DE102011088648B4 - Electromechanical drive device for a motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Elektromechanische Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit: – einem ersten Elektromotor (EM1) mit einem ersten Rotorelement das um eine erste Motorachse (X1) umläuft, – einem zweiten Elektromotor (EM2) mit einem zweiten Rotorelement das um eine zweite Motorachse (X2) umläuft, und – einem Achsdifferential (SRD), – wobei sowohl der erste Elektromotor (EM1), als auch der zweite Elektromotor (EM2) derart angeordnet sind, dass deren Motorachsen (X1, X2) zueinander parallel ausgerichtet sind, und – eine erste bzw. zweite Schaltgetriebeeinrichtung (PLT1', PLT2') vorgesehen sind, über welche die beiden Elektromotoren (EM1, EM2) an das Achsdifferential (SRD) ankoppelbar sind, und – die beiden Schaltgetriebeeinrichtungen (PLT1', PLT2') über eine gemeinsame Schalteinrichtung (A1) schaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, – dass das Achsdifferential (SRD) in vertikaler Richtung gegenüber einer durch die Motorachsen (X1, X2) definierten Ebene (E1) nach unten versetzt ist, und – dass die Schalteinrichtung (A1) in einem Zwischenbereich zwischen den beiden Elektromotoren (EM1, EM2), oder den Schaltgetriebeeinrichtungen (PLT1', PLT2') angeordnet ist.Electromechanical drive device for a motor vehicle, comprising: - a first electric motor (EM1) with a first rotor element revolving around a first motor axis (X1), - a second electric motor (EM2) with a second rotor element revolving around a second motor axis (X2), and - an axle differential (SRD), - wherein both the first electric motor (EM1), and the second electric motor (EM2) are arranged such that their motor axes (X1, X2) are aligned parallel to each other, and - a first and second Manual transmission device (PLT1 ', PLT2') are provided, via which the two electric motors (EM1, EM2) to the axle differential (SRD) can be coupled, and - the two transmission devices (PLT1 ', PLT2') via a common switching device (A1) switchable are, characterized in that - the axle differential (SRD) is offset in the vertical direction with respect to a by the motor axes (X1, X2) defined plane (E1) down, u nd - that the switching device (A1) in an intermediate region between the two electric motors (EM1, EM2), or the transmission devices (PLT1 ', PLT2') is arranged.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromechanische Antriebseinrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to an electromechanical drive device according to the preamble of patent claim 1.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Aus DE 100 01 436 A1 ist – mit Blick auf die darin enthaltene 5 – eine als gattungsgemäß erscheinende elektromechanische Antriebseinrichtung bekannt. Wie aus der Darstellung nach 5 dieser Druckschrift hervorgeht, sind dort zwei zueinander parallel angeordnete Elektromotoren vorgesehen die jeweils mit einer Planetengetriebestufe ausgestattet sind. Diese Planetengetriebestufen sind derart gestaltet, dass der Leistungsabgriff über den jeweiligen Planetenträger erfolgt. Die Sonnenräder dieser Planetengetriebestufen werden durch den Rotor des jeweiligen Elektromotors angetrieben, die Hohlräder stehen mit einem Stirnrad in Eingriff, welches von einer Brennkraftmaschine angetrieben wird. Die Planetengetriebestufen sind selbst nicht schaltbar. Die über diese Planetengetriebestufen zusammengeführten Leistungsbeiträge der Brennkraftmaschine und des jeweiligen Elektromotors können werden in einem nachfolgenden Getriebeabschnitt durch schaltbar selektierbare Stirnradstufen auf eine Ausgangswelle geführt, welche ein in dieser Druckschrift nicht weiter beschriebenes Achsgetriebe treibt.Out DE 100 01 436 A1 is - with regard to the contained therein 5 - Known as a generic electromechanical drive device. As shown 5 This document shows, there are two mutually parallel electric motors provided which are each equipped with a planetary gear stage. These planetary gear stages are designed such that the power tap takes place via the respective planet carrier. The sun gears of these planetary gear stages are driven by the rotor of the respective electric motor, the ring gears are in engagement with a spur gear, which is driven by an internal combustion engine. The planetary gear stages themselves are not switchable. The combined over these planetary gear stages power contributions of the internal combustion engine and the respective electric motor can be performed in a subsequent transmission section by switchable selectable spur gears on an output shaft which drives a not described in this document axle drive.

Aus DE 101 33 695 A1 ist eine Antriebseinrichtung bekannt, die zwei Elektromotoren umfasst, wobei diese beiden Elektromotoren derart angeordnet sind, dass deren Rotoren achsgleich ausgerichtet sind, d. h. um eine einzige gemeinsame Achse umlaufen. Die beiden Elektromotoren sind über separate, jeweils schaltbar ausgeführte Stirnradstufen mit einer zugeordneten Radantriebswelle koppelbar. Ein Achsdifferential ist bei diesem Getriebesystem nicht vorgesehen.Out DE 101 33 695 A1 a drive device is known which comprises two electric motors, wherein these two electric motors are arranged such that their rotors are aligned coaxially, ie, revolve around a single common axis. The two electric motors can be coupled via separate, in each case switchable, spur gear stages with an associated wheel drive shaft. An axle differential is not provided in this transmission system.

Aus DE 10 2006 013 296 A1 ist eine Hybridantriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt, die als solche eine Brennkraftmaschine und zwei Elektromotoren umfasst und in drei unterschiedlichen Betriebsmodi betreibbar ist. Die Brennkraftmaschine und beide Elektromotoren sind gleichachsig angeordnet und über eine gemeinsame Antriebswelle mit einem Achsdifferential gekoppelt.Out DE 10 2006 013 296 A1 a hybrid drive device for a motor vehicle is known, which as such comprises an internal combustion engine and two electric motors and is operable in three different operating modes. The internal combustion engine and both electric motors are arranged coaxially and coupled via a common drive shaft with an axle differential.

Aus DE 10 2010 012 667 A1 ist ebenfalls eine Hybridantriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt, die eine Brennkraftmaschine und zwei Elektromotoren umfasst die temporär auch als Generatoren betrieben werden können. Ähnlich wie beim Stand der Technik nach DE 10 2006 013 296 A1 sind auch hier die Brennkraftmaschine und die beiden Elektromotoren zueinander gleichachsig angeordnet.Out DE 10 2010 012 667 A1 is also a hybrid drive device for a motor vehicle is known, which comprises an internal combustion engine and two electric motors which can be temporarily operated as generators. Similar to the prior art DE 10 2006 013 296 A1 Here are the internal combustion engine and the two electric motors arranged coaxially to each other.

Aus DE 11 2005 003 440 T5 ist eine Hybridantriebseinrichtung bekannt, die zwei generatorisch betreibbare und gleichachsig angeordnete Elektromotoren umfasst die über ein Planetengetriebe gekoppelt sind. Der Leistungsabgriff aus diesem System erfolgt über ein Stirnradgetriebe und führt auf ein Achsdifferential das seitlich an einen der Elektromotoren angesetzt ist.Out DE 11 2005 003 440 T5 a hybrid drive device is known, which comprises two generator-operable and coaxially arranged electric motors which are coupled via a planetary gear. The power take-off from this system takes place via a spur gear and leads to an axle differential that is attached laterally to one of the electric motors.

Unter den bislang verbreiteten Hybridantriebskonzepten finden sich Varianten, bei welchen die Brennkraftmaschine relativ leistungsschwach ausgelegt ist und in erster Linie der Reichweitenverlängerung des primär elektrisch betriebenen Fahrzeuges dient. Bei diesen Fahrzeugen wird die aus Brennkraftmaschine und zugeordnetem Generator bestehende Einheit allgemein als sog. Range-Extender bezeichnet. Die Brennkraftmaschine kann dabei so ausgeführt sein, dass diese mit einem möglichst schwach schwankenden Lastprofil in emissionsarmen Betriebszuständen betrieben wird.Among the hitherto widespread hybrid drive concepts are variants in which the internal combustion engine is designed relatively low performance and primarily serves the range extension of the primarily electrically powered vehicle. In these vehicles, the unit consisting of internal combustion engine and associated generator is generally referred to as a so-called range extender. The internal combustion engine can be designed so that it is operated with a weakest possible fluctuating load profile in low-emission operating conditions.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, das sich durch einen kompakten und kostengünstigen Aufbau und ein vorteilhaftes mechanisches Betriebsverhalten auszeichnet.The invention has for its object to provide a drive system for a motor vehicle, which is characterized by a compact and inexpensive construction and advantageous mechanical performance.

Erfindungsgemäße LösungInventive solution

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektromechanische Antriebseinrichtung mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.This object is achieved by an electromechanical drive device with the features specified in claim 1.

Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, eine Antriebseinrichtung zu schaffen, die sich durch einen höchst kompakten Aufbau auszeichnet und bei welcher die in den beiden Schaltgetriebeeinrichtungen aufgenommenen Schaltgetriebestufen in zuverlässig korrekt synchronisierter Weise in den jeweils geforderten Schaltzustand verbracht werden können. Die Schaltgetriebestufen sind vorzugsweise als Planetengetriebestufen ausgebildet. Die Schaltgetriebeeinrichtungen bieten die Möglichkeit einer Übersetzung (Drehzahlreduktion u. Drehmomentenerhöhung), einer 1:1 Durchführung, und ggf. einer Neutralstellung in welcher keine Drehmomentenübertragung erfolgt. This makes it possible in an advantageous manner to provide a drive device, which is characterized by a highly compact design and in which recorded in the two gearboxes shift transmission stages can be spent in reliably correctly synchronized manner in the respective required switching state. The shift transmission stages are preferably designed as planetary gear stages. The manual transmission devices offer the possibility of a translation (speed reduction and torque increase), a 1: 1 implementation, and possibly a neutral position in which no torque transmission takes place.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Achsdifferential derart angeordnet, dass eine senkrechte Projektion der Differentialachse in eine durch die Elektromotorachsen definierte Ebene zwischen jenen Elektromotorachsen verläuft. Die erfindungsgemäße Schalteinrichtung kann dabei in einem sich nach unten keilförmig verjüngenden Zwischenraum zwischen den beiden Elektromotoren, bzw. Planetengetriebestufen und dabei über dem Achsdifferential angeordnet sein. Die Schalteinrichtung kann dabei so ausgebildet sein, dass diese auch zur Bewerkstelligung von Schaltoperationen am Achsdifferential oder auch zur Aktivierung einer Parksperreichrichtung herangezogen werden kann.According to a particularly preferred embodiment of the invention, the axle differential is arranged such that a vertical projection of the differential axis extends in a defined by the electric motor axes plane between those electric motor axes. The switching device according to the invention can be arranged in a downwardly wedge-shaped tapering intermediate space between the two electric motors or planetary gear stages and thereby over the axle differential. The switching device can be designed so that it can also be used to accomplish switching operations on the axle differential or to activate a Parksperreichrichtung.

Die beiden Schaltgetriebeeinrichtungen gemeinsame Schalteinrichtung kann so gestaltet sein, dass diese in verbautem Zustand in vertikaler Richtung nicht, oder allenfalls gering über das Gehäuseniveau der beiden Elektromotoren nach oben hinausragt. Die Schalteinrichtung kann dabei als länglich gestreckte Struktur ausgebildet sein.The two gearshift devices common switching device can be designed so that it does not project in the installed state in the vertical direction, or at most low above the housing level of the two electric motors upwards. The switching device can be designed as an elongated structure.

Die Schalteinrichtung umfasst in vorteilhafter Weise eine rotatorisch verlagerbare Schaltwalze. Diese Schaltwalze wird vorzugsweise über einen Stellmotor elektrisch verlagert. Zwischen dem Stellmotor und der Schaltwalze kann eine Positioniergetriebeeinrichtung vorgesehen sein. Die Positioniergetriebeeinrichtung kann als kompakte Planetengetriebestufe ausgebildet sein. Das Hohlrad derselben kann dabei stationär festgelegt sein, der Antrieb über den Stellmotor erfolgt auf ein kleines zentrales Sonnenrad. Der Drehmomentenabgriff auf die Schaltwalte erfolgt über den Planetenradträger. Dieser Planetenradträger kann direkt durch die Schaltwalze gebildet sein. Die Rotationsachse jener Schaltwalze ist vorzugsweise parallel zu den beiden Achsen der beiden Elektromotoren ausgerichtet. Die Schaltwalze stellt eine Kurvenstruktur bereit. Diese Kurvenstruktur kann durch eingeformte Bahnen, und/oder radial ausragende Kurvenstege, durch Versenkungen und auskragende Köpfe gebildet sein. Die Schaltwalze kann mit einem Hemmmechanismus ausgestatte sein der es ermöglicht, die Schalteinrichtung nach Abschluss eines Schaltvorganges stromlos zu halten. Die Hemmeinrichtung kann auch so ausgebildet sein, dass bestimmte Schaltzustände stromlos beibehalten werden können, wogegen Sonder-Schaltzustände wie z. B. der später noch beschriebene Hyperboost-Modus nur unter anhaltender Bestromung, ggf. gegen Rückstellkräfte eingestellt werden können. Der Stellmotor kann so angeordnet sein, dass dessen Motorachse mit der Schaltwalzenachse fluchtet. Alternativ zu einer derartigen Seriellen Anordnung von Stellmotor, Planetenzwischengetriebe und Schaltwalze ist es auch möglich, den Stellmotor mit der Schaltwalze über ein Winkelgetriebe zu koppeln. Die Lagerstrukturen zur Lagerung der gemeinsamen Schalteinrichtung können durch ein Gehäusebauteil bereitgestellt, oder getragen werden das an die Gehäuseschalen der Schaltgetriebeeinrichtungen angesetzt ist. Die beiden Schaltgetriebeeinrichtungen können auch zumindest teilweise in einem Integralgehäuseteil aufgenommen sein das eben zumindest teilweise jene beiden Schaltgetriebeeinrichtungen trägt du zudem auch die gemeinsame Schalteinrichtung zumindest teilweise aufnimmt. Dieses Integralgehäuseteil kann zudem auch noch das Achsdifferential zumindest teilweise aufnehmen. Dieses spezielle Integralgehäuseteil kann so gestaltet sein, dass dieses nach Einsetzen der Komponenten der Schaltgetriebeeinrichtungen zum jeweiligen Motor hin jeweils mit einem Deckel abgeschlossen wird der als solcher eine Stirnwand des jeweiligen Motors bildet und zugleich auch die Lagerung der jeweiligen Motorwelle und des darauf sitzenden Sonnenrades bewerkstelligt. Die beiden Deckel können dann als Gleichteile ausgeführt sein. Weiterhin sind vorzugsweise Positionsdetektoren vorgesehen über welche die Drehposition der Schaltwalze erfasst werden kann.The switching device advantageously comprises a rotatably displaceable shift drum. This shift drum is preferably moved electrically via a servo motor. A positioning gear device can be provided between the servomotor and the shift drum. The positioning transmission device can be designed as a compact planetary gear stage. The ring gear of the same can be fixed stationary, the drive via the servo motor takes place on a small central sun gear. The torque tap on the Schaltwalte via the planet carrier. This planet carrier can be formed directly by the shift drum. The axis of rotation of the shift drum is preferably aligned parallel to the two axes of the two electric motors. The shift drum provides a cam structure. This curve structure can be formed by molded-in webs, and / or radially projecting curved webs, by countersinks and projecting heads. The shift drum may be equipped with an inhibiting mechanism which makes it possible to keep the switching device de-energized after completion of a switching operation. The inhibiting device can also be designed so that certain switching states can be kept de-energized, whereas special switching states such. B. the later described Hyperboost mode can only be set under sustained current, possibly against restoring forces. The servo motor can be arranged so that its motor axis is aligned with the shift drum axis. As an alternative to such a serial arrangement of servomotor, planetary intermediate gear and shift drum, it is also possible to couple the servomotor with the shift drum via an angle gear. The bearing structures for supporting the common switching device can be provided by a housing member, or be worn which is attached to the housing shells of the transmission devices. The two transmission devices can also be at least partially included in an integral housing part that just now at least partially carries those two transmission devices you also also the common switching device at least partially receives. This integral housing part can also at least partially accommodate the axle differential. This special integral housing part can be designed so that this is completed after the onset of the components of the transmission devices to the respective engine each with a lid which forms as such an end wall of the respective motor and at the same time causes the storage of the respective motor shaft and the sun gear seated thereon. The two covers can then be designed as identical parts. Furthermore, position detectors are preferably provided via which the rotational position of the shift drum can be detected.

Es ist in vorteilhafter Weise möglich, während der Ansteuerung des Stellmotors dessen Leistungsaufnahme oder die generierten Aktuatorkräfte zu erfassen um durch geeigneten regelungstechnischen Eingriff etwaige Fehlansteuerungen, z. B. bei unzureichender Synchronisation der zu koppelnden Strukturen zu vermeiden.It is possible in an advantageous manner, during the control of the servo motor to detect its power consumption or the generated Aktuatorkräfte order by appropriate control engineering any Fehlansteuerungen, z. B. to avoid with insufficient synchronization of the structures to be coupled.

Alternativ zu der Ausgestaltung der Schalteinrichtung als Schaltwalzenschalteinrichtung ist es auch möglich, eine entsprechende mechanische Schaltstruktur als Schaltstruktur mit einem translatorisch oder kombiniert translatorisch/rotatorisch verlagerbaren Schaltelement auszubilden.As an alternative to the embodiment of the switching device as a shift drum switching device, it is also possible to form a corresponding mechanical switching structure as a switching structure with a translationally or in combination translationally / rotationally displaceable switching element.

Weiterhin ist es auch möglich, die Schalteinrichtung als fluidmechanisch betätigte, insbesondere hydrostatisch betätigte Schalteinrichtung auszubilden. Furthermore, it is also possible to form the switching device as a fluid-mechanically actuated, in particular hydrostatically operated switching device.

Die kinematische Koppelung der zentralen mechanischen Schalteinrichtung mit den Schaltorganen der beiden Planetengetriebestufen kann durch Stellelemente erfolgen die entweder aus dem Bereich der Schaltgetriebe in die Schalteinrichtung eingreifen, oder aus dem Bereich der Schalteinrichtung in die beiden Schaltgetriebestufen eingreifen.The kinematic coupling of the central mechanical switching device with the switching elements of the two planetary gear stages can be done by adjusting elements which engage either from the field of manual transmission in the switching device, or intervene from the field of switching device in the two gearbox stages.

Die Umschaltung der in den Schaltgetriebeeinrichtungen aufgenommenen Schalt- oder Planetengetriebestufen erfolgt vorzugsweise durch Schaltgabeln, Schaltwippen, oder Schaltfinger durch welche ein im Getriebe vorgesehenes Koppelungsorgan in entsprechende Schaltstellungen verlagert werden kann. Vorzugsweise sind im Bereich der Schaltgetriebestufen Synchronisationsmechaniken vorgesehen die es erlauben das Koppelungsorgan ohne besondere Rücksicht auf eine exakte Vorausrichtung der zu koppelnden Strukturen, ratterfrei einzurücken.The switching of the recorded in the transmission devices switching or planetary gear stages is preferably carried out by shift forks, paddles, or shift finger by which a gear provided in the coupling member can be moved into corresponding switch positions. Synchronization mechanisms are preferably provided in the region of the gearbox stages which allow the coupling member to engage in a rattle-free manner without any special consideration for an exact pre-alignment of the structures to be coupled.

Das Einrücken des jeweiligen Koppelungsorgans kann durch entsprechende Ansteuerung der Elektromotoren erleichtert werden, indem beispielsweise während einer Änderung des Schaltzustands des Getriebes dieses temporär lastfrei betrieben wird. Um dies zu erreichen erfolgt vorzugsweise die Ansteuerung der elektromechanischen Schalteinrichtung in Abstimmung mit der Ansteuerung der beiden Elektromotoren.The engagement of the respective coupling member can be facilitated by appropriate control of the electric motors, for example, by being operated during a change in the switching state of the transmission of this temporary load. In order to achieve this, it is preferable to control the electromechanical switching device in coordination with the activation of the two electric motors.

Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Antriebseinrichtung eine Brennkraftmaschine. Der Leistungsausgang dieser Brennkraftmaschine ist dabei vorzugsweise auf eine der Schaltgetriebeeinrichtungen geführt. Die Brennkraftmaschine dieser Antriebseinrichtung kann so ausgelegt sein, dass deren Leistung in etwa der Leistung des ersten Elektromotors entspricht, oder sogar geringer ist. Die Brennkraftmaschine fungiert bei einer derartigen Auslegung als sog. Range-Extender der letztlich einen Betrieb des Fahrzeuges bei weitgehend erschöpftem Akkusystem ermöglicht. Über den als Generator des Range-Extenders fungierenden zweiten Elektromotor kann in vorteilhafter Weise eine Boost-Funktionalität geboten werden.According to a particular aspect of the present invention, the drive device comprises an internal combustion engine. The power output of this internal combustion engine is preferably performed on one of the transmission devices. The internal combustion engine of this drive device can be designed so that its power corresponds approximately to the power of the first electric motor, or even lower. The internal combustion engine functions in such a design as a so-called range extender which ultimately enables operation of the vehicle when the battery system is largely exhausted. About acting as a generator of the range extender second electric motor, a boost functionality can be offered in an advantageous manner.

Das erfindungsgemäße Antriebssystem besteht vorzugsweise aus einer Elektroachse mit 2-Ganggetriebe, aus einem durch den zweiten Elektromotor gebildeten zuschaltbaren Generator und aus einem Verbrennungsmotor. Der Verbrennungsmotor treibt entweder den Generator unabhängig vom restlichen Antriebstrang (Seriellhybrid) oder kann direkt mit dem Differenzial verbunden werden und damit das Fahrzeug zusammen mit der Elektroachse antreiben (Parallelhybrid). Weiterhin ist es möglich, den Generator ebenfalls zum Boosten des Fahrzeugs zu nutzen.The drive system according to the invention preferably consists of an electric axle with 2-speed gearbox, a switchable generator formed by the second electric motor and an internal combustion engine. The internal combustion engine either drives the generator independently of the remaining powertrain (serial hybrid) or can be connected directly to the differential and thus drive the vehicle together with the electric axle (parallel hybrid). Furthermore, it is possible to use the generator also for boosting the vehicle.

Das erfindungsgemäße Antriebssystem eignet sich in besonderem Maße für den Einsatz bei kompakten Personenkraftwagen und kann aufgrund seiner niedrigen Bauhöhe hier auch unterhalb eines Laderaumbodens im Fahrzeugheckbereich angeordnet werden. In leistungsstärkeren Auslegungen kann dieses Konzept auch bei Nkw und Hybrid-Landmaschinen vorteilhaft Anwendung finden. Durch das erfindungsgemäße Konzept wird in vorteilhafter Weise eine auch im Parallelhybridmodus verfügbare Range-Extender Funktion geboten. Das erfindungsgemäße System kann so aufgebaut werden, dass dieses über das Getriebegehäuse für die einzelnen Module Schnittstellen schafft die es ermöglichen, dem jeweiligen Anwendungsfall auf Grundlage eines Baukastensystems zu entsprechen. Die beiden Elektromotoren können als baugleiche Motoren ausgeführt sein.The drive system according to the invention is particularly suitable for use in compact passenger cars and can be arranged here below a load floor in the vehicle rear area due to its low height here. In more powerful interpretations, this concept can also be used to advantage in commercial vehicles and hybrid agricultural machinery. The concept according to the invention advantageously provides a range extender function which is also available in parallel hybrid mode. The system according to the invention can be constructed in such a way that it creates interfaces via the gear housing for the individual modules which make it possible to match the respective application on the basis of a modular system. The two electric motors can be designed as identical motors.

Das System kann so ausgelegt sein, dass die beiden Elektromotoren und die Brennkraftmaschine jeweils eine Leistung von 30 kW liefern. Mit dieser Leistungsaufteilung kann ein Kompaktklassefahrzeug bis zu einer Geschwindigkeit von ca. 110 Km/h im Seriellhybridbetriebsmodus betrieben werden. Weiterhin stehen für Beschleunigungsphasen oder anderweitige Lastphasen temporär 90 kW Antriebsleistung als Boost-Leistung zur Verfügung. Weiterhin ist es durch das erfindungsgemäße Antriebssystem möglich, aus dem Seriellhybridbetriebsmodus in den Parallelhybridbetriebsmodus zu wechseln und dabei den Leistungsbeitrag der Brennkraftmaschine stufenlos zwischen einer Leerlaufleistung und einer Maximalleistung zu variieren.The system may be designed so that the two electric motors and the internal combustion engine each deliver a power of 30 kW. With this power split, a compact class vehicle can be operated up to a speed of about 110 Km / h in the serial hybrid mode of operation. Furthermore, for acceleration phases or other load phases temporarily 90 kW drive power as a boost power available. Furthermore, it is possible by means of the drive system according to the invention to change from the serial hybrid operating mode to the parallel hybrid operating mode and thereby continuously vary the power contribution of the internal combustion engine between an idle power and a maximum power.

Das erfindungsgemäße Antriebssystem ist gemäß einem besonderen Aspekt der Erfindung vorzugsweise so gestaltet, dass die Brennkraftmaschine über eine Kupplungseinrichtung selektiv an den zweiten Elektromotor ankoppelbar ist. Diese Kupplungseinrichtung ist hierbei vorzugsweise als elektromechanisch betätigbare Kupplung ausgeführt. Der Kupplungseffekt kann durch Koppelungsorgane herbeigeführt werden die eine formschlüssige Koppelung bewirken. Ein derartiges Koppelungsorgan kann beispielsweise als innenverzahnte, axial verschiebbare Muffe ausgebildet sein, das in einer Koppelungsposition zwei benachbarte Wellenzapfen über komplementäre Verzahnungsgeometrien koppelt. Vorzugsweise jedoch erfolgt die Koppelung der Brennkraftmaschine mit dem zweiten Elektromotor reib- bzw. kraftschlüssig. Die Kupplungseinrichtung kann so gestaltet sein, dass der Kupplungszustand durch entsprechende Ansteuerung einer der Kupplungseinrichtung zugeordneten elektromechanischen Aktuatorik eingestellt wird. Es ist auch möglich, die Kupplungseinrichtung so auszubilden, dass der Kupplungszustand herbeigeführt wird, sobald der brennkraftmaschinenseitige Abtrieb schneller dreht als der zugeordnete Elektromotor. Die Kupplung und der ggf. selektiv sperrbare, oder drehrichtungsspezifisch umschaltbare Freilauf können auch in Kombination miteinander eingesetzt werden. Über die beiden Elektromotoren können jeweils Betriebszustände herbeigeführt werden in welchen die zu schaltenden Kupplungen weitgehend lastfrei sind.According to a particular aspect of the invention, the drive system according to the invention is preferably designed so that the internal combustion engine can be selectively coupled to the second electric motor via a clutch device. This coupling device is in this case preferably designed as an electromechanically actuated coupling. The coupling effect can be brought about by coupling organs which effect a positive coupling. Such a coupling member may be formed, for example, as an internally toothed, axially displaceable sleeve, which in a coupling position two adjacent shaft journals coupled via complementary gearing geometries. Preferably, however, the coupling of the internal combustion engine with the second electric motor is frictionally or force-locking. The coupling device can be designed so that the coupling state is set by appropriate control of the coupling device associated electromechanical actuators. It is also possible to design the coupling device so that the coupling state is brought about as soon as the engine-side output rotates faster than the associated electric motor. The clutch and optionally selectively lockable, or direction of rotation switchable freewheel can also be used in combination with each other. Operating states can in each case be brought about via the two electric motors in which the clutches to be switched are largely free of load.

Die Ankoppelung der Brennkraftmaschine an den zweiten Elektromotor erfolgt vorzugsweise über die an sich zur Übersetzung, d. h. Drehzahlreduktion und Drehmomentenerhöhung vorgesehene zweite Planetengetriebestufe. Hierdurch wird es möglich, die Brennkraftmaschine bei moderaten Drehzahlen von z. B. 2600 rpm zu betreiben und den zweiten Elektromotor generatorisch bei z. B. 6000 rpm zu betreiben.The coupling of the internal combustion engine to the second electric motor preferably takes place via the per se for translation, d. H. Speed reduction and torque increase provided second planetary gear stage. This makes it possible, the internal combustion engine at moderate speeds of z. B. 2600 rpm to operate and the second electric motor regenerative at z. B. 6000 rpm to operate.

Eine im Hinblick auf einen hohen mechanischen Wirkungsgrad besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebssystems ist dadurch gegeben, dass der Leistungstransfer von dem ersten Elektromotor zu dem Achsdifferential selektiv über die erste Schaltgetriebestufe oder als Direktabgriff erfolgt. Dadurch wird es möglich, den ersten Elektromotor bei einem Fahrzeugbeschleunigungsvorgang zunächst übersetzt und anschließend direkt, oder geringer übersetzt an das Achsdifferential anzukoppeln. Die vorgenannte erste Schaltgetriebe- insbesondere Planetengetriebestufe bildet vorzugsweise Bestandteil einer ersten Schaltgetriebeeinrichtung die als solche einen Übersetzungszustand, einen Direktübertragungszustand und einen Neutralzustand einnehmen kann.A particularly preferred embodiment of the drive system according to the invention with regard to a high mechanical efficiency is given by the fact that the power transfer from the first electric motor to the axle differential takes place selectively via the first shift gear stage or as a direct pick-off. This makes it possible to first translate the first electric motor in a vehicle acceleration process and then coupled directly to the axle differential or, to a lesser extent, to the axle differential. The aforementioned first manual transmission, in particular planetary gear stage, preferably forms part of a first transmission device which, as such, can assume a transmission state, a direct transmission state and a neutral state.

Die zweite Schaltgetriebestufe kann hinsichtlich ihrer Zahnräder baugleich zur ersten Schaltgetriebestufe ausgeführt sein und bildet vorzugsweise Bestandteil einer zweiten Schaltgetriebeeinrichtung. Über diese zweite Schaltgetriebeeinrichtung kann dann vorzugsweise die Koppelung der Brennkraftmaschine mit der der zweiten Schaltgetriebestufe und die Koppelung der Brennkraftmaschine mit dem Achsdifferential geschaltet werden.The second gear shift stage can be designed with regard to their gears identical to the first gear shift stage and preferably forms part of a second transmission device. By means of this second gearbox device, the coupling of the internal combustion engine to the second gearbox stage and the coupling of the internal combustion engine to the axle differential can then preferably be switched.

Vorzugsweise sind der erste Elektromotor und der zweite Elektromotor hinsichtlich des Stators und des Außengehäuses im wesentlichen baugleich ausgeführt. Das Achsdifferential ist vorzugsweise als Stirnraddifferential ausgeführt, und die beiden Ausgänge der ersten und der zweiten Schaltgetriebeeinrichtung werden vorzugsweise über Stirnräder auf das Umlaufgehäuse des Achsdifferentiales geführt.Preferably, the first electric motor and the second electric motor are designed substantially identical in terms of the stator and the outer housing. The axle differential is preferably designed as a spur gear differential, and the two outputs of the first and the second gearbox device are preferably guided via spur gears on the peripheral housing of the axle differential.

Das Achsdifferential ist gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung vorzugsweise derart in das Antriebssystem eingebunden, dass dieses in vertikaler Richtung gegenüber den Schaltgetriebeachsen nach unten versetzt angeordnet ist.The axle differential is preferably incorporated according to a particular aspect of the present invention in such a way in the drive system that it is arranged offset in the vertical direction relative to the shift gear axes down.

Die Brennkraftmaschine kann als hocheffiziente Brennkraftmaschine ausgelegt sein die insbesondere als Selbstzünder oder auch als gasbetriebener Motor ausgeführt sein kann. Die Entscheidung unter welchen Betriebszuständen das System in einem ausgewählten Modus und mit ausgewählter Übersetzung betrieben wird, wird vorzugsweise durch eine elektronische Steuereinrichtung getroffen die beispielsweise den Ladezustand der Fahrzeugakkus, den Tankinhalt und ggf. die in ein Navigationssystem eingegebene Fahrstrecke berücksichtigt. Das erfindungsgemäße Antriebssystem kann einen sog. Winterbetriebsmodus vorsehen bei welchem dann, wenn zum Beheizen des Fahrzeuginnenraumes ein Wärmebedarf besteht die Brennkraftmaschine betrieben und deren Abwärme zum Heizen genutzt wird. Es ergibt sich also bei bestehendem Heizleistungsbedarf eine andere Leistungsbeitragsverteilung der Motoren, als bei Betriebszuständen, bei welchen keine Heizleistung erforderlich ist. Die Brennkraftmaschine kann als ggf. automatisch, z. B. zeit- oder von einem Mobiltelefon aus gesteuert anschaltbare Standheizungskomponente betrieben werden und dabei in diesem vor der eigentlichen Fahrzeugnutzung erfolgenden Fahrzeugaufwärmmodus den Anteil der gewonnenen mechanischen Arbeit zum Aufladen des Akkusystems verwenden. Die Brennkraftmaschine kann als Hubkolbenmotor in verschiedensten Zylinderanordnungen ausgeführt sein. Weiterhin kann die Brennkraftmaschine auch als Rotationskolbenmotor ausgeführt sein. Die Brennkraftmaschine wird vorzugsweise über die zur Systemsteuerung vorgesehene elektronische Steuereinheit angesteuert und dabei vorzugsweise in Betriebszuständen betrieben die sich durch einen hohen Wirkungsgrad auszeichnen. Soweit die Brennkraftmaschine als mehrzylindrige Brennkraftmaschine ausgeführt ist, kann diese so ausgebildet sein, dass diese auch die Funktion einer Zylinderabschaltung bietet. In einem derartigen leistungsreduzierten Modus kann beispielsweise ein hocheffizienter Generatorbetrieb erfolgen. Das mit einem erfindungsgemäßen Antriebssystem ausgestattete Kraftfahrzeug kann mit einer Kraftstoffspeiseleitung, insbesondere mit einem Stadtgas- oder Heizölanschluss versehen sein der es ermöglicht, die Brennkraftmaschine stationär unabhängig vom Tankinhalt zu betreiben und dabei das bordseitige Akkusystem ohne Belastung des Stromnetzes kostengünstig aufzuladen.The internal combustion engine can be designed as a highly efficient internal combustion engine which can be designed, in particular, as a diesel or as a gas-powered engine. The decision under which operating conditions the system is operated in a selected mode and with a selected gear ratio is preferably made by an electronic control device which takes into account, for example, the state of charge of the vehicle batteries, the tank contents and possibly the route entered in a navigation system. The drive system according to the invention can provide a so-called. Winter operating mode in which, when for heating the vehicle interior, there is a heat demand, the internal combustion engine operated and their waste heat is used for heating. Thus, if the heating power requirement exists, a different power contribution distribution of the motors results than in the case of operating states in which no heating power is required. The internal combustion engine can be as automatically, for. B. time or controlled by a mobile phone switchable parking heater component can be operated while using the proportion of mechanical work won for charging the battery system in this before the actual vehicle use taking place Fahrzeugwärwärmodus. The internal combustion engine can be designed as a reciprocating engine in various cylinder arrangements. Furthermore, the internal combustion engine can also be designed as a rotary piston engine. The internal combustion engine is preferably controlled via the electronic control unit provided for system control and thereby preferably operated in operating states which are characterized by a high degree of efficiency. As far as the internal combustion engine is designed as a multi-cylinder internal combustion engine, this can be designed so that it also provides the function of a cylinder deactivation. In such a reduced-power mode, for example, a highly efficient generator operation can take place. The motor vehicle equipped with a drive system according to the invention can be equipped with a fuel feed line, in particular with a city gas or fuel oil connection be provided which makes it possible to operate the internal combustion engine stationary regardless of the tank contents and thereby charge the on-board battery system without burdening the power grid cost.

Kurzbeschreibung der FigurenBrief description of the figures

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt/zeigen:Further details and features of the invention will become apparent from the following description taken in conjunction with the drawings. It shows / shows:

1a, 1b, 1c Systemskizzen zur Erläuterung des konzeptionellen Aufbaus einer erfindungsgemäßen elektromechanischen Antriebseinrichtung; 1a . 1b . 1c System sketches to explain the conceptual structure of an electromechanical drive device according to the invention;

2 eine Schemadarstellung zur Erläuterung des Innenaufbaus einer erfindungsgemäßen elektromechanischen Antriebseinrichtung mit einem Integral-Aktuator zur Betätigung der ersten und der zweiten Schaltgetriebeeinrichtung; 2 a schematic representation for explaining the internal structure of an electromechanical drive device according to the invention with an integral actuator for actuating the first and the second gearbox device;

3 eine Schemadarstellung einer weiteren Variante der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung bei welcher der zweite Elektromotor und die Brennkraftmaschine über ein Summiergetriebe gekoppelt sind und die Leistungsabgabe dieses Systems mit der Leistungsabgabe des ersten Elektromotors ebenfalls über ein Summiergetriebe auf das Achsdifferential geführt wird. 3 a schematic representation of another variant of the drive device according to the invention in which the second electric motor and the internal combustion engine are coupled via a summation and the power output of this system is also performed with the power output of the first electric motor via a summation to the axle differential.

Ausführliche Beschreibung der FigurenDetailed description of the figures

In 1a ist in Form einer perspektivischen Darstellung der Grundaufbau einer erfindungsgemäßen elektromechanischen Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug veranschaulicht. Die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung umfasst einen ersten Elektromotor EM1 mit einem ersten Rotorelement das um eine erste Motorachse X1 umläuft, einen zweiten Elektromotor EM2 mit einem zweiten Rotorelement das um eine zweite Motorachse X2 umläuft, eine Brennkraftmaschine ICE mit einem Abtriebsorgan das um eine dritte Motorachse X3 umläuft, und ein Achsdifferential SRD, mit einem linken und einem rechten zu einer Differentialachse X4 gleichachsigen Leistungsausgang.In 1a is illustrated in the form of a perspective view of the basic structure of an inventive electromechanical drive device for a motor vehicle. The drive device according to the invention comprises a first electric motor EM1 with a first rotor element which rotates about a first motor axis X1, a second electric motor EM2 with a second rotor element which rotates about a second motor axis X2, an internal combustion engine ICE with a driven element which rotates about a third motor axis X3, and an axle differential SRD, with a left and right power output co-axial with a differential axis X4.

Sowohl der erste Elektromotor EM1, als auch der zweite Elektromotor EM2 sind derart angeordnet, dass deren Motorachsen X1, X2 zueinander parallel verlaufen und jeweils über eine erste bzw. zweite Schaltgetriebeeinrichtung PLT1', PLT2' an das Achsdifferential SRD ankoppelbar sind, wobei das Achsdifferential SRD derart angeordnet ist, dass eine senkrechte Projektion der Differentialachse X4 in eine durch die Motorachsen X1, X2 definierte Ebene E1 zwischen jenen Motorachsen, X2 verläuft.Both the first electric motor EM1, and the second electric motor EM2 are arranged such that their motor axes X1, X2 parallel to each other and in each case via a first and second gearbox device PLT1 ', PLT2' are coupled to the axle differential SRD, wherein the axle differential SRD is arranged such that a vertical projection of the differential axis X4 in a defined by the motor axes X1, X2 plane E1 between those motor axes, X2 runs.

Die Brennkraftmaschine ICE ist über eine Kupplungseinrichtung K5 selektiv an den zweiten Elektromotor EM2 ankoppelbar. Die Ankoppelung der Brennkraftmaschine ICE an den zweiten Elektromotor EM2 erfolgt über die zweite Schaltgetriebeeinrichtung PLT2'.The internal combustion engine ICE can be selectively coupled to the second electric motor EM2 via a clutch device K5. The coupling of the internal combustion engine ICE to the second electric motor EM2 via the second transmission device PLT2 '.

Der Leistungstransfer von dem ersten Elektromotor EM1 zu dem Achsdifferential SRD erfolgt selektiv über die durch die erste Schaltgetriebeeinrichtung bereitgestellte Schaltgetriebestufe PLT1 oder unter Umgehung dieser Übersetzungsstufe als Direktabgriff auf die Stirnradstufe SRS1. Die erste Schaltgetriebestufe PLT1 bildet hier Bestandteil der ersten Schaltgetriebeeinrichtung PLT1' die selektiv eine Übersetzung des ersten Elektromotors EM1, eine Neutral- oder Leerlaufstellung und eine Direktdurchschaltung (1:1 Durchleitung) des Motormomentes ermöglicht.The power transfer from the first electric motor EM1 to the axle differential SRD takes place selectively via the shift transmission stage PLT1 provided by the first shift transmission device or, bypassing this transmission step, as a direct tap on the spur gear SRS1. The first shift transmission stage PLT1 here forms part of the first transmission device PLT1 'selectively allows a translation of the first electric motor EM1, a neutral or neutral position and a direct connection (1: 1 transmission) of the engine torque.

Die zweite Schaltgetriebestufe PLT2 bildet Bestandteil einer zweiten Schaltgetriebeeinrichtung PLT2' und ist hier jedoch permanent mit dem zweiten Elektromotor EM2 gekoppelt. Der erste Elektromotor EM1 und der zweite Elektromotor EM2 sind hinsichtlich des Stators und des Außengehäuses im wesentlichen baugleich ausgeführt. Das Achsdifferential SRD ist hier als Stirnraddifferential ausgeführt, und die Ausgänge der ersten und der zweiten Schaltgetriebeeinrichtung sind über Stirnräder SRS1, SRS2 unter weiterer Übersetzung, d. h. Drehzahlreduktion/Momentenerhöhung auf das Umlaufgehäuse des Achsdifferentiales SRD geführt. Das Achsdifferential SRD ist in vertikaler Richtung gegenüber den Schaltgetriebeachsen X5, X6 nach unten versetzt angeordnet.The second shift transmission stage PLT2 forms part of a second shift transmission device PLT2 'and is here, however, permanently coupled to the second electric motor EM2. The first electric motor EM1 and the second electric motor EM2 are designed substantially identical in terms of the stator and the outer housing. The axle differential SRD is embodied here as a spur gear differential, and the outputs of the first and the second gearbox device via spur gears SRS1, SRS2 under further translation, d. H. Speed reduction / torque increase led to the circulation housing of the axle differential SRD. The axle differential SRD is arranged offset in the vertical direction relative to the shift gear axes X5, X6 down.

Wie aus 1b ersichtlich, fluchten die Motorachsen X1, X2 des ersten und des zweiten Elektromotors EM1, EM2 direkt mit den Schaltgetriebeachsen X5, X6 der jeweiligen Schaltgetriebe. Zudem fluchtet die Motorachse X3 mit der Motorachse X2 des zweiten Elektromotors EM2. Die Brennkraftmaschine ICE ist auf einer dem zweiten Elektromotor EM2 angewandten Seite der zweiten Schaltgetriebestufe PLT2 bzw. jener unter Einschluss derselben gebildeten Schaltgetriebeeinrichtung angeordnet.How out 1b can be seen, the motor axes X1, X2 of the first and second electric motor EM1, EM2 aligned directly with the shift gear axes X5, X6 of the respective manual transmission. In addition, the motor axis X3 is aligned with the motor axis X2 of the second electric motor EM2. The internal combustion engine ICE is on a side of the second shift transmission stage PLT2 applied to the second electric motor EM2 or that of the shift transmission device formed to include the same.

Die Schaltgetriebestufen PLT1, PLT2 und das Achsdifferential SRD sind in einem Getriebegehäuse 6 aufgenommen das als solches eine tragende Struktur bildet über welche die beiden Elektromotoren EM1, EM2 und die Brennkraftmaschine ICE zusammengefasst sind. In diesem Getriebegehäuse 6 sind auch die in 1a angedeutete Motorkupplung K5 sowie die zur Betätigung der Schaltgetriebeeinrichtungen vorgesehenen Aktuatoren A11, A12 angeordnet. Das Getriebegehäuse 6 ist so gestaltet, dass sich dieses in verbautem Zustand im wesentlichen zentral zwischen den zugeordneten angetriebenen Rädern befindet. Es ist möglich, das Getriebegehäuse 6 so zu gestalten, dass beide daran, genauer an die Differentialausgänge angeschlossenen Radantriebswellen 7, 8 die gleiche Länge aufweisen und damit ggf. baugleich ausgeführt werden können.The shift transmission stages PLT1, PLT2 and the axle differential SRD are in a transmission housing 6 taken as such forms a supporting structure via which the two electric motors EM1, EM2 and the internal combustion engine ICE are summarized. In this gearbox 6 are also in the 1a indicated motor clutch K5 and provided for the actuation of the transmission devices actuators A11, A12 arranged. The gearbox 6 is designed so that this is in the installed state substantially centrally between the associated driven wheels. It is possible the gearbox 6 designed so that both of them, more accurately connected to the differential outputs wheel drive shafts 7 . 8th have the same length and thus possibly can be made identical.

In 1c ist in Form einer vereinfachten Seitenansicht der Aufbau der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung weiter veranschaulicht. Wie erkennbar ist das Achsdifferential SRD gegenüber der Achsebene E1 der Motorachsen X1, X2 nach unten versetzt angeordnet. Die Elektromotoren EM1, EM2 sind gegenüber dem Achsdifferential SRD in „V-Anordnung” angeordnet der hier angedeutete Gabelwinkel G1 beträgt hier in etwa 90°. Dieser Winkel G1 kann ggf. auch größer sein, er liegt vorzugsweise im Bereich von 90° bis 150°.In 1c is further illustrated in the form of a simplified side view of the structure of the drive device according to the invention. As can be seen, the axle differential SRD is arranged offset downwards relative to the axial plane E1 of the motor axles X1, X2. The electric motors EM1, EM2 are arranged with respect to the axle differential SRD in "V-arrangement" the here indicated fork angle G1 is approximately 90 °. If necessary, this angle G1 can also be greater; it is preferably in the range of 90 ° to 150 °.

Die gemeinsame Schalteinrichtung A1 befindet sich in einem Zwischenbereich zwischen den beiden Elektromotoren EM1, EM2 und betätigt über ein gemeinsames Schaltorgan beide Schaltgetriebeeinrichtungen zuverlässig mechanisch synchronisiert.The common switching device A1 is located in an intermediate region between the two electric motors EM1, EM2 and actuated by a common switching member both transmission devices reliably synchronized mechanically.

Das Getriebegehäuse 6 kann in Topf- oder Schalenbauweise gefertigt werden. Das Getriebegehäuse 6 kann die Lagerung der Rotorwellen der Elektromotoren EM1, EM2 aufnehmen und damit auch Teil des jeweiligen Motorgehäuses bilden. Weiterhin kann das Getriebegehäuse 6 auch Anbindungsstellen für eine Radaufhängungsmechanik, insbesondere für eine Querlenkeranordnung bilden.The gearbox 6 Can be manufactured in pot or shell construction. The gearbox 6 can accommodate the bearing of the rotor shafts of the electric motors EM1, EM2 and thus also form part of the respective motor housing. Furthermore, the transmission housing 6 also form connection points for a suspension mechanism, in particular for a wishbone arrangement.

In 2 ist eine erste Variante 1 der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung dargestellt. Auf der Fahrzeugachse befindet sich ein Differential SRD das insbesondere als sog. Stirnraddifferential ausgeführt sein kann. Dieses Differential trägt am Differentialkorb ein Antriebszahnrad 9. Das Antriebszahnrad 9 („Final Drive”) wird dabei von den Stirnradstufen SRS1 und SRS2 angetrieben, wobei die Stirnradstufe SRS1 über einen durch die erfindungsgemäße Schalteinrichtung A1 schaltbaren Planetensatz angetrieben wird. Im ersten Gang treibt der Elektromotor EM1 die Sonne 10 des Planetensatzes PLT1 an. Der Abtrieb erfolgt über den Träger 11 zur Stirnradstufe SRS1. Im zweiten Gang lässt sich der Elektromotor EM1 direkt mit der Stirnradstufe SRS1 koppeln. Der Planetensatz PLT1 ist dann inaktiv. In der Neutralstellung steht der Elektromotor EM1 zusammen mit dem Planetensatz PLT1 still. Die Gangschaltung wird mit Hilfe des Aktuators A11 durchgeführt.In 2 is a first variant 1 the drive device according to the invention shown. On the vehicle axle there is a differential SRD which can be designed in particular as a so-called spur gear differential. This differential carries a drive gear on the differential carrier 9 , The drive gear 9 ("Final Drive") is driven by the spur gears SRS1 and SRS2, wherein the spur gear SRS1 is driven by a switchable by the inventive switching device A1 planetary gear set. In first gear, the electric motor EM1 drives the sun 10 of the planetary set PLT1. The output takes place via the carrier 11 to the spur gear SRS1. In second gear, the electric motor EM1 can be coupled directly to the spur gear SRS1. The planetary set PLT1 is then inactive. In the neutral position, the electric motor EM1 stops together with the planetary gear train PLT1. The gear shift is performed by means of the actuator A11.

Die Stirnradstufe SRS2 ist zuerst als Losrad ausgeführt, dreht also lose auf der Welle des zweiten Antriebstrangszweigs. Dieser setzt sich aus dem Elektromotor/Generator EM2 und aus einem Verbrennungsmotor ICE zusammen. Der Elektromotor EM2 hat ebenfalls einen Planetensatz PLT2, der schaltbar ausgeführt ist. Die Schaltelemente-Kupplungen K3 und K4 sind als Synchronisationen ausgeführt und analog dem ersten Antriebsstrangzweig elektromechanisch durch die gemeinsame Schalteinrichtung A1 betätigt. Zusätzlich zur Kupplung K3 ist hier im zweiten Antriebstrangszweig ein Freilauf F3 eingesetzt. Der Verbrennungsmotor ICE kann mit Hilfe einer herkömmlichen trockenen Reibkupplung K5 mit Aktuator A2 zugeschaltet oder getrennt werden. Die Gangaktuierung erfolgt elektromechanisch mit Zugkraftunterbrechung (ASG-Prinzip).The spur gear SRS2 is first designed as a loose wheel, so it rotates loosely on the shaft of the second drive train branch. This consists of the electric motor / generator EM2 and an internal combustion engine ICE. The electric motor EM2 also has a planetary set PLT2, which is designed to be switchable. The switching element clutches K3 and K4 are designed as synchronizations and actuated analogously to the first drive train branch electromechanically by the common switching device A1. In addition to the clutch K3 here is a freewheel F3 used in the second drive train branch. The internal combustion engine ICE can be connected or disconnected with the aid of a conventional dry friction clutch K5 with actuator A2. The gear actuation is electromechanical with traction interruption (ASG principle).

Die erfindungsgemäße Aktuatormechanik A1 stellt eine korrekte Synchronisation der Getriebeschaltzustände der beiden Getriebeeinrichtungen PLT1, PLT2 sicher. Die Aktuatormechanik A1 umfasst bei diesem Ausführungsbeispiel eine Schaltwalze mit einer durch deren Aussenwandung gebildeten Kurvenstruktur. Durch diese Kurvenstruktur werden in Verbindung mit entsprechenden, hier nur angedeuteten Kurvenfolgern die Schalfinger, Schaltgabeln, oder Schaltwippen beider Getriebeeinrichtungen PLT1, PLT2 gemeinsam angesteuert. Durch dieses Konzept kann eine zuverlässig korrekte Koordination der Getriebeschaltzustände beider Getriebeeinrichtungen PLT1, PLT2 sichergestellt werden. Zudem kann die Mechanik über einen einzigen Stell- oder Aktuatormotor angesteuert werden. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Schaltwalze als drehbar geführte Struktur ausgebildet, wobei die geforderten Schaltzustände durch entsprechende Drehung der Schaltwalze herbeigeführt werden. Alternativ zu einem drehbar geführten Kurventräger ist es auch möglich, einen translatorisch oder auch kombiniert rotatorisch/translatorisch zu verlagernden Kurventräger vorzusehen. Die gemeinsame Aktuatormechanik befindet sich in einem Zwischenbereich zwischen den Getriebeeinrichtungen PLT1, PLT2, insbesondere im wesentlichen mittig gegenüber der gemeinsamen Achsebene nach oben versetzt zwischen den beiden Getriebeeinrichtungen PLT1, PLT2. Die mechanische Zentral-Schalteinrichtung A1 kann so gestaltet sein, dass diese die jeweils sinnvollen Schaltzustandspermutationen in der Reihenfolge bereitstellt in welcher diese bei typischen Fahrmaneuvern angefordert werden. Sofern bestimmte in der mechanischen Schalteinrichtung, insbesondere der Schaltwalze vorgesehene Kombinationen übersprungen werden sollen, wird hierzu vorzugsweise die Antriebseinrichtung durch Ansteuerung temporär durch entsprechende Ansteuerung der Elektromotoren EM1, EM2 temporär entlastet.The actuator mechanism A1 according to the invention ensures a correct synchronization of the gear shifting states of the two gear mechanisms PLT1, PLT2. In this exemplary embodiment, the actuator mechanism A1 comprises a shift drum with a cam structure formed by its outer wall. By means of this curve structure, the scarf fingers, shift forks, or shift paddles of both transmission devices PLT1, PLT2 are jointly actuated in conjunction with corresponding curve followers, which are only indicated here. By this concept, a reliable correct coordination of the gear shift states of both transmission devices PLT1, PLT2 can be ensured. In addition, the mechanism can be controlled by a single actuator or actuator motor. In the embodiment shown here, the shift drum is designed as a rotatably guided structure, wherein the required switching states are brought about by appropriate rotation of the shift drum. As an alternative to a rotatably guided cam carrier, it is also possible to provide a translatory or combined rotationally / translationally displaceable cam carrier. The common actuator mechanism is located in an intermediate region between the transmission devices PLT1, PLT2, in particular substantially centrally offset relative to the common axis plane upwards between the two transmission devices PLT1, PLT2. The mechanical central switching device A1 can be designed so that it provides the respective meaningful switching state permutations in the order in which they are requested in typical driving maneuvers. If certain combinations provided in the mechanical switching device, in particular the shift drum, are to be skipped, the drive device is temporarily temporarily relieved of this by activation temporarily by corresponding control of the electric motors EM1, EM2.

Nachfolgend werden verschiedene Funktionalitäten der erfindungsgemäß eine Range Extender-Funktion bietenden Antriebseinrichtung erklärt. Die Systemsynchronisation wird über die beiden Schaltgetriebeeinrichtungen gemeinsame Schalteinrichtung gewährleistet. Durch Einstellung der Schaltzustände der Kupplungen K1 bis K5 und Leistungszufuhr zu den Elektromotoren EM1 und EM2 können verschiedene Betriebsmodi eingestellt werden. Mit der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung können zur Einstellung der gewünschten Betriebsmodi (linke Tabellenspalte) die in der nachfolgenden Tabelle angeführten Einstellungen eingestellt werden: K1 K2 K3 F3 K4 K5 EI. Fahrt mit EM1 im 1. Gang X 0 EI. Fahrt mit EM1 im 2. Gang 0 X Neutral EM1 0 0 Aufladen mit Generator EM2 X 0 0 X Direktantrieb ICE 0 0 X X Boost mit EM2 0 X X 0 Boost mit EM2 und mit ICE 0 X X X Neutral EM2 0 0 0 0 Hyperboost low via EM1 und EM2 + ICE X 0 0 X X X Hyperboost high via EM1 und EM2 + ICE 0 X 0 X X X wobei: K1 .... K5 = Kupplungen; F3 = Freilauf; X = überträgt Drehmoment; 0 = inaktivIn the following, various functionalities of the drive device according to the invention offering a range extender function will be explained. The system synchronization is ensured via the two gearshift devices common switching device. By adjusting the switching states of the clutches K1 to K5 and supplying power to the electric motors EM1 and EM2, various operation modes can be set. With the switching device according to the invention, the settings listed in the following table can be set to set the desired operating modes (left-hand column of the table): K1 K2 K3 F3 K4 K5 EGG. Ride with EM1 in 1st gear X 0 EGG. Ride with EM1 in 2nd gear 0 X Neutral EM1 0 0 Charging with generator EM2 X 0 0 X Direct drive ICE 0 0 X X Boost with EM2 0 X X 0 Boost with EM2 and with ICE 0 X X X Neutral EM2 0 0 0 0 Hyperboost low via EM1 and EM2 + ICE X 0 0 X X X Hyperboost high via EM1 and EM2 + ICE 0 X 0 X X X where: K1 .... K5 = couplings; F3 = freewheel; X = transmits torque; 0 = inactive

Die Elektromotoren EM1, EM2 können als baugleiche Motoren ausgeführt sein. Auch die Planetenradstufen PLT1, PLT2 können als baugleiche Getriebe ausgeführt sein, oder zumindest zahlreiche baugleiche Komponenten enthalten. Das hier nicht näher dargestellte Getriebegehäuse kann so gestaltet sein, dass dieses baukastenartig mit Motor- und Getriebekomponenten bestückt werden kann, so dass beispielsweise in Verbindung mit einem Getriebegehäusetyp unterschiedlich konfigurierte Antriebseinrichtungen geschaffen werden können. Die Planetensätze, die Elektromotoren sowie viele andere Komponenten (Lager, Bolzen, Gehäuse) können als Gleichteile ausgeführt werden. Die Elektromotoren können sehr einfach als komplette Einheit gekühlt werden. Die parallele Position der beiden Elektromotoren und der Planentengetriebestufen PLT1, PLT2 ermöglicht in besonders vorteilhafter Weise die erfindungsgemäße Ansteuerung der Getriebeschaltorgane unter Verwendung eines einzigen Aktuators.The electric motors EM1, EM2 can be designed as identical motors. The Planetenradstufen PLT1, PLT2 can be designed as identical gear, or at least contain many identical components. The transmission housing not shown here can be designed so that this can be equipped in a modular manner with engine and transmission components, so that, for example, in connection with a transmission housing type differently configured drive means can be created. The planetary gear sets, the electric motors and many other components (bearings, bolts, housings) can be designed as identical parts. The electric motors can be cooled very easily as a complete unit. The parallel position of the two electric motors and the Planentengetriebestufen PLT1, PLT2 allows in a particularly advantageous manner, the inventive control of the transmission shift members using a single actuator.

In 3 ist eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung dargestellt. Bei dieser Variante ist die zweite Planetenradstufe als Summiergetriebe ausgeführt über welche die Leistungsbeiträge der Brennkraftmaschine ICE und des zweiten Elektromotors EM2 drehzahlvariabel zusammengeführt werden können. Diese Variante ermöglicht es, die Antriebseinrichtung in einem Parallelhybridbetriebsmodus zu betreiben, wobei die Drehzahl der Brennkraftmaschine ICE weitgehend konstant gehalten werden kann, oder mit lediglich geringer Dynamik angepasst werden muss, da den Schwankungen des Leistungsbedarfs durch entsprechende Ansteuerung des zweiten Elektromotors EM2 und ggf. auch des ersten Elektromotors EM1 entsprochen werden kann. Weiterhin ist bei diesem Ausführungsbeispiel ein zweites Summiergetriebe SG2 vorgesehen durch welches die Leistungsabgabe des ersten Elektromotors EM1 mit dem Ausgang des ersten Summiergetriebes SG1 zusammengefasst wird.In 3 a further variant of a drive device according to the invention is shown. In this variant, the second planetary gear is executed as a summation via which the power contributions of the internal combustion engine ICE and the second electric motor EM2 can be combined variable speed. This variant makes it possible to operate the drive device in a parallel hybrid operating mode, wherein the speed of the internal combustion engine ICE can be kept substantially constant, or must be adjusted with only low dynamics, since the fluctuations in power requirements by appropriate control of the second electric motor EM2 and possibly also of the first electric motor EM1 can be met. Furthermore, in this embodiment, a second summation SG2 provided by which the power output of the first electric motor EM1 is summarized with the output of the first summing SG1.

Sowohl das erste Summiergetriebe SG1, als auch das zweite Summiergetriebe SG2 sind als Umlaufrädergetriebe, insbesondere Planetengetriebe ausgebildet. Das zweite Summiergetriebe ist bei diesem Ausführungsbeispiel mit dem Achsdifferential SRD gekoppelt. Diese Koppelung wird hier erreicht indem das Umlaufgehäuse des Achsdifferentials SRD den Planetenradträger des zweiten Summiergetriebes SG2 bildet. Die Leistungsabgabe des ersten Elektromotors auf das zweite Summiergetriebe erfolgt über eine Stirnradstufe SRS1 auf das Hohlrad des zweiten Summiergetriebes SG2. Die Leistungsabgabe des ersten Summiergetriebes SG1 an das zweite Summiergetriebe SG2 erfolgt auf das Sonnenrad des zweiten Summiergetriebes SG2.Both the first summing SG1, and the second summing SG2 are formed as epicyclic gear, in particular planetary gear. The second summing gear is coupled in this embodiment with the axle differential SRD. This coupling is achieved here by the circulation housing of the axle differential SRD forms the planet carrier of the second summation SG2. The power output of the first electric motor to the second summing gear via a spur gear SRS1 on the ring gear of the second summing SG2. The power output of the first summation SG1 to the second summation SG2 takes place on the sun gear of the second summation SG2.

Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind das erste Summiergetriebe SG1 und das zweite Summiergetriebe SG2 jeweils über die gemeinsame Schalteinrichtung zudem selektiv sperrbar. Zudem ist das erste Summiergetriebe SG1 derart gestaltet, dass über dieses auch die Koppelung der Brennkraftmaschine ICE und des zweiten Elektromotors EM2 selektiv aufhebbar ist.In the embodiment shown here, the first summation SG1 and the second summation SG2 are also selectively lockable via the common switching device. In addition, the first summation SG1 is designed such that over this, the coupling of the internal combustion engine ICE and the second electric motor EM2 is selectively canceled.

Das erste Summiergetriebe SG1, oder der diesem vorgelagerte Antriebsstrangabschnitt kann weiterhin so gestaltet sein, dass die Antriebsleistung des zweiten Elektromotors EM2 oder der Brennkraftmaschine ICE schaltbar jeweils für sich auf das zweite Summiergetriebe SG2 übertragen werden können.The first summing SG1, or the upstream of this drive train section can also be designed so that the drive power of the second electric motor EM2 or the internal combustion engine ICE switchable in each case can be transmitted to the second summation SG2.

Das erste Summiergetriebe SG2 dient der Zusammenführung der Antriebsleistung der Brennkraftmaschine ICE und des zweiten Elektromotors EM2. Das zweite Summiergetriebe SG2 dient der Zusammenführung der Ausgangsleistung des ersten Summiergetriebes SG1 und der Ausgangsleistung des ersten Elektromotors EM1. Über beide Summiergetriebe SG1, SG2 können Übersetzungseffekte realisiert werden, die es erlauben, die Drehzahl der Rotoren der Elektromotoren EM1 EM2 höher zu setzten als die Drehzahlen der Radantriebswellen 7, 8. Die beiden Summiergetriebe sind als Planetenradgetriebe ausgeführt. Das zweite Summiergetriebe SG2 ist an das Achsdifferential SRD angebunden und vereinigt den Antriebsstrang des ersten Elektromotors EM1 mit dem Ausgang des ersten Summiergetriebes SG1.The first summation SG2 serves to combine the drive power of the internal combustion engine ICE and the second electric motor EM2. The second summing SG2 serves to combine the output of the first summing SG1 and the output of the first electric motor EM1. About both summation SG1, SG2 translation effects can be realized, which make it possible to set the speed of the rotors of the electric motors EM1 EM2 higher than the rotational speeds of the Radantriebswellen 7 . 8th , The two summing gear are designed as planetary gear. The second summing SG2 is connected to the axle differential SRD and combines the drive train of the first electric motor EM1 with the output of the first summing SG1.

Die Motorachsen X1, X2 der beiden Elektromotoren EM1, EM2 verlaufen zueinander parallel, die senkrechte Projektion der Differentialachse X4 in eine Ebene E1 die durch die Motorachsen X1, X2 definiert ist, verläuft zwischen den Motorachsen X1, X2.The motor axes X1, X2 of the two electric motors EM1, EM2 extend parallel to one another, the vertical projection of the differential axis X4 into a plane E1 defined by the motor axes X1, X2 extends between the motor axes X1, X2.

Die Kurbelwellenachse X3 der Brennkraftmaschine ICE fluchtet mit der Motorachse X2 des zweiten Elektromotors EM2. Das Achsdifferential SRD ist vertikal nach unten versetzt. Die Antriebsverbindung der Brennkraftmaschine ICE zum ersten Summiergetriebe SG1 ist vorzugsweise über eine als Reibungskupplung ausgeführte Kupplung K5 selektiv aufhebbar. Die Summiergetriebe SG1 und SG2 sind vorzugsweise selektiv sperrbar. Die Elektromotoren EM1, EM2 können so gestaltet sein, dass diese selektiv arretierbar sind.The crankshaft axis X3 of the internal combustion engine ICE is aligned with the motor axis X2 of the second electric motor EM2. The axle differential SRD is offset vertically downwards. The drive connection of the internal combustion engine ICE to the first summation SG1 is preferably selectively canceled via a designed as a friction clutch clutch K5. The summing SG1 and SG2 are preferably selectively lockable. The electric motors EM1, EM2 can be designed so that they can be selectively locked.

Über den zweiten Elektromotor EM2 kann eine elektrische Kupplungsfunktion realisiert werden indem z. B. dieser Elektromotor EM2 bei laufender Brennkraftmaschine ICE zunächst lastfrei mitläuft, so dass das Summiergetriebe SG1 kein Abtriebsdrehmoment generiert. Durch Erhöhung der generatorischen Last am zweiten Elektromotor EM2 und Einspeisung der generierten Leistung in den ersten Elektromotor EM1, oder durch anderweitige elektrische Ansteuerung des zweiten Elektromotors EM2 – beispielsweise ebenfalls zur Generierung eines Antriebsdrehmomentes – liegt am ersten Summiergetriebe SG1 dann ein Abtriebsdrehmoment an, das auf das zweite Summiergetriebe SG2 wirkt.About the second electric motor EM2, an electrical coupling function can be realized by z. B. this electric motor EM2 initially running idle with the internal combustion engine ICE, so that the summation SG1 generates no output torque. By increasing the regenerative load on the second electric motor EM2 and feeding the generated power in the first electric motor EM1, or by other electrical control of the second electric motor EM2 - for example, also for generating a drive torque - is applied to the first summation SG1 then an output torque on the second summation SG2 acts.

Die beiden Schaltgetriebeeinrichtungen gemeinsame Schalteinrichtung A1 kann weiterhin so gestaltet sein, dass durch diese auch das Achsdifferential SRD ansteuerbar, insbesondere selektiv sperrbar ist. Weiterhin kann über die gemeinsame Schalteinrichtung A1 auch ein Parksperrorgan betätigt werden.The two gearshift devices common switching device A1 can continue to be designed so that by this, the axle differential SRD can be controlled, in particular selectively blocked. Furthermore, a parking pawl can be actuated via the common switching device A1.

Claims (8)

Elektromechanische Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit: – einem ersten Elektromotor (EM1) mit einem ersten Rotorelement das um eine erste Motorachse (X1) umläuft, – einem zweiten Elektromotor (EM2) mit einem zweiten Rotorelement das um eine zweite Motorachse (X2) umläuft, und – einem Achsdifferential (SRD), – wobei sowohl der erste Elektromotor (EM1), als auch der zweite Elektromotor (EM2) derart angeordnet sind, dass deren Motorachsen (X1, X2) zueinander parallel ausgerichtet sind, und – eine erste bzw. zweite Schaltgetriebeeinrichtung (PLT1', PLT2') vorgesehen sind, über welche die beiden Elektromotoren (EM1, EM2) an das Achsdifferential (SRD) ankoppelbar sind, und – die beiden Schaltgetriebeeinrichtungen (PLT1', PLT2') über eine gemeinsame Schalteinrichtung (A1) schaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, – dass das Achsdifferential (SRD) in vertikaler Richtung gegenüber einer durch die Motorachsen (X1, X2) definierten Ebene (E1) nach unten versetzt ist, und – dass die Schalteinrichtung (A1) in einem Zwischenbereich zwischen den beiden Elektromotoren (EM1, EM2), oder den Schaltgetriebeeinrichtungen (PLT1', PLT2') angeordnet ist.Electromechanical drive device for a motor vehicle, comprising: - a first electric motor (EM1) with a first rotor element revolving around a first motor axis (X1), - a second electric motor (EM2) with a second rotor element revolving around a second motor axis (X2), and - an axle differential (SRD), - wherein both the first electric motor (EM1), and the second electric motor (EM2) are arranged such that their motor axes (X1, X2) are aligned parallel to each other, and - a first and second Manual transmission device (PLT1 ', PLT2') are provided, via which the two electric motors (EM1, EM2) to the axle differential (SRD) can be coupled, and - the two transmission devices (PLT1 ', PLT2') via a common switching device (A1) switchable are, characterized - That the axle differential (SRD) in the vertical direction relative to a plane defined by the motor axes (X1, X2) (E1) is offset downwards, and - that the switching device (A1) in an intermediate region between the two electric motors (EM1, EM2) , or the transmission devices (PLT1 ', PLT2') is arranged. Elektromechanische Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (A1) eine rotatorisch verlagerbare Schaltwalze umfasst.Electromechanical drive device according to claim 1, characterized in that the switching device (A1) comprises a rotatably displaceable shift drum. Elektromechanische Antriebseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltwalze über einen Stellmotor elektromechanisch positionierbar ist.Electromechanical drive device according to claim 2, characterized in that the shift drum is electromechanically positionable via a servo motor. Elektromechanische Antriebseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Stellmotor und der Schaltwalze eine Getriebeeinrichtung vorgesehen ist.Electromechanical drive device according to claim 3, characterized in that between the servomotor and the shift drum, a transmission device is provided. Elektromechanische Antriebseinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Positionsdetektoren vorgesehen sind über welche die Drehposition der Schaltwalze erfassbar ist.Electromechanical drive device according to at least one of claims 2 to 4, characterized in that position detectors are provided via which the rotational position of the shift drum can be detected. Elektromechanische Antriebseinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass während der Ansteuerung des Stellmotors dessen Leistungsaufnahme erfasst wird um etwaige Fehlansteuerungen, z. B. bei unzureichender Synchronisation der zu koppelnden Strukturen zu vermeiden.Electromechanical drive device according to at least one of claims 3 to 5, characterized in that during the activation of the servo motor whose power consumption is detected by any faulty control, z. B. to avoid with insufficient synchronization of the structures to be coupled. Elektromechanische Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (A1) eine Schaltstruktur mit einem translatorisch oder kombiniert translatorisch/rotatorisch verlagerbaren Schaltelement aufweist.Electromechanical drive device according to claim 1, characterized in that the switching device (A1) has a switching structure with a translatory or combined translational / rotationally displaceable switching element. Elektromechanische Antriebseinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die kinematische Koppelung der zentralen mechanischen Schalteinrichtung (A1) mit den Schaltorganen der beiden Schaltgetriebeeinrichtungen (PLT1', PLT2') durch Stellelemente erfolgt die entweder aus dem Bereich der Schaltgetriebestufen (PLT1, PLT2) in die Schalteinrichtung (A1) eingreifen, oder aus dem Bereich der Schalteinrichtung (A1) in die beiden Schaltgetriebestufen (PLT1, PLT2) eingreifen.Electromechanical drive device according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that the kinematic coupling of the central mechanical switching device (A1) with the switching elements of the two transmission devices (PLT1 ', PLT2') by adjusting elements takes place either from the range of the gearbox stages (PLT1 , PLT2) in the switching device (A1) engage, or from the range of the switching device (A1) in the two gear shift stages (PLT1, PLT2) intervene.
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