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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Antriebsvorrichtung für eine elektrisch angetriebene Achse eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Fahrzeug, das mehrere Achsen aufweist, wobei wenigstens eine dieser Achsen mit einer derartigen Antriebsvorrichtung ausgestattet ist.
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Gemäß 7 umfasst eine gattungsgemäße Antriebsvorrichtung 1, die für eine elektrisch angetriebene Achse 2 eines Fahrzeugs 3 vorgesehen ist, einen ersten Elektromotor 4, der antriebsmäßig mit einem ersten Antriebsstrang 5 zum Antreiben eines ersten Fahrzeugrads 6 gekoppelt ist, einen zweiten Elektromotor 7, der antriebsmäßig mit einem zweiten Antriebsstrang 8 zum Antreiben eines zweiten Fahrzeugrads 9 gekoppelt ist, und ein Differential 10 zum Antreiben einer ersten Antriebswelle 11, die mit dem ersten Fahrzeugrad 6 antriebsmäßig koppelbar ist, und einer zweiten Antriebswelle 12, die mit dem zweiten Fahrzeugrad 9 antriebsmäßig koppelbar ist. Der erste Antriebsstrang 5 weist eine erste Kupplung 13 zum Koppeln des ersten Antriebsstrangs 5 mit der ersten Antriebswelle 11 unter Umgehung des Differentials 10 und eine zweite Kupplung 14 zum Koppeln des ersten Antriebsstrangs 5 mit dem Differential 10 auf. Der zweite Antriebsstrang 8 weist eine dritte Kupplung 15 zum Koppeln des zweiten Antriebsstrangs 8 mit dem Differential 10 und eine vierte Kupplung 16 zum Koppeln des zweiten Antriebsstrangs 8 mit der zweiten Antriebswelle 12 unter Umgehung des Differentials 10 auf.
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Mithilfe einer derartigen Antriebsvorrichtung 1 lassen sich unterschiedliche Betriebsmodi realisieren. Beispielsweise ist es möglich, die beiden Fahrzeugräder 6, 9 mit jeweils einem der Elektromotoren 4, 7 quasi direkt anzutreiben, wozu die erste Kupplung 13 und die vierte Kupplung 16 geschlossen werden. Ein Drehzahlausgleich bei Kurvenfahrt kann dann noch immer über das Differential 10 erfolgen. Ein derartiger Betriebsmodus ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die maximale Antriebsleistung benötigt wird. Reicht dagegen die Antriebsleistung eines Elektromotors aus, kann in einem anderen Betriebsmodus beispielsweise der erste Elektromotor 4 über die geschlossene zweite Kupplung 14 und somit über das Differential 10 beide Fahrzeugräder 6, 9 antreiben. Mithilfe des zweiten Elektromotors 7 ist es dann insbesondere in Verbindung mit der vierten Kupplung 16 möglich, bei Kurvenfahrt ein sogenanntes Torque Vectoring durchzuführen, um ein besonders dynamisches Fahrverhalten zu ermöglichen.
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Diese und weitere Vorzüge einer derartigen Antriebsvorrichtung werden in den vorstehend genannten Dokumenten näher erläutert. Eine ähnliche Antriebsvorrichtung ist aus der
DE 10 2011 056 929 A1 bekannt.
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Bei Elektromotoren korreliert üblicherweise der elektrische Wirkungsgrad mit der Antriebsleistung. Mit zunehmender Leistung steigt auch der Wirkungsgrad an. Bei batterieelektrischen Fahrzeugen ist es im Hinblick auf die realisierbare Reichweite des Fahrzeugs von Interesse, die Elektromotoren möglichst effizient zu betreiben, also mit hoher Leistung. Im normalen Fahrbetrieb ist jedoch nicht immer die maximale Antriebsleistung der Elektromotoren erforderlich, sodass die Elektromotoren der Antriebsvorrichtung häufig weit entfernt von ihrer maximalen Leistung und daher mit relativ geringer Effizienz betrieben werden.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Antriebsvorrichtung der vorstehend beschriebenen Art sowie für ein damit ausgestattetes Fahrzeug eine verbesserte Ausführungsform aufzuzeigen, die sich insbesondere durch eine erhöhte Effizienz hinsichtlich der Nutzung der Elektromotoren auszeichnet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zumindest einen der beiden Antriebsstränge mit einem Getriebe auszustatten, das zwei oder mehr Gänge aufweist. Dies hat zur Folge, dass der Elektromotor, der mit dem das Getriebe aufweisenden Antriebsstrang gekoppelt ist, nunmehr entsprechend der Anzahl der Gänge des Getriebes in unterschiedlichen Betriebszuständen mit hoher Leistung und somit mit hoher Effizienz betrieben werden kann. Durch die erhöhte Effizienz nimmt der Energieverbrauch ab, was letztlich die Reichweite des mit der Antriebsvorrichtung ausgestatteten Fahrzeugs erhöht. Das Schalten bzw. Einlegen der Gänge des jeweiligen Getriebes erfolgt zweckmäßig mit den ohnehin im jeweiligen Antriebsstrang vorhandenen Kupplungen. Das bedeutet, dass das Öffnen und Schließen der einen Kupplung den ersten Gang einschaltet und ausschaltet, während das Öffnen und Schließen der anderen Kupplung den zweiten Gang aktiviert und deaktiviert. Insbesondere ist dadurch die Ausgestaltung des Getriebes als Zwei-Gang-Getriebe zweckmäßig und preiswert realisierbar.
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Im Einzelnen wird vorgeschlagen, dass der zweite Antriebsstrang ein mehrere Gänge aufweisendes erstes Getriebe aufweist, wobei das erste Getriebe einen ersten Gang mit einem ersten Übersetzungsverhältnis aufweist, der antriebsmäßig zwischen der vierten Kupplung und der zweiten Antriebswelle angeordnet ist. Das erste Getriebe weist außerdem einen zweiten Gang mit einem vom ersten Übersetzungsverhältnis verschiedenen zweiten Übersetzungsverhältnis auf, der antriebsmäßig zwischen der dritten Kupplung und dem Differential angeordnet ist. Bevorzugt ist das erste Getriebe als Zweiganggetriebe ausgestaltet. Denkbar sind jedoch auch Ausführungsformen mit drei oder mehr Gängen.
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Durch diese Bauweise ist es somit insbesondere möglich, bei eingelegtem erstem Gang über die geschlossene vierte Kupplung mithilfe des zweiten Elektromotors die zweite Antriebswelle mit dem ersten Übersetzungsverhältnis anzutreiben. Die dritte Kupplung ist dann zweckmäßig offen. Bei eingelegtem zweitem Gang kann dagegen über die geschlossene dritte Kupplung die Antriebsleistung mit dem zweiten Übersetzungsverhältnis auf das Differential übertragen werden. Die vierte Kupplung ist dann zweckmäßig offen. Dabei werden die beiden Gänge des ersten Getriebes über die beiden Kupplungen des zweiten Antriebsstrangs, also über die dritte Kupplung und die vierte Kupplung geschaltet. Der zweite Elektromotor kann dadurch in unterschiedlichen Betriebsmodi mit hoher Leistung und somit effizient betrieben werden.
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Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei welcher der erste Elektromotor eine andere Nennleistung aufweist als der zweite Elektromotor. Durch die Verwendung unterschiedlicher Elektromotoren wird zunächst eine Asymmetrie innerhalb der mithilfe der Antriebsvorrichtung angetriebenen elektrischen Antriebsachse geschaffen, die jedoch zumindest teilweise über das erste Getriebe ausgeglichen werden kann. Durch die Verwendung unterschiedlicher Elektromotoren wird die Möglichkeit verbessert, in unterschiedlichen Betriebszuständen zumindest einen der Elektromotoren mit hoher Leistung und somit hoher Effizienz betreiben zu können.
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Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei welcher der erste Elektromotor eine größere Nennleistung bzw. ein größeres Nenndrehmoment aufweist als der zweite Elektromotor, wobei gleichzeitig das erste Übersetzungsverhältnis größer ist als das zweite Übersetzungsverhältnis. Das bedeutet, dass der schwächere zweite Elektromotor seine geringere Leistung bzw. sein geringeres Moment im ersten Gang über das größere Übersetzungsverhältnis zumindest teilweise ausgleichen kann. Beispielsweise kann die Nennleistung bzw. das Nennmoment des ersten Elektromotors mindestens das 1,3-Fache der Nennleistung bzw. des Nennmoments des zweiten Elektromotors betragen. Die Nennleistung bzw. das Nennmoment des ersten Elektromotors ist vorzugsweise maximal doppelt so groß wie die Nennleistung bzw. das Nennmoment des zweiten Elektromotors. Bevorzugt kann die Nennleistung bzw. das Nennmoment des ersten Elektromotors das 1,5-Fache der Nennleistung bzw. des Nennmoments des zweiten Elektromotors betragen. Dementsprechend beträgt dann das erste Übersetzungsverhältnis mindestens das 1,3-Fache, maximal das 2,0-Fache und vorzugsweise das 1 ,5-Fache des zweiten Übersetzungsverhältnisses. Es ist klar, dass grundsätzlich auch andere, insbesondere größere Übersetzungsverhältnisse und auch andere Verhältnisse für Leistung und Moment der beiden Elektromotoren vorgesehen werden können.
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Bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der zumindest eine der Kupplungen oder mehrere der Kupplungen oder alle Kupplungen als Lamellenkupplungen ausgestaltet sind. Derartige Lamellenkupplungen zeichnen sich dadurch aus, dass sie auch mit Schlupf betrieben werden können. Hierdurch ist es insbesondere möglich, die Kupplungen unter Last zu öffnen und zu schließen. Ebenso ist es möglich, eine derartige Lamellenkupplung so zu betätigen, dass auch im Schließzustand, also im eingekuppelten Zustand ein gewisser Schlupf möglich ist.
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Ebenso ist denkbar, zumindest eine der Kupplungen oder mehrere Kupplungen oder alle Kupplungen als Synchronisierung oder als Klauenkupplung auszugestalten.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann das Differential als Kegelraddifferential ausgestaltet sein. Hierdurch wird insbesondere eine längliche, axiale Bauweise für die Antriebsvorrichtung begünstigt, die radial kompakt baut. Alternativ dazu ist es ebenso möglich, das Differential als Stirnraddifferential auszugestalten. Hierdurch wird insbesondere eine axial kompakte Bauform begünstigt.
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Eine andere Ausführungsform schlägt vor, die beiden Elektromotoren an voneinander abgewandten Seiten des Differentials anzuordnen. Auch diese Maßnahme begünstigt eine radial kompakte, längliche Bauweise entlang der Antriebsachse. Alternativ ist denkbar, die beiden Elektromotoren auf derselben Seite des Differentials anzuordnen. Hierdurch wird wieder eine axial kompakte Bauweise unterstützt.
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Eine andere Ausführungsform schlägt vor, beide Antriebsstränge jeweils mit einem Getriebe auszustatten, das zwei oder mehr Gänge aufweist. Somit lassen sich nun beide Elektromotoren in mehreren unterschiedlichen Betriebszuständen mit hoher Effizienz betreiben. Im Einzelnen wird für diese Ausführungsform vorgeschlagen, dass der erste Antriebsstrang ein mehrere Gänge aufweisendes zweites Getriebe aufweist, wobei das zweite Getriebe einen ersten Gang mit einem ersten Übersetzungsverhältnis aufweist, der antriebsmäßig zwischen der ersten Kupplung und der ersten Antriebswelle angeordnet ist. Das zweite Getriebe weist außerdem einen zweiten Gang mit einem vom ersten Übersetzungsverhältnis verschiedenen zweiten Übersetzungsverhältnis auf, der antriebsmäßig zwischen der zweiten Kupplung und dem Differential angeordnet ist. Dabei werden die beiden Gänge des zweiten Getriebes über die beiden Kupplungen des ersten Antriebsstrangs, also über die erste Kupplung und die zweite Kupplung geschaltet. Das bedeutet, dass nunmehr der erste Elektromotor bei zweckmäßig geöffneter zweiter Kupplung über die geschlossene erste Kupplung und den ersten Gang die erste Antriebswelle mit dem ersten Übersetzungsverhältnis antreiben kann, während er bei zweckmäßig geöffneter erster Kupplung über die geschlossene zweite Kupplung und den zweiten Gang mit dem zweiten Übersetzungsverhältnis das Differential antreiben kann. Zweckmäßig kann auch hier vorgesehen sein, dass das erste Übersetzungsverhältnis größer ist als das zweite Übersetzungsverhältnis.
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Bei der Ausführungsform, bei der beide Antriebsstränge jeweils ein Getriebe aufweisen, können die beiden Elektromotoren die gleiche Nennleistung aufweisen. Ebenso ist auch hier denkbar, die beiden Elektromotoren mit unterschiedlichen Nennleistungen auszustatten.
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Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der die Antriebsvorrichtung eine Antriebssteuerung aufweist, die mit den Elektromotoren und mit den Kupplungen steuerungsmäßig gekoppelt ist. Das heißt, die Antriebssteuerung kann die Elektromotoren zum Steuern und/oder Regeln der Antriebsleistung und die Kupplungen zum Öffnen und Schließen ansteuern. Des Weiteren ist die Antriebssteuerung so ausgestaltet bzw. programmiert, dass sie die Elektromotoren und die Kupplungen gemäß einem zweiten Betriebsmodus ansteuern kann. In diesem zweiten Betriebsmodus ist der erste Elektromotor über die geschlossene zweite Kupplung mit dem Differential gekoppelt, sodass der erste Elektromotor über das Differential beide Antriebswellen antreibt. In diesem zweiten Betriebsmodus ist der zweite Elektromotor über die geschlossene vierte Kupplung mit der zweiten Antriebswelle gekoppelt, sodass er bedarfsabhängig positive oder negative Momente für ein Torque Vectoring in die zweite Antriebswelle einleiten kann. Mit anderen Worten, in diesem zweiten Betriebsmodus wird der erste Elektromotor zum Antreiben beider Räder genutzt, während mit dem zweiten Elektromotor bei Kurvenfahrt die Fahrzeug- und Fahrdynamik durch Torque Vectoring verbessert wird. In diesem zweiten Betriebsmodus sind die erste Kupplung und die dritte Kupplung geöffnet. Dabei ist es gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform grundsätzlich möglich, dass für diesen zweiten Betriebsmodus über die geschlossene vierte Kupplung der zweite Elektromotor permanent mitgeschleppt wird, wobei dies bei einer entsprechenden Ansteuerung des zweiten Elektromotors quasi verlustfrei möglich ist. Sobald ein Torque Vectoring-Bedarf vorliegt, lässt sich der mitlaufende zweite Elektromotor ohne Zeitverlust zum Einleiten eines positiven oder negativen Drehmoments ansteuern.
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Gemäß einer Weiterbildung kann die Antriebssteuerung so ausgestaltet bzw. programmiert sein, dass sie die Elektromotoren und die Kupplungen gemäß einem ersten Betriebsmodus ansteuert, bei dem der erste Elektromotor über die geschlossene erste Kupplung mit der ersten Antriebswelle gekoppelt ist, während der zweite Elektromotor über die geschlossene vierte Kupplung mit der zweiten Antriebswelle gekoppelt ist. Hierdurch lässt sich an beiden Antriebswellen jeweils ein maximales Drehmoment einleiten. In diesem ersten Betriebsmodus sind die zweite Kupplung und die dritte Kupplung geöffnet.
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Die Antriebssteuerung kann zusätzlich oder alternativ so ausgestaltet bzw. programmiert sein, dass sie die Elektromotoren und die Kupplungen gemäß einem dritten Betriebsmodus ansteuern kann, bei dem der erste Elektromotor über die geschlossene zweite Kupplung mit dem Differential gekoppelt ist, während der zweite Elektromotor einerseits über die geschlossene vierte Kupplung mit der zweiten Antriebswelle gekoppelt ist und andererseits über die, vorzugsweise nur teilweise bzw. schlupfend, geschlossene dritte Kupplung mit dem Differential gekoppelt ist. Im dritten Betriebsmodus ist die erste Kupplung geöffnet. Bei dieser Ausführungsform wird die dritte Kupplung vorzugsweise so ausgestaltet, dass sie schlupfend geschlossen werden kann. Insbesondere kann die dritte Kupplung hierzu als Lamellenkupplung ausgestaltet sein. In diesem dritten Betriebsmodus ist es über das bedarfsabhängige zusätzliche, insbesondere schlupfende, Schließen der dritten Kupplung möglich, vorübergehend eine sogenannte Boost-Funktion zu realisieren, um kurzfristig noch mehr Leistung zum Antrieb zur Verfügung stellen zu können.
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Zusätzlich oder alternativ kann die Antriebssteuerung so ausgestaltet bzw. programmiert sein, dass sie die Elektromotoren und die Kupplungen gemäß einem vierten Betriebsmodus ansteuern kann, bei dem der erste Elektromotor über die geschlossene zweite Kupplung mit dem Differential gekoppelt ist, während der zweite Elektromotor über die geschlossene dritte Kupplung mit dem Differential gekoppelt ist. Die erste Kupplung und die vierte Kupplung sind in diesem vierten Betriebsmodus offen. In diesem vierten Betriebsmodus kann über das Differential die maximale Antriebsleistung bereitgestellt werden. Darüber hinaus ermöglicht dieser vierte Betriebsmodus einen Momentabgleich der beiden Elektromotoren. Hierzu können die beiden Elektromotoren betragsmäßig gleiche Momente mit unterschiedlichem Vorzeichen auf das Differential aufbringen. Bei idealem Abgleich entsteht dadurch keine Längsbeschleunigung des Fahrzeugs. Stellt die Antriebssteuerung dagegen eine positive oder negative Längsbeschleunigung des Fahrzeugs fest, kann sie den Momentabgleich der Elektromotoren solange durchführen, bis keine Längsbeschleunigung mehr auftritt.
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Zusätzlich oder alternativ kann die Antriebssteuerung so ausgestaltet bzw. programmiert sein, dass sie die Elektromotoren und die Kupplungen gemäß einem fünften Betriebsmodus ansteuert, bei dem der erste Elektromotor über die geschlossene zweite Kupplung mit dem Differential gekoppelt ist, während der zweite Elektromotor deaktiviert ist. In diesem fünften Betriebsmodus sind die erste Kupplung, die dritte Kupplung und die vierte Kupplung geöffnet. Dieser fünfte Betriebsmodus wird dann verwendet, wenn die Antriebsleistung des ersten Elektromotors für den aktuellen Betriebszustand des Fahrzeugs ausreicht. Hierdurch kann der erste Elektromotor mit hoher Leistung und somit hoher Effizienz betrieben werden.
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Zusätzlich oder alternativ kann die Antriebssteuerung so ausgestaltet und/oder programmiert sein, dass sie die Elektromotoren und die Kupplungen gemäß einem sechsten Betriebsmodus ansteuert, bei dem der zweite Elektromotor über die geschlossene dritte Kupplung mit dem Differential gekoppelt ist, während der erste Elektromotor deaktiviert ist. In diesem sechsten Betriebsmodus sind die erste Kupplung, die zweite Kupplung und die vierte Kupplung geöffnet. Dieser sechste Betriebsmodus kann dann ausgewählt werden, wenn der zweite Elektromotor ausreicht, die für den aktuellen Betriebszustand des Fahrzeugs erforderliche Antriebsleistung bereitzustellen. Auf diese Weise kann der zweite Elektromotor mit hoher Leistung und somit hoher Effizienz betrieben werden.
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Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug weist mehrere Achsen auf, wobei zumindest eine dieser Achsen mit einer Antriebsvorrichtung der vorstehend beschriebenen Art ausgestattet ist. Das Fahrzeug weist ferner ein erstes Fahrzeugrad an einer ersten, z.B. linken, Fahrzeugseite auf, das antriebsmäßig mit der ersten Antriebswelle gekoppelt ist. Außerdem weist das Fahrzeug ein zweites Fahrzeugrad an einer zweiten, z.B. rechten, Fahrzeugseite auf, das antriebsmäßig mit der zweiten Antriebswelle gekoppelt ist. Das Fahrzeug kann als Elektrofahrzeug und insbesondere als Hybridfahrzeug und vorzugsweise als batterieelektrisches Fahrzeug ausgestaltet sein. Das Fahrzeug kann genau zwei Achsen aufweisen. Zweckmäßig können beide Achsen mit einer derartigen Antriebsvorrichtung ausgestattet sein. Das Fahrzeug kann als Personenkraftwagen ausgestaltet sein.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Vorstehend genannte und nachfolgend noch zu nennende Bestandteile einer übergeordneten Einheit, wie z.B. einer Einrichtung, einer Vorrichtung oder einer Anordnung, die separat bezeichnet sind, können separate Bauteile bzw. Komponenten dieser Einheit bilden oder integrale Bereiche bzw. Abschnitte dieser Einheit sein, auch wenn dies in den Figuren anders dargestellt ist.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch,
- 1 bis 6 jeweils eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung bei verschiedenen Ausführungsformen,
- 7 eine gattungsgemäße Antriebsvorrichtung nach dem Stand der Technik.
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Entsprechend den 1 bis 7 weist ein Fahrzeug 3 zumindest eine elektrisch angetriebene Achse 2 auf, die mit einer Antriebsvorrichtung 1 ausgestattet ist. Das Fahrzeug 3 ist hier nur im Bereich dieser Antriebsvorrichtung 1 angedeutet. Das Fahrzeug 3 kann wenigstens eine weitere Achse aufweisen, die als nicht angetriebene Achse oder die ebenfalls als angetriebene Achse ausgestaltet ist. Das Fahrzeug 3 ist insoweit ein Elektrofahrzeug und kann z. B. als Hybridfahrzeug oder als batterieelektrisches Fahrzeug konzipiert sein.
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Die Antriebsvorrichtung 3 weist einen ersten Elektromotor 4, einen zweiten Elektromotor 7 und ein Differential 10 auf. Der erste Elektromotor 4 ist antriebsmäßig mit einem ersten Antriebsstrang 5 gekoppelt, der zum Antreiben eines ersten Fahrzeugrads 6 dient, das an einer ersten Fahrzeugseite angeordnet ist. Der zweite Elektromotor 7 ist antriebsmäßig mit einem zweiten Antriebsstrang 8 gekoppelt, der zum Antreiben eines zweiten Fahrzeugrads 9 dient, das an einer zweiten Fahrzeugseite angeordnet ist, die von der ersten Fahrzeugseite abgewandt ist. Das Differential 10 dient zum Antreiben einer ersten Antriebswelle 11, die am Fahrzeug 3 mit dem ersten Fahrzeugrad 6 antriebsmäßig gekoppelt ist, und einer zweiten Antriebswelle 12, die am Fahrzeug 3 mit dem zweiten Fahrzeugrad 9 antriebsmäßig gekoppelt ist.
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Der erste Antriebsstrang 5 weist eine erste Kupplung 13 zum Koppeln des ersten Antriebsstrangs 5 mit der ersten Antriebswelle 11 unter Umgehung des Differentials 10 auf. Der erste Antriebsstrang 5 weist außerdem eine zweite Kupplung 14 zum Koppeln des ersten Antriebsstrangs 5 mit dem Differential 10 auf. Im Einzelnen ist hierzu über die zweite Kupplung 14 der erste Antriebsstrang 5 mit einem Differentialgehäuse 17 gekoppelt, das über ein innen liegendes Differentialgetriebe 18 mit den beiden Antriebswellen 11, 12 gekoppelt ist. Der zweite Antriebsstrang 8 weist eine dritte Kupplung 15 zum Koppeln des zweiten Antriebsstrangs 8 mit dem Differential 10 auf. Auch hier ist der zweite Antriebsstrang 8 über die dritte Kupplung 15 mit dem Differentialgehäuse 17 antriebsmäßig gekoppelt, das über das Differentialgetriebe 18 die beiden Antriebswellen 11, 12 antreibt. Der zweite Antriebsstrang 8 weist außerdem eine vierte Kupplung 16 auf, die den zweiten Antriebsstrang 8 unter Umgehung des Differentials 10 antriebsmäßig mit der zweiten Antriebswelle 12 koppelt.
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Gemäß den 1 bis 6 weist der zweite Antriebsstrang 8 ein erstes Getriebe 19 auf, das mehrere Gänge besitzt, nämlich zumindest einen ersten Gang 20 und einen zweiten Gang 21. Bevorzugt ist dabei die hier gezeigte Ausführungsform, bei der das erste Getriebe 19 als Zwei-Gang-Getriebe ausgestaltet ist.
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Der erste Gang 20 besitzt ein erstes Übersetzungsverhältnis und ist antriebsmäßig zwischen der vierten Kupplung 16 und der zweiten Antriebswelle 12 angeordnet. Der zweite Gang 21 weist ein vom ersten Übersetzungsverhältnis verschiedenes zweites Übersetzungsverhältnis auf und ist antriebsmäßig zwischen der dritten Kupplung 15 und dem Differential 10 angeordnet. Erkennbar ist bei den hier gezeigten Beispielen das erste Übersetzungsverhältnis größer als das zweite Übersetzungsverhältnis.
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Bei den Ausführungsformen der 1 bis 5 sind die beiden Elektromotoren 4, 7 mit unterschiedlicher Nennleistung ausgestattet. Bevorzugt ist dabei gemäß den hier gezeigten Beispielen der erste Elektromotor 4 mit einer größeren Nennleistung ausgestattet als der zweite Elektromotor 7. Nur bei der in 6 gezeigten Ausführungsform sind die beiden Elektromotoren 4, 7 mit gleicher Nennleistung ausgestattet. Grundsätzlich können auch hier unterschiedliche Elektromotoren zur Anwendung kommen. Denkbar ist auch bei den Ausführungsformen der 1 bis 5, dass dort die Elektromotoren 4, 7 mit gleicher Nennleistung ausgestattet sind.
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Zumindest eine der Kupplungen 13, 14, 15, 16 kann als Lamellenkupplung ausgestaltet sein. Ebenso ist denkbar, zumindest eine der Kupplungen 13, 14, 15, 16 als Synchronisierung oder als Klauenkupplung auszugestalten. Im Beispiel der 1 sind alle vier Kupplungen 13, 14, 15, 16 als Lamellenkupplungen ausgestaltet. Im Beispiel der 2 sind die erste Kupplung 13 und die zweite Kupplung 14 als Lamellenkupplungen ausgestaltet, während die dritte Kupplung 15 und die vierte Kupplung 16 als Klauenkupplungen oder Synchronisierungen ausgestaltet sind. Bei der Ausführungsform der 3 sind die erste Kupplung 13, die zweite Kupplung 14, die dritte Kupplung 15 und die vierte Kupplung 16 als Synchronisierungen oder Klauenkupplungen ausgestaltet. In den Beispielen der 4 bis 7 sind wiederum alle vier Kupplungen 13, 14, 15, 16 als Lamellenkupplungen ausgestaltet.
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In den Beispielen der 1 bis 3, 6 und 7 ist das Differential 10 als Kegelraddifferential ausgestaltet. In den Beispielen der 4 und 5 ist das Differential 10 dagegen als Stirnraddifferential ausgestaltet.
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In den Beispielen der 1 bis 4, 6 und 7 sind die beiden Elektromotoren 4, 7 an voneinander abgewandten Seiten des Differentials 10 angeordnet. Im Beispiel der 5 sind die beiden Elektromotoren 4, 7 auf derselben Seite des Differentials 10 angeordnet.
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In den Ausführungsformen der 1 bis 5 ist ausschließlich der zweite Antriebsstrang 8 mit einem Getriebe, nämlich dem ersten Getriebe 19 ausgestattet. Der erste Antriebsstrang 5 weist für den ersten Elektromotor 4 bei diesen Ausführungsformen nur ein einziges, konstantes Übersetzungsverhältnis für die Leistungsübertragung auf die erste Antriebswelle 11 und auf das Differential 10 auf. Im Beispiel der 1 ist das Übersetzungsverhältnis des ersten Antriebsstrangs 5 gleich dem zweiten Übersetzungsverhältnis des zweiten Gangs 21 des ersten Getriebes 19 des zweiten Antriebsstrangs 8. Diese Konfiguration ist auch im Beispiel der 5 gegeben. Im Unterschied dazu zeigen die 2 bis 4 Konfigurationen, bei denen das Übersetzungsverhältnis des ersten Antriebsstrangs 5 zwischen dem ersten Übersetzungsverhältnis und dem zweiten Übersetzungsverhältnis der beiden Gänge 20, 21 des ersten Getriebes 19 des zweiten Antriebsstrangs 8 liegt. Es ist klar, dass sich diese Konfigurationen bezüglich der Übersetzungsverhältnisse mit den anderen, vorstehend erwähnten Konfigurationen hinsichtlich der Nennleistungen der Elektromotoren 4, 7 und der konkreten Ausgestaltung der Kupplungen 13, 14, 15, 16 und der konkreten Ausgestaltung des Differentials 10 kombinieren lassen.
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Bei dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel weist nun auch der erste Antriebsstrang 5 ein mehrere Gänge aufweisendes Getriebe, nämlich ein zweites Getriebe 22 auf, das hier als Zwei-Gang-Getriebe ausgestaltet ist und dementsprechend einen ersten Gang 23 mit einem ersten Übersetzungsverhältnis und einen zweiten Gang 24 mit einem zweiten Übersetzungsverhältnis aufweist, das vom ersten Übersetzungsverhältnis verschieden ist. Der erste Gang 23 des zweiten Getriebes 22 ist antriebsmäßig zwischen der ersten Kupplung 13 und der ersten Antriebswelle 11 angeordnet. Der zweite Gang 24 des zweiten Getriebes 22 ist antriebsmäßig zwischen der zweiten Kupplung 14 und dem Differential 10 angeordnet. Im Beispiel der 6 sind die beiden Seiten der Antriebsvorrichtung 1 symmetrisch ausgestaltet. Das erste Übersetzungsverhältnis des ersten Gangs 20 des ersten Getriebes 19 ist hier gleich groß wie das erste Übersetzungsverhältnis des ersten Gangs 23 des zweiten Getriebes 22. Auch ist das zweite Übersetzungsverhältnis des zweiten Gangs 21 des ersten Getriebes 19 gleich groß wie das zweite Übersetzungsverhältnis des zweiten Gangs 24 des zweiten Getriebes 22. Auch sind hier exemplarisch die beiden Elektromotoren 4, 7 mit gleicher Nennleistung ausgestattet. Es ist klar, dass hier grundsätzlich auch unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse und insbesondere unterschiedlich ausgestaltete Getriebe 19, 22 zur Anwendung kommen können, insbesondere dann, wenn die beiden Elektromotoren 4, 7 unterschiedliche Nennleistung besitzen.
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Die Antriebsvorrichtung 1 kann außerdem mit einer Antriebssteuerung 25 ausgestattet sein, die auf geeignete Weise mit den Elektromotoren 4, 7 und mit den Kupplungen 13, 14, 15, 16 steuerungsmäßig gekoppelt ist. Entsprechende Steuerleitungen sind hier nicht dargestellt. Antriebssteuerung 25 kann somit die Kupplungen 12, 14, 15, 16 zum Öffnen und Schließen ansteuern und die Elektromotoren 4, 7 zum Erzeugen gewünschter positiver und negativer Momente bzw. zum Bereitstellen einer gewünschten Antriebsleistung ansteuern bzw. regeln. Die Antriebssteuerung 25 kann beispielsweise in eine hier nicht gezeigte Fahrzeugsteuerung hardwaremäßig integriert und/oder softwaremäßig implementiert sein. Die Antriebssteuerung 25 ist so ausgestaltet und/oder programmiert, dass sie die Elektromotoren 4, 7 und die Kupplungen 13, 14, 15, 16 gemäß wenigstens einem der folgenden Betriebsmodi ansteuern kann. Nachfolgend werden sechs Betriebsmodi aufgezählt und erläutert. Grundsätzlich ist denkbar, dass weitere Betriebsmodi realisierbar sind, insbesondere in Verbindung mit dem in 6 gezeigten zweiten Getriebe 22 und insbesondere in Verbindung mit Getrieben 19, 22, die mehr als zwei Gänge schalten können.
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Bei einem ersten Betriebsmodus ist der erste Elektromotor 4 über die erste Kupplung 13 mit der ersten Antriebswelle 11 gekoppelt, während der zweite Elektromotor 7 über die vierte Kupplung 16 mit der zweiten Antriebswelle 12 gekoppelt ist. Die zweite Kupplung 14 und die dritte Kupplung 15 sind dann offen, sodass die beiden Elektromotoren 4, 7 antriebsmäßig vom Differential 10 entkoppelt sind. Die beiden Antriebswellen 11, 12 sind dagegen nach wie vor über das Differential 10 miteinander antriebsmäßig gekoppelt. Hierdurch wird für beide Fahrzeugseiten bzw. für die beiden Fahrzeugräder 6, 9 ein Einzelradantrieb realisiert, der außerdem die Möglichkeit eines Torque Vectorings zulässt, und zwar sowohl über den ersten Elektromotor 4 als auch über den zweiten Elektromotor 7. Die geringere Antriebsleistung des zweiten Elektromotors 7 wird hier durch das größere Übersetzungsverhältnis im ersten Gang 20 und eine entsprechend erhöhte Drehzahl kompensiert.
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In einem zweiten Betriebsmodus ist der erste Elektromotor 4 über die zweite Kupplung 14 mit dem Differential 10 gekoppelt, während der zweite Elektromotor 7 über die vierte Kupplung 16 mit der zweiten Antriebswelle 12 gekoppelt ist. Die erste Kupplung 13 und die dritte Kupplung 15 sind dabei offen. In diesem zweiten Betriebsmodus treibt der erste Elektromotor 4 über das Differential 10 beide Antriebswellen 11, 12 an. Über den zweiten Elektromotor 7 und dessen Antriebskopplung mit der zweiten Antriebswelle 12 kann bedarfsabhängig ein Torque Vectoring durchgeführt werden, indem positive oder negative Momente in die zweite Antriebswelle 12 eingeleitet werden.
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In einem dritten Betriebsmodus ist der erste Elektromotor 4 wieder über die zweite Kupplung 14 mit dem Differential 10 gekoppelt, während der zweite Elektromotor 7 einerseits über die vierte Kupplung 16 wieder mit der zweiten Antriebswelle 12 gekoppelt ist und andererseits zusätzlich über die dritte Kupplung 15 mit dem Differential 10 gekoppelt ist. Zweckmäßig ist zur Realisierung dieses dritten Betriebsmodus die dritte Kupplung 15 so konzipiert, dass sie schlupfend geschlossen werden kann. Insbesondere kann zumindest die dritte Kupplung 15 hier als Lamellenkupplung ausgestaltet sein. In diesem dritten Betriebsmodus ist die erste Kupplung 13 offen. Dieser dritte Betriebsmodus unterscheidet sich vom zweiten Betriebsmodus nur dadurch, dass im dritten Betriebsmodus die dritte Kupplung 15 schlupfend geschlossen ist, während sie im zweiten Betriebsmodus offen ist. Durch die schlupfend geschlossene dritte Kupplung 15 kann über das kleinere Übersetzungsverhältnis des zweiten Gangs 21 ein zusätzliches Drehmoment in das Differential 10 eingeleitet werden. Hierdurch ist eine Boost-Funktion realisierbar, um kurzzeitig zusätzliche Antriebsleistung bereitzustellen.
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In einem vierten Betriebsmodus ist der erste Elektromotor 4 über die zweite Kupplung 14 mit dem Differential 10 gekoppelt, während der zweite Elektromotor 7 über die dritte Kupplung 15 mit dem Differential 10 gekoppelt ist. Im vierten Betriebsmodus sind die erste Kupplung 13 und die vierte Kupplung 16 offen. Die Antriebsleistungen der beiden Elektromotoren 4, 7 werden vollständig auf das Differential 10 übertragen. Hierdurch steht der Antriebsachse 2 die maximale Antriebsleistung zur Verfügung. In diesem vierten Betriebsmodus ist außerdem ein Momentenabgleich der beiden Elektromotoren 4, 7 durchführbar. Hierzu steuert die Antriebssteuerung 25 in einem geeigneten Betriebszustand des Fahrzeugs 3 die beiden Elektromotoren 4, 7 so an, dass sie betragsmäßig gleiche Momente mit unterschiedlichem Vorzeichen auf das Differential 10 aufbringen sollen. Entsteht dabei eine Längsbeschleunigung des Fahrzeugs 3, ist ein Momentenabgleich erforderlich. Hierzu korrigiert die Antriebssteuerung 25 die angesteuerten Momente der Elektromotoren 4, 7 solange, bis keine Längsbeschleunigung mehr entsteht. Ein für diesen Momentenabgleich geeigneter Betriebszustand ist beispielsweise bei stehendem Fahrzeug 3, insbesondere im Parkmodus.
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In einem fünften Betriebsmodus ist der erste Elektromotor 4 über die zweite Kupplung 14 mit dem Differential 10 gekoppelt, während der zweite Elektromotor 7 deaktiviert ist. Die erste Kupplung 13, die dritte Kupplung 15 und die vierte Kupplung 16 sind dann offen. Die Antriebsachse 2 wird dann ausschließlich vom ersten Elektromotor 4 angetrieben.
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Im sechsten Betriebsmodus ist der zweite Elektromotor 7 über die dritte Kupplung 15 mit dem Differential 10 gekoppelt, während der erste Elektromotor 4 deaktiviert ist. Die erste Kupplung 13, die zweite Kupplung 14 und die vierte Kupplung 16 sind dann offen. In diesem Fall wird die Antriebsachse 2 ausschließlich über den zweiten Elektromotor 7 angetrieben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010005789 A1 [0002]
- DE 102016218717 B3 [0002]
- DE 102011056929 A1 [0005]
