DE102017220165A1 - Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeugachse eines zweispurigen Fahrzeugs - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeugachse, insbesondere Hinterachse (HA), eines zweispurigen Fahrzeugs, wobei die Fahrzeugachse (HA) ein Achsdifferenzial (3) aufweist, das eingangsseitig mit einer Primär-Antriebsmaschine verbindbar ist und ausgangsseitig mit beidseitig angeordneten Flanschwellen (5, 7) mit Fahrzeugrädern (9) der Fahrzeugachse (HA) verbindbar ist, wobei der Fahrzeugachse (HA) ein schaltbares Überlagerungsgetriebe (25) zugeordnet ist, das mittels eines Momentenverteilungs-Schaltelements (MSE) in einen Momentenverteilungs-Modus schaltbar ist, in dem in einem ersten Lastpfad ein von einer zusätzlichen Antriebsmaschine (26) generiertes Antriebsmoment in eine (7) der Flanschwellen (5, 7) einkoppelbar ist, um eine Momentenverteilung auf die beiden Fahrzeugräder (9) zu ändern, und in einem zweiten Lastpfad das von der zusätzlichen Antriebsmaschine (26) generierte Antriebsmoment in die Eingangsseite (11) des Achsdifferenzials (3) einkoppelbar ist, und wobei zur Aktivierung eines Hybrid-Modus das Überlagerungsgetriebe (25) ein Hybrid-Schaltelement (S1) aufweist, das in einer ersten Hybrid-Schaltstellung (S1) das von der zusätzlichen Antriebsmaschine (26) generierte Antriebsmoment in einer ersten Übersetzungsstufe des Überlagerungsgetriebes (25) über das Achsdifferenzial (3) gleichmäßig verteilt auf beide Flanschwellen (5, 7) der Fahrzeugräder (9) einkoppelt und in einer Neutralstellung (N) die zusätzliche Antriebsmaschine (26) vom Überlagerungsgetriebe (25) entkoppelt. Erfindungsgemäß ist das Hybrid-Schaltelement (HSE) in eine zweite Hybrid-Schaltstellung (S2) schaltbar, in der das von der zusätzlichen Antriebsmaschine (26) generierte Antriebsmoment in einer zweiten Übersetzungsstufe des Überlagerungsgetriebes (25) über das Achsdifferenzial (3) gleichmäßig verteilt auf beide Flanschwellen (5, 7) der Fahrzeugräder (9) einkoppelbar ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeugachse, insbesondere Hinterachse, eines zweispurigen Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
- Aus der
DE 10 2014 015 793 A1 ist eine gattungsgemäße Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeug-Hinterachse bekannt, die ein Achsdifferenzial aufweist, das eingangsseitig mit einer Primär-Antriebsmaschine (zum Beispiel Brennkraftmaschine) verbindbar ist und ausgangsseitig mit beidseitig angeordneten Flanschwellen mit Fahrzeugrädern der Fahrzeugachse verbindbar ist. Der Fahrzeugachse ist ein schaltbares Überlagerungsgetriebe zugeordnet, das ein Momentenverteilungs-Schaltelement und ein Hybrid-Schaltelement aufweist. Mit Hilfe des Momentenverteilungs-Schaltelementes ist ein Momentenverteilungs-Modus des Überlagerungsgetriebes aktivierbar, bei dem ein von einer zusätzlichen Antriebsmaschine (zum Beispiel Elektromaschine) generiertes Antriebsmoment in eine getriebeseitige Flanschwelle einkoppelbar ist, um eine Momentenverteilung auf die beiden Fahrzeugräder zu ändern (das heißt elektronisches Torque-Vectoring). Mit Hilfe des Hybrid-Schaltelementes wird ein Hybrid-Modus aktiviert, wobei in einer ersten Hybrid-Schaltstellung des Hybrid-Schaltelementes das von der zusätzlichen Antriebsmaschine generierte Antriebsmoment in einer ersten Übersetzungsstufe des Überlagerungsgetriebes über das Achsdifferenzial gleichmäßig verteilt auf beide Flanschwellen der Fahrzeugräder einkoppelbar ist. Im Unterschied dazu ist in einer Neutralstellung des Hybrid-Schaltelementes die zusätzliche Antriebsmaschine vom Überlagerungsgetriebe entkoppelt. - In der obigen
DE 10 2014 015 793 A1 weist das Überlagerungsgetriebe insgesamt drei Planetengetriebe auf, die über zwei Bremsen schaltbar sind, um den Hybrid-Modus oder den Momentenverteilungs-Modus bereitzustellen, wodurch sich insgesamt eine bauraumintensive Anordnung ergibt. - Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeugachse eines zweispurigen Fahrzeugs bereitzustellen, die im Vergleich zum Stand der Technik bauraumreduzierter aufgebaut ist, wobei die Funktion des Überlagerungsgetriebes an unterschiedlichen Fahrzeug-Varianten in konstruktiv einfacher Weise anpassbar sein soll.
- Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
- Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 ist das Hybrid-Schaltelement nicht nur in die oben definierte erste Hybrid-Schaltstellung schaltbar, in der die Antriebsmaschine über eine erste Übersetzungsstufe des Überlagerungsgetriebes mit dem Achsdifferenzial trieblich verbunden ist, sondern zusätzlich auch in eine zweite Hybrid-Schaltstellung schaltbar. In der zweiten Hybrid-Schaltstellung wird das von der zusätzlichen Antriebsmaschine generierte Antriebsmoment in einer (von der ersten Übersetzungsstufe unterschiedlichen) zweiten Übersetzungsstufe des Überlagerungsgetriebes über das Achsdifferenzial gleichmäßig verteilt auf beide Flanschwellen der Fahrzeugräder eingekoppelt. Beispielshaft kann die die erste Übersetzungsstufe des Überlagerungsgetriebes eine CO2-optimal ausgelegte erste Hybrid-Gangstufe sein, während die zweite Übersetzungsstufe des Überlagerungsgetriebes einen Anfahrgang (das heißt zweite Hybrid-Gangstufe) bildet.
- In einer bauraumgünstigen technischen Umsetzung kann das Überlagerungsgetriebe ein mit Hilfe des Hybrid-Schaltelementes in die zwei Übersetzungsstufen umschaltbares Planetengetriebe (nachfolgend Hybrid-Planetengetriebe) aufweisen, das aus einem Sonnenrad, einem radial äußeren Hohlrad sowie dazwischen kämmenden Planetenrädern aufgebaut ist, die auf einem Planetenträger drehgelagert sind. Die Elemente des Hybrid-Planetengetriebes können wie folgt im Überlagerungsgetriebe verschaltet sein: So kann ein Eingangselement, insbesondere ein Sonnenrad, mit einer von der zusätzlichen Antriebsmaschine angetriebenen Getriebeeingangswelle verbunden sein und über sein Ausgangselement, insbesondere der Planetenträger, mit einer, mit der Eingangsseite des Achsdifferenzials trieblich verbundenen Getriebeausgangswelle verbunden sein. Das Reaktionselement, insbesondere ein Hohlrad, des Hybrid-Planetengetriebes kann mit Hilfe des Hybrid-Schaltelementes in die erste oder in die zweite Hybrid-Schaltstellung kuppelbar oder festbremsbar sein.
- Bevorzugt kann in der ersten Hybrid-Schaltstellung des Hybrid-Schaltelementes das Hohlrad über eine erste Bremse an einem Getriebegehäuse festgebremst sein. In der Neutralstellung des Hybrid-Schaltelementes kann das Hohlrad dagegen frei drehbar sein. In der zweiten Hybrid-Schaltstellung kann das Hohlrad mit dem Sonnenrad verblockt sein. In diesem Fall kann das Hohlrad über eine Schaltkupplung mit der Getriebeeingangswelle gekuppelt sein, auf der das Sonnenrad drehfest angeordnet ist.
- Im Hinblick auf eine in der Fahrzeuglängsrichtung kurz bauende Antriebsvorrichtung ist es bevorzugt, wenn das Hybrid-Schaltelement koaxial zur Getriebeeingangswelle angeordnet ist. Zudem ist es bauraumgünstig, wenn das Hybrid-Schaltelement axial beidseitig schaltbar ist, das heißt aus seiner Neutralstellung in der Axialrichtung beidseitig entweder in seine erste Hybrid-Schaltstellung oder dazu gegenläufig in seine zweite Hybrid-Schaltstellung verstellbar ist.
- Im Hinblick auf eine weitere Packageoptimierung ist es bevorzugt, wenn die Getriebeeingangswelle, die Getriebeausgangswelle und die getriebeseitige Flanschwelle zueinander koaxial und verschachtelt angeordnet sind. In diesem Fall ist es im Hinblick auf eine einfache Verschaltung bevorzugt, wenn die Getriebeeingangswelle als eine Außenhohlwelle realisiert ist, in der die Getriebeausgangswelle als eine Zwischenhohlwelle angeordnet ist. Durch diese Zwischenhohlwelle kann sich bevorzugt die getriebeseitige Flanschwelle als Vollwelle erstrecken.
- Je nach verfügbarem Bauraum kann es bevorzugt sein, wenn das Planetengetriebe koaxial zur getriebeseitigen Flanschwelle angeordnet ist, während die bauraumintensive zusätzliche Antriebsmaschine (zum Beispiel Elektromaschine) nicht koaxial dazu, sondern vielmehr achsparallel zur getriebeseitigen Flanschwelle positioniert ist. In diesem Fall kann die zusätzliche Antriebswelle über eine Vorgelegestufe mit der Getriebeeingangswelle verbunden sein. Die Vorgelegestufe kann bauraumgünstig eine doppelte Stirnradstufe sein. Alternativ dazu kann die Vorgelegestufe von jeglicher anderer Bauart sein, beispielsweise eine einfache Stirnradstufe kombiniert mit einem Planetengetriebe.
- Bei dem obigen Getriebeaufbau kann bauraumgünstig sowohl das Sonnenrad des Hybrid-Planetengetriebes, ein Schaltkörper zur Bildung der zweiten Hybrid-Schaltstellung als auch ein abtriebsseitiges Zahnrad der Vorgelegestufe drehfest auf der Getriebeeingangswelle positioniert sein.
- Wie oben erwähnt, weist das schaltbare Überlagerungsgetriebe zusätzlich auch das Momentenverteilungs-Schaltelement auf, bei dessen Betätigung der Momentenverteilungs-Modus des Überlagerungsgetriebes aktivierbar ist. In einer bauraumgünstigen Gestaltung kann das Überlagerungsgetriebe hierzu ein Momentenverteilungs-Planetengetriebe aufweisen, das bevorzugt baugleich wie das Hybrid-Planetengetriebe aufgebaut ist. Entsprechend kann das Momentenverteilungs-Planetengetriebe über sein Eingangselement, insbesondere ein Hohlrad, mit der Getriebeeingangswelle verbindbar sein und über sein Ausgangselement (insbesondere ein Planetenträger) drehfest mit der getriebeseitigen Flanschwelle verbunden sein. Dessen Reaktionselement, insbesondere ein Sonnenrad, kann mit Hilfe des Momentenverteilungs-Schaltelementes über eine zweite Bremse entweder am Getriebegehäuse festbremsbar sein oder in einer Neutralstellung des Momentenverteilungs-Schaltelementes frei drehbar sein. Bei einem solchen Aufbau weist das Überlagerungsgetriebe insgesamt genau zwei Bremsen sowie eine Schaltkupplung auf (reduzierte Anzahl von Schaltkomponenten).
- Zwischen den beiden Planetengetrieben ist es im Hinblick auf eine in Fahrzeugquerrichtung kompakt bauendes Überlagerungsgetriebe von Vorteil, wenn diese unmittelbar nebeneinander angeordnet sind, das heißt ohne Zwischenlage eines Schaltelementes oder dergleichen.
- Im Hinblick auf eine in Fahrzeuglängsrichtung kurz bauende Antriebsvorrichtung ist es bevorzugt, wenn das Momentenverteilungs-Planetengetriebe koaxial zum Hybrid-Planetengetriebe positioniert ist. Zudem kann der Bauraum sowie Bauteilbedarf reduziert werden, wenn beide Getriebe nur ein gemeinsamen Hohlrad aufweisen.
- In der Großserienproduktion werden häufig unterschiedliche Fahrzeug-Varianten eines Fahrzeugtyps hergestellt, die unterschiedliche Anforderungen an die Antriebsvorrichtung erfüllen sollen. Entsprechend ist es fertigungstechnisch von Vorteil, wenn das Überlagerungsgetriebe zur Anpassung an die jeweilige Fahrzeug-Variante eine solche Getriebestruktur aufweist, bei der in konstruktiv einfacher Weise einzelne Baugruppen modulartig weggelassen werden können oder integriert werden können. Dies wird erfindungsgemäß wie folgt realisiert: So kann die zusätzliche Antriebsmaschine, das Hybrid-Schaltelement, das Hybrid-Planetengetriebe, das Momentenverteilungs-Planetengetriebe sowie das Momentenverteilungs-Schaltelement in dieser Reihenfolge von fahrzeuginnen in der Fahrzeugquerrichtung nach fahrzeugaußen als Baumodule hintereinander angeordnet sein. Unter Weglassung eines oder mehrerer dieser Baumodule kann das Überlagerungsgetriebe an unterschiedliche Fahrzeug-Varianten angepasst werden.
- Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
- Es zeigen:
-
1 in einer schematischen Darstellung eine Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeug-Hinterachse eines zweispurigen Fahrzeugs in einer Grundausstattung; -
2 in einer Ansicht entsprechend der1 eine erste Fahrzeug-Variante mit im Vergleich zu1 reduzierter Funktionsausstattung; und -
3 eine Ansicht entsprechend der2 eine zweite Fahrzeug-Variante mit im Vergleich zu2 weiter reduzierter Funktionsausstattung; -
4 bis6 jeweils Ansichten entsprechend der1 bis3 eines zweiten Ausführungsbeispiels jeweils in der Grundausstattung, der ersten Fahrzeug-Variante sowie der zweiten Fahrzeug-Variante; und -
7 bis11 Ansichten von Antriebsvorrichtungen weiterer Fahrzeug-Varianten. - In der
1 ist grob schematisch eine Getriebestruktur einer Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeug-Hinterachse HA eines zweispurigen Fahrzeugs gezeigt. Die in der1 angedeutete Antriebsvorrichtung kann Bestandteil eines Allradantriebs sein, bei dem eine nicht dargestellte frontseitige Brennkraftmaschine als Primär-Antriebsmaschine über ein Getriebe sowie ein Mittendifferenzial und ein Vorderachsdifferenzial auf die Vorderräder des Fahrzeugs abtreibt. Das Mittendifferenzial ist über eine Kardanwelle1 mit der Eingangsseite eines Hinterachsdifferenzials3 verbunden. Das Hinterachsdifferenzial3 ist ausgangsseitig mit beidseitig angeordneten Flanschwellen5 ,7 mit den Fahrzeughinterrädern9 der Fahrzeughinterachse HA trieblich gekoppelt. In der1 ist das Hinterachsdifferenzial3 ein Kegelraddifferenzial, das ein antriebsseitiges Differenzialgehäuse11 , an dem zwei einander koaxial mit Abstand gegenüberliegende Ausgleichskegelräder13 (von denen in der1 nur ein Ausgleichskegelrad13 gezeigt ist) drehgelagert sind, sowie erste und zweite Abtriebskegelräder15 ,17 aufweist, die rechtwinklig zu den Ausgleichskegelrädern13 sowie koaxial mit Abstand zueinander angeordnet sind und jeweils in Zahneingriff mit den beiden Ausgleichskegelrädem13 sind. Das erste Abtriebskegelrad15 sitzt drehfest auf der in der1 linken Flanschwelle5 , während das zweite Abtriebskegelrad17 drehfest auf der in der1 rechten Flanschwelle7 sitzt. - In der
1 ist die Kardanwelle1 über einen Kegeltrieb19 mit dem Differenzialgehäuse11 trieblich koppelbar, der ein auf der Kardanwelle1 sitzendes Kegelrad21 aufweist, das mit einem Tellerrad23 kämmt. Zwischen dem Kegeltrieb19 und dem Differenzialgehäuse11 ist ein Schaltelement SE geschaltet, mit dem die Hinterachse HA trieblich von der Kardanwelle1 abkoppelbar ist. - Wie aus der
1 weiter hervorgeht, weist die Hinterachse HA ein Überlagerungsgetriebe25 sowie eine Elektromaschine26 auf. Das Überlagerungsgetriebe25 ist in einem Hybrid-Modus oder in einem Momentenverteilungs-Modus (das heißt elektronisches Torque-Vectoring) betreibbar, wie es später beschrieben wird. Im Hybrid-Modus wird ein von der Elektromaschine26 generiertes Antriebsmoment über das Überlagerungsgetriebe25 sowie über das Hinterachsdifferenzial3 gleichmäßig verteilt auf die beiden Flanschwellen5 ,7 eingekoppelt. Der Hybrid-Modus ist rein elektromotorisch durchführbar oder in Kombination der Elektromaschine26 mit der Brennkraftmaschine (zum Beispiel für eine Boostfunktion). - Im Momentenverteilungs-Modus wird das von der Elektromaschine
26 generierte Antriebsmoment nicht nur über einen später beschriebenen Hybrid-Antriebsflansch38 zur Eingangsseite des Achsdifferenzials3 geleitet, sondern zudem auch über das Überlagerungsgetriebe25 direkt, das heißt über einen Momentenverteilungs-Antriebsflansch40 , in die getriebeseitige Flanschwelle7 eingekoppelt, um eine Momentenverteilung auf die beiden Hinterräder9 zu ändern. Der Betrag sowie der Drehsinn des von der Elektromaschine26 generierten Antriebsmoments werden abhängig von aktuellen Fahrbetriebsparametern festgelegt. - Nachfolgend wird die Getriebestruktur des Überlagerungsgetriebes
25 anhand der1 erläutert: Demzufolge weist das Überlagerungsgetriebe25 ein Hybrid-Planetengetriebe H und ein Momentenverteilungs-Planetengetriebe M auf. Die beiden Getriebe H, M sind in der Fahrzeugquerrichtung y betrachtet unmittelbar nebeneinander, das heißt ohne Zwischenordnung eines Schaltelementes, angeordnet sowie zueinander koaxial ausgerichtet und über ein gemeinsames Hohlrad37 miteinander trieblich gekoppelt. Ein Sonnenrad27 des Hybrid-Planetengetriebes H sitzt drehfest auf einer Getriebeeingangswelle29 , die über ein Vorgelege31 mit der Elektromaschine26 trieblich verbunden ist. Das Sonnenrad27 ist über Planetenräder33 , die auf einem Planetenträger35 drehgelagert sind, in Zahneingriff mit dem radial äußeren Hohlrad37 . Der Planetenträger35 ist über einen Hybrid-Antriebsflansch38 mit einer Getriebeausgangswelle41 verbunden, die zur Antriebsseite (bzw. Eingangsseite) des Hinterachsdifferenzials3 führt, das heißt am antriebsseitigen Differenzialgehäuse11 drehfest angebunden ist. - In der
1 sind die Getriebeeingangswelle29 , die Getriebeausgangswelle41 sowie die getriebeseitige Flanschwelle7 zueinander koaxial und ineinander verschachtelt angeordnet. Die Getriebeeingangswelle29 ist dabei als eine Außenhohlwelle realisiert, in der die Getriebeausgangswelle41 als eine Zwischenhohlwelle angeordnet ist, durch die sich die getriebeseitige Flanschwelle7 erstreckt. - Das Hohlrad
37 des Hybrid-Planetengetriebes H ist in der1 über ein Hybrid-Schaltelement HSE in einer ersten SchaltstellungS1 entweder am Getriebegehäuse43 festbremsbar oder in einer zweiten SchaltstellungS2 mit einem Schaltkörper45 , der auf der Getriebeeingangswelle29 ausgebildet ist, kuppelbar. Das Hybrid-Schaltelement HSE ist in der1 koaxial zur Getriebeeingangswelle29 angeordnet und aus seiner Neutralstellung N in der Axialrichtung beidseitig entweder in die erste Hybrid-SchaltstellungS1 oder dazu gegenläufig in die zweite Hybrid-SchaltstellungS2 schaltbar. In der Neutralstellung N ist das Hohlrad37 frei drehbar, so dass die Elektromaschine26 vom Überlagerungsgetriebe25 abgekoppelt ist. - Das Momentenverteilungs-Planetengetriebe M weist ein Sonnenrad
47 auf, das koaxial auf der getriebeseitigen Flanschwelle7 drehgelagert ist und (als Reaktionselement) über ein Momentenverteilungs-Schaltelement MSE am Getriebegehäuse43 festbremsbar ist. Das Sonnenrad47 ist über Planetenräder49 , die auf einem Planetenträger51 drehgelagert sind, in Zahneingriff mit dem gemeinsamen Hohlrad37 . Der Planetenträger51 (wirkt als Ausgangselement) ist über den bereits erwähnten Momentenverteilungs-Antriebsflansch40 drehfest mit der getriebeseitigen Flanschwelle7 gekoppelt. - In der
1 ist das Vorgelege31 als eine zweistufige Stirnradstufe aufgebaut, deren abtriebsseitiges Zahnrad53 drehfest auf der Getriebeeingangswelle29 sitzt. - Zur Aktivierung des Momentenverteilungs-Modus wird im Fahrbetrieb (etwa bei einer Kurvenfahrt) in Abhängigkeit aktueller Fahrbetriebsparameter das Sonnenrad
47 des Momentenverteilungs-Planetengetriebes M durch Betätigung des Momentenverteilungs-Schaltelementes MSE am Getriebegehäuse43 festgebremst. Auf diese Weise ergibt sich ein erster Lastpfad zwischen der Elektromaschine26 und der getriebeseitigen Flanschwelle7 , bei dem ein von der Elektromaschine26 generiertes Antriebsmoment über die Getriebeeingangswelle29 , die gemeinsame Hohlwelle37 sowie den Planetenrädern49 und dem Planetenträger51 des Momentenverteilungs-Planetengetriebes M über den Momentenverteilungs-Antriebsflansch40 in die getriebeseitige Flanschwelle7 einkoppelbar ist. Gleichzeitig ergibt sich ein zweiter Lastpfad, bei dem das von der Elektromaschine26 generierte Antriebsmoment über die Getriebeeingangswelle29 , die Planetenräder33 , den Planetenträger35 und den Hybrid-Antriebsflansch38 in die Getriebeausgangswelle41 einkoppelbar ist, die an dem Differenzialgehäuse11 angebunden ist. Das Hybrid-Schaltelement HSE bleibt währenddessen unbetätigt in seiner Neutralstellung N. - Alternativ dazu wird zur Aktivierung des Hybrid-Modus das Hybrid-Schaltelement HSE je nach Fahrsituation entweder in seine erste Hybrid-Schaltstellung
S1 oder seine zweite Hybrid-SchaltstellungS2 verstellt, in der sich - mit jeweils unterschiedlichen Übersetzungsstufen - ein Lastpfad bildet, und zwar von der Elektromaschine26 über das Vorgelege31 , die Getriebeeingangswelle29 , dem Hybrid-Planetengetriebe H und dem Hybrid-Antriebsflansch38 auf die Getriebeausgangswelle41 . - Die mittels des Hybrid-Schaltelements HSE schaltbaren ersten und zweiten Übersetzungsstufen können exemplarisch wie folgt ausgelegt sein: Die in der ersten Hybrid-Schaltstellung
S1 geschaltete erste Übersetzungsstufe kann als eine CO2-optimierte Hybrid-Gangstufe ausgelegt sein. Demgegenüber kann die in der zweiten Hybrid-SchaltstellungS2 geschaltete zweite Übersetzungsstufe als ei ne Anfahr-Hybrid-Gangstufe ausgelegt sein. - Mit der in der
1 gezeigten Antriebsvorrichtung ergeben sich die folgenden Vorteile: So wird mittels der Antriebsvorrichtung ein baukastenfähiges Konzept mit mindestens den folgenden Varianten erzielt, nämlich eine erste Variante mit genau einem Hybridgang mit Elektromaschinen-Abkopplung als CO2-optimale Auslegung, eine zweite Variante mit genau zwei Hybrid-Gangstufen mit Elektromaschinen-Abkopplung als Anfahrgang (1 . Gang) und CO2-optimale Auslegung (2 . Gang), und eine dritte Variante mit genau zwei Hybrid-Gangstufen kombiniert mit elektrischem Torque-Vectoring mit Elektromaschinen-Abkopplung als Anfahrgang (1.Gang), CO2-optimale Auslegung (2 . Gang) und elektronischem Torque-Vectoring/elektronischer Quersperre. - Zudem weisen sämtliche Varianten eine Achsabkopplung mit Erhalt der vollen Hybrid-/Querdynamik-Funktionen auf. Die oben erwähnte CO2-optimierte Hybrid-Gangstufe ermöglicht sehr hohe Wirkungsgrade. Von Relevanz ist außerdem, dass in der CO2-optimierten Hybrid-Gangstufe und in der Anfahr-Hybrid-Gangstufe die gleiche Elektromaschinen-Drehrichtung vorliegt, wodurch schnelle Umschaltungen ermöglicht sind. Zudem ist bei den oben erwähnten Baukasten-Varianten eine Funktionsreduzierung durch Teileentfall wirtschaftlich darstellbar.
- Ferner ist in der Antriebsvorrichtung der
1 ein konventionelles Kegelraddifferential3 verbaubar. Die Planetenradsätze H, M können mit gleichen Standübersetzungen ausgeführt werden. Bei Wegfall eines beliebigen Modus (1 . Gang, 2. Gang bzw. TV-Funktion) kann keine Planetenstufe wegfallen. Es entfällt lediglich das zugehörige Schaltelement HSE oder MSE. - Bei einem Überlagerungsgetriebe-Aufbau mit ausschließlich dem zweiten Hybridgang (in den
3 ,6 ,7 oder10 gezeigt) können das Überlagerungsgetriebe25 sowie die Schaltelemente vollständig entfallen. - In der in der
1 gezeigten maximalen Ausbaustufe werden insgesamt genau zwei Bremsen und genau eine Kupplung verwendet. Zwischen den ersten und zweiten Hybrid-Gangstufen wechselt die Drehrichtung der Elektromaschine nicht. Zudem erfolgt der Hybridbetrieb im ersten Hybrid-Gang leistungsverzweigt (keine Blindleistung). - Wie aus der
1 weiter hervorgeht, sind die Elektromaschine26 mitsamt Vorgelege31 , das Hybrid-SchaltelementHSE , das Hybrid-Planetengetriebe H, das Momentenverteilungs-Planetengetriebe M sowie das Momentenverteilungs-Schaltelement MSE in einer Reihenfolge von fahrzeuginnen in der Fahrzeugquerrichtung y nach fahrzeugaußen als angedeutete BaumoduleB1 bisB4 hintereinander angeordnet. Im Rahmen einer Serienproduktion kann unter Weglassung bzw. Hinzufügung und/oder Abwandlung eines oder mehrerer dieser BaumoduleB1 bisB4 das Überlagerungsgetriebe25 jeweils der herzustellenden Fahrzeug-Variante angepasst werden. So betrifft die in der1 gezeigte Antriebsvorrichtung eine Grundausstattung, in der sämtliche obigen BaumoduleB1 bisB4 verbaut sind. - Demgegenüber ist in der
2 eine erste Fahrzeug-Variante gezeigt, in der das BaumodulB4 des Momentenverteilungs-Planetengetriebes M sowie des Momentenverteilungs-Schaltelementes MSE weggelassen sind. Entsprechend verbleiben im Überlagerungsgetriebe25 die BaumoduleB1 bisB3 . Das Überlagerungsgetriebe25 weist daher in der2 lediglich das Hybrid-SchaltelementHSE sowie das Hybrid-Planetengetriebe H auf, das zwischen der ersten und zweiten Hybrid-SchaltstellungS1 ,S2 sowie der Neutralstellung N schaltbar ist. - In der
3 ist die Antriebsvorrichtung für eine zweite Fahrzeug-Variante gezeigt, in der zusätzlich auch das BaumodulB3 des Hybrid-Planetengetriebes H weggelassen ist. Zudem ist anstelle des BaumodulsB2 ein neues Baumodul B2a verwendet, bei dessen Hybrid-SchaltelementHSE die SchaltstellungS1 weggelassen ist. In der3 ist daher das Hybrid-Schaltelement HSE ledi glich zwischen seiner Neutralstellung N und der zweiten Hybrid-SchaltstellungS2 schaltbar. In der3 ist zudem der Hybrid-Antriebsflansch38 daher nicht mehr an das Hybrid-Planetengetriebe H angekoppelt, sondern kann der Hybrid-Antriebsflansch38 über das Hybrid-Schaltelement HSE direkt mit der Getriebeeingangswelle29 verbunden werden. - Das in den
4 bis6 gezeigte Ausführungsbeispiel ist weitgehend baugleich mit dem in den1 bis3 gezeigten Ausführungsbeispiel mit folgender Ausnahme: Das in den1 bis3 gezeigte BaumodulB1 ist in der4 durch ein neues Baumodul B1a ersetzt. Im neuen Baumodul B1a der4 bis6 ist das Vorgelege31 der Elektromaschine26 nicht mehr als doppelte Stirnradstufe ausgeführt, sondern als eine einfache Stirnradstufe kombiniert mit einem zusätzlichen Planetengetriebe, dessen Sonnenrad auf der Getriebeeingangswelle29 drehfest sitzt und dessen Hohlrad fest am Getriebegehäuse43 angeordnet ist. Die in der4 gezeigte Antriebsvorrichtung bildet eine Grundausstattung Die5 und6 zeigen jeweils die erste und die zweite Fahrzeug-Variante analog zu den2 und3 . - In den
7 bis11 sind Antriebsvorrichtungen weiterer Fahrzeug-Varianten gezeigt: So ist in der7 gezeigte Antriebsvorrichtung weitgehend baugleich mit der in der1 gezeigten Antriebsvorrichtung mit folgender Ausnahme: Das in den1 bis3 gezeigte BaumodulB2 ist durch das neue Baumodul B2a ersetzt, bei dessen Hybrid-Schaltelement HSE die SchaltstellungS1 weggelassen ist, so dass das gemeinsame Hohlrad37 nicht mehr am Getriebegehäuse43 festbremsbar ist. - Die in der
8 gezeigte Antriebsvorrichtung ist ebenfalls weitgehend baugleich mit der in der1 gezeigten Antriebsvorrichtung mit folgender Ausnahme: Das in den1 bis3 gezeigte BaumodulB2 ist durch das neue Baumodul B2b ersetzt, bei dem das Hybrid-Schaltelement HSE komplett weggelassen ist. Das in der8 gezeigte Überlagerungsgetriebe25 kann daher nicht mehr im Hybrid-Modus arbeiten, sondern lediglich im Momentenverteilungs-Modul. - Die in der
9 gezeigte Antriebsvorrichtung ist weitgehend baugleich mit der in der4 gezeigten Antriebsvorrichtung mit folgender Ausnahme: Das in der4 gezeigte BaumodulB2 ist durch das neue Baumodul B2c ersetzt, bei dem das Hybrid-Schaltelement HSE nur in die erste SchaltstellungS1 schaltbar ist, während die zweite SchaltstellungS2 weggelassen ist, so dass das gemeinsame Hohlrad37 nicht mehr mit dem Sonnenrad27 verblockt werden kann. - Die in der
10 gezeigte Antriebsvorrichtung ist ebenfalls weitgehend baugleich mit der in der4 gezeigten Antriebsvorrichtung mit folgender Ausnahme: Das in den4 gezeigte BaumodulB2 ist durch das Baumodul B2a (bereits in der3 ,6 oder7 gezeigt) ersetzt, bei dessen Hybrid-Schaltelement HSE die SchaltstellungS1 weggelassen ist, so dass das gemeinsame Hohlrad37 nicht mehr am Getriebegehäuse43 festbremsbar ist. - Die in der
11 gezeigte Antriebsvorrichtung ist ebenfalls weitgehend baugleich mit der in der4 gezeigten Antriebsvorrichtung mit folgender Ausnahme: Das in der4 gezeigte BaumodulB2 ist durch das neue Baumodul B2b (bereits in der8 gezeigt) ersetzt, bei dem das Hybrid-Schaltelement HSE komplett weggelassen ist. Das in der11 gezeigte Überlagerungsgetriebe25 kann daher nicht mehr im Hybrid-Modus arbeiten, sondern lediglich im Momentenverteilungs-Modus. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102014015793 A1 [0002, 0003]
Claims (11)
- Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeugachse, insbesondere Hinterachse (HA), eines zweispurigen Fahrzeugs, wobei die Fahrzeugachse (HA) ein Achsdifferenzial (3) aufweist, das eingangsseitig mit einer Primär-Antriebsmaschine verbindbar ist und ausgangsseitig mit beidseitig angeordneten Flanschwellen (5, 7) mit Fahrzeugrädern (9) der Fahrzeugachse (HA) verbindbar ist, wobei der Fahrzeugachse (HA) ein schaltbares Überlagerungsgetriebe (25) zugeordnet ist, das mittels eines Momentenverteilungs-Schaltelements (MSE) in einen Momentenverteilungs-Modus schaltbar ist, in dem in einem ersten Lastpfad ein von einer zusätzlichen Antriebsmaschine (26) generiertes Antriebsmoment in eine (7) der Flanschwellen (5, 7) einkoppelbar ist, um eine Momentenverteilung auf die beiden Fahrzeugräder (9) zu ändern, und in einem zweiten Lastpfad das von der zusätzlichen Antriebsmaschine (26) generierte Antriebsmoment in die Eingangsseite (11) des Achsdifferenzials (3) einkoppelbar ist, und wobei zur Aktivierung eines Hybrid-Modus das Überlagerungsgetriebe (25) ein Hybrid-Schaltelement (S1) aufweist, das in einer ersten Hybrid-Schaltstellung (S1) das von der zusätzlichen Antriebsmaschine (26) generierte Antriebsmoment in einer ersten Übersetzungsstufe des Überlagerungsgetriebes (25) über das Achsdifferenzial (3) gleichmäßig verteilt auf beide Flanschwellen (5, 7) der Fahrzeugräder (9) einkoppelt und in einer Neutralstellung (N) die zusätzliche Antriebsmaschine (26) vom Überlagerungsgetriebe (25) entkoppelt, dadurch gekennzeichnet, dass das Hybrid-Schaltelement (HSE) in eine zweite Hybrid-Schaltstellung (S2) schaltbar ist, in der das von der zusätzlichen Antriebsmaschine (26) generierte Antriebsmoment in einer zweiten Übersetzungsstufe des Überlagerungsgetriebes (25) über das Achsdifferenzial (3) gleichmäßig verteilt auf beide Flanschwellen (5, 7) der Fahrzeugräder (9) einkoppelbar ist.
- Antriebsvorrichtung nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Überlagerungsgetriebe (25) ein mit Hilfe des Hybrid-Schaltelements (HSE) in die zwei Übersetzungsstufen umschaltbares Hybrid-Planetengetriebe (H) aufweist, und dass das Hybrid-Planetengetriebe (H) über sein Eingangselement, insbesondere ein Sonnenrad (27), mit einer von der zusätzlichen Antriebsmaschine (26) angeriebenen Getriebeeingangswelle (29) verbunden ist und über sein Ausgangselement, insbesondere ein Planetenräder (33) tragender Planetenträger (35), mit einer zum Achsdifferenzial (3) führenden Getriebeeingangswelle (41) verbunden ist, wobei das Reaktionselement, insbesondere ein Hohlrad (37), mittels des Hybrid-Schaltelements (HSE) in die erste oder in die zweite Hybrid-Schaltstellung (S1, S2) kuppelbar oder festbremsbar ist. - Antriebsvorrichtung nach
Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Hybrid-Schaltstellung (S1) des Hybrid-Schaltelements (HSE) das Hohlrad (37) über eine erste Bremse an einem Getriebegehäuse (43) festbremsbar ist, in der Neutralstellung (N) das Hohlrad (37) frei drehbar ist und in der zweiten Hybrid-Schaltstellung (S2) das Hohlrad (37) mit dem Sonnenrad (27) verblockt ist, insbesondere das Hohlrad (37) über eine Schaltkupplung mit der Getriebeeingangswelle (29) gekuppelt ist, auf der das Sonnenrad (27) drehfest sitzt. - Antriebsvorrichtung nach
Anspruch 2 oder3 , dadurch gekennzeichnet, dass das Hybrid-Schaltelement (HSE) koaxial zur Getriebeeingangswelle (29) angeordnet ist, und dass das Hybrid-Schaltelement (HSE) aus seiner Neutralstellung (N) in der Axialrichtung beidseitig entweder in seine erste Hybrid-Schaltstellung (S1) oder dazu gegenläufig in seine zweite Hybrid-Schaltstellung (S2) schaltbar ist. - Antriebsvorrichtung nach
Anspruch 3 oder4 , dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangswelle (29), die Getriebeausgangswelle (41) und die getriebeseitige Flanschwelle (7) zueinander koaxial und verschachtelt angeordnet sind, und dass die Getriebeeingangswelle (29) als Außenhohlwelle realisiert ist, in der die Getriebeausgangswelle (41) als Zwischenhohlwelle angeordnet ist, durch die sich die getriebeseitige Flanschwelle (7) erstreckt. - Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hybrid-Planetengetriebe (H) koaxial zur getriebeseitigen Flanschwelle (7) angeordnet ist, und/oder dass die zusätzliche Antriebsmaschine (26) achsparallel zur getriebeseitigen Flanschwelle (7) angeordnet ist sowie über eine Vorgelegestufe (31) mit der Getriebeeingangswelle (29) verbunden ist, insbesondere eine doppelte Stirnradstufe oder eine einfache Stirnradstufe (30) kombiniert mit einem Planetengetriebe (32).
- Antriebsvorrichtung nach
Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, dass auf der Getriebeeingangswelle (29) sowohl das Sonnenrad (27) des Hybrid-Planetengetriebes (H), ein Schaltkörper (45) zur Bildung der zweiten Hybrid-Schaltstellung (S2) als auch ein abtriebsseitiges Zahnrad (53) der Vorgelegestufe (31) drehfest angeordnet sind. - Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Überlagerungsgetriebe (25) ein mit Hilfe des Momentenverteilungs-Schaltelements (MSE) schaltbares Momentenverteilungs-Planetengetriebe (M) aufweist, und dass das Momentenverteilungs-Planetengetriebe (M) über sein Eingangselement, insbesondere ein Hohlrad (37), mit der Getriebeeingangswelle (29) verbindbar ist, und über sein Ausgangselement, insbesondere ein Planetenräder (49) tragender Planetenträger (51), drehfest mit der getriebeseitigen Flanschwelle (7) verbunden ist, wobei dessen Reaktionselement, insbesondere ein Sonnenrad (47), mittels des Momentenverteilungs-Schaltelements (MSE) über eine zweite Bremse entweder am Getriebegehäuse (43) festbremsbar ist oder in einer Neutralstellung (N) des Momentenverteilungs-Schaltelements (MSE) frei drehbar ist.
- Antriebsvorrichtung nach
Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet, dass das Momentenverteilungs-Planetengetriebe (M) koaxial zum Hybrid-Planetengetriebe (H) angeordnet ist, und/oder dass die beiden Planetengetriebe (M, H) ein gemeinsames Hohlrad (37) aufweisen. - Antriebsvorrichtung nach einem der
Ansprüche 8 oder9 , dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Antriebsmaschine (26), das Hybrid-Schaltelement (HSE), das Hybrid-Planetengetriebe (H), das Momentenverteilungs-Planetengetriebe (M) sowie das Momentenverteilungs-Schaltelement (MSE) in dieser Reihenfolge von fahrzeuginnen in der Fahrzeugquerrichtung (y) nach fahrzeugaußen als Baumodule (B1 bis B4) hintereinander angeordnet sind. - Antriebsvorrichtung nach
Anspruch 10 , dadurch gekennzeichnet, dass unter Weglassung, Hinzufügung und/oder Abwandlung einer oder mehrere Baumodule (B1 bis B4) unterschiedliche Fahrzeug-Varianten herstellbar sind, und dass insbesondere in einer ersten Fahrzeug-Variante das Baumodul (B4) des Momentenverteilungs-Planetengetriebes (M) und des Momentenverteilungs-Schaltelements (MSE) weggelassen ist, so dass das Hybrid-Schaltelement (HSE) sowie das Hybrid-Planetengetriebe (H) verbleibt, das zwischen der ersten und der zweiten Hybrid-Schaltstellung (S1, S2) sowie der Neutralstellung (N) schaltbar ist, und dass insbesondere in einer zweiten Fahrzeug-Variante die Baumodule (B3, B4) des Hybrid-Planetengetriebes (H), des Momentenverteilungs-Planetengetriebes (M) und des Momentenverteilungs-Schaltelements (MSE) weggelassen sind, so dass lediglich das Hybrid-Schaltelement (HSE) verbleibt, das zwischen seiner Neutralstellung (N) und der zweiten Hybrid-Schaltstellung (S2) schaltbar ist, in der die Getriebeausgangswelle (41) über das Hybrid-Schaltelement (HSE) direkt mit der Getriebeeingangswelle (29) verbunden ist.
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