DE102021006124B3

DE102021006124B3 - Elektrischer Achsantrieb für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug mit einem schaltbaren Torque- Vectoring- Betrieb

Info

Publication number: DE102021006124B3
Application number: DE102021006124.1A
Authority: DE
Inventors: Philip Gansloser; Tobias Schilder; Tobias Haerter; Wolfgang Elser; Ernst Walth; Martin Dengler
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2021-12-13
Filing date: 2021-12-13
Publication date: 2023-03-16
Anticipated expiration: 2041-12-14
Also published as: US12246588B2; US20240416735A1; WO2023110289A1; CN118251555A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Achsantrieb (10) für ein Kraftfahrzeug aufweisend:- eine erste elektrische Maschine (12), die einen ersten Rotor (14) aufweist, und eine zweite elektrische Maschine (16), die einen zweiten Rotor (18) aufweist;- ein Differentialgetriebe (20) drei Wellen, wobei der erste Rotor (14) derart mit der Eingangswelle (22) koppelbar ist, dass Drehmomente, ausgehend von dem ersten Rotor (14), über die Eingangswelle (22) in das Differentialgetriebe (20) eingeleitet werden;- ein erstes Schaltelement (38), mittels welchem der zweite Rotor (18) mit der ersten Ausgangswelle (24) koppelbar ist, dass Drehmomente, ausgehend von dem zweiten Rotor (18), in die erste Ausgangswelle (24) eingeleitet werden; und- ein zweites Schaltelement (40), mittels welchem der zweite Rotor (18) mit der zweiten Ausgangswelle (26) koppelbar ist, dass Drehmomente, ausgehend von dem zweiten Rotor (18), in die zweite Ausgangswelle (26) eingeleitet werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Achsantrieb für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Aus dem Stand der Technik sind bereits zumindest teilweise elektrisch betriebene Kraftfahrzeuge beziehungsweise vollelektrisch betriebene Kraftfahrzeuge bekannt, welche zwei elektrische Maschinen zum Antreiben der Räder aufweisen. Hierbei ist es ermöglicht, dass die beiden elektrischen Maschinen jeweils nur im Torque-Vectoring-Betrieb gefahren werden können. Ein Einzelbetrieb ist nicht möglich. Jeder Radseite ist jeweils eine einzelne E-Maschine zugeordnet, wodurch der Einzelbetrieb nicht möglich ist. Für gleiche Drehmomentkapazität an beiden Rädern sind dabei nur symmetrische Anordnungen, insbesondere gleiche E-Maschinen, sinnvoll. Das maximale Radmoment ist auf das Maximalmoment der jeweils zugeordneten E-Maschine begrenzt. Ferner sind Antriebe mit Differential bekannt, welche prinzipiell sowohl in Einzelbetrieb der elektrischen Maschinen als auch die Torque-Vectoring-Funktionalität anbieten. Ein Moduswechsel von dem Single-Betrieb zum Torque-Vectoring-Betrieb ist ohne Zugkraftunterbrechung nur mit drehmomentstarken Reibkupplungen an Rad- und Differentialseite möglich. Eine Umsetzung mit rein formschlüssigen Schaltelementen, beispielsweise Klauen, ist nur mit vollständiger Zugkraftunterbrechung realisierbar. Gleiche Drehmomentkapazitäten an beiden Rädern sind nur bei symmetrischen Anordnungen sinnvoll. Das maximale Radmoment ist hier ebenfalls auf das Maximalmoment der jeweils zugeordneten E-Maschine begrenzt. Ferner sind Maschinenanordnungen mit Differential und Überlagerungsgetriebe für den Torque-Vectoring-Betrieb bekannt, wobei diese zwar mit geringem Aufwand das Torque-Vectoring-Moment variieren, aber den Nachteil aufweisen, dass die Momentenverteilung zum einen unsymmetrisch erfolgt und zum anderen in einer Drehmomentrichtung das Gesamtbetriebsmoment reduziert. Zusätzlich muss ein großer Aufwand für das Überlagerungsgetriebe und gegebenenfalls eine zusätzliche Untersetzungsstufe betrieben werden.
Die DE 10 2010 051 058 A1 betrifft eine Antriebseinheit mit einem ersten Antrieb, mit einem zweiten Antrieb und mit wenigstens einem Planetenverteilergetriebe, wobei das Planetenverteilergetriebe zumindest zwei antreibbare Wellen und zwei Antriebswellen aufweist, von dem wenigstens eine antreibbare Welle ein Koppelglied zwischen einem durch einen der Antrieb antreibbaren Planetengetriebe und dem zumindest aus einer Sonne, einem Planetenträger und aus zwei Sätzen Planeten gebildeten Planetenverteilergetriebe ist.
Aus der DE 10 2021 101 674 A1 , der DE 11 2017 006 087 T5 , der DE 10 2019 115 918 A1 und der US 10 113 630 B2 sind Systeme mit jeweils einer elektrischen Maschine und der Möglichkeit eines Torque-Vectoring-Betriebes für einen Achsantrieb bekannt.
Aus der US 7 393 296 B2 sowie der gattungsgemäßen DE 10 2012 101 209 A1 sind elektrische Achsantriebe mit jeweils zwei elektrischen Maschinen und der Möglichkeit eines schaltbaren Torque-Vectoring-Betriebes bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es einen elektrischen Achsantrieb zu schaffen, mittels welchem unterschiedliche elektrische Maschinen und Getrieberadsätze im Kraftfahrzeug verbaut werden können, wobei ein schaltbarer Torque-Vectoring-Betrieb auf besonders kompakte Weise realisiert werden soll.
Diese Aufgabe wird durch einen elektrischen Achsantrieb gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft einen elektrischen Achsantrieb für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug mit zumindest einer ersten elektrischen Maschine, die einen ersten Rotor aufweist, und mit einer zweiten elektrischen Maschine, die einen zweiten Rotor aufweist. Der elektrische Achsantrieb weist ferner ein Differentialgetriebe mit einer Eingangswelle, einer ersten Ausgangswelle und einer zweiten Ausgangswelle, wobei die Ausgangswellen zum Ausleiten von Drehmomenten aus dem Differentialgetriebe in Richtung von Kraftfahrzeugrädern ausgebildet sind, wobei der erste Rotor derart mit der Eingangswelle koppelbar ist, dass Drehmomente, aus dem von dem ersten Rotor, über die Eingangswelle in das Differentialgetriebe eingeleitet werden. Vorzugsweise weist das Differentialgetriebe genau drei Wellen, nämlich die Eingangswelle, die erste Ausgangswelle und die zweite Ausgangswelle, auf.
Es ist dabei ein erstes Schaltelement, mittels welchem der zweite Rotor derart mit der ersten Ausgangswelle koppelbar ist, dass Drehmomente, ausgehend von dem zweiten Rotor, unter Umgehung der Eingangswelle und unter Umgehung der zweiten Ausgangswelle in die erste Ausgangswelle eingeleitet werden, auf an sich bekannte Weise vorgesehen. Ferner ist, ebenfalls auf an sich bekannte Weise, ein zweites Schaltelement vorgesehen, mittels welchem der zweite Rotor derart mit der zweiten Ausgangswelle koppelbar ist, dass Drehmomente, ausgehend von dem zweiten Rotor, unter Umgehung der Eingangswelle und unter Umgehung der ersten Ausgangswelle in die zweite Ausgangswelle eingeleitet werden.
Insbesondere kann somit ein elektrischer Achsantrieb mit zwei elektrischen Maschinen bereitgestellt werden, welcher die funktionalen Optionen eines Einzelbetriebs, eines Torque-Vectoring-Betriebs und von individuell konfigurierbaren E-Maschinen und Getriebeübersetzungen ermöglicht. Insbesondere ist der Torque-Vectoring-Betrieb schaltbar und die Getriebeübersetzungen können asymmetrisch ausgelegt sein. Mit einer der elektrischen Maschinen als Haupt-elektrische Maschine und Getriebe wird über ein Differential der Grundmomentenbedarf auf beide Kraftfahrzeugräder verteilt und somit ein sogenannter single-elektrischer Maschinenbetrieb oder Single-Betrieb bereitgestellt. Beispielsweise kann die erste elektrische Maschine als die Haupt-elektrische Maschine angesehen werden. Über die zweite elektrische Maschine kann ein zusätzlicher Momentenbedarf entweder über den Torque-Vectoring-Betrieb additiv an ein bestimmtes Kraftfahrzeugrad geführt werden oder als „Boost“-Drehmoment im zweifachen Betrieb der elektrischen Maschinen auf den Differentialeingang eingeleitet und von dort gleichmäßig auf die beiden Kraftfahrzeugräder verteilt werden.
Unter dem Torque Vectoring-Betrieb ist allgemein zu verstehen, dass der elektrische Achsantrieb derart betrieben wird, dass die beiden Ausgangswellen des Differentialgetriebes, nämlich die erste Ausgangswelle und die zweite Ausgangswelle unterschiedlich eingestellte Drehmomente an das jeweils mit ihnen verbundene Kraftfahrzeugrad übertragen.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass auch die zweite elektrische Maschine koaxial zu dem Differentialgetriebe angeordnet ist.
Durch die Verwendung des Differentialgetriebes, zum Beispiel in einer Planetenausführung, können nach diesem Konzept auch in koaxialer Bauweise beide Ausgangswellen des Differentialgetriebes beliebig mit einem Zusatzmoment, insbesondere einem Antriebs- oder Bremsmoment, der zweiten elektrischen Maschine additiv beaufschlagt werden, was hier als Torque-Vectoring-Betrieb bezeichnet wird. Alternativ ist ein Boost-Betrieb möglich, welcher auch als Dual-EM-Betrieb bezeichnet werden kann, bei dem die beiden elektrischen Maschinen ihre Drehmomente an der Eingangswelle des Differentialgetriebes einleiten und bei dem diese Drehmomente dann gleichmäßig auf die beiden Ausgangswellen des Differentialgetriebes und somit auf beide Kraftfahrzeugräder verteilt werden. Im verbrauchsreduzierten single-elektrischen Maschinenbetrieb, welcher auch als Ecomodus bezeichnet werden kann, kann die zweite elektrische Maschine komplett abgeschaltet und beispielsweise auch abgekoppelt werden, so dass diese nicht mitgeschleppt werden muss.
Insbesondere bildet sich dabei der Vorteil, dass die beiden elektrischen Maschinen und Getrieberadsätze individuell und modular nach Bauart, Leistungsanforderung, Effizienz und Funktionalität dimensioniert werden können. Eine zwingend symmetrische Dimensionierung der beiden elektrischen Maschinen ist hierbei nicht erforderlich. Es kann ferner eine platzsparende koaxiale Bauweise und dadurch nutzbarer Bauraum zur Integration von Leistungselektronik und Getriebesteuerung ins Gesamtaggregat realisiert werden. Ferner ist auch der Wechsel zwischen den Betriebsmodi Torque-Vectoring, Single- und Dualantrieb ohne Zugkraftunterbrechung mit einfachen formschlüssigen und schleppmomentfreien Schaltelementen, zum Beispiel Klauen, realisierbar, da jederzeit das Grundmoment der hauptelektrischen Maschine zur Verfügung steht. Ferner ist auch ein Gangwechsel bauoptional mehrgängig ausgeführter Getrieberadsätze mit formschlüssigen Schaltelementen möglich, da die Zugkraft durch den jeweils nichtschaltenden Teiltriebstrang jederzeit gestützt werden kann.
Im Torque-Vectoring-Betrieb kann neben dem Grundmoment aus der Hauptmaschine das volle Moment der zweiten elektrischen Maschine additiv auf eine Radseite geleitet werden. Das maximale Radmoment ist nicht auf das Maximalmoment der jeweils zugeordneten elektrischen Maschine, wie bei einem symmetrischen Konzept, begrenzt.
Insbesondere wird somit ein einfaches modulares dual-elektrisches Maschinenkonzept mit den Funktionsbausteinen Torque-Vectoring, Single-EM-Modus, Dualantrieb, Disconnect sowie Differentialsperre ermöglicht. Somit kann eine maximale Schaltflexibilität und Differential-Sperrfunktionalität bei Einsatz von Reibkupplungen statt formschlüssigen Schaltelementen realisiert werden. Optional kann über die Drehrichtung der zweiten elektrischen Maschine die gesteuerte Auswahl der Torque-Vectoring-Radseite mittels zweier gegenläufigen wirksamer Freiläufe in Kombination mit einem positiven und negativ übersetzenden Getrieberadsatz realisiert werden.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die erste elektrische Maschine und das Differentialgetriebe koaxial zueinander und koaxial zu einer Hauptdrehachse des elektrischen Achsantriebs angeordnet sind.
Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass relativ zur Hauptdrehachse das erste Schaltelement axial überlappend und radial umgebend zum zweiten Schaltelement angeordnet ist. Somit kann ein kompakter und bauraumreduzierter elektrischer Achsantrieb bereitgestellt werden.
Damit, dass zwei Bauteile axial überlappend angeordnet sind, ist gemeint, dass zumindest jeweils Teile der beiden Bauteile in einem gleichen axialen Bereich angeordnet sind. Der Begriff „axial“ bezieht sich dabei auf die Hauptdrehachse. Die zwei Bauteil sind jeweils zumindest teilweise in dem gleichen axialen Bereich angeordnet, wenn sie hinsichtlich einer Koordinatenachse, die parallel zu der Hauptdrehachse angeordnet ist, zumindest jeweils teilweise gleiche Ortskoordinaten haben.
Damit, dass ein erstes Bauteil radial umgebend zu einem zweiten Bauteil angeordnet ist, ist gemeint, dass das erste Bauteil bezogen auf die Hauptdrehachse in einem Bereich größerer Radien angeordnet ist als das zweite Bauteil.
Ferner ist erfindungsgemäß ein drittes Schaltelement vorgesehen, mittels welchem der zweite Rotor derart mit der Eingangswelle koppelbar ist, dass Drehmomente, ausgehend von dem zweiten Rotor über die Eingangswelle in das Differentialgetriebe eingeleitet werden, wobei das dritte Schaltelement relativ zur Hauptdrehachse radial umgebend und axial überlappend zu dem ersten Schalterelement angeordnet ist. Dadurch ist es möglich, dass der elektrische Achsantrieb mit unterschiedlichen Modi betrieben werden kann, sodass ein Torque-Vectoring-Betrieb, ein Single-EM-Betrieb sowie ein Dual-EM-Betrieb realisiert werden kann.
Insbesondere kann ferner vorgesehen sein, indem zwei der drei Schaltelemente, beispielsweise das erste Schaltelement, das zweite Schaltelement oder das dritte Schaltelement, geschlossen werden, dass das Differentialgetriebe gesperrt werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform sind das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement jeweils als eine Reibkupplung ausgebildet. Insbesondere kann somit auf einfacher Art und Weise zwischen den jeweiligen Modi umgeschaltet werden.
Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn relativ zur Hauptdrehachse das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement axial zwischen dem Differentialgetriebe und der zweiten elektrischen Maschine angeordnet sind. Somit kann bauraumsparend der elektrische Achsantrieb realisiert werden.
Weiterhin vorteilhaft ist ein viertes Schaltelement vorgesehen, welches zum drehfesten Verbinden des ersten Rotors mit der Eingangswelle ausgebildet ist. Dadurch ist es ermöglicht, dass das Drehmoment der ersten elektrischen Maschine zuverlässig und bedarfsgerecht auf die Eingangswelle übertragen werden kann.
Unter einer drehfesten Verbindung zweier drehbar gelagerter Elemente ist zu verstehen, dass die zwei drehbar gelagerten Elemente koaxial zueinander angeordnet sind und derart miteinander verbunden sind, dass sie mit gleicher Winkelgeschwindigkeit drehen.
In der weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform ist ein fünftes Schaltelement vorgesehen, welches zum drehfesten und bedarfsgerechten Verbinden des zweiten Rotors mit der Eingangsseite des ersten Schaltelements ausgebildet ist. Dadurch ist es ermöglicht, dass die zweite elektrische Maschine Drehmoment zuverlässig und bedarfsgerecht übertragen werden kann.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform ist ein erster Planetenradsatz vorgesehen, welcher bezüglich eines Drehmomentflusses zwischen der ersten Ausgangswelle und einem ersten Kraftfahrzeugrad der Kraftfahrzeugräder angeordnet ist, und ein zweiter Planetenradsatz kann vorgesehen sein, welcher bezüglich eines Drehmomentflusses zwischen der zweiten Ausgangswelle und einem zweiten Kraftfahrzeugrad der Kraftfahrzeugräder angeordnet ist. Alternativ kann der erste Planetenradsatz beziehungsweise der zweite Planetenradsatz auch zwischen dem ersten Rotor und der Eingangswelle angeordnet sein, und beispielsweise kann der zweite Planetenradsatz alternativ auch zwischen dem zweiten Rotor und dem ersten Schaltelement angeordnet sein. Ein nochmals weiterer Planetenradsatz kann auch mehrgängig ausgebildet sein.
Ebenfalls vorteilhaft ist, wenn das Differentialgetriebe ein Sonnenrad, einen Doppelplanetenträger und ein Hohlrad aufweist, wobei das Hohlrad drehfest mit der Eingangswelle verbunden ist, der Doppelplanetenträger drehfest mit der ersten Ausgangswelle verbunden ist und das Sonnenrad drehfest mit der zweiten Ausgangswelle verbunden ist. Somit ist es ermöglicht, dass zuverlässig das Drehmoment der ersten elektrischen Maschine und/oder zweiten elektrischen Maschine übertragen werden können.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform sind bezüglich der Richtung der Hauptdrehachse die erste Ausgangswelle, das Sonnenrad, das erste Schaltelement und die zweite elektrische Maschine in der genannten Reihenfolge nacheinander angeordnet. Dadurch lässt sich ein kompakter elektrischer Achsantrieb realisieren.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Achsantrieb nach dem vorhergehenden Aspekt. Das Kraftfahrzeug ist dabei insbesondere zumindest teilweise elektrisch betrieben oder vollelektrisch betrieben.
Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des elektrischen Achsantriebs sind als vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Kraftfahrzeugs anzusehen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung.
Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines elektrischen Achsantriebs.
In der Figur sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Figur zeigt in einer schematischen Perspektivansicht eine Ausführungsform eines elektrischen Achsantriebs 10 für ein nicht dargestelltes zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug. Das Kraftfahrzeug kann auch vollelektrisch betrieben sein. Der elektrische Achsantrieb 10 weist eine erste elektrische Maschine 12 mit einem ersten Rotor 14 auf. Die erste elektrische Maschine 12 ist vorteilhaft als eine Axialflussmaschine ausgebildet. Ferner weist der elektrische Achsantrieb 10 eine zweite elektrische Maschine 16 mit einem zweiten Rotor 18 auf. Die zweite elektrische Maschine 16 ist vorteilhaft ebenfalls vom Typ einer Axialflussmaschine. Der elektrische Achsantrieb 10 weist ferner ein Differentialgetriebe 20 mit genau drei Wellen auf, nämlich eine Eingangswelle 22, einer ersten Ausgangswelle 24 und einer zweiten Ausgangswelle 26, wobei die Ausgangswellen 24, 26 zum Ausleiten von Drehmomenten aus dem Differentialgetriebe 20 in Richtung von Kraftfahrzeugrädern 28, 30 ausgebildet sind, wobei der erste Rotor 14 derart mit der Eingangswelle 22 koppelbar ist, das Drehmomente ausgehend von dem ersten Rotor 14, über die Eingangswelle 22 in das Differentialgetriebe 20 eingeleitet werden, wobei die erste elektrische Maschine 12 und das Differentialgetriebe 20 koaxial zueinander und koaxial zu einer Hauptdrehachse 34, insbesondere des elektrischen Achsantriebs 10, angeordnet sind.
Ferner weist der elektrische Achsantrieb 10 ein erstes Schaltelement 38 auf, mittels welchen der zweite Rotor 18 derart mit der ersten Ausgangswelle 24 koppelbar ist, dass Drehmomente, ausgehend von dem zweiten Rotor 18 unter Umgehung der Eingangswelle 22 und unter Umgehung der zweiten Ausgangswelle 26 in die erste Ausgangswelle 24 eingeleitet werden. Es ist weiter ein zweites Schaltelement 40 vorgesehen, mittels welchen der zweite Rotor 18 derart mit der zweiten Ausgangswelle koppelbar ist, dass Drehmomente, ausgehend von dem zweiten Rotor 18, unter Umgehung der Eingangswelle 22 und unter Umgehung der ersten Ausgangswelle 24 in die zweite Ausgangswelle 26 eingeleitet werden. Mittels des ersten Schaltelementes 38 und mittels des zweiten Schaltelementes 40 kann somit ein Torque-Vectoring-Betrieb realisiert werden, indem gezielt der ersten Ausgangswelle 24 ein anderes Drehmoment zugeführt wird als der zweiten Ausgangswelle 26.
Insbesondere ist es dadurch ermöglicht, dass die beiden elektrischen Maschinen 12, 16 und die jeweiligen Getrieberadsätze individuell und modular nach Bauart, Leistungsanforderung, Effizienz und Funktionalität dimensioniert werden können. Eine zwingend symmetrische Auslegung ist dabei nicht erforderlich. Die platzsparende koaxiale Bauweise und der dadurch nutzbare Bauraum zur Integration von Leistungselektronik und Getriebesteuerung in das Gesamtaggregat ist ermöglicht. Ferner kann der Wechsel zwischen den Betriebsmodi Torque-Vectoring- / Single-/ Dual-Antrieb ohne Zugkraftunterbrechung mit einfachen formschlüssigen und schleppmomentfreien Schaltelementen, beispielsweise Klauen, realisiert werden, da jederzeit das Grundmoment der im vorherigen Ausführungsbeispiel ersten elektrischen Maschine 12 als hauptelektrische Maschine, zur Verfügung steht. Ferner sind auch Gangwechsel bei optionalen mehrgängig ausgeführten Getrieberadsätzen mit formschlüssigen Schaltelementen darstellbar, da die Zugkraft durch den jeweils nichtschaltenden Teiltriebstrang gestützt werden kann. Im Torque-Vectoring-Betrieb kann neben dem Grundmoment aus der Hauptmaschine das volle Moment der zweiten elektrischen Maschine 16 additiv auf eine Radseite geleitet werden. Das maximale Einzelradmoment ist nicht auf das Maximalmoment der jeweils zugeordneten E-Maschine bei symmetrischen Konzepten begrenzt.
Ferner ist insbesondere vorgesehen, dass zumindest das erste Schaltelement 38 und das zweite Schaltelement 40 jeweils als eine Reibkupplung ausgebildet sind. Alternativ kann auch eine Klauenkupplung vorgeschlagen werden, wobei insbesondere für die Lastschaltbarkeit des Torque-Vectorings eine Lamellenkupplung benötigt wird.
Ferner kann relativ zur Hauptdrehachse 34 das erste Schaltelement 38 und das zweite Schaltelement 40 axial zwischen dem Differentialgetriebe 20 und der zweiten elektrischen Maschine 16 angeordnet sein. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass relativ zur Hauptdrehachse 34 das erste Schaltelement 38 axial überlappend und radial umgebend zu dem zweiten Schaltelement 40 angeordnet ist.
Es kann ferner ein drittes Schaltelement 42 vorgesehen sein, mittels welchem der Rotor 18 derart mit der Eingangswelle 22 koppelbar ist, dass Drehmomente, ausgehend von dem zweiten Rotor 18 über die Eingangswelle 22 in das Differentialgetriebe 20 eingeleitet werden, wobei das dritte Schaltelement 42 relativ zur Hauptdrehachse 34 radial umgebend und axial überlappend zu dem ersten Schaltelement 38 angeordnet ist.
Mittels des ersten Schaltelementes 38, des zweiten Schaltelementes 40 und des dritten Schaltelementes 42 kann ferner die zweite elektrische Maschine 16 komplett von dem Differentialgetriebe 20 abgekoppelt werden, wodurch sich ein Disconnect-Betrieb für die zweite elektrische Maschine 16 realisieren lässt.
Ferner kann auch ein viertes Schaltelement 44 vorgesehen sein, welches zum drehfesten Verbinden des ersten Rotors 14 mit der Eingangswelle 22 ausgebildet ist. Auch ein fünftes Schaltelement 46 kann vorgesehen sein, welches zum drehfesten Verbinden des zweiten Rotors 18 mit der Eingangsseite des ersten Schaltelements 38 ausgebildet ist. Das fünfte Schaltelement 46 ist vorteilhaft als ein Freilauf ausgebildet, derart, dass der Freilauf dann eine drehfeste Verbindung von dem zweiten Rotor 18 mit der Eingangsseite des ersten Schaltelementes 38 herstellt, wenn der zweite Rotor 18 schneller dreht als die Eingangsseite des ersten Schaltelementes 38 beziehungsweise wenn der zweite Rotor 18 die Eingangsseite des ersten Schaltelementes 38 schiebt.
Alternativ besteht anstelle des fünften Schaltelementes 46 zwischen dem zweiten Rotor 18 und der Eingangsseite des ersten Schaltelementes 38 eine permanente drehfeste Verbindung. Im Falle dieser Alternative der drehfesten Verbindung von zweitem Rotor 18 und Eingangsseite des ersten Schaltelementes 38 kann zum Zwecke des Torque-Vectoring-Betriebes die zweite elektrische Maschine zum Abbremsen der ersten Ausgangswelle oder der zweiten Ausgangswelle verwendet werden.
Mittels des vierten Schaltelementes 44 kann für die erste elektrische Maschine 2 ein Disconnect-Betrieb realisiert werden, wobei die erste elektrische Maschine 2 vollständig von dem Differentialgetriebe 20 entkoppelt wird.
Ein Disconnect-Betrieb kann vorteilhaft auch auf eine nicht in der Fig. dargestellte weise realisiert werden, indem weitere, jeweils Planetenradsätzen 32, 36, nämlich einem ersten Planetenradsatz 32 und einem zweiten Planetenradsatz 36, zugeordnete Schaltelemente eingebaut werden, mittels welchen die Kraftfahrzeugräder 28, 30 von den Planetenradsätzen 32, 36 abgekoppelt werden können, oder mittels welchen die Ausgangswellen 24, 26 von den Planetenradsätzen 32, 36 abgekoppelt werden können, oder mittels welchen jeweils die Hohlräder der Planetenradsätze32, 36 von dem Gehäuse abgekoppelt werden können.
Das Differentialgetriebe 20 kann gesperrt werden, in dem zwei von den drei Wellen, nämlich die Eingangswelle 22, die erste Ausgangswelle 24 und die zweite Ausgangswelle 26 mit einander drehfest verbunden werden.
Das Differentialgetriebe 20 kann gesperrt werden, indem von den drei Schaltelementen, nämlich dem ersten Schaltelement 38, dem zweiten Schaltelement 40 und dem dritten Schaltelement 42 zumindest zwei geschlossen werden, so dass das Differentialgetriebe 20 verblockt wird. Speziell durch die Ausgestaltung zumindest zweier dieser drei genannten Schaltelemente jeweils als Reibkupplungen, insbesondere als Lamellenkupplungen, kann ein Differential-Sperr-Betrieb mit leichtem Schlupf realisiert werden, was für PKW-Anwendungen notwendig oder zumindest sehr vorteilhaft ist.
Insbesondere kann weiterhin vorgesehen sein, dass der erste Planetenradsatz 32 bezüglich eines Drehmomentflusses zwischen der ersten Ausgangswelle 24 und an dem ersten Kraftfahrzeugrad 28 der Kraftfahrzeugräder 28, 30 angeordnet ist, und dass der zweite Planetenradsatz 36 bezüglich eines Drehmomentflusses zwischen der zweiten Ausgangswelle 26 und dem zweiten Kraftfahrzeugrad 30 der Kraftfahrzeugräder 28, 30 angeordnet ist.
Ferner zeigt die Figur, dass das Differentialgetriebe 20 ein Sonnenrad, einen Doppelplanetenträger und ein Hohlrad aufweisen kann, wobei das Hohlrad drehfest mit der Eingangswelle 22 verbunden ist, der Doppelplanetenträger drehfest mit der ersten Ausgangswelle 24 und das Sonnenrad drehfest mit der zweiten Ausgangswelle 26 verbunden ist. Vorteilhaft sind dabei bezüglich der Richtung der Hauptdrehachse 34 die erste Ausgangswelle 24, das Sonnenrad, das erste Schaltelement 38 und die zweite elektrische Maschine 16 in der genannten Reihenfolge nacheinander angeordnet.
Vorteilhaft sind bezüglich der Hauptdrehachse 34 der erste Planetenradsatz 32, die erste elektrische Maschine 12, das Differentialgetriebe 20, das erste Schaltelement 38, die zweite elektrische Maschine 16, der zweite Planetenradsatz 36 in der genannten Reihenfolge nacheinander angeordnet.
Insgesamt zeigt die Figur ein koaxiales Dual-E-Maschinenkonzept mit eATS mit additiven Torque-Vectoring.
Bezugszeichenliste

10: Elektrischer Achsantrieb
12: erste elektrische Maschine
14: erster Rotor
16: zweite elektrische Maschine
18: zweiter Rotor
20: Differentialgetriebe
22: Eingangswelle
24: erste Ausgangswelle
26: zweite Ausgangswelle
28: erstes Kraftfahrzeugrad
30: zweites Kraftfahrzeugrad
32: erster Planetenradsatz
34: Hauptdrehachse
36: zweiter Planetenradsatz
38: erstes Schaltelement
40: zweites Schaltelement
42: drittes Schaltelement
44: viertes Schaltelement
46: fünftes Schaltelement

Claims

Elektrischer Achsantrieb (10) für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug aufweisend: - eine erste elektrische Maschine (12), die einen ersten Rotor (14) aufweist, und eine zweite elektrische Maschine (16), die einen zweiten Rotor (18) aufweist; - ein Differentialgetriebe (20) mit einer Eingangswelle (22), einer ersten Ausgangswelle (24) und einer zweiten Ausgangswelle (26), wobei die Ausgangswellen (24, 26) zum Ausleiten von Drehmomenten aus dem Differentialgetriebe (20) in Richtung von Kraftfahrzeugrädern (28; 30) ausgebildet sind, wobei der erste Rotor (14) derart mit der Eingangswelle (22) koppelbar ist, dass Drehmomente, ausgehend von dem ersten Rotor (14), über die Eingangswelle (22) in das Differentialgetriebe (20) eingeleitet werden, - ein erstes Schaltelement (38), mittels welchem der zweite Rotor (18) derart mit der ersten Ausgangswelle (24) koppelbar ist, dass Drehmomente, ausgehend von dem zweiten Rotor (18), unter Umgehung der Eingangswelle (22) und unter Umgehung der zweiten Ausgangswelle (26) in die erste Ausgangswelle (24) eingeleitet werden; - ein zweites Schaltelement (40), mittels welchem der zweite Rotor (18) derart mit der zweiten Ausgangswelle (26) koppelbar ist, dass Drehmomente, ausgehend von dem zweiten Rotor (18), unter Umgehung der Eingangswelle (22) und unter Umgehung der ersten Ausgangswelle (24) in die zweite Ausgangswelle (26) eingeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrische Maschine (12) und das Differentialgetriebe (20) koaxial zueinander und koaxial zu einer Hauptdrehachse (34) angeordnet sind, wobei bezogen auf die Hauptdrehachse (34) das erste Schaltelement (38) axial überlappend und radial umgebend zu dem zweiten Schaltelement (40) angeordnet ist, und wobei ein drittes Schaltelement (42) vorgesehen ist, mittels welchem der zweite Rotor (18) derart mit der Eingangswelle (22) koppelbar ist, dass Drehmomente, ausgehend von dem zweiten Rotor (18) über die Eingangswelle (22) in das Differentialgetriebe (20) eingeleitet werden, wobei das dritte Schaltelement (42) bezogen auf die Hauptdrehachse (34) radial umgebend und axial überlappend zu dem ersten Schaltelement (38) angeordnet ist.
Elektrischer Achsantrieb (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (38) und das zweite Schaltelement (40) jeweils als eine Reibkupplung ausgebildet sind.
Elektrischer Achsantrieb (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bezogen auf die Hauptdrehachse (34) das erste Schaltelement (38) und das zweite Schaltelement (40) axial zwischen dem Differentialgetriebe (20) und der zweiten elektrischen Maschine (16) angeordnet sind.
Elektrischer Achsantrieb (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein viertes Schaltelement (44) vorgesehen ist, welches zum drehfesten Verbinden des ersten Rotors (14) mit der Eingangswelle (22) ausgebildet ist.
Elektrischer Achsantrieb (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein fünftes Schaltelement (46) vorgesehen ist, welches zum drehfesten Verbinden des zweiten Rotors (18) mit einer Eingangsseite des ersten Schaltelementes (38) ausgebildet ist.
Elektrischer Achsantrieb (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Planetenradsatz (32) vorgesehen ist, welcher bezüglich eines Drehmomentflusses zwischen der ersten Ausgangswelle (24) und einem ersten Kraftfahrzeugrad (28) der Kraftfahrzeugräder (28, 30) angeordnet ist, und dass ein zweiter Planetenradsatz (36) vorgesehen ist, welcher bezüglich eines Drehmomentflusses zwischen der zweiten Ausgangswelle (26) und einem zweiten Kraftfahrzeugrad (30) der Kraftfahrzeugräder (28, 30) angeordnet ist.
Elektrischer Achsantrieb (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Differentialgetriebe (20) ein Sonnenrad, einen Doppelplanetenträger und ein Hohlrad aufweist, wobei das Hohlrad drehfest mit der Eingangswelle (22) verbunden ist, der Doppelplanetenträger drehfest mit der ersten Ausgangswelle (24) verbunden ist und das Sonnenrad drehfest mit der zweiten Ausgangswelle (26) verbunden ist.
Elektrischer Achsantrieb (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bezüglich einer Richtung der Hauptdrehachse (34) die erste Ausgangswelle (24), das Sonnenrad, das erste Schaltelement (38) und die zweite elektrische Maschine (16) in der genannten Reihenfolge nacheinander angeordnet sind.