DE102022209065A1

DE102022209065A1 - Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102022209065A1
Application number: DE102022209065.9A
Authority: DE
Inventors: Thomas Martin; Fabian Kutter; Martin Brehmer; Patrick Kniess
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-08-31
Filing date: 2022-08-31
Publication date: 2024-02-29
Also published as: CN117621792A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für eine elektrisch angetriebene Achse eines Kraftfahrzeugs, aufweisend eine erste und zweite Elektromaschine, eine erste und zweite Seitenwelle zum Antreiben eines jeweiligen Fahrzeugrads sowie eine Schaltvorrichtung mit mindestens einer ersten, zweiten und dritten Kupplung, wobei die Schaltvorrichtung zumindest zur Realisierung einer Differentialfunktion, einer Differentialsperre, einer Torque-Vectoring-Funktion und einer Entkopplung der zweiten Elektromaschine von den Seitenwellen eingerichtet ist. Insbesondere ersetzt die Schaltvorrichtung ein mechanisches Differential, wodurch Gewicht, Bauraum und Kosten eingespart werden können. In einem ersten Betriebszustand sind alle drei Kupplungen geschlossen, sodass beide Seitenwellen mit beiden Elektromaschinen antriebswirksam verbunden sind. In einem zweiten Betriebszustand ist die dritte Kupplung geöffnet, wobei die erste und zweite Kupplung geschlossen sind, sodass beide Seitenwellen mit der ersten Elektromaschine antriebswirksam verbunden sind und die zweite Elektromaschine von den Seitenwellen entkoppelt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für eine elektrisch angetriebene Achse eines Kraftfahrzeugs, wobei die Antriebsvorrichtung zwei Elektromaschinen aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Antriebsvorrichtung.
Beispielsweise offenbart DE 10 2020 119 290 A1 eine Antriebsvorrichtung für eine elektrisch angetriebene Achse eines Fahrzeugs, mit einem ersten Elektromotor, der mit einem ersten Antriebsstrang zum Antreiben eines ersten Fahrzeugrads gekoppelt ist, mit einem zweiten Elektromotor, der mit einem zweiten Antriebsstrang zum Antreiben eines zweiten Fahrzeugrads gekoppelt ist, und mit einem Differential zum Antreiben einer ersten Antriebswelle, die mit dem ersten Fahrzeugrad antriebsmäßig koppelbar ist, und einer zweiten Antriebswelle, die mit dem zweiten Fahrzeugrad antriebsmäßig koppelbar ist. Der erste Antriebsstrang weist eine erste Kupplung zum Koppeln des ersten Antriebsstrangs mit der ersten Antriebswelle und eine zweite Kupplung zum Koppeln des ersten Antriebsstrangs mit dem Differential auf. Der zweite Antriebsstrang weist eine dritte Kupplung zum Koppeln des zweiten Antriebsstrangs mit dem Differential und eine vierte Kupplung zum Koppeln des zweiten Antriebsstrangs mit der zweiten Antriebswelle auf. Der zweite Antriebsstrang weist ein mehrere Gänge aufweisendes erstes Getriebe auf, 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 einen zweiten Gang mit einem vom ersten Übersetzungsverhältnis verschiedenen zweiten Übersetzungsverhältnis auf, der antriebsmäßig zwischen der dritten Kupplung und dem Differential angeordnet ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine alternative Antriebsvorrichtung zu schaffen, die insbesondere leichter und kompakter ausgebildet ist. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 sowie durch eine Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen von Patentanspruch 2. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der nachfolgenden Beschreibung sowie der Figuren.
Eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung für eine elektrisch angetriebene Achse eines Kraftfahrzeugs umfasst eine erste Elektromaschine mit einer ersten Rotorwelle und einem ersten Stator sowie eine zweite Elektromaschine mit einer zweiten Rotorwelle und einem zweiten Stator, eine erste Seitenwelle zum Antreiben eines ersten Fahrzeugrads und eine zweite Seitenwelle zum Antreiben eines zweiten Fahrzeugrads sowie eine Schaltvorrichtung mit einer ersten Kupplung, einer zweiten Kupplung und einer dritten Kupplung, wobei die Schaltvorrichtung zumindest zur Realisierung einer Differentialfunktion, einer Differentialsperre, einer Torque-Vectoring-Funktion und einer Entkopplung der zweiten Elektromaschine von den Seitenwellen eingerichtet ist, wobei die erste Elektromaschine über die erste Kupplung mit der ersten Seitenwelle antriebswirksam verbindbar ist, wobei die erste Elektromaschine über die zweite Kupplung mit der zweiten Seitenwelle antriebswirksam verbindbar ist, wobei die zweite Elektromaschine über die dritte Kupplung und die erste Kupplung mit der ersten Seitenwelle antriebswirksam verbindbar ist, wobei die zweite Elektromaschine über die dritte Kupplung und die zweite Kupplung mit der zweiten Seitenwelle antriebswirksam verbindbar ist, wobei in einem ersten Betriebszustand alle drei Kupplungen geschlossen sind, sodass beide Seitenwellen mit beiden Elektromaschinen antriebswirksam verbunden sind, wobei in einem zweiten Betriebszustand die dritte Kupplung geöffnet ist sowie die erste Kupplung und die zweite Kupplung geschlossen sind, sodass beide Seitenwellen mit der ersten Elektromaschine antriebswirksam verbunden sind und die zweite Elektromaschine von den Seitenwellen entkoppelt ist. Bei geschlossener dritter Kupplung sind die erste und zweite Elektromaschine miteinander verbunden. Hierzu wird auf die Ausführungsform gemäß 2 verwiesen.
Eine weitere erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung für eine elektrisch angetriebene Achse eines Kraftfahrzeugs umfasst eine erste Elektromaschine mit einer ersten Rotorwelle und einem ersten Stator sowie eine zweite Elektromaschine mit einer zweiten Rotorwelle und einem zweiten Stator, eine erste Seitenwelle zum Antreiben eines ersten Fahrzeugrads und eine zweite Seitenwelle zum Antreiben eines zweiten Fahrzeugrads sowie eine Schaltvorrichtung mit einer ersten Kupplung, einer zweiten Kupplung, einer dritten Kupplung und einer vierten Kupplung, wobei die Schaltvorrichtung zumindest zur Realisierung einer Differentialfunktion, einer Differentialsperre, einer Torque-Vectoring-Funktion und einer Entkopplung einer der beiden Elektromaschinen von den Seitenwellen eingerichtet ist, wobei die erste Elektromaschine über die vierte Kupplung und die erste Kupplung mit der ersten Seitenwelle antriebswirksam verbindbar ist, wobei die erste Elektromaschine über die vierte Kupplung und die zweite Kupplung mit der zweiten Seitenwelle antriebswirksam verbindbar ist, wobei die zweite Elektromaschine über die dritte Kupplung und die erste Kupplung mit der ersten Seitenwelle antriebswirksam verbindbar ist, wobei die zweite Elektromaschine über die dritte Kupplung und die zweite Kupplung mit der zweiten Seitenwelle antriebswirksam verbindbar ist, wobei in einem ersten Betriebszustand alle vier Kupplungen geschlossen sind, sodass beide Seitenwellen mit beiden Elektromaschinen antriebswirksam verbunden sind, wobei in einem zweiten Betriebszustand die dritte Kupplung geöffnet ist sowie die erste Kupplung, die zweite Kupplung und die vierte Kupplung geschlossen sind, sodass beide Seitenwellen mit der ersten Elektromaschine antriebswirksam verbunden sind und die zweite Elektromaschine von den Seitenwellen entkoppelt ist, wobei in einem dritten Betriebszustand die vierte Kupplung geöffnet ist sowie die erste Kupplung, die zweite Kupplung und die dritte Kupplung geschlossen sind, sodass beide Seitenwellen mit der zweiten Elektromaschine antriebswirksam verbunden sind und die erste Elektromaschine von den Seitenwellen entkoppelt ist. Bei geschlossener dritter und vierter Kupplung sind die erste und zweite Elektromaschine miteinander verbunden. Hierzu wird beispielsweise auf die Ausführungsform gemäß 3 verwiesen.
Unter einer „Differentialfunktion“ ist in diesem Zusammenhang bei Kurvenfahrt die Rotation der beiden Seitenwellen mit unterschiedlichen Drehzahlen zu verstehen. Durch Sperren dieser Differentialfunktion, also durch Realisierung einer sogenannten „Differentialsperre“, rotieren beide Seitenwellen zwangsläufig mit derselben Drehzahl.
Unter einer „Torque-Vectoring-Funktion“ ist ein individuelles Aufbringen einer Drehzahl und eines Drehmoments auf die jeweilige Seitenwelle zu verstehen. Durch Torque-Vectoring kann insbesondere die Dynamik bei Kurvenfahrten durch gezieltes Beschleunigen und Verzögern des jeweiligen Fahrzeugrads der Antriebsachse verbessert werden.
Wenn eine der beiden Elektromaschine entkoppelt ist, kann diese entkoppelte Elektromaschine nicht am Antrieb des Kraftfahrzeugs mitwirken. Insbesondere ist die entkoppelte Elektromaschine nicht im Betrieb.
Unter einer „antriebswirksamen Verbindung“ einer Vorrichtung oder eines Elements mit einer anderen Vorrichtung oder einem anderen Element ist zu verstehen, dass diese Bauteile, insbesondere Wellen entweder unmittelbar, beispielsweise drehfest, miteinander verbunden sind oder mittelbar, beispielsweise über mindestens ein weiteres Bauteil, insbesondere über mindestens eine weitere Welle oder ein weiteres Zahnrad, miteinander verbunden sind. Wenn zwei Wellen drehfest miteinander verbunden sind, rotieren sie gemeinsam in einer Drehrichtung mit einer Rotationsgeschwindigkeit. Insbesondere kann eine antriebswirksame Verbindung auch über eine Kupplung erfolgen, wobei dann bei geschlossener Kupplung eine antriebswirksame Kopplung vorliegt, wobei bei geöffneter Kupplung eine Entkopplung der Bauteile vorliegt.
Unter einer „Welle“ ist nicht ausschließlich ein beispielsweise zylindrisches, drehbar gelagertes Getriebeelement zur Übertragung von Drehmomenten zu verstehen, sondern vielmehr sind hierunter auch allgemeine Verbindungselemente zu verstehen, die einzelne Bauteile oder Elemente miteinander verbinden, insbesondere Verbindungselemente, die mehrere Elemente drehfest miteinander verbinden. Zwei drehfest miteinander verbundene Wellen können einteilig ausgebildet sein.
Die jeweilige Elektromaschine bzw. elektrische Maschine ist als Antriebsmaschine ausgebildet und zum Antrieb des Kraftfahrzeugs als Antriebsmotor sowie zur Rekuperation von elektrischer Energie als Generator betreibbar. Dazu ist die jeweilige Elektromaschine mit einem elektrischen Energiespeicher elektrisch verbunden. Die jeweilige Elektromaschine umfasst eine drehbewegliche Rotorwelle und einen gehäusefesten Stator. Die Elektromaschinen können auf einer gemeinsamen Rotationsachse mit der Schaltvorrichtung angeordnet sein und somit koaxial zu der Schaltvorrichtung ausgebildet sein. Alternativ können die Elektromaschinen achsparallel zu der Schaltvorrichtung angeordnet sein. Ferner können die Seitenwellen koaxial oder achsparallel zu den Elektromaschinen angeordnet sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Kupplung als reibschlüssige Kupplung ausgebildet und dazu eingerichtet ist, zumindest teilweise geschlossen zu werden, um einen Schlupf an der ersten Seitenwelle zu erzeugen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Kupplung als reibschlüssige Kupplung ausgebildet und dazu eingerichtet ist, zumindest teilweise geschlossen zu werden, um einen Schlupf an der zweiten Seitenwelle zu erzeugen.
Unter einer „reibschlüssigen Kupplung“ ist ein Schaltelement zu verstehen, das neben einer geöffneten Schaltstellung und einer geschlossenen Schaltstellung mindestens eine weitere Zwischenschaltstellung, insbesondere mehrere Zwischenschaltstellungen aufweist. Im geöffneten Zustand sind zwei an der Kupplung angeordnete Wellen voneinander entkoppelt, wobei keine Drehzahl und kein Drehmoment über die Kupplung übertragen werden. Im geschlossenen Zustand sind zwei an der Kupplung angeordnete Wellen drehfest miteinander verbunden, wobei die beiden Wellen dieselbe Drehzahl und dasselbe Drehmoment aufweisen. Gemäß der Zwischenschaltstellung sind die beiden an der Kupplung angeordnete Wellen derart miteinander verbunden, dass teilweise eine Drehzahl und ein Drehmoment über die Kupplung zwischen den beiden Wellen übertragen wird. Wenn eine Kupplung schlupft, dann weisen die daran angeordneten Wellen Drehzahlunterschiede auf. Beispielsweise ist die reibschlüssige Kupplung als Lamellenkupplung ausgebildet. Eine reibschlüssige Kupplung ist unter Last schaltbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die vierte Kupplung entweder als reibschlüssige oder als formschlüssige Kupplung ausgebildet und dazu eingerichtet, die erste Elektromaschine zu entkoppeln. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die dritte Kupplung entweder als reibschlüssige oder als formschlüssige Kupplung ausgebildet und dazu eingerichtet, die zweite Elektromaschine zu entkoppeln.
Unter einer „formschlüssigen Kupplung“ ist ein Schaltelement zu verstehen, das formschlüssige Eingriffsmittel sowie eine geöffnete Schaltstellung und eine geschlossene Schaltstellung aufweist. Im geöffneten Zustand sind zwei an der Kupplung angeordnete Wellen voneinander entkoppelt, wobei keine Drehzahl und kein Drehmoment über die Kupplung übertragen werden. Im geschlossenen Zustand sind zwei an der Kupplung angeordnete Wellen drehfest miteinander verbunden, wobei die beiden Wellen dieselbe Drehzahl und dasselbe Drehmoment aufweisen. Beispielsweise ist die formschlüssige Kupplung als Klauenkupplung ausgebildet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist im Leistungsfluss zwischen der ersten Seitenwelle und dem ersten Fahrzeugrad ein erster Planetenradsatz angeordnet, wobei im Leistungsfluss zwischen der zweiten Seitenwelle und dem zweiten Fahrzeugrad ein zweiter Planetenradsatz angeordnet ist. Mithin ist die erste Seitenwelle über den ersten Planetenradsatz mit dem ersten Fahrzeugrad antriebswirksam verbunden, wobei die zweite Seitenwelle über den zweiten Planetenradsatz mit dem zweiten Fahrzeugrad antriebswirksam verbunden ist. Der jeweilige Planetenradsatz stellt eine Übersetzungsstufe dar, die im Leistungsfluss nach der Schaltvorrichtung angeordnet ist.
Beispielsweise ist die erste Seitenwelle mit einem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes drehfest verbunden, wobei ein Hohlrad des ersten Planetenradsatzes mit einem drehfesten Bauteil drehfest verbunden ist, wobei ein Planetenträger des ersten Planetenradsatzes mit dem ersten Fahrzeugrad antriebswirksam verbunden ist, wobei die zweite Seitenwelle mit einem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden ist, wobei ein Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes mit einem drehfesten Bauteil drehfest verbunden ist, wobei ein Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes mit dem zweiten Fahrzeugrad antriebswirksam verbunden ist. Das Sonnenrad, das Hohlrad und der Planetenträger sind Elemente eines Planetenradsatzes, wobei an dem Planetenträger mindestens ein Planetenrad drehbar gelagert aufgenommen ist, wobei das Planetenrad mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad im Zahneingriff steht. Unter einem „drehfesten Bauteil“ ist ein nicht rotierendes Bauteil zu verstehen. Beispielsweise ist das stationäre Bauteil als Gehäuse oder Gehäuseabschnitt der Antriebsvorrichtung ausgebildet. Alternativ kann das stationäre Bauteil als gehäusefeste Welle ausgebildet sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist im Leistungsfluss zwischen der ersten Seitenwelle und dem ersten Fahrzeugrad eine erste Stirnradstufe angeordnet, wobei im Leistungsfluss zwischen der zweiten Seitenwelle und dem zweiten Fahrzeugrad eine zweite Stirnradstufe angeordnet ist. Die erste Stirnradstufe umfasst beispielsweise ein erstes Zahnrad, das mit der ersten Seitenwelle drehfest verbunden ist, und ein zweites Zahnrad, das mit dem ersten Fahrzeugrad antriebswirksam verbunden ist. Ferner umfasst die zweite Stirnradstufe beispielsweise ein erstes Zahnrad, das mit der zweiten Seitenwelle drehfest verbunden ist, und ein zweites Zahnrad, das mit dem zweiten Fahrzeugrad antriebswirksam verbunden ist. Insbesondere kann die jeweilige Stirnradstufe mindestens ein Zwischenrad, beispielsweise ein Stufenrad aufweisen, das die Übersetzung weiter erhöht. Die jeweilige Stirnradstufe stellt eine Übersetzungsstufe dar, die im Leistungsfluss nach der Schaltvorrichtung angeordnet ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist ein erster Planetenradsatz im Leistungsfluss zwischen der ersten Elektromaschine und der Schaltvorrichtung angeordnet, wobei ein zweiter Planetenradsatz im Leistungsfluss zwischen der zweiten Elektromaschine und der Schaltvorrichtung angeordnet ist. Der jeweilige Planetenradsatz stellt eine Übersetzungsstufe dar, die vor der Schaltvorrichtung angeordnet ist.
Beispielsweise ist die erste Rotorwelle mit einem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes drehfest verbunden, wobei ein Hohlrad des ersten Planetenradsatzes mit einem drehfesten Bauteil drehfest verbunden ist, wobei ein Planetenträger des ersten Planetenradsatzes mit der Schaltvorrichtung antriebswirksam verbunden ist, wobei die zweite Rotorwelle mit einem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden ist, wobei ein Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes mit einem drehfesten Bauteil drehfest verbunden ist, wobei ein Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes mit der Schaltvorrichtung antriebswirksam verbunden ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist im Leistungsfluss zwischen der ersten Elektromaschine und der Schaltvorrichtung eine erste Stirnradstufe angeordnet, wobei im Leistungsfluss zwischen der zweiten Elektromaschine und der Schaltvorrichtung eine zweite Stirnradstufe angeordnet ist. Die jeweilige Stirnradstufe umfasst mindestens ein erstes und ein zweites Zahnrad, die miteinander im Zahneingriff stehen. Insbesondere kann die jeweilige Stirnradstufe mindestens ein Zwischenrad, beispielsweise ein Stufenrad aufweisen, um die Übersetzung weiter zu erhöhen. Die jeweilige Stirnradstufe stellt eine Übersetzungsstufe dar, die im Leistungsfluss vor der Schaltvorrichtung angeordnet ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die beiden Rotorwellen und die beiden Seitenwellen koaxial zueinander angeordnet, wobei die erste Rotorwelle als Hohlwelle ausgebildet ist und die erste Seitenwelle sich axial durch die erste Rotorwelle erstreckt, wobei die zweite Rotorwelle als Hohlwelle ausgebildet ist und die zweite Seitenwelle sich axial durch die zweite Rotorwelle erstreckt. Mithin sind die beiden Rotorwellen und die beiden Seitenwellen auf einer gemeinsamen Rotationsachse angeordnet. Alternativ dazu können die beiden Rotorwellen achsparallel zu den beiden Seitenwellen angeordnet sein und somit auf zwei Rotationsachsen, die achsparallel zueinander angeordnet sind, angeordnet sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schaltvorrichtung axial zwischen den beiden Elektromaschinen angeordnet. Dadurch wird die Antriebsvorrichtung insbesondere in radialer Richtung kompakt ausgebildet.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung. Insbesondere ist das Kraftfahrzeug als Elektrofahrzeug ausgebildet und weist eine elektrische Antriebsachse mit der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung auf. Die obigen Definitionen sowie Ausführungen zu technischen Effekten, Vorteilen und vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gelten sinngemäß ebenfalls für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in den Zeichnungen dargestellt, wobei gleiche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen:

1 eine stark abstrahierte schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung;
2 eine stark abstrahierte schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
3 eine stark abstrahierte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
4 eine stark abstrahierte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform;
5 eine stark abstrahierte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform;
6 eine stark abstrahierte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform; und
7 eine stark abstrahierte schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform.

1 zeigt ein Kraftfahrzeug 100 mit einer ersten Achse 101 mit zwei Fahrzeugrädern R1, R2 und einer zweiten Achse 102 mit zwei Fahrzeugrädern R3, R4. Vorliegend ist die erste Achse 101 als hintere Antriebsachse des Kraftfahrzeugs 100 ausgebildet und mit einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 1 ausgestattet. Die Antriebsvorrichtung 1 umfasst eine erste Elektromaschine EM1 und eine zweite Elektromaschine EM2, die zum Generieren einer Antriebsleistung eingerichtet sind, eine erste Seitenwelle S1 zum Antreiben des ersten Fahrzeugrads R1 und eine zweite Seitenwelle S2 zum Antreiben des zweiten Fahrzeugrads R2 sowie eine Schaltvorrichtung 2, die axial zwischen den beiden Elektromaschinen EM1, EM2 angeordnet und zumindest dazu eingerichtet ist, eine Differentialfunktion, eine Differentialsperre, eine Torque-Vectoring-Funktion und eine Entkopplung der zweiten Elektromaschine EM2 von den Seitenwellen S1, S2 zu realisieren. Mithin ist das Kraftfahrzeug 100 als elektrisches Fahrzeug ausgebildet. Die Antriebsvorrichtung 1 ist quer zur Fahrzeuglängsrichtung angeordnet und mit den Fahrzeugrädern R1, R2 der ersten Achse 101 antriebswirksam verbunden. Vorliegend ist an der zweiten Achse 102, also an der Frontachse des Kraftfahrzeugs 100, keine weitere Antriebsvorrichtung angeordnet, wodurch Kosten, Gewicht und Bauraum eingespart werden. Alternativ kann die Antriebsvorrichtung 1 anstatt an der Heckachse an der Frontachse des Kraftfahrzeugs 100 angeordnet sein. Zur Realisierung eines Allradantriebsystems kann an der zweiten Achse 102 eine weitere Antriebsvorrichtung angeordnet und mit den Fahrzeugrädern R3, R4 dieser Achse 102 antriebswirksam verbunden sein.
2 zeigt eine erste Ausführungsform der Antriebsvorrichtung 1, die besonders kompakt und kostengünstig ausgebildet ist. Die erste Elektromaschine EM1 weist eine erste Rotorwelle 10 und einen ersten gehäusefesten Stator 11 auf. Die zweite Elektromaschine EM2 weist eine zweite Rotorwelle 20 und einen zweiten gehäusefesten Stator 21 auf. Die Schaltvorrichtung 2 weist eine erste reibschlüssige Kupplung K1, eine zweite reibschlüssige Kupplung K2 und eine dritte reibschlüssige Kupplung K3 auf. Alternativ kann die dritte Kupplung K3 als formschlüssige Kupplung, beispielsweise als Klauenkupplung, ausgebildet sein. Die beiden Elektromaschinen EM1, EM2 und die Schaltvorrichtung 2 sind in einem gemeinsamen Gehäuse G angeordnet, wobei die Schaltvorrichtung 2 besonders kompaktbauend zwischen den beiden Elektromaschinen EM1, EM2 angeordnet ist. Die beiden Rotorwellen 10, 20 und die beiden Seitenwellen S1, S2 sind koaxial zueinander auf einer gemeinsamen Rotationsachse A angeordnet. Die erste Rotorwelle 10 ist als Hohlwelle ausgebildet, wobei sich die erste Seitenwelle S1 axial durch die erste Rotorwelle 10 und die erste Elektromaschine EM1 erstreckt. Die zweite Rotorwelle 20 ist als Hohlwelle ausgebildet, wobei sich die zweite Seitenwelle S2 axial durch die zweite Rotorwelle 20 und die zweite Elektromaschine EM2 erstreckt. Die Elektromaschinen EM1, EM2, die Schaltvorrichtung 2 und die Seitenwellen S1, S2 sind koaxial zueinander angeordnet. Die erste Seitenwelle S1 ist mit einem ersten Fahrzeugrad der Antriebsachse antriebswirksam verbunden. Die zweite Seitenwelle S2 ist mit einem zweiten Fahrzeugrad der Antriebsachse antriebswirksam verbunden. Die Fahrzeugräder sind in 2 und den nachfolgenden Figuren nicht näher dargestellt, sondern lediglich durch einen Pfeil an der jeweiligen Seitenwelle S1, S2 angedeutet.
Die erste Elektromaschine EM1 und somit die erste Rotorwelle 10 ist über die erste Kupplung K1 mit der ersten Seitenwelle S1 drehfest verbindbar. Die erste Elektromaschine EM1 und somit die erste Rotorwelle 10 ist über die zweite Kupplung K2 mit der zweiten Seitenwelle S2 drehfest verbindbar. Die zweite Elektromaschine EM2 und somit die zweite Rotorwelle 20 ist über die dritte Kupplung K3 und die erste Kupplung K1 mit der ersten Seitenwelle S1 drehfest verbindbar. Die zweite Elektromaschine EM2 und somit die zweite Rotorwelle 20 ist über die dritte Kupplung K3 und die zweite Kupplung K2 mit der zweiten Seitenwelle S2 drehfest verbindbar.
Über die Schaltvorrichtung 2 können unterschiedliche Schaltzustände realisiert werden. Insbesondere ersetzt die Schaltvorrichtung 2 ein mechanisches Differential, wobei eine Differentialfunktion und eine Differentialsperre in Abhängigkeit der Schaltstellungen der Kupplungen K1, K2, K3 realisierbar ist. Ferner wird mittels der Schaltvorrichtung 2 auch eine Torque-Vectoring-Funktion und eine Entkopplung der zweiten Elektromaschine EM2 von den Seitenwellen S1, S2 realisiert. Vorliegend weist die Schaltvorrichtung 2 ausschließlich reibschlüssige Kupplungen auf, die neben einem geöffneten Zustand und einem geschlossenen Zustand zumindest einen Zwischenzustand, bevorzugt eine Vielzahl von Zwischenzuständen aufweisen, die zumindest teilweise eine Drehzahl und ein Drehmoment übertragen. Alternativ ist die dritte Kupplung K3 als formschlüssige Kupplung ausgebildet, die lediglich zwei Schaltzustände aufweist, nämlich einen geöffneten Zustand und einen geschlossenen Zustand, wobei die zweite Elektromaschine EM2 im geöffneten Zustand der dritten Kupplung K3 vom Antriebsstrang entkoppelt ist.
In einem ersten Betriebszustand der Antriebsvorrichtung 1 sind alle drei Kupplungen K1, K2, K3 geschlossen, sodass beide Seitenwellen S1, S2 mit beiden Elektromaschinen EM1, EM2 antriebswirksam verbunden sind. Ferner sind dadurch die beiden Seitenwellen S1, S2 auch drehfest miteinander verbunden. Der erste Betriebszustand stellt eine Differentialsperre dar, wobei dadurch auf ungleichem Untergrund ermöglicht wird, die volle Systemleistung beider Elektromaschinen EM1, EM2 auf das greifende Fahrzeugrad der Antriebsachse zu übertragen. Dies verbessert insbesondere die Traktion des Kraftfahrzeugs im Gelände.
Eine Torque-Vectoring-Funktion wird ebenso wie eine Differentialfunktion durch Schlupfen der erste oder zweiten Kupplung K1, K2 ermöglicht. Insbesondere bilden die erste und zweite Kupplung K1, K2 eine Art Differentialkorb und ermöglichen durch Schlupfen eine Differentialfunktion. Sofern im ersten Betriebszustand die erste Kupplung K1 vollständig geöffnet wird, wird die gesamte Antriebsleistung auf die zweite Seitenwelle S2 übertragen. Dementsprechend wird die gesamte Antriebsleistung auf die erste Seitenwelle S1 übertragen, wenn die zweite Kupplung K2 vollständig geöffnet wird. Je nach Zwischenzustand der jeweiligen Kupplung K1, K2 wird nur ein Teil der Antriebsleistung der beiden Elektromaschinen EM1, EM2 auf die Seitenwellen S1, S2 übertragen.
In einem zweiten Betriebszustand ist die dritte Kupplung K3 geöffnet, wobei die erste Kupplung K1 und die zweite Kupplung K2 geschlossen sind, sodass beide Seitenwellen S1, S2 mit der ersten Elektromaschine EM1 drehfest verbunden sind und die zweite Elektromaschine EM2 von den Seitenwellen S1, S2 entkoppelt ist. Der zweite Betriebszustand stellt einen Effizienzbetrieb des Kraftfahrzeugs dar, wobei die zweite Elektromaschine EM2 nicht am Antrieb des Kraftfahrzeugs beteiligt ist. Dementsprechend ist auch die Antriebsleistung reduziert. Die beiden Seitenwellen S1, S2 sind über die erste und zweite Kupplung K1, K2 drehfest miteinander verbunden, sodass beide Seitenwellen S1, S2 von der ersten Elektromaschine EM1 gleichermaßen angetrieben werden können. Mithin sind die beiden Seitenwellen S1, S2 im Gleichlauf. Die erste Kupplung K1 ist dazu eingerichtet, zumindest teilweise geschlossen zu werden, um durch Schlupf zwischen den beiden Seitenwellen S1, S2 eine Differentialfunktion zu realisieren. Die zweite Kupplung K2 ist dazu eingerichtet, zumindest teilweise geschlossen zu werden, um durch Schlupf zwischen den beiden Seitenwellen S1, S2 eine Differentialfunktion zu realisieren.
Zur Realisierung einer Differentialfunktion wird beispielsweise in einer Rechtskurve die erste Kupplung K1 an der kurvenäußeren ersten Seitenwelle S1 anteilig geöffnet, um ausreichend Schlupf zu erzeugen. Wenn zur Stabilisierung mehr Drehmoment für die kurveninnere zweite Seitenwelle S2 gefordert wird, kann die erste Elektromaschine EM1 über die zweite Kupplung K2 mehr Drehmoment auf die zweite Seitenwelle S2 stellen und die erste Kupplung K1 wird zum Ausgleich anteilig stärker geöffnet. Wenn hingegen ein dynamischeres Einfahren in eine Rechtskurve gefordert wird, dann wird an der kurveninneren zweiten Seitenwelle S2 die zweite Kupplung K2 zur Differentialwirkung geschlupft sowie das Drehmoment an der ersten Elektromaschine EM1 entsprechend eingestellt und über die erste Kupplung K1 auf die kurvenäußere erste Seitenwelle S1 übertragen.
Beispielsweise wird in einer Linkskurve zur Realisierung einer Differentialfunktion die zweite Kupplung K2 an der kurvenäußeren zweiten Seitenwelle S2 anteilig geöffnet, um ausreichend Schlupf zu erzeugen. Wenn zur Stabilisierung mehr Drehmoment für die kurveninnere erste Seitenwelle S1 gefordert wird, kann die erste Elektromaschine EM1 über die erste Kupplung K1 mehr Drehmoment auf die erste Seitenwelle S1 stellen und die zweite Kupplung K2 wird zum Ausgleich anteilig stärker geöffnet. Wenn hingegen ein dynamischeres Einfahren in eine Linkskurve gefordert wird, dann wird an der kurveninneren ersten Seitenwelle S1 die erste Kupplung K1 zur Differentialwirkung geschlupft sowie das Drehmoment an der ersten Elektromaschine EM1 entsprechend eingestellt und über die zweite Kupplung K2 auf die kurvenäußere zweite Seitenwelle S2 übertragen. Ein aktiv antreibendes Torque-Vectoring ist mit abgekoppelter zweiten Elektromaschine und somit nur mit der ersten Elektromaschine EM1 realisierbar. Bei Geradeausfahrt sind die erste und zweite Kupplung K1, K2 geschlossen. Dies kann auch auf unterschiedlich haftendem Untergrund als Differentialsperre eingesetzt werden.
Die Ausbildung der dritten Kupplung K3 als formschlüssige Kupplung ist vorteilhaft, da die dritte Kupplung K3 nicht für einen Differentialschlupfbetrieb benötigt wird. Die Verwendung einer formschlüssigen Kupplung bietet Effizienzvorteile im geöffneten Zustand gegenüber einer reibschlüssigen Kupplung. Zudem kann eine formschlüssige Kupplung kostengünstiger realisiert werden, wobei auch die axiale Länge verringert werden kann. Mithin kann die dritte Kupplung K3 in allen Ausführungsbeispielen entweder als reibschlüssige Kupplung oder als formschlüssige Kupplung ausgebildet sein.
3 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 1. Die Antriebsvorrichtung 1 gemäß 3 entspricht im Wesentlichen der Antriebsvorrichtung gemäß 2, wobei ein Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen in der Ausbildung der Schaltvorrichtung 2 besteht. Die Schaltvorrichtung 2 weist neben einer ersten, zweiten und dritten Kupplung K1, K2, K3 auch eine vierte Kupplung K4 auf. Alle vier Kupplungen K1, K2, K3, K4 der Schaltvorrichtung 2 sind vorliegend als reibschlüssige Kupplungen ausgebildet. Alternativ können die dritte Kupplung K3 und/oder die vierte Kupplung K4 als formschlüssige Kupplungen, beispielsweise als Klauenkupplungen, ausgebildet sein.
Die erste Elektromaschine EM1 und somit auch die erste Rotorwelle 10 ist über die vierte Kupplung K4 und die erste Kupplung K1 mit der ersten Seitenwelle S1 drehfest verbindbar. Die erste Elektromaschine EM1 und somit auch die erste Rotorwelle 10 ist über die vierte Kupplung K4 und die zweite Kupplung K2 mit der zweiten Seitenwelle S2 drehfest verbindbar. Die zweite Elektromaschine EM2 und somit auch die zweite Rotorwelle 20 ist über die dritte Kupplung K3 und die erste Kupplung K1 mit der ersten Seitenwelle S1 drehfest verbindbar. Die zweite Elektromaschine EM2 und somit auch die zweite Rotorwelle 20 ist über die dritte Kupplung K3 und die zweite Kupplung K2 mit der zweiten Seitenwelle S2 drehfest verbindbar.
In einem ersten Betriebszustand sind alle vier Kupplungen K1, K2, K3, K4 geschlossen, sodass beide Seitenwellen S1, S2 mit beiden Elektromaschinen EM1, EM2 drehfest verbunden sind. Ferner sind dadurch die beiden Seitenwellen S1, S2 auch drehfest miteinander verbunden. Der erste Betriebszustand stellt eine Differentialsperre dar, wobei dadurch auf ungleichem Untergrund ermöglicht wird, die volle Systemleistung beider Elektromaschinen EM1, EM2 auf das greifende Fahrzeugrad der Antriebsachse zu übertragen. Dies verbessert insbesondere die Traktion des Kraftfahrzeugs im Gelände. Ferner wird eine Torque-Vectoring-Funktion ebenso wie eine Differentialfunktion durch Schlupfen der ersten oder zweiten Kupplung K1, K2 ermöglicht. Insbesondere bilden die erste und zweite Kupplung K1, K2 eine Art Differentialkorb und ermöglichen durch Schlupfen eine Differentialfunktion. Sofern im ersten Betriebszustand die erste Kupplung K1 vollständig geöffnet wird, wird die gesamte Antriebsleistung auf die zweite Seitenwelle S2 übertragen. Dementsprechend wird die gesamte Antriebsleistung auf die erste Seitenwelle S1 übertragen, wenn die zweite Kupplung K2 vollständig geöffnet wird. Je nach Zwischenzustand der jeweiligen Kupplung K1, K2 wird nur ein Teil der Antriebsleistung der beiden Elektromaschinen EM1, EM2 auf die Seitenwellen S1, S2 übertragen.
In einem zweiten Betriebszustand ist die dritte Kupplung K3 geöffnet, wobei die erste Kupplung K1, die zweite Kupplung K2 und die vierte Kupplung K4 geschlossen sind, sodass beide Seitenwellen S1, S2 mit der ersten Elektromaschine EM1 drehfest verbunden sind und die zweite Elektromaschine EM2 von den Seitenwellen S1, S2 entkoppelt ist. Der zweite Betriebszustand stellt einen Effizienzbetrieb des Kraftfahrzeugs dar, wobei die zweite Elektromaschine EM2 nicht am Antrieb des Kraftfahrzeugs beteiligt ist. Dementsprechend ist auch die Antriebsleistung reduziert. Die beiden Seitenwellen S1, S2 sind über die erste und zweite Kupplung K1, K2 drehfest miteinander verbunden, sodass beide Seitenwellen S1, S2 von der ersten Elektromaschine EM1 gleichermaßen angetrieben werden können. Mithin sind die beiden Seitenwellen S1, S2 im Gleichlauf.
In einem dritten Betriebszustand ist die vierte Kupplung K4 geöffnet, wobei die erste Kupplung K1, die zweite Kupplung K2 und die dritte Kupplung K3 geschlossen sind, sodass beide Seitenwellen S1, S2 mit der zweiten Elektromaschine EM2 drehfest verbunden sind und die erste Elektromaschine EM1 von den Seitenwellen S1, S2 entkoppelt ist. Der dritte Betriebszustand stellt einen weiteren Effizienzbetrieb des Kraftfahrzeugs dar, wobei die erste Elektromaschine EM1 nicht am Antrieb des Kraftfahrzeugs beteiligt ist. Dementsprechend ist auch die Antriebsleistung reduziert. Die beiden Seitenwellen S1, S2 sind über die erste und zweite Kupplung K1, K2 drehfest miteinander verbunden, sodass beide Seitenwellen S1, S2 von der zweiten Elektromaschine EM2 gleichermaßen angetrieben werden können. Mithin sind die beiden Seitenwellen S1, S2 im Gleichlauf.
Die erste Kupplung K1 ist dazu eingerichtet, zumindest teilweise geschlossen zu werden, um durch Schlupf zwischen den beiden Seitenwellen S1, S2 eine Differentialfunktion zu realisieren. Die zweite Kupplung K2 ist dazu eingerichtet, zumindest teilweise geschlossen zu werden, um durch Schlupf zwischen den beiden Seitenwellen S1, S2 eine Differentialfunktion zu realisieren.
Während des zweiten oder dritten Betriebszustands wird zur Realisierung einer Differentialfunktion beispielsweise in einer Rechtskurve die erste Kupplung K1 an der kurvenäußeren ersten Seitenwelle S1 anteilig geöffnet, um ausreichend Schlupf zu erzeugen. Wenn zur Stabilisierung mehr Drehmoment für die kurveninnere zweite Seitenwelle S2 gefordert wird, kann die Elektromaschine, die nicht abgekoppelt ist, über die zweite Kupplung K2 mehr Drehmoment auf die zweite Seitenwelle S2 stellen und die erste Kupplung K1 wird zum Ausgleich anteilig stärker geöffnet. Wenn hingegen ein dynamischeres Einfahren in eine Rechtskurve gefordert wird, dann wird an der kurveninneren zweiten Seitenwelle S2 die zweite Kupplung K2 zur Differentialwirkung geschlupft sowie das Drehmoment an der Elektromaschine, die nicht abgekoppelt ist, entsprechend eingestellt und über die erste Kupplung K1 auf die kurvenäußere erste Seitenwelle S1 übertragen.
Beispielsweise wird in einer Linkskurve zur Realisierung einer Differentialfunktion die zweite Kupplung K2 an der kurvenäußeren zweiten Seitenwelle S2 anteilig geöffnet, um ausreichend Schlupf zu erzeugen. Wenn zur Stabilisierung mehr Drehmoment für die kurveninnere erste Seitenwelle S1 gefordert wird, kann die Elektromaschine, die nicht abgekoppelt ist, über die erste Kupplung K1 mehr Drehmoment auf die erste Seitenwelle S1 stellen und die zweite Kupplung K2 wird zum Ausgleich anteilig stärker geöffnet. Wenn hingegen ein dynamischeres Einfahren in eine Linkskurve gefordert wird, dann wird an der kurveninneren ersten Seitenwelle S1 die erste Kupplung K1 zur Differentialwirkung geschlupft sowie das Drehmoment an der Elektromaschine, die nicht abgekoppelt ist, entsprechend eingestellt und über die zweite Kupplung K2 auf die kurvenäußere zweite Seitenwelle S2 übertragen. Ein aktiv antreibendes Torque-Vectoring ist somit mit nur einen der beiden Elektromaschinen EM1, EM2 realisierbar. Bei Geradeausfahrt sind die erste und zweite Kupplung K1, K2 geschlossen. Dies kann auch auf unterschiedlich haftendem Untergrund als Differentialsperre eingesetzt werden.
Die Ausbildung der dritten Kupplung K3 und/oder der vierten Kupplung K4 als formschlüssige Kupplung ist vorteilhaft, da die dritte und vierte Kupplung K3, K4 nicht für einen Differentialschlupfbetrieb benötigt werden. Mithin kann die dritte und/oder vierte Kupplung K3 in allen Ausführungsbeispielen entweder als reibschlüssige Kupplung oder als formschlüssige Kupplung ausgebildet sein.
Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 3 dem Ausführungsbeispiel gemäß 2, auf das Bezug genommen wird.
4 zeigt eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 1. Die Antriebsvorrichtung 1 gemäß 4 entspricht im Wesentlichen der Antriebsvorrichtung gemäß 3, wobei ein Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen darin besteht, dass im Leistungsfluss zwischen der ersten Seitenwelle S1 und dem ersten Fahrzeugrad ein erster Planetenradsatz P1 angeordnet ist, wobei im Leistungsfluss zwischen der zweiten Seitenwelle S2 und dem zweiten Fahrzeugrad ein zweiter Planetenradsatz P2 angeordnet ist. Mithin sind die beiden Planetenradsätze P1, P2 im Leistungsfluss nach der Schaltvorrichtung 2 angeordnet. Die beiden Planetenradsätze P1, P2 erzeugen eine konstante Übersetzung und sind koaxial zu den Elektromaschinen EM1, EM2 und somit auch auf der Rotationsachse A angeordnet.
Die erste Seitenwelle S1 ist mit einem Sonnenrad SR1 des ersten Planetenradsatzes P1 drehfest verbunden. Das Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes P1 ist mit einem als Gehäuse G ausgebildeten drehfesten Bauteil drehfest verbunden. Der Planetenträger PT1 des ersten Planetenradsatzes P1 ist mit dem ersten Fahrzeugrad antriebswirksam verbunden. An dem Planetenträger PT1 des ersten Planetenradsatzes P1 sind mehrere Planetenräder drehbar gelagert, die mit dem Sonnenrad SR1 und dem Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes P1 im Zahneingriff stehen.
Die zweite Seitenwelle S2 ist mit einem Sonnenrad SR2 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest verbunden. Das Hohlrad HR2 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist mit einem als Gehäuse G ausgebildeten drehfesten Bauteil drehfest verbunden. Der Planetenträger PT2 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist mit dem zweiten Fahrzeugrad R2 antriebswirksam verbunden. An dem Planetenträger PT2 des zweiten Planetenradsatzes P2 sind mehrere Planetenräder drehbar gelagert, die mit dem Sonnenrad SR2 und dem Hohlrad HR2 des zweiten Planetenradsatzes P2 im Zahneingriff stehen.
Der erste Planetenradsatz P1 grenzt axial an der ersten Elektromaschine EM1 an. Der zweite Planetenradsatz P2 grenzt axial an der zweiten Elektromaschine EM1 an. Dadurch wird die Antriebsvorrichtung 1 in radialer Richtung besonders kompakt ausgebildet. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 4 dem Ausführungsbeispiel gemäß 3, auf das Bezug genommen wird.
5 zeigt eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 1. Die Antriebsvorrichtung 1 gemäß 5 entspricht im Wesentlichen der Antriebsvorrichtung gemäß 3, wobei ein Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen darin besteht, dass im Leistungsfluss zwischen der ersten Seitenwelle S1 und dem ersten Fahrzeugrad eine erste Stirnradstufe ST1 angeordnet ist, wobei im Leistungsfluss zwischen der zweiten Seitenwelle S2 und dem zweiten Fahrzeugrad eine zweite Stirnradstufe ST2 angeordnet ist. Mithin sind die beiden Stirnradstufen ST1, ST2 im Leistungsfluss nach der Schaltvorrichtung 2 angeordnet und ermöglichen eine konstante Übersetzung sowie einen Achsversatz.
Die erste Seitenwelle S1 ist über die erste Stirnradstufe ST1 mit dem ersten Fahrzeugrad antriebswirksam verbunden, wobei die zweite Seitenwelle S2 über die zweite Stirnradstufe ST2 mit dem zweiten Fahrzeugrad antriebswirksam verbunden ist. Die erste Stirnradstufe ST1 umfasst ein erstes Zahnrad Z11, das mit der ersten Seitenwelle S1 drehfest verbunden ist, und ein zweites Zahnrad Z12, das mit dem ersten Fahrzeugrad antriebswirksam verbunden ist, wobei die beiden Zahnräder Z11, Z12 der ersten Stirnradstufe ST1 miteinander im Zahneingriff stehen. Die zweite Stirnradstufe ST2 umfasst ein erstes Zahnrad Z21, das mit der zweiten Seitenwelle S2 drehfest verbunden ist, und ein zweites Zahnrad Z22, das mit dem zweiten Fahrzeugrad antriebswirksam verbunden ist. Die erste Stirnradstufe ST1 grenzt axial an der ersten Elektromaschine EM1 an. Die zweite Stirnradstufe ST2 grenzt axial an der zweiten Elektromaschine EM2 an. Dadurch wird die Antriebsvorrichtung 1 in radialer Richtung besonders kompakt ausgebildet. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 5 dem Ausführungsbeispiel gemäß 3, auf das Bezug genommen wird.
6 zeigt eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 1. Die Antriebsvorrichtung 1 gemäß 6 entspricht im Wesentlichen der Antriebsvorrichtung gemäß 3, wobei ein Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen darin besteht, dass im Leistungsfluss zwischen der ersten Elektromaschine EM1 und der Schaltvorrichtung 2 ein erster Planetenradsatz P1' angeordnet ist, wobei im Leistungsfluss zwischen der zweiten Elektromaschine EM2 und der Schaltvorrichtung 2 ein zweiter Planetenradsatz P2' angeordnet ist. Mithin sind die beiden Planetenradsätze P1', P2' im Leistungsfluss vor der Schaltvorrichtung 2 angeordnet. Die beiden Planetenradsätze P1', P2' erzeugen eine konstante Übersetzung und sind koaxial zu den Elektromaschinen EM1, EM2 und somit auch auf der Rotationsachse A angeordnet.
Die erste Rotorwelle 10 ist mit einem Sonnenrad SR1 des ersten Planetenradsatzes P1' drehfest verbunden. Das Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes P1' ist mit einem als Gehäuse G ausgebildeten drehfesten Bauteil drehfest verbunden. Der Planetenträger PT1 des ersten Planetenradsatzes P1' ist mit der Schaltvorrichtung 2 antriebswirksam verbunden. An dem Planetenträger PT1 des ersten Planetenradsatzes P1' sind mehrere Planetenräder drehbar gelagert, die mit dem Sonnenrad SR1 und dem Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes P1' im Zahneingriff stehen.
Die zweite Rotorwelle 20 ist mit einem Sonnenrad SR2 des zweiten Planetenradsatzes P2' drehfest verbunden. Das Hohlrad HR2 des zweiten Planetenradsatzes P2` ist mit einem als Gehäuse G ausgebildeten drehfesten Bauteil drehfest verbunden. Der Planetenträger PT2 des zweiten Planetenradsatzes P2` ist mit der Schaltvorrichtung 2 antriebswirksam verbunden. An dem Planetenträger PT2 des zweiten Planetenradsatzes P2` sind mehrere Planetenräder drehbar gelagert, die mit dem Sonnenrad SR2 und dem Hohlrad HR2 des zweiten Planetenradsatzes P2' im Zahneingriff stehen.
Der erste Planetenradsatz P1' ist axial zwischen der ersten Elektromaschine EM1 und der Schaltvorrichtung 2 angeordnet. Der zweite Planetenradsatz P2' ist axial zwischen der zweiten Elektromaschine EM2 und der Schaltvorrichtung 2 angeordnet. Dadurch wird die Antriebsvorrichtung 1 in radialer Richtung besonders kompakt ausgebildet. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 6 dem Ausführungsbeispiel gemäß 3, auf das Bezug genommen wird.
7 zeigt eine sechste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 1. Die Antriebsvorrichtung 1 gemäß 7 entspricht im Wesentlichen der Antriebsvorrichtung gemäß 3, wobei ein Unterschied zwischen diesen beiden Ausführungsformen darin besteht, dass im Leistungsfluss zwischen der ersten Elektromaschine EM1 und der Schaltvorrichtung 2 eine erste Stirnradstufe ST1' angeordnet ist, wobei im Leistungsfluss zwischen der zweiten Elektromaschine EM2 und der Schaltvorrichtung 2 eine zweite Stirnradstufe ST2' angeordnet ist. Mithin sind die beiden Stirnradstufen ST1', ST2' im Leistungsfluss vor der Schaltvorrichtung 2 angeordnet und ermöglichen eine konstante Übersetzung sowie einen Achsversatz. Ferner ist die Schaltvorrichtung 2 zusammen mit den beiden Seitenwellen S1, S2 achsparallel zu den beiden Elektromaschinen EM1, EM2 angeordnet. Mit anderen Worten sind die beiden Elektromaschinen EM1, EM2 auf einer ersten Rotationsachse A angeordnet, wobei die Schaltvorrichtung 2 und die beiden Seitenwellen S1, S2 auf einer zweiten Rotationsachse B angeordnet sind.
Die erste Rotorwelle 10 ist über die erste Stirnradstufe ST1' mit der Schaltvorrichtung 2 antriebswirksam verbunden, wobei die zweite Rotorwelle 20 über die zweite Stirnradstufe ST2' mit der Schaltvorrichtung 2 antriebswirksam verbunden ist. Die erste Stirnradstufe ST1' umfasst ein erstes Zahnrad Z11, das mit der ersten Rotorwelle 10 drehfest verbunden ist, ein Stufenrad ZS1 mit zwei unterschiedlichen Verzahnungsabschnitten und ein zweites Zahnrad Z12, das mit der Schaltvorrichtung 2 antriebswirksam verbunden ist. Das jeweilige Zahnrad Z11, Z12 steht mit dem jeweiligen Verzahnungsabschnitt des Stufenrads ZS1 im Zahneingriff.
Die zweite Stirnradstufe ST2' umfasst ein erstes Zahnrad Z21, das mit der zweiten Rotorwelle 20 drehfest verbunden ist, ein Stufenrad ZS2 mit zwei unterschiedlichen Verzahnungsabschnitten und ein zweites Zahnrad Z22, das mit der Schaltvorrichtung 2 antriebswirksam verbunden ist. Das jeweilige Zahnrad Z21, Z22 steht mit dem jeweiligen Verzahnungsabschnitt des Stufenrads ZS2 im Zahneingriff.
Beide Stirnradstufen ST1 `, ST2' und die Schaltvorrichtung 2 sind axial zwischen den beiden Elektromaschinen EM1, EM2 angeordnet. Ferner sind die beiden Stirnradstufen ST1 `, ST2' und die Schaltvorrichtung 2 zumindest teilweise radial gestapelt, sodass die Schaltvorrichtung 2 die beiden Stirnradstufen ST1 `, ST2 zumindest teilweise in axialer Richtung überlappen. Dadurch wird die Antriebsvorrichtung 1 kompakt ausgebildet. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 7 dem Ausführungsbeispiel gemäß 3, auf das Bezug genommen wird.
Bezugszeichen

1: Antriebsvorrichtung
2: Schaltvorrichtung
10: ersten Rotorwelle
11: erster Stator
20: zweite Rotorwelle
21: zweiter Stator
S1: erste Seitenwelle
S2: zweite Seitenwelle
G: Gehäuse
K1: erste Kupplung
K2: zweite Kupplung
K3: dritte Kupplung
K4: vierte Kupplung
A: Rotationsachse
B: Rotationsachse
P1: erster Planetenradsatz
P1': erster Planetenradsatz
SR1: Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes
HR1: Hohlrad des ersten Planetenradsatzes
PT1: Planetenträger des ersten Planetenradsatzes
P2: zweiter Planetenradsatz
P2': zweiter Planetenradsatz
SR2: Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes
HR2: Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes
PT2: Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes
EM1: erste Elektromaschine
EM2: zweite Elektromaschine
ST1: erste Stirnradstufe
ST1': erste Stirnradstufe
Z11: erstes Zahnrad der ersten Stirnradstufe
Z12: zweites Zahnrad der ersten Stirnradstufe
ZS1: Stufenrad der ersten Stirnradstufe
ST2: zweite Stirnradstufe
ST2': zweite Stirnradstufe
Z21: erstes Zahnrad der zweiten Stirnradstufe
Z22: zweites Zahnrad der zweiten Stirnradstufe
ZS2: Stufenrad der zweiten Stirnradstufe
100: Kraftfahrzeug
101: erste Achse
102: zweite Achse
R1: Fahrzeugrad
R2: Fahrzeugrad
R3: Fahrzeugrad
R4: Fahrzeugrad

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102020119290 A1 [0002]

Claims

Antriebsvorrichtung (1) für eine elektrisch angetriebene Achse (101) eines Kraftfahrzeugs (100), aufweisend eine erste Elektromaschine (EM1) mit einer ersten Rotorwelle (10) und einem ersten Stator (11) sowie eine zweite Elektromaschine (EM2) mit einer zweiten Rotorwelle (20) und einem zweiten Stator (21), eine erste Seitenwelle (S1) zum Antreiben eines ersten Fahrzeugrads (R1) und eine zweite Seitenwelle (S2) zum Antreiben eines zweiten Fahrzeugrads (R2) sowie eine Schaltvorrichtung (2) mit einer ersten Kupplung (K1), einer zweiten Kupplung (K2) und einer dritten Kupplung (K3), wobei die Schaltvorrichtung (2) zumindest zur Realisierung einer Differentialfunktion, einer Differentialsperre, einer Torque-Vectoring-Funktion und einer Entkopplung der zweiten Elektromaschine (EM2) von den Seitenwellen (S1, S2) eingerichtet ist, • wobei die erste Elektromaschine (EM1) über die erste Kupplung (K1) mit der ersten Seitenwelle (S1) antriebswirksam verbindbar ist, • wobei die erste Elektromaschine (EM1) über die zweite Kupplung (K2) mit der zweiten Seitenwelle (S2) antriebswirksam verbindbar ist, • wobei die zweite Elektromaschine (EM2) über die dritte Kupplung (K3) und die erste Kupplung (K1) mit der ersten Seitenwelle (S1) antriebswirksam verbindbar ist, • wobei die zweite Elektromaschine (EM2) über die dritte Kupplung (K3) und die zweite Kupplung (K2) mit der zweiten Seitenwelle (S2) antriebswirksam verbindbar ist, • wobei in einem ersten Betriebszustand alle drei Kupplungen (K1, K2, K3) geschlossen sind, sodass beide Seitenwellen (S1, S2) mit beiden Elektromaschinen (EM1, EM2) antriebswirksam verbunden sind, • wobei in einem zweiten Betriebszustand die dritte Kupplung (K3) geöffnet ist sowie die erste Kupplung (K1) und zweite Kupplung (K2) geschlossen sind, sodass beide Seitenwellen (S1, S2) mit der ersten Elektromaschine (EM1) antriebswirksam verbunden sind und die zweite Elektromaschine (EM2) von den Seitenwellen (S1, S2) entkoppelt ist.
Antriebsvorrichtung (1) für eine elektrisch angetriebene Achse (101) eines Kraftfahrzeugs (100), aufweisend eine erste Elektromaschine (EM1) mit einer ersten Rotorwelle (10) und einem ersten Stator (11) sowie eine zweite Elektromaschine (EM2) mit einer zweiten Rotorwelle (20) und einem zweiten Stator (21), eine erste Seitenwelle (S1) zum Antreiben eines ersten Fahrzeugrads (R1) und eine zweite Seitenwelle (S2) zum Antreiben eines zweiten Fahrzeugrads (R2) sowie eine Schaltvorrichtung (2) mit einer ersten Kupplung (K1), einer zweiten Kupplung (K2), einer dritten Kupplung (K3) und einer vierten Kupplung (K4), wobei die Schaltvorrichtung (2) zumindest zur Realisierung einer Differentialfunktion, einer Differentialsperre, einer Torque-Vectoring-Funktion und einer Entkopplung einer der beiden Elektromaschinen (EM1, EM2) von den Seitenwellen (S1, S2) eingerichtet ist, • wobei die erste Elektromaschine (EM1) über die vierte Kupplung (K4) und die erste Kupplung (K1) mit der ersten Seitenwelle (S1) antriebswirksam verbindbar ist, • wobei die erste Elektromaschine (EM1) über die vierte Kupplung (K4) und die zweite Kupplung (K2) mit der zweiten Seitenwelle (S2) antriebswirksam verbindbar ist, • wobei die zweite Elektromaschine (EM2) über die dritte Kupplung (K3) und die erste Kupplung (K1) mit der ersten Seitenwelle (S1) antriebswirksam verbindbar ist, • wobei die zweite Elektromaschine (EM2) über die dritte Kupplung (K3) und die zweite Kupplung (K2) mit der zweiten Seitenwelle (S2) antriebswirksam verbindbar ist, • wobei in einem ersten Betriebszustand alle vier Kupplungen (K1, K2, K3, K4) geschlossen sind, sodass beide Seitenwellen (S1, S2) mit beiden Elektromaschinen (EM1, EM2) antriebswirksam verbunden sind, • wobei in einem zweiten Betriebszustand die dritte Kupplung (K3) geöffnet ist sowie die erste Kupplung (K1), die zweite Kupplung (K2) und die vierte Kupplung (K4) geschlossen sind, sodass beide Seitenwellen (S1, S2) mit der ersten Elektromaschine (EM1) antriebswirksam verbunden sind und die zweite Elektromaschine (EM2) von den Seitenwellen (S1, S2) entkoppelt ist, • wobei in einem dritten Betriebszustand die vierte Kupplung (K4) geöffnet ist sowie die erste Kupplung (K1), die zweite Kupplung (K2) und die dritte Kupplung (K3) geschlossen sind, sodass beide Seitenwellen (S1, S2) mit der zweiten Elektromaschine (EM2) antriebswirksam verbunden sind und die erste Elektromaschine (EM1) von den Seitenwellen (S1, S2) entkoppelt ist.
Antriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 2, wobei die vierte Kupplung (K4) als reibschlüssige oder formschlüssige Kupplung ausgebildet und dazu eingerichtet ist, die erste Elektromaschine (EM1) zu entkoppeln.
Antriebsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dritte Kupplung (K3) als reibschlüssige oder formschlüssige Kupplung ausgebildet und dazu eingerichtet ist, die zweite Elektromaschine (EM2) zu entkoppeln.
Antriebsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Kupplung (K1) als reibschlüssige Kupplung ausgebildet und dazu eingerichtet ist, zumindest teilweise geschlossen zu werden, um einen Schlupf an der ersten Seitenwelle (S1) zu erzeugen.
Antriebsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Kupplung (K2) als reibschlüssige Kupplung ausgebildet und dazu eingerichtet ist, zumindest teilweise geschlossen zu werden, um einen Schlupf an der zweiten Seitenwelle (S2) zu erzeugen.
Antriebsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Leistungsfluss zwischen der ersten Seitenwelle (S1) und dem ersten Fahrzeugrad (R1) ein erster Planetenradsatz (P1) angeordnet ist, wobei im Leistungsfluss zwischen der zweiten Seitenwelle (S2) und dem zweiten Fahrzeugrad (R2) ein zweiter Planetenradsatz (P2) angeordnet ist.
Antriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 7, wobei die erste Seitenwelle (S1) mit einem Sonnenrad (SR1) des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest verbunden ist, wobei ein Hohlrad (HR1) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit einem drehfesten Bauteil drehfest verbunden ist, wobei ein Planetenträger (PT1) des ersten Planetenradsatzes (P1) mit dem ersten Fahrzeugrad (R1) antriebswirksam verbunden ist, wobei die zweite Seitenwelle (S2) mit einem Sonnenrad (SR2) des zweiten Planetenradsatzes (P2) drehfest verbunden ist, wobei ein Hohlrad (HR2) des zweiten Planetenradsatzes (P2) mit einem drehfesten Bauteil drehfest verbunden ist, wobei ein Planetenträger (PT2) des zweiten Planetenradsatzes (P2) mit dem zweiten Fahrzeugrad (R2) antriebswirksam verbunden ist.
Antriebsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Leistungsfluss zwischen der ersten Seitenwelle (S1) und dem ersten Fahrzeugrad (R1) eine erste Stirnradstufe (ST1) angeordnet ist, wobei im Leistungsfluss zwischen der zweiten Seitenwelle (S2) und dem zweiten Fahrzeugrad (R2) eine zweite Stirnradstufe (ST2) angeordnet ist.
Antriebsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein erster Planetenradsatz (P1 `) im Leistungsfluss zwischen der ersten Elektromaschine (EM1) und der Schaltvorrichtung (2) angeordnet ist, wobei ein zweiter Planetenradsatz (P2') im Leistungsfluss zwischen der zweiten Elektromaschine (EM2) und der Schaltvorrichtung (2) angeordnet ist.
Antriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 10, wobei die erste Rotorwelle (10) mit einem Sonnenrad (SR1) des ersten Planetenradsatzes (P1 `) drehfest verbunden ist, wobei ein Hohlrad (HR1) des ersten Planetenradsatzes (P1 `) mit einem drehfesten Bauteil drehfest verbunden ist, wobei ein Planetenträger (PT1) des ersten Planetenradsatzes (P1 `) mit der Schaltvorrichtung (2) antriebswirksam verbunden ist, wobei die zweite Rotorwelle (20) mit einem Sonnenrad (SR2) des zweiten Planetenradsatzes (P2') drehfest verbunden ist, wobei ein Hohlrad (HR2) des zweiten Planetenradsatzes (P2') mit einem drehfesten Bauteil drehfest verbunden ist, wobei ein Planetenträger (PT2) des zweiten Planetenradsatzes (P2') mit der Schaltvorrichtung (2) antriebswirksam verbunden ist.
Antriebsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Leistungsfluss zwischen der ersten Elektromaschine (EM1) und der Schaltvorrichtung (2) eine erste Stirnradstufe (ST1') angeordnet ist, wobei im Leistungsfluss zwischen der zweiten Elektromaschine (EM2) und der Schaltvorrichtung (2) eine zweite Stirnradstufe (ST2`) angeordnet ist.
Antriebsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die beiden Rotorwellen (10, 20) und die beiden Seitenwellen (S1, S2) koaxial zueinander angeordnet sind, wobei die erste Rotorwelle (10) als Hohlwelle ausgebildet ist und die erste Seitenwelle (S1) sich axial durch die erste Rotorwelle (10) erstreckt, wobei die zweite Rotorwelle (20) als Hohlwelle ausgebildet ist und die zweite Seitenwelle (S2) sich axial durch die zweite Rotorwelle (20) erstreckt.
Antriebsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die beiden Rotorwellen (10, 20) achsparallel zu den beiden Seitenwellen (S1, S2) angeordnet sind.
Kraftfahrzeug (100) mit einer Antriebsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.