DE102017111251B4 - Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges Download PDF

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Abstract

Antriebsstrang (1) eines Kraftfahrzeuges (2), zumindest umfassend eine permanent angetriebene Primärachse (3) zum Antrieb von an der Primärachse (3) anordenbaren Rädern (4) sowie eine der Primärachse (3) über eine Zuschalteinrichtung (5) zuschaltbare Sekundärachse (6), an der Räder (4) anordenbar sind, so dass eine Antriebsleistung des Antriebsstrangs (1) zumindest teilweise von der Primärachse (3) über eine Verbindungswelle (7) auf die Sekundärachse (6) schaltbar übertragbar ist, wobei die Verbindungswelle (7) über zumindest eine erste Kupplung (8) von den Rädern (4) an der Primärachse (3) und über zumindest eine zweite Kupplung (9) von den Rädern (4) an der Sekundärachse (6) entkoppelbar ist; wobei der Antriebsstrang (1) zumindest eine elektrische Maschine (10) zum Antrieb des Kraftfahrzeuges (2) umfasst, wobei ein elektrisches Antriebsdrehmoment (11) der zumindest einen elektrischen Maschine (10) ausschließlich über die Primärachse (3) in den Antriebsstrang (1) einleitbar ist; wobei die Sekundärachse (6) differentiallos ausgeführt ist und zumindest eine zweite Kupplung (9) aufweist, wobei jedes an der Sekundärachse (6) anordenbare Rad (4) über eine eigene zweite Kupplung (9) von der Verbindungswelle (7) entkoppelbar ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges sowie ein Kraftfahrzeug selbst. Der Antriebsstrang umfasst eine permanent angetriebene Primärachse zum Antrieb von an der Primärachse anordenbaren Rädern sowie eine der Primärachse über eine Zuschalteinrichtung zuschaltbare Sekundärachse, an der Räder anordenbar sind, so dass eine Antriebsleistung des Antriebsstrangs zumindest teilweise von der Primärachse über eine Verbindungswelle auf die Sekundärachse schaltbar übertragbar ist, wobei die Verbindungswelle über zumindest eine erste Kupplung von den Rädern an der Primärachse und über zumindest eine zweite Kupplung von den Rädern an der Sekundärachse entkoppelbar ist.
  • Ein derartiger Antriebsstrang ist z. B. aus der EP 2 116 411 A1 bekannt. Als Antriebseinheit hierfür wird eine Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen. Dort wird der Antriebsstrang zur Reduzierung von Reibungsverlusten eingesetzt. Der Antriebsstrang dient zum permanenten Antrieb einer ersten Achse und zum Zuschalten einer zweiten Achse. Eine Verbindungswelle zwischen der ersten Achse und der zweiten Achse kann entkoppelt werden, so dass das Gewicht der mitdrehenden Massen und die durch zusätzliche drehende Massen verursachten Reibungsverluste reduziert werden können.
  • Bei Antriebssträngen, die elektrische Maschinen zum Antrieb der Achsen umfassen, werden für allradangetriebene Kraftfahrzeuge immer mehrere elektrische Maschinen vorgesehen, wobei die eine elektrische Maschine zum Antrieb der ersten Achse und die andere elektrische Maschine zum Antrieb der zweiten Achse vorgesehen ist. Dies wurde bisher als erforderlich angesehen, weil so eine symmetrische Gewichtsverteilung und eine Reduzierung der drehenden Massen erreicht werden konnte. Dies erfordert jedoch einen aufeinander abgestimmten Betrieb und daher eine aufwendige Regelung der zwei elektrischen Maschinen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, die mit Bezug auf den Stand der Technik vorhandenen Probleme zumindest teilweise zu lösen und insbesondere einen alternativen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit zuschaltbaren Allradantrieb bereitzustellen.
  • Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Antriebsstrang gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Antriebsstrangs sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
  • Hierzu trägt ein Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges bei, welcher zumindest eine permanent angetriebene Primärachse zum Antrieb von an der Primärachse anordenbaren Rädern sowie eine der Primärachse über eine Zuschalteinrichtung zuschaltbare Sekundärachse aufweist, an der Räder anordenbar sind, so dass eine Antriebsleistung des Antriebsstrangs zumindest teilweise von der Primärachse über eine Verbindungswelle auf die Sekundärachse schaltbar übertragbar ist. Die Verbindungswelle ist über zumindest eine erste Kupplung von den Rädern an der Primärachse und über zumindest eine zweite Kupplung von den Rädern an der Sekundärachse entkoppelbar. Der Antriebsstrang umfasst zumindest eine elektrische Maschine zum Antrieb des Kraftfahrzeuges, wobei ein elektrisches Antriebsdrehmoment der zumindest einen elektrischen Maschine ausschließlich über die Primärachse in den Antriebsstrang einleitbar ist.
  • Die Primärachse ist insbesondere eine Vorderachse oder eine Hinterachse eines Kraftfahrzeuges. Die Sekundärachse ist die jeweils andere Achse von Vorderachse und Hinterachse.
  • Die Zuschalteinrichtung umfasst insbesondere eine Längswelle, über die ein Antriebsdrehmoment von der Primärachse auf die Sekundärachse übertragbar ist.
  • Die Verbindungswelle ist sowohl von der Primärachse als auch von der Sekundärachse bzw. von den dort angeordneten Rädern entkoppelbar, so dass bei ausschließlichem Antrieb der Primärachse über das elektrische Antriebsdrehmoment zumindest die Verbindungswelle nicht mitrotiert. Derart können die drehenden Massen des Antriebsstrangs und die dadurch auftretenden Reibungsverluste reduziert werden, so dass eine Reichweite des Kraftfahrzeuges aufgrund der geringeren erforderlichen Antriebsleistung vergrößert werden kann.
  • Insbesondere wird die elektrische Maschine ausschließlich zur Bereitstellung eines Antriebsdrehmomentes für den Antriebsstrang vorgesehen. Es ist möglich, zusätzlich zu der elektrischen Maschine einen Verbrennungsmotor vorzusehen, der zusammen mit der elektrischen Maschine ein Antriebsdrehmoment (über die Primärachse) erzeugt. Ggf. kann eine zweite elektrische Maschine vorgesehen sein, die insbesondere eine unterschiedliche, bevorzugt geringere elektrische Nennleistung aufweist als die (erste) elektrische Maschine. Insbesondere können die elektrischen Maschinen zusammen zur Bereitstellung eines Antriebsdrehmoments (über die Primärachse) genutzt werden. Bevorzugt kann zumindest eine elektrische Maschine zumindest zeitweise als Generator genutzt werden.
  • Bevorzugt wird das bereitgestellte Antriebsdrehmoment mit einer konstanten und einzigen Übersetzung auf die Primärachse übertragen. Besonders bevorzugt ist ein Getriebe vorgesehen, über das höchstens zwei Gänge (in einer Fahrtrichtung) bereitgestellt werden. In Zusammenspiel mit einer Verbrennungskraftmaschine ist aber auch ein Betrieb in einem CVT-Modus (continous variable transmission) möglich, bei dem sich die elektrische Maschine und die Verbrennungskraftmaschine gegenseitig abstützen, z. B. über ein Planetengetriebe. Insbesondere ist in jedem Fall zusätzlich ein Antrieb zumindest der Primärachse in der anderen Drehrichtung möglich (Rückwärtsgang).
  • Erfindungsgemäß ist die Sekundärachse differentiallos (also ohne Differential) ausgeführt und weist zwei zweite Kupplungen auf, wobei jedes an der Sekundärachse anordenbare Rad über eine eigene zweite Kupplung von der Verbindungswelle entkoppelbar ist. Insbesondere sind die Räder über Seitenwellen mit den Kupplungen verbunden. Bevorzugt ist jede der zweiten Kupplungen individuell ansteuerbar, so dass sich ein definiertes Schlupfverhalten einstellen lässt. Dadurch kann neben einem Querausgleich (also dem Ausgleich oder Einstellen von Drehzahldifferenzen von Rädern der gleichen Achse) auch ein Längsausgleich erfolgen (also ein Ausgleich oder Einstellen von Drehzahldifferenzen von Rädern unterschiedlicher Achsen). Auch ein gezieltes Einstellen eines Giermoments kann durch die individuelle Ansteuerung jeder der zweiten Kupplungen ermöglicht werden.
  • Insbesondere ist die zumindest eine zweite Kupplung eine Lamellenkupplung. Bevorzugt sind beide zweite Kupplungen Lamellenkupplungen.
  • Insbesondere ist die Verbindungswelle über ein erstes Winkelgetriebe mit der Primärachse und über ein zweites Winkelgetriebe mit der Sekundärachse verbunden, wobei das erste Winkelgetriebe zwischen der ersten Kupplung und der Verbindungswelle und das zweite Winkelgetriebe zwischen der mindestens einen zweiten Kupplung und der Verbindungswelle angeordnet ist. Dabei können die Primärachse und/oder die Sekundärachse auch mehrere Wellen aufweisen, die z. B. parallel oder sogar koaxial zueinander angeordnet sind. Das erste Winkelgetriebe und das zweite Winkelgetriebe verbinden die Verbindungswelle mit einer Welle der jeweiligen Achse.
  • Insbesondere umfasst die Zuschalteinrichtung die Verbindungswelle und die Winkelgetriebe sowie die zumindest eine erste Kupplung, über die ein Antriebsdrehmoment von der Primärachse über die Verbindungswelle hin zur Sekundärachse übertragbar ist.
  • Bevorzugt umfasst der Antriebsstrang ausschließlich die eine (bzw. eine einzige) elektrische Maschine zum Antrieb des Kraftfahrzeuges.
  • Es wird weiter ein Kraftfahrzeug mit einem wie vorstehend beschriebenen Antriebsstrang vorgeschlagen.
  • Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“, „dritte“,...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung.
  • Die Erfindung, sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figur näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch das gezeigte Ausführungsbeispiel nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in der Figur erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Es zeigt schematisch:
    • 1: ein Kraftfahrzeug mit einer Ausführungsvariante eines Antriebsstrangs.
  • 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 2 mit einer Ausführungsvariante eines Antriebsstrangs 1. Der erste Antriebsstrang 1 umfasst eine permanent angetriebene Primärachse 3 zum Antrieb von an der Primärachse 3 angeordneten Rädern 4 sowie eine der Primärachse 3 über eine Zuschalteinrichtung 5 zuschaltbare Sekundärachse 6, an der ebenfalls Räder 4 angeordnet sind. Eine Antriebsleistung des Antriebsstrangs 1 ist so zumindest teilweise von der Primärachse 3 über eine Verbindungswelle 7 auf die Sekundärachse 6 schaltbar übertragbar. Die Verbindungswelle 7 ist über eine erste Kupplung 8 von den Rädern 4 an der Primärachse 3 und über zwei zweite Kupplungen 9 von den Rädern 4 an der Sekundärachse 6 entkoppelbar. Der Antriebsstrang 1 umfasst eine elektrische Maschine 10 zum Antrieb des Kraftfahrzeuges 2, wobei ein elektrisches Antriebsdrehmoment 11 der elektrischen Maschine 10 ausschließlich über die Primärachse 3 in den Antriebsstrang 1 einleitbar ist.
  • Die Primärachse 3 ist hier eine Vorderachse eines Kraftfahrzeuges 2. Die Sekundärachse 6 ist die Hinterachse des Kraftfahrzeuges.
  • Die Zuschalteinrichtung 5 umfasst eine Längswelle als Verbindungswelle 7, über die ein Antriebsdrehmoment 11 von der Primärachse 3 auf die Sekundärachse 6 übertragbar ist. Weiter umfasst die Zuschalteinrichtung 5 die Verbindungswelle 7 und die Winkelgetriebe 13, 14 sowie die erste Kupplung 8, über die das Antriebsdrehmoment 11 von der Primärachse 3 über die Verbindungswelle 7 hin zur Sekundärachse 6 übertragbar ist.
  • Die Verbindungswelle 7 ist sowohl von der Primärachse 3 als auch von der Sekundärachse 6 bzw. von den dort angeordneten Rädern 4 entkoppelbar, so dass bei ausschließlichem Antrieb der Primärachse 3 über das elektrische Antriebsdrehmoment 11 die Verbindungswelle 7 nicht mitrotiert. Damit können die drehenden Massen des Antriebsstrangs 1 und die dadurch auftretenden Reibungsverluste reduziert werden, so dass eine Reichweite des Kraftfahrzeuges 2 aufgrund der geringeren erforderlichen Antriebsleistung vergrößert werden kann.
  • Hier ist die elektrische Maschine 10 ausschließlich zur Bereitstellung eines Antriebsdrehmomentes 11 für den Antriebsstrang 1 vorgesehen, wobei das Antriebsdrehmoment 11 der elektrischen Maschine 10 über ein Getriebe 15 an die Primärachse 3 weitergeleitet wird.
  • Die Verbindungswelle 7 ist über ein erstes Winkelgetriebe 13 mit der Primärachse 3 und über ein zweites Winkelgetriebe 14 mit der Sekundärachse 6 verbunden, wobei das erste Winkelgetriebe 13 zwischen der ersten Kupplung 8 und der Verbindungswelle 7 und das zweite Winkelgetriebe 14 zwischen den zweiten Kupplungen 9 und der Verbindungswelle 7 angeordnet ist.
  • Diese Ausführungsvariante des Antriebsstrangs umfasst eine differentiallose Sekundärachse 6, die zwei zweite Kupplungen 9 aufweist, wobei jedes an der Sekundärachse 6 angeordnete Rad 4 über eine eigene zweite Kupplung 9 von der Verbindungswelle 7 entkoppelbar ist. Die Räder 4 sind jeweils über Seitenwellen 16 mit den zweiten Kupplungen 9 verbunden.

Claims (5)

  1. Antriebsstrang (1) eines Kraftfahrzeuges (2), zumindest umfassend eine permanent angetriebene Primärachse (3) zum Antrieb von an der Primärachse (3) anordenbaren Rädern (4) sowie eine der Primärachse (3) über eine Zuschalteinrichtung (5) zuschaltbare Sekundärachse (6), an der Räder (4) anordenbar sind, so dass eine Antriebsleistung des Antriebsstrangs (1) zumindest teilweise von der Primärachse (3) über eine Verbindungswelle (7) auf die Sekundärachse (6) schaltbar übertragbar ist, wobei die Verbindungswelle (7) über zumindest eine erste Kupplung (8) von den Rädern (4) an der Primärachse (3) und über zumindest eine zweite Kupplung (9) von den Rädern (4) an der Sekundärachse (6) entkoppelbar ist; wobei der Antriebsstrang (1) zumindest eine elektrische Maschine (10) zum Antrieb des Kraftfahrzeuges (2) umfasst, wobei ein elektrisches Antriebsdrehmoment (11) der zumindest einen elektrischen Maschine (10) ausschließlich über die Primärachse (3) in den Antriebsstrang (1) einleitbar ist; wobei die Sekundärachse (6) differentiallos ausgeführt ist und zumindest eine zweite Kupplung (9) aufweist, wobei jedes an der Sekundärachse (6) anordenbare Rad (4) über eine eigene zweite Kupplung (9) von der Verbindungswelle (7) entkoppelbar ist.
  2. Antriebsstrang (1) nach Patentanspruch 1, wobei die zumindest eine zweite Kupplung (9) eine Lamellenkupplung ist.
  3. Antriebsstrang (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Verbindungswelle (7) über ein erstes Winkelgetriebe (13) mit der Primärachse (3) und über ein zweites Winkelgetriebe (14) mit der Sekundärachse (6) verbunden ist, wobei das erste Winkelgetriebe (13) zwischen der ersten Kupplung (8) und der Verbindungswelle (7) und das zweite Winkelgetriebe (14) zwischen der mindestens einen zweiten Kupplung (9) und der Verbindungswelle (7) angeordnet ist.
  4. Antriebsstrang (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Antriebsstrang (1) zum Antrieb des Kraftfahrzeuges (2) ausschließlich die eine elektrische Maschine (10) umfasst.
  5. Kraftfahrzeug (2) mit einem Antriebsstrang (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche.
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