-25 Steyr Daimler Puch Ag Axle drive unit for an electric motor car
DE10304050B4 (en) * 2003-02-01 2019-11-21 Zf Friedrichshafen Ag Method and device for controlling a switching element of a stepped automatic transmission
DE102011104279A1 (en) * 2011-06-10 2012-12-13 Getrag Getriebe- Und Zahnradfabrik Hermann Hagenmeyer Gmbh & Cie Kg Automotive powertrain
JP2013024391A (en) 2011-07-25 2013-02-04 Aichi Machine Industry Co Ltd Transmission device, and electric vehicle equipped with the same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2060828A1 (en) * 2007-11-15 2009-05-20 Peugeot Citroën Automobiles S.A. Gearbox with torque outlet and associated shifting method
EP2098742A1 (en) * 2008-03-03 2009-09-09 Peugeot Citroën Automobiles S.A. Gearbox with torque outlet by a higher gear comprising at least two secondary shafts and associated upward and downward shifting methods
WO2014139744A1 (en) * 2013-03-12 2014-09-18 Zf Friedrichshafen Ag Powertrain for a vehicle and method for carrying out load changes

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109869448A (en) * 2019-03-21 2019-06-11 吉林博承传动***科技有限公司 The electronic automobile-used two-gear automatic speed changing case of one kind and its shift control method
CN109869448B (en) * 2019-03-21 2023-08-22 吉林博承传动***科技有限公司 Two-gear automatic gearbox for electric vehicle and gear shifting control method of two-gear automatic gearbox
CN113442713A (en) * 2020-03-25 2021-09-28 郑州宇通客车股份有限公司 Two-gear shifting mechanism, two-gear power system and shifting control method thereof
CN113442713B (en) * 2020-03-25 2023-08-08 宇通客车股份有限公司 Two-gear shifting mechanism, two-gear power system and gear shifting control method of two-gear power system
CN112984106A (en) * 2020-04-02 2021-06-18 天津叠挡传动技术有限公司 Clutch device with overlapped gears, speed changing device, power generation device and electric automobile
EP4230895A1 (en) * 2022-02-16 2023-08-23 Volvo Car Corporation 2-speed transmission with a dog clutch shift mechanism
FR3141891A1 (en) * 2022-11-10 2024-05-17 Punch Powerglide Strasbourg Axle for electric vehicle with two speed ratios and vehicle comprising such an axle
FR3141890A1 (en) * 2022-11-10 2024-05-17 Punch Powerglide Strasbourg Transmission device for electric vehicle with two speed ratios
CN117325637A (en) * 2023-11-28 2024-01-02 江苏速豹动力科技有限公司 Electric drive bridge and electric truck
CN117325637B (en) * 2023-11-28 2024-02-06 江苏速豹动力科技有限公司 Electric drive bridge and electric truck

Also Published As

Publication number Publication date
DE102013108300A1 (en) 2015-02-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2015014453A1 (en) Shift gearbox for a drive unit of an electric vehicle, and method for operating the shift gearbox
EP1789276B1 (en) Method for starting an internal combustion engine in a parallel hybrid drive train
DE102006036758B4 (en) Automated dual-clutch transmission of a motor vehicle
DE102020210677B4 (en) Automated transmission arrangement and drive train arrangement with such an automated transmission arrangement
DE102020202788B3 (en) Drive train for a vehicle and a method for operating a drive train with a two-speed transmission
EP2886383A2 (en) Hybrid power train for a motor vehicle
DE102007010292B4 (en) Switching device for a transmission, in particular a dual clutch change gear
WO2001061212A1 (en) Torque transmission device, in particular with double clutch drive mechanism
DE102013207413B4 (en) Powershift transmission, in particular for electric drives
WO2007039021A1 (en) Motor vehicle automatic gearbox and method for the operation thereof
DE10034746A1 (en) Discrete gearbox for vehicle has parking lock that can be operated by gear wheel engagement/disengagement actuator to lock driven shaft
WO2013091971A1 (en) Hybrid drive of a motor vehicle and method for operating same
EP1781968A1 (en) Powershift gearbox and shifting method therefor
DE102009025094A1 (en) Gear unit utilized as electrical auxiliary unit for multi-speed gearbox of motor vehicle, has input element and multi-speed gearbox including gear branches and common output element
DE102012021599A1 (en) Switching device for a dual-clutch transmission
WO2013000829A1 (en) Drive train for a vehicle
AT510966B1 (en) GEARBOX, ESPECIALLY DOUBLE CLUTCH GEARBOX
DE112014000378T5 (en) Transmission for a vehicle and vehicle with such a transmission
DE19807374A1 (en) Automotive double clutch transmission unit
EP3126710A1 (en) Gearshift transmission for a motor vehicle
WO2014111217A1 (en) Hybrid drive system for a motor vehicle
DE102016100807A1 (en) Hybrid powertrain for a motor vehicle
EP3669100A1 (en) Range-change transmission device
AT512917B1 (en) Method for operating a dual-clutch transmission
DE112017000650T5 (en) Gear shift control assembly in a transmission

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14741808

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14741808

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1