DE102014210549A1 - Drive device for a vehicle - Google Patents
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Abstract
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Hybridfahrzeug, vorzuschlagen, welche eine Alternative zu bisherigen Getriebeanordnungen darstellt und/oder welche eine große Funktionsvielfalt bei zugleich geringer Anzahl von Komponenten umsetzt. Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsvorrichtung 1 gelöst, welche eine Planetenhauptstufe 15, eine Planetenstufe 16 sowie eine Schalteinrichtung 17 aufweist, wobei die Schalteinrichtung 17 die Antriebsvorrichtung in zwei Traktionsgänge und in einen Überlagerungsgang für ein Torque Vectoring schalten kann.It is an object of the present invention to provide a drive device for a vehicle, in particular for a hybrid vehicle, which represents an alternative to previous gear arrangements and / or which implements a large variety of functions with at the same time a low number of components. This object is achieved by a drive device 1, which has a planetary main stage 15, a planetary stage 16 and a switching device 17, wherein the switching device 17 can switch the drive device in two traction gears and in a superposition gear for a torque vectoring.
Description
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. The invention relates to a drive device for a vehicle having the features of the preamble of
Hybridfahrzeuge verwenden eine Kombination von einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor, um ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen. Dabei ist es möglich, dass das Hybridfahrzeug ausschließlich verbrennungsmotorisch, ausschließlich elektromotorisch oder auch zeitgleich elektromotorisch und verbrennungsmotorisch, betrieben wird.Hybrid vehicles use a combination of an internal combustion engine and an electric motor to generate drive torque. It is possible that the hybrid vehicle exclusively internal combustion engine, exclusively electric motor or at the same time electric motor and internal combustion engine, operated.
Die Druckschrift
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Hybridfahrzeug, vorzuschlagen, welche eine Alternative zu bisherigen Getriebeanordnungen darstellt und/oder welche eine große Funktionsvielfalt bei zugleich geringer Anzahl von Komponenten umsetzt. Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und des Anspruchs 11 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.It is an object of the present invention to provide a drive device for a vehicle, in particular for a hybrid vehicle, which represents an alternative to previous gear arrangements and / or which implements a large variety of functions with at the same time a low number of components. This object is achieved by a drive device for a vehicle having the features of
Im Rahmen der Erfindung wird eine Antriebsvorrichtung vorgeschlagen, welche für ein Fahrzeug geeignet und/oder ausgebildet ist. Das Fahrzeug ist insbesondere als ein Hybridfahrzeug ausgebildet. Besonders bevorzugt ist das Fahrzeug als ein Personenkraftwage, Lastkraftwagen, etc. ausgebildet, welches insbesondere für den Straßenverkehr geeignet und/oder zugelassen beziehungsweise zulassbar ist.In the context of the invention, a drive device is proposed which is suitable and / or designed for a vehicle. The vehicle is designed in particular as a hybrid vehicle. Particularly preferably, the vehicle is designed as a passenger car, truck, etc., which is particularly suitable for road traffic and / or approved or permitted.
Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung umfasst eine erste Eingangsschnittstelle zur Ankopplung von einem Verbrennungsmotor. Optional umfasst die Antriebsvorrichtung den Verbrennungsmotor. Über die erste Eingangsschnittstelle wird ein Antriebsdrehmoment des Verbrennungsmotors eingeleitet. Insbesondere ist das Antriebsdrehmoment so ausgebildet, dass das Fahrzeug ausschließlich verbrennungsmotorisch betrieben eine Geschwindigkeit von größer als 30 Stundenkilometer, vorzugsweise größer als 50 Stundenkilometer, einnehmen kann. The drive device according to the invention comprises a first input interface for coupling of an internal combustion engine. Optionally, the drive device comprises the internal combustion engine. A drive torque of the internal combustion engine is initiated via the first input interface. In particular, the drive torque is designed such that the vehicle can operate exclusively by internal combustion engine operation at a speed of greater than 30 kilometers per hour, preferably greater than 50 kilometers per hour.
Ferner umfasst die Antriebsvorrichtung eine zweite Eingangsschnittstelle zur Ankopplung von einem Elektromotor, insbesondere von einem 48-Volt Elektromotor. Besonders bevorzugt umfasst die Antriebsvorrichtung den Elektromotor. Über die zweite Eingangsschnittstelle ist ein Antriebsdrehmoment des Elektromotors einleitbar, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass das Antriebsdrehmoment so bemessen ist, dass das Fahrzeug ausschließlich elektromotorisch auf eine Geschwindigkeit von > 30 Stundenkilometer, vorzugsweise > 50 Stundenkilometer, beschleunigbar ist.Furthermore, the drive device comprises a second input interface for coupling of an electric motor, in particular of a 48-volt electric motor. Particularly preferably, the drive device comprises the electric motor. A drive torque of the electric motor can be introduced via the second input interface, wherein it is preferably provided that the drive torque is dimensioned so that the vehicle can be accelerated exclusively by electric motor to a speed of> 30 km / h, preferably> 50 km / h.
Ferner weist die Antriebsvorrichtung eine erste und eine zweite Ausgangswelle auf, wobei besonders bevorzugt ist, dass die erste und die zweite Ausgangswelle mit jeweils einem Rad, vorzugsweise von einer gemeinsamen Achse des Fahrzeugs, in Wirkverbindung stehen, sodass ein Ausgangsdrehmoment über die zwei Ausgangswellen auf die Räder der Achse des Fahrzeugs geleitet werden kann. Besonders bevorzugt sind die erste und die zweite Ausgangswelle koaxial zueinander angeordnet.Furthermore, the drive device has a first and a second output shaft, wherein it is particularly preferred that the first and the second output shaft with one wheel, preferably from a common axis of the vehicle, are in operative connection, so that an output torque on the two output shafts on the Wheels of the axle of the vehicle can be routed. Particularly preferably, the first and the second output shaft are arranged coaxially with each other.
Die Antriebsvorrichtung weist eine Differenzialeinrichtung auf, welche einen Differenzialeingang und zwei Differenzialausgänge umfasst. Der Differenzialeingang ist zumindest mit der ersten Eingangsschnittstelle in Wirkverbindung. Vorzugsweise stehen die erste Eingangsschnittstelle und der Differenzialeingang in einem unmittelbaren, insbesondere formschlüssigen und/oder kämmenden Kontakt. Es ist jedoch auch möglich, dass zwischen Differenzialeingang und erster Eingangsschnittstelle und/oder zwischen erster Eingangsschnittstelle und dem Verbrennungsmotor mindestens ein weiteres Teilgetriebe angeordnet ist. Die zwei Differenzialausgänge stehen mit dem ersten und der zweiten Ausgangswelle in Wirkverbindung, sodass ein Differenzialdrehmoment, welches von der Differenzialeinrichtung ausgegeben wird, auf die erste und die zweite Ausgangswelle geleitet werden kann. Besonders bevorzugt bilden die erste und die zweite Ausgangswelle die zwei Differenzialausgänge.The drive device has a differential device, which comprises a differential input and two differential outputs. The differential input is at least operatively connected to the first input interface. Preferably, the first input interface and the differential input are in an immediate, in particular positive and / or intermeshing contact. However, it is also possible for at least one further partial transmission to be arranged between the differential input and the first input interface and / or between the first input interface and the internal combustion engine. The two differential outputs are operatively connected to the first and second output shafts such that a differential torque output from the differential device may be directed to the first and second output shafts. Particularly preferably, the first and the second output shaft form the two differential outputs.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Antriebsvorrichtung mindestens oder genau zwei Planetenstufen aufweist, welche als eine Planetenhauptstufe und eine Planetennebenstufe ausgebildet sind. Die Planetenhauptstufe weist eine Haupteingangswelle, eine Hauptausgangswelle und eine gestellfeste Hauptgestellwelle auf. Die Hauptgestellwelle ist somit stationär in der Antriebsvorrichtung angeordnet. Die Planetennebenstufe weist dagegen eine Nebeneingangswelle, eine erste Nebenausgangswelle und eine zweite Nebenausgangswelle auf. Unter Wellen der Planetenstufen werden insbesondere rotierbare Eingangs- und/oder Ausgangsorgane der Planetenstufen verstanden. In the context of the invention, it is proposed that the drive device has at least or exactly two planetary stages, which are designed as a planetary main stage and a planetary secondary stage. The planetary main stage has a main input shaft, a main output shaft and a frame-fixed main frame shaft. The Main frame shaft is thus arranged stationary in the drive device. By contrast, the secondary planetary stage has a secondary input shaft, a first secondary output shaft and a second secondary output shaft. Under waves of the planetary stages are understood in particular rotatable input and / or output organs of the planetary stages.
Konstruktiv betrachtet steht die Haupteingangswelle mit der zweiten Eingangsschnittstelle in Wirkverbindung. Dabei kann die Haupteingangswelle drehfest mit der Eingangsschnittstelle verbunden sein, es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass zwischen der Haupteingangswelle und der zweiten Eingangsschnittstelle weitere Teilgetriebe vorgesehen sind. In gleicher Weise kann vorgesehen sein, dass zwischen der zweiten Eingangsschnittstelle und dem Elektromotor weitere Teilgetriebe zwischengeschaltet sind. Die Hauptausgangswelle ist mit der Nebeneingangswelle drehfest gekoppelt. Insbesondere sind die Hauptausgangswelle und die Nebeneingangswelle starr miteinander verbunden. Die zweite Nebenausgangswelle ist dagegen mit der zweiten Ausgangswelle drehfest und insbesondere starr gekoppelt.In terms of design, the main input shaft is in operative connection with the second input interface. In this case, the main input shaft can be non-rotatably connected to the input interface, but it can also be provided that further partial transmissions are provided between the main input shaft and the second input interface. In the same way, it can be provided that further partial transmissions are interposed between the second input interface and the electric motor. The main output shaft is rotatably coupled to the secondary input shaft. In particular, the main output shaft and the secondary input shaft are rigidly connected together. By contrast, the second secondary output shaft is non-rotatable and in particular rigidly coupled to the second output shaft.
Die Differenzialeinrichtung und/oder die Planetenhauptstufe und/oder die Planetenstufe definieren als Hauptabschnitte eine Hauptachse der Antriebsvorrichtung. Besonders bevorzugt sind alle drei genannten Hauptabschnitte der Antriebsvorrichtung koaxial zu der Hauptachse angeordnet. Bei abweichenden Ausführungsformen der Erfindung kann jedoch auch vorgesehen sein, dass eine oder zwei der Hauptabschnitte versetzt zu der koaxialen Anordnung angeordnet sind.The differential device and / or the planetary main stage and / or the planetary stage define as main sections a main axis of the drive device. Particularly preferably, all three main sections of the drive device are arranged coaxially with the main axis. In different embodiments of the invention, however, it may also be provided that one or two of the main sections are arranged offset from the coaxial arrangement.
Es ist ferner besonders bevorzugt, dass die erste Eingangsschnittstelle eine erste Eingangsachse definiert, wobei die erste Eingangsachse gewinkelt, insbesondere senkrecht zu der Hauptachse ausgerichtet ist. Es ist nämlich besonders bevorzugt, dass die Antriebsvorrichtung für einen Hinterachsantrieb des Fahrzeugs ausgebildet ist, wobei der Verbrennungsmotor in einem Frontbereich des Fahrzeugs angeordnet ist, sodass das Antriebsdrehmoment des Verbrennungsmotors in Längsrichtung des Fahrzeugs übertragen werden muss und somit eine entsprechende Übertragungswelle senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptachse ausgerichtet ist. Dabei ist es ferner besonders bevorzugt, dass der Elektromotor achsparallel zu der Hauptachse oder bei besonders kompakten Ausführungsformen, sogar koaxial zu der Hauptachse arrangiert ist. It is further particularly preferred that the first input interface defines a first input axis, wherein the first input axis is angled, in particular aligned perpendicular to the main axis. It is particularly preferred that the drive device is designed for a rear axle drive of the vehicle, wherein the internal combustion engine is arranged in a front region of the vehicle, so that the drive torque of the internal combustion engine in the longitudinal direction of the vehicle must be transmitted and thus a corresponding transmission shaft perpendicular or substantially perpendicular is aligned to the main axis. It is further particularly preferred that the electric motor is arranged axially parallel to the main axis or in particularly compact embodiments, even coaxial with the main axis.
Ferner weist die Antriebsvorrichtung eine Schalteinrichtung auf, wobei die Schalteinrichtung eine Schaltausgangswelle und eine erste, eine zweite und eine dritte Schalteingangswelle umfasst. Besonders bevorzugt sind die Schaltausgangswelle und die Schalteingangswelle und/oder die Schalteinrichtung koaxial zu der Hauptachse angeordnet. Die Schaltausgangswelle steht mit dem Differenzialeingang in Wirkverbindung. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Schaltausgangswelle mit dem Differenzialeingang drehfest und/oder starr verbunden ist. Alternativ hierzu ist zwischen Schaltausgangswelle und Differenzialeingang mindestens ein Teilgetriebe angeordnet. Die Schalteinrichtung ist ausgebildet, die Schaltausgangswelle selektiv, insbesondere alternativ, mit der ersten, der zweiten oder der dritten Schalteingangswelle zu koppeln. Insbesondere kann die Schalteinrichtung die Schaltausgangswelle in einem ersten Schaltzustand exklusiv mit der ersten Schalteingangswelle oder in einem zweiten Schaltzustand exklusiv mit der zweiten Schalteingangswelle oder in einem dritten Schaltzustand exklusiv mit der dritten Schalteingangswelle drehfest setzen. Furthermore, the drive device has a switching device, wherein the switching device comprises a switching output shaft and a first, a second and a third switching input shaft. Particularly preferably, the switching output shaft and the switching input shaft and / or the switching device are arranged coaxially to the main axis. The switching output shaft is in operative connection with the differential input. It can be provided that the switching output shaft with the differential input rotatably and / or is rigidly connected. Alternatively, at least one partial transmission is arranged between the switching output shaft and the differential input. The switching device is designed to selectively, in particular alternatively, couple the switching output shaft with the first, the second or the third switching input shaft. In particular, the switching device can set the switching output shaft exclusively in a first switching state with the first switching input shaft or in a second switching state exclusively with the second switching input shaft or in a third switching state exclusively with the third switching input shaft.
Es ist vorgesehen, dass die erste Schalteingangswelle mit der Nebeneingangswelle und/oder der Hauptausgangswelle drehfest gekoppelt ist, dass die zweite Schalteingangswelle mit der Haupteingangswelle drehfest gekoppelt ist und dass die dritte Schalteingangswelle mit der ersten Nebenausgangswelle drehfest gekoppelt ist. It is provided that the first switching input shaft is rotatably coupled to the secondary input shaft and / or the main output shaft, that the second switching input shaft is rotatably coupled to the main input shaft and that the third switching input shaft is rotatably coupled to the first secondary output shaft.
Durch den geschilderten konstruktiven Aufbau wird erreicht, dass die Antriebsvorrichtung insbesondere als eine Hybridantriebsvorrichtung ausgebildet ist, wobei die Antriebsvorrichtung eine Vielzahl von Funktionen mit genau einem Verbrennungsmotor und mit genau einem Elektromotor umsetzen kann. Dabei ermöglicht die Antriebsvorrichtung eine bauraumgerechte Integration in dem Fahrzeug.Due to the described structural design is achieved that the drive device is designed in particular as a hybrid drive device, wherein the drive device can implement a variety of functions with exactly one internal combustion engine and with exactly one electric motor. In this case, the drive device allows space-appropriate integration in the vehicle.
Betrachtet man die Schaltzustände der Antriebsvorrichtung genauer, so können unterschiedliche Schaltzustände und damit Betriebszustände der Antriebsvorrichtung umgesetzt werden:
In dem ersten Schaltzustand, wobei die Schalteinrichtung die erste Schalteingangswelle mit der Schaltausgangswelle drehfest koppelt, ist eine erste Gangstufe eingestellt, wobei über die Antriebsvorrichtung ein erstes Übersetzungsverhältnis zwischen der zweiten Eingangsschnittstelle und den Ausgangswellen eingestellt ist und wobei die Antriebsvorrichtung einen rein elektromotorischen Antrieb des Fahrzeugs ermöglicht. Das Antriebsdrehmoment von der zweiten Eingangsschnittstelle wird insbesondere über die Planetenhauptstufe, die Schalteinrichtung zu der Differenzialeinrichtung geleitet und von dort aus verteilt. Neben einem rein elektromotorischen Antrieb in dem ersten Schaltzustand ist auch ein überlagertet elektromotorischer/verbrennungsmotorischer Antrieb möglich, wenn zusätzlich ein Antriebsdrehmoment von dem Verbrennungsmotor über die erste Eingangsschnittstelle in die Differenzialeinrichtung eingeleitet wird. Ferner ist auch ein Rekuperationsbetrieb möglich, wobei der Drehmomentenfluss umgedreht wird und ein Drehmoment von den Ausgangswellen über die Differenzialeinrichtung, die Schalteinrichtung, insbesondere die Planetenhauptstufe, zu der zweiten Eingangsschnittstelle geleitet wird.Looking more closely at the switching states of the drive device, different switching states and thus operating states of the drive device can be implemented:
In the first switching state, wherein the switching device rotatably couples the first shift input shaft to the shift output shaft, a first gear is set, wherein via the drive device, a first gear ratio between the second input interface and the output shafts is set and wherein the drive device allows a purely electric motor drive of the vehicle , The drive torque from the second input interface is passed in particular via the planetary main stage, the switching device to the differential device and distributed from there. In addition to a purely electromotive drive in the first switching state and a superimposed electromotive / internal combustion engine drive is possible if in addition a drive torque is introduced from the engine via the first input interface in the differential device. Furthermore, a recuperation is possible, the Torque flow is reversed and a torque from the output shafts through the differential device, the switching device, in particular the planetary main stage, is passed to the second input interface.
In dem zweiten Schaltzustand, wobei die Schalteinrichtung die zweite Schalteingangswelle mit der Schaltausgangswelle drehfest koppelt, wird ein zweites Übersetzungsverhältnis zwischen der zweiten Eingangsschnittstelle und den zwei Ausgangswellen eingestellt, wobei der zweite Schaltzustand einen rein elektromotorischen Antrieb des Fahrzeugs ermöglicht. Insbesondere unterscheidet sich das zweite Übersetzungsverhältnis von dem ersten Übersetzungsverhältnis. Zum Beispiel ist einer der Schaltzustände für ein langsames Fahren und ein anderer der Schaltzustände für ein schnelles Fahren ausgebildet. Auch in dem zweiten Schaltzustand ist ein überlagertes elektromotorisches/verbrennungsmotorisches Fahren oder eine Rekuperation möglich.In the second switching state, wherein the switching device rotatably couples the second switching input shaft with the switching output shaft, a second transmission ratio between the second input interface and the two output shafts is set, wherein the second switching state allows a purely electromotive drive of the vehicle. In particular, the second gear ratio differs from the first gear ratio. For example, one of the switching states is designed for a slow driving and another one of the switching states for a fast driving. Even in the second switching state, a superimposed electromotive / internal combustion engine driving or recuperation is possible.
In dem dritten Schaltzustand setzt die Schalteinrichtung die dritte Schalteingangswelle mit der Schaltausgangswelle drehfest, wobei dann eine Drehmomentüberlagerungsstufe eingestellt ist. In dem dritten Schaltzustand kann somit ein Torque-Vectoring umgesetzt werden, wobei in Abhängigkeit einer Drehrichtung der zweiten Eingangsschnittstelle und/oder des Elektromotors ein zusätzliches Drehmoment selektiv auf eine der Ausgangswellen und/oder ein gegensinniges Drehen der zwei Ausgangswellen und/oder eine asymmetrische Momentenverteilung umgesetzt werden kann. Durch die Drehmomentüberlagerungsstufe kann erreicht werden, dass zum Beispiel bei Kurvenfahrten das kurveninnere Rad ein anderes Antriebsdrehmoment wie das kurvenäußere Rad erhält.In the third switching state, the switching device sets the third switching input shaft with the switching output shaft rotationally fixed, in which case a torque superposition stage is set. In the third switching state, a torque vectoring can thus be implemented, wherein an additional torque is selectively converted to one of the output shafts and / or an opposite rotation of the two output shafts and / or an asymmetric torque distribution as a function of a direction of rotation of the second input interface and / or the electric motor can be. By the torque superposition stage can be achieved, for example, when cornering, the inside wheel receives a different drive torque as the outside wheel.
Es ist zu unterstreichen, dass das Antriebsdrehmoment für den elektromotorischen Antrieb gemäß des ersten und des zweiten Schaltzustandes und das Antriebsdrehmoment für die asymmetrische Drehmomentüberlagerung und/oder für das torque vectoring in dem dritten Schaltzustand von der gleichen zweiten Eingangsschnittstelle und/oder von dem gleichen Elektromotor stammt. Somit muss für den elektromotorischen Antrieb und für die Drehmomentüberlagerung nur genau ein Elektromotor vorgesehen werden. Im Gegensatz zu den üblich verwendeten zwei Elektromotoren für diese Funktionen kann somit ein Elektromotor eingespart werden.It should be emphasized that the drive torque for the electromotive drive according to the first and the second switching state and the driving torque for the asymmetric torque superposition and / or for the torque vectoring in the third switching state from the same second input interface and / or from the same electric motor , Thus, only one electric motor must be provided for the electric motor drive and for the torque superposition. In contrast to the commonly used two electric motors for these functions, thus an electric motor can be saved.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann die Schalteinrichtung so ausgebildet sein, dass zwischen dem ersten Schaltzustand und dem zweiten Schaltzustand ein erster Leerlaufschaltzustand und/oder zwischen dem zweiten Schaltzustand und dem dritten Schaltzustand ein zweiter Leerlaufschaltzustand einstellbar ist. In dem ersten und/oder dem zweiten Leerlaufschaltzustand ist die Schaltausgangswelle von den, insbesondere von allen, Schalteingangswellen entkoppelt. Die Leerlaufschaltzustände haben den Vorteil, dass gegebenenfalls Drehgeschwindigkeiten der Wellen, insbesondere der Schalteingangswellen durch Ansteuerung des Elektromotors, angepasst werden können, sodass das Umschalten der Schalteinrichtung vereinfacht wird.In a preferred embodiment of the invention, the switching device may be configured so that between the first switching state and the second switching state, a first idle switching state and / or between the second switching state and the third switching state, a second idle switching state is adjustable. In the first and / or the second idling switching state, the switching output shaft is decoupled from the, in particular all, switching input shafts. The idling switching states have the advantage that, if appropriate, rotational speeds of the shafts, in particular of the switching input shafts, can be adjusted by triggering the electric motor, so that the switching over of the switching device is simplified.
Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung sind die Schaltausgangswelle und die Schalteingangswelle koaxial zueinander und/oder zu der Hauptachse angeordnet. Die Schalteinrichtung weist vorzugsweise ein Kopplungselement auf, welches in axialer Richtung zu der Hauptachse verschiebbar angeordnet ist, um die Schaltausgangswelle selektiv mit den Schalteingangswellen zu koppeln. Beispielsweise ist das Kopplungselement als eine Schiebemuffe ausgebildet. Besonders bevorzugt ist die Schalteinrichtung als eine Formschlussschalteinrichtung ausgebildet, welche eine formschlüssige Kopplung zwischen dem Kopplungselement und der Schaltausgangswelle und/oder zwischen dem Kopplungselement und der gewählten Schalteingangswelle realisiert. Die Schalteinrichtung ist im speziellen als eine elektromechanisch aktuierte Klauenkupplung realisiert, welche fünf Schaltpositionen, nämlich die erste Gangstufe, die zweite Gangstufe, die Drehmomentüberlagerungsstufe und die zwei Leerlaufschaltzustände einnehmen kann. Die Umsetzung der Schalteinrichtung als eine formschlüssige Kopplungseinrichtung wird insbesondere dadurch ermöglicht, dass während des Umschaltens zwischen den Gangstufen beziehungsweise zu der Drehmomentüberlagerungsstufe jeweils ein Leerlaufschaltzustand geschalten wird, wobei über eine Ansteuerung des Elektromotors die Winkelgeschwindigkeit der gewählten Schalteingangswelle an die Winkelgeschwindigkeit der Schaltausgangswelle angeglichen werden kann. Besonders bevorzugt umfasst die Antriebsvorrichtung eine Steuereinrichtung zur entsprechenden Ansteuerung des Elektromotors.In a preferred embodiment of the invention, the switching output shaft and the switching input shaft are arranged coaxially with each other and / or to the main axis. The switching device preferably has a coupling element, which is displaceably arranged in the axial direction to the main axis, to selectively couple the switching output shaft with the switching input shafts. For example, the coupling element is designed as a sliding sleeve. Particularly preferably, the switching device is designed as a form-locking switching device, which realizes a form-fitting coupling between the coupling element and the switching output shaft and / or between the coupling element and the selected switching input shaft. In particular, the switching device is realized as an electromechanically actuated dog clutch which can assume five shift positions, namely the first gear, the second gear, the torque superposition stage and the two idle shift states. The implementation of the switching device as a form-fitting coupling device is made possible in particular by switching an idle switching state during the switching between the gear stages or to the torque superposition stage, wherein the angular velocity of the selected switching input shaft can be adjusted to the angular velocity of the switching output shaft via a control of the electric motor. Particularly preferably, the drive device comprises a control device for the corresponding control of the electric motor.
In einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung ist die Planetenhauptstufe als eine Stirnradplanetenhauptstufe realisiert, wobei die Stirnradplanetenhauptstufe Räder aufweist, welche in Umlaufrichtung verzahnt sind. Es ist besonders bevorzugt, dass die Haupteingangswelle als ein Hauptsonnenrad, die Hauptausgangswelle als ein Hauptplanetenträger mit einem Satz Hauptplanetenräder und die Hauptgestellwelle als ein Haupthohlrad ausgebildet ist, wobei bevorzugt das Haupthohlrad innen umlaufend verzahnt ist und mit den Hauptplanetenrädern kämmt.In a preferred structural embodiment of the invention, the planetary main stage is realized as a Stirnradplanetenhauptstufe, the Stirnradplanetenhauptstufe has wheels which are toothed in the direction of rotation. It is particularly preferred that the main input shaft is formed as a main sun gear, the main output shaft as a main planetary carrier with a set of main planet gears, and the main frame shaft as a main ring gear, preferably with the main ring gear internally circumferentially intermeshed and meshing with the main planetary gears.
Alternativ oder ergänzend ist es bevorzugt, dass die Planetennebenstufe als eine Stirnradplanetennebenstufe mit umlaufend verzahnten Rädern ausgebildet ist. Die erste Nebenausgangswelle ist als ein Nebensonnenrad, die zweite Nebenausgangswelle als ein Nebenplanetenträger mit einem Satz Nebenplanetenräder und die Nebeneingangswelle als ein Nebenhohlrad ausgebildet, welches besonders bevorzugt innen umlaufend verzahnt ist und welches mit den Nebenplanetenrädern kämmt. Die Hauptplanetenräder sind mit ihren Drehachsen versetzt zur Hauptachse, jedoch parallel hierzu ausgerichtet. Die Nebenplanetenräder sind mit ihren Drehachsen versetzt zu der Hauptachse, jedoch parallel hierzu ausgerichtet. Die Hauptplanetenräder kämmen mit dem Hauptsonnenrad, die Nebenplanetenräder kämmen mit dem Nebensonnenrad.Alternatively or additionally, it is preferred that the planetary level stage as a Stirnradplanetennebenstufe with circumferentially toothed wheels is trained. The first sub-output shaft is formed as a sub-sun gear, the second sub-output shaft as a sub-planet carrier with a set of sub-planetary gears and the sub-input shaft as a Nebenhohlrad, which is particularly preferably internally circumferentially toothed and which meshes with the Nebenplanetenwädern. The main planet gears are offset with their axes of rotation to the main axis, but aligned parallel thereto. The Nebenplanetenräder are offset with their axes of rotation to the main axis, but aligned parallel thereto. The main planet wheels mesh with the main sun gear, the secondary planetary gears mesh with the side sun gear.
Die Ausgestaltung der Planetenhauptstufe als die Stirnradplanetenhauptstufe und/oder die Ausbildung der Planetennebenstufe als die Stirnradplanetennebenstufe ermöglicht es, die Antriebsvorrichtung sehr kompakt auszugestalten, insbesondere wenn beide Planetenstufen als Stirnradplanetenstufen ausgebildet sind.The design of the planetary main stage as the Stirnradplanetenhauptstufe and / or the formation of the planetary level as the Stirnradplanetennebenstufe makes it possible to design the drive device very compact, especially if both planetary stages are designed as Stirnradplanetenstufen.
Bei einer ersten möglichen Realisierung der Erfindung ist die Differenzialeinrichtung als eine Kegelraddifferenzialeinrichtung ausgebildet, wobei die Kegelraddifferenzialeinrichtung einen Differenzialkorb aufweist, welcher den Differenzialeingang bildet. Diese Ausgestaltung ist besonders bevorzugt für den Einbaufall, wenn der Verbrennungsmotor und die Differenzialeinrichtung an verschiedenen Enden des Fahrzeugs angeordnet sind und das Antriebsdrehmoment des Verbrennungsmotors über die Übertragungswelle, welche sich in Längsrichtung erstreckt und somit senkrecht zu der Hauptachse angeordnet ist, übertragen werden muss.In a first possible realization of the invention, the differential device is designed as a bevel gear differential device, wherein the bevel gear differential device has a differential cage, which forms the differential input. This embodiment is particularly preferred for the installation case, when the internal combustion engine and the differential device are arranged at different ends of the vehicle and the drive torque of the internal combustion engine via the transmission shaft, which extends in the longitudinal direction and is thus arranged perpendicular to the main axis, must be transmitted.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Differenzialeinrichtung als eine Stirnraddifferenzialeinrichtung ausgebildet ist. In einer Realisierung weist dieses ein Hohlrad aufweist, wobei das Hohlrad als der Differenzialeingang ausgebildet ist. In dieser Ausgestaltung kann das Hohlrad eine umlaufende Verzahnung aufweisen, welche mit einem Kegelrad einer Verbindungswelle mit dem Verbrennungsmotor kämmt, sodass die Stirnraddifferenzialvorrichtung genauso wie die Kegelraddifferenzialeinrichtung einen Winkeltrieb bildet. In anderen Realisierungen der Stirnraddifferenzialeinrichtung kann auch ein Planetenträger der ein Sonnenrad der Stirnraddifferenzialeinrichtung den Differenzialeingang bilden. Alternatively it can be provided that the differential device is designed as a spur gear differential device. In one implementation, this has a ring gear, wherein the ring gear is formed as the differential input. In this embodiment, the ring gear may have a circumferential toothing, which meshes with a bevel gear of a connecting shaft with the engine, so that the Stirnraddifferenzialvorrichtung as well as the Kegelraddifferenzialeinrichtung forms an angle drive. In other implementations of the spur gear differential device, a planet carrier of a sun gear of the spur gear differential device can also form the differential input.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist in dem Momentenübertragungspfad zwischen der zweiten Antriebsschnittstelle und der Haupteingangswelle eine erste Übersetzungsstufe angeordnet. Die erste Übersetzungsstufe kann als eine Stirnradübersetzungsstufe ausgebildet sein. In diesem Fall ist es besonders bevorzugt, dass der Elektromotor achsparallel versetzt zu der Hauptachse angeordnet ist. Alternativ hierzu kann die erste Übersetzungsstufe als ein weiteres Planetengetriebe ausgebildet sein, wobei dadurch optional ermöglicht wird, den Elektromotor koaxial zu der Hauptachse anzuordnen. Die Übersetzungsstufe kann ein- oder mehrstufig realisiert sein. Insbesondere dient die erste Übersetzungsstufe dazu, eine hohe Drehgeschwindigkeit von der zweiten Eingangsschnittstelle in eine niedrigere Drehgeschwindigkeit herunterzusetzen.In a preferred development of the invention, a first transmission stage is arranged in the torque transmission path between the second drive interface and the main input shaft. The first translation stage may be formed as a spur gear stage. In this case, it is particularly preferred that the electric motor is arranged axially parallel offset from the main axis. Alternatively, the first gear ratio may be formed as a further planetary gear, thereby optionally being made possible to arrange the electric motor coaxially to the main axis. The translation stage can be implemented in one or more stages. In particular, the first translation stage serves to reduce a high rotational speed from the second input interface to a lower rotational speed.
Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass in dem Momentenübertragungspfad zwischen der Schaltausgangswelle und dem Differenzialeingang eine zweite Übersetzungsstufe angeordnet ist. Diese Übersetzungsstufe ist bevorzugt als eine Planetenstufe realisiert. Die zweite Übersetzungsstufe dient bevorzugt dazu, eine hohe Winkelgeschwindigkeit der Schaltausgangswelle in eine niedrigere Winkelgeschwindigkeit an dem Differenzialeingang umzusetzen. Sowohl die erste als auch die zweite Übersetzungsstufe berücksichtige, dass bei vielen Elektromotoren ein guter Arbeitspunkt eher bei hohen Drehzahlen zu erreichen ist, welche über die Antriebsvorrichtung auf entsprechend niedrige Drehzahlen übersetzt werden.Alternatively or additionally, it can be provided that a second transmission stage is arranged in the torque transmission path between the shift output shaft and the differential input. This translation stage is preferably realized as a planetary stage. The second ratio stage is preferably used to implement a high angular velocity of the switching output shaft in a lower angular velocity at the differential input. Both the first and the second translation stage take into account that in many electric motors, a good operating point is more likely to be achieved at high speeds, which are translated via the drive device to correspondingly low speeds.
Ein weiterer Gegenstand betrifft eine Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 sowie mit einer beliebigen Kombination mit den Merkmalen der Unteransprüche 2 bis 9, wobei sich der die Antriebsvorrichtung des Anspruchs 11 von der Antriebsvorrichtung des Anspruchs 1 dadurch unterscheidet, dass auf den Verbrennungsmotor und somit auch auf die erste Eingangsschnittstelle verzichtet wurde. Damit ist die Antriebsvorrichtung als eine rein elektromotorische Antriebsvorrichtung ausgebildet, wobei vorgesehen ist, dass der dritte Schaltzustand nur im Schleppbetrieb der Antriebsvorrichtung eingesetzt wird.Another object relates to a drive device having the features of
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigen:Further features, advantages and effects of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments of the invention. Showing:
Einander entsprechende oder gleiche Teile sind mit jeweils einander entsprechenden oder gleichen Bezugszeichen versehen. Corresponding or identical parts are each provided with the same or the same reference numerals.
Die
Das Fahrzeug
Ferner weist die Antriebsvorrichtung
Die Antriebsvorrichtung
Die Planetennebenstufe
Die Antriebsvorrichtung
Die Schaltausgangswelle
Die Schalteinrichtung
Die
Zwischen der als Stirnzahnrad ausgebildeten zweiten Eingangsschnittstelle
In den
In der
Durch ein Verschieben des Koppelelements
Bei einem Weiterschalten in der Hochschaltrichtung des Koppelelements
Durch eine Weiterschaltung des Koppelelements
Durch ein weiteres axiales Verschieben des Koppelelements
Nicht dargestellt ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei bei dem Fahrzeug
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Antriebsvorrichtung driving device
- 22
- Fahrzeug vehicle
- 33
- Räder bikes
- 44
- Verbrennungsmotor internal combustion engine
- 55
- Elektromotor electric motor
- 66
- erste Eingangsschnittstelle first input interface
- 77
- zweite Eingangsschnittstelle second input interface
- 88th
- Übertragungswelle transmission shaft
- 99
- Differenzialeinrichtung differential device
- 1010
- Differenzialkorb differential cage
- 1111
- Ritzel pinion
- 1212
- Differenzialeingang differential input
- 13a, b13a, b
- Ausgangswellen output shafts
- 1414
- Hauptachse main axis
- 1515
- Planetenhauptstufe Planets main stage
- 15.115.1
- Haupteingangswelle Main input shaft
- 15.215.2
- Hauptgetrieberad main gear
- 15.315.3
- Hauptausgangswelle Main output shaft
- 15.415.4
- Hauptplanetenräder Main planetary gears
- 15.515.5
- Hauptgestellwelle Main frame wave
- 1616
- Planetennebenstufe Planet secondary stage
- 16.116.1
- Nebeneingangswelle In addition to input shaft
- 16.216.2
- erste Nebenausgangswelle first secondary output shaft
- 16.316.3
- zweite Nebenausgangswelle second secondary output shaft
- 16.416.4
- Nebenplanetenräder In addition to planetary gears
- 1717
- Schalteinrichtung switching device
- 17.117.1
- erste Schalteingangswelle first switching input shaft
- 17.217.2
- zweite Schalteingangswelle second switching input shaft
- 17.317.3
- dritte Schalteingangswelle third switching input shaft
- 17.417.4
- Schaltausgangswelle Switching output shaft
- 17.517.5
- Koppelelement coupling element
- 1818
- erste Übersetzungsstufe first translation stage
- 18.118.1
- Übersetzungseingangswelle Translation input shaft
- 18.218.2
- Übersetzungsausgangswelle Translation output shaft
- 18.318.3
- Übersetzungsplanetenrädern Translation planet gears
- 18.418.4
- Übersetzungshohlrad Übersetzungshohlrad
- 1919
- zweite Übersetzungsstufe second translation stage
- NN
- Leerlaufschaltzustand Idling switching state
- NTVNTV
- Leerlaufschaltzustand Idling switching state
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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