DE102016214404A1

DE102016214404A1 - Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug, sowie Hybridfahrzeug

Info

Publication number: DE102016214404A1
Application number: DE102016214404.9A
Authority: DE
Inventors: Michael Staake
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-08-04
Filing date: 2016-08-04
Publication date: 2018-02-08

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug, mit wenigstens einer Achse (1), welche zumindest zwei Räder und ein Differentialgetriebe(2) aufweist, mit wenigstens einer elektrischen Maschine (3), mittels welcher die Räder über das Differentialgetriebe (2) antreibbar sind, und mit einer Verbrennungskraftmaschine (4), mittels welcher die Räder über das Differentialgetriebe (2) antreibbar sind, wobei das Differentialgetriebe (2) einen Differentialkorb (5), drehbar an dem Differentialkorb (5) gehaltene und über den Differentialkorb (5) antreibbare Ausgleichsräder und von den Ausgleichsrädern antreibbare Abtriebsräder aufweist, über welche die Räder antreibbar sind, wobei ein ein drehfest mit dem Differentialkorb (5) verbundenes Stirnrad (8) aufweisendes Stirnradgetriebe (7) vorgesehen ist, über welches der Differentialkorb (5) von der elektrischen Maschine (3) antreibbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug gemäß dem Oberbegriff vom Patentanspruch 1 sowie ein Hybridfahrzeug mit einem solchen Antriebsstrang.
Ein solcher Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug sowie ein Hybridfahrzeug mit einem solchen Antriebsstrang sind bereits aus der DE 10 201 017 966 A1 bekannt. Der Antriebsstrang umfasst dabei wenigstens eine Achse, welche zumindest zwei Räder und ein Differentialgetriebe aufweist. Die Räder sind Bodenkontaktelemente, über welche das beispielsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildete Hybridfahrzeug auf einer Fahrbahn abrollt, wenn das Hybridfahrzeug entlang der Fahrbahn gefahren wird. Das Differentialgetriebe wird üblicherweise auch einfach als Differential, Ausgleichsgetriebe oder Achsgetriebe bezeichnet. Handelt es sich bei der Achse beispielsweise um eine Vorderachse, so wird das Differentialgetriebe auch als Vorderachsgetriebe bezeichnet. Ist die Achse beispielsweise eine Hinterachse, so wird das Differentialgetriebe auch als Hinterachsgetriebe bezeichnet.
Der Antriebsstrang umfasst wenigstens eine elektrische Maschine, mittels welcher die Räder über das Differentialgetriebe antreibbar sind. Durch das Antreiben der Räder wird das Hybridfahrzeug insgesamt mittels der elektrischen Maschine angetrieben. Der Antriebsstrang umfasst ferner eine Verbrennungskraftmaschine, mittels welcher die Räder und somit das Hybridfahrzeug über das Differentialgetriebe antreibbar sind. Das Differentialgetriebe wird somit genutzt, um von der elektrischen Maschine beziehungsweise von der Verbrennungskraftmaschine bereitgestellte Drehmomente zum Antreiben des Hybridfahrzeugs auf die Räder zu übertragen. Das Differentialgetriebe wird ferner genutzt, um bei einer Kurvenfahrt einen Drehzahlausgleich der Räder der Achse zu realisieren. Bei einer Kurvenfahrt lässt das Differentialgetriebe unterschiedliche Drehzahlen der Räder zu, sodass sich das kurvenäußere Rad mit einer höheren Drehzahl als das kurveninnere Rad drehen kann. Dadurch können übermäßige Verspannungen des Antriebsstrangs vermieden werden.
Dabei ist es allgemein bekannt, dass das Differentialgetriebe einen Differentialkorb sowie Ausgleichsräder umfasst, welche zumindest mittelbar drehbar an dem Differentialkorb gehalten und über den Differentialkorb von der elektrischen Maschine beziehungsweise von der Verbrennungskraftmaschine antreibbar sind. Ferner umfasst das Differentialgetriebe Abtriebsräder, welche von den Ausgleichsrädern antreibbar sind. Dabei stehen beispielsweise die Abtriebsräder in Eingriff mit den Ausgleichsrädern. Über die Abtriebsräder sind die Räder des Hybridfahrzeugs beziehungsweise des Antriebsstrangs antreibbar. Hierzu sind die Abtriebsräder beispielsweise mit jeweiligen, beispielsweise als Gelenkwellen ausgebildeten Abtriebs- oder Achswellen verbunden, über welche die Räder antreibbar sind.
Ferner offenbart die JP 2013-180623 A einen Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Antriebsstrang sowie ein Hybridfahrzeug der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders kosten- und bauraumgünstige Summierung von von der Verbrennungskraftmaschine und von der Elektromaschine bereitgestellten Drehmomenten realisierbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Antriebsstrang mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Hybridfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen wie beispielsweise einen Personenkraftwagen. Der Antriebsstrang umfasst wenigstens eine Achse, welche beispielsweise als Vorderachse oder Hinterachse ausgebildet ist. Die Achse weist zumindest zwei Räder und ein Differentialgetriebe auf, welches auch als Differential, Ausgleichsgetriebe oder Achsgetriebe bezeichnet wird. Die Räder sind Bodenkontaktelemente, über welche das Fahrzeug auf einer Fahrbahn abrollt, wenn das Hybridfahrzeug entlang der Fahrbahn gefahren wird. Dabei wird das Differentialgetriebe zur Realisierung eines Drehzahlausgleichs zwischen den antreibbaren beziehungsweise angetriebenen Rädern genutzt, wobei das Differentialgetriebe bei einer Kurvenfahrt unterschiedliche Drehzahlen der antreibbaren beziehungsweise angetriebenen Räder zulässt. Bei einer solchen Kurvenfahrt weist das kurvenäußere Rad eine höhere Drehzahl als das kurveninnere Rad auf. Hierdurch können übermäßige Verspannungen des Antriebsstrangs vermieden werden.
Der Antriebsstrang umfasst ferner wenigstens eine elektrische Maschine, welche beispielsweise in einem Motorbetrieb als Elektromotor betreibbar ist. Mittels der elektrischen Maschine sind die Räder über das Differentialgetriebe antreibbar. Hierzu stellt die Elektromaschine, insbesondere in einem Motorbetrieb, Drehmomente bereit, mittels welchen die Räder und somit das Hybridfahrzeug insgesamt über das Differentialgetriebe antreibbar sind. Der Antriebsstrang umfasst ferner eine Verbrennungskraftmaschine, mittels welcher die Räder über das Differentialgetriebe antreibbar sind. Somit ist das Hybridfahrzeug insgesamt mittels der Verbrennungskraftmaschine antreibbar.
Das Differentialgetriebe weist einen Differentialkorb sowie Ausgleichsräder auf, welche zumindest mittelbar drehbar an dem Differentialkorb gehalten und über den Differentialkorb antreibbar sind. Somit sind die Ausgleichsräder über den Differentialkorb von der elektrischen Maschine beziehungsweise von der Verbrennungskraftmaschine antreibbar. Das Differentialgetriebe umfasst ferner von den Ausgleichsrädern antreibbare Abtriebsräder, über welche die Räder antreibbar sind. Hierzu stehen beispielsweise die Abtriebsräder in Eingriff mit den Ausgleichsrädern. Ferner ist es denkbar, dass jeweilige Abtriebs- oder Achswellen vorgesehen sind, welche mit den Ausgleichsrädern drehfest verbunden sind, sodass die Abtriebs- beziehungsweise Achswellen von den Abtriebsrädern antreibbar sind. Dabei sind die Räder über die Abtriebs- beziehungsweise Achswellen von der Elektromaschine beziehungsweise Verbrennungskraftmaschine antreibbar. Zum Antreiben der Räder beziehungsweise des Hybridfahrzeugs insgesamt stellt die Verbrennungskraftmaschine Drehmomente bereit, welche über das Differentialgetriebe auf die Räder übertragen werden können.
Um nun eine besonders kosten- und bauraumgünstige Summierung der von der elektrischen Maschine und von der Verbrennungskraftmaschine bereitgestellten Drehmomente zum Antreiben der Räder beziehungsweise des Hybridfahrzeugs insgesamt realisieren zu können, ist erfindungsgemäß ein Stirnradgetriebe, insbesondere ein zumindest einstufiges Stirnradgetriebe vorgesehen, welches ein drehfest mit dem Differentialkorb verbundenes Stirnrad aufweist. Über das drehfest mit dem Differentialkorb verbundene Stirnrad ist der Differentialkorb von der elektrischen Maschine antreibbar. Da ferner der Differentialkorb von der Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist, ist es bei dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang möglich, alle im Antriebsstrang vorhandenen, von der Elektromaschine und der Verbrennungskraftmaschine bereitgestellten Drehmomente zum Antreiben der Räder direkt auf dem Differentialkorb zu summieren. Dadurch kann eine besonders kostengünstige Topologie des Antriebsstrangs realisiert werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Antriebssträngen kann die Teileanzahl zur Summierung der Drehmomente besonders gering gehalten werden. Ferner können besonders kostengünstige Komponenten zum Einsatz kommen, um die Summierung der Drehmomente zum Antreiben des Hybridfahrzeugs direkt auf dem Differentialkorb durchzuführen. Da die von der Verbrennungskraftmaschine und von der elektrischen Maschine bereitgestellten Drehmomente zum Antreiben der Räder und somit des Hybridfahrzeugs insgesamt direkt auf dem Differentialkorb summiert werden können, kann eine besonders kompakte Bauweise realisiert werden, sodass der Bauraumbedarf des Antriebsstrangs besonders gering gehalten werden kann. Darüber hinaus kann eine auf den Antriebsstrang wirkende Belastung, insbesondere in einem Zug-Lastfall beziehungsweise in einem Zugbetrieb, gering gehalten werden.
Üblicherweise sind beispielsweise drehbare Komponenten des Antriebsstrangs mittels einer Lagerung gelagert, wobei die Belastung der Lagerung, insbesondere in dem Zug-Lastfall, besonders gering gehalten werden kann. Dies ist insbesondere vorteilhaft in dem Zug-Lastfall, da in dem Zug-Lastfall üblicherweise die maximale Belastung des Antriebsstrangs auftritt. Das Differentialgetriebe und das beispielsweise zumindest einstufige Stirnradgetriebe stellen beispielsweise ein Hybridgetriebe dar, wobei es mittels des Hybridgetriebes möglich ist, alle im Hybridgetriebe vorhandenen Drehmomente zum Antreiben der Räder direkt über das Differential, insbesondere auf dem Differentialkorb, zu summieren, sodass der Einsatz von aufwendigen zusätzlichen Getrieben und/oder Motoren vermieden werden kann.
Der Erfindung liegt dabei insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass bei Hybridfahrzeugen ein die Verbrennungskraftmaschine umfassender erster Teilantriebsstrang und ein die elektrische Maschine umfassender zweiter Teilantriebsstrang zum Einsatz kommen. Um ein solches Hybridfahrzeug mittels der Verbrennungskraftmaschine und mittels der elektrischen Maschine über eine gemeinsame Achse antreiben zu können, ist es üblicherweise erforderlich, die Teilantriebsstränge miteinander zu verbinden beziehungsweise zu koppeln oder zu kombinieren. So ist es möglich, die Energie beider Teilantriebsstränge zu nutzen, um eine besonders große Antriebsleistung zu erzielen.
Dabei existiert üblicherweise das Problem, dass zum Verbinden der Teilantriebsstränge Getriebevorrichtungen zum Einsatz kommen, wobei die von der Verbrennungskraftmaschine und von Elektromaschine bereitgestellten Drehmomente an unterschiedlichen Stellen in einer solchen Getriebevorrichtung wirken. Üblicherweise kommen zur Summierung der von der Verbrennungskraftmaschine oder von der elektrischen Maschine bereitgestellten Drehmomente zum Antreiben des Hybridfahrzeugs Getriebetopologien zum Einsatz, die die Summierung der Drehmomente in der Regel mithilfe von zusätzlichen Stützmomenten aus Planetengetrieben und mit der Hilfe von weiteren elektrischen Maschinen durchführen. Diese Summierung findet üblicherweise entweder vor oder hinter einem Schalt- oder Automatikgetriebe statt. Da üblicherweise zusätzliche Planetengetriebe und elektrische Maschinen zum Einsatz kommen, weisen übliche Antriebsstränge eine hohe Teileanzahl und einen hohen Bauraumbedarf auf. Diese Probleme und Nachteile können mittels dieser erfindungsgemäßen Antriebsstrangs vermieden werden, da es mittels dessen Topologie möglich ist, die Drehmomente direkt über das ohnehin zum Einsatz kommende Differentialgetriebe zu summieren, sodass auf zusätzliche Komponenten verzichtet und der Bauraumbedarf besonders gering gehalten werden kann.
Vorzugsweise ist das Stirnradgetriebe als zumindest zweistufiges Stirnradgetriebe ausgebildet. Mit anderen Worten weist das Stirnradgetriebe vorzugsweise zumindest zwei Stufen auf, welche sich vorzugsweise in ihren Übersetzungen voneinander unterscheiden. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte Gesamtübersetzung des Stirnradgetriebes geschaffen werden, sodass der Bauraumbedarf besonders gering gehalten werden kann.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist ein von dem Stirnrad unterschiedliches und drehfest mit dem Differentialkorb verbundenes Tellerrad vorgesehen, welches zusätzlich zu dem genannten Stirnrad zum Einsatz kommt. Dabei ist der Differentialkorb über das Tellerrad von der Verbrennungskraftmaschine antreibbar. Hierdurch ist eine besonders platzsparende Summierung der Drehmomente realisierbar.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Tellerrad eine erste Komponente eines Kegelradgetriebes, welches ein von der Verbrennungskraftmaschine antreibbares und mit dem Tellerrad in Eingriff stehendes Ritzel als zweite Komponente umfasst. Das Ritzel ist beispielsweise ein Kegelrad, welches von der Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist, sodass das Tellerrad über das Ritzel von der Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist. Zumindest der Differentialkorb ist über das Tellerrad und das Ritzel von der Verbrennungskraftmaschine antreibbar. Durch den Einsatz des Kegelradgetriebes kann eine besonders kompakte und effiziente Summierung der Drehmomente durchgeführt werden.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Kegelradgetriebe als Hypoid-Kegelradgetriebe ausgebildet wird. Ein solches Hypoid-Kegelradgetriebe wird auch als Hypoid-Antrieb, Hypoid-Radsatz oder Hypoid-Getriebe bezeichnet. Das Hypoid-Kegelradgetriebe ist eine Bauart des Kegelradgetriebes, wobei in dem Hypoid-Kegelradgetriebe die jeweiligen Achsen des Ritzels und des Tellerrads zueinander versetzt sind und sich somit nicht schneiden. Durch den Einsatz des Hypoid-Kegelradgetriebes kann eine besonders effiziente sowie bauraum- und kostengünstige Summierung der Drehmomente realisiert werden.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das Stirnrad schräg verzahnt ist und eine solche Schrägungsrichtung aufweist, dass sich Axialkräfte des Hypoid- Kegelradgetriebes und Axialkräfte des Stirnrads, insbesondere in einem Zugbetrieb, gegenseitig aufheben. Hierdurch können auf den Antriebsstrang, insbesondere auf Lagerungen des Antriebsstrangs, wirkende Belastungen besonders gering gehalten werden. Unter dem zuvor genannten Zugbetrieb ist der beschriebene Zug-Lastfall zu verstehen, wobei die Räder in dem Zugbetrieb von der Verbrennungskraftmaschine und/oder von der elektrischen Maschine angetrieben werden. Dies bedeutet, dass die Räder in dem Zugbetrieb von der Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise von der elektrischen Maschine angetrieben werden. Dabei ist es denkbar, dass der Antriebsstrang in einem Schubbetrieb betreibbar ist, in welchem die Verbrennungskraftmaschine und/oder elektrische Maschine von den Rädern angetrieben werden.
Um den Bauraumbedarf des Antriebsstrangs besonders gering zu halten, ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die elektrische Maschine achsparallel zu dem Differentialgetriebe angeordnet ist. Dabei umfasst die elektrische Maschine beispielsweise einen Rotor und einen Stator, wobei der Rotor um eine erste Drehachse relativ zu dem Stator drehbar ist. Dabei stellt die elektrische Maschine über ihren Rotor Drehmomente zum Antreiben der Räder beziehungsweise des Hybridfahrzeugs insgesamt bereit.
Ferner ist der Differentialkorb um eine zweite Drehachse drehbar, sodass sich der Differentialkorb um die zweite Drehachse dreht, wenn der Differentialkorb von der elektrischen Maschine beziehungsweise von der Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird. Bei der achsparallelen Anordnung verläuft die erste Drehachse zumindest im Wesentlichen parallel zur zweiten Drehachse, wodurch der Bauraumbedarf besonders gering gehalten werden kann.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Stirnradgetriebe ein drehfest mit dem Rotor der elektrischen Maschine verbundenes zweites Stirnrad. Dadurch können die Drehmomente besonders effizient und effektiv summiert werden.
Dabei ist es denkbar, dass das Stirnradgetriebe ein Zwischenrad umfasst. Das Zwischenrad ist ein Zahnrad, welches mit dem ersten Stirnrad und mit dem zweiten Stirnrad über jeweilige Verzahnungen in Eingriff steht, sodass das erste Stirnrad und somit der Differentialkorb über das Zwischenrad und das zweite Stirnrad von der elektrischen Maschine antreibbar sind. Durch die drei Stirnräder ist eine sogenannte Stirnradkaskade gebildet, mittels welcher sich auf einfache Weise ein hinreichender Achsabstand zwischen dem Differentialkorb und der elektrischen Maschine realisieren lässt. Dabei kann beispielsweise auf eine Zwischenwelle für das Zwischenrad verzichtet werden.
Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Stirnradgetriebe ein mit dem zweiten Stirnrad in Eingriff stehendes drittes Stirnrad und ein koaxial zum dritten Stirnrad angeordnetes, drehfest mit dem dritten Stirnrad verbundenes und in Eingriff mit dem ersten Stirnrad stehendes viertes Stirnrad aufweist. Dadurch kann der Differentialkorb über das Stirnradgetriebe besonders effizient und platzsparend von der elektrischen Maschine angetrieben werden, sodass die von der Verbrennungskraftmaschine und von der Elektromaschine bereitgestellten Drehmomente besonders vorteilhaft summiert werden können.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Hybridfahrzeug, welches vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildet ist. Dabei umfasst das erfindungsgemäße Hybridfahrzeug den erfindungsgemäßen Antriebsstrang. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltung des ersten Aspekts der Erfindung sind dabei als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltung des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit der zugehörigen Zeichnung. Dabei zeigt die einzige Fig. ausschnittsweise eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs für ein Hybridfahrzeug, mit einem einen Differentialkorb aufweisenden Differentialgetriebe, mit einer elektrischen Maschine, und mit einem zweistufigen Stirnradgetriebe, über welches der Differentialkorb von der elektrischen Maschine antreibbar ist.
Die Fig. zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Darstellung einen Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen wie beispielsweise einen Personenkraftwagen. Der Antriebsstrang umfasst eine Achse 1, welche auch als Radachse bezeichnet wird und zumindest zwei in der Fig. nicht dargestellte Räder aufweist. Die Räder werden auch als Fahrzeugräder bezeichnet und sind in Fahrzeugquerrichtung voneinander beabstandet, sodass eines der Räder das linke Rad und das andere der Räder das rechte Rad ist. Die Räder sind Bodenkontaktelemente, über welche das Hybridfahrzeug auf einer Fahrbahn abrollt, wenn das Hybridfahrzeug entlang der Fahrbahn gefahren wird. Die Achse 1 und somit der Antriebsstrang insgesamt umfassen ferner ein Differentialgetriebe 2, welches auch als Achsgetriebe, Ausgleichsgetriebe oder einfach als Differential bezeichnet wird. Ferner umfasst der Antriebsstrang wenigstens eine elektrische Maschine 3, welche beispielsweise in einem Motorbetrieb als Elektromotor betreibbar ist. Mittels der elektrischen Maschine 3, insbesondere in ihrem Motorbetrieb, sind die Räder der Achse 1 über das Differentialgetriebe 2 antreibbar. Um die elektrische Maschine 3 in dem Motorbetrieb zu betreiben, umfasst der Antriebsstrang beispielsweise wenigstens einen in der Fig. nicht dargestellten Energiespeicher, welcher insbesondere als Hochvolt-Energiespeicher (HV-Energiespeicher) ausgebildet ist. In dem Energiespeicher ist elektrische Energie gespeichert, mittels welcher die elektrische Maschine 3 in dem Motorbetrieb betrieben werden kann. Hierzu wird die elektrische Maschine 3 mit der in dem Energiespeicher gespeicherten elektrischen Energie versorgt.
Der Antriebsstrang umfasst ferner eine in der Fig. besonders schematisch dargestellte Verbrennungskraftmaschine 4, mittels welcher die Räder über das Differentialgetriebe 2 antreibbar sind. Durch das Antreiben der Räder wird das Hybridfahrzeug insgesamt angetrieben. Die Verbrennungskraftmaschine 4 wird auch als Verbrennungsmotor bezeichnet und umfasst eine in der Fig. nicht erkennbare Abtriebswelle. Die Verbrennungskraftmaschine 4 ist beispielsweise als Hubkolbenmaschine ausgebildet, sodass die Abtriebswelle als Kurbelwelle ausgebildet ist. Über die Abtriebswelle kann die Verbrennungskraftmaschine 4 Drehmomente zum Antreiben der Räder und somit des Hybridfahrzeugs bereitstellen. Dabei ist die Abtriebswelle an wenigstens einem Gehäuseelement der Verbrennungskraftmaschine 4 drehbar gelagert und um eine erste Drehachse relativ zu dem Gehäuseelement drehbar. Die elektrische Maschine 3 umfasst einen Stator und einen Rotor, welcher um eine zweite Drehachse relativ zu dem Stator drehbar ist. Über den Rotor kann die elektrische Maschine 3 Drehmomente zum Antreiben der Räder und somit des Hybridfahrzeugs insgesamt bereitstellen.
Das Differentialgetriebe 2 umfasst einen Differentialkorb 5, welcher von der elektrischen Maschine 3 und von der Verbrennungskraftmaschine 4, insbesondere über den Rotor beziehungsweise über die Abtriebswelle, antreibbar ist. Ferner umfasst das Differentialgetriebe 2 Ausgleichsräder, welche in der Fig. nicht dargestellt sind. Die Ausgleichsräder sind zumindest mittelbar drehbar an dem Differentialkorb 5 gelagert, sodass die Ausgleichsräder relativ zu dem Differentialkorb 5 drehbar sind. Hierzu umfasst der Differentialkorb 5 Aufnahmen 6, welche vorliegend als Durchgangsöffnungen ausgebildet sind. In den Aufnahmen 6 ist ein Bolzenelement aufnehmbar, über welches die Ausgleichsräder drehbar an dem Differentialkorb 5 gelagert sind. Die Ausgleichsräder sind dabei in dem Differentialkorb 5 angeordnet.
Ferner umfasst das Differentialgetriebe 2 in der Fig. nicht dargestellte Abtriebsräder, welche von den Ausgleichsrädern antreibbar sind. Hierzu stehen die Abtriebsräder mit den Ausgleichsrädern über jeweilige Verzahnungen in Eingriff. Beispielsweise sind die Abtriebsräder und/oder die Ausgleichsräder als Kegelräder ausgebildet. Da die Ausgleichsräder von dem Differentialkorb 5 und somit über den Differentialkorb 5 von der Verbrennungskraftmaschine 4 beziehungsweise von der elektrischen Maschine 3 antreibbar sind, sind die Abtriebsräder über die Ausgleichsräder und den Differentialkorb 5 von der elektrischen Maschine 3 beziehungsweise von der Verbrennungskraftmaschine 4 antreibbar.
Der Antriebsstrang umfasst ferner in der Fig. nicht dargestellte Achswellen, welche auch als Abtriebswellen bezeichnet werden und beispielsweise als Gelenkwellen ausgebildet sind. Dabei sind die Abtriebsräder, welche beispielsweise zumindest teilweise in dem Differentialkorb 5 angeordnet sind, drehfest mit den Achswellen verbunden, sodass die Achswellen von den Abtriebsrädern und über diese von der elektrischen Maschine 3 beziehungsweise von der Verbrennungskraftmaschine 4 antreibbar sind. Dabei ist eine der Achswellen einem der Räder zugeordnet, wobei die andere Achswelle dem anderen Rad zugeordnet ist. Somit sind die Räder über die Achswellen antreibbar, sodass die Räder über die Achswellen, die Abtriebsräder, die Ausgleichsräder und den Differentialkorb 5 von der elektrischen Maschine 3 beziehungsweise von der Verbrennungskraftmaschine 4 antreibbar sind. Der Antriebsstrang ist dabei in einem Zugbetrieb betreibbar, in welchem die Räder und somit das Hybridfahrzeug insgesamt von der Verbrennungskraftmaschine 4 und/oder von der elektrischen Maschine 3 angetrieben werden. Ferner kann der Antriebsstrang in einem Schubbetrieb betrieben werden, in welchem die Verbrennungskraftmaschine 4 und/oder die elektrische Maschine 3 von den Rädern des sich bewegenden Hybridfahrzeugs angetrieben wird. Wird beispielsweise in dem Schubbetrieb die elektrische Maschine 3 von den Rädern und somit von dem sich bewegenden Hybridfahrzeug angetrieben, so wird die elektrische Maschine 3 beispielsweise in einem Generatorbetrieb als Generator betrieben. Dabei wird der Generator mittels kinetischer Energie des Hybridfahrzeugs angetrieben, wobei mittels des Generators zumindest ein Teil der kinetischen Energie des Hybridfahrzeugs in elektrische Energie umgewandelt wird. Hierdurch wird beispielsweise das Hybridfahrzeug abgebremst, das heißt verlangsamt. Der Generator stellt die elektrische Energie in dem Schubbetrieb bereit, sodass die elektrische Energie beispielsweise in dem Energiespeicher gespeichert werden kann. Diese Umwandlung der kinetischen Energie in elektrische Energie mittels des Generators wird auch als Rekuperation bezeichnet.
Das Differentialgetriebe 2 und somit der Differentialkorb 5 insgesamt sind um eine dritte Drehachse drehbar, sodass sich das Differentialgetriebe 2 und somit der Differentialkorb 5 insgesamt um die dritte Drehachse drehen, wenn das Differentialgetriebe 2 beziehungsweise der Differentialkorb 5 von der Verbrennungskraftmaschine 4 beziehungsweise von der elektrischen Maschine 3 angetrieben werden. Bei dem in der Fig. veranschaulichten Ausführungsbeispiel verläuft die erste Drehachse zumindest im Wesentlichen senkrecht zur dritten Drehachse. Ferner ist es bei dem in der Fig. veranschaulichten Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die elektrische Maschine 3 achsparallel zu dem Differentialgetriebe 2 beziehungsweise zu dem Differentialkorb 5 angeordnet ist, sodass die zweite Drehachse zumindest im Wesentlichen parallel zur dritten Drehachse verläuft, wobei die zweite Drehachse von der dritten Drehachse beabstandet ist.
Um nun die von der elektrischen Maschine 3 und von der Verbrennungskraftmaschine 4 bereitgestellten Drehmomente zum Antreiben der Räder beziehungsweise des Hybridfahrzeugs besonders bauraum- und kostengünstig summieren zu können, ist ein vorliegend zweistufiges Stirnradgetriebe 7 vorgesehen, über welches der Differentialkorb 5 von der elektrischen Maschine 3 antreibbar ist. Dies bedeutet, dass die elektrische Maschine 3 über das zweistufige Stirnradgetriebe 7 mit dem Differentialkorb 5 gekoppelt ist. Das zweistufige Stirnradgetriebe 7 umfasst dabei ein erstes Stirnrad 8, welches zumindest mittelbar, insbesondere direkt, drehfest mit dem Differentialkorb 5 verbunden ist. Mit anderen Worten ist die elektrische Maschine 3 über das Stirnradgetriebe 7, welches vorliegend genau zwei Stufen 9 und 10 aufweist, an das Differentialgetriebe 2, insbesondere an den Differentialkorb 5, angebunden. Zur Anbindung der Verbrennungskraftmaschine 4 an das Differentialgetriebe 2, insbesondere an den Differentialkorb 5, ist ein vorliegend als Hypoidkegelradgetriebe 11 ausgebildetes Kegelradgetriebe vorgesehen, welches ein von dem Stirnrad 8 unterschiedliches, zusätzlich zu dem Stirnrad 8 vorgesehenes Tellerrad 12 und ein als Kegelrad ausgebildetes Ritzel 13 umfasst, welches mit dem Tellerrad 12 in Eingriff steht. Das Ritzel 13 ist dabei über die Abtriebswelle von der Verbrennungskraftmaschine 4 antreibbar, sodass das Tellerrad 12 über das Ritzel 13 und die Abtriebswelle von der Verbrennungskraftmaschine 4 antreibbar sind. Dabei ist das Tellerrad 12 zumindest mittelbar, insbesondere direkt, drehfest mit dem Differentialkorb 5 verbunden, sodass der Differentialkorb 5 über das Tellerrad 12, das Ritzel 13 und die Abtriebswelle von der Verbrennungskraftmaschine 4 antreibbar ist. Ferner ist der Differentialkorb 5 über das Stirnrad 8 und den Rotor von der elektrischen Maschine 3 antreibbar. Die Summierung der von der elektrischen Maschine 3 und von der Verbrennungskraftmaschine 4 bereitgestellten Drehmomente zum Antreiben des Hybridfahrzeugs erfolgt somit direkt auf dem Differentialkorb 5, sodass der Bauraumbedarf, die Teileanzahl, die Kosten und das Gewicht des Antriebsstrangs besonders gering gehalten werden können. Das Stirnrad 8 und das Tellerrad 12 sind dabei entlang der dritten Drehachse voneinander beabstandet und koaxial zueinander angeordnet.
Aus der Fig. ist erkennbar, dass das Stirnrad 8 Bestandteil der zweiten Stufe 10 des Stirnradgetriebes 7 ist. Das Stirnradgetriebe 7 umfasst ein zweites Stirnrad 14, welches Bestandteil der ersten Stufe 9 des Stirnradgetriebes 7 ist. Dabei ist das zweite Stirnrad 14 drehfest mit dem Rotor der elektrischen Maschine 3 verbunden. Hierzu ist beispielsweise eine Welle 15 vorgesehen, auf welcher das zweite Stirnrad 14 angeordnet ist. Dabei ist das zweite Stirnrad 14 beispielsweise drehfest mit der Welle 15 verbunden, wobei die Welle 15 von dem Rotor der elektrischen Maschine 3 antreibbar ist beziehungsweise drehfest mit dem Rotor der elektrischen Maschine 3 verbunden ist. Somit ist das zweite Stirnrad 14 über die Welle 15 von dem Rotor der elektrischen Maschine 3 beziehungsweise von der elektrischen Maschine 3 selbst antreibbar.
Die erste Stufe 9 und somit das Stirnradgetriebe 7 umfassen ein drittes Stirnrad 16, welches mit dem zweiten Stirnrad 14 in Eingriff steht. Dadurch ist das dritte Stirnrad 16 von dem zweiten Stirnrad 14 antreibbar, sodass das Stirnrad 16 über das Stirnrad 14 und die Welle 15 von der elektrischen Maschine 3 antreibbar ist.
Die zweite Stufe 10 und somit das Stirnradgetriebe 7 umfassen ein viertes Stirnrad 17, welches drehfest mit dem Stirnrad 16 verbunden ist und mit dem Stirnrad 8 in Eingriff steht. Somit ist das Stirnrad 17 von dem Stirnrad 16 antreibbar, wobei das Stirnrad 8 von dem Stirnrad 17 antreibbar ist. Insgesamt ist erkennbar, dass das Stirnrad 8 über die Stirnräder 17, 16, 14 und die Welle 15 von der elektrischen Maschine 3 antreibbar ist. Dabei sind die Stirnräder 16 und 17 beispielsweise auf einer weiteren Welle 18 angeordnet und drehfest mit der weiteren Welle 18 verbunden, sodass das Stirnrad 17 beispielsweise über die Welle 18 von dem Stirnrad 16 angetrieben werden kann. Die Wellen 15 und 18 sind dabei über jeweilige Lagerungen 19 und 20 drehbar, beispielsweise an jeweiligen Gehäuseelementen, gelagert, wobei die Lagerungen 19 und 20 jeweilige Lagerelemente 21 umfassen. Die Lagerelemente 21 sind beispielsweise als Wälzlager ausgebildet. Ferner sind die Stirnräder 16 und 17 koaxial zueinander angeordnet.
Der zuvor beschriebene Zugbetrieb wird auch als Zug-Lastfall bezeichnet, in welchem besonders hohe Kräfte beziehungsweise Leistungen zum Antreiben des Hybridfahrzeugs wirken können. Um nun auf den Antriebsstrang, insbesondere auf die Lagerungen 19 und 20, wirkende Belastungen besonders gering zu halten, ist zumindest das Stirnrad 8 schräg verzahnt, wobei das Stirnrad 8 vorzugsweise eine solche Schrägungsrichtung aufweist, dass Axialkräfte des Hypoidkegelradgetriebes 11 und Axialkräfte des Stirnrads 8 sich im Zug-Lastfall gegenseitig aufheben. Vorliegend sind auch die Stirnräder 14, 16 und 17 schräg verzahnt.
Aus der Fig. ist erkennbar, dass das Differentialgetriebe 2 und das Stirnradgetriebe 7 ein Hybridgetriebe mit einer besonders vorteilhaften Topologie bilden. Durch die Topologie des Hybridgetriebes ist es möglich, alle in dem Hybridgetriebe vorhandenen Drehmomente zum Antreiben der Räder und somit des Hybridfahrzeugs direkt über dem Differentialgetriebe 2 zu summieren, sodass auf aufwendige zusätzliche Getriebe oder Motoren zum Summieren der Drehmomente verzichtet werden kann. Dadurch können die Teileanzahl und somit das Gewicht und der Bauraumbedarf des Hybridgetriebes und somit des Antriebsstrangs insgesamt besonders gering gehalten werden.
Bezugszeichenliste

1: Achse
2: Differentialgetriebe
3: elektrische Maschine
4: Verbrennungskraftmaschine
5: Differentialkorb
6: Aufnahme
7: Stirnradgetriebe
8: erstes Stirnrad
9: Stufe
10: Stufe
11: Hypoidkegelradgetriebe
12: Tellerrad
13: Ritzel
14: zweites Stirnrad
15: Welle
16: drittes Stirnrad
17: viertes Stirnrad
18: Welle
19: Lagerung
20: Lagerung
21: Lagerelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10201017966 A1 [0002]
JP 2013-180623 A [0005]

Claims

Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug, mit wenigstens einer Achse (1), welche zumindest zwei Räder und ein Differentialgetriebe(2) aufweist, mit wenigstens einer elektrischen Maschine (3), mittels welcher die Räder über das Differentialgetriebe (2) antreibbar sind, und mit einer Verbrennungskraftmaschine (4), mittels welcher die Räder über das Differentialgetriebe (2) antreibbar sind, wobei das Differentialgetriebe (2) einen Differentialkorb (5), drehbar an dem Differentialkorb (5) gehaltene und über den Differentialkorb (5) antreibbare Ausgleichsräder und von den Ausgleichsrädern antreibbare Abtriebsräder aufweist, über welche die Räder antreibbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein ein drehfest mit dem Differentialkorb (5) verbundenes Stirnrad (8) aufweisendes Stirnradgetriebe (7) vorgesehen ist, über welches der Differentialkorb (5) von der elektrischen Maschine (3) antreibbar ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stirnradgetriebe (7) als zumindest zweistufiges Stirnradgetriebe (7) ausgebildet ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein von dem Stirnrad (8) unterschiedliches und drehfest mit dem Differentialkorb (5) verbundenes Tellerrad (12) vorgesehen ist, über welches der Differentialkorb (5) von der Verbrennungskraftmaschine (4) antreibbar ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Tellerrad (12) eine erste Komponente eines Kegelradgetriebes (11) ist, welches ein von der Verbrennungskraftmaschine (4) antreibbares und mit dem Tellerrad (12) in Eingriff stehendes Ritzel (13) als zweite Komponente umfasst.
Antriebsstrang nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kegelradgetriebe (11) als Hypoidkegelradgetriebe ausgebildet ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Stirnrad (8) schrägverzahnt ist und eine solche Schrägungsrichtung aufweist, dass sich Axialkräfte des Hypoidkegelradgetriebes und Axialkräfte des Stirnrads (8), insbesondere in einem Zugbetrieb, gegenseitig aufheben.
Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (3) achsparallel zu dem Differentialgetriebe (2) angeordnet ist.
Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (3) einen Rotor aufweist, über welchen die elektrische Maschine (3) Drehmomente zum Antreiben der Räder bereitstellt, wobei das Stirnradgetriebe (7) ein drehfest mit dem Rotor verbundenes zweites Stirnrad (14) umfasst.
Antriebsstrang nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Stirnradgetriebe (7) ein mit dem zweiten Stirnrad (14) in Eingriff stehendes drittes Stirnrad (16) und ein koaxial zum dritten Stirnrad (16) angeordnetes, drehfest mit dem dritten Stirnrad (16) verbundenes und in Eingriff mit dem ersten Stirnrad (8) stehendes viertes Stirnrad (17) aufweist.
Hybridfahrzeug, mit einem Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche.