DE102015205102B4

DE102015205102B4 - Getriebe zur bedarfsweisen aufteilung eines antriebsdrehmoments

Info

Publication number: DE102015205102B4
Application number: DE102015205102.1A
Authority: DE
Inventors: Wolfram Hasewend
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2014-06-03
Filing date: 2015-03-20
Publication date: 2022-01-13
Anticipated expiration: 2035-03-21
Also published as: DE102015205102A1; WO2015185313A1

Abstract

Getriebe (10) zur bedarfsweisen Aufteilung eines Antriebsdrehmoments zwischen einer ersten und einer zweiten Achse oder Welle eines Fahrzeugs, umfassend:eine erste Antriebswelle (14), die vorzugsweise einem Verbrennungsmotor zugeordnet ist,eine zweite Antriebswelle (16), die vorzugsweise einem Elektromotor (22) zugeordnet ist,eine erste Abtriebswelle (18), die vorzugsweise einer ersten Fahrzeugachse zugeordnet ist,eine zweite Abtriebswelle (20), die vorzugsweise einer zweiten Fahrzeugachse zugeordnet ist,ein Ausgleichsdifferential (24) mit einem von der ersten Antriebswelle (14) angetriebenen Eingangselement (28), einem ersten Ausgangselement (32) und einem zweiten Ausgangselement (34) undein Überlagerungsgetriebe (26) mit einem von der zweiten Antriebswelle (16) angetriebenen Eingangselement (36), einem ersten Ausgangselement (38) und einem zweiten Ausgangselement (42),wobei das erste Ausgangselement (32) des Ausgleichsdifferentials (24) antriebswirksam mit dem ersten Ausgangselement (38) des Überlagerungsgetriebes (26) verbunden oder verbindbar ist,wobei das zweite Ausgangselement (34) des Ausgleichsdifferentials (24) antriebswirksam mit der zweiten Abtriebswelle (20) des Getriebes (10) verbunden oder verbindbar ist, wobei das erste Ausgangselement (38) des Überlagerungsgetriebes (26) antriebswirksam mit der ersten Abtriebswelle (18) des Getriebes (10) verbunden oder verbindbar ist und wobei das zweite Ausgangselement (42) des Überlagerungsgetriebes (26) antriebswirksam mit dem zweiten Ausgangselement (34) des Ausgleichsdifferentials (24) verbunden oder verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung (K2) vorgesehen ist, mittels derer die erste Antriebswelle (14) zur gemeinsamen Drehung mit dem ersten Ausgangselement (32) und/oder dem zweiten Ausgangselement (34) des Ausgleichsdifferentials (24) verbindbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Getriebe zur bedarfsweisen Aufteilung eines Antriebsdrehmoments zwischen einer ersten und einer zweiten Achse oder Welle eines Fahrzeugs, wie beispielsweise einer Vorder- und einer Hinterradachse oder einer rechtsseitigen und einer linksseitigen Halbwelle des Fahrzeugs.
Derartige Getriebe zur bedarfsweisen Aufteilung eines Antriebsdrehmoments zwischen zwei Achsen oder Wellen eines Fahrzeugs sind grundsätzlich bekannt und bedienen sich üblicherweise zumindest einer Reibkupplung, mittels derer das Antriebsmoment zwischen den beiden Achsen oder Wellen im Sinne eines sogenannten Torque-Vectoring aufgeteilt werden kann. Derartige Reibkupplungen bieten jedoch eine begrenzte Variabilität bei der Drehmomentverteilung und weisen außerdem eine begrenzte Genauigkeit bzw. Dynamik bei der Einstellung der gewünschten Drehmomentverteilung auf.
Ferner ist bei derartigen Systemen auch der Bauaufwand nicht unwesentlich. Des Weiteren kommt hinzu, dass der Nutzen derartiger Torque-Vectoring-Systeme insbesondere im niedrigen Geschwindigkeitsbereich kaum in Erscheinung tritt. Vielmehr überwiegen bei derartigen Systemen in aller Regel Schleppverluste, die verbrauchs- und emissionserhöhende Verlustquellen darstellen.
Ferner beschränken sich derartige Torque-Vectoring-Systeme auf gewissen Fahrsituationen, in denen die bedarfsweise Aufteilung des Antriebsdrehmoments zwischen zwei Achsen oder Wellen vorzunehmen ist, ohne dass es möglich wäre, bei Bedarf eine der beiden Achsen oder Wellen drehmomentfrei zu schalten bzw. vom Antrieb abzukoppeln, wie dies beispielsweise in weniger anspruchsvollen Fahrsituationen der Fall sein kann.
Die Druckschrift DE 10 2005 007 650 A1 offenbart beispielsweise ein Differentialgetriebe eines Fahrzeugs zum Verteilen eines Antriebsmomentes in Fahrzeug querrichtung zwischen zwei Rädern einer antreibbaren Fahrzeugachse.
Die Druckschrift US 5 387 161 A offenbart beispielsweise ein Drehmomentverteilungsdifferential zum Verteilen eines Drehmoments von einem Eingangselement auf zwei Ausgangselemente, einschließlich eines ersten Planetenträgers, der mit einem der beiden Ausgangselemente des Differentials verbunden ist, und eines Sonnenrads, das mit dem anderen der beiden Ausgangselemente gekoppelt ist. Weiterhin ist ein zweiter Planetenträger eines Drehmomentverteilungsmechanismus vom Planetengetriebetyp mit dem anderen der beiden Ausgangselemente gekoppelt. Ein externes Zahnrad eines Zahnkranzes des Drehmomentverteilungsmechanismus und ein externes Zahnrad des ersten Planetenträgers sind mit einem vorbestimmten Untersetzungsverhältnis über ein Paar Stirnräder betriebsmäßig miteinander verbunden, so dass das Sonnenrad drehbar über einen Motor angetrieben wird.
Die Druckschrift US 2007/ 0 123 383 A1 offenbart einen Differenzialdrehmomentgenerator zwischen Achsen zum Anlegen von Drehmomenten an die Achsen jeweils mit einer einzelnen Drehmomenterzeugungsquelle in einer Verbindungsvorrichtung, die die Achsen des Fahrzeugs miteinander verbindet, wobei die Beträge derer Drehmomente gleich sind und die Richtungen der Drehmomente (Gegendrehmoment) einander entgegengesetzt sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe zur bedarfsweisen Aufteilung eines Antriebsdrehmoments zwischen einer ersten und einer zweiten Achse oder Welle eines Fahrzeugs zu schaffen, welches zur Aufteilung des Antriebsmoments ohne verlustbehaftete Reibkupplungen auskommt und welches sich insbesondere auch an weniger anspruchsvolle Fahrsituationen anpassen lässt, die keine Aufteilung des Antriebsdrehmoments erfordern.
Diese Aufgabe wird durch ein Getriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Getriebe umfasst:

eine erste Antriebswelle, die vorzugsweise einem Verbrennungsmotor zugeordnet ist,
eine zweite Antriebswelle, die vorzugsweise einem Elektromotor zugeordnet ist; eine erste Abtriebswelle, die vorzugsweise einer ersten Fahrzeugachse (oder einer ersten Fahrzeugwelle) zugeordnet ist,
eine zweite Abtriebswelle, die vorzugsweise einer zweiten Fahrzeugachse (oder einer zweiten Fahrzeugwelle) zugeordnet ist,
ein Ausgleichsdifferential mit einem von der ersten Antriebswelle angetriebenen Eingangselement, einem ersten Ausgangselement und einem zweiten Ausgangselement und
ein Überlagerungsgetriebe mit einem von der zweiten Antriebswelle angetriebenen Eingangselement, einem ersten Ausgangselement und einem zweiten Ausgangselement,
wobei das erste Ausgangselement des Ausgleichsdifferentials antriebswirksam mit dem ersten Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes verbunden ist, und zwar vorzugsweise trennbar,
wobei das zweite Ausgangselement des Ausgleichsdifferentials antriebswirksam, vorzugsweise drehfest, mit der zweiten Abtriebswelle des Getriebes verbunden oder verbindbar ist, wobei das erste Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes antriebswirksam mit der ersten Abtriebswelle des Getriebes verbunden ist, und zwar vorzugsweise trennbar und
wobei das zweite Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes antriebswirksam mit dem zweiten Ausgangselement des Ausgleichsdifferentials verbunden ist, und zwar vorzugsweise trennbar.

Damit anschließend der Elektromotor abgeschaltet werden kann und nicht dauerhaft Drehmoment aufbringen muss, um den Drehmomentanteil des Verbrennungsmotors, der von dem ersten Ausgangselement des Ausgleichsdifferentials über den Wirkpfad zu dem ersten Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes übertragen wird, zu kompensieren, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung vorhanden ist, mittels derer sich die erste Antriebswelle des Getriebes zur Sperrung des Achsdifferentials zur gemeinsamen Drehung mit dem ersten Ausgangselement und/oder dem zweiten Ausgangselement des Ausgleichsdifferentials verbinden lässt.
Das Ausgleichsdifferential des erfindungsgemäßen Getriebes dient dabei gewissermaßen als ein (vorzugsweise in Längsrichtung wirksames) Zentraldifferential, mit dem das Antriebsdrehmoment des Verbrennungsmotors vorzugsweise zu gleichen Anteilen unabhängig von der Drehzahl der beiden Achsen des Fahrzeugs auf die beiden Achsen (oder Wellen) übertragen werden kann. Demgegenüber dient das Überlagerungsgetriebe als Summiergetriebe, mit dem sich in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Elektromotors auf eine der beiden Achsen (oder Wellen) ein zusätzliches bzw. beschleunigendes Drehmoment im Sinne eines Torque-Vectoring aufprägen lässt, wohingegen das Antriebsdrehmoment der anderen Achse (oder Welle) um ein entsprechendes Bremsmoment reduziert wird.
Zur Realisierung der gewünschten Drehmomentverteilung zwischen den beiden Achsen oder Wellen wird somit keine Reibkupplung benötigt; vielmehr wird durch das Überlagerungsgetriebe des erfindungsgemäßen Getriebes ein Getriebezweig gebildet, der eine elektromotorische Veränderung der durch das Ausgleichsdifferential voreingestellten Drehmomentverteilung ermöglicht. Hierzu wird der voreingestellten Drehmomentverteilung mittels des Elektromotors ein zusätzliches Antriebsdrehmoment überlagert, wobei aufgrund der antriebswirksamen Verbindung der beiden Ausgangselemente des Überlagerungsgetriebes mit den beiden Ausgangselementen des Ausgleichsdifferentials beispielsweise das erste Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes sich indirekt an dem zweiten Ausgangselement des Ausgleichsdifferentials abstützt oder das zweite Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes sich indirekt an dem ersten Ausgangselement des Ausgleichsdifferentials abstützt. Somit kann in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Elektromotors einer der beiden Achsen oder Wellen ein zusätzliches Drehmoment aufgeprägt werden.
Als weiterer Vorteil kommt ferner hinzu, dass der Elektromotor auch hinsichtlich seines Stellvermögens, also der Fähigkeit, ein gewünschtes Drehmoment schnell und präzise einzustellen, gegenüber herkömmlichen Realisierungen unter Verwendung von Reibkupplungen überlegen ist.
Im Zusammenhang mit der Erfindung sei noch angemerkt, dass eine „drehfeste“ Verbindung eine drehstarre Verbindung bezeichnet. Eine „antriebswirksame“ Verbindung bezeichnet eine (direkte oder indirekte) Verbindung zwischen zwei drehbaren Elementen, die in einer festen Drehbeziehung zueinander stehen (d.h. in einem vorbestimmten Übersetzungsverhältnis zueinander, mit i = 1 oder i ≠ 1), einschließlich einer drehfesten Beziehung. Wenn ein Element mit einem anderen Element „verbindbar“ oder „koppelbar“ ist, bezeichnet dies eine Verbindung, die optional auch eine trennbare Verbindung sein kann (beispielsweise eine indirekte Verbindung zwischen den beiden Elementen über eine Kupplung).
Im Folgenden wird nun auf vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Getriebes eingegangen, wobei sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen auch aus den Unteransprüchen, der Figurenbeschreibung sowie den Zeichnungen ergeben können.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Getriebe (und insbesondere das Überlagerungsgetriebe) dazu ausgelegt, dass bei gleicher Drehzahl des ersten Ausgangselements und des zweiten Ausgangselements des Ausgleichsdifferentials, und/oder bei gleicher Drehzahl der ersten Abtriebswelle und der zweiten Abtriebswelle des Getriebes, das Eingangselement des Überlagerungsgetriebes still steht. Mit anderen Worten ist bei dieser Ausführungsform das Getriebe derart konfiguriert (und gegebenenfalls an die weiteren Komponenten des Antriebsstrangs des Fahrzeugs mit den dort vorgesehenen Übersetzungen angepasst), dass bei gleicher Drehzahl der beiden Achsen oder Wellen des Fahrzeugs das Überlagerungsgetriebe eine Nulldrehzahl besitzt, d.h. das dem Elektromotor zugeordnete Eingangselement des Überlagerungsgetriebes steht still.
Somit kann in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Elektromotors einer der beiden Achsen oder Wellen ein zusätzliches Drehmoment aufgeprägt werden, und zwar unabhängig von der Drehzahl bzw. Drehgeschwindigkeit der beiden Achsen oder Wellen. Die Auslegung des Elektromotors ist somit von der Maximaldrehzahl der beiden Achsen oder Wellen bzw. von der Fahrzeuggeschwindigkeit unabhängig; vielmehr kann der Elektromotor aufgrund der Tatsache, dass er still steht, wenn sich beide Achsen oder Wellen gleich schnell drehen, rein auf Grundlage der gewünschten maximalen Differenzdrehzahl zwischen den beiden Achsen oder Wellen und des Differenzmoments ausgelegt werden. Die Wirkung des Elektromotors zur Drehmomentaufteilung ist somit unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit, so dass der Elektromotor nicht unnötig groß dimensioniert werden muss. Allein durch die Wahl der Drehrichtung des Elektromotors kann gesteuert werden, ob der ersten Abtriebswelle oder der zweiten Abtriebswelle des Getriebes ein beschleunigendes Drehmoment aufgeprägt wird.
Hierzu können insbesondere das zwischen dem ersten Ausgangselement des Ausgleichsdifferentials und dem ersten Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes wirksame Übersetzungsverhältnis, ferner das zwischen dem zweiten Ausgangselement des Ausgleichsdifferentials und dem zweiten Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes wirksame Übersetzungsverhältnis, und die innerhalb des Überlagerungsgetriebes wirksamen Übersetzungsverhältnisse derart aneinander angepasst sein, dass bei gleicher Drehzahl des ersten Ausgangselements und des zweiten Ausgangselements des Ausgleichsdifferentials und/oder bei gleicher Drehzahl der ersten Abtriebswelle und der zweiten Abtriebswelle des Getriebes das Eingangselement des Überlagerungsgetriebes still steht.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Überlagerungsgetriebe vorzugsweise dazu ausgelegt, dass durch eine Drehbewegung des Eingangselements das erste Ausgangselement und das zweite Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes zu gegensinnigen Drehbewegungen relativ zueinander angetrieben werden. Hierdurch kann auf einfache Weise erreicht werden, dass auf die beiden Achsen oder Wellen des Fahrzeugs stets gegensinnige Drehmomente aufgeprägt werden (d.h. je nach Drehrichtung des Elektromotors ein beschleunigendes Drehmoment einerseits und ein entsprechendes Bremsmoment andererseits). Insbesondere kann das Getriebe (also das Überlagerungsgetriebe, das Ausgleichsdifferential sowie dazwischen liegende Übersetzungsgetriebe wie beispielsweise Versatztriebe) dazu ausgelegt sein, dass bei einer Drehbewegung des Eingangselements des Überlagerungsgetriebes die beiden Ausgangselemente des Ausgleichsdifferentials und/oder die beiden Abtriebswellen des Getriebes gegensinnig angetrieben werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist eine erste Drehmomentübertragungsvorrichtung vorgesehen, mittels derer sich das erste Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes wahlweise zur gemeinsamen Drehung mit der ersten Abtriebswelle des Getriebes verbinden lässt. Umgekehrt bedeutet dies, dass sich mittels der ersten Drehmomentübertragungsvorrichtung die erste Abtriebswelle des Getriebes von dem Überlagerungsgetriebe zur Stilllegung einer Fahrzeugachse abkoppeln lässt.
Hierzu kann durch Ausnutzung der erläuterten Torque-Vectoring-Funktion mittels des Elektromotors zunächst ein Bremsdrehmoment auf das erste Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes aufgebracht werden, das das Antriebsdrehmoment des Verbrennungsmotors bei eingerückter erster Drehmomentübertragungsvorrichtung aufhebt, so dass die erste Abtriebswelle des Getriebes drehmomentfrei wird. In diesem Zustand kann dann die erste Abtriebswelle des Getriebes mittels der ersten Drehmomentübertragungsvorrichtung ruck- und geräuschfrei abgekoppelt werden, indem die erste Drehmomentübertragungsvorrichtung ausgerückt wird.
Nach Abkopplung der ersten Abtriebswelle mit Hilfe der ersten Drehmomentübertragungsvorrichtung kann in einem zweiten Schritt das Achsdifferential mittels der zweiten Drehmomentübertragungsvorrichtung mechanisch gesperrt werden, so dass der Elektromotor anschließend abgeschaltet werden kann.
Durch diese Allradabschaltung lässt sich mit dem Getriebe somit in weniger anspruchsvollen Fahrsituationen Drehmoment von dem Verbrennungsmotor auf nur die zweite Fahrzeugachse übertragen. Sollte sich anschließend wieder eine anspruchsvollere Fahrsituation ergeben, kann dann die erste Fahrzeugachse wieder zugeschaltet werden, wozu die zuvor erläuterte Abschaltprozedur in umgekehrter Reihenfolge durchzuführen ist.
Gegenüber herkömmlichen Systemen zur Allradabschaltung werden somit erfindungsgemäß keine reibschlüssigen Drehmomentübertragungsvorrichtungen benötigt, welche meist Nachteile in Bezug auf Raumbedarf, Genauigkeit, Akustik, Energiekapazität und Energiebedarf mit sich bringen. Vielmehr begnügt sich die Erfindung mit einfachen formschlüssigen Drehmomentübertragungsvorrichtungen wie beispielsweise Klauenkupplungen, so dass keine reibschlüssigen Drehmomentübertragungsvorrichtungen benötigt werden.
Um ein Fahrzeug mittels des erfindungsgemäßen Getriebes insbesondere in Fahrsituationen mit geringem Beschleunigungsbedarf wie beispielsweise während einer Autobahnfahrt oder einer Fahrt über Land ausschließlich oder ergänzend zu dem Verbrennungsmotor unter Verwendung des Elektromotors des Getriebes antreiben zu können, ist gemäß einer weiteren Ausführungsform eine dritte Drehmomentübertragungsvorrichtung vorgesehen, mittels derer wahlweise das erste oder das zweite Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes stationär, insbesondere an einem Gehäuseelement des Getriebes, festlegbar, zur gemeinsamen Drehung mit dem zweiten oder ersten Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes verbindbar oder antriebswirksam mit dem ersten bzw. zweiten Ausgangselement des Ausgleichsdifferentials verbindbar ist.
Wird beispielsweise mittels der dritten Drehmomentübertragungsvorrichtung das zweite Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes antriebswirksam mit dem zweiten Ausgangselement des Ausgleichsdifferentials verbunden, so liegt die zuvor beschriebene Grundkonfiguration des Getriebes vor, in der mit Hilfe des Elektromotors eine der beiden Achsen zu Zwecken des Torque-Vectoring beschleunigt und die andere Achse abgebremst werden kann. Wird hingegen mittels der dritten Drehmomentübertragungsvorrichtung beispielsweise das zweite Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes stationär festgelegt, so wirkt das Überlagerungsgetriebe als Übersetzungsstufe, mittels derer das Antriebsdrehmoment des Elektromotors ins Schnelle übersetzt beispielsweise auf die erste Achse des Fahrzeugs übertragen werden kann. Wird hingegen mittels der dritten Drehmomentübertragungsvorrichtung das zweite Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes zur gemeinsamen Drehung mit dem ersten Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes verbunden, so ist das Überlagerungsgetriebe gesperrt, was zur Folge hat, dass das Antriebsdrehmoment des Elektromotors bei abgekoppeltem Verbrennungsmotor übersetzungsfrei auf die beiden Achsen des Fahrzeugs übertragen wird.
Durch die dritte Drehmomentübertragungsvorrichtung kann somit die ansonsten unveränderte Getriebearchitektur erweitert werden, um einen rein elektrischen oder hybridelektrischen Antrieb mit einem oder auch zwei Gängen zur Verfügung zu stellen, bei dem die beiden Gänge in einem aus der Übersetzung des Überlagerungsgetriebes sich ergebenden Verhältnis stehen.
Bei einer derartigen Verwendung des Überlagerungsgetriebes mit Elektromotor als elektrisches Getriebe („e-push/e-pull“) kann der Verbrennungsmotor von dem Getriebe abgekoppelt werden, um einen rein elektrischen Fahrbetrieb vorzusehen. Alternativ hierzu kann ein hybridelektrischer Fahrbetrieb vorgesehen sein, bei dem das Antriebsdrehmoment des Elektromotors zusätzlich zu dem von dem Verbrennungsmotor bereitgestellten Antriebsdrehmoment zum Antreiben des Fahrzeugs genutzt wird. Bei einem derartigen hybridelektrischen Fahrbetrieb erfolgt im Unterschied zu der erläuterten Torque-Vectoring-Konfiguration kein Abstützen des zweiten Ausgangselements des Überlagerungsgetriebes an dem zweiten Ausgangselement des Ausgleichsdifferentials.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Ausgleichsdifferential als Kegelraddifferential ausgebildet ist; gleichermaßen kann das Ausgleichsdifferential jedoch auch beispielsweise als Kugeldifferential ausgebildet sein. Bei der Ausbildung des Ausgleichsdifferentials als Kegelraddifferential treibt der Verbrennungsmotor über die erste Antriebswelle den die Ausgleichsräder tragenden Träger des Kegelraddifferentials an, wohingegen die beiden Ausgangselemente des Ausgleichsdifferentials drehfest mit den Kegelrädern des Ausgleichsdifferentials, die mit den Ausgleichsrädern kämmen, verbunden sind.
Anstelle das Ausgleichsdifferential als Kegelrad- oder Kugeldifferential auszubilden, wäre es ebenfalls möglich, das Ausgleichsdifferential als Umlaufrädergetriebe auszubilden, wie dies gemäß einer weiteren Ausführungsform auf das Überlagerungsgetriebe zutrifft, welches vorzugsweise als hohlradloses Planetengetriebe mit Paaren von miteinander kämmenden Planetenrädern, die ihrerseits jeweils mit einem zugeordneten Sonnenrad kämmen, ausgebildet ist. Beispielsweise kann das Überlagerungsgetriebe als Umlaufrädergetriebe mit Paaren von miteinander kämmenden Planetenrädern ausgebildet sein, die von einem gemeinsamen Planetenträger getragen werden, der das erste Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes bildet. Hierbei kämmt eines der beiden Planetenräder mit einem Sonnenrad des Überlagerungsgetriebes, das vom Elektromotor angetrieben wird, wohingegen das andere Planetenrad mit einem anderen Sonnenrad des Überlagerungsgetriebes kämmt, das drehfest mit dem zweiten Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes verbunden ist.
Zwar können die antriebswirksamen Verbindungen zwischen den beiden Ausgangselementen des Ausgleichsdifferentials und den beiden Ausgangselementen des Überlagerungsgetriebes durch Riemen- oder Kettentriebe realisiert werden; gemäß einer weiteren Ausführungsform können hierzu jedoch auch beispielsweise Stirnradgetriebe zum Einsatz kommen, mittels derer die Drehmomentübertragung zwischen den beiden Ausgangselementen des Ausgleichsdifferentials und den beiden Ausgangselementen des Überlagerungsgetriebes erfolgt.
In diesem Falle kann es gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen sein, dass die erste Abtriebswelle über einen weiteren Versatztrieb wie beispielsweise einen Riementrieb, einen Kettentrieb oder ein Stirnradgetriebe mit dem ersten Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes verbunden oder verbindbar ist, so dass die erste Abtriebswelle exzentrisch bzw. versetzt zu dem Überlagerungsgetriebe und dem Elektromotor angeordnet werden kann. Bei dieser Ausführungsform ist gleichermaßen das erste Ausgangselement des Ausgleichsdifferentials mittelbar über das erste Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes mit der ersten Abtriebswelle des Getriebes antriebswirksam verbunden oder verbindbar, und zwar vorzugsweise übersetzungsfrei.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform kann die zweite Antriebswelle des Getriebes mittelbar über eine Zwischenwelle wie beispielsweise eine Gelenkwelle von dem Elektromotor angetrieben werden. Hierdurch wird es möglich, den Elektromotor an einer Stelle zu platzieren, die für dessen Unterbringung ausreichend Platz bietet und/oder die sich zur Reduzierung der Leitungslänge verhältnismäßig nahe bei der Batterie für den Elektromotor befindet. Ferner kann durch einen derartigen Fernantrieb die Lage des Fahrzeugschwerpunkts optimiert werden, indem der Elektromotor gezielt an eine Stelle verlegt wird, die hinsichtlich der Optimierung des Fahrzeugschwerpunkts ideal ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das erste Ausgangselement des Ausgleichsdifferentials mit dem ersten Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes über einen übersetzungsfreien Versatztrieb wie beispielsweise einen Riementrieb, einen Kettentrieb oder ein Stirnradgetriebe antriebswirksam verbunden ist, wohingegen das zweite Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes mit dem zweiten Ausgangselement des Ausgleichsdifferentials über einen übersetzten Versatztrieb gekoppelt sein kann. Alternativ hierzu ist es ebenfalls möglich, dass das erste Ausgangselement des Ausgleichsdifferentials mit dem ersten Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes über einen übersetzten Versatztrieb antriebswirksam verbindbar ist, wohingegen das zweite Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes mit dem zweiten Ausgangselement des Ausgleichsdifferentials übersetzungsfrei gekoppelt ist.
Bei diesen Ausführungsformen ist das Überlagerungsgetriebe hinsichtlich seines Übersetzungsverhältnisses derart ausgestaltet, dass sein Übersetzungsverhältnis zu dem Übersetzungsverhältnis des übersetzten Versatztriebs invers ist. Durch diese Ausgestaltung kann sichergestellt werden, dass das mit dem Elektromotor verbundene Eingangselement des Überlagerungsgetriebes stillsteht, sofern sich beide Abtriebswellen des Getriebes gleich schnell drehen. Somit kann mit Hilfe des Elektromotors unabhängig von der Grundgeschwindigkeit des Fahrzeugs eine der beiden Achsen beschleunigt und die andere abgebremst werden, wie dies bereits zuvor erläutert wurde, so dass der Elektromotor nur auf Basis der gewünschten maximalen Differenzdrehzahl zwischen den beiden Achsen und dem Differenzmoment ausgelegt werden kann.
Die Erfindung bezieht sich auch auf einen Antriebstrang eines Fahrzeugs, der ein Getriebe der erläuterten Art, einen Verbrennungsmotor, einen Elektromotor, eine erste Fahrzeugachse (z.B. Vorderachse oder Hinterachse) und eine zweite Fahrzeugachse (z.B. Hinterachse oder Vorderachse) aufweist, wobei die erste Antriebswelle des Getriebes mit dem Verbrennungsmotor antriebswirksam verbindbar ist, die zweite Antriebswelle des Getriebes mit dem Elektromotor antriebswirksam verbunden ist, die erste Abtriebswelle des Getriebes mit der ersten Fahrzeugachse antriebswirksam verbunden oder verbindbar ist, und die zweite Abtriebswelle des Getriebes mit der zweiten Fahrzeugachs antriebswirksam verbunden oder verbindbar ist.
Im Folgenden wird die Erfindung nun rein exemplarisch unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert, wobei:

1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Getriebes gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt;
2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Getriebes gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt;
3 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Getriebes gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt;
4 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Getriebes gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt;
5 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Getriebes gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt;
6 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Getriebes gemäß einer sechsten Ausführungsform zeigt;
7 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Getriebes gemäß einer siebten Ausführungsform zeigt;
8 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Getriebes gemäß einer achten Ausführungsform zeigt;
9 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Getriebes gemäß einer neunten Ausführungsform zeigt;
10 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Getriebes gemäß einer zehnten Ausführungsform zeigt;
11 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Getriebes gemäß einer elften Ausführungsform zeigt;
12 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Getriebes gemäß einer zwölften Ausführungsform zeigt; und
13 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Getriebes gemäß einer dreizehnten Ausführungsform zeigt.

Die 1 zeigt eine Grundkonfiguration des erfindungsgemäßen Getriebes 10, aus der sich alle weiteren Ausführungen ableiten lassen, weshalb bei der Beschreibung der weiteren Ausführungsformen gemäß den 2 bis 13 lediglich auf die wesentlichen Unterscheidungsmerkmale eingegangen wird.
Das in der 1 schematisch dargestellte Getriebe 10 weist ein Getriebegehäuse 12 auf und verfügt über eine erste Antriebswelle 14, eine zweite Antriebswelle 16, eine erste Abtriebswelle 18 und eine zweite Abtriebswelle 20. Die erste Antriebswelle 14 ist einem hier nicht dargestellten Verbrennungsmotor zugeordnet, über den die erste Antriebswelle 14 mit einem Antriebsdrehmoment beaufschlagt werden kann. Die zweite Antriebswelle 16 ist mit der Abtriebswelle eines Elektromotors 22 verbunden, über den die zweite Antriebswelle 16 mit einem Antriebsdrehmoment von dem Elektromotor 22 beaufschlagt werden kann.
Die erste Abtriebswelle 18 des Getriebes 10 ist antriebswirksam mit einer ersten Achse oder Welle eines Fahrzeugs koppelbar, bei der es sich beispielsweise um die Vorder- oder Hinterachse des Fahrzeugs oder um eine rechte oder linke Halbwelle des Fahrzeugs handeln kann. Gleichermaßen ist die zweite Abtriebswelle 20 des Getriebes 10 mit einer zweiten Achse oder Welle des Fahrzeugs koppelbar, bei der es sich beispielsweise um eine Hinter- oder Vorderachse des Fahrzeugs oder um eine linke oder rechte Halbwelle des Fahrzeugs handeln kann. Insbesondere kann das gezeigte Getriebe 10 als Längsdifferential in einem Antriebsstrang mit Allradantrieb konfiguriert sein, d.h. die Abtriebswellen 18, 20 sind in diesem Fall in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet und die erste Antriebswelle 14 kann beispielsweise über eine Kardanwelle mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt sein. Alternativ hierzu ist es aber beispielsweise auch möglich, das Getriebe 10 als Achsdifferential insbesondere an der Hinterachse eines Fahrzeugs anzuordnen, d.h. die Abtriebswellen 18, 20 sind in diesem Fall in Fahrzeugquerrichtung ausgerichtet und die erste Antriebswelle 14 kann beispielsweise über eine Kardanwelle und ein Winkelgetriebe mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt sein.
Das Getriebe 10 umfasst ferner ein hier beispielsweise als Kegelraddifferential ausgebildetes Ausgleichsdifferential 24 sowie ein hier beispielsweise als Umlaufrädergetriebe ausgebildetes Überlagerungsgetriebe 26. Das Ausgleichsdifferential 24 umfasst ein mit der ersten Antriebswelle 14 drehfest verbundenes Eingangselement 28 in Form eines Trägers 28a, der als Kegelräder 30a ausgebildete Ausgleichsräder 30 trägt. Ferner umfasst das Ausgleichsdifferential 24 ein erstes Ausgangselement 32 in Form eines Kegelrads 32a sowie ein zweites Ausgangselement 34 ebenfalls in Form eines Kegelrads 34a, wobei die beiden Kegelräder 32a, 34a mit den Ausgleichsrädern 30a kämmen, so dass mittels des Ausgleichsdifferentials 24 das Antriebsdrehmoment des Verbrennungsmotors drehzahlunabhängig vorzugsweise zu gleichen Anteilen auf die beiden Ausgangselemente 32, 34 in Form der beiden Kegelräder 32a, 34a übertragen werden kann. Das Ausgleichsdifferential 24 könnte alternativ auch durch ein Planetenraddifferential gebildet sein.
Auch das Überlagerungsgetriebe 26 umfasst ein Eingangselement 36 in Form eines ersten Sonnenrads 36a, das über die zweite Antriebswelle 16 von dem Elektromotor 22 antreibbar ist. Das Überlagerungsgetriebe 26 umfasst auch ein erstes Ausgangselement 38 in Form eines Planetenträgers 38a sowie ein zweites Ausgangselement 42 in Form eines zweiten Sonnenrads 42a. Das erste Sonnenrad 36a, das als Eingangselement 36 fungiert, kämmt mit einem ersten Planetenrad 44, das drehbar an dem Planetenträger 38a gelagert ist. Dieses erste Planetenrad 44 kämmt seinerseits wiederum mit einem zweiten Planetenrad 46, das ebenfalls an dem Planetenträger 38a gelagert ist und kämmend mit dem zweiten Ausgangselement 42 in Eingriff steht, das als Sonnenrad 42a ausgebildet ist. Auch wenn dies hier nicht dargestellt ist, sind an dem Planetenträger 38a weitere Paare miteinander kämmender Planetenräder 44, 46 gelagert, wie dies üblicherweise bei einem derartigen hohlradlosen Umlaufrädergetriebe der Fall ist. Das Überlagerungsgetriebe 26 bildet somit ebenfalls ein (hier asymmetrisches) Differentialgetriebe, da ein über das Eingangselement 36 eingeleitetes Antriebsdrehmoment auf das erste Ausgangselement 38 und das zweite Ausgangselement 42 verteilt wird. Das Überlagerungsgetriebe 26 könnte alternativ auch durch ein andersartiges Planetenraddifferential gebildet sein, beispielsweise mit einem Hohlrad.
Wie der 1 ferner entnommen werden kann, ist bei der dargestellten Ausführungsform des Getriebes 10 das erste Ausgangselement 32 des Ausgleichsdifferentials 24 in Form des ersten Kegelrads 32a über einen ersten, beispielsweise als Riemen- oder Kettentrieb ausgebildeten Versatztrieb 48 antriebswirksam mit dem ersten Ausgangselement 38 des Überlagerungsgetriebes 26 in Form seines Trägers 38a verbunden. Gleichermaßen ist das zweite Ausgangselement 34 des Ausgleichsdifferentials 24 in Form des zweiten Kegelrads 34a über einen zweiten, beispielsweise als Riemen- oder Kettentrieb ausgebildeten Versatztrieb 50 mit dem zweiten Ausgangselement 42 in Form des zweiten Sonnenrads 42a des Überlagerungsgetriebes 26 antriebswirksam verbunden.
Des Weiteren ist das zweite Ausgangselement 34 des Ausgleichsdifferentials 24 in Form des zweiten Kegelrads 34a über eine Hohlwelle drehfest mit der zweiten Abtriebswelle 20 des Getriebes 10 verbunden. Außerdem ist das erste Ausgangselement 38 des Überlagerungsgetriebes 26 in Form dessen Trägers 38a drehfest mit der ersten Abtriebswelle 18 des Getriebes 10 verbunden.
Unter der Annahme, dass bei normalen Fahrverhältnissen keine Drehzahldifferenz zwischen den beiden Abtriebswellen 18, 20 existiert, dreht sich das als Träger 38a ausgebildete erste Ausgangselement 38 des Überlagerungsgetriebes 26 langsamer als das zweite Ausgangselement 42 des Überlagerungsgetriebes 26 in Form des zweiten Sonnenrads 42a. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der erste Versatztrieb 48 bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel übersetzungsfrei ausgebildet ist, wohingegen der zweite Versatztrieb 50 eine Übersetzung ins Schnelle liefert. Demgegenüber ist das Überlagerungsgetriebe 26 derart ausgelegt, dass sein Übersetzungsverhältnis zu dem Übersetzungsverhältnis des zweiten Versatztriebs 50 invers ist, so dass trotz der Tatsache, dass sich das zweite Ausgangselement 42 des Überlagerungsgetriebes 26 schneller als das erste Ausgangselement 38 dreht, das von dem Elektromotor 22 über die zweite Antriebswelle 16 angetriebene Eingangselement 36 in Form des ersten Sonnenrads 36a stillsteht. Wenn sich also beide Abtriebswellen 18, 20 des Getriebes 10 gleich schnell drehen, steht das von dem Elektromotor 22 angetriebene Eingangselement 36 des Überlagerungsgetriebes 26 still (Nulldrehzahl), und zwar unabhängig von der Drehgeschwindigkeit bzw. Drehzahl der beiden Abtriebswellen 18, 20.
Noch allgemeiner formuliert sind das zwischen dem ersten Ausgangselement 32 des Ausgleichsdifferentials 24 und dem ersten Ausgangselement 38 des Überlagerungsgetriebes 26 wirksame Übersetzungsverhältnis (hier: erster Versatztrieb 48), ferner das zwischen dem zweiten Ausgangselement 34 des Ausgleichsdifferentials 24 und dem zweiten Ausgangselement 42 des Überlagerungsgetriebes 26 wirksame Übersetzungsverhältnis (hier: zweiter Versatztrieb 50), und die innerhalb des Überlagerungsgetriebes 26 wirksamen Übersetzungsverhältnisse (hier: zwischen dem ersten Sonnenrad 36a, dem ersten Planetenrad 44, dem zweiten Planetenrad 46 und dem zweiten Sonnenrad 42a) derart aneinander angepasst, dass bei gleicher Drehzahl des ersten Ausgangselements 32 und des zweiten Ausgangselements 34 des Ausgleichsdifferentials 24 und/oder bei gleicher Drehzahl der beiden Abtriebswellen 18, 20 des Getriebes 10 das Eingangselement 36 des Überlagerungsgetriebes 26 still steht. Zugleich ist das Überlagerungsgetriebe 26 dazu ausgelegt, dass durch eine Drehbewegung des Eingangselements 36 das erste Ausgangselement 38 und das zweite Ausgangselement 42 des Überlagerungsgetriebes 26 zu gegensinnigen Drehbewegungen relativ zueinander angetrieben werden (Differentialwirkung).
Ist es nun erwünscht, einer der beiden Abtriebswellen 18, 20 ein zusätzliches Antriebsdrehmoment und der anderen Abtriebswelle 20, 18 ein Bremsmoment aufzuprägen, so wird hierzu das Eingangselement 36 in Form des ersten Sonnenrads 36a des Überlagerungsgetriebes 26 von dem Elektromotor 22 in einer ersten Drehrichtung angetrieben. Das Antriebsdrehmoment des Elektromotors 22 wird in diesem Falle von dem Überlagerungsgetriebe 26 in zwei Anteile aufgeteilt, die über den Planetenträger 38a und das zweite Sonnenrad 42a des Überlagerungsgetriebes 26 sowie den zweiten Versatztrieb 50 auf die beiden Abtriebswellen 18, 20 übertragen werden. Ist es hingegen erwünscht, der einen Abtriebswelle 18, 20 ein Bremsmoment und der anderen Abtriebswelle 20, 18 ein zusätzliches Antriebsdrehmoment aufzuprägen, so wird das erste Sonnenrad 36a des Überlagerungsgetriebes 26 mittels des Elektromotors 22 in einer der ersten Drehrichtung entgegengesetzten Drehrichtung angetrieben, was zur Folge hat, dass die eine Abtriebswelle 18, 20 abgebremst und die andere Abtriebswelle 20, 18 zusätzlich beschleunigt wird.
Auf diese Weise lässt sich unabhängig von der Drehzahl der beiden Abtriebswellen 18, 20 bzw. der Grundgeschwindigkeit des Fahrzeugs eine Torque-Vectoring-Funktion realisieren, wobei das Zusatzdrehmoment, das der jeweiligen Welle mit Hilfe des Elektromotors 22 aufgeprägt werden kann, unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit ist. Der Elektromotor 22 kann somit rein auf Basis der gewünschten maximalen Differenzdrehzahl zwischen den beiden Abtriebswellen 18, 20 und des Differenzdrehmoments ausgelegt werden.
Die in der 2 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich gegenüber der ersten Ausführungsform dadurch, dass eine hier auch als dritte Drehmomentübertragungsvorrichtung bezeichnete Klauenkupplung K3 vorgesehen ist, mittels derer wahlweise das zweite Ausgangselement 42 des Überlagerungsgetriebes 26 in Form des zweiten Sonnenrads 42a entweder gehäusefest gehalten ist (während das zweite Ausgangselement 42 von dem zweiten Versatztrieb 50 bzw. von dem zweiten Ausgangselement 34 des Ausgleichsdifferentials 24 entkoppelt ist) oder antriebswirksam mit dem zweiten Versatztrieb 50 und somit mit dem zweiten Ausgangselement 34 des Ausgleichsdifferentials 24 und der zweiten Abtriebswelle 20 verbunden ist.
In der zuletzt genannten Schaltstellung der Kupplung K3 (wie in 2 gezeigt) lässt sich mit dem Getriebe 10 die zuvor beschriebene Torque-Vectoring-Funktion erfüllen. Befindet sich hingegen die Kupplung K3 in der ersten Schaltstellung, in der das zweite Ausgangselement 42 des Überlagerungsgetriebes 26 gehäusefest ist, lässt sich durch Betätigung des Elektromotors 22 ein (bremsendes oder beschleunigendes) Antriebsdrehmoment über das erste Ausgangselement 38 des Überlagerungsgetriebes 26 auf die erste Abtriebswelle 18 aufbringen. Wird zusätzlich der Verbrennungsmotor abgekoppelt (mittels einer nicht dargestellten Kupplung), lässt sich so eine rein elektrische Betriebsart realisieren, wobei das Überlagerungsgetriebe 26 als ein (einstufiges) Übersetzungsgetriebe wirksam ist.
In ähnlicher Weise (nicht dargestellt) könnte der optionale elektrische Antrieb beispielsweise auch dadurch ermöglicht werden, dass die Klauenkupplung K3 in der genannten ersten Schaltstellung das zweite Ausgangselement 42 des Überlagerungsgetriebes 26 wahlweise mit dem ersten Ausgangselement 38 drehfest verbindet (d.h. das Überlagerungsgetriebe 26 verblockt, entsprechend einem Übersetzungsverhältnis i = 1), wiederum während das zweite Ausgangselement 42 von dem zweiten Versatztrieb 50 bzw. von dem zweiten Ausgangselement 34 des Ausgleichsdifferentials 24 entkoppelt ist. Ferner könnte eine derartige Klauenkupplung K3 generell auch an der anderen Seite des Überlagerungsgetriebes 26 vorgesehen sein, um wahlweise das erste Ausgangselement 38 des Überlagerungsgetriebes 26 von der ersten Abtriebswelle 18 zu entkoppeln und stattdessen gehäusefest zu halten oder mit dem zweiten Ausgangselement 42 des Überlagerungsgetriebes 26 drehfest zu verbinden.
Die in der 3 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß 2 dadurch, dass mittels der dritten Drehmomentübertragungsvorrichtung K3 das zweite Ausgangselement 42 des Überlagerungsgetriebes 26 zusätzlich (d.h. in einer dritten Schaltstellung) wahlweise zur gemeinsamen Drehung mit dem ersten Ausgangselement 38 in Form des Trägers 38a des Überlagerungsgetriebes 26 verbunden werden kann, wiederum während das zweite Ausgangselement 42 von dem zweiten Versatztrieb 50 bzw. von dem zweiten Ausgangselement 34 des Ausgleichsdifferentials 24 entkoppelt ist. Hierdurch lässt sich gegenüber der gehäusefesten Schaltstellung der Kupplung K3 eine schnellere elektrische Geschwindigkeitsstufe realisieren. Mit anderen Worten ist das Überlagerungsgetriebe 26 bei dieser Ausführungsform wahlweise als ein zweistufig schaltbares Übersetzungsgetriebe wirksam. Auch kann eine Abkopplung des Verbrennungsmotors von der ersten Antriebswelle 14 des Getriebes 10 erfolgen (nicht dargestellt).
Die in der 4 dargestellte Ausführungsform baut auf der Ausführungsform gemäß 2 auf, wobei hier zusätzlich eine erste Drehmomentübertragungsvorrichtung K1 in Form einer Klauenkupplung vorgesehen ist, mittels derer das erste Ausgangselement 38 des Überlagerungsgetriebes 26 in Form dessen Trägers 38a zur gemeinsamen Drehung mit der ersten Abtriebswelle 18 des Getriebes 10 verbunden werden kann. Mittels der ersten Drehmomentübertragungsvorrichtung K1 kann also die erste Abtriebswelle 18 wahlweise von dem Antrieb (Antriebsdrehmoment des Verbrennungsmotors und/oder des Elektromotors 22) vollständig entkoppelt werden (Disconnect-Funktion), um beispielsweise einen Allrad-Antrieb zu deaktivieren. Außerdem verfügt das Getriebe 10 gemäß der 4 über eine zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung K2 ebenfalls in Form einer Klauenkupplung, mittels derer die erste Antriebswelle 14 bzw. der davon angetriebene Träger 28a des Ausgleichsdifferentials 24 wahlweise zur gemeinsamen Drehung mit dem zweiten Ausgangselement 34 in Form des zweiten Kegelrads 34a des Ausgleichsdifferentials 24 verbunden werden kann. Die zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung K2 ist somit wahlweise als eine Sperre für das Ausgleichsdifferential 24 wirksam.
Es ist nun beispielsweise in einer weniger anspruchsvollen Fahrsituation zur Erhöhung des Wirkungsgrads des Antriebsstrangs bzw. zur Verringerung von Schleppverlusten erwünscht, die erste Abtriebswelle 18 von dem Getriebe 10 abzukoppeln, so dass das Fahrzeug nur noch über die zweite Abtriebswelle 20 angetrieben wird. Hierzu kann mittels der zuvor beschriebenen Torque-Vectoring-Funktion, bei der die dritte Kupplung K3 sich in der in der 4 dargestellten Position befinden muss, die erste Abtriebswelle 18 zumindest im Wesentlichen drehmomentfrei gestellt werden, wozu mittels des Elektromotors 22 ein entsprechendes Bremsmoment auf das erste Ausgangselement 38 des Überlagerungsgetriebes 28 aufzubringen ist. Wenn die erste Abtriebswelle 18 auf diese Art und Weise drehmomentfrei gestellt wurde, können zunächst die erste Kupplung K1 geöffnet und anschließend das Ausgleichsdifferential 24 mittels der zweiten Kupplung K2 gesperrt werden. Der Elektromotor 22 kann nun abgeschaltet werden, da dieser nicht mehr benötigt wird, um das über den ersten Versatztrieb 48 übertragene Antriebsdrehmoment des Verbrennungsmotors zu kompensieren, d.h. aufgrund des mechanisch gesperrten Ausgleichsdifferentials 24 ist an dem Eingangselement 36 des Überlagerungsgetriebes 28 ohne die bereits erläuterte Nulldrehzahl (Stillstand) festgelegt. Das neuerliche Ankoppeln der ersten Abtriebswelle 18 kann in umgekehrter Reihenfolge erfolgen.
Zu der Ausführungsform gemäß 4 ist noch anzumerken, dass für die Torque-Vectoring-Funktion und die Disconnect-Funktion die dritte Kupplung K3 nicht zwingend erforderlich ist, d.h. zwischen dem zweiten Ausgangselement 42 des Überlagerungsgetriebes 26 und dem zweiten Ausgangselement 34 des Ausgleichsdifferentials 24 kann grundsätzlich auch eine permanente antriebswirksame Verbindung vorgesehen sein (wie in 1). Dies gilt auch für die nachstehend erläuterten Ausführungsformen.
Die in der 5 dargestellte Ausführungsform entspricht der Ausführungsform der 4, wobei hier die dritte Kupplung K3 entsprechend der Ausführungsform gemäß 3 drei Schaltstellungen aufweist, um zwei elektrische Gangstufen realisieren zu können.
Die Ausführungsform des Getriebes 10 gemäß 6 entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform der 5, wobei hier jedoch die zweite Antriebswelle 16 mittelbar über eine als Gelenkwelle ausgebildete Zwischenwelle 52 von dem Elektromotor 22 angetrieben wird. Dies erlaubt es, unter optimaler Nutzung des zur Verfügung stehenden Bauraums den Elektromotor 22 an einer günstigen Position innerhalb des Fahrzeugs zu positionieren.
Die in der 7 dargestellte Ausführungsform entspricht ebenfalls im Wesentlichen der Ausführungsform gemäß 5, wobei hier jedoch die beiden als Riemen- oder Kettentrieb ausgebildeten Versatztriebe 48, 50 durch Stirnradgetriebe 48, 50 ersetzt sind.
Die in der 8 dargestellte Ausführungsform basiert auf der Ausführungsform gemäß 7, wobei hier wiederum der Elektromotor 22 über eine als Gelenkwelle ausgebildete Zwischenwelle 52 die zweite Antriebswelle 16 des Getriebes 10 antreibt (wie in 6).
Die in der 9 dargestellte Ausführungsform basiert wiederum auf der Ausführungsform gemäß 5, wobei hier jedoch die erste Abtriebswelle 18 über eine Stirnradverzahnung 54 mit dem ersten Ausgangselement 38 des Überlagerungsgetriebes 26 verbunden ist, und zwar trennbar mittels der ersten Kupplung K1.
Die in der 10 dargestellte Ausführungsform basiert auf der Ausführungsform der 9, wobei der Elektromotor 22 wiederum über eine Zwischenwelle 52 die zweite Antriebswelle 16 antreibt.
Die in der 11 dargestellte Ausführungsform ist eine Modifikation der Ausführungsform gemäß 5. Im Unterschied zu der Ausführungsform der 5 sind hier jedoch der Elektromotor 22 und das Überlagerungsgetriebe 26 koaxial zu der zweiten Abtriebswelle 20 des Getriebes 10 angeordnet.
Bei der Ausführungsform der 11 bildet das zweite Sonnenrad 42a des Überlagerungsgetriebes 26, bei dem es sich um das nicht direkt von dem Elektromotor 22 angetriebene Sonnenrad 36a handelt, das erste Ausgangselement 38 des Überlagerungsgetriebes 26, welches mit der ersten Abtriebswelle 18 des Getriebes 10 antriebswirksam verbindbar ist. Hingegen wird durch den Planetenträger 38a des Überlagerungsgetriebes 26 das zweite Ausgangselement 42 des Überlagerungsgetriebes 26 gebildet, welches mit der zweiten Abtriebswelle 20 drehfest verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform lässt sich mittels der dritten Drehmomentübertragungsvorrichtung K3 wahlweise das erste Ausgangselement 38 des Überlagerungsgetriebes 26 entweder stationär an dem Gehäuse 12 festlegen (als erste Gangstufe für einen rein elektrischen Antrieb bei entkoppelter ersten Abtriebswelle 18), oder zur gemeinsamen Drehung mit dem zweiten Ausgangselement 42 des Überlagerungsgetriebes 26 verbinden (als zweite Gangstufe für den rein elektrischen Antrieb), oder antriebswirksam mit dem ersten Ausgangselement 32 des Ausgleichsdifferentials 24 bzw. mit der ersten Abtriebswelle 18 des Getriebes 10 verbinden, was hier über eine Vorgelegewelle 56 erfolgt (der Versatztrieb 48 ist hier durch ein Stirnradgetriebe gebildet). Die Drehmomentübertragungsvorrichtung K3 könnte jedoch auch weggelassen werden; in diesem Fall ist eine permanente antriebswirksame Verbindung des ersten Ausgangselements 38 des Überlagerungsgetriebes 26 mit dem ersten Ausgangselement 32 des Ausgleichsdifferentials 24 bzw. mit der ersten Abtriebswelle 18 vorzusehen.
Bei dieser Ausführungsform ist das zweite Ausgangselement 34 des Ausgleichsdifferentials 24 mit dem zweiten Ausgangselement 42 des Überlagerungsgetriebes 26 in Form des Trägers 38a übersetzungsfrei gekoppelt, insbesondere drehfest verbunden, wohingegen das erste Ausgangselement 32 des Ausgleichsdifferentials 24 mit dem ersten Ausgangselement 38 des Überlagerungsgetriebes 26 über einen übersetzten Versatztrieb 48 antriebswirksam verbunden ist.
Somit lässt sich mit dem in der 11 dargestellten Getriebe 10 ebenfalls wiederum in der gewünschten Weise eine Torque-Vectoring-Funktion realisieren, wozu hier analog zu der Ausführungsform gemäß 5 das erste Ausgangselement 38 des Überlagerungsgetriebes 26 mittels der Kupplung K3 antriebswirksam mit dem ersten Ausgangselement 32 des Ausgleichsdifferentials 24 über die Vorgelegewelle 56 zu verbinden ist.
Für die beiden rein elektrischen Getriebestufen ist hingegen das erste Ausgangselement 38 des Überlagerungsgetriebes 26 wiederum mittels der dritten Drehmomentübertragungsvorrichtung K3 gehäusefest bzw. zur gemeinsamen Drehung mit dem zweiten Ausgangselement 42 des Überlagerungsgetriebes 26 zu verbinden.
Die in der 12 dargestellte Ausführungsform basiert auf der Ausführungsform gemäß 11, wobei hier jedoch wiederum der Elektromotor 22 über eine als Gelenkwelle ausgebildete Zwischenwelle 52 das erste Eingangselement 36 des Überlagerungsgetriebes 26 antreibt. Die Zwischenwelle 52 ist hier als Hohlwelle ausgebildet, durch die sich hier die zweite Abtriebswelle 20 bis durch den Elektromotor 22 hindurch erstreckt.
Die in der 13 dargestellte Ausführungsform basiert wiederum auf der Ausführungsform gemäß 11, wobei hier im Unterschied zur 11 die Vorgelegewelle 56 als Hohlwelle ausgebildet ist, die die erste Abtriebswelle 18 des Getriebes 10 koaxial umgibt. Auch hier lässt sich wiederum mittels der ersten Drehmomentübertragungsvorrichtung K1 die erste Abtriebswelle 18 des Getriebes 10 wahlweise mit der Vorgelegewelle 56 und somit antriebswirksam mit dem ersten Ausgangselement 38 des Überlagerungsgetriebes 26 koppeln bzw. entkoppeln, sofern die dritte Drehmomentübertragungsvorrichtung K3 das erste Ausgangselement 38 des Überlagerungsgetriebes 26 antriebswirksam mit dem ersten Ausgangselement 32 des Ausgleichsgetriebes 24 koppelt. Somit lassen sich auch mit dem in der 13 dargestellten Getriebe 10 die gleichen Getriebemodi wie mit den unter Bezugnahme auf die 5 ff. beschriebenen Getrieben schalten.
Bezugszeichenliste

10: Getriebe
12: Gehäuse
14: erste Antriebswelle
16: zweite Antriebswelle
18: erste Abtriebswelle
20: zweite Abtriebswelle
22: Elektromotor
24: Ausgleichsdifferential
26: Überlagerungsgetriebe
28: Eingangselement von 24
28a: Träger
30: Ausgleichsräder
30a: Kegelräder
32: erstes Ausgangselement von 24
32a: Kegelrad
34: zweites Ausgangselement von 24
34a: Kegelrad
36: Eingangselement von 26
36a: erstes Sonnenrad
38: erstes Ausgangselement von 26
38a: Planetenträger
42: zweites Ausgangselement von 26
42a: zweites Sonnenrad
44: erstes Planetenrad
46: zweites Planetenrad
48: erster Versatztrieb
50: zweiter Versatztrieb
52: Zwischenwelle
54: Stirnradverzahnung
56: Vorgelegewelle
K1: erste Drehmomentübertragungsvorrichtung
K2: zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung
K3: dritte Drehmomentübertragungsvorrichtung

Claims

Getriebe (10) zur bedarfsweisen Aufteilung eines Antriebsdrehmoments zwischen einer ersten und einer zweiten Achse oder Welle eines Fahrzeugs, umfassend: eine erste Antriebswelle (14), die vorzugsweise einem Verbrennungsmotor zugeordnet ist, eine zweite Antriebswelle (16), die vorzugsweise einem Elektromotor (22) zugeordnet ist, eine erste Abtriebswelle (18), die vorzugsweise einer ersten Fahrzeugachse zugeordnet ist, eine zweite Abtriebswelle (20), die vorzugsweise einer zweiten Fahrzeugachse zugeordnet ist, ein Ausgleichsdifferential (24) mit einem von der ersten Antriebswelle (14) angetriebenen Eingangselement (28), einem ersten Ausgangselement (32) und einem zweiten Ausgangselement (34) und ein Überlagerungsgetriebe (26) mit einem von der zweiten Antriebswelle (16) angetriebenen Eingangselement (36), einem ersten Ausgangselement (38) und einem zweiten Ausgangselement (42), wobei das erste Ausgangselement (32) des Ausgleichsdifferentials (24) antriebswirksam mit dem ersten Ausgangselement (38) des Überlagerungsgetriebes (26) verbunden oder verbindbar ist, wobei das zweite Ausgangselement (34) des Ausgleichsdifferentials (24) antriebswirksam mit der zweiten Abtriebswelle (20) des Getriebes (10) verbunden oder verbindbar ist, wobei das erste Ausgangselement (38) des Überlagerungsgetriebes (26) antriebswirksam mit der ersten Abtriebswelle (18) des Getriebes (10) verbunden oder verbindbar ist und wobei das zweite Ausgangselement (42) des Überlagerungsgetriebes (26) antriebswirksam mit dem zweiten Ausgangselement (34) des Ausgleichsdifferentials (24) verbunden oder verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung (K2) vorgesehen ist, mittels derer die erste Antriebswelle (14) zur gemeinsamen Drehung mit dem ersten Ausgangselement (32) und/oder dem zweiten Ausgangselement (34) des Ausgleichsdifferentials (24) verbindbar ist.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (10) dazu ausgelegt ist, dass bei gleicher Drehzahl des ersten Ausgangselements (32) und des zweiten Ausgangselements (34) des Ausgleichsdifferentials (24) und/oder bei gleicher Drehzahl der ersten Abtriebswelle (18) und der zweiten Abtriebswelle (20) des Getriebes (10) das Eingangselement (36) des Überlagerungsgetriebes (26) stillsteht.
Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Überlagerungsgetriebe (26) dazu ausgelegt ist, dass durch eine Drehbewegung des Eingangselements (36) das erste Ausgangselement (38) und das zweite Ausgangselement (42) des Überlagerungsgetriebes (26) zu gegensinnigen Drehbewegungen relativ zueinander angetrieben werden.
Getriebe nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Drehmomentübertragungsvorrichtung (K1) vorgesehen ist, mittels derer das erste Ausgangselement (38) des Überlagerungsgetriebes (26) zur gemeinsamen Drehung mit der ersten Abtriebswelle (18) des Getriebes (10) verbindbar ist.
Getriebe nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Drehmomentübertragungsvorrichtung (K3) vorgesehen ist, mittels derer wahlweise das zweite Ausgangselement (42) des Überlagerungsgetriebes (26) entweder stationär, insbesondere an einem Gehäuseelement (12), festlegbar oder antriebswirksam mit dem zweiten Ausgangselement (34) des Ausgleichsdifferentials (24) verbindbar ist.
Getriebe nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Drehmomentübertragungsvorrichtung (K3) vorgesehen ist, mittels derer wahlweise das erste Ausgangselement (38) des Überlagerungsgetriebes (26) entweder stationär, insbesondere an einem Gehäuseelement (12), festlegbar oder antriebswirksam mit dem ersten Ausgangselement (32) des Ausgleichsdifferentials (24) verbindbar ist.
Getriebe nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Drehmomentübertragungsvorrichtung (K3) vorgesehen ist, mittels derer wahlweise das zweite Ausgangselement (42) des Überlagerungsgetriebes (26) entweder stationär, insbesondere an einem Gehäuseelement (12), festlegbar, oder zur gemeinsamen Drehung mit dem ersten Ausgangselement (38) des Überlagerungsgetriebes (26) verbindbar, oder antriebswirksam mit dem zweiten Ausgangselement (34) des Ausgleichsdifferentials (24) verbindbar ist.
Getriebe nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , dass eine dritte Drehmomentübertragungsvorrichtung (K3) vorgesehen ist, mittels derer wahlweise das erste Ausgangselement (38) des Überlagerungsgetriebes (26) entweder stationär, insbesondere an einem Gehäuseelement (12), festlegbar, oder zur gemeinsamen Drehung mit dem zweiten Ausgangselement (42) des Überlagerungsgetriebes (26) verbindbar, oder antriebswirksam mit dem ersten Ausgangselement (32) des Ausgleichsdifferentials (24) verbindbar ist.
Getriebe nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsdifferential (24) als Kegelrad-Differentialgetriebe ausgebildet ist.
Getriebe nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Überlagerungsgetriebe (26) als Umlaufrädergetriebe, insbesondere als hohlradloses Planetengetriebe mit Paaren von miteinander kämmenden Planetenrädern (44, 46) ausgebildet ist.
Getriebe nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Abtriebswelle (18) mittelbar über einen Versatztrieb (54) mit dem ersten Ausgangselement (38) des Überlagerungsgetriebes (26) verbunden oder verbindbar ist, wobei vorzugsweise das erste Ausgangselement (32) des Ausgleichsdifferentials (24) mittelbar über das erste Ausgangselement (38) des Überlagerungsgetriebes (26) mit der ersten Abtriebswelle (18) des Getriebes (10) übersetzungsfrei antriebswirksam verbunden oder verbindbar ist.
Getriebe nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass das erste Ausgangselement (32) des Ausgleichsdifferentials (24) mit dem ersten Ausgangselement (38) des Überlagerungsgetriebes (26) über einen übersetzungsfreien Versatztrieb (48) antriebswirksam verbunden ist.
Getriebe nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ausgangselement (42) des Überlagerungsgetriebes (26) mit dem zweiten Ausgangselement (34) des Ausgleichsdifferentials (24) über einen übersetzten Versatztrieb (50) gekoppelt ist.
Getriebe nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ausgangselement (32) des Ausgleichsdifferentials (24) mit dem ersten Ausgangselement (38) des Überlagerungsgetriebes (26) über einen übersetzten Versatztrieb (56) antriebswirksam verbindbar ist.
Getriebe nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 11 und/oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ausgangselement (42) des Überlagerungsgetriebes (26) mit dem zweiten Ausgangselement (34) des Ausgleichsdifferentials (24) übersetzungsfrei gekoppelt ist.
Getriebe nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Antriebwelle (16) mittelbar über eine Zwischenwelle (52), die vorzugsweise als Gelenkwelle ausgebildet ist, von dem Elektromotor (22) antreibbar ist.
Getriebe nach zumindest einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet , dass das Überlagerungsgetriebe (26) derart ausgestaltet ist, dass sein Übersetzungsverhältnis zu dem des übersetzten Versatztriebs (50) invers ist.
Getriebe nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ausgangselement (38) des Überlagerungsgetriebes (26) drehfest mit der ersten Abtriebswelle (18) des Getriebes (10) verbunden oder verbindbar ist.