WO2020108678A1 - Elektromechanische antriebsanordnung für ein kraftfahrzeug - Google Patents

Elektromechanische antriebsanordnung für ein kraftfahrzeug Download PDF

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WO2020108678A1
WO2020108678A1 PCT/DE2019/100716 DE2019100716W WO2020108678A1 WO 2020108678 A1 WO2020108678 A1 WO 2020108678A1 DE 2019100716 W DE2019100716 W DE 2019100716W WO 2020108678 A1 WO2020108678 A1 WO 2020108678A1
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gear
electric motor
spur gear
drive
freewheel
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PCT/DE2019/100716
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Tony ZEISS
Christian Hartmann
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • F16H2200/0034—Transmissions for multiple ratios characterised by the number of forward speeds the gear ratios comprising two forward speeds

Definitions

  • the invention relates to an electromechanical drive arrangement for a motor vehicle with an electric motor, a reduction gear, which is designed as a spur gear, and an axle differential gear, for branching the drive power guided through the reduction gear to a first and a second wheel drive shaft.
  • the spur gear is designed as a two-stage switchable gear.
  • the spur gear be has an input shaft and an output shaft.
  • Two drive spur gears sit on the input shaft, two driven spur gears sit on the output shaft and an output gear provided to continue the power.
  • the second drive spur gear can be coupled to the input shaft via a coupling device.
  • the two wheels sitting on the output shaft and driven thereby are coupled to the output shaft via freewheels, so that the output shaft can overtake the respective non-load-bearing, but rotating in the same direction, driven wheel.
  • One of the freewheels is switchable.
  • the invention has for its object to provide an electromechanical Antriebseinrich device, which is characterized by a robust and inexpensive to implement construction and an advantageous mechanical switching and operating behavior.
  • a first electric motor with a first stator and a first rotor
  • a reduction gear which is designed as a spur gear and has an input shaft and an output shaft, wherein
  • the reduction gear has a first spur gear stage with a first translation ratio and a second spur gear stage with a second gear ratio, the first spur gear stage has a first drive spur gear and an output spur gear,
  • the first drive spur gear sits on the input shaft and engages in the first output spur wheel, which sits on the output shaft,
  • the second spur gear stage has a second drive spur gear, an idler gear arrangement and a second driven spur gear and thereby sensibly translates to the first spur gear stage,
  • a first freewheel is provided in the first gear stage
  • a second freewheel is provided in the second gear stage
  • the first freewheel comes into a coupling state when the input shaft rotates in a first direction of rotation
  • the second freewheel comes into a coupling state when the input shaft rotates in a second direction of rotation opposite to the first direction of rotation
  • the input shaft is driven by the first electric motor
  • a second electric motor which has a second rotor and a second stator, and
  • the second electric motor is kinematically coupled to the second gear stage via the intermediate wheel arrangement.
  • the second electric motor can temporarily keep the drive power at a level within a change of direction of rotation of the first electric motor, which compensates for the performance contribution of the first electric motor.
  • the power output of the second electric motor can be significantly higher than the permissible permanent load of the second electric motor and the duration of the peak load is usually less than two seconds.
  • the second electric motor can also be used to implement a boost function or to implement a reverse gear function.
  • energy recuperation in the overrun mode of the vehicle can also be implemented via the second electric motor.
  • Use of idler gear Arrangement for the connection of the second electric motor also enables the use of the ratio between the intermediate gear arrangement and the output spur gear to increase the torque.
  • the intermediate gear arrangement can consist of a single intermediate gear which engages in the second drive spur gear and the second output spur gear.
  • the intermediate wheel arrangement can also consist of two coaxially arranged intermediate wheels which are either directly rigidly coupled to one another or are unidirectionally coupled to one another via the second freewheel.
  • the drive arrangement can be designed so that it provides one of the translation stages as a translation stage for the primary standard operation.
  • the other transmission stage that can be activated by reversing the direction of rotation of the electric motor can then either be the stage for very high final vehicle speeds or for very high wheel drive torques.
  • the selection of the respective translation level can be made depending on additional information, so that, for example, when starting from a standstill with an increasing lane, the level with the higher gear ratio is first selected by an electronic control device, whereas in a phase with largely no-load sailing operation, then for the further drive the direction of engine rotation is selected at which the gear ratio for high vehicle speeds takes over the power transfer.
  • the change of gear ratio can take place in the context of a vehicle operating phase, in which the engine load of the first engine can also be temporarily applied by the second electric motor, so that the drop in performance during the change in direction of rotation of the first electric motor can be at least largely compensated for by the second electric motor until the first electric motor again makes a contribution to performance.
  • the gearshift point does not have to be set to a specific engine speed or vehicle speed, for example a criterion for switching between the gear ratios can be provided for a relatively wide speed range and the gearshift occurs if a specific load requirement is temporarily not exceeded in this range, being in addition to the compensation effect of the second electric motor in the case of a hybrid vehicle, a further contribution to performance can also be made by appropriately controlling the primary drive.
  • the concept according to the invention makes it possible for the vehicle to assume a rolling state without taking the rotor of the first electric motor with it, it then being decided as a function of the vehicle speed in the presence of a load request by the control device, with which gear ratio the load request is to be met and that Desired Ratio Ratio is selected by setting the direction of rotation of the first rotor generating this ratio. If the torque requirement is particularly high, the second electric motor can be activated to assist.
  • the first rotor is not necessarily entrained in the drive arrangement according to the invention, and when the vehicle is driven by a primary drive, both freewheels can then open without load. It is also possible to make the selection of the gear ratio dependent on the settings made by the driver. It is thus possible to provide the driver in the area of the operating area with input devices by means of which the driver e.g. can choose a certain "gear” and thus a certain direction of rotation of the motor. Furthermore, it can also have a specific operating mode, e.g. select a sports operating mode, in which there is a switching characteristic optimized for acceleration, or an energy-saving mode, in which the first electric motor is active in a speed range that is advantageous in terms of efficiency. It is also possible to make the support characteristic of the second electric motor dependent on driver settings, so that e.g. in a sport mode, the second electric motor provides an additional boost (“boost”) after the temporary power compensation.
  • boost additional boost
  • the second electric motor can also be used to synchronize the gear sections separated via the freewheels, in particular when using switchable lock-up clutches, which will be discussed below.
  • the drive device can form a primary drive of a motor vehicle.
  • the drive arrangement according to the invention can advantageously also form a secondary drive for a motor vehicle while on the other Axis of the primary drive, for example in the form of an internal combustion engine or another electrical machine.
  • the secondary drive, or optionally the entire axis with the secondary drive can preferably be optionally switched off (AWD disconnection, hang-on coupling).
  • the drive arrangement according to the invention is preferably designed such that the first freewheel is arranged in the first drive gear.
  • the second freewheel is then preferably arranged in the second drive gear.
  • the freewheels can be designed as positive and / or frictionally coupling freewheels. They can be designed in such a way that the introduction of a coupling state even under the action of tooth reaction forces and e.g. a related at least ge wrestle axial displacement of a helical gear is supported.
  • the drive arrangement is also preferably designed such that a first gear ratio is realized via the first spur gear stage, the amount of which is greater than the amount of a second gear ratio that is implemented via the second te spur gear stage.
  • the first drive gear has a smaller tip diameter than the second drive gear.
  • the second drive gear then has the smaller tip diameter and the bridging of the distances between the drive shaft and the output shaft is carried out by the gear train which is formed by the intermediate gear arrangement and the second output gear.
  • the input shaft is aligned coaxially with the first rotor axis, or is driven directly by the first rotor shaft, or is formed by the first rotor shaft.
  • the drive arrangement in such a way that a pre-stage wheel is seated on the input shaft, this pre-stage wheel then being driven by a drive pinion which is seated on the first rotor shaft of the electric motor. It is also possible to drive the first electric motor with the input shaft via a pre-stage transmission of another design, for example a planetary gear. drives to couple. The latter can then preferably be arranged coaxially with respect to its central axis to the input shaft.
  • the first and the second driven spur gear or at least one of these toothed wheels can be mounted directly on a rotating housing, i.e. sit on the basket of the axle differential gear bes.
  • the input shaft and the output shaft are preferably aligned parallel to one another and the axle differential gear can be accommodated directly in the gearbox housing of the drive arrangement.
  • the drive arrangement is preferably designed to be arranged in a motor vehicle in the installed state such that the input shaft is aligned transversely to the longitudinal direction of the vehicle.
  • the drive arrangement preferably forms an axle drive module which is arranged in an intermediate region between a left and a right vehicle wheel.
  • the drive arrangement functions as a secondary drive, it preferably sits in the area of the vehicle axle which is further apart from the primary drive.
  • housing sections of the drive arrangement as connection points for wheel suspension members.
  • the housing of the drive arrangement can act as a front or rear axle support and e.g. Provide bearings for triangular or wishbones, as well as for suspension organs, especially struts or torsion springs.
  • both gear stages are equipped with counter-rotating freewheels.
  • the power flow takes place either via the first gear or via the second gear and thereby via the idler gear arrangement to the output shaft.
  • the transmission of the drive arrangement comprises a drive shaft, an intermediate wheel arrangement, an output shaft and freewheels or overrunning couplings as preferably passive switching elements.
  • gearwheels sit on the drive shaft, each of which is connected to the drive shaft by means of a counter-rotating freewheel.
  • the gear those on the output shaft are firmly connected to the shaft.
  • the freewheels of the gear pairs are always executed in opposite directions. In this way, only one gear wheel is driven in each direction of rotation of the electric machine.
  • first gear the power flow occurs directly from the drive wheel to the driven wheel.
  • second gear the power flow from the drive wheel via the idler gear arrangement to the driven gear takes place.
  • the intermediate gear arrangement compensates for the reversal of the direction of rotation of the first electric machine and the driven gear is thus driven in the correct direction of rotation again.
  • the second electric motor is connected to the intermediate wheel arrangement, and the drive power of the second electric motor is coupled into the intermediate wheel arrangement by the second rotor shaft.
  • the two freewheels are oriented so that, depending on the direction of rotation of the first rotor shaft, one of the freewheels is load-free and the other actively transmits torque.
  • the roller bearings are preferably located next to the freewheels. From the drive shaft is preferably at the same time the basket, the web or the rotating housing egg nes provided for power split differential gear. This differential transmission can be designed in a particularly advantageous manner as a bevel or spur gear differential.
  • the gear ratios of the two stages can be coordinated in such a way that certain application scenarios can also be met in a particularly advantageous manner, so the high-translating stage can be designed for efficiency optimization in inner-city operation, for example when operating at vehicle speeds of up to 60 km / h, and that lower translation level for operation outside of semi-urban areas.
  • the stage which includes the intermediate wheel arrangement is used for the statistically rarer application, so that the power supply via the additional tooth engagement of the intermediate gear arrangement in the driven gear takes place less frequently than via the step with a direct engagement of the drive gear in the driven gear of the output shaft.
  • the second electric motor is located in the second gear stage in a section that runs continuously with the output shaft.
  • the second freewheel is located in the area between the input shaft and the idler gear.
  • the second electric motor is thus separated from the first electric motor via the second freewheel and when the intermediate gear is driven by the second electric motor, the second freewheel can temporarily overhaul the drive train section leading to the first electric motor without load.
  • the first electric motor cannot build up a counter torque against the drive power of the second electric motor, since in this case the second freewheel opens.
  • the concept according to the invention enables a power transition which compensates for the drop in drive power of the first electric motor during a change in direction of rotation, so that the driver is not able to detect a drop in tractive force.
  • the power of the second electric motor is matched to the current power consumption "shortly before switching" of the first electric motor.
  • the corresponding control for this can be designed to be adaptive and take particular account of information on the general operating state of the vehicle and set the power consumption of the second electric motor on the basis of a model.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram to illustrate the structure of an electromechanical drive arrangement according to the invention in accordance with a first embodiment of the invention
  • Figure 2 is a schematic representation to illustrate the structure of an inventive electromechanical drive arrangement similar to the drive arrangement of Figure 1, but with an additional switchable lock-up clutch
  • Figure 3 is a schematic representation to illustrate the structure of an inventive electromechanical drive assembly according to a third embodiment of the invention again similar to Figure 1, but with the first freewheel seated on the output shaft;
  • Figure 4 is a schematic diagram illustrating the structure of an electromechanical drive arrangement according to the invention in accordance with a fourth embodiment of the invention, with an axle differential gear integrated into the output shaft, and also with a pre-gear provided between the first electric motor and the input shaft, where the second freewheel in the idler gear assembly
  • FIG. 5 shows an overview to explain the activities of the two electric motors, the freewheels and the longitudinal acceleration of the vehicle
  • FIG. 1 shows a first preferred embodiment of an electromechanical drive arrangement according to the invention for a motor vehicle.
  • the drive arrangement comprises a first electric motor E1 with a first stator S1 and a first rotor R1.
  • the drive arrangement further comprises a reduction gear G, which is designed as a spur gear and has an input shaft EW and an output shaft AW.
  • the reduction gear G comprises a first spur gear stage GS1 with a first transmission ratio i1 and a second spur gear stage GS2 with a second and thereby opposite transmission ratio i2.
  • the first spur gear stage GS1 has a first drive spur gear S1A and a first output spur gear S1 B.
  • the first drive spur gear S1A sits on the input shaft EW and engages in the first output spur gear S1 B, which sits on the output shaft AW.
  • the second spur gear stage GS2 has a second drive spur gear S2A, an intermediate gear arrangement S2Z and a second output spur gear S2B.
  • the second drive spur wheel S2A sits on the input shaft EW and engages in the idler gear Z1 of the idler gear arrangement S2Z.
  • the intermediate gear Z1 engages radially from the outside in the second driven spur gear S2B, which sits on the output shaft AW.
  • a first freewheel FR1 is provided between the input shaft EW and the first drive spur gear S1A.
  • a second freewheel FR2 is provided between the input shaft EW and the second drive spur gear S2A.
  • the first freewheel FR1 reaches a coupling state in a first direction of rotation of the input shaft EW
  • the second freewheel FR2 reaches a coupling state in a direction of rotation opposite to the first direction of rotation of the input shaft EW.
  • the first freewheel FR1 is arranged in the first drive gear S1A.
  • the second freewheel FR2, which is opposite to the first freewheel FR1, is arranged in the second drive gear S2A.
  • a first transmission ratio i1 is realized via the first spur gear stage GS1, the amount of which in this exemplary embodiment is greater than the amount of the second transmission ratio i2, which is implemented via the second spur gear stage GS2.
  • the input shaft EW is aligned coaxially with the rotor axis X of the first electric motor E1 and the input shaft EW is here driven directly by the first rotor shaft RW1 or also directly by the first rotor shaft RW1.
  • the drive arrangement comprises a second electric motor E2.
  • the second Elektromo gate E2 is coupled via the second rotor shaft RW2 to the idler gear Z1.
  • the performance of the second electric motor E2 can be smaller than that of the first electric motor E1, and it can be dimensioned so that it can compensate for load drops during the change in the direction of rotation of the first electric motor.
  • the second electric motor E2 is preferably also designed such that a sufficient drive power for a reverse gear can be provided. It is possible to provide a coupling device between the second electric motor E2 and the intermediate wheel Z1, by means of which the second electric motor E2 can be selectively decoupled from the intermediate wheel Z1. This coupling device can be implemented in cooperation with the second rotor R2 of the second electric motor E2, for example by activating the second stator S2 to perform an axial displacement and thus actuating a clutch.
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of an electromechanical drive arrangement for a motor vehicle, which can be integrated as a front or rear axle drive unit in the motor vehicle.
  • This second embodiment additionally comprises a lock-up clutch UK, for bridging the first freewheel FR1 in such a way that a power transfer (recuperation) into the input shaft EW can be accomplished as part of a coasting operation of the motor vehicle via the first drive spur gear S1A.
  • This lock-up clutch makes it possible to use the first electric motor E1 also for reverse gear and thus also a reverse gear function that supports the second electric motor E2 if necessary.
  • the lock-up clutch UK is designed here, for example, as a form-fitting coupling claw coupling and couples the first drive spur gear S1A torsionally rigid to the input shaft EW in the engaged state.
  • the lock-up clutch UK is brought into a required switching state via an actuator device OP.
  • the actuator device OP is controlled by a control device C which also controls the first electric motor E1 and the second electric motor E2 and takes into account the speeds of the input shaft EW and the output shaft AW.
  • the second electric motor E2 is also coupled here via its second rotor shaft RW2 to the intermediate gear Z1.
  • FIG. 3 shows a third variant of the electro-mechanical drive arrangement according to the invention.
  • the first freewheel FR1 is arranged in the first output gear S1B.
  • the second freewheel FR2 is - as in the exemplary embodiments according to FIGS. 1 and 2 - arranged in the second drive gear S2A.
  • a first gear ratio i1 is implemented via the first spur gear stage GS1, the amount of which in this exemplary embodiment is greater than the amount of the second gear ratio i2 that is implemented via the second spur gear stage GS2.
  • the explanations for FIGS. 1 and 2 apply mutatis mutandis.
  • the second electric motor E2 is coupled to the intermediate wheel Z1 of the intermediate wheel arrangement S2Z and is thus permanently connected to the output shaft AW.
  • FIG. 4 shows a fourth exemplary embodiment of an electromechanical drive arrangement for a motor vehicle, which in turn can be integrated into a motor vehicle as a front or flinter axle drive unit.
  • This drive arrangement in turn comprises a first electric motor E1 with a first stator S1 and a first rotor R1 and a reduction gear G, which is designed as a spur gear and has an input shaft EW and an output shaft AW.
  • the reduction gear G comprises a first spur gear stage GS1 with a first transmission ratio i1 and a second spur gear stage GS2 with a second and also opposing transmission ratio i2.
  • the first spur gear stage GS1 has a first drive spur gear S1A and a first output spur gear S1 B.
  • the first drive spur gear S1 A sits on the input shaft EW and meshes with the first output spur gear S1 B, which sits on the output shaft AW.
  • the second spur gear stage GS2 has a second drive spur gear S2A, an intermediate gear arrangement S2Z and a second output spur gear S2B.
  • the impradanord voltage S2Z here forms an idler gear pair consisting of a first and a second idler gear Z1, Z2.
  • the second drive spur gear S2A sits on the input shaft EW and engages in the first idler gear Z1 of the idler gear pair S2Z.
  • the second idler gear Z2 of the idler gear pair S2Z engages radially from the outside in the second driven spur gear S2B, which sits on the output shaft AW.
  • a first freewheel FR1 is provided between the input shaft EW and the first drive spur gear S1A.
  • a second freewheel FR2 is provided between the first intermediate gear Z1 and the second intermediate gear Z2.
  • the first freewheel FR1 reaches a coupling state in a first direction of rotation of the input shaft EW
  • the second freewheel FR2 reaches a coupling state when the input shaft EW rotates in a direction of rotation opposite to the first direction of rotation.
  • the first idler gear Z1 and the second idler gear Z2 together form the idler gear arrangement S2Z, which is also referred to below as an idler gear pair.
  • the two idler gears Z1, Z2 are axially adjacent to one another and the second freewheel device FR2 is arranged between these two idler gears Z1, Z2 so that the idler gears Z1, Z2 can transmit torque in one direction, but decouples when loaded in the opposite direction are, so that no torque is transmitted between the intermediate wheels Z1, Z2.
  • the second freewheel FR2 can in particular be designed as a sprag freewheel and can be arranged axially between the intermediate wheels Z1, Z2.
  • the first freewheel FR1 is arranged in the first drive gear S1 A.
  • the second freewheel FR2 is arranged in the idler gear pair S2Z.
  • a first gear ratio is realized via the first spur gear stage GS1, the amount of which is greater than the amount of a second gear ratio that is implemented via the second spur gear stage GS2.
  • the drive arrangement also includes a second electric motor E2.
  • the second electric motor E2 is coupled to the second intermediate wheel Z2 via its second rotor shaft RW2.
  • the performance of the second electric motor E2 can be smaller than that of the first electric motor E1, and it can be dimensioned such that it can compensate for load drops during the change in the direction of rotation of the first electric motor E1.
  • the second electric motor E2 is preferably also designed such that sufficient drive power for a reverse gear can be provided. It is possible to switch between the second electric motor E2 and to provide the intermediate gear Z2 with a coupling device by means of which the second electric motor E2 can be selectively uncoupled from the intermediate gear Z2.
  • This coupling device can be implemented in interaction with the rotor R2 of the second electric motor E2, for example by activating the second stator S2 when performing an axial displacement and thus actuating a clutch.
  • the second electric motor E2 can be arranged between the first and the second drive spur gear S1A, S2A. As shown, the second electric motor is preferably located on the side of the second intermediate wheel Z2 facing away from the axle differential AD, so that the second stator S2 extends in the direction of the adjacent vehicle wheel RW.
  • the input shaft EW is not aligned coaxially with the rotor axis X of the first electric motor E1, but is offset parallel to it.
  • the input shaft EW is driven indirectly with the inclusion of a preliminary stage GS3.
  • the preliminary stage GS3 comprises a spur gear S3A which is driven directly by the first rotor shaft RW1, and also has a spur gear S3B which sits on the input shaft EW and is in engagement with the spur gear S3A.
  • an axle differential gear AD is now used to branch the drive power to a left and a right wheel drive shaft WSL, WSR in such a way that its revolving housing ADFI acts as an output shaft AW and carrier of the two output gears S1 B, S2B .
  • the axle differential gear AD is preferably designed as a bevel or spur gear differential.
  • the circulation housing ADFI is arranged coaxially with the rotor axis X.
  • the first rotor shaft RW1 is out as a flute shaft and a section of the wheel drive shaft WSL is passed coaxially through the first rotor shaft le RW1.
  • the wheel drive shafts WSL, WSR are shown here by way of example as cardan shafts. It is also possible to design the drive arrangement as a rigid axle module, in which case the indicated joints can be dispensed with.
  • the input shaft EW and the output shaft AW are aligned parallel to each other.
  • the drive arrangement is designed to be arranged in the installed state in a motor vehicle in such a way that the input shaft EW transversely to the driving longitudinal direction is aligned.
  • the drive arrangement can form an axle drive module which is arranged in an intermediate region between a left and a right vehicle wheel LW, RW.
  • the freewheels FR1, FR2 get into a coupling or a freewheeling state depending on the direction of rotation of the rotor R of the first electric motor E1.
  • the freewheels FR1, FR2 can be designed as friction and / or form-fitting coupling freewheels or overrunning clutches. It is possible to implement the freewheels FR1, FR2 in conjunction with an axial displacement of the spur gears, e.g. the freewheels FR1, FR2 can be designed such that they first take along the gears assigned to them as frictionally coupling structures, where then due to tooth reaction forces, e.g. Axial forces of a suitably designed helical toothing, the gears are axially displaced and then also assume a positive coupling state with their drive shaft. This results in a particularly high torque transmission capacity and relief of the frictionally coupling freewheels.
  • tooth reaction forces e.g. Axial forces of a suitably designed helical toothing
  • the intermediate gear pair S2Z seen in the embodiment described above and serving the reversal of the direction of rotation is formed as an axially longer gear pair and to integrate this in the drive arrangement in such a way that the second intermediate gear Z2 also engages in the first output gear S1 B.
  • the second output gear S2B can then be dispensed with.
  • the first and the second driven gear S1 B, S2B can be identical and then to close the gear train to the second drive gear S2A via the intermediate gear pair S2Z, the second drive gear S2A then preferably having a smaller tip diameter than the first drive gear S1A .
  • the gear ratio which is greater in terms of amount, is then achieved via the second spur gear stage GS2.
  • the two spur gear stages GS1, GS2 in such a way that the axis X2 of the intermediate gear S2Z also extends in the axis plane defined by the axes XEW, XAW of the input shaft EW and the output shaft EW comes to lie.
  • This measure is Particularly advantageous for the implementation of the gearbox not shown here in a tub design.
  • the axis X2 of the idler gear pairs S2Z can also be offset parallel to the above-mentioned plane.
  • the input shaft EW and the output shaft AW, especially if this carries the axle differential gear AD, are then preferably inserted into the gear housing from opposite sides.
  • the transmission housing on the side of the electric motor E1 can be terminated by a connecting flange of the electric motor or by a housing section which carries the pre-stage transmission GS3.
  • the invention consists in an electromechanical drive arrangement for a motor vehicle with two counter-rotating spur gear stages which form parallel power transfer paths with deviating and opposing gear ratios, these spur gear stages being load-bearing with the inclusion of such freely-oriented freewheels that the choice of the direction of rotation of the first electric motor that can be selected for the power transfer to the transmission output effective transmission ratio and via the second electric motor also in a phase of changing the direction of rotation of the rotor of the first electric motor, the drive arrangement can provide sufficient drive torque on the output shaft.
  • FIG. 5 illustrates the functioning of the drive arrangement according to the invention in connection with five operating phases PH1, PH2, PH3, PH4 and PH5.
  • the drive motor E1 rotates in the positive direction of rotation and generates the drive power.
  • the first freewheel FR1 in the first gear stage GS1 engages and transmits the drive power via the first gear stage GS1 to the output shaft AW.
  • the drive power then reaches the output shaft AW and from there to the axle differential AD.
  • the drive motor E2 can generate a further drive torque in parallel, which is transmitted directly to the wheels via the intermediate gear arrangement S2Z and the differential AD. If the gear is now to be switched, ie the drive torque of the first motor E1 is to be transmitted via the second gear stage GS2, the torque on the first drive motor E1 must first be reduced. There is a reduction in the tensile force on the wheel, but this can be at least partially compensated for by the second drive motor E2. This relationship is illustrated in the operating phase PH3.
  • the direction of rotation is reversed on the drive motor E1.
  • the first freewheel FR1 of the first gear stage GS1 opens.
  • the oppositely oriented freewheel FR2 closes in the second gear GS2.
  • the drive torque of the first motor E1 can now be transmitted via the second gear stage GS2.
  • the drive motor E2 can now be used or can no longer be used in the operating phase PH.
  • the second electric motor E2 is no longer actuated in the operating phase PFI5 and the power of the first electric motor E1 via the second freewheel FR2 through the second gear stage GS2 guided.
  • the uppermost pair of graphs illustrates the torque of the first electric motor E1 (solid line) and the second electric motor E2 (dashed line).
  • the RPM diagram below shows the speeds of the rotor shafts.
  • the solid line shows the increase in speed of the rotor shaft of the second electric motor E2
  • the dashed line shows the speed curve of the rotor shaft of the first electric motor.
  • the zero crossing of the speed of the rotor shaft of the first electric motor E1 it follows in phase PH3.
  • the graph a qualitatively illustrates the longitudinal acceleration of a motor vehicle that is equipped with a corresponding drive device.
  • the graph MFR shows the torque transmitted by the freewheels FR1, FR2.
  • the solid line shows the torque in the first freewheel FR1 and the broken line shows the torque that is transmitted from the second freewheel FR2.
  • no torque is applied to any of the freewheels FR1, FR2 in phase PFI3.
  • the completely missing performance contribution of the first electric motor E1 is completely compensated in this phase PH3 by the second electric motor E2.
  • This gearbox concept ensures an uninterrupted gearshift since there is a drive torque on the wheels at all times.
  • the electric motors can be operated temporarily in overload in order to further increase comfort.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromechanische Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor, einem Reduktionsgetriebe, das als Stirnradgetriebe ausgeführt ist und eine Eingangswelle sowie eine Ausgangswelle aufweist, wobei das Reduktionsgetriebe eine erste Stirnradstufe mit einem ersten Übersetzungsverhältnis und eine zweite Stirnradstufe mit einem zweiten, zum ersten Übersetzungsverhältnis gegensinnigen Übersetzungsverhältnis aufweist, die erste Stirnradstufe ein erstes Antriebsstirnrad und ein erstes Abtriebsstirnrad aufweist, die zweite Stirnradstufe ein zweites Antriebsstirnrad, eine Zwischenradanordnung und ein zweites Abtriebsstirnrad aufweist, in der ersten Getriebestufe ein erster Freilauf vorgesehen ist, in der zweiten Getriebestufe ein zweiter Freilauf vorgesehen ist, der erste Freilauf bei Drehung der Eingangswelle in einer ersten Drehrichtung in einen Koppelungszustand gelangt, der zweite Freilauf bei Drehung der Eingangswelle in einer der ersten Drehrichtung entgegengesetzten, zweiten Drehrichtung in einen Koppelungszustand gelangt, die Eingangswelle durch den ersten Elektromotor angetrieben wird, ein zweiter Elektromotor vorgesehen ist, der einen zweiten Rotor und einen zweiten Stator aufweist, und der zweite Elektromotor über die Zwischenradanordnung kinematisch an die zweite Getriebestufe angekoppelt ist.

Description

Elektromechanische Antriebsanordnunq
für ein Kraftfahrzeug
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromechanische Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem Elektromotor, einem Reduktionsgetriebe, das als Stirnradge triebe ausgeführt ist, und einem Achsdifferentialgetriebe, zur Verzweigung der über das Reduktionsgetriebe geführten Antriebsleistung auf eine erste und eine zweite Radantriebswelle.
Aus DE 10 2015 110 839 A1 ist eine derartige Antriebsanordnung bekannt. Das Stirn radgetriebe ist dort als zweistufig schaltbares Getriebe ausgeführt. Das Stirnradgetrie be weist eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle auf. Auf der Eingangswelle sit zen zwei Antriebsstirnräder, auf der Ausgangswelle sitzen zwei getriebene Stirnräder sowie ein zur Weiterführung der Leistung vorgesehenes Abtriebszahnrad. Das auf der Eingangswelle sitzende erste Antriebsstirnrad und das mit diesem in Eingriff stehende getriebene erste Stirnrad der Ausgangswelle realisieren ein erstes Übersetzungsver hältnis. Das auf der Eingangswelle sitzende zweite Antriebsstirnrad und das mit die sem in Eingriff stehende zweite Stirnrad der Ausgangswelle realisieren ein zweites Übersetzungsverhältnis. Das zweite Antriebsstirnrad ist mit der Eingangswelle über eine Kupplungseinrichtung schaltbar koppelbar. Die beiden auf der Ausgangswelle sitzenden und dabei getriebenen Räder sind über Freiläufe mit der Ausgangswelle gekoppelt, so dass die Ausgangswelle das jeweilige nicht lastführende, jedoch in glei cher Richtung mitlaufende, getriebene Rad überholen kann. Einer der Freiläufe ist da bei schaltbar überbrückbar.
Bei verbreiteten Getriebekonzepten mit Stirnradstufen werden die zu schaltenden Gänge, wie oben schon beschrieben, mit Hilfe von Kupplungen und Synchronisatio nen geschaltet. Um einen Gang während der Fahrt einlegen zu können, wird zunächst durch das Treten der Kupplung der Motor von der Eingangswelle des Getriebes kine matisch getrennt. Anschließend wird die Drehzahl der Eingangswelle unter Berück- sichtigung des Zielübersetzungsverhältnisses auf die Drehzahl des gewählten Gangrades synchronisiert. Erst dann wird eine formschlüssige Verbindung der Ein gangswelle mit dem Rad des gewünschten Ganges herbeigeführt. Dieser Vorgang ist in automatisierten Getriebekonzepten für den Fahrkomfort nachteilig, da bei den Schaltvorgängen der Verbrennungsmotor vom Getriebe getrennt wird. Dementspre chend fließt temporär keine Leistung über das Getriebe. Es entsteht eine sogenannte Zugkraftunterbrechung, welche vom Fahrer als Längsdynamikschwingung wahrnehm bar ist. In manuell geschalteten Getrieben ist dieser Vorgang weniger kritisch, da der Fahrer selbst den Schaltvorgang veranlasst und der Zugkrafteinbruch mit dem vom Fahrer selbst abgewickelten Schaltvorgang kausal einhergeht. In automatisierten Ge triebekonzepten wird der Fahrer mehr oder weniger durch die schaltungsbedingten Längsdynamikschwingungen überrascht. Bei einem Doppelkupplungsgetriebe kann dieses Problem durch eine Überblendung des Schließens und des Öffnens der Kupp lungen vermieden werden. Diese Überblendung kann auch unter Last erfolgen sodass es zu keiner, oder zumindest nicht signifikanten Zugkraftunterbrechung kommt.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektromechanische Antriebseinrich tung zu schaffen, die sich durch einen robusten und kostengünstig realisierbaren Auf bau sowie ein vorteilhaftes mechanisches Schalt- und Betriebsverhalten auszeichnet.
Erfindungsgemäße Lösung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine elektromechanische An triebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit:
- einem ersten Elektromotor mit einem ersten Stator und einem ersten Rotor,
- einem Reduktionsgetriebe, das als Stirnradgetriebe ausgeführt ist und eine Ein gangswelle sowie eine Ausgangswelle aufweist, wobei
- das Reduktionsgetriebe eine erste Stirnradstufe mit einem ersten Übersetzungsver hältnis und eine zweite Stirnradstufe mit einem zweiten Übersetzungsverhältnis auf weist, - die erste Stirnradstufe ein erstes Antriebsstirnrad und ein Abtriebsstirnrad aufweist,
- das erste Antriebsstirnrad auf der Eingangswelle sitzt und in das erste Abtriebsstirn rad eingreift, das auf der Ausgangswelle sitzt,
- die zweite Stirnradstufe ein zweites Antriebsstirnrad, eine Zwischenradanordnung und ein zweites Abtriebsstirnrad aufweist und dabei zur ersten Stirnradstufe gegen sinnig übersetzt,
- in der ersten Getriebestufe ein erster Freilauf vorgesehen ist,
- in der zweiten Getriebestufe ein zweiter Freilauf vorgesehen ist,
- der erste Freilauf bei Drehung der Eingangswelle in einer ersten Drehrichtung in ei nen Koppelungszustand gelangt,
- der zweite Freilauf bei Drehung der Eingangswelle in einer der ersten Drehrichtung entgegengesetzten, zweiten Drehrichtung in einen Koppelungszustand gelangt,
- die Eingangswelle durch den ersten Elektromotor angetrieben wird,
- ein zweiter Elektromotor vorgesehen ist, der einen zweiten Rotor und einen zweiten Stator aufweist, und
- der zweite Elektromotor über die Zwischenradanordnung kinematisch an die zweite Getriebestufe angekoppelt ist.
Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, eine Antriebsanordnung zu schaffen, bei welcher mit hoher Dynamik und ohne signifikante Zugkraftunterbrechung durch Drehrichtungswechsel des ersten Elektromotors und temporäre Aktivierung des zwei ten Elektromotors das Übersetzungsverhältnis an die Fahrzeuggeschwindigkeit und den aktuellen Antriebsdrehmomentenbedarf angepasst werden kann. Durch den zwei ten Elektromotor kann im Rahmen eines Drehrichtungswechsels des ersten Elektro motors temporär die Antriebsleistung auf einem Niveau gehalten werden das den Leistungsbeitrag des ersten Elektromotors kompensiert. Die Leistungsabgabe des zweiten Elektromotors kann dabei deutlich über der zulässigen Permanentbelastung des zweiten Elektromotors liegen und die Dauer der Peak-Belastung beträgt üblicher weise weniger als zwei Sekunden. Der zweite Elektromotor kann auch zur Realisie rung einer Boostfunktion oder auch zur Realisierung einer Rückwärtsgangfunktion herangezogen werden.
Weiterhin kann über den zweiten Elektromotor ebenfalls eine Energierekuperation im Schubbetrieb des Fahrzeuges realisiert werden. Die Heranziehung der Zwischenrad- anordnung für die Anbindung des zweiten Elektromotors ermöglicht auch die Nutzung der Übersetzung zwischen der Zwischenradanordnung und dem Abtriebsstirnrad zur Drehmomentenerhöhung.
Die Zwischenradanordnung kann aus einem einzigen Zwischenrad bestehen das in das zweite Antriebsstirnrad und das zweite Abtriebsstirnrad eingreift. Die Zwischen radanordnung kann auch aus zwei zueinander gleichachsig angeordneten Zwischen rädern bestehen die entweder direkt starr miteinander gekoppelt sind oder über den zweiten Freilauf miteinander unidirektional drehfest gekoppelt sind.
Die Antriebsanordnung kann so ausgelegt sein, dass diese eine der Übersetzungsstu fen als Übersetzungsstufe für den primär genutzten Standardbetrieb vorsieht. Die durch Drehrichtungsumkehr des Elektromotors aktivierbare andere Übersetzungsstufe kann dann entweder die Stufe für sehr hohe Fahrzeugendgeschwindigkeiten oder für sehr hohe Radantriebsdrehmomente sein.
Die Auswahl der jeweiligen Übersetzungsstufe kann von Zusatzinformationen abhän gig getroffen werden, sodass z.B. beim Anfahren aus dem Stand bei ansteigender Fahrbahn zunächst die Stufe mit der höheren Übersetzung durch eine elektronische Steuereinrichtung ausgewählt wird, wogegen in einer Phase mit weitgehend lastfreiem Segelbetrieb dann für den weiteren Antrieb die Motordrehrichtung gewählt wird, bei welcher die Übersetzungsstufe für hohe Fahrzeuggeschwindigkeiten den Leistungs transfer übernimmt. Der Wechsel der Übersetzungsstufe kann im Rahmen einer Fahr zeugbetriebsphase erfolgen, in welcher die Motorlast des ersten Motors temporär auch durch den zweiten Elektromotor aufgebracht werden kann, so dass der Leis tungseinbruch während des Drehrichtungswechsels des ersten Elektromotors zumin dest weitgehend durch den zweiten Elektromotor kompensiert werden kann, bis der erste Elektromotor wieder einen Leistungsbeitrag liefert. Der Schaltpunkt muss nicht auf eine bestimmte Motordrehzahl oder Fahrzeuggeschwindigkeit festgelegt sein, so kann z.B. ein Kriterium für das Schalten zwischen den Übersetzungsverhältnissen für einen relativ breiten Geschwindigkeitsbereich vorgesehen sein und das Schalten er folgt, wenn in diesem Bereich temporär eine bestimmte Lastanforderung nicht über schritten wird, wobei zusätzlich zur Kompensationswirkung des zweiten Elektromotors bei einem Hybridfahrzeug auch durch entsprechende Ansteuerung des Primärantriebs noch ein weiterer Leistungsbeitrag geliefert werden kann.
Durch das erfindungsgemäße Konzept wird es möglich, dass das Fahrzeug ohne Mit nahme des Rotors des ersten Elektromotors einen Rollzustand einnimmt, wobei dann in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit bei Vorliegen einer Lastanforderung durch die Steuereinrichtung entschieden wird, mit welchem Übersetzungsverhältnis der Lastanforderung entsprochen werden soll und das gewünschte Übersetzungsver hältnis durch Einstellung der dieses Übersetzungsverhältnis generierenden Drehrich tung des ersten Rotors gewählt wird. Bei einem besonders hohen Drehmomentenbe- darf kann der zweite Elektromotor unterstützend aktiviert werden.
Der erste Rotor wird bei der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung nicht zwangswei se mitgeschleppt und bei Antrieb des Fahrzeuges durch einen Primärantrieb können dann beide Freiläufe lastfrei öffnen. Es ist weiterhin möglich, die Wahl des Überset zungsverhältnisses von fahrerseitig vorgenommenen Einstellungen abhängig zu ma chen. So ist es möglich, dem Fahrer im Bereich des Bedienumfeldes Eingabeeinrich tungen bereitzustellen, durch welche dieser z.B. einen bestimmten„Gang“ und damit eine bestimmte Drehrichtung des Motors wählen kann. Weiterhin kann er auch einen bestimmten Betriebsmodus, z.B. einen Sportbetriebsmodus wählen, bei welchem sich eine für das Beschleunigen optimierte Schaltcharakteristik ergibt, oder einen Energie sparmodus, in welchem der erste Elektromotor in einem hinsichtlich des Wirkungsgra des vorteilhaften Drehzahlbereich aktiv ist. Es ist auch möglich, die Unterstützungs charakteristik des zweiten Elektromotors von fahrerseitigen Einstellungen abhängig zu machen, so dass z.B. in einem Sportmodus der zweite Elektromotor nach der tempo rären Leistungskompensation einen zusätzlichen Schubbeitrag („Boost“) liefert.
Der zweite Elektromotor kann auch zur Synchronisation der über die Freiläufe ge trennten Getriebeabschnitte herangezogen werden, insbesondere bei Einsatz von schaltbaren Überbrückungskupplungen auf welche noch eingegangen werden wird.
Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung kann einen Primärantrieb eines Kraftfahr zeuges bilden. Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung kann in vorteilhafter Weise auch einen Sekundärantrieb für ein Kraftfahrzeug bilden, während an der anderen Achse der Primärantrieb beispielsweise in Form eines Verbrennungsmotors oder einer weiteren elektrischen Maschine sitzt. Der Sekundärantrieb, oder wahlweise auch die gesamte Achse mit dem Sekundärantrieb, ist vorzugsweise optional abschaltbar (AWD-Disconnection, Hang-On-Kupplung).
Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass der erste Freilauf im ersten Antriebszahnrad angeordnet ist. Der zweite Freilauf ist dann vorzugsweise im zweiten Antriebszahnrad angeordnet. Die Freiläufe können als form- und/oder reibschlüssig koppelnde Freiläufe ausgebildet sein. Sie können so ausgebildet sein, dass die Flerbeiführung eines Koppelungszustands auch unter Wir kung von Zahnreaktionskräften und z.B. einer damit einhergehenden zumindest ge ringen axialen Verlagerung eines schräg verzahnten Antriebsrades unterstützt wird.
Die Antriebsanordnung ist weiterhin vorzugsweise derart ausgebildet, dass über die erste Stirnradstufe ein erstes Übersetzungsverhältnis realisiert wird, dessen Betrag größer ist als der Betrag eines zweiten Übersetzungsverhältnisses, das über die zwei te Stirnradstufe realisiert wird. In diesem Fall hat dann das erste Antriebszahnrad ei nen kleineren Kopfkreisdurchmesser als das zweite Antriebszahnrad. Es ist jedoch auch möglich, die beiden Übersetzungsverhältnisse so abzustimmen, dass das erste Übersetzungsverhältnis betragsmäßig kleiner ist als das zweite. In diesem Falle hat dann das zweite Antriebszahnrad den kleineren Kopfkreisdurchmesser und die Über brückung der Abstände der Antriebswelle und der Abtriebswelle erfolgt durch jenen Zahnradzug, der durch die Zwischenradanordnung und das zweite Abtriebszahnrad gebildet wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Eingangs welle zur ersten Rotorachse gleichachsig ausgerichtet, oder wird direkt durch die erste Rotorwelle angetrieben, oder durch die erste Rotorwelle gebildet.
Alternativ zu der oben genannten Variante ist es auch möglich, die Antriebsanordnung so zu gestalten, dass auf der Eingangswelle ein Vorstufenrad sitzt, wobei dann dieses Vorstufenrad durch ein Antriebsritzel angetrieben wird, das auf der ersten Rotorwelle des Elektromotors sitzt. Es ist auch möglich, den ersten Elektromotor mit der Ein gangswelle über ein anderweitig aufgebautes Vorstufengetriebe, z.B. ein Planetenge- triebe zu koppeln. Letzteres kann dann vorzugsweise hinsichtlich seiner Zentralachse koaxial zur Eingangswelle angeordnet sein.
Bei einer Integration eines Achsdifferentialgetriebes direkt in die Antriebsanordnung können das erste und das zweite Abtriebsstirnrad oder zumindest eines dieser Zahn räder, direkt auf einem Umlaufgehäuse, d.h. auf dem Korb des Achsdifferentialgetrie bes sitzen. Die Eingangswelle und die Ausgangswelle sind vorzugsweise zueinander parallel ausgerichtet und das Achsdifferentialgetriebe kann direkt in dem Getriebege häuse der Antriebsanordnung aufgenommen sein.
Die Antriebsanordnung ist vorzugsweise dazu ausgelegt, in verbautem Zustand in ei nem Kraftfahrzeug so angeordnet zu sein, dass die Eingangswelle quer zur Fahr zeuglängsrichtung ausgerichtet ist. Die Antriebsanordnung bildet dabei vorzugsweise ein Achsantriebsmodul, das in einem Zwischenbereich zwischen einem linken und ei nem rechten Fahrzeugrad angeordnet ist. Soweit die Antriebsanordnung als Sekun därantrieb fungiert, sitzt sie dabei vorzugsweise im Bereich der vom Primärantrieb weiter beabstandeten Fahrzeugachse . Es ist möglich, Gehäuseabschnitte der An triebsanordnung als Anbindungsstellen für Radaufhängungsorgane zu nutzen. Das Gehäuse der Antriebsanordnung kann dabei als Vorder- oder Hinterachsträger fungie ren und z.B. Lagerstellen für Dreiecks- oder Querlenker, sowie auch für Federungsor gane, insbesondere Federbeine oder Torsionsfedern bereitstellen.
Bei der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung sind beide Getriebestufen mit gegen läufigen Freiläufen ausgestattet. Je nach Drehrichtung der ersten E-Maschine erfolgt der Kraftfluss entweder über den ersten Gang oder über den zweiten Gang und dabei über die Zwischenradanordnung zur Abtriebswelle. Durch die Drehrichtungsumkehr der ersten E-Maschine kann damit zwischen zwei Übersetzungen geschaltet werden.
Das Getriebe der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung umfasst eine Antriebswelle, eine Zwischenradanordnung, eine Abtriebswelle und Freiläufe oder Überholkupplun gen als vorzugsweise passive Schaltelemente.
Bei einer ersten Variante sitzen auf der Antriebswelle zwei Zahnräder, welche jeweils über einen gegenläufigen Freilauf mit der Antriebswelle verbunden sind. Die Zahnrä- der auf der Abtriebswelle sind fest mit der Welle verbunden. Die Freiläufe der Gang paare sind dabei immer gegenläufig ausgeführt. So wird jeweils nur ein Zahnrad je Drehrichtung der E-Maschine angetrieben. Beim ersten Gang erfolgt der Kraftfluss di rekt vom Antriebsrad zum Abtriebsrad. Beim zweiten Gang erfolgt der Kraftfluss vom Antriebsrad über die Zwischenradanordnung zum Abtriebsrad. Die Zwischenradan ordnung kompensiert die Drehrichtungsumkehr der ersten E-Maschine und das Ab triebsrad wird damit wieder mit der richtigen Drehrichtung angetrieben. Somit ist ein Gangwechsel im Zuge einer Drehrichtungsumkehr der ersten E-Maschine möglich. Es wird hierzu in einer einfachsten Ausführungsform, keine weitere Schalteinrichtung be nötig, was die Kosten, den benötigten Bauraum und das Gewicht des Getriebes ver ringert. Es wird auch kein zusätzlicher Schaltaktuator benötigt. Der zweite Elektromo tor ist an die Zwischenradanordnung angebunden, und die Antriebsleistung des zwei ten Elektromotors wird von der zweiten Rotorwelle in die Zwischenradanordnung ein gekoppelt.
Die beiden Freiläufe sind so orientiert, dass in Abhängigkeit von der Drehrichtung der ersten Rotorwelle einer der Freiläufe lastfrei ist und der andere aktiv ein Drehmoment überträgt. Die Wälzlager befinden sich vorzugsweise neben den Freiläufen. Die Ab triebswelle ist vorzugsweise zugleich der Korb, der Steg oder das Umlaufgehäuse ei nes zur Leistungsverzweigung vorgesehenen Differentialgetriebes. Dieses Differenti algetriebe kann in besonders vorteilhafter Weise als Kegel- oder als Stirnraddifferenti al ausgebildet sein.
Die Übersetzungsverhältnisse der beiden Stufen können so abgestimmt sein, dass durch diese auch bestimmten Einsatzszenarien besonders vorteilhaft entsprochen werden kann, so kann die hoch übersetzende Stufe auf eine Wirkungsgradoptimie rung im innerstädtischen Betrieb, z.B. im Betrieb bei Fahrzeuggeschwindigkeiten bis 60 km/h ausgelegt sein und die geringer übersetzende Stufe für den Betrieb außer halb geschlossener Ortschaften. Vorzugsweise wird jene Stufe, welche die Zwischen radanordnung umfasst für den statistisch selteneren Anwendungsfall herangezogen, sodass die Leistungsführung über den zusätzlichen Zahneingriff der Zwischenradan ordnung in das Abtriebszahnrad seltener erfolgt als über die Stufe mit einem direkten Eingriff des Antriebszahnrades in das Abtriebszahnrad der Ausgangswelle. Der zweite Elektromotor befindet sich in der zweiten Getriebestufe in einem Abschnitt der permanent mit der Ausgangswelle mitläuft. Der zweite Freilauf befindet sich im Bereich zwischen der Eingangswelle und dem Zwischenrad. Der zweite Elektromotor ist damit über den zweiten Freilauf von dem ersten Elektromotor getrennt und bei An trieb des Zwischenrades durch den zweiten Elektromotor kann der zweite Freilauf den zum ersten Elektromotor führenden Antriebsstrangabschnitt temporär lastfrei überho len. Der erste Elektromotor kann damit kein Gegenmoment gegen die Antriebsleistung des zweiten Elektromotors aufbauen, da in diesem Falle der zweite Freilauf öffnet.
Durch das erfindungsgemäße Konzept wird eine Leistungsüberblendung ermöglicht, welche den Antriebsleistungsabfall des ersten Elektromotors während eines Drehrich tungswechsels kompensiert, so dass für den Fahrer kein Zugkrafteinbruch erkennbar ist. Die Leistung des zweiten Elektromotors wird im Falle eines„Gangwechsels“ auf den aktuellen Leistungsbezug„kurz vor dem Schalten“ des ersten Elektromotors ab gestimmt. Die entsprechende Steuerung hierzu kann adaptiv ausgelegt sein und ins besondere Informationen zum allgemeinen Betriebszustand des Fahrzeuges berück sichtigen und den Leistungsbezug des zweiten Elektromotors anhand eines Modells einstellen.
Kurzbeschreibung der Figuren
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgen den Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
Figur 1 eine Schemadarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaues einer erfin dungsgemäßen elektromechanischen Antriebsanordnung gemäß einer ers ten Ausführungsform der Erfindung;
Figur 2 eine Schemadarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaues einer erfin dungsgemäßen elektromechanischen Antriebsanordnung ähnlich der An triebsanordnung nach Figur 1 , jedoch mit einer zusätzlichen schaltbaren Überbrückungskupplung Figur 3 eine Schemadarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaues einer erfin dungsgemäßen elektromechanischen Antriebsanordnung gemäß einer drit ten Ausführungsform der Erfindung wiederum ähnlich Figur 1 , wobei jedoch der erste Freilauf auf der Ausgangswelle sitzt;
Figur 4 eine Schemadarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaues einer erfin dungsgemäßen elektromechanischen Antriebsanordnung gemäß einer vier ten Ausführungsform der Erfindung, mit einem in die Abtriebswelle integrier ten Achsdifferentialgetriebe, sowie zudem mit einem zwischen dem ersten Elektromotor und der Eingangswelle vorgesehenen Vorstufengetriebe, wo bei der zweite Freilauf in der Zwischenradanordnung sitzt
Figur 5 eine Übersichtsdarstellung zur Erläuterung der Aktivitäten der beiden Elekt romotoren, der Freiläufe und der Fahrzeuglängsbeschleunigung
Ausführliche Beschreibung der Figuren
Die Darstellung nach Figur 1 zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform einer erfin dungsgemäßen elektromechanischen Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug. Die Antriebsanordnung umfasst einen ersten Elektromotor E1 mit einem ersten Stator S1 und einem ersten Rotor R1. Die Antriebsanordnung umfasst weiter ein Reduktionsge triebe G, das als Stirnradgetriebe ausgeführt ist und eine Eingangswelle EW sowie ei ne Ausgangswelle AW aufweist.
Das Reduktionsgetriebe G umfasst eine erste Stirnradstufe GS1 mit einem ersten Übersetzungsverhältnis i1 und eine zweite Stirnradstufe GS2 mit einem zweiten und dabei gegensinnigen Übersetzungsverhältnis i2. Die erste Stirnradstufe GS1 weist ein erstes Antriebsstirnrad S1A und ein erstes Abtriebsstirnrad S1 B auf. Das erste An triebsstirnrad S1A sitzt auf der Eingangswelle EW und greift in das erste Abtriebsstirn rad S1 B ein, das auf der Ausgangswelle AW sitzt. Die zweite Stirnradstufe GS2 weist ein zweites Antriebsstirnrad S2A, eine Zwischen radanordnung S2Z und ein zweites Abtriebsstirnrad S2B auf. Das zweite Antriebsstirn rad S2A sitzt auf der Eingangswelle EW und greift dabei in das Zwischenrad Z1 der Zwischenradanordnung S2Z ein. Das Zwischenrad Z1 greift radial von außen her in das zweite Abtriebsstirnrad S2B ein, das auf der Ausgangswelle AW sitzt.
Bei der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung ist zwischen der Eingangswelle EW und dem ersten Antriebsstirnrad S1A ein erster Freilauf FR1 vorgesehen. Zudem ist zwischen der Eingangswelle EW und dem zweiten Antriebsstirnrad S2A ein zweiter Freilauf FR2 vorgesehen. Der erste Freilauf FR1 gelangt in einer ersten Drehrichtung der Eingangswelle EW in einen Koppelungszustand und der zweite Freilauf FR2 ge langt in einer der ersten Drehrichtung der Eingangswelle EW entgegengesetzten Drehrichtung in einen Koppelungszustand.
Der erste Freilauf FR1 ist im ersten Antriebszahnrad S1A angeordnet. Der zweite und dabei zum ersten Freilauf FR1 gegensinninge Freilauf FR2 ist im zweiten Antriebs zahnrad S2A angeordnet. Über die erste Stirnradstufe GS1 wird ein erstes Überset zungsverhältnis i1 realisiert, dessen Betrag bei diesem Ausführungsbeispiel größer ist als der Betrag des zweiten Übersetzungsverhältnisses i2, das über die zweite Stirn radstufe GS2 realisiert wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Eingangswelle EW zur Rotorachse X des ers ten Elektromotors E1 gleichachsig ausgerichtet und die Eingangswelle EW wird hier bei direkt durch die erste Rotorwelle RW1 angetrieben oder auch direkt durch die ers te Rotorwelle RW1 gebildet.
Die Antriebsanordnung umfasst einen zweiten Elektromotor E2. Der zweite Elektromo tor E2 ist über dessen zweite Rotorwelle RW2 an das Zwischenrad Z1 angekoppelt. Der zweite Elektromotor E2 kann leistungsmäßig kleiner ausgelegt sein als der erste Elektromotor E1 und dabei so dimensioniert sein, dass durch diesen, Lasteinbrüche während des Drehrichtungswechsels des ersten Elektromotors kompensiert werden können. Vorzugsweise ist der zweite Elektromotor E2 auch so ausgelegt, dass über diesen eine für einen Rückwärtsgang ausreichenden Antriebsleistung bereitstellbar ist. Es ist möglich, zwischen dem zweiten Elektromotor E2 und dem Zwischenrad Z1 eine Kupplungseinrichtung vorzusehen, durch welche der zweite Elektromotor E2 von dem Zwischenrad Z1 selektiv abkoppelbar ist. Diese Kupplungseinrichtung kann im Zu sammenspiel mit dem zweiten Rotor R2 des zweiten Elektromotors E2 realisiert sein, indem dieser beispielsweise bei Aktivierung des zweiten Stators S2 eine Axialverlage rung vollführt und damit eine Kupplung betätigt.
Die Darstellung nach Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungs gemäßen elektromechanischen Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug, die als Vor der- oder Hinterachs-Antriebseinheit in das Kraftfahrzeug eingebunden werden kann.
Für diese Antriebsanordnung gelten die Ausführungen zum Ausführungsbeispiel nach Figur 1 sinngemäß. Diese zweite Ausführungsform umfasst zusätzlich eine Überbrü ckungskupplung UK, zur Überbrückung des ersten Freilaufes FR1 derart, dass im Rahmen eines Schubbetriebs des Kraftfahrzeuges über das erste Antriebsstirnrad S1A ein Leistungstransfer (Rekuperation) in die Eingangswelle EW bewerkstelligbar ist. Diese Überbrückungskupplung ermöglicht es, den ersten Elektromotor E1 auch für den Rückwärtsgang zu nutzen und damit auch eine den zweiten Elektromotor E2 er forderlichenfalls unterstützende Rückwärtsgangfunktion.
Die Überbrückungskupplung UK ist hier beispielhaft als formschlüssig koppelnde Klauenkupplung ausgeführt und koppelt in eingerücktem Zustand das erste Antriebs stirnrad S1A torsionsstarr mit der Eingangswelle EW. Die Überbrückungskupplung UK wird über eine Aktuatoreinrichtung OP in einen geforderten Schaltzustand verbracht. Die Aktuatoreinrichtung OP wird über eine Steuereinrichtung C angesteuert welche auch den ersten Elektromotor E1 und den zweiten Elektromotor E2 ansteuert und die Drehzahlen der Eingangswelle EW und der Ausgangswelle AW berücksichtigt. Der zweite Elektromotor E2 ist auch hier über dessen zweite Rotorwelle RW2 an das Zwi schenrad Z1 angekoppelt.
Die Darstellung nach Figur 3 zeigt eine dritte Variante der erfindungsgemäßen elekt romechanischen Antriebsanordnung. Bei dieser Ausführungsform ist, abweichend von den Varianten nach den Figuren 1 und 2, der erste Freilauf FR1 im ersten Abtriebs zahnrad S1 B angeordnet. Der zweite Freilauf FR2 ist - wie bei den Ausführungsbei spielen nach den Figuren 1 und 2 - im zweiten Antriebszahnrad S2A angeordnet. Über die erste Stirnradstufe GS1 wird ein erstes Übersetzungsverhältnis i1 realisiert, des sen Betrag bei diesem Ausführungsbeispiel größer ist, als der Betrag des zweiten Übersetzungsverhältnisses i2, das über die zweite Stirnradstufe GS2 realisiert wird. Im Übrigen gelten die Ausführungen zu den Figuren 1 und 2 sinngemäß. Der zweite Elektromotor E2 ist auch hier an das Zwischenrad Z1 der Zwischenradanordnung S2Z angekoppelt und damit permanent mit der Ausgangswelle AW antriebsverbunden.
Die Darstellung nach Figur 4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungs gemäßen elektromechanischen Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug, die wiede rum als Vorder- oder Flinterachs-Antriebseinheit in ein Kraftfahrzeug eingebunden werden kann.
Diese Antriebsanordnung umfasst wiederum einen ersten Elektromotor E1 mit einem ersten Stator S1 und einem ersten Rotor R1 sowie ein Reduktionsgetriebe G, das als Stirnradgetriebe ausgeführt ist und eine Eingangswelle EW sowie eine Ausgangswelle AW aufweist. Das Reduktionsgetriebe G umfasst auch hier eine erste Stirnradstufe GS1 mit einem ersten Übersetzungsverhältnis i1 und eine zweite Stirnradstufe GS2 mit einem zweiten und zudem gegensinnigen Übersetzungsverhältnis i2. Die erste Stirnradstufe GS1 weist ein erstes Antriebsstirnrad S1A und ein erstes Abtriebsstirn rad S1 B auf. Das erste Antriebsstirnrad S1 A sitzt auf der Eingangswelle EW und greift in das erste Abtriebsstirnrad S1 B ein, das auf der Ausgangswelle AW sitzt.
Die zweite Stirnradstufe GS2 weist ein zweites Antriebsstirnrad S2A, eine Zwischen radanordnung S2Z und ein zweites Abtriebsstirnrad S2B auf. Die Zwischenradanord nung S2Z bildet hier ein Zwischenradpaar, das aus einem ersten und aus einem zwei ten Zwischenrad Z1 , Z2 besteht. Das zweite Antriebsstirnrad S2A sitzt auf der Ein gangswelle EW und greift dabei in das erste Zwischenrad Z1 des Zwischenradpaares S2Z ein. Das zweite Zwischenrad Z2 des Zwischenradpaares S2Z greift radial von außen her in das zweite Abtriebsstirnrad S2B ein, das auf der Ausgangswelle AW sitzt. Bei der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung ist zwischen der Eingangswelle EW und dem ersten Antriebsstirnrad S1A ein erster Freilauf FR1 vorgesehen. Zudem ist zwischen dem ersten Zwischenrad Z1 und dem zweiten Zwischenrad Z2 ein zweiter Freilauf FR2 vorgesehen. Der erste Freilauf FR1 gelangt in einer ersten Drehrichtung der Eingangswelle EW in einen Koppelungszustand, und der zweite Freilauf FR2 ge langt bei Drehung der Eingangswelle EW in einer der ersten Drehrichtung entgegen gesetzten Drehrichtung in einen Koppelungszustand.
Das erste Zwischenrad Z1 und das zweite Zwischenrad Z2 bilden gemeinsam die Zwischenradanordnung S2Z, die nachfolgend auch als Zwischenradpaar bezeichnet wird. Die beiden Zwischenräder Z1 , Z2 sind zueinander gleichachsig axial benachbart angeordnet und die zweite Freilaufeinrichtung FR2 ist zwischen diesen beiden Zwi schenrädern Z1 , Z2 so angeordnet, dass die Zwischenräder Z1 , Z2 in eine Richtung ein Drehmoment übertragen können, bei Belastung in Gegenrichtung jedoch entkop pelt sind, so dass kein Drehmoment zwischen den Zwischenrädern Z1 , Z2 übertragen wird. Der zweite Freilauf FR2 kann insbesondere als Klemmkörperfreilauf ausgeführt sein und axial zwischen den Zwischenrädern Z1 , Z2 angeordnet sein.
Der erste Freilauf FR1 ist im ersten Antriebszahnrad S1 A angeordnet. Der zweite Frei lauf FR2 ist im Zwischenradpaar S2Z angeordnet. Über die erste Stirnradstufe GS1 wird ein erstes Übersetzungsverhältnis realisiert, dessen Betrag größer ist als der Be trag eines zweiten Übersetzungsverhältnisses, das über die zweite Stirnradstufe GS2 realisiert wird.
Die Antriebsanordnung umfasst ebenfalls einen zweiten Elektromotor E2. Der zweite Elektromotor E2 ist über dessen zweite Rotorwelle RW2 an das zweite Zwischenrad Z2 angekoppelt. Der zweite Elektromotor E2 kann leistungsmäßig kleiner ausgelegt sein als der erste Elektromotor E1 und dabei so dimensioniert sein, dass durch die sen, Lasteinbrüche während des Drehrichtungswechsels des ersten Elektromotors E1 kompensiert werden können. Vorzugsweise ist der zweite Elektromotor E2 auch so ausgelegt, dass über diesen eine für einen Rückwärtsgang ausreichenden Antriebs leistung bereitstellbar ist. Es ist möglich, zwischen dem zweiten Elektromotor E2 und dem Zwischenrad Z2 eine Kupplungseinrichtung vorzusehen, durch welche der zweite Elektromotor E2 von dem Zwischenrad Z2 selektiv abkoppelbar ist. Diese Kupplungs einrichtung kann im Zusammenspiel mit dem Rotor R2 des zweiten Elektromotors E2 realisiert sein, indem dieser beispielsweise bei Aktivierung des zweiten Stators S2 ei ne Axialverlagerung vollführt und damit eine Kupplung betätigt. Der zweite Elektromo tor E2 kann zwischen dem ersten und dem zweiten Antriebsstirnrad S1A, S2A ange ordnet sein. Vorzugsweise befindet sich der zweite Elektromotor wie dargestellt, auf der dem Achsdifferential AD abgewandten Seite des zweiten Zwischenrades Z2, so dass der zweite Stator S2 sich in Richtung zum benachbarten Fahrzeugrad RW hin erstreckt.
Abweichend von den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 1 , 2 und 3 ist bei die sem Ausführungsbeispiel die Eingangswelle EW zur Rotorachse X des ersten Elekt romotors E1 nicht gleichachsig ausgerichtet, sondern zu dieser parallel versetzt. Die Eingangswelle EW wird indirekt unter Einbindung eine Vorstufe GS3 angetrieben. Die Vorstufe GS3 umfasst ein Stirnrad S3A das direkt durch die erste Rotorwelle RW1 angetrieben wird, und weist zudem ein Stirnrad S3B auf, das auf der Eingangswelle EW sitzt und mit dem Stirnrad S3A in Eingriff steht.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist nunmehr ein Achsdifferentialgetriebe AD, das der Verzweigung der Antriebsleistung auf eine linke und eine rechte Radantriebs welle WSL, WSR dient derart in die Antriebsanordnung eingebunden, dass dessen Umlaufgehäuse ADFI als Abtriebswelle AW und Träger der beiden Abtriebszahnräder S1 B, S2B fungiert. Das Achsdifferentialgetriebe AD ist vorzugsweise als Kegel- oder als Stirnraddifferentialgetriebe ausgebildet. Das Umlaufgehäuse ADFI ist zur Rotor achse X gleichachsig angeordnet. Die erste Rotorwelle RW1 ist als Flohlwelle ausge führt und ein Abschnitt der Radantriebswelle WSL ist koaxial durch die erste Rotorwel le RW1 hindurchgeführt. Die Radantriebswellen WSL, WSR sind hier beispielhaft als Gelenkwellen dargestellt. Es ist auch möglich, die Antriebsanordnung als Starrachs modul auszubilden, dann kann auf die angedeuteten Gelenke verzichtet werden.
Die Eingangswelle EW und die Ausgangswelle AW sind zueinander parallel ausge richtet. Die Antriebsanordnung ist dazu ausgelegt, in verbautem Zustand in einem Kraftfahrzeug so angeordnet zu sein, dass die Eingangswelle EW quer zur Fahr- zeuglängsrichtung ausgerichtet ist. Dabei kann die Antriebsanordnung ein Achsan- triebsmodul bilden, das in einem Zwischenbereich zwischen einem linken und einem rechten Fahrzeugrad LW, RW angeordnet ist.
Die Freiläufe FR1 , FR2 gelangen in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Rotors R des ersten Elektromotors E1 in einen Koppelungs- oder in einen Freilaufzustand. Die Freiläufe FR1 , FR2 können als reib- und/oder formschlüssig koppelnde Freiläufe oder Überholkupplungen ausgebildet sein. Es ist möglich, die Freiläufe FR1 , FR2 auch im Zusammenspiel mit einer axialen Verlagerbarkeit der Stirnräder zu realisieren, so können z.B. die Freiläufe FR1 , FR2 so ausgebildet sein, dass diese zunächst als reib schlüssig koppelende Strukturen die ihnen zugeordneten Zahnräder mitnehmen, wo bei dann aufgrund von Zahnreaktionskräften, z.B. Axialkräften einer entsprechend ausgelegten Schrägverzahnung, die Zahnräder axial verlagert werden und dann auch noch einen formschlüssigen Koppelungszustand mit ihrer Antriebswelle einnehmen. Flierdurch ergibt sich ein besonders hohes Drehmomentübertragungsvermögen und eine Entlastung der reibschlüssig koppelnden Freiläufe.
Weiterhin ist es möglich, das bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel vor gesehene und der Drehrichtungsumkehr dienende Zwischenradpaar S2Z als axial länger gestrecktes Zahnradpaar auszubilden und dieses dabei derart in die An triebsanordnung einzubinden, dass das zweite Zwischenrad Z2 ebenfalls in das erste Abtriebszahnrad S1 B eingreift. Auf das zweite Abtriebszahnrad S2B kann dann ver zichtet werden. Es ist weiterhin möglich, das erste und das zweite Abtriebszahnrad S1 B, S2B baugleich auszuführen und über das Zwischenradpaar S2Z dann den Zahn radzug zum zweiten Antriebszahnrad S2A zu schließen, wobei das zweite Antriebs zahnrad S2A dann vorzugsweise einen kleineren Kopfkreisdurchmesser aufweist als das erste Antriebszahnrad S1A. In diesem Falle wird dann das betragsmäßig größere Übersetzungsverhältnis über die zweite Stirnradstufe GS2 bewerkstelligt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist es auch in vorteilhafter Weise mög lich, die beiden Stirnradstufen GS1 , GS2 so auszulegen, dass auch die Achse X2 des Zwischenrades S2Z in der durch die Achsen XEW, XAW der Eingangswelle EW und der Abtriebswelle EW definierten Achsebene zu liegen kommt. Diese Maßnahme ist insbesondere für die Realisierung des hier nicht dargestellten Getriebegehäuses in Wannenbauweise von besonderem Vorteil.
Soweit das Getriebegehäuse in Topfbauweise realisiert wird, kann die Achse X2 des Zwischenradpaare S2Z auch zur vorstehend gennannten Ebene parallel versetzt sein. Die Eingangswelle EW und die Ausgangswelle AW, insbesondere wenn diese das Achsdifferentialgetriebe AD trägt, werden dann vorzugsweise von einander entgegen gesetzten Seiten in das Getriebegehäuse eingesteckt. Der Abschluss des Getrie begehäuses auf der Seite des Elektromotors E1 kann durch einen Anschlussflansch des Elektromotors bewerkstelligt werden oder auch durch einen Gehäuseabschnitt der das Vorstufengetriebe GS3 in sich trägt.
Im weiten Sinne besteht die Erfindung in einer elektromechanischen Antriebsanord nung für ein Kraftfahrzeug mit zwei gegensinnig übersetzenden Stirnradstufen die pa rallele Leistungstransferwege mit abweichenden und gegensinnigen Übersetzungs verhältnissen bilden, wobei diese Stirnradstufen unter Einbindung derart abgestimmt orientierter Freiläufe lastführend sind, dass durch die Wahl der Drehrichtung des ers ten Elektromotors das für den Leistungstransfer zum Getriebeausgang hin wirksame Übersetzungsverhältnis selektierbar ist und über den zweiten Elektromotor auch in ei ner Phase des Drehrichtungswechsels des Rotors des ersten Elektromotors die An triebsanordnung ein hinreichendes Antriebsmoment an der Ausgangswelle bereitstel len kann.
Die Darstellung nach Figur 5 veranschaulicht die Funktionsweise der erfindungsge mäßen Antriebsanordnung in Verbindung mit fünf Betriebsphasen PH1 , PH2, PH3, PH4 und PH5. In der Betriebsphase PH1 dreht der Antriebsmotor E1 in positiver Dreh richtung und erzeugt die Antriebsleistung. Der erste Freilauf FR1 in der ersten Gang stufe GS1 greift und überträgt die Antriebsleistung über die erste Gangstufe GS1 auf die Ausgangswelle AW. Im Anschluss gelangt die Antriebsleistung über die Aus gangswelle AW und von dort auf das Achsdifferential AD.
In der Betriebsphase PH2 kann abhängig vom Leistungsbedarf parallel dazu der An triebsmotor E2 ein weiteres Antriebsmoment erzeugen, welches direkt über die Zwi schenradanordnung S2Z und das Differenzial AD auf die Räder übertragen wird. Soll nun der Gang geschalten werden, d.h. das Antriebsmoment des ersten Motors E1 über die zweite Gangstufe GS2 übertragen werden, so muss zunächst das Moment am ersten Antriebsmotor E1 reduziert werden. Es erfolgt eine Reduzierung der Zug kraft am Rad, welche aber durch den zweiten Antriebsmotor E2 zumindest teilweise kompensiert werden kann. Dieser Zusammenhang ist in der Betriebsphase PH3 ver anschaulicht.
In der Betriebsphase PH4 erfolgt eine Drehrichtungsumkehr am Antriebsmotor E1. Der erste Freilauf FR1 der ersten Gangstufe GS1 öffnet. Gleichzeitig schließt der ge genläufig orientierte Freilauf FR2 in der zweiten Gangstufe GS2. Das Antriebsmoment des ersten Motors E1 kann nun über die zweite Gangstufe GS2 übertragen werden.
Optional kann nun in der Betriebsphase PH weiterhin der Antriebsmotor E2 verwendet oder nicht mehr verwendet werden.
Soweit die erforderliche Antriebsleistung ausschließlich über den nunmehr in Gegen richtung rotierenden ersten Elektromotor E1 aufgebracht werden soll, wird in der Be triebsphase PFI5 der zweite Elektromotor E2 nicht mehr weiter angesteuert und die Leistung des ersten Elektromotors E1 über den zweiten Freilauf FR2 durch die zweite Getriebestufe GS2 geführt.
In dem in die Darstellung eingebundenen Diagramm ME veranschaulicht das oberste Graphenpaar das Drehmoment des ersten Elektromotors E1 (Volllinie) und des zwei ten Elektromotors E2 (Strichlinie).
Im darunterliegenden Diagramm RPM sind die Drehzahlen der Rotorwellen darge stellt. Dort zeigt die Volllinie die Drehzahlzunahme der Rotorwelle des zweiten Elekt romotors E2, die Strichlinie den Drehzahlverlauf der Rotorwelle des ersten Elektromo tors. Der Nulldurchgang der Drehzahl der Rotorwelle des ersten Elektromotors E1 er folgt in Phase PH3.
Der Graph a (Strichlinie) veranschaulicht qualitativ die Längsbeschleunigung eines Kraftfahrzeuges das mit einer entsprechenden Antriebseinrichtung ausgestattet ist. Der Graph MFR Zeigt das von den Freiläufen FR1 , FR2 übertragene Drehmoment. Die Volllinie zeigt dabei das Drehmoment im ersten Freilauf FR1 und die Strichlinie das Drehmoment das vom zweiten Freilauf FR2 übertragen wird. Wie erkennbar, liegt in der Phase PFI3 an keinem der Freiläufe FR1 , FR2 ein Drehmoment an. Der vollstän dig fehlende Leistungsbeitrag des ersten Elektromotors E1 wird in dieser Phase PH3 vollständig durch den zweiten Elektromotor E2 kompensiert.
Durch dieses Getriebekonzept wird eine unterbrechungsfreie Schaltung gewährleistet, da zu jedem Zeitpunkt ein Antriebsmoment an den Rädern anliegt. Die E-Motoren können optional temporär in Überlast betrieben werden, um somit den Komfort weiter hin zu steigern.

Claims

Patentansprüche
1. Elektromechanische Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit:
- einem ersten Elektromotor (E1 ) mit einem ersten Stator (S1 ) und einem ersten Rotor
(R1 ).
- einem Reduktionsgetriebe (G), das als Stirnradgetriebe ausgeführt ist und eine Ein gangswelle (EW) sowie eine Ausgangswelle (AW) aufweist, wobei
- das Reduktionsgetriebe (G) eine erste Stirnradstufe (GS1 ) mit einem ersten Über setzungsverhältnis (i1 ) und eine zweite Stirnradstufe (GS2) mit einem zweiten, zum ersten Übersetzungsverhältnis (i1 ) gegensinnigen Übersetzungsverhältnis (i2) auf weist,
- die erste Stirnradstufe (GS1 ) ein erstes Antriebsstirnrad (S1A) und ein erstes Ab triebsstirnrad (S1 B) aufweist,
- die zweite Stirnradstufe (GS2) ein zweites Antriebsstirnrad (S2A), eine Zwischenrad anordnung (S2Z) und ein zweites Abtriebsstirnrad (S2B) aufweist,
- in der ersten Getriebestufe (GS1 ) ein erster Freilauf (FR1 ) vorgesehen ist,
- in der zweiten Getriebestufe (GS2) ein zweiter Freilauf (FR2) vorgesehen ist,
- der erste Freilauf (FR1 ) bei Drehung der Eingangswelle (EW) in einer ersten Dreh richtung in einen Koppelungszustand gelangt,
- der zweite Freilauf (FR2) bei Drehung der Eingangswelle (EW) in einer der ersten Drehrichtung entgegengesetzten, zweiten Drehrichtung in einen Koppelungszustand gelangt,
- die Eingangswelle (EW) durch den ersten Elektromotor (E1 ) angetrieben wird,
- ein zweiter Elektromotor (E2) vorgesehen ist, der einen zweiten Rotor (R2) und ei nen zweiten Stator (S2) aufweist, und
- der zweite Elektromotor (E2) über die Zwischenradanordnung (S2Z) kinematisch an die zweite Getriebestufe (GS2) angekoppelt ist.
2. Elektromechanische Antriebsanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeich net, dass der zweite Freilauf (FR2) in einem zwischen der Eingangswelle (EW) und dem zweiten Elektromotor (E2) liegenden Abschnitt der zweiten Getriebestufe (GS2) angeordnet ist.
3. Elektromechanische Antriebsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass der zweite Elektromotor (E2) permanent oder zumindest vom zweiten Freilauf (FR2) unabhängig mit der Ausgangswelle (AW) kinematisch gekoppelt ist.
4. Elektromechanische Antriebsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese ein Achsdifferentialgetriebe (AD) umfasst, zur Verzweigung der über das Reduktionsgetriebe (G) geführten Antriebsleistung auf eine erste und eine zweite Radantriebswelle (WSL, WSR) und dass das Achsdifferen tialgetriebe (AD) zur Ausgangswelle (AW) gleichachsig angeordnet ist.
5. Elektromechanische Antriebsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, dass das Achsdifferentialgetriebe (AD) ein Umlaufgehäuse (ADFI) umfasst und dass dieses Umlaufgehäuse (ADFI) Teil der Ausgangswelle (AW) bildet und hierbei das erste Abtriebszahnrad (S1 B) trägt und/oder das zweite Abtriebszahnrad (S2B) trägt
6. Elektromechanische Antriebsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Freilauf (FR1 ) im ersten Antriebszahn rad (S1 A) angeordnet ist und/oder dass der zweite Freilauf (FR2) im zweiten Antriebs zahnrad (S2A) angeordnet ist.
7. Elektromechanische Antriebsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass über die erste Stirnradstufe (GS1 ) ein erstes Übersetzungsverhältnis (i1 ) realisiert wird, dessen Betrag größer ist als der Betrag ei nes zweiten Übersetzungsverhältnisses (i2), das über die zweite Stirnradstufe (GS2) realisiert wird.
8. Elektromechanische Antriebsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswelle (EW) zur ersten Rotorachse (X) gleichachsig ausgerichtet ist.
9. Elektromechanische Antriebsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswelle (EW) direkt durch die erste Rotorwelle (RW) angetrieben wird oder durch die erste Rotorwelle (RW) gebildet ist.
10. Elektromechanische Antriebsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Eingangswelle (EW) ein Vorstufenrad (S3B) sitzt, und dass dieses Vorstufenrad (S3B) durch ein Antriebsritzel (S3A) ange trieben wird, das auf der Rotorwelle (RW) sitzt.
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