DE102004024086A1

DE102004024086A1 - Antriebsvorrichtung für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE102004024086A1
Application number: DE102004024086A
Authority: DE
Inventors: Christian Meixner
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2004-05-14
Filing date: 2004-05-14
Publication date: 2005-12-08
Also published as: US20070249456A1; US8012057B2; EP1747110A2; WO2005110790A3; WO2005110790A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für Kraftfahrzeuge mit einem Antriebsaggregat, das über ein Differenzialgetriebe auf zwei Abtriebswellen wirkt, wobei an den Abtriebswellen unter Zwischenschaltung zumindest eines Überlagerungsgetriebes eine Einrichtung vorgesehen ist, mittels der Abtriebsmoment von der einen Abtriebswelle zur anderen Abtriebswelle verlagerbar ist. Zur Bereitstellung einer steuerungstechnisch und funktionell besonders effektiven Antriebsvorrichtung wird vorgeschlagen, dass die Einrichtung durch zumindest eine als Elektromotor und als Generator schaltbare Elektromaschine gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine derartige Antriebsvorrichtung zeigt beispielsweise die US 59 10 064 A , bei der ausgehend von einem Kegelraddifferenzial oder einem Planetenraddifferenzial die Abtriebsmomente zu den angetriebenen Rädern des Kraftfahrzeuges verlagerbar sind, um fahrdynamische Vorteile zu erzielen. So kann beispielsweise bei definierten Haftungsbedingungen von den Rädern des Kraftfahrzeuges zur Fahrbahn am kurvenäußeren Rad mehr Antriebsmoment übertragen werden als am kurveninneren Rad, etc. Gleichzeitig kann die Agilität des Kraftfahrzeuges beim Durchfahren von Kurven dadurch günstig beeinflusst werden. Zur Verlagerung des besagten Antriebsmomentes sind beidseitig der Abtriebswellen Überlagerungsgetriebe vorgesehen, die über hydraulisch betätigte Lamellenkupplungen als Einrichtung zur Drehmomentverlagerung alternativ Drehmoment von der einen zur anderen Abtriebswelle verlagern. Die Lamellenkupplungen bedingen aber definierte, latente Leistungsverluste im Antriebssystem.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antriebsvorrichtung der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, die eine Drehmomentverlagerung effektiver und mit mehr konstruktiven Freiheitsgraden ermöglicht und die gegebenenfalls weitere vorteilhafte Antriebsbeeinflussungen zulässt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung geben die weiteren Patentansprüche an.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Einrichtung zur Drehmomentverlagerung von der einen Abtriebswelle zur anderen durch zumindest eine als Elektromotor und als Generator schaltbare Elektromaschine gebildet ist. Damit werden die durch Kupplungen bewirkten Verlustleistungen vermieden und noch schnellere, fahrdynamisch günstige Eingriffe bzw. Drehmomentverlagerungen im Antriebssystem ermöglicht. Durch Beschleunigen oder Abbremsen der Elektromaschine wird das Drehmoment von der einen Abtriebswelle auf die andere Abtriebswelle effektiv verlagert und damit an die fahrdynamischen Gegebenheiten angepasst.

Die Elektromaschine und das Überlagerungsgetriebe können baulich günstig auf der einen Abtriebswelle angeordnet sein und somit einmal direkt auf die korrespondierende Abtriebswelle oder indirekt über das Differenzial auf die andere Abtriebswelle Drehmoment zum vorliegenden Abtriebsmoment übertragen.

Dabei kann das Überlagerungsgetriebe ein einfacher Planetenradsatz sein, dessen Sonnenrad auf der Abtriebswelle drehbar gelagert und mit dem Rotor der Elektromaschine verbunden ist, dessen Planetenradträger mit der Abtriebswelle verbunden ist und dessen Außenrad mit dem Planetenradträger des als Doppelplanetenradsatz ausgeführten Differenziales gekoppelt ist, wobei der weitere Planetenradträger auf die zweite Abtriebswelle wirkt. Grundsätzlich kann der Planetenradsatz neben der o.a. Ausführung mit negativer Standgetriebeübersetzung auch mit einer positiven Standgetriebeübersetzung ausgeführt sein, bei der beispielsweise zwei Sonnenräder bzw. zwei Hohlräder entsprechend vorgesehen sind.

In besonders vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann zumindest eine weitere als Elektromotor und als Generator schaltbare Elektromaschine vorgesehen sein, mittels der direkt oder indirekt im elektromotorischen Betrieb zusätzliches Antriebsmoment einsteuerbar oder im Generatorbetrieb elektrische Energie rekuperierbar ist. Die beiden Elektromaschinen wirken somit funktionell derart zusammen, dass weitere fahrdynamische Vorteile erzielbar sind; so kann über die zweite Elektromaschine bei starker Beschleunigung des Kraftfahrzeuges zusätzliche Antriebsenergie eingesteuert oder z. B. bei Schubbetrieb des Kraftfahrzeuges Energie zurückgewonnen werden (Rekuperationsbetrieb).

Die weitere Elektromaschine kann in einfacher Weise auf der das Differenzial antreibenden Antriebswelle angeordnet sein. Dies kann bei einer frontseitigen Anordnung des Antriebsaggregates und Heckantrieb des Kraftfahrzeuges die Kardanwelle oder eine Differenzial-Eingangswelle bzw. Antriebswelle sein (z. B. bei einem Längsdifferenzial bzw. Zwischenachsdifferenzial bei Allradantrieb).

Besonders vorteilhaft kann ferner die weitere Elektromaschine mit einem zweiten Überlagerungsgetriebe auf der zweiten Abtriebswelle des Differenziales angeordnet sein. Damit wird neben der baulichen Zusammenlegung der Funktionsteile erreicht, dass durch einzelne Ansteuerung der zwei Elektromaschinen eine Drehmomentverlagerung steuerbar ist, während bei gleichsinniger Ansteuerung (Antriebsbetrieb oder Generatorbetrieb) eine Abtriebsmomentenverstärkung oder ein Rekuperationsbetrieb bereitstellbar ist.

Fertigungstechnisch besonders günstig kann das weitere Überlagerungsgetriebe als einfacher Planetenradsatz ausgebildet sein, dessen Sonnenrad mit dem Rotor der Elektromaschine verbunden ist, dessen Planetenradträger mit der Abtriebswelle verbunden ist und dessen Außenrad über eine parallel zu den Abtriebswellen angeordnete Vorgelegewelle mit dem Planetenradträger des ersten Überlagerungsgetriebes über Zahnradsätze trieblich verbunden ist. Neben einem einfachen Planetenradsatz mit einer negativen Standgetriebeübersetzung kann grundsätzlich auch ein Planetenradsatz mit positiver Standgetriebeübersetzung eingesetzt werden.

Des weiteren können die beiden Elektromaschinen auf der einen Abtriebswelle angeordnet und mittels ineinander verschachtelter Planetenradsätze mit den beiden Abtriebswellen trieblich verbunden sein. Dies ermöglicht eine baulich besonders gedrängte und kompakte Konstruktion der Überlagerungsgetriebe und gegebenenfalls der Elektromaschinen.

Dabei kann vorteilhaft die eine Elektromaschine auf das Sonnenrad eines einfachen Planetenradsatzes als das eine Überlagerungsgetriebe wirken, dessen Planetenradträger mit der einen Abtriebswelle verbunden ist, ferner kann die zweite Elektromaschine auf das Sonnenrad eines Doppelplanetenradsatzes als zweites Überlagerungsgetriebe wirken, dessen Planetenradträger mit dem Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes gekoppelt ist und schließlich können die beiden, gemeinsamen Außenräder der Planetenradsätze mit dem Planetenradträger des als Doppelplanetenradsatz ausgebildeten Differenziales trieblich verbunden sein.

Alternativ dazu kann das Differenzial als Kegelraddifferenzial ausgebildet sein, auf dessen Abtriebswellen zwei Elektromaschinen angeordnet sind, die über als einfache Planetenradsätze ausgeführte Überlagerungsgetriebe trieblich mit den korrespondierenden Abtriebswellen und dem Ausgleichsgehäuse des Kegelraddifferenzial verbunden sind.

Dabei kann baulich besonders einfach jeweils das Sonnenrad der Planetenradsätze mit der Elektromaschine verbunden sein, während der Planetenradträger und das Außenrad mit dem Ausgleichsgehäuse und der korrespondierenden Abtriebswelle gekoppelt sind.

Als weitere vorteilhafte Alternative kann das Differenzial ein Kegelraddifferenzial sein, dessen Abtriebswellen über Zahnradsätze mit einer parallel zu den Abtriebswellen angeordneten Vorgelegewelle miteinander gekoppelt sind, wobei ferner eine Drehmoment zwischen den beiden Abtriebswellen verlagernde Elektromaschine integriert ist, deren Rotor mit einer der besagten Wellen und deren quasi Stator mit einem der Zahnräder der Zahnradsätze trieblich verbunden ist. Somit kann über die Elektromaschine und die Vorgelegewelle ein Drehmoment auf die eine oder andere Abtriebswelle überlagert werden, wobei sich der Stator und der Rotor der Elektromaschine zueinander verdrehen.

Dazu kann bevorzugt die Elektromaschine auf der Vorgelegewelle angeordnet sein, wobei der Rotor der Elektromaschine direkt mit der Vorgelegewelle und deren Stator mit dem korrespondierenden Zahnrad der Zahnradsätze trieblich verbunden ist.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in:
1 eine Antriebsvorrichtung für Kraftfahrzeuge mit einem Doppelplanetenrad-Differenzial und zwei Elektromaschinen, von denen eine auf die Antriebswelle und eine weitere über ein Überlagerungsgetriebe auf die Abtriebswellen wirkt;
2 eine weitere Antriebsvorrichtung gemäß 1, wobei jedoch die zwei Elektromaschinen auf den beiden Abtriebswellen des Differenziales angeordnet sind;
3 eine weitere Antriebsvorrichtung gemäß 1, bei der die zwei Elektromaschinen einseitig auf einer Abtriebswelle positioniert sind;
4 eine alternative Antriebsvorrichtung für Kraftfahrzeuge mit einem Kegelrad-Differenzial und zwei Elektromaschinen mit Überlagerungsgetrieben auf den beiden Abtriebswellen; und
5 eine Antriebsanordnung gemäß 4, jedoch mit einer die beiden Abtriebswellen überbrückenden Vorgelegewelle und einer dazwischen geschalteten Elektromaschine.
Die als Blockschaltbild dargestellte Antriebsvorrichtung gemäß 1 weist ein als Doppelplanetensatz ausgeführtes Differenzial 10 auf, das über einen Kegelradtrieb auf einer Eingangswelle 12 und einem Tellerrad 14 angetrieben ist und das auf zwei Abtriebswellen 16, 18 abtreibt.
Das Differenzial 10 ist ein Hinterachsdifferenzial eines Kraftfahrzeuges, das über eine Kardanwelle 20 angetrieben ist. Die Kardanwelle 20 ist in bekannter Weise mit dem nicht dargestellten Antriebsaggregat des Kraftfahrzeuges, z. B. einer Brennkraftmaschine und einem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe, verbunden. Die Abtriebswellen 16, 18 sind über nicht dargestellte Gelenkwellen mit den angetriebenen Hinterrädern des Kraftfahrzeuges trieblich verbunden.
Das Differenzial 10 bzw. der Doppelplanetensatz weist ein innenverzahntes Außenrad 22 auf, das das Tellerrad 14 trägt und mit radial äußeren Planetenrädern 24 kämmt. Die Planetenräder 24 sind mit radial inneren Planetenrädern 26 in Eingriff, die mit einem Sonnenrad 28 auf der rechten Abtriebswelle 18 kämmen. Die Planetenräder 24, 26 sind auf dem Planetenradträger 30 drehbar gelagert. Der Planetenradträger 30 ist mit der linken Abtriebswelle 16 trieblich verbunden.
Benachbart zu dem beschriebenen Differenzial 10 und koaxial zur Abtriebswelle 18 ist ein Überlagerungsgetriebe 32 angeordnet, das wie nachstehend aus geführt mit dem Differenzial 10 und einer dem Überlagerungsgetriebe 32 benachbarten Elektromaschine 34 zusammenwirkt.
Das Überlagerungsgetriebe 32 ist als ein einfacher Planetenradsatz ausgebildet, mit einem Sonnenrad 36, einem Planetenradträger 38 mit Planetenrädern 40 und einem innenverzahnten Außenrad 42. Grundsätzlich ist auch denkbar anstelle des einfachen Planetenradsatzes mit negativer Standgetriebeübersetzung für das Überlagerungsgetriebe 32 einen Planetenradsatz mit positiver Standgetriebeübersetzung zu verwenden, bei dem u.a. zwei Sonnenräder bzw. zwei Hohlräder als Außenräder eingesetzt sind.
Das Außenrad 42 ist fest mit dem Planetenradträger 30 und der Planetenradträger 38 mit der rechten Abtriebswelle 18 des Differenziales 10 verbunden. Das Sonnenrad 36 des Überlagerungsgetriebes 32 hingegen ist über eine Hohlwelle 44 mit dem Rotor 46 der Elektromaschine 34 gekoppelt, während der Stator 48 gehäusefest um den Rotor 46 angeordnet ist.
Die Elektromaschine 34, die z. B. als Drehstromasynchronmaschine bekannter Bauart ausgeführt sein kann, kann über eine nicht dargestellte elektronische Steuerung relativ zur Abtriebswelle 18 als Elektromotor geschaltet beschleunigt oder als Generator geschaltet abgebremst werden, wobei sich das Abtriebsmoment an der Abtriebswelle 18 entsprechend verstärkt oder vermindert. Durch das Überlagerungsgetriebe 32 und das Differenzial 10 überträgt sich diese Abtriebsmomentenüberlagerung aufgrund der dargestellten getriebetechnischen Verknüpfung mit umgekehrtem Vorzeichen auf die linke Abtriebswelle 16; d. h., dass bei zunehmendem Abtriebsmoment an der Abtriebswelle 18 das Abtriebsmoment an der Abtriebswelle 16 entsprechend der Übersetzung im Überlagerungsgetriebe 32 abnimmt und umgekehrt.
Gegebenenfalls kann es angezeigt sein, die Elektromaschine 34 im Leerlaufbetrieb (ohne Abtriebsmomentensteuerung) drehzahlkonform mit der Abtriebs welle 18 zu beschleunigen oder abzubremsen, um aufgrund der Massenträgheit der Elektromaschine 34 unbeabsichtigte Momentenverlagerungen auszuschließen.
Zusätzlich zu der ersten Elektromaschine 34 kann eine weitere Elektromaschine 50 antriebsseitig des Differenziales 10 vorgesehen sein, z. B. auf der Kardanwelle 20. Dabei sitzt der Rotor 52 der Elektromaschine 50 direkt auf der Kardanwelle 20, während der Stator 54 gehäusefest ausgeführt ist. Die Leistung der gegebenenfalls ebenfalls als Drehstromasynchronmaschine ausgeführten Elektromaschine bekannter Bauart ist höher ausgelegt als die Leistung der Elektromaschine 34.
Die Elektromaschine 50 kann gegebenenfalls über eine gemeinsame elektronische Steuerung mit der Elektromaschine 34 als Elektromotor geschaltet beim Beschleunigen des Kraftfahrzeuges zusätzliche Antriebsleistung bereitstellen; ferner kann die Elektromaschine 50 als Generator geschaltet im Rekuperationsbetrieb Strom erzeugen. Der Strom kann gegebenenfalls zur Versorgung der ersten Elektromaschine 34 mit Antriebs- oder Bremsenergie eingesetzt werden.
In der 2 ist eine abgewandelte Antriebsvorrichtung dargestellt, die nur soweit beschrieben ist, als sie sich wesentlich von der 1 unterscheidet. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Dabei ist auf der Abtriebswelle 16 des Differenziales 10 bzw. des Doppelplanetenradsatzes ein weiteres Überlagerungsgetriebe 56 angeordnet. Das Überlagerungsgetriebe 56 mit von der Auslegung her gleichem Übersetzungsverhältnis wie das Überlagerungsgetriebe 32 ist ebenfalls als einfacher Planetenradsatz ausgeführt, mit einem Sonnenrad 58, einem Planetenradträger 60 mit Planetenrädern 62 und einem innenverzahnten Außenrad 64. Auch hier kann für das Überlagerungsgetriebe 56 ein Planetenradsatz mit positiver Standgetriebeübersetzung verwendet werden.
Der Planetenradträger 60 ist mit der Abtriebswelle 16 trieblich verbunden. Ferner ist das Sonnenrad 58 über eine Hohlwelle 66 mit dem Rotor 68 einer zweiten Elektromaschine 70 gekoppelt, deren Stator 72 gehäusefest angeordnet ist. Die Elektromaschine 70 kann baugleich zur Elektromaschine 34 auf der rechten Abtriebswelle 18 sein.
Des weiteren ist in dem nicht dargestellten Gehäuse des Differenziales 10 eine Vorgelegewelle 74 drehbar gelagert, die über Zahnradsätze 76, 78 und 80, 82 mit dem Außenrad 64 des Überlagerungsgetriebes 56 und dem Planetenradträger 38' des Überlagerungsgetriebes 32 trieblich verbunden ist.
Durch gegensinnige oder einseitige Ansteuerung der Elektromaschinen 34, 70 kann wiederum eine Abtriebsmomentenverlagerung gesteuert werden, wobei die linke Elektromaschine 70 über den Planetenradträger 60 direkt auf die Abtriebswelle 16 und die rechte Elektromaschine 34 über den Planetenradträger 38' direkt auf die Abtriebswelle 18 das Abtriebsmoment verstärkend einwirkt.
Durch gleichsinnige Ansteuerung der beiden Elektromaschinen 34, 70 kann ferner wie über die Elektromaschine 50 gemäß 1 zusätzliches Abtriebsmoment überlagert oder Rekuperationsbetrieb gesteuert werden. Die beiden Elektromaschinen 34, 70 wirken dann als Elektromotor geschaltet zusätzlich antreibend oder als Generator geschaltet Strom erzeugend bzw. bremsend. Die Vorgelegewelle 74 mit den Zahnradsätzen 76, 78, 80, 82 gleichen Übersetzungsverhältnisses stellt dabei einen Gleichlauf der Überlagerungsgetriebe 32, 56 sicher.
In der 3 ist eine ebenfalls abgewandelte Antriebsvorrichtung dargestellt, die wiederum nur soweit beschrieben ist, als sie sich wesentlich von der 1 und der 2 unterscheidet. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Gemäß der 3 sind die beiden Elektromaschinen 34, 70 einseitig auf der Abtriebswelle 18 angeordnet und wirken auf die ebenfalls einander benachbarten und miteinander gekoppelten Überlagerungsgetriebe 32', 84.
Das Überlagerungsgetriebe 32' ist analog zu den 1 und 2 als einfacher Planetenradsatz ausgebildet, dessen Sonnenrad 36 über eine erste Hohlwelle 44 mit dem Rotor 46 der Elektromaschine 34 trieblich verbunden ist. Der Planetenradträger 38'' mit dem Planetenrädern 40 ist mit der Abtriebswelle 18 gekoppelt. Ferner kämmen die Planetenräder 40 mit dem innenverzahnten Außenrad 22' des Einfachplanetensatzes 32' bzw. dem Planetenradträger 30 des entsprechenden Doppelplanetenradsatzes 10.
Das weitere, benachbarte Überlagerungsgetriebe 84 ist ein weiterer Doppelplanetenradsatz, der wie folgt getriebetechnisch verknüpft ist:
Das Sonnenrad 86 ist über eine weitere Hohlwelle 88 mit dem Rotor 68 der zweiten Elektromaschine 70 trieblich verbunden. Der Planetenradträger 90 ist mit dem Planetenradträger 38'' des Überlagerungsgetriebes 32' gekoppelt und trägt radial äußere Planetenräder 92 und radial innere Planetenräder 94, die auf dem Planetenradträger 90 entsprechend drehbar gelagert und miteinander in Eingriff sind. Die äußeren Planetenräder 92 kämmen zudem ebenfalls mit dem gemeinsamen Außenrad 22' des Einfachplanetensatzes 32', während die Planetenräder 94 mit dem besagten Sonnenrad 86 in Eingriff sind.
Die grundsätzliche Funktion der Elektromaschinen 34, 70 und der Überlagerungsgetriebe 32', 84 ist vergleichbar zur Funktion der Antriebsvorrichtung gemäß 2. Die Elektromaschinen 34, 70 können somit sowohl zur Abtriebsmomentenverlagerung als auch als zusätzliche Antriebsquelle und im Rekuperationsbetrieb bei gleichsinniger Ansteuerung eingesetzt werden.
Die Überlagerungsgetriebe 32', 84 sollten wiederum dem Betrag nach auf die gleichen Standgetriebeübersetzungen ausgelegt sein. Die Auslegung des Überlagerungsgetriebes 84 als Doppelplanetenradsatz ist vorteilhaft, um die dargestellte, verschachtelte Anordnung und Verknüpfung zu ermöglichen. Selbstverständlich ist auch eine spiegelbildlich gleiche Anordnung der Antriebsvorrichtung mit auf der Zeichnung 3 linksseitiger Positionierung der Elektromaschinen 34, 70 und der Überlagerungsgetriebe 32', 84 durchführbar.
Die 4 zeigt abweichend zu den vorbeschriebenen 1 bis 3 ein Kegelraddifferenzial 100 an sich bekannter Bauart, das im wesentlichen eine Eingangswelle 102 mit einem Antriebsritzel 104, ein mit dem Antriebsritzel 104 kämmendes Tellerrad 106, ein das Tellerrad 106 tragendes Ausgleichsgehäuse 108, auf einem Mitnehmerbolzen 110 des Ausgleichsgehäuses drehbar gelagerte Ausgleichskegelräder 112 und Achskegelräder 114 aufweist. Die Achskegelräder 114 sind mit Abtriebswellen 116, 118 drehmomentübertragend verbunden.
Die Eingangswelle 102 ist trieblich an die besagte Kardanwelle 20 angeschlossen, während die Abtriebswellen 116, 118 über nicht dargestellte Gelenkwellen mit den angetriebenen Rädern des Kraftfahrzeuges verbunden sind.
Auf den Abtriebswellen 116, 118 ist jeweils ein als einfacher Planetenradsatz ausgebildetes Überlagerungsgetriebe 32 und eine Elektromaschine 34, 70 angeordnet, die wie folgt mit dem Differenzial 100 und den Abtriebswellen 116, 118 gekoppelt sind: Zunächst sind die Sonnenräder 36 über die Hohlwellen 44 mit den Rotoren 46, 68 der Elektromaschinen 34, 70 verbunden. Die Planetenradträger 38 oder 120 (vgl. obere und untere Hälfte der Zeichnung 4) können alternativ mit dem Ausgleichsgehäuse 108 des Differenziales 100 oder mit den Abtriebswellen 116, 118 gekoppelt sein. Gleiches gilt für die Außenräder 42, die dann alternativ mit den Abtriebswellen 116, 118 oder mit dem Ausgleichsgehäuse 108 verbunden sein können. Es versteht sich, dass aus Gründen baugleicher Teile bei den beiden Überlagerungsgetrieben 32 die gleiche Variante zu wählen ist.
Die Funktion der in der 4 dargestellten Antriebsvorrichtung ist hinsichtlich der Ansteuerung der Elektromaschinen 34, 70 gleich der zur 2 beschriebenen Ansteuerung. Es kann durch einzelne oder gegensinnige Ansteuerung eine Abtriebsmomentenverlagerung und durch gleichsinnige Ansteuerung eine durch die Elektromaschinen 34, 70 bewirkte zusätzliche Abtriebsmomentenverstärkung oder ein Rekuperationsbetrieb gesteuert werden.
In der 5 sind wiederum gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Beschreibung beschränkt sich auf die gegenüber den 1 bis 4 wesentlichen Unterschiede.
Gemäß 5 ist wiederum dem Differenzial 100 die Elektromaschine 50 vorgeschaltet, mit der zur 1 beschriebenen Funktion der zusätzlichen Abtriebsmomenteneinspeisung beim Beschleunigen des Kraftfahrzeuges und dem Rekuperationsbetrieb.
Zur Abtriebsmomentenverlagerung zwischen den Abtriebswellen 116, 118 ist eine Vorgelegewelle 121 parallel zu den Abtriebswellen 116, 118 im nicht dargestellten Gehäuse des Differenziales 100 drehbar gelagert, die über Zahnrad sätze 122, 124 und 126, 128 mit ungleichem Übersetzungsverhältnis mit den Abtriebswellen 116, 118 gekoppelt ist.
Zwischen dem Zahnrad 122 und der Vorgelegewelle 121 ist eine Elektromaschine 130 eingeschaltet, deren Rotor 132 trieblich mit der Vorgelegewelle 121 und deren quasi Stator 134 trieblich in das Zahnrad 122 integriert ist bzw. mit diesem eine funktionelle Einheit bildet.
Aufgrund des ungleichen Übersetzungsverhältnisses zwischen den Zahnradsätzen 122, 124 und 126, 128 entsteht im Betrieb des Kraftfahrzeuges bzw. bei sich drehenden Abtriebswellen 116, 118 zwischen dem Rotor 132 und dem Stator 134 eine Relativdrehung, die durch entsprechende Ansteuerung der Elektromaschine 130 als Elektromotor oder als Generator eine Abtriebsmomentenverlagerung auf die eine oder andere Abtriebswelle 116, 118 bewirkt.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. So können auch Kombinationen der in den einzelnen 1 bis 5 gezeigten Ausführungen abhängig von spezifischen Gegebenheiten vorteilhaft sein.
Anstelle der Anwendung der Antriebsvorrichtung an der Hinterachse des Kraftfahrzeuges kann diese auch oder zusätzlich an der Vorderachse eingesetzt sein. Ferner kann das Differenzial auch ein Zwischenachsdifferenzial bei Allradantrieb des Kraftfahrzeuges (Längsdifferenzial) sein, wobei dann die besagten Abtriebswellen mit dem Vorderachsdifferenzial und dem Hinterachs-differenzial trieblich verbunden sind und die Differenzial-Eingangswelle nicht an die Kardanwelle, sondern an eine Antriebswelle des Wechselgetriebes oder an eine Zwischenwelle (z. B. trans axle Prinzip) angeschlossen ist.

Claims

Antriebsvorrichtung für Kraftfahrzeuge mit einem Antriebsaggregat, das über ein Differenzialgetriebe auf zwei Abtriebswellen wirkt, wobei an den Abtriebswellen unter Zwischenschaltung zumindest eines Überlagerungsgetriebes eine Einrichtung vorgesehen ist, mittels der Abtriebsmoment von der einen Abtriebswelle zur anderen Abtriebswelle verlagerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung durch zumindest eine als Elektromotor und als Generator schaltbare Elektromaschine (34; 70; 130) gebildet ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (34; 70) und das Überlagerungsgetriebe (32; 32', 84) auf der einen Abtriebswelle (18) angeordnet sind (1 oder 3).
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Überlagerungsgetriebe (32) ein einfacher Planetenradsatz ist, dessen Sonnenrad (36) auf der Abtriebswelle (18) drehbar gelagert und mit dem Rotor (46) der Elektromaschine (34) verbunden ist, dessen Planetenradträger (38) mit der Abtriebswelle (18) verbunden ist und dessen Außenrad (42) mit dem Planetenradträger (30) des als Doppelplanetenradsatz ausgeführten Differenziales (10) gekoppelt ist, wobei der weitere Planetenradträger (30) auf die zweite Abtriebswelle (16) wirkt (1).
Antriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine weitere als Elektromotor und als Generator schaltbare Elektromaschine (50) vorge sehen ist, mittels der direkt oder indirekt im elektromotorischen Betrieb zusätzliches Antriebsmoment einsteuerbar oder im Generatorbetrieb elektrische Energie rekuperierbar ist.
Antriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Elektromaschine auf der das Differenzial (10; 100) antreibenden Antriebswelle (20) angeordnet ist (1 und 5).
Antriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Elektromaschine (70) mit einem zweiten Überlagerungsgetriebe (56; 32) auf der zweiten Abtriebswelle (16) des Differenziales (10; 100) angeordnet ist (2 und 4).
Antriebsvorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Überlagerungsgetriebe (56) als einfacher Planetenradsatz ausgebildet ist, dessen Sonnenrad (58) mit dem Rotor (68) der Elektromaschine (70) verbunden ist, dessen Planetenradträger (60) mit der Abtriebswelle (16) verbunden ist und dessen Außenrad (64) über eine parallel zu den Abtriebswellen (16, 18) angeordnete Vorgelegewelle (74) mit dem Planetenradträger (38') des ersten Überlagerungsgetriebes (32) über Zahnradsätze (76, 78, 80, 82) trieblich verbunden ist (2).
Antriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elektromaschinen 34, 70) auf der einen Abtriebswelle (18) angeordnet sind und mittels ineinander verschachtelter Planetenradsätze (32', 84) mit den beiden Abtriebswellen (16, 18) trieblich verbunden sind (3).
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Elektromaschine (34) auf das Sonnenrad (36) eines einfachen Planetenradsatzes als das eine Überlagerungsgetriebe (32') wirkt, dessen Planetenradträger (38") mit der einen Abtriebswelle (18) verbunden ist, dass die zweite Elektromaschine (70) auf das Sonnenrad (86) eines Doppelplanetenradsatzes als zweites Überlagerungsgetriebe (84) wirkt, dessen Planetenradträger (90) mit dem Planetenradträger (38') des ersten Planetenradsatzes (32') gekoppelt ist und dass die beiden, gemeinsamen Außenräder (22') der Planetenradsätze (32', 84) mit dem Planetenradträger (30) des als Doppelplanetenradsatz ausgebildeten Differenziales (10) trieblich verbunden sind (3).
Antriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzial (100) als Kegelraddifferenzial ausgebildet ist, auf dessen Abtriebswellen (116, 118) zwei Elektromaschinen (34, 70) angeordnet sind, die über als einfache Planetenradsätze ausgeführte Überlagerungsgetriebe (32) trieblich mit den korrespondierenden Abtriebswellen (116, 118) und dem Ausgleichsgehäuse (108) des Kegelraddifferenziales (100) verbunden sind (4).
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils das Sonnenrad (36) der Planetenradsätze (32) mit den Elektromaschinen (34, 70) verbunden ist, während der Planetenradträger (38) und das Außenrad (42) mit dem Ausgleichsgehäuse (108) und der korrespondierenden Abtriebswelle (116, 118) gekoppelt sind (4).
Antriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzial (100) ein Kegelraddifferenzial ist, dessen Abtriebswellen (116, 118) über Zahnradsätze (122, 124, 126, 128) mit einer parallel zu den Abtriebswellen (116, 118) angeordneten Vorgelegewelle (121) miteinander gekoppelt sind und dass eine Drehmoment zwischen den beiden Abtriebswellen (116, 118) verlagernde Elektromaschine (130) integriert ist, deren Rotor (132) mit einer der besagten Wellen und deren quasi Stator (134) mit einem der Zahnräder (122) der Zahnradsätze (122, 124, 126, 128) trieblich verbunden ist (5).
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (130) auf der Vorgelegewelle (121) angeordnet ist, wobei der Rotor (132) der Elektromaschine (130) mit der Vorgelegewelle (121) und deren Stator (134) mit dem korrespondierenden Zahnrad (122) der Zahnradsätze (122, 124, 126, 128) trieblich verbunden ist (5).