DE102014215875A1

DE102014215875A1 - Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102014215875A1
Application number: DE102014215875.3A
Authority: DE
Inventors: Peter Kontermann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2014-08-11
Filing date: 2014-08-11
Publication date: 2016-02-11

Abstract

Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug, mit einer ersten elektrischen Maschine (12), die eine Rotorwelle (16) umfasst und sowohl als Elektromotor als auch als elektrischer Generator betreibbar ist, einer ersten Fahrzeugachse (3), die wenigstens ein Fahrzeugrad (5) umfasst, welches mittels der ersten elektrischen Maschine (12) antreibbar ist, und einer mit der ersten elektrischen Maschine (12) verbindbaren Schwungradspeichervorrichtung, wobei die Rotorwelle (16) der ersten elektrischen Maschine (12) mittels einer ersten schaltbaren Kupplung (17) mechanisch mit dem wenigstens einen Fahrzeugrad (5) der ersten Fahrzeugachse (3) und mittels einer zweiten schaltbaren Kupplung (23) mechanisch mit einem Schwungrad (24) der Schwungradspeichervorrichtung verbindbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug, mit einer ersten elektrischen Maschine, die eine Rotorwelle umfasst und sowohl als Elektromotor als auch als elektrischer Generator betreibbar ist, einer ersten Fahrzeugachse, die wenigstens ein Fahrzeugrad umfasst, welches mittels der ersten elektrischen Maschine antreibbar ist, und einer mit der ersten elektrischen Maschine verbindbaren Schwungradspeichervorrichtung.
Aus der DE 10 2010 007 640 A1 ist ein gekoppeltes Achsantriebssystem für ein Fahrzeug bekannt, mit einer ersten Achsantriebsvorrichtung zum Antreiben einer ersten Achse des Fahrzeugs mittels einer angeschlossenen Brennkraftmaschine und einer zweiten Achsantriebsvorrichtung zum Antreiben einer zweiten Achse des Fahrzeugs, wobei die zweite Achsantriebsvorrichtung eine Elektromaschinenvorrichtung zum Antreiben mindestens eines Rades der Achse aufweist. Die Elektromaschinenvorrichtung ist dabei elektrisch mit einer Energiespeichervorrichtung verbunden, die als Schwungradspeichervorrichtung ausgebildet ist. Ferner weist die zweite Achsantriebsvorrichtung eine Umrichtervorrichtung auf, welche zwischen der Elektromaschinenvorrichtung und der Energiespeichervorrichtung vorgesehen ist, um die Elektromaschinenvorrichtung mit Energie der Energiespeichervorrichtung zu versorgen.
Die vorgenannte Schwungradspeichervorrichtung muss eine elektrische Maschine umfassen, die elektrisch mit der Umrichtervorrichtung verbunden ist. Nachteilig hieran sind die mit dieser elektrischen Maschine und der Umrichtervorrichtung verbundenen Kosten. Ferner besteht ein hoher Bauraumbedarf.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Antriebsvorrichtung möglichst kostengünstig und bauraumsparend auszubilden.
Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Antriebsvorrichtung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung gegeben.
Die Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug weist eine erste elektrische Maschine, die eine Rotorwelle umfasst und sowohl als Elektromotor als auch als elektrischer Generator betreibbar ist, eine erste Fahrzeugachse, die wenigstens ein Fahrzeugrad umfasst, welches mittels der ersten elektrischen Maschine antreibbar ist, und eine mit der ersten elektrischen Maschine verbindbare Schwungradspeichervorrichtung auf, wobei die Rotorwelle der ersten elektrischen Maschine mittels einer ersten schaltbaren Kupplung mechanisch mit dem wenigstens einen Fahrzeugrad der ersten Fahrzeugachse und mittels einer zweiten schaltbaren Kupplung mechanisch mit einem Schwungrad der Schwungradspeichervorrichtung verbindbar ist. Durch Betätigen und/oder Schalten der schaltbaren Kupplungen ist die Rotorwelle der ersten elektrischen Maschine somit insbesondere wahlweise mit dem wenigstens einen Fahrzeugrad der ersten Fahrzeugachse, mit dem Schwungrad der Schwungradspeichervorrichtung und/oder mit dem wenigstens einen Fahrzeugrad der ersten Fahrzeugachse und mit dem Schwungrad der Schwungradspeichervorrichtung mechanisch verbunden oder verbindbar.
Bei dieser Antriebsvorrichtung kann auf eine separate elektrische Maschine für die Schwungradspeichervorrichtung verzichtet werden, sodass sowohl Bauraum als auch Kosten gespart werden können. Ferner kann bei wenigstens einer Ausgestaltung dieser Antriebsvorrichtung auch auf eine Umrichtervorrichtung verzichtet werden, wodurch ebenfalls Bauraum und Kosten gespart werden können. Die Verwendung einer Umrichtervorrichtung soll aber nicht grundsätzlich ausgeschlossen sein.
Die Rotorwelle der ersten elektrischen Maschine ist bevorzugt mit einem ersten Ende mit der ersten schaltbaren Kupplung und mit einem zweiten Ende mit der zweiten schaltbaren Kupplung verbunden. Insbesondere ist die Rotorwelle der ersten elektrischen Maschine zwischen die erste schaltbare Kupplung und die zweite schaltbare Kupplung geschaltet und/oder zwischen der ersten schaltbaren Kupplung und der zweiten schaltbaren Kupplung angeordnet. Hierdurch ist ein kompakter Aufbau der aus den beiden schaltbaren Kupplungen, der Schwungradspeichervorrichtung und der ersten elektrischen Maschine gebildeten Anordnung realisierbar. Vorteilhaft sind die mit der Rotorwelle der ersten elektrischen Maschine verbundenen Seiten der beiden schaltbaren Kupplungen mittels der Rotorwelle drehstarr miteinander verbunden.
Gemäß einer Weiterbildung umfasst die erste schaltbare Kupplung eine mit der Rotorwelle der ersten elektrischen Maschine verbundene Antriebsseite und eine mit dem wenigstens einen Fahrzeugrad der ersten Fahrzeugachse verbundene Abtriebsseite. Vorteilhaft ist die Antriebsseite der ersten schaltbaren Kupplung drehstarr mit der Rotorwelle der ersten elektrischen Maschine verbunden. Ferner kann die Abtriebsseite der ersten schaltbaren Kupplung z.B. drehstarr mit dem wenigstens einen Fahrzeugrad verbunden sein.
Gemäß einer Ausgestaltung umfasst die zweite schaltbare Kupplung eine mit dem Schwungrad verbundene Antriebsseite und eine mit der Rotorwelle der ersten elektrischen Maschine verbundene Abtriebsseite. Vorteilhaft ist die Abtriebsseite der zweiten schaltbaren Kupplung drehstarr mit der Rotorwelle der ersten elektrischen Maschine verbunden. Insbesondere ist die Antriebsseite der zweiten schaltbaren Kupplung drehstarr mit dem Schwungrad der Schwungradspeichervorrichtung verbunden.
Bevorzugt ist die Rotorwelle der ersten elektrischen Maschine mit dem Schwungrad unter Zwischenschaltung eines Schwungradgetriebes verbunden oder verbindbar. Insbesondere ist die Rotorwelle der ersten elektrischen Maschine unter Zwischenschaltung des oder eines Schwungradgetriebes mit der zweiten schaltbaren Kupplung, insbesondere mit der Abtriebsseite der zweiten schaltbaren Kupplung, verbunden. Bei dem Schwungradgetriebe handelt es sich z.B. um ein Planetengetriebe. Das Schwungradgetriebe ist vorzugsweise derart ausgelegt, dass im geschlossenen Zustand der zweiten Kupplung und bei drehendem Schwungrad die Drehzahl des Schwungrads größer als die Drehzahl der Rotorwelle der ersten elektrischen Maschine ist. Vorteilhaft weist das Schwungradgetriebe eine schwungradseitige Eingangswelle und eine rotorwellenseitige Ausgangswelle auf. Bei dieser Zuordnung von Eingangs- und Ausgangswelle weist das Schwungradgetriebe insbesondere eine Untersetzung auf. Die Eingangswelle des Schwungradgetriebes ist bevorzugt mit dem Schwungrad verbunden oder verbindbar. Insbesondere ist die Eingangswelle des Schwungradgetriebes mit der zweiten schaltbaren Kupplung, vorzugsweise mit der Abtriebsseite der zweiten schaltbaren Kupplung, verbunden. Vorteilhaft ist die Ausgangswelle des Schwungradgetriebes mit der Rotorwelle verbunden. Hierdurch kann berücksichtigt werden, dass das Schwungrad in der Regel eine höhere Drehzahl als die Rotorwelle aufweist. Beispielsweise kann die Drehzahl des Schwungrads bis zu 60.000 Umdrehungen pro Minute betragen.
Die erste elektrische Maschine weist bevorzugt einen Stator und einen die Rotorwelle umfassenden Rotor auf, der relativ zu dem Stator drehbar ist. Die Rotorwelle ist insbesondere drehstarr mit dem Rotor verbunden. Die Schwungradspeichervorrichtung weist insbesondere das Schwungrad auf. Bevorzugt weist die Schwungradspeichervorrichtung auch eine Halterung auf, relativ zu welcher das Schwungrad drehbar ist. Insbesondere ist das Schwungrad drehbar an dieser Halterung gelagert. Vorzugsweise ist die Halterung der Schwungradspeichervorrichtung fest, insbesondere starr, mit dem Stator der ersten elektrischen Maschine verbunden.
Gemäß einer Weiterbildung sind die erste elektrische Maschine, die Schwungradspeichervorrichtung und die zweite schaltbare Kupplung in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Insbesondere ist auch die erste schaltbare Kupplung in dem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Bevorzugt ist ferner das Schwungradgetriebe in dem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Vorzugsweise umfasst oder bildet das gemeinsame Gehäuse die Halterung der Schwungradspeichervorrichtung. Die erste elektrische Maschine, die Schwungradspeichervorrichtung, die zweite schaltbare Kupplung und ggf. die erste schaltbare Kupplung sowie ggf. das Schwungradgetriebe sind somit zu einer baulichen Einheit zusammengefasst.
Das Schwungrad der Schwungradspeichervorrichtung ist insbesondere um eine Schwungraddrehachse drehbar. Ferner ist die Rotorwelle der ersten elektrischen Maschine insbesondere um eine Rotordrehachse drehbar. Dabei können die Schwungraddrehachse und die Rotordrehachse unterschiedlich sein. Bevorzugt sind die Rotorwelle der ersten elektrischen Maschine und das Schwungrad der Schwungradspeichervorrichtung aber um eine gemeinsame Drehachse drehbar. In diesem Fall fällt die Schwungraddrehachse insbesondere mit der Rotordrehachse zusammen.
Das Schwungrad kann beliebige Formen und Größen aufweisen, wobei die Größe, d.h. insbesondere der Durchmesser und die Länge des Schwungrads, sowie das Material des Schwungrads bevorzugt durch die bei einer bestimmten Drehzahl von dem Schwungrad zu speichernde Energiemenge und durch den zur Verfügung stehenden Bauraum bestimmt sind. Insbesondere besteht das Schwungrad aus Faserverbundwerkstoff. Hierdurch können relativ hohe Drehzahlen bei gleichzeitig guten Crash-Eigenschaften erzielt werden. Bevorzugt ist das Schwungrad ferner als Hohlkörper ausgebildet, in dessen Hohlraum die erste elektrische Maschine angeordnet ist. Ferner sind bevorzugt die zweite schaltbare Kupplung und/oder das Schwungradgetriebe in diesem Hohlraum angeordnet. Hierdurch ist ein besonders kompakter und somit raumsparender Aufbau erzielbar. Insbesondere ist das Schwungrad als topfförmiger Hohlkörper ausgebildet.
Gemäß einer Ausgestaltung umfasst die erste Fahrzeugachse zwei Fahrzeugräder, welche mittels der ersten elektrischen Maschine antreibbar sind, wobei die Rotorwelle der ersten elektrischen Maschine mittels der ersten schaltbaren Kupplung mechanisch mit den Fahrzeugrädern der ersten Fahrzeugachse verbunden oder verbindbar ist. Durch Betätigen und/oder Schalten der schaltbaren Kupplungen ist die Rotorwelle der ersten elektrischen Maschine somit insbesondere wahlweise mit den Fahrzeugrädern der ersten Fahrzeugachse, mit dem Schwungrad der Schwungradspeichervorrichtung und/oder mit den Fahrzeugrädern der ersten Fahrzeugachse und mit dem Schwungrad der Schwungradspeichervorrichtung mechanisch verbunden oder verbindbar.
Gemäß einer Weiterbildung ist in den die Motorwelle der ersten elektrischen Maschine mit dem wenigstens einen Fahrzeugrad oder den Fahrzeugrädern der ersten Fahrzeugachse verbindenden und die erste schaltbare Kupplung umfassenden Triebstrang eine oder wenigstens eine Gelenkwellenkombination oder Getriebeeinheit geschaltet, welche eine, insbesondere translatorische, Bewegung des wenigstens einen Fahrzeugrads oder der Fahrzeugräder der ersten Fahrzeugachse relativ zu der ersten elektrischen Maschine in Fahrzeughochrichtung und/oder quer zur Rotordrehachse (Drehachse der Motorwelle) der ersten elektrischen Maschine erlaubt. Eine derartige Getriebeeinheit ist z.B. aus der DE 10 2008 001 791 A1 bekannt. Bevorzugt handelt es sich bei der Getriebeeinheit um ein Planetengetriebe mit translatorischem Freiheitsgrad, insbesondere in Fahrzeughochrichtung. Bei der Gelenkwellenkombination handelt es sich z.B. um eine Kardanwelle, die insbesondere zwei Gelenke und einen Längenfreiheitsgrad umfasst. Hierdurch ist es möglich, die erste elektrische Maschine und die Schwungradspeichervorrichtung von Einfederungsbewegungen des wenigstens einen Fahrzeugrads oder der Fahrzeugräder der ersten Fahrzeugachse zu entkoppeln.
Bevorzugt umfasst die erste Fahrzeugachse wenigstens eine Antriebswelle, mittels welcher das wenigstens eine Fahrzeugrad der ersten Fahrzeugachse mit der ersten schaltbaren Kupplung verbunden ist. Vorteilhaft umfasst die erste Fahrzeugachse zwei Antriebswellen, mittels welchen die Fahrzeugräder der ersten Fahrzeugachse mit der ersten schaltbaren Kupplung verbunden sind. Insbesondere ist dabei jedes der Fahrzeugräder der ersten Fahrzeugachse mittels einer der Antriebswellen der ersten Fahrzeugachse mit der ersten schaltbaren Kupplung verbunden. Bevorzugt sind die beiden Antriebswellen der ersten schaltbaren Kupplung mit einem Differentialgetriebe verbunden und mittels des Differentialgetriebes mit der ersten schaltbaren Kupplung verbunden. Vorteilhaft ist zwischen das Differentialgetriebe und die erste schaltbare Kupplung ein oder wenigstens ein Winkelgetriebe geschaltet.
Gemäß einer Weiterbildung ist die wenigstens eine Antriebswelle der ersten Fahrzeugachse mit dem wenigstens einen Fahrzeugrad der ersten Fahrzeugachse unter Zwischenschaltung wenigstens eines radseitigen Getriebes verbunden. Bei dem wenigstens einen radseitigen Getriebe handelt es sich z.B. um ein oder wenigstens ein Planetengetriebe. Das wenigstens eine radseitige Getriebe ist vorzugsweise derart ausgelegt, dass die Drehzahl der wenigstens einen Antriebswelle der ersten Fahrzeugachse im drehenden Zustand dieser Antriebswelle größer als die Drehzahl des wenigstens einen Fahrzeugrads der ersten Fahrzeugachse ist. Vorteilhaft weist das wenigstens eine radseitige Getriebe eine antriebswellenseitige Eingangswelle und eine fahrzeugradseitige Ausgangswelle auf. Die Eingangswelle des wenigstens einen radseitigen Getriebes ist bevorzugt mit der wenigstens einen Antriebswelle der ersten Fahrzeugachse verbunden, und die Ausgangswelle des wenigstens einen radseitigen Getriebes ist bevorzugt mit dem wenigstens einen Fahrzeugrad der ersten Fahrzeugachse verbunden. Bei dieser Zuordnung von Eingangs- und Ausgangswelle weist das wenigstens eine radseitige Getriebe insbesondere eine Untersetzung auf.
Hierdurch ist erzielbar, dass von der wenigstens einen Antriebswelle und von sich daran anschließenden Bauteilen zu übertragende Drehmomente kleiner ausfallen, sodass kleiner gebaut werden kann, wodurch Gewicht einsparbar ist.
Bevorzugt ist jede der Antriebswellen der ersten Fahrzeugachse mit dem jeweiligen Fahrzeugrad der ersten Fahrzeugachse unter Zwischenschaltung eines radseitigen Getriebes verbunden. Bei den radseitigen Getrieben handelt es sich z.B. um Planetengetriebe. Jedes der radseitigen Getriebe ist vorzugsweise derart ausgelegt, dass die Drehzahl der jeweiligen Antriebswelle der ersten Fahrzeugachse im drehenden Zustand dieser Antriebswelle größer als die Drehzahl des jeweiligen Fahrzeugrads der ersten Fahrzeugachse ist. Vorteilhaft weist jedes der radseitigen Getriebe eine antriebswellenseitige Eingangswelle und eine fahrzeugradseitige Ausgangswelle auf. Die Eingangswelle jedes radseitigen Getriebes ist bevorzugt mit der jeweiligen Antriebswelle der ersten Fahrzeugachse verbunden, und die Ausgangswelle jedes radseitigen Getriebes ist bevorzugt mit dem jeweiligen Fahrzeugrad der ersten Fahrzeugachse verbunden. Bei dieser Zuordnung von Eingangs- und Ausgangswelle weisen die radseitigen Getriebe insbesondere jeweils eine Untersetzung auf.
Die Gelenkwellenkombination oder Getriebeeinheit ist insbesondere zwischen die erste schaltbare Kupplung und die wenigstens eine Antriebswelle oder die Antriebswellen der ersten Fahrzeugachse oder das Differentialgetriebe oder das Winkelgetriebe geschaltet. Gemäß einer ersten Alternative kann die Gelenkwellenkombination oder Getriebeeinheit aber auch zwischen die erste schaltbare Kupplung und die Motorwelle der ersten elektrischen Maschine geschaltet sein. Gemäß einer zweiten Alternative ist zwischen jedes der Fahrzeugräder der ersten Fahrzeugachse und der jeweiligen Antriebswelle der ersten Fahrzeugachse eine Gelenkwellenkombination oder Getriebeeinheit geschaltet, welche eine, insbesondere translatorische, Bewegung des jeweiligen Fahrzeugrads der ersten Fahrzeugachse relativ zu der jeweiligen Antriebswelle der ersten Fahrzeugachse in Fahrzeughochrichtung erlaubt. Eine Getriebeeinheit gemäß der zweiten Alternative ist z.B. aus der DE 10 2008 001 791 A1 bekannt. Bevorzugt handelt es sich dabei um ein Planetengetriebe mit translatorischem Freiheitsgrad, insbesondere in Fahrzeughochrichtung. Bei der Gelenkwellenkombination gemäß der zweiten Alternative handelt es sich z.B. um eine Kardanwelle, die insbesondere zwei Gelenke und einen Längenfreiheitsgrad umfasst.
Die erste Fahrzeugachse ist bevorzugt als Starrachse ausgebildet. Alternativ kann die erste Fahrzeugachse aber auch Einzelradaufhängungen umfassen. Im letzteren Fall kann die Gelenkwellenkombination oder Getriebeeinheit entfallen, da das Differentialgetriebe bei der Einzelradaufhängung insbesondere fahrzeugaufbaufest ist und keiner Achsbewegung unterliegt.
Die erste elektrische Maschine kann bei geschlossener oder teilweise geschlossener erster schaltbarer Kupplung das wenigstens eine Fahrzeugrad oder die Fahrzeugräder der ersten Fahrzeugachse antreiben oder abbremsen. Alternativ kann die erste elektrische Maschine bei geschlossener oder teilweise geschlossener zweiter schaltbarer Kupplung das Schwungrad des Schwungradspeichers antreiben oder abbremsen.
Unter teilweise geschlossener erster schaltbarer Kupplung ist dabei zu verstehen, dass die erste schaltbare Kupplung einen Schlupf zulässt. Ferner ist unter teilweise geschlossener zweiter schaltbarer Kupplung zu verstehen, dass die zweite schaltbare Kupplung einen Schlupf zulässt.
Wird die erste elektrische Maschine elektrisch angetrieben, so kann diese bei geschlossener oder teilweise geschlossener erster schaltbarer Kupplung das wenigstens eine Fahrzeugrad oder die Fahrzeugräder der ersten Fahrzeugachse antreiben. Die zweite schaltbare Kupplung ist dabei bevorzugt geöffnet. Ferner kann die elektrisch angetriebene erste elektrische Maschine bei geschlossener oder teilweise geschlossener zweiter schaltbarer Kupplung das Schwungrad des Schwungradspeichers antreiben, insbesondere beschleunigen. Die erste schaltbare Kupplung ist dabei bevorzugt geöffnet.
Auch ist es möglich, bei geschlossener oder teilweise geschlossener zweiter schaltbarer Kupplung die erste elektrische Maschine mittels des Schwungrads mechanisch anzutreiben. Die erste schaltbare Kupplung ist dabei bevorzugt geöffnet.
Die erste elektrische Maschine ist somit mittels des Schwungradspeichers als elektrischer Generator betreibbar.
Ferner ist es möglich, bei geschlossener oder teilweise geschlossener erster schaltbarer Kupplung die erste elektrische Maschine mittels des Fahrzeugrads oder der Fahrzeugräder der ersten Fahrzeugachse mechanisch anzutreiben, beispielsweise im Rahmen eines Bremsvorgangs. Die zweite schaltbare Kupplung ist dabei bevorzugt geöffnet. Die erste elektrische Maschine ist somit mittels des Fahrzeugrads oder der Fahrzeugräder der ersten Fahrzeugachse als elektrischer Generator betreibbar. Ferner sind das Fahrzeugrad oder die Fahrzeugräder der ersten Fahrzeugachse dadurch insbesondere abbremsbar.
Weiterhin ist es möglich, bei geschlossener oder teilweise geschlossener erster schaltbarer Kupplung und bei geschlossener oder teilweise geschlossener zweiter schaltbarer Kupplung das wenigstens eine Fahrzeugrad oder die Fahrzeugräder der ersten Fahrzeugachse mittels des Schwungrads des Schwungradspeichers mechanisch anzutreiben, insbesondere unter Zwischenschaltung der Motorwelle der ersten elektrischen Maschine.
Schließlich ist es möglich, bei geschlossener oder teilweise geschlossener erster schaltbarer Kupplung und bei geschlossener oder teilweise geschlossener zweiter schaltbarer Kupplung das Schwungrad des Schwungradspeichers mittels des wenigstens einen Fahrzeugrads oder der Fahrzeugräder der ersten Fahrzeugachse mechanisch anzutreiben, insbesondere unter Zwischenschaltung der Motorwelle der ersten elektrischen Maschine.
Gemäß einer Weiterbildung ist eine erste elektrische Energiespeichervorrichtung vorgesehen, die, insbesondere unter Zwischenschaltung eines ersten Umrichters, elektrisch mit der ersten elektrischen Maschine verbunden ist. Insbesondere kann somit die erste elektrische Maschine elektrisch von der ersten elektrischen Energiespeichervorrichtung angetrieben werden. Bevorzugt kann die erste elektrische Energiespeichervorrichtung ferner von der ersten elektrischen Maschine elektrisch aufgeladen werden, insbesondere wenn diese mechanisch angetrieben wird. Die erste elektrische Energiespeichervorrichtung umfasst bevorzugt wenigstens einen Akkumulator und/oder wenigstens einen elektrischen Kondensator.
Die erste schaltbare Kupplung ist z.B. als Klauenkupplung, als Magnetkupplung oder als hydrodynamische Kupplung oder Visco-Kupplung ausgebildet. Soll die erste schaltbare Kupplung einen Schlupf zulassen, ist sie bevorzugt als Magnetkupplung oder als hydrodynamische Kupplung oder Visco-Kupplung ausgebildet. Ist die erste schaltbare Kupplung als Magnetkupplung ausgebildet, so ist der Schlupf der ersten schaltbaren Kupplung z.B. über den Abstand ihrer Kupplungsscheiben einstellbar.
Die zweite schaltbare Kupplung ist z.B. als Klauenkupplung, als Magnetkupplung oder als hydrodynamische Kupplung oder Visco-Kupplung ausgebildet. Soll die zweite schaltbare Kupplung einen Schlupf zulassen, ist sie bevorzugt als Magnetkupplung oder als hydrodynamische Kupplung oder Visco-Kupplung ausgebildet. Ist die zweite schaltbare Kupplung als Magnetkupplung ausgebildet, so ist der Schlupf der zweiten schaltbaren Kupplung z.B. über den Abstand ihrer Kupplungsscheiben einstellbar.
Für den Fall, dass sowohl die erste schaltbare Kupplung als auch die zweite schaltbare Kupplung als Klauenkupplung ausgebildet ist, wird die erste elektrische Maschine vor dem Schaltvorgang bevorzugt auf Synchrondrehzahl gebracht, insbesondere mit der jeweils zu verbindenden Komponente.
Die erste elektrische Maschine ist bevorzugt als Drehfeldmaschine ausgebildet, beispielsweise als Synchronmaschine oder als Asynchronmaschine. Alternativ ist die erste elektrische Maschine als Gleichstrommaschine ausgebildet.
Gemäß einer Ausgestaltung umfasst die Antriebsvorrichtung eine zweite elektrische Maschine, die elektrisch mit der ersten elektrischen Maschine verbunden oder verbindbar ist, und eine zweite Fahrzeugachse, die wenigstens ein Fahrzeugrad umfasst, welches mit der zweiten elektrischen Maschine verbunden oder verbindbar ist. Bevorzugt umfasst die zweite Fahrzeugachse zwei Fahrzeugräder, welche mit der zweiten elektrischen Maschine verbunden oder verbindbar sind.
Die zweite elektrische Maschine ist insbesondere als elektrischer Generator betreibbar, mittels welchem die erste elektrische Maschine elektrisch antreibbar ist. Somit ist es möglich, die erste elektrische Maschine mittels der zweiten elektrischen Maschine elektrisch anzutreiben, wenn diese als elektrischer Generator betrieben wird. In diesem Fall kann die erste elektrische Maschine z.B. das Schwungrad des Schwungradspeichers antreiben und/oder das wenigstens eine Fahrzeugrad oder die Fahrzeugräder der ersten Fahrzeugachse antreiben.
Die zweite elektrische Maschine ist z.B. mechanisch durch das wenigstens eine Fahrzeugrad oder die Fahrzeugräder der zweiten Fahrzeugachse antreibbar, beispielsweise im Rahmen eines Bremsvorgangs. Die zweite elektrische Maschine ist somit mittels des Fahrzeugrads oder der Fahrzeugräder der zweiten Fahrzeugachse als elektrischer Generator betreibbar. Ferner sind das Fahrzeugrad oder die Fahrzeugräder der zweiten Fahrzeugachse dadurch insbesondere abbremsbar.
Bevorzugt ist die zweite elektrische Maschine ferner als Elektromotor betreibbar, der elektrisch mittels der ersten elektrischen Maschine antreibbar ist, sodass das wenigstens eine Fahrzeugrad oder die Fahrzeugräder der zweiten Fahrzeugachse mittels der zweiten elektrischen Maschine antreibbar ist oder sind. Die erste elektrische Maschine wird dabei insbesondere als elektrischer Generator betrieben. Somit ist es möglich, die zweite elektrische Maschine mittels der ersten elektrischen Maschine elektrisch anzutreiben, wenn diese als elektrischer Generator betrieben wird.
Bevorzugt ist die zweite elektrische Maschine sowohl als Elektromotor als auch als elektrischer Generator betreibbar. Insbesondere ist die zweite elektrische Maschine als Drehfeldmaschine ausgebildet, beispielsweise als Synchronmaschine oder als Asynchronmaschine. Alternativ ist die zweite elektrische Maschine als Gleichstrommaschine ausgebildet.
Ist die erste elektrische Energiespeichervorrichtung vorhanden, so ist diese, insbesondere unter Zwischenschaltung des ersten oder eines zusätzlichen Umrichters, elektrisch mit der zweiten elektrischen Maschine verbunden. Ergänzend oder alternativ kann aber auch eine zweite elektrische Energiespeichervorrichtung vorgesehen sein, die, insbesondere unter Zwischenschaltung eines zweiten Umrichters, elektrisch mit der zweiten elektrischen Maschine verbunden ist. Die zweite elektrische Energiespeichervorrichtung umfasst bevorzugt wenigstens einen Akkumulator und/oder wenigstens einen elektrischen Kondensator. Die zweite elektrische Maschine kann somit elektrisch von der ersten und/oder der zweiten elektrischen Energiespeichervorrichtung angetrieben werden. Ferner kann die erste und/oder die zweite elektrische Energiespeichervorrichtung von der zweiten elektrischen Maschine elektrisch aufgeladen werden, insbesondere wenn diese mechanisch angetrieben wird.
Gemäß einer Ausgestaltung umfasst die Antriebsvorrichtung eine Hauptantriebsmaschine, mittels welcher das wenigstens eine Fahrzeugrad oder die Fahrzeugräder der zweiten Fahrzeugachse und/oder die zweite elektrische Maschine antreibbar ist. Bevorzugt ist die Hauptantriebsmaschine dazu mit dem wenigstens einen Fahrzeugrad oder den Fahrzeugrädern der zweiten Fahrzeugachse und/oder mit der zweiten elektrische Maschine mechanisch verbunden oder verbindbar. Vorzugsweise ist die Hauptantriebsmaschine dabei unter Zwischenschaltung eines Fahrzeuggetriebes mit dem wenigstens einen Fahrzeugrad oder den Fahrzeugrädern der zweiten Fahrzeugachse verbunden oder verbindbar. Insbesondere ist die Hauptantriebsmaschine wahlweise mit dem wenigstens einen Fahrzeugrad oder den Fahrzeugrädern der zweiten Fahrzeugachse, mit der zweiten elektrischen Maschine und/oder mit dem wenigstens einen Fahrzeugrad oder den Fahrzeugrädern der zweiten Fahrzeugachse und mit der zweiten elektrischen Maschine mechanisch verbunden oder verbindbar.
Die Hauptantriebsmaschine kann als elektrische Maschine, insbesondere als Elektromotor, ausgebildet sein. In diesem Fall ist die Hauptantriebsmaschine bevorzugt elektrisch mit einem elektrischen Hauptgenerator und/oder mit einer elektrischen Hauptenergiespeichervorrichtung verbunden oder verbindbar, vorzugsweise unter Zwischenschaltung eines Umrichters. Der elektrische Hauptgenerator ist z.B. mittels einer Brennkraftmaschine antreibbar. Die Hauptenergiespeichervorrichtung kann die erste und/oder die zweite Energiespeichervorrichtung umfassen oder eine separate Energiespeichervorrichtung bilden. Insbesondere umfasst die Hauptenergiespeichervorrichtung wenigstens einen Akkumulator und/oder wenigstens einen elektrischen Kondensator. Bevorzugt ist die Hauptantriebsmaschine aber eine Brennkraftmaschine, z.B. ein Verbrennungsmotor.
Die Hauptantriebsmaschine dient insbesondere als Antrieb für das wenigstens eine Fahrzeugrad oder die Fahrzeugräder der zweiten Fahrzeugachse. Ergänzend oder alternativ kann die Hauptantriebsmaschine die zweite elektrische Maschine mechanisch antreiben, sodass diese als elektrischer Generator betrieben wird und die erste elektrische Maschine elektrisch antreibt oder antreiben kann.
Die erste und die zweite elektrische Maschine sind bevorzugt mit einer Steuervorrichtung verbunden und mittels dieser zum Austausch von elektrischer Energie elektrisch miteinander verbunden oder verbindbar. Vorzugsweise sind die erste und die zweite elektrische Maschine mittels der Steuervorrichtung auch elektrisch voneinander trennbar. Insbesondere umfasst die Steuervorrichtung wenigstens eine elektrische oder elektronische Schaltung, mittels welcher die erste und die zweite elektrische Maschine elektrisch voneinander trennbar und zum Austausch von elektrischer Energie elektrisch miteinander verbindbar sind. Bevorzugt sind die erste und die zweite schaltbare Kupplung mit der oder einer Steuervorrichtung verbunden und mittels dieser betätigbar und/oder schaltbar. Vorteilhaft ist die zweite elektrische Maschine mittels einer Schaltvorrichtung mit dem wenigstens einen Fahrzeugrad oder den Fahrzeugrädern der zweiten Fahrzeugachse und/oder mit der Hauptantriebsmaschine mechanisch verbunden oder verbindbar. Vorzugsweise ist die Schaltvorrichtung mit der oder einer Steuervorrichtung verbunden und mittels dieser betätigbar und/oder steuerbar. Die Steuervorrichtung oder Steuervorrichtungen sind bevorzugt als elektrische Steuervorrichtungen ausgebildet.
Das Fahrzeug umfasst bevorzugt eine Hinterachse und eine Vorderachse, die insbesondere lenkbar ist. Die Hinterachse ist vorzugsweise als Starrachse ausgebildet. Alternativ kann die Hinterachse aber auch Einzelradaufhängungen umfassen.
Die erste Fahrzeugachse bildet bevorzugt die Hinterachse des Fahrzeugs, und die zweite Fahrzeugachse bildet bevorzugt die Vorderachse des Fahrzeugs. Alternativ ist es möglich, dass die erste Fahrzeugachse die Vorderachse des Fahrzeugs bildet, wobei die zweite Fahrzeugachse die Hinterachse des Fahrzeugs bildet.
Gemäß einer Weiterbildung kann wenigstens ein schaltbares Getriebe, wie z.B. ein schaltbares Planetengetriebe, in die erste Fahrzeugachse integriert sein. Hierdurch kann insbesondere eine Verbesserung des Wirkungsrads und/oder eine größere Drehzahldifferenz an den schaltbaren Kupplungen erzielt werden. Das wenigstens eine schaltbare Getriebe ist dabei bevorzugt zwischen die erste schaltbare Kupplung und das wenigstens eine Fahrzeugrad der ersten Fahrzeugachse geschaltet. Ferner kann die Antriebsvorrichtung zusätzliche Getriebe umfassen.
Die Schwungradspeichervorrichtung kann auch im normalen Fahrbetrieb von der Hauptantriebsmaschine aufgeladen werden, insbesondere unter Zwischenschaltung der ersten und der zweiten elektrischen Maschine. Der Vorteil daran ist, dass in bestimmten Betriebspunkten die Hauptantriebsmaschine mit einem besseren Wirkungsgrad betrieben werden kann. Die dem Schwungradspeicher während dieser Phase zugeführte Energie kann später intelligent genutzt werden, beispielsweise zum Beschleunigen des Fahrzeugs.
In einem Sportmodus kann die Schwungradspeichervorrichtung über die Hauptantriebsmaschine aufgeladen werden. Somit kann das Fahrzeug mittels der in dem Schwungrad gespeicherten Energie zusätzlich beschleunigt werden.
Die Schwungradspeichervorrichtung arbeitet nahezu verschleißfrei und ist daher deutlich langlebiger als Batterien. Insbesondere können Kraftstoffeinsparungen bis zu 30% erzielt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
1 eine schematische Draufsicht auf ein Fahrzeug mit einer Antriebsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform,
2 eine schematische Draufsicht auf einen Hinterachsantrieb der Antriebsvorrichtung nach 1,
3 eine schematische Draufsicht auf einen Hinterachsantrieb einer Antriebsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform und
4 eine schematische Draufsicht auf einen Hinterachsantrieb einer Antriebsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform.
Aus 1 ist eine schematische Draufsicht auf ein Fahrzeug 1 mit einer Antriebsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform ersichtlich. Die Antriebsvorrichtung weist eine lenkbare Vorderachse 2 und eine als Starrachse ausgebildete Hinterachse 3 auf, wobei die Fahrzeugachsen 2 und 3 jeweils zwei Fahrzeugräder 4 bzw. 5 umfassen. Ferner umfasst die Antriebsvorrichtung eine an einem Fahrzeugaufbau 6 des Fahrzeugs 1 gelagerte Hauptantriebsmaschine 7 in Form eines Verbrennungsmotors, der über ein Fahrzeuggetriebe 8 und vorderen Antriebswellen 9 mit den Fahrzeugrädern 4 der Vorderachse 2 verbunden ist und diese antreiben kann. Die Antriebsvorrichtung umfasst eine elektrische Maschine 10, die sowohl als Elektromotor als auch als elektrischer Generator betreibbar ist. Die elektrische Maschine 10 kann mit dem Verbrennungsmotor 7 verbunden und von diesem angetrieben werden. Ferner kann die elektrische Maschine 10, insbesondere über das Fahrzeuggetriebe 8, mit den vorderen Antriebswellen 9 verbunden werden und die Fahrzeugräder 4 antreiben oder von diesen angetrieben werden.
Dem Fahrzeug 1 sind eine Fahrzeuglängsrichtung x, eine Fahrzeugquerrichtung y und eine Fahrzeughochrichtung z zugeordnet, wobei diese Richtungen x, y und z in Form eines Koordinatensystems veranschaulicht sind. Die Fahrzeughochrichtung z erstreckt sich dabei aus der Zeichenebene heraus. Ferner ist die sich in Fahrzeuglängsrichtung x erstreckende Längsmittenachse 31 des Fahrzeugs 1 sowie die in Fahrzeuglängsrichtung x verlaufende gewöhnliche Vorwärtsfahrtrichtung 32 des Fahrzeugs 1 dargestellt.
Die Antriebsvorrichtung umfasst ferner einen Hinterachsantrieb 11, der in vergrößerter Darstellung aus 2 ersichtlich ist. Der Hinterachsantrieb 11 weist eine elektrische Maschine 12 auf, die sowohl als Elektromotor als auch als elektrischer Generator betreibbar ist. Die elektrische Maschine 12 umfasst einen Stator 13 und einen relativ zu diesem um eine Drehachse 14 drehbaren Rotor 15 mit einer Rotorwelle 16. Die Rotorwelle 16 ist über eine schaltbare Kupplung 17, ein Winkelgetriebe 18 und ein Differentialgetriebe 19 mit Antriebswellen 20 verbunden, die jeweils über ein radseitiges Getriebe 21 mit einem der Fahrzeugräder 5 verbunden sind. Die radseitigen Getriebe 21 sind hier jeweils als Planetengetriebe ausgebildet. Ferner ist die Rotorwelle 16 über ein Schwungradgetriebe 22 und eine schaltbare Kupplung 23 mit einem Schwungrad 24 verbunden, welches um die Drehachse 14 an einer Halterung 25 eines Gehäuses 26 gelagert ist, welches starr mit dem Stator 13 der elektrischen Maschine verbunden ist. Das Gehäuse 26 ist ferner starr mit einem Achskörper 27 der Hinterachse 3 verbunden, in dem die Antriebswellen 20, das Differentialgetriebe 19 und das Winkelgetriebe 18 angeordnet sind. Das Schwungrad 24 ist als topfförmiger Hohlkörper ausgebildet, in dessen Hohlraum 30 die Kupplung 23, das Schwungradgetriebe 22 und die elektrische Maschine 12 angeordnet sind. Die elektrische Maschine 12 ist somit über das Schwungradgetriebe 22 und die schaltbare Kupplung 23 mit einer Schwungradspeichervorrichtung verbunden oder verbindbar, welche das Schwungrad 24 und die Halterung 25 umfasst.
Die schaltbaren Kupplungen 17 und 23 sind jeweils als Magnetkupplungen ausgebildet und elektrisch mit einer elektrischen Steuervorrichtung 28 verbunden, mittels welcher die Kupplungen 17 und 23 betätigbar sind. Ferner sind die elektrischen Maschinen 10 und 12 elektrisch mit der Steuervorrichtung 28 verbunden. Zusätzlich umfasst die elektrische Maschine 10 eine elektrisch betätigbare Schaltvorrichtung 29, die elektrisch mit der Steuervorrichtung 28 verbunden und mittels dieser betätigbar ist. Mittels der Schaltvorrichtung 29 ist die elektrische Maschine 10 mechanisch mit dem Verbrennungsmotor 7 verbindbar und von diesem trennbar. Auch ist die elektrische Maschine 10 mittels der Schaltvorrichtung 29 mechanisch mit den vorderen Antriebswellen 9 verbindbar und von diesen trennbar. Ferner ist die elektrische Maschine 10 mittels der Steuervorrichtung 28 elektrisch mit der elektrischen Maschine 12 zum Austausch von elektrischer Energie verbindbar.
Nachfolgend werden unterschiedliche Betriebsarten der Antriebsvorrichtung beschrieben. Der Verbrennungsmotor 7 kann unter Zwischenschaltung des Fahrzeuggetriebes 8 und der Antriebswellen 9 die Fahrzeugräder 4 und somit das Fahrzeug 1 antreiben. Hierdurch ist insbesondere ein Frontantrieb realisiert. Zusätzlich kann der Verbrennungsmotor 7 die elektrische Maschine 10 antreiben, sodass diese elektrische Energie erzeugt, die zu der elektrischen Maschine 12 transferiert wird, insbesondere über die Steuervorrichtung 28. Die elektrische Maschine 12 wird somit elektrisch angetrieben. Ist dabei die Kupplung 23 geöffnet und die Kupplung 17 geschlossen, werden die Fahrzeugräder 5 mittels der elektrischen Maschine 12 angetrieben. Hierdurch ist insbesondere ein Allradantrieb realisiert ist.
Ist die Kupplung 17 geöffnet und die Kupplung 23 geschlossen, kann mittels der elektrischen Maschine 12 das Schwungrad 24 angetrieben und somit Energie in das Schwungrad 24 eingeleitet werden (Aufladen des Schwungrads). Diese Energie kann dadurch gewonnen werden, dass die Fahrzeugräder 4 mittels der elektrischen Maschine 10 abgebremst werden oder dass die elektrische Maschine 10 durch den Verbrennungsmotor 7 angetrieben wird. Im Falle des Abbremsens der Fahrzeugräder 4 mittels der elektrischen Maschine 10 wird diese durch die Fahrzeugräder 4 angetrieben. Dadurch wird von der elektrische Maschine 10 elektrische Energie erzeugt, die zur elektrischen Maschine 12 transferiert wird, insbesondere über die Steuervorrichtung 28. Die elektrische Maschine 12 wird somit elektrisch angetrieben und treibt ihrerseits das Schwungrad 24 an, insbesondere solange der Bremsvorgang andauert. Da die von der elektrischen Maschine 10 erzeugte elektrische Energie abgeführt wird, wird von der elektrischen Maschine 10 ein Bremsmoment erzeugt, welches der Drehung der Fahrzeugräder 4 entgegenwirkt, sodass die Fahrzeugräder 4 abgebremst werden. Bei gleichen Stellungen der Kupplungen 17 und 23 kann die elektrische Maschine 12 aber auch mittels des Schwungrads 24 angetrieben werden. Somit entnimmt die elektrische Maschine 12 Energie aus dem Schwungrad 24 und wandelt diese in elektrische Energie um, die zur elektrischen Maschine 10 transferiert wird, insbesondere über die Steuervorrichtung 28. Die elektrische Maschine 10 wird somit elektrisch angetrieben und treibt ihrerseits die Antriebswellen 9 und somit die Fahrzeugräder 4 an.
Alternativ kann die im Schwungrad 24 gespeicherte Energie rein mechanisch auf die Fahrzeugräder 5 der Fahrzeugachse 3 übertragen werden (insbesondere solange an den Kupplungen 17 und 23 eine Drehzahldifferenz auftritt). Die mittels der Rotorwelle 16 miteinander verbundenen Kupplungen 17 und 23 übertragen dabei das Drehmoment aus der Schwungradspeichervorrichtung auf die Antriebswellen 20 und somit auf die Fahrzeugräder 5. Das Fahrzeug 1 kann insbesondere solange mechanisch über das Schwungrad 24 angetrieben werden, solange an den Kupplungen 17 und 23 eine Drehzahldifferenz auftritt. Bevorzugt lässt dafür wenigstens eine der beiden Kupplungen 17, 23 einen Schlupf zu. Zur Erhöhung der Drehzahldifferenz kann ferner ein schaltbares Getriebe zwischengeschaltet werden. Die rein mechanische Übertragung des Drehmoments von dem Schwungrad 24 auf die Antriebswellen 20 kann auch zum Beschleunigen genutzt werden (Sportmodus), wenn der Fahrer das Fahrzeug mit einer zusätzlichen Leistung beschleunigen möchte. Vorrausetzung dafür ist, dass das Schwungrad 24 zuvor aufgeladen wurde. Andernfalls ist es vorteilhaft, die Energie aus dem Schwungrad 24 über die elektrischen Maschinen 10 und 12 zu transferieren, da dann ein besserer Wirkungsgrad erzielbar ist.
Aufgrund der Ausrichtung der Schwungradspeichervorrichtung und der elektrischen Maschine 12 verläuft die Drehachse 14 gemäß der ersten Ausführungsform insbesondere quer oder näherungsweise quer zur Fahrzeugachse 3 sowie in oder näherungsweise in Fahrzeuglängsrichtung x. Alternativ ist es möglich, die Schwungradspeichervorrichtung und die elektrische Maschine 12 anders auszurichten, sodass die Drehachse 14 z.B. parallel oder senkrecht stehend zur Fahrzeugachse 3 verläuft. Ggf. ist dann zusätzlich wenigstens ein Winkelgetriebe oder Stirnradgetriebe vorzusehen.
Die Hinterachse 3 ist insbesondere federnd am Fahrzeugaufbau 6 abgestützt. Dies hat zur Folge, dass die elektrische Maschine 12, die Kupplungen 17 und 23, das Schwungradgetriebe 22, die Schwungradspeichervorrichtung und das Gehäuse 26 zusammen mit der Fahrzeugachse 3 Einfederungsbewegungen relativ zum Fahrzeugaufbau 6 unterliegen können. Zur besseren Entkopplung der elektrischen Maschine 12, der Kupplungen 17 und 23, des Schwungradgetriebes 22, der Schwungradspeichervorrichtung und des Gehäuse 26 gegenüber Einfederungsbewegungen der Fahrzeugachse 3 relativ zum Fahrzeugaufbau 6 werden nachfolgend weitere Ausführungsformen vorgeschlagen.
Aus 3 ist eine schematische Draufsicht auf einen Hinterachsantrieb einer Antriebsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform ersichtlich, wobei zu der ersten Ausführungsform identische oder ähnliche Merkmale mit denselben Bezugszeichen wie bei der ersten Ausführungsform bezeichnet sind. Ferner sind in 3 die Fahrzeugräder 5 sowie die Steuervorrichtung 28 weggelassen. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Kupplung 17 über eine Gelenkwelle 33 in Form einer Kardanwelle mit dem Winkelgetriebe 18 verbunden ist. Somit ist es möglich, das Gehäuse 26 von dem Achskörper 27 zu trennen, welches gemäß der zweiten Ausführungsform am Fahrzeugaufbau 6 befestigt ist. Dies hat zur Folge, dass die elektrische Maschine 12, die Kupplungen 17 und 23, das Schwungradgetriebe 22, die Schwungradspeichervorrichtung und das Gehäuse 26 von Einfederungsbewegungen der Fahrzeugachse 3 relativ zum Fahrzeugaufbau 6 entkoppelt sind. Abgesehen davon stimmt die zweite Ausführungsform mit der ersten Ausführungsform überein, sodass zur weiteren Beschreibung der zweiten Ausführungsform auf die Beschreibung der ersten Ausführungsform verwiesen wird.
Aus 4 ist eine schematische Draufsicht auf einen Hinterachsantrieb einer Antriebsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform ersichtlich, wobei zu der ersten Ausführungsform identische oder ähnliche Merkmale mit denselben Bezugszeichen wie bei der ersten Ausführungsform bezeichnet sind. Ferner sind in 4 die Fahrzeugräder 5 sowie die Steuervorrichtung 28 weggelassen. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Kupplung 17 über eine Getriebeeinheit 34 mit dem Winkelgetriebe 18 verbunden ist, die ein Planetengetriebe mit translatorischem Freiheitsgrad bildet. Die Getriebeeinheit 34 weist eine mit der Kupplung 17 verbundene Eingangswelle 35 und eine mit dem Winkelgetriebe 36 verbundene Ausgangswelle 36 auf, wobei die Eingangswelle 35 gegenüber der Ausgangswelle 36 in Fahrzeughochrichtung z verschiebbar ist. Die Verschiebeebene 37 zwischen der Getriebeeinheit 34 und dem Gehäuse 26 ist gestrichelt in 4 angedeutet. Somit ist es möglich, das Gehäuse 26 von dem Achskörper 27 zu trennen, welches gemäß der dritten Ausführungsform am Fahrzeugaufbau 6 befestigt ist. Dies hat zur Folge, dass die elektrische Maschine 12, die Kupplungen 17 und 23, das Schwungradgetriebe 22, die Schwungradspeichervorrichtung und das Gehäuse 26 von Einfederungsbewegungen der Fahrzeugachse 3 relativ zum Fahrzeugaufbau 6 entkoppelt sind. Da mittels der Getriebeeinheit 34 vorzugsweise eine Untersetzung realisierbar ist, kann insbesondere auf das Schwungradgetriebe 22 oder auf die radseitigen Getriebe 21 verzichtet werden. Abgesehen davon stimmt die dritte Ausführungsform mit der ersten Ausführungsform überein, sodass zur weiteren Beschreibung der dritten Ausführungsform auf die Beschreibung der ersten Ausführungsform verwiesen wird.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Vorderachse / Fahrzeugachse
3: Hinterachse / Fahrzeugachse
4: Fahrzeugrad der Vorderachse
5: Fahrzeugrad der Hinterachse
6: Fahrzeugaufbau
7: Hauptantriebsmaschine / Verbrennungsmotor
8: Fahrzeuggetriebe
9: Antriebswelle der Vorderachse
10: elektrische Maschine
11: Hinterachsantrieb
12: elektrische Maschine des Hinterachsantriebs
13: Stator der elektrischen Maschine des Hinterachsantriebs
14: Drehachse
15: Rotor der elektrischen Maschine des Hinterachsantriebs
16: Rotorwelle des Rotors
17: schaltbare Kupplung
18: Winkelgetriebe
19: Differentialgetriebe
20: Antriebswelle der Hinterachse
21: radseitiges Getriebe
22: Schwungradgetriebe
23: schaltbare Kupplung
24: Schwungrad
25: Halterung
26: Gehäuse
27: Achskörper der Hinterachse
28: Steuervorrichtung
29: Schaltvorrichtung
30: Hohlraum des Schwungrads
31: Längsmittenachse des Fahrzeugs
32: Fahrtrichtung
33: Gelenkwelle / Kardanwelle
34: Getriebeeinheit
35: Eingangswelle der Getriebeeinheit
36: Ausgangswelle der Getriebeeinheit
37: Ebene
x: Fahrzeuglängsrichtung
y: Fahrzeugquerrichtung
z: Fahrzeughochrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102010007640 A1 [0002]
DE 102008001791 A1 [0017, 0022]

Claims

Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug, mit einer ersten elektrischen Maschine (12), die eine Rotorwelle (16) umfasst und sowohl als Elektromotor als auch als elektrischer Generator betreibbar ist, einer ersten Fahrzeugachse (3), die wenigstens ein Fahrzeugrad (5) umfasst, welches mittels der ersten elektrischen Maschine (12) antreibbar ist, und einer mit der ersten elektrischen Maschine (12) verbindbaren Schwungradspeichervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (16) der ersten elektrischen Maschine (12) mittels einer ersten schaltbaren Kupplung (17) mechanisch mit dem wenigstens einen Fahrzeugrad (5) der ersten Fahrzeugachse (3) und mittels einer zweiten schaltbaren Kupplung (23) mechanisch mit einem Schwungrad (24) der Schwungradspeichervorrichtung verbindbar ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (16) der ersten elektrischen Maschine (12) zwischen der ersten schaltbaren Kupplung (17) und der zweiten schaltbaren Kupplung (23) angeordnet ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrische Maschine (12) einen Stator (13) und einen die Rotorwelle (16) umfassenden Rotor (15) aufweist, der relativ zu dem Stator (13) drehbar ist, wobei die Schwungradspeichervorrichtung eine Halterung (25) und das Schwungrad (24) umfasst, welches relativ zu der Halterung (25) drehbar ist, die fest mit dem Stator (13) der ersten elektrischen Maschine (12) verbunden ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrische Maschine (12), die Schwungradspeichervorrichtung und die zweite schaltbare Kupplung (23) in einem gemeinsamen Gehäuse (26) angeordnet sind, welches die Halterung (25) der Schwungradspeichervorrichtung umfasst oder bildet.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (16) der ersten elektrischen Maschine (12) und das Schwungrad (24) der Schwungradspeichervorrichtung um eine gemeinsame Drehachse (14) drehbar sind, wobei das Schwungrad (24) als Hohlkörper ausgebildet ist, in dessen Hohlraum (30) die erste elektrische Maschine (12) angeordnet ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den die Motorwelle (16) der ersten elektrischen Maschine (12) mit dem wenigstens einen Fahrzeugrad (5) der ersten Fahrzeugachse (3) verbindenden und die erste schaltbare Kupplung (17) umfassenden Triebstrang wenigstens eine Gelenkwellenkombination (33) oder Getriebeeinheit (34) geschaltet ist, welche eine Bewegung des wenigstens einen Fahrzeugrads (5) der ersten Fahrzeugachse (3) relativ zu der ersten elektrischen Maschine (12) in Fahrzeughochrichtung (z) erlaubt.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fahrzeugachse (3) wenigstens eine Antriebswelle (20) umfasst, mittels welcher das wenigstens eine Fahrzeugrad (5) der ersten Fahrzeugachse (3) mit der ersten schaltbaren Kupplung (17) verbunden ist, wobei die Gelenkwellenkombination (33) oder Getriebeeinheit (34) zwischen die erste schaltbare Kupplung (17) und die wenigstens eine Antriebswelle (20) der ersten Fahrzeugachse (3) geschaltet ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zweite elektrische Maschine (10), die elektrisch mit der ersten elektrischen Maschine (12) verbunden oder verbindbar ist, und eine zweite Fahrzeugachse (2), die wenigstens ein Fahrzeugrad (4) umfasst, welches mit der zweiten elektrischen Maschine (10) verbunden oder verbindbar ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektrische Maschine (10) als elektrischer Generator betreibbar ist, mittels welchem die erste elektrische Maschine (12) elektrisch antreibbar ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektrische Maschine (10) als Elektromotor betreibbar ist, der elektrisch mittels der ersten elektrischen Maschine (12) antreibbar ist, sodass das wenigstens eine Fahrzeugrad (4) der zweiten Fahrzeugachse (2) mittels der zweiten elektrischen Maschine (10) antreibbar ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet durch eine Hauptantriebsmaschine (7), die mit dem wenigstens einen Fahrzeugrad (4) der zweiten Fahrzeugachse (2) und/oder mit der zweiten elektrischen Maschine (10) mechanisch verbindbar ist, sodass mittels der Hauptantriebsmaschine (7) das wenigstens eine Fahrzeugrad (4) der zweiten Fahrzeugachse (2) und/oder die zweite elektrische Maschine (10) antreibbar ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptantriebsmaschine (7) eine Brennkraftmaschine ist.