DE102017220171B4 - Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeugachse eines zweispurigen Fahrzeugs - Google Patents

Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeugachse eines zweispurigen Fahrzeugs Download PDF

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    • F16H37/06—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts
    • F16H37/08—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing
    • F16H37/0806—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing with a plurality of driving or driven shafts
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Abstract

Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeugachse (HA) eines zweispurigen Fahrzeugs, wobei die Fahrzeugachse (HA) ein Achsdifferenzial (3) aufweist, das eingangsseitig mit einer Primär-Antriebsmaschine verbindbar ist und ausgangsseitig über beidseitig angeordnete Flanschwellen (5, 7) mit Fahrzeugrädern (9) der Fahrzeugachse (HA) verbindbar ist, wobei der Fahrzeugachse (HA) eine zusätzliche Antriebsmaschine (26) und ein schaltbares Überlagerungsgetriebe (25) zugeordnet ist, das in eine Momentenverteilungs-Gangstufe (TV) schaltbar ist, in der ein von der zusätzlichen Antriebsmaschine (26) erzeugtes Antriebsmoment erzeugt wird, in Abhängigkeit von dessen Größe und Drehrichtung eine Momentenverteilung auf die beiden Fahrzeugräder (9) änderbar ist, und in einen Hybrid-Modus schaltbar ist, in dem das von der zusätzlichen Antriebsmaschine (26) generierte Antriebsmoment über das Achsdifferenzial (3) gleichmäßig verteilt auf beide Flanschwellen (5, 7) der Fahrzeugräder (9) einkoppelbar ist, wobei das Überlagerungsgetriebe (25) drei miteinander gekoppelte Planetengetriebe (PG1, PG2, PG3) aufweist, und dass entweder bei geschalteter Momentenverteilungs-Gangstufe (TV) oder bei einer geschalteten ersten Hybrid-Gangstufe (H1) ein Lastpfad im Überlagerungsgetriebe (25) gebildet ist, in dem genau zwei der Planetengetriebe (PG1, PG2; PG1, PG3) eingebunden sind, und wobei bei einer geschalteten zweiten Hybrid-Gangstufe (H2) ein Lastpfad im Überlagerungsgetriebe (25) gebildet ist, in dem lediglich genau eines (PG1) der Planetengetriebe eingebunden ist, und wobei die drei Planetengetriebe (PG1, PG2, PG3) in Reihe hintereinander koaxial zur Flanschwelle (5, 7) angeordnet sind, und ein eingangsseitiges, erstes Planetengetriebe (PG1) mit seinem als Eingangselement wirkenden Sonnenrad (27) mit einer von der zusätzlichen Antriebsmaschine (26) angetriebenen Getriebeeingangswelle (29) drehfest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das eingangsseitige, erste Planetengetriebe (PG1) mit seinem als Ausgangselement wirkenden, Planetenräder (33) tragenden Planetenradträger (35) über einen Hybrid-Abtriebsflansch (32) mit einer Getriebeausgangswelle (41) verbunden ist, die mit der Eingangsseite (13) des Achsdifferenzials (3) trieblich gekoppelt ist, und dass ein als Reaktionselement des ersten Planetengetriebes (PG1) wirkendes, mit den Planetenrädern (33) kämmendes Hohlrad (37) mit einem Schaltelement (SH2) an einem Getriebegehäuse (43) festbremsbar oder davon lösbar ist, und dass in der zweiten Hybrid-Gangstufe (H2) das Hohlrad (37) des ersten Planetengetriebes (PG1) über das Schaltelement (SH2) am Getriebegehäuse (43) festgebremst ist, so dass sich ein Lastpfad von der zusätzlichen Antriebsmaschine (26) über das eingangsseitige, erste Planetengetriebe (PG1) bis zur Eingangsseite (13) des Achsdifferenzials (3) ergibt.

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 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 sind eine zusätzliche Antriebsmaschine (insbesondere Elektromaschine) sowie ein schaltbares Überlagerungsgetriebe zugeordnet. Das Überlagerungsgetriebe kann in eine Momentenverteilungs-Gangstufe schaltbar sein, in der ein von der zusätzlichen Antriebsmaschine erzeugtes Antriebsmoment erzeugt wird, in Abhängigkeit von dessen Größe und Drehrichtung eine Momentenverteilung auf die beiden Fahrzeugräder änderbar ist. Alternativ dazu ist das Überlagerungsgetriebe in einen Hybrid-Modus schaltbar, in dem das von der zusätzlichen Antriebsmaschine generierte Antriebsmoment in einer schaltbaren Hybrid-Gangstufe über das Achsdifferenzial gleichmäßig verteilt auf beide Flanschwellen der Fahrzeugräder einkoppelbar ist. Bei bestimmten Fahrsituationen, zum Beispiel bei einer Kurvenfahrt, kann durch eingelegter Momentenverteilungs-Gangstufe das Fahrverhalten durch eine Drehmoment-Umverteilung (Torque-Vectoring oder Quersperrenfunktion) unterstützt werden. So kann bei einer Kurvenfahrt am Kurveneingang ein Antriebsmoment zum kurvenäußeren Fahrzeugrad verlagert werden (Torque-Vectoring). Alternativ/zusätzlich kann bei der Kurvenfahrt am Kurvenausgang das Antriebsmoment zum kurveninneren Fahrzeugrad verlagert werden (Quersperrenfunktion). Demgegenüber kann bei aktiviertem Hybrid-Modus zum Beispiel eine Boost-Funktion erfolgen.
  • 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.
  • Aus der DE 10 2014 210 549 A1 ist eine gattungsgemäße Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug bekannt. Aus der DE 10 2013 202 381 A1 ist eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug bekannt. Aus der DE 10 2009 049 856 B4 ist eine Getriebeanordnung für ein Fahrzeug bekannt.
  • 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, und bei der mit einfachen Mitteln eine Funktionserweiterung/-reduzierung ermöglicht ist, und zwar bei geringerem Bauraumbedarf sowie bei gesteigerter Fahrdynamik.
  • Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
  • Gemäß dem Patentanspruch 1 sind die drei Planetengetriebe im Überlagerungsgetriebe so miteinander gekoppelt, dass bei geschalteter Momentenverteilungs-Gangstufe oder bei einer geschalteten ersten Hybrid-Gangstufe ein Lastpfad mit Leistungsverzweigung gebildet ist, in dem genau zwei Planetengetriebe integriert sind. Demgegenüber wird bei einer geschalteten zweiten Hybrid-Gangstufe ein Lastpfad ohne Leistungsverzweigung gebildet, in dem lediglich genau eines der Planetengetriebe integriert ist. Auf diese Weise können in der ersten Hybrid-Gangstufe und in der zweiten Hybrid-Gangstufe in einfacher Weise unterschiedliche Übersetzungen realisiert werden.
  • In einer technischen Umsetzung sind die drei Planetengetriebe in der Reihe hintereinander koaxial zur Flanschwelle angeordnet. Das eingangsseitige, erste Planetengetriebe kann mit seinem Eingangselement, insbesondere einem Sonnenrad, mit einer von der zusätzlichen Antriebsmaschine angetriebenen Getriebeeingangswelle drehfest verbunden sein. Zudem kann das eingangsseitige, erste Planetengetriebe mit seinem Ausgangselement, insbesondere einen, Planetenräder tragenden Planetenradträger, mit einer Getriebeausgangswelle drehfest verbunden sein, die mit der Eingangsseite des Achsdifferenzials trieblich gekoppelt ist (für einen Differenzial-Antrieb). Das Reaktionselement des eingangsseitigen, ersten Planetengetriebes, insbesondere ein mit den Planetenrädern kämmendes radial äußeres Hohlrad, kann über ein Schaltelement SH2 am Getriebegehäuse festbremsbar oder davon lösbar sein, und zwar je nach Schaltstellung des Schaltelements SH2.
  • In diesem Fall ist in der zweiten Hybrid-Gangstufe H2 das Hohlrad über das Schaltelement SH2 am Getriebegehäuse festgebremst, so dass sich ein Antriebsmomentenfluss bzw. Lastpfad ohne Leistungsverzweigung von der zusätzlichen Antriebsmaschine (Elektromaschine) über das eingangsseitige, erste Planetengetriebe bis zur Eingangsseite des Achsdifferenzials ergibt, während zweite und dritte Planetengetriebe vom Lastpfad entkoppelt sind.
  • Im Hinblick auf eine Drehmomentwandlung ist es bevorzugt, wenn die zusätzliche Antriebsmaschine über eine Vorgelegestufe mit der Getriebeeingangswelle gekoppelt ist. Die zusätzliche Antriebsmaschine kann aus Bauraumgründen bevorzugt achsparallel zur Flanschwelle angeordnet sein, wobei die Vorgelegestufe beispielhaft eine einstufige Stirnradstufe sein kann.
    In einer konkreten Ausführungsvariante können das Hohlrad des eingangsseitigen ersten Planetengetriebes und ein Hohlrad des zweiten Planetengetriebes auf einer gemeinsamen, radial äußeren Hohlradwelle drehfest sitzen. Die radial äußere Hohlradwelle kann über das bereits erwähnte Schaltelement SH2 am Getriebegehäuse festbremsbar sein.
  • Die Hohlradwelle kann über einen Hohlradflansch drehfest auf einer Zwischenwelle angeordnet sein. Diese kann zusätzlich einen Festbrems-Flansch drehfest tragen, der über das Hybrid-Schaltelement SH2 am Getriebegehäuse festbremsbar ist.
  • Das Hohlrad des zweiten Planetengetriebes kann mit Planetenrädern kämmen, die auf einem Planetenradträger drehgelagert sind und die wiederum mit einem radial inneren Sonnenrad kämmen, das als ein Reaktionselement am Getriebegehäuse festbremsbar ist oder davon lösbar ist, und zwar das über ein Momentenverteilungs-Schaltelement STV. Bevorzugt kann das Sonnenrad drehfest auf einer Sonnenrad-Welle angeordnet sein. Diese kann zusätzlich einen Festbrems-Flansch drehfest tragen, der über das Momentenverteilungs-Schaltelement STV am Getriebegehäuse festbremsbar ist.
  • Zudem kann der Planetenradträger des zweiten Planetengetriebes einen Momentenverteilungs-Abtriebsflansch aufweisen, der drehfest auf einer zum Achsdifferenzial führenden Momentenverteilungs-Welle angeordnet ist. Bei geschalteter Momentenverteilungs-Gangstufe ergibt sich mit der obigen Getriebestruktur die folgende Konstellation: So ist in diesem Fall das Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes über das Momentenverteilungs-Schaltelement am Getriebegehäuse festgebremst. Daraus resultiert ein Lastpfad von der zusätzlichen Antriebsmaschine in das erste Planetengetriebe, an dessen Planetenradträger eine Leistungsverzweigung erfolgt. Demgemäß führt ein erster Teil-Lastpfad weiter zur Getriebeausgangswelle bis zur Achsdifferenzial-Eingangsseite. Ein zweiter Teil-Lastpfad führt dagegen über die Planetenräder sowie das Hohlrad des ersten Planetengetriebes weiter auf die Hohlradwelle bis zum zweiten Planetengetriebe, und von dort über den Momentenverteilungs-Flansch zur Momentenverteilungs-Welle.
  • In einer technischen Umsetzung kann das Achsdifferenzial einen Ravigneaux-Satz aufweisen, bei dem Planetenräder eines ersten Planetenradsatzes sowohl mit einem radial äußeren Hohlrad, das die Eingangsseite des Achsdifferenzials bildet, als auch mit Planetenrädern eines zweiten Planetenradsatzes kämmt. Zudem sind die Planetenräder des ersten Planetenradsatzes in Zahneingriff mit einem ersten, großen Sonnenrad, während die Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes mit einem zweiten, kleinen Sonnenrad kämmen. Die beiden Planetenradsätze sind an einem gemeinsamen Planetenradträger drehgelagert. In der konkreten Ausführungsform kann das erste, große Sonnenrad auf der vom Übertragungsgetriebe kommenden Momentenverteilungs-Abtriebswelle drehfest sitzen, während das zweite, kleine Sonnenrad drehfest auf der einen (getriebeseitigen) Flanschwelle sitzt und der gemeinsame Planetenradträger drehfest auf der anderen (getriebefernen) Flanschwelle sitzt.
  • Das dritte Planetengetriebe ist sowohl bei geschalteter erster Momentenverteilungs-Gangstufe TV als auch bei geschalteter zweiten Hybrid-Gangstufe frei drehend, das heißt von dem jeweiligen Lastpfad entkoppelt und nur bei geschalteter erster Hybrid-Gangstufe im Lastpfad eingebunden. Das dritte Planetengetriebe weist ein Sonnenrad auf, das drehfest auf der bereits oben erwähnten Zwischenwelle angeordnet ist, und zwar zusammen mit dem Hohlrad-Flansch und dem Festbrems-Flansch, der mit dem zweiten Hybrid-Schaltelement SH2 zusammenwirkt. Das Sonnenrad des dritten Planetengetriebes kämmt mit Planetenrädern, die an einem Planetenradträger drehgelagert sind sowie in Zahneingriff mit einem radial äußeren Hohlrad sind. Der Planetenradträger des dritten Planetengetriebes kann über ein Hybrid-Schaltelement SH1 am Getriebegehäuse festbremsbar oder davon lösbar sein. Das Hohlrad des dritten Planetengetriebes kann über eine Verbindungswelle drehfest mit dem Planetenradträger des ersten Planetengetriebes verbunden sein.
  • Somit ergibt sich bei eingelegter erster Hybrid-Gangstufe H1 die folgende Konstellation: Der Planetenradträger des dritten Planetengetriebes ist mittels des Hybrid-Schaltelementes SH1 am Getriebegehäuse festgebremst. Daraus resultiert ein Lastpfad von der zusätzlichen Antriebsmaschine in das erste Planetengetriebe, an dessen Planetenradträger eine Leistungsverteilung erfolgt, bei der ein Haupt-Lastpfad weiter zur Getriebeausgangswelle bis zur Eingangsseite des Achsdifferenzials geführt ist. Ein Neben-Lastpfad wird dagegen über die Planetenräder und über das Hohlrad des ersten Planetengetriebes auf die Hohlradwelle und weiter über den Hohlrad-Flansch sowie der Zwischenwelle zum dritten Planetengetriebe geführt. Von dessen Hohlrad führt der Neben-Lastpfad über die Verbindungswelle zum Planetenradträger des ersten Planetengetriebes zurück.
  • Im Hinblick auf eine Packageoptimierung ist es bevorzugt, wenn die Getriebeausgangswelle einen Außenwellenabschnitt aufweist, der radial innen einen Bauraum begrenzt. In dem Bauraum können bevorzugt das erste und das zweite Planetengetriebe angeordnet sein. Zudem ist es im Hinblick auf eine Package-Optimierung bevorzugt, wenn in der Fahrzeugquerrichtung betrachtet das zweite Planetengetriebe fahrzeuginnen und das dritte Planetengetriebe fahrzeugaußen angeordnet sind, während das erste Planetengetriebe zwischen dem zweiten und dem dritten Planetengetriebe positioniert ist.
  • Im Hinblick auf eine weitere Packageoptimierung ist es bevorzugt, wenn die, dem Planetenradträger des ersten Planentengetriebes tragende Zwischenwelle als eine Hohlwelle realisiert ist. In diesem Fall können die als Hohlwellen ausgebildeten Getriebeeingangswelle, Zwischenwelle und Verbindungswelle sowie die getriebeseitige Flanschwelle koaxial sowie ineinander verschachtelt angeordnet sein.
  • In gleicher Weise kann die Getriebeausgangswelle als eine Außenhohlwelle gebildet sein. In diesem Fall können die Getriebeausgangswelle, die als Innenhohlwelle gebildete Momentenverteilungs-Abtriebswelle und die getriebeseitige Flanschwelle zueinander koaxial und ineinander verschachtelt angeordnet sein.
  • Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
  • Es zeigen:
    • 1 in einer schematischen Darstellung eine Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeug-Hinterachse eines zweispurigen Fahrzeugs;
    • 2 bis 4 jeweils Ansichten entsprechend der 1 mit hervorgehobenem Antriebsmomentenfluss bei geschalteter ersten Hybrid-Gangstufe (2), bei geschalteter zweiter Hybrid-Gangstufe (3) und bei geschalteter Momentenverteilungs-Gangstufe (4).
  • In der 1 ist grob schematisch eine Getriebestruktur einer Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeug-Hinterachse HA eines zweispurigen Fahrzeugs gezeigt. Die in der 1 angedeutete Antriebsvorrichtung kann Bestandteil eines Allradantriebes 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 kann über eine Kardanwelle sowie über einen Kegeltrieb 4 trieblich mit der Eingangsseite 13 eines Hinterachsdifferenzials 3 verbunden sein. Zwischen dem Kegeltrieb 4 und der Eingangsseite 13 des Hinterachsdifferenzials 3 ist eine Kupplung K geschaltet, mittels der die Hinterachse HA trieblich von der Kardanwelle abkoppelbar ist.
  • Das Hinterachsdifferenzial 3 ist ausgangsseitig über beidseitig angeordnete Flanschwellen 5, 7 mit den Fahrzeughinterrädern 9 der Fahrzeug-Hinterachse HA trieblich gekoppelt. In der 1 ist das Hinterachsdifferenzial 3 ein Planetendifferenzial mit einem Ravigneaux-Radsatz, bei dem Planetenräder 11 eines ersten Planetenradsatzes sowohl mit einem radial äußeren Hohlrad 13, das die Eingangsseite des Achsdifferenzials 3 bildet, als auch mit Planetenrädern 15 eines zweiten Planetenradsatzes kämmen. Zudem sind die Planetenräder 11 des ersten Planetenradsatzes in Zahneingriff mit einem ersten, großen Sonnenrad 17. Die Planetenräder 15 des zweiten Planetenradsatzes sind dagegen in Zahneingriff mit einem zweiten, kleinen Sonnenrad 19. Beide Planetenradsätze sind an einem gemeinsamen Planetenradträger 21 drehgelagert, der drehfest auf einer getriebefernen Flanschwelle 5 sitzt. Demgegenüber sitzt das zweite, kleine Sonnenrad 19 drehfest auf der getriebeseitigen Flanschwelle 7, während das erste, große Sonnenrad 17 drehfest auf einer Momentenverteilungs-Abtriebswelle 23 sitzt, die in das Überlagerungsgetriebe 25 führt.
  • Die Hinterachse HA weist ein bereits erwähntes Überlagerungsgetriebe 25 sowie eine Elektromaschine 26 auf. Das Überlagerungsgetriebe 25 ist in einem Hybrid-Modus oder in einem Momentenverteilungs-Modus (das heißt elektronisches Torque-Vectoring oder Quersperrenfunktion) betreibbar, wie es später beschrieben wird. Im Hybrid-Modus wird ein von der Elektromaschine 26 generiertes Antriebsmoment über das Überlagerungsgetriebe 25 sowie über das Hinterachsdifferenzial 3 gleichmäßig verteilt auf die beiden Flanschwellen 5, 7 eingekoppelt. Der Hybrid-Modus ist rein elektromotorisch durchführbar oder in Kombination der Elektromaschine 26 mit der Brennkraftmaschine (zum Beispiel für eine Boost-Funktion).
  • Im Momentenverteilungs-Modus wird das von der Elektromaschine 26 generierte Antriebsmomente nicht nur zur Eingangsseite (Hohlrad 13) des Achsdifferenzials 3 geleitet, sondern auch über das Überlagerungsgetriebe 25 zum ersten großen Sonnenrad 17 des Achsdifferenzials 3, um eine Momentenverteilung auf die beiden Hinterräder 9 zu ändern. Die Einleitung in das erste, große Sonnenrad 17 erfolgt über einen auf der Momentenverteilungs-Abtriebswelle 23 sitzenden Momentenverteilungs-Flansch 24 des Überlagerungsgetriebes 25. In Abhängigkeit vom Betrag sowie der Drehrichtung des von der Elektromaschine 26 generierten Antriebsmomentes erfolgt die Momentenverteilung zwischen den Fahrzeugrädern 9.
  • Nachfolgend wird die Getriebestruktur des Überlagerungsgetriebes 25 anhand der 1 erläutert: Demzufolge weist das Überlagerungsgetriebe 25 ein eingangsseitiges, erstes Planetengetriebe PG1, ein zweites Planetengetriebe PG2 und ein drittes Planetengetriebe PG3 auf, die in der Fahrzeugquerrichtung y unmittelbar nebeneinander sowie zueinander koaxial ausgerichtet auf der getriebeseitigen Flanschwelle 7 angeordnet sind. Das mittlere, erste Planetengetriebe PG1 ist mit seinem Sonnenrad 27 (wirkt als ein Eingangselement) mit einer an der Elektromaschine 26 angetriebenen Getriebeeingangswelle 29 drehfest verbunden. Als Ausgangselement weist das erste Planetengetriebe PG1 einen Planetenradträger 35 auf, der Planetenräder 33 trägt. Der Planetenradträger 35 ist über einen Hybrid-Abtriebsflansch 32 drehfest mit der Getriebeausgangswelle 41 verbunden. Diese ist wiederum mit der Eingangsseite 13 des Achsdifferenzials 3 trieblich gekoppelt. Als ein Reaktionselement weist das erste Planetengetriebe PG1 ein, mit den Planetenrädern 33 kämmendes Hohlrad 37 auf. Das Hohlrad 37 des eingangsseitigen ersten Planetengetriebes PG1 und ein Hohlrad 39 des zweiten Planetengetriebes PG2 sitzen auf einer gemeinsamen, radial äußeren Hohlradwelle 36. Diese ist über einen Hohlradflansch 34 drehfest auf einer Zwischenwelle 38 angeordnet. Die Zwischenwelle 38 trägt zusätzlich einen Festbrems-Flansch 40, der über ein Hybrid-Schaltelement SH2 am Getriebegehäuse 43 festbremsbar ist.
  • Im zweiten Planetengetriebe PG2 kämmt das Hohlrad 39 mit Planetenrädern 49, die auf einem Planetenradträger 54 drehgelagert sind und zudem mit einem Sonnenrad 47 kämmen. Das Sonnenrad 47 des zweiten Planetengetriebes PG2 ist drehfest auf einer Sonnenrad-Welle 48 angeordnet. Diese trägt zudem einen Festbrems-Flansch 52, der über ein Momentenverteilungs-Schaltelement STV am Getriebegehäuse 43 festbremsbar ist. Der Planetenradträger 54 des zweiten Planetengetriebes PG2 weist einen Momentenverteilungs-Abtriebsflansch 24 auf, der drehfest auf der zum Achsdifferenzial 3 führenden Momentenverteilungs-Welle 23 angeordnet ist.
  • Das dritte Planetengetriebe PG3 weist ein Sonnenrad 50 auf, das drehfest auf der Zwischenwelle 38 angeordnet ist und mit Planetenrädern 53 kämmt, die an einem Planetenradträger 55 drehgelagert sind. Die Planetenräder 53 sind in Zahneingriff mit einem radial äußeren Hohlrad 59, das über eine Verbindungswelle 61 mit dem Planetenradträger 35 des ersten Planetengetriebes PG1 drehfest verbunden ist.
  • Um die Funktionsweise der Antriebsvorrichtung zu erläutern, wird anhand der 2 eine Fahrsituation beschrieben, bei der eine erste Hybrid-Gangstufe H1 geschaltet ist. In diesem Fall wird der Planetenradträger 55 des dritten Planetengetriebes PG3 mittels des Hybrid-Schaltelementes SH1 am Getriebegehäuse 43 festgebremst. Dadurch ergibt sich ein Lastpfad von der Elektromaschine 26 in das erste Planetengetriebe PG1, an dessen Planetenradträger 35 eine Leistungsverteilung erfolgt. Hierbei wird ein Haupt-Lastpfad weiter über den Hybrid-Abtriebsflansch 32 weiter zur Getriebeausgangswelle 41 bis zur Eingangsseite 13 des Achsdifferenzials geführt. Ein Neben-Lastpfad wird über die Planetenräder 33, das Hohlrad 37 des ersten Planetengetriebes PG1, die Hohlradwelle 36 sowie den Hohlrad-Flansch 34 über die Zwischenwelle 38 zum dritten Planetengetriebe PG3 geführt und von dessen Hohlrad 59 über die Verbindungswelle 61 zum Planetenradträger 35 des ersten Planetengetriebes PG1 rückgeführt. In der 2 (und auch in der 3 und 4) sind die Lastpfade mit durchgezogener Linie eingezeichnet, während Verlustleistungs-Lastpfade, durch die eine Blindleistung geht, mit strichpunktierter Linie angedeutet sind.
  • In der 3 ist eine weitere Fahrsituation gezeigt, bei der im Unterschied zur 2 die zweite Hybrid-Gangstufe H2 geschaltet ist. In diesem Fall ist das Hohlrad 37 des ersten Planetengetriebes PG1 über das Schaltelement SH2 am Getriebegehäuse 43 festgebremst. Dadurch ergibt sich ein Lastpfad von der Elektromaschine 26 über das eingangsseitige, erste Planetengetriebe PG1 und dessen Hybrid-Abtriebsflansch 32 bis zur Eingangsseite 13 des Achsdifferenzials 3.
  • In der 4 ist eine Fahrsituation angedeutet, bei der die Momentenverteilungs-Gangstufe TV geschaltet ist. Der Momentenverteilungs-Modus ist beispielhaft bei einer Kurvenfahrt aktiviert, um zwischen den Flanschwellen 5, 7 eine Momentendifferenz zu erzielen. Im Momentenverteilungs-Modus sind die beiden Hybrid-Schaltelemente SH1, SH2 gelöst, während das Momentenverteilungs-Schaltelement STV geschaltet ist, mittels dem das Sonnenrad 47 des zweiten Planetengetriebes PG2 am Getriebegehäuse 43 festgebremst ist. Dadurch ergibt sich ein Lastpfad von der Elektromaschine 26 in das erste Planetengetriebe PG1, an dessen Planetenradträger 35 eine Leistungsverteilung erfolgt. Dabei führt ein erster Teil-Lastpfad über den Hybrid-Abtriebsflansch 32 weiter zur Getriebeausgangswelle 41 bis zur Eingangsseite 13 des Achsdifferenzials. Ein zweiter Teil-Lastpfad führt über die Planetenräder 33 und das Hohlrad 37 des ersten Planetengetriebes PG1 und über die Hohlradwelle 36 zum zweiten Planetengetriebe PG2. Von dort führt der Teil-Lastpfad über den Momentenverteilungs-Flansch 24 zur Momentenverteilungs-Welle 23 weiter zum ersten, großen Sonnenrad 17 des Achsdifferenzials 3. Der Drehsinn und der Betrag des von der Elektromaschine 26 erzeugten Antriebsmomentes ist dabei so ausgelegt, dass in dem ersten Planetenradsatz des Achsdifferenzials 3 ein Moment eingespeist oder davon entnommen wird, wodurch sich eine Momentenverteilung zwischen den beiden Flanschwellen 5, 7 ändert.
  • Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung weist die folgenden Vorteile auf: so können die gewünschten Übersetzungen gut umgesetzt werden. Ein Stufensprung zwischen den Hybridgängen ist bei gleichen Standübersetzungen auf einen vergleichsweisen geringen Wert begrenzt. Allerdings kann durch Erhöhung der Standübersetzungen eines Radsatzes der erste Hybridgang kürzer ausgeführt werden. Besonders hervorzuheben ist, dass die Hybrid-Schaltelemente SH1, SH2 und das Momentenverteilungs-Schaltelement STV allesamt als Bremsen ausgeführt sind. Zudem wechselt zwischen den ersten und zweiten Hybrid-Gangstufen nicht die Drehrichtung der Elektromaschine 26. Die Wirkungsgrade in den Hybrid-Gangstufen sind höher als bei vergleichbaren Konzepten aus dem Stand der Technik (aufgrund fehlender Blindleistung). Zudem kann erfindungsgemäß ein gängiger Ravigneaux-Satz verwendet werden.

Claims (12)

  1. Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeugachse (HA) eines zweispurigen Fahrzeugs, wobei die Fahrzeugachse (HA) ein Achsdifferenzial (3) aufweist, das eingangsseitig mit einer Primär-Antriebsmaschine verbindbar ist und ausgangsseitig über beidseitig angeordnete Flanschwellen (5, 7) mit Fahrzeugrädern (9) der Fahrzeugachse (HA) verbindbar ist, wobei der Fahrzeugachse (HA) eine zusätzliche Antriebsmaschine (26) und ein schaltbares Überlagerungsgetriebe (25) zugeordnet ist, das in eine Momentenverteilungs-Gangstufe (TV) schaltbar ist, in der ein von der zusätzlichen Antriebsmaschine (26) erzeugtes Antriebsmoment erzeugt wird, in Abhängigkeit von dessen Größe und Drehrichtung eine Momentenverteilung auf die beiden Fahrzeugräder (9) änderbar ist, und in einen Hybrid-Modus schaltbar ist, in dem das von der zusätzlichen Antriebsmaschine (26) generierte Antriebsmoment über das Achsdifferenzial (3) gleichmäßig verteilt auf beide Flanschwellen (5, 7) der Fahrzeugräder (9) einkoppelbar ist, wobei das Überlagerungsgetriebe (25) drei miteinander gekoppelte Planetengetriebe (PG1, PG2, PG3) aufweist, und dass entweder bei geschalteter Momentenverteilungs-Gangstufe (TV) oder bei einer geschalteten ersten Hybrid-Gangstufe (H1) ein Lastpfad im Überlagerungsgetriebe (25) gebildet ist, in dem genau zwei der Planetengetriebe (PG1, PG2; PG1, PG3) eingebunden sind, und wobei bei einer geschalteten zweiten Hybrid-Gangstufe (H2) ein Lastpfad im Überlagerungsgetriebe (25) gebildet ist, in dem lediglich genau eines (PG1) der Planetengetriebe eingebunden ist, und wobei die drei Planetengetriebe (PG1, PG2, PG3) in Reihe hintereinander koaxial zur Flanschwelle (5, 7) angeordnet sind, und ein eingangsseitiges, erstes Planetengetriebe (PG1) mit seinem als Eingangselement wirkenden Sonnenrad (27) mit einer von der zusätzlichen Antriebsmaschine (26) angetriebenen Getriebeeingangswelle (29) drehfest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das eingangsseitige, erste Planetengetriebe (PG1) mit seinem als Ausgangselement wirkenden, Planetenräder (33) tragenden Planetenradträger (35) über einen Hybrid-Abtriebsflansch (32) mit einer Getriebeausgangswelle (41) verbunden ist, die mit der Eingangsseite (13) des Achsdifferenzials (3) trieblich gekoppelt ist, und dass ein als Reaktionselement des ersten Planetengetriebes (PG1) wirkendes, mit den Planetenrädern (33) kämmendes Hohlrad (37) mit einem Schaltelement (SH2) an einem Getriebegehäuse (43) festbremsbar oder davon lösbar ist, und dass in der zweiten Hybrid-Gangstufe (H2) das Hohlrad (37) des ersten Planetengetriebes (PG1) über das Schaltelement (SH2) am Getriebegehäuse (43) festgebremst ist, so dass sich ein Lastpfad von der zusätzlichen Antriebsmaschine (26) über das eingangsseitige, erste Planetengetriebe (PG1) bis zur Eingangsseite (13) des Achsdifferenzials (3) ergibt.
  2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Antriebsmaschine (26) zur Drehmomentwandlung über eine Vorgelegestufe (31) mit der Getriebeeingangswelle (29) gekoppelt ist.
  3. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (37) des eingangsseitigen ersten Planetengetriebes (PG1) und ein Hohlrad (39) des zweiten Planetengetriebes (PG2) auf einer gemeinsamen radial äußeren Hohlradwelle (36) drehfest sitzen, die über das Schaltelement (SH2) am Getriebegehäuse (43) festbremsbar ist, und dass insbesondere die Hohlradwelle (36) über einen Hohlradflansch (34) drehfest auf einer Zwischenwelle (38) angeordnet ist, und dass die Zwischenwelle (38) zusätzlich einen Festbrems-Flansch (40) drehfest trägt, der über das Hybrid-Schaltelement (SH2) am Getriebegehäuse (43) festbremsbar ist.
  4. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Planetengetriebe (PG2) das Hohlrad (39) mit Planetenrädern (49) kämmt, die auf einem Planetenradträger (54) drehgelagert sind und mit einem Sonnenrad (47) kämmen, das über ein Momentenverteilungs-Schaltelement (STV) am Getriebegehäuse (43) festbremsbar ist oder davon lösbar ist, und dass das Sonnenrad (47) drehfest auf einer Sonnenrad-Welle (48) angeordnet ist, und dass die Sonnenrad-Welle (48) zusätzlich einen Festbrems-Flansch (52) drehfest trägt, der über das Momentenverteilungs-Schaltelement (STV) am Getriebegehäuse (43) festbremsbar ist.
  5. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenradträger (54) des zweiten Planetengetriebes (PG2) einen Momentenverteilungs-Abtriebsflansch (24) aufweist, der drehfest auf einer zum Achsdifferenzial (3) führenden Momentenverteilungs-Welle (23) angeordnet ist.
  6. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Achsdifferenzial (3) einen Ravigneaux-Satz aufweist, bei dem Planetenräder (11) eines ersten Planetenradsatzes sowohl mit einem radial äußeren Hohlrad (13), das die Eingangsseite des Achsdifferenzials (3) bildet, jeweils mit Planetenrädern (15) eines zweiten Planetenradsatzes als auch mit einem ersten, großen Sonnenrad (17) kämmt, und dass die Planetenräder (15) des zweiten Planetenradsatzes mit einem zweiten, kleinen Sonnenrad (19) kämmen, wobei die beiden Planetenradsätze an einem gemeinsamen Planetenradträger (21) drehgelagert sind, und dass das erste, große Sonnenrad (17) auf der Momentenverteilungs-Abtriebswelle (23) drehfest sitzt, das zweite, kleine Sonnenrad (19) drehfest auf der einen Flanschwelle (7) sitzt und der gemeinsame Planetenradträger (21) drehfest auf der anderen Flanschwelle (5) sitzt.
  7. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei geschalteter Momentenverteilungs-Gangstufe (TV) das Sonnenrad (47) des zweiten Planetengetriebes (PG2) über das Momentenverteilungs-Schaltelement (STV) am Getriebegehäuse (43) festgebremst ist, so dass sich ein Lastpfad von der zusätzlichen Antriebsmaschine (26) in das erste Planetengetriebe (PG1) ergibt, an dessen Planetenradträger (35) eine Leistungsverteilung erfolgt, bei der ein erster Teil-Lastpfad über den Hybrid-Abtriebsflansch (32) weiter zur Getriebeausgangswelle (41) bis zur Eingangsseite (13) des Achsdifferenzials (3) führt, und ein zweiter Teil-Lastpfad über die Planetenräder (33) und das Hohlrad (37) des ersten Planetengetriebes (PG1) und die Hohlradwelle (36) zum zweiten Planetengetriebe (PG2) führt und von dort über den Momentenverteilungs-Flansch (24) zur Momentenverteilungs-Welle (23) weitergeführt ist.
  8. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Planetengetriebe (PG3) ein Sonnenrad (50) aufweist, das drehfest auf der Zwischenwelle (38) angeordnet ist und mit Planetenrädern (53) kämmt, die an einem Planetenradträger (55) drehgelagert sind, wobei die Planetenräder (53) in Zahneingriff mit einem radial äußeren Hohlrad (59) sind, und dass insbesondere der Planetenradträger (55) des dritten Planetengetriebes (PG3) einen Festbrems-Flansch (51) aufweist, der über ein Hybrid-Schaltelement (SH1) am Getriebegehäuse (43) festbremsbar ist, und dass das Hohlrad (59) des dritten Planetengetriebes (PG3) über eine Verbindungswelle (61) mit dem Planetenradträger (35) des ersten Planetengetriebes (PG1) drehfest verbunden ist.
  9. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Hybrid-Gangstufe (H1) der Planetenradträger (55) des dritten Planetengetriebes (PG3) mittels des Hybrid-Schaltelements (SH1) am Getriebegehäuse (43) festgebremst ist, so dass sich ein Lastpfad von der zusätzlichen Antriebsmaschine (26) in das erste Planetengetriebe (PG1) ergibt, an dessen Planetenradträger (35) eine Leistungsverteilung erfolgt, bei der ein Haupt-Lastpfad vom Hybrid-Abtriebsflansch (32) weiter zur Getriebeausgangswelle (41) bis zur Eingangsseite (13) des Achsdifferenzials (3) führt, und ein Neben-Lastpfad über die Planetenräder (33) und das Hohlrad (37) des ersten Planetengetriebes (PG1) sowie die Hohlradwelle (36) zum dritten Planetengetriebe (PG3) führt und von dessen Hohlrad (59) über die Verbindungswelle (61) zum Planetenradträger (35) des ersten Planetengetriebes (PG1) rückgeführt wird.
  10. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeausgangswelle (41) einen Außenwellenabschnitt (42) aufweist, der radial innen einen Bauraum begrenzt, in dem das erste und das zweite Planetengetriebe (PG1, PG2) angeordnet sind, und/oder dass in der Fahrzeugquerrichtung (y) betrachtet das zweite Planetengetriebe (PG2) fahrzeuginnen und das dritte Planetengetriebe (PG3) fahrzeugaußen angeordnet ist, während das erste Planetengetriebe (PG1) zwischen dem zweiten und dritten Planetengetriebe (PG2, PG3) angeordnet ist.
  11. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die als Innenhohlwelle gebildete Getriebeeingangswelle (29) sowie die, den Planetenradträger (35) des ersten Planetengetriebes (PG1) tragende Verbindungswelle (61), die Zwischenwelle (38) und die getriebeseitige Flanschwelle (7) zueinander koaxial und ineinander verschachtelt angeordnet sind.
  12. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeausgangswelle (41) als eine Außenhohlwelle ausgebildet ist, und dass die Getriebeausgangswelle (41), die Momentenverteilungs-Abtriebswelle (23) als Innenhohlwelle und die getriebeseitige Flanschwelle (7) zueinander koaxial und ineinander verschachtelt angeordnet sind.
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