WO2015185042A1 - Antriebsvorrichtung für ein fahrzeug - Google Patents

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WO2015185042A1
WO2015185042A1 PCT/DE2015/200161 DE2015200161W WO2015185042A1 WO 2015185042 A1 WO2015185042 A1 WO 2015185042A1 DE 2015200161 W DE2015200161 W DE 2015200161W WO 2015185042 A1 WO2015185042 A1 WO 2015185042A1
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switching
output shaft
main
input
shaft
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PCT/DE2015/200161
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English (en)
French (fr)
Inventor
Philip Wurzberger
Tomas Smetana
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the invention relates to a drive device for a vehicle having the features of the preamble of claim 1.
  • Hybrid vehicles use a combination of an internal combustion engine and an electric motor to generate drive torque. It is possible that the hybrid vehicle exclusively internal combustion engine, exclusively electric motor or at the same time electric motor and internal combustion engine, operated.
  • the document DE 10 2006 031 089 A1 which forms probably the closest prior art, discloses a drive device for a vehicle with an internal combustion engine and an electric motor and with a complex transmission structure.
  • the drive device according to FIG. 2 makes it possible to selectively switch to a common drive, wherein a common power flow is conducted from the internal combustion engine and the electric motor to a differential of the drive device.
  • the drive device can implement a power and torque distribution to the wheels, wherein the drive torque is passed from the engine via the differential to the wheels and the drive torque is distributed asymmetrically by the electric motor to achieve the torque distribution.
  • a drive device for a vehicle in particular for a hybrid vehicle, which represents an alternative to previous gear arrangements and / or which implements a large variety of functions with at the same time a low number of components.
  • This object is achieved by a drive device for a vehicle having the features of claim 1 and claim 11.
  • a drive device for a vehicle having the features of claim 1 and claim 11.
  • Preferred or advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims, the following description and the accompanying drawings.
  • a drive device is proposed which is suitable and / or designed for a vehicle.
  • the vehicle is designed in particular as a hybrid vehicle.
  • Particularly preferred is the vehicle as a
  • the drive device comprises a first input interface for coupling of an internal combustion engine.
  • the drive device comprises the internal combustion engine.
  • a drive torque of the internal combustion engine is initiated via the first input interface.
  • the drive torque is designed such that the vehicle can operate exclusively by internal combustion engine operation at a speed of greater than 30 kilometers per hour, preferably greater than 50 kilometers per hour.
  • the drive device comprises a second input interface for coupling of an electric motor, in particular of a 48-volt electric motor.
  • the drive device comprises the electric motor.
  • a drive torque of the electric motor can be introduced via the second input interface, wherein it is preferably provided that the drive torque is dimensioned so that the vehicle can be accelerated exclusively by electric motor to a speed of> 30 km / h, preferably> 50 km / h.
  • the drive device has a first and a second output shaft, wherein it is particularly preferred that the first and the second output shaft with one wheel, preferably from a common axis of the vehicle, are in operative connection, so that an output torque on the two output shafts on the Wheels of the axle of the vehicle can be routed.
  • the first and the second output shaft are arranged coaxially with each other.
  • the drive device has a differential device comprising a differential input and two differential outputs.
  • the differential input is at least operatively connected to the first input interface.
  • the first input interface and the differential input are in an immediate, in particular positive and / or intermeshing contact.
  • At least one further partial transmission is arranged between the differential input and the first input interface and / or between the first input interface and the internal combustion engine.
  • the two differential outputs are operatively connected to the first and second output shafts such that a differential torque output from the differential device may be directed to the first and second output shafts.
  • the first and the second output shaft form the two differential outputs.
  • the drive device has at least or exactly two planetary stages, which are designed as a planetary main stage and a planetary secondary stage.
  • the planetary main stage has a main input shaft, a main output shaft and a frame-fixed main frame shaft.
  • the main frame shaft is thus arranged stationary in the drive device.
  • the secondary planetary stage has a secondary input shaft, a first secondary output shaft and a second secondary output shaft. Under waves of the planetary stages are understood in particular rotatable input and / or output organs of the planetary stages.
  • the main input shaft is in operative connection with the second input interface.
  • the main input shaft can be non-rotatably connected to the input interface, but it can also be provided that further partial transmissions are provided between the main input shaft and the second input interface. In the same way, it can be provided that further partial transmissions are interposed between the second input interface and the electric motor.
  • the main output shaft is rotatably coupled to the secondary input shaft.
  • the main output shaft and the Side input shaft rigidly connected together.
  • the second secondary output shaft is non-rotatable and in particular rigidly coupled to the second output shaft.
  • the differential device and / or the planetary main stage and / or the planetary stage define as main sections a main axis of the drive device. Particularly preferably, all three main sections of the drive device are arranged coaxially with the main axis. In different embodiments of the invention, however, it may also be provided that one or two of the main sections are arranged offset from the coaxial arrangement.
  • the first input interface defines a first input axis, wherein the first input axis is angled, in particular aligned perpendicular to the main axis.
  • the drive device is designed for a rear axle drive of the vehicle, wherein the internal combustion engine is arranged in a front region of the vehicle, so that the drive torque of the internal combustion engine in the longitudinal direction of the vehicle must be transmitted and thus a corresponding transmission shaft perpendicular or substantially perpendicular is aligned to the main axis.
  • the electric motor is arranged axially parallel to the main axis or in particularly compact embodiments, even coaxial with the main axis.
  • the drive device has a switching device, wherein the switching device comprises a switching output shaft and a first, a second and a third switching input shaft.
  • the switching output shaft and the switching input shaft and / or the switching device are arranged coaxially to the main axis.
  • the switching output shaft is in operative connection with the differential input. It can be provided that the switching output shaft with the differential input rotatably and / or is rigidly connected. Alternatively, at least one partial transmission is arranged between the switching output shaft and the differential input.
  • the switching device is formed, the Switch output shaft selectively, in particular alternatively, to be coupled to the first, the second or the third switching input shaft.
  • the switching device can set the switching output shaft exclusively in a first switching state with the first switching input shaft or in a second switching state exclusively with the second switching input shaft or in a third switching state exclusively with the third switching input shaft.
  • the first switching input shaft is rotatably coupled to the secondary input shaft and / or the main output shaft, that the second switching input shaft is rotatably coupled to the main input shaft and that the third switching input shaft is rotatably coupled to the first secondary output shaft.
  • the drive device is designed in particular as a hybrid drive device, wherein the drive device can implement a variety of functions with exactly one internal combustion engine and with exactly one electric motor.
  • the drive device allows space-appropriate integration in the vehicle.
  • a first gear is set, wherein via the drive device, a first gear ratio between the second input interface and the output shafts is set and wherein the drive device allows a purely electric motor drive of the vehicle ,
  • the drive torque from the second input interface is passed in particular via the planetary main stage, the switching device to the differential device and distributed from there.
  • a superimposed electric motor / internal combustion engine drive possible if additionally a driving torque is introduced from the internal combustion engine via the first input interface in the differential device.
  • a recuperation is possible, wherein the torque flow is reversed and a torque from the output shafts through the differential device, the switching device, in particular the planetary main stage, is passed to the second input interface.
  • a second transmission ratio between the second input interface and the two output shafts is set, wherein the second switching state allows a purely electromotive drive of the vehicle.
  • the second gear ratio differs from the first gear ratio.
  • one of the switching states is designed for a slow driving and another one of the switching states for a fast driving. Even in the second switching state, a superimposed electromotive / internal combustion engine driving or recuperation is possible.
  • the switching device sets the third switching input shaft with the switching output shaft rotationally fixed, in which case a torque superposition stage is set.
  • a torque vectoring can thus be implemented, wherein an additional torque is selectively converted to one of the output shafts and / or an opposite rotation of the two output shafts and / or an asymmetric torque distribution as a function of a direction of rotation of the second input interface and / or the electric motor can be.
  • the torque superposition stage can be achieved, for example, when cornering, the inside wheel receives a different drive torque as the outside wheel.
  • the switching device may be configured so that between the first switching state and the second switching state, a first idle switching state and / or between the second switching state and the third switching state, a second idle switching state is adjustable.
  • the switching output shaft is decoupled from the, in particular all, switching input shafts.
  • the idling switching states have the advantage that, if appropriate, rotational speeds of the shafts, in particular of the switching input shafts, can be adjusted by triggering the electric motor, so that the switching over of the switching device is simplified.
  • the switching output shaft and the switching input shaft are arranged coaxially with each other and / or to the main axis.
  • the switching device preferably has a coupling element, which is displaceably arranged in the axial direction to the main axis, to selectively couple the switching output shaft with the switching input shafts.
  • the coupling element is designed as a sliding sleeve.
  • the switching device is designed as a form-locking switching device, which realizes a form-fitting coupling between the coupling element and the switching output shaft and / or between the coupling element and the selected switching input shaft.
  • the switching device is realized in particular as an electromechanically actuated claw clutch, which five shift positions, namely the first gear, the second gear, the Drehmonnentüberlagerungsshake and the two idle switching states can take.
  • the implementation of the switching device as a form-fitting coupling device is made possible in particular by switching an idle switching state during the switching between the gear stages or to the torque superposition stage, wherein the angular velocity of the selected switching input shaft can be adjusted to the angular velocity of the switching output shaft via a control of the electric motor.
  • the drive device comprises a control device for the corresponding control of the electric motor.
  • the planetary main stage is realized as a Stirnradplanetenhaupteck, the Stirnradplanetenhauptsaw has wheels which are toothed in the direction of rotation.
  • the main input shaft is formed as a main sun gear
  • the main output shaft as a main planetary carrier with a set of main planetary gears
  • the main frame shaft as a main ring gear, preferably with the main ring gear internally circumferentially intermeshed and meshing with the main planetary gears.
  • the planetary level is formed as a Stirnradplanetenennebenlace with circumferentially toothed wheels.
  • the first sub-output shaft is formed as a sub-sun gear
  • the second sub-output shaft as a sub-planet carrier with a set of sub-planetary gears
  • the sub-input shaft as a Mauhohlrad, which is particularly preferably internally circumferentially toothed and which meshes with the Mauplaneten stiidern.
  • the main planet gears are offset with their axes of rotation to the main axis, but aligned parallel thereto.
  • the Volunteerplanetenrate are offset with their axes of rotation to the main axis, but aligned parallel thereto.
  • the main planet wheels mesh with the main sun gear
  • the secondary planetary gears mesh with the side sun gear.
  • the differential device is designed as a bevel gear differential device, wherein the bevel gear differential device has a differential cage, which forms the differential input.
  • This embodiment is particularly preferred for the installation case, when the internal combustion engine and the differential device are arranged at different ends of the vehicle and the drive torque of the internal combustion engine via the transmission shaft, which extends in the longitudinal direction and is thus arranged perpendicular to the main axis, must be transmitted.
  • the differential device is designed as a spur gear differential device.
  • this has a ring gear, wherein the ring gear is formed as the differential input.
  • the ring gear may have a circumferential toothing, which meshes with a bevel gear of a connecting shaft with the engine, so that the Stirnraddifferenzialvorides as well as the Kegelraddifferenzial styles forms an angle drive.
  • a planet carrier of a sun gear of the spur gear differential device can also form the differential input.
  • a first transmission stage is arranged in the torque transmission path between the second drive interface and the main input shaft.
  • the first translation stage may be formed as a spur gear stage.
  • the electric motor is arranged axially parallel offset from the main axis.
  • the first gear ratio may be formed as a further planetary gear, thereby optionally enabled is to arrange the electric motor coaxial with the main axis.
  • the translation stage can be implemented in one or more stages. In particular, the first translation stage serves to reduce a high rotational speed from the second input interface to a lower rotational speed.
  • a second transmission stage is arranged in the torque transmission path between the shift output shaft and the differential input.
  • This translation stage is preferably realized as a planetary stage.
  • the second ratio stage is preferably used to implement a high angular velocity of the switching output shaft in a lower angular velocity at the differential input.
  • Both the first and the second translation stage take into account that in many electric motors, a good operating point is more likely to be achieved at high speeds, which are translated via the drive device to correspondingly low speeds.
  • a further subject matter relates to a drive device with the features of claim 1 1 and with any combination with the features of the dependent claims 2 to 9, wherein the drive device of claim 1 1 differs from the drive device of claim 1 characterized in that the internal combustion engine and Thus, the first input interface was omitted.
  • the drive device is designed as a purely electromotive drive device, wherein it is provided that the third switching state is used only in towing the drive device.
  • FIG. 1 shows a first schematic representation of a drive device for a
  • Figure 2 is a schematic representation of a driving device for a vehicle with minor modifications as a second embodiment of the invention
  • a drive device 1 shows in a highly schematic representation of a drive device 1, in particular a drive train, which is integrated in a vehicle 2 and is designed to generate or output a drive torque to wheels 3 of the vehicle 2.
  • the vehicle 2 is designed, for example, as a passenger car.
  • the vehicle 2 includes an internal combustion engine 4 and an electric motor 5, these forming part of the drive device 1 or are coupled to this.
  • the internal combustion engine 4 is operatively connected to the drive device 1 via a first input interface 6, the electric motor 5 via a second input interface 7. Between the first input interface 6 and the internal combustion engine 4 extends a transmission shaft 8, which runs in the longitudinal direction in the vehicle 2.
  • the illustrated wheels 3 may belong to a rear axle, whereas the engine 4 is accommodated in a front area of the vehicle 2.
  • the first input interface 6 is formed as a bevel gear, the second input interface 7 as a spur gear.
  • the drive device 1 to a differential device 9, which is formed in the first embodiment as a bevel gear differential device.
  • a differential cage 10 is coupled via a rotating pinion 1 1 with the first input interface 6 and forms a differential input 12.
  • a first and a second output shaft 13 a, b form differential outputs, on which the the differential input 12 applied torque is distributed.
  • the differential device 9 defines a main axis 14, wherein the first and the second output shaft 13a, b is arranged coaxially to the main axis 14 and / or the differential input 12 rotates about the main axis 14.
  • the drive device 1 has a planetary main stage 15 and a planetary level 16, which are each formed as a Stirnradplanetencut.
  • the main planetary stage 15 has a main input shaft 15.1, which is formed as a main sun gear and is rotatably connected to a main gear 15.2, which meshes with the formed in the first embodiment as a gear input second interface 7.
  • the main input shaft 15.1 is arranged coaxially with the main axis 14.
  • the planetary main stage 15 has a main output shaft 15.3, which is designed as a planetary carrier and carries a plurality of planetary gears 15.4.
  • the axes of rotation of the planet gears 15.4 are arranged offset parallel to the main axis 14.
  • the main planetary stage 15 comprises a main frame shaft 15.5, which is arranged stationary or fixed to the frame and which is designed as a main ring gear, carries a circumferential internal toothing and meshes with the main planetary gears 15.4.
  • the main planet gears 15.4 and designed as a main sun gear main input shaft are designed as spur gears.
  • the planetary level stage 16 has a secondary input shaft 16. 1 designed as a secondary hollow wheel, which is coupled in a torque-proof manner to the main output shaft 15. 3 of the planetary main stage 15. Furthermore, the planetary level stage 16 has a first auxiliary output shaft 16.2, which is designed as a secondary sun gear, and a second auxiliary output shaft 16.3, which is designed as a secondary planetary carrier on which a plurality of secondary planetary gears 16.4 are rotatably arranged about axes of rotation. The axes of rotation of the auxiliary planetary gears 16.4 are arranged offset parallel to the main axis 14.
  • the secondary input shaft 16.1 as Mauhohlrad is circumferentially internally toothed and meshes with the planetary gears 16.4, which are designed as spur gears.
  • the drive device 1 has a switching device 17, wherein the switching device 17 comprises a first switching input shaft 17.1, a second switching input shaft 17.2 and a third switching input shaft 17.3. Furthermore, the switching device 17 has a switching output shaft 17.4.
  • the first switching input shaft 17.1 is rotatably coupled to the main output shaft 15.3 and the secondary input shaft 16.1, the second switching input shaft 17.2 is rotatably coupled to the main input shaft 15.1 and / or the main gear 15.2, the third switching input shaft 17.3 is rotatably coupled to the first auxiliary output shaft 16.2.
  • the switching output shaft 17.4 is operatively connected via a first gear stage 18 to the differential input 12.
  • the first transmission stage 18 is designed as a planetary gear, wherein the switching output shaft 17.4 is rotatably connected to a trained as a sun gear input shaft 18.1.
  • the transmission input shaft 18.1 meshes with a transmission output shaft 18.2 designed as a planetary carrier, wherein a plurality of translation planetary gears 18.3 are arranged on the planetary carrier, which mesh with a transmission gearwheel 18.4, which is arranged fixed to the frame.
  • the translation output shaft 18.2 is non-rotatably connected to the differential input 12, in this example to the differential cage 10, connected.
  • the switching device 15 comprises a coupling element 17.5, which is designed as a sliding axially along the main axis 14 shift sleeve and which can assume different switching states, as will be explained in connection with Figures 3a - f.
  • FIG. 2 shows a drive device 1 as a second exemplary embodiment of the invention, wherein only the differences are discussed below.
  • the pinion 1 1 is arranged offset to the differential input 12, but still acts on the differential cage 10 at.
  • a second gear stage 19 is arranged, which is designed as a two-stage spur gear.
  • the second translation stage 19 serves to reduce the rotational speed of the electric motor 5.
  • the electric motor 5 is arranged axially parallel to the main axis 14.
  • FIGS. 3 a - f A third embodiment of the drive device 1 is shown in FIGS. 3 a - f, although the second gear stage 19 is still designed in two stages as significant differences from the preceding exemplary embodiments, but the electric motor 5 is arranged on a different axial side.
  • a Stirnradplanetendifferenzial worn is now used as a differential device 9, wherein the differential input 12 is formed by a differential gear.
  • the first output shaft 13a is formed by a differential planet carrier which carries two sets of planetary gears which mesh in pairs with each other as well as with the differential ring gear and a differential sun gear.
  • the differential sun gear forms the second output shaft 13b.
  • the drive device 1 can be constructed very narrow in axial width.
  • FIG. 3 a a first switching state is shown, wherein the coupling element 17.5 rotatably couples the first switching input shaft 17. 1 to the switching output shaft 17.
  • this first switching state of the torque flow is distributed symmetrically from the electric motor 5 via the planetary main stage 15, the switching device 17, the first gear stage 18 and the differential device 9 to the two output shafts 13a, b, so that a purely electric motor drive is possible.
  • a common operation with the internal combustion engine 4 or a recuperation operation is possible.
  • the third switching shaft input 17.3 runs free, so that the second secondary output shaft 16.3 and the secondary input shaft 16.1 can rotate independently of each other.
  • a first idle switching state N is set, as can be seen in Figure 4b, wherein the switching output shaft 17.4 can rotate independently of the switching input shafts 17.1 -3.
  • a rotational speed of the electric motor 5 can be adjusted to an applied rotational speed of the differential device 9.
  • a second switching state is set, wherein the second switching input shaft 17.2 is rotatably connected to the switching output shaft 17.4.
  • the planetary main gear 15 is bridged, so that a second gear ratio is converted, which is formed differently than the first gear ratio of the first switching state.
  • the second switching state can be used again for a purely electric motor drive, a mixed combustion engine / electric motor drive or for recuperation.
  • the switching device 17 is set in a second idle switching state NTV, wherein the switching output shaft 17.4 is again rotationally coupled to the switching input shafts 17.1 -3. Also in this switching position, the speed of the electric motor 5 can be adjusted again.
  • a third switching state is implemented, wherein a torque superimposing stage is realized.
  • This state is shown in FIGS. 3 e, f.
  • a torque vectoring can be implemented, wherein depending on the direction of rotation of the electric motor 5, a torque on the first or the second output shaft 13a or 13b can be superimposed.
  • FIG. 4e shows the case where the second output shaft 13b has a greater torque than the first output shaft 13a.
  • the figure 4f rotates the Electric motor 5 in the opposite direction, wherein the first output shaft 13a has a larger torque than the second output shaft 13b.
  • the vehicle 2 is dispensed with the internal combustion engine 4 and thus also on the first input interface 6.
  • the drive device 1 is designed as a purely electrical axis, but the switching states described can be adjusted. In this constructionally simplified embodiment of the invention, however, the torque vectoring takes place exclusively in a sluggish operation of the drive device 1.

Abstract

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Hybridfahrzeug, vorzuschlagen, welche eine Alternative zu bisherigen Getriebeanordnungen darstellt und/oder welche eine große Funktionsvielfalt bei zugleich geringer Anzahl von Komponenten umsetzt. Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsvorrichtung (1) gelöst, welche eine Planetenhauptstufe (15), eine Planetenstufe (16) sowie eine Schalteinrichtung (17) aufweist, wobei die Schalteinrichtung (17) die Antriebsvorrichtung in zwei Traktionsgänge und in einen Überlagerungsgang für ein Torque Vectoring schalten kann.

Description

Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 .
Hybridfahrzeuge verwenden eine Kombination von einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor, um ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen. Dabei ist es möglich, dass das Hybridfahrzeug ausschließlich verbrennungsmotorisch, ausschließlich elektromotorisch oder auch zeitgleich elektromotorisch und verbrennungsmotorisch, betrieben wird.
Die Druckschrift DE 10 2006 031 089 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, offenbart eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor sowie mit einem aufwändigen Getriebeaufbau. Funktional betrachtet erlaubt es die Antriebsvorrichtung gemäß der Figur 2, wahlweise auf einen gemeinsamen Antrieb zu schalten, wobei von dem Verbrennungsmotor und dem Elektromotor ein gemeinsamer Leistungsfluss zu einem Differenzial der Antriebsvorrichtung geleitet wird. Alternativ hierzu kann die Antriebsvorrichtung eine Leistungs- und Momentenverteilung auf die Räder umsetzen, wobei das Antriebsmoment von dem Verbrennungsmotor über das Differenzial zu den Rädern geleitet wird und das Antriebsmoment von dem Elektromotor asymmetrisch verteilt wird, um die Momentenverteilung zu erreichen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Hybridfahrzeug, vorzuschlagen, welche eine Alternative zu bisherigen Getriebeanordnungen darstellt und/oder welche eine große Funktionsvielfalt bei zugleich geringer Anzahl von Komponenten umsetzt. Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und des Anspruchs 1 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren. lm Rahmen der Erfindung wird eine Antriebsvorrichtung vorgeschlagen, welche für ein Fahrzeug geeignet und/oder ausgebildet ist. Das Fahrzeug ist insbesondere als ein Hybridfahrzeug ausgebildet. Besonders bevorzugt ist das Fahrzeug als ein
Personen kraftwage, Lastkraftwagen, etc. ausgebildet, welches insbesondere für den Straßenverkehr geeignet und/oder zugelassen beziehungsweise zulassbar ist.
Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung umfasst eine erste Eingangsschnittstelle zur Ankopplung von einem Verbrennungsmotor. Optional umfasst die Antriebsvorrichtung den Verbrennungsmotor. Über die erste Eingangsschnittstelle wird ein Antriebsdrehmoment des Verbrennungsmotors eingeleitet. Insbesondere ist das Antriebsdrehmoment so ausgebildet, dass das Fahrzeug ausschließlich verbrennungsmotorisch betrieben eine Geschwindigkeit von größer als 30 Stundenkilometer, vorzugsweise größer als 50 Stundenkilometer, einnehmen kann.
Ferner umfasst die Antriebsvorrichtung eine zweite Eingangsschnittstelle zur Ankopplung von einem Elektromotor, insbesondere von einem 48-Volt Elektromotor. Besonders bevorzugt umfasst die Antriebsvorrichtung den Elektromotor. Über die zweite Eingangsschnittstelle ist ein Antriebsdrehmoment des Elektromotors einleitbar, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass das Antriebsdrehmoment so bemessen ist, dass das Fahrzeug ausschließlich elektromotorisch auf eine Geschwindigkeit von > 30 Stundenkilometer, vorzugsweise > 50 Stundenkilometer, beschleunigbar ist.
Ferner weist die Antriebsvorrichtung eine erste und eine zweite Ausgangswelle auf, wobei besonders bevorzugt ist, dass die erste und die zweite Ausgangswelle mit jeweils einem Rad, vorzugsweise von einer gemeinsamen Achse des Fahrzeugs, in Wirkverbindung stehen, sodass ein Ausgangsdrehmoment über die zwei Ausgangswellen auf die Räder der Achse des Fahrzeugs geleitet werden kann. Besonders bevorzugt sind die erste und die zweite Ausgangswelle koaxial zueinander angeordnet. Die Antriebsvorrichtung weist eine Differenzialeinhchtung auf, welche einen Differenzialeingang und zwei Differenzialausgänge umfasst. Der Differenzialeingang ist zumindest mit der ersten Eingangsschnittstelle in Wirkverbindung. Vorzugsweise stehen die erste Eingangsschnittstelle und der Differenzialeingang in einem unmittelbaren, insbesondere formschlüssigen und/oder kämmenden Kontakt. Es ist jedoch auch möglich, dass zwischen Differenzialeingang und erster Eingangsschnittstelle und/oder zwischen erster Eingangsschnittstelle und dem Verbrennungsmotor mindestens ein weiteres Teilgetriebe angeordnet ist. Die zwei Differenzialausgänge stehen mit dem ersten und der zweiten Ausgangswelle in Wirkverbindung, sodass ein Differenzialdrehmoment, welches von der Differenzialeinrichtung ausgegeben wird, auf die erste und die zweite Ausgangswelle geleitet werden kann. Besonders bevorzugt bilden die erste und die zweite Ausgangswelle die zwei Differenzialausgänge.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Antriebsvorrichtung mindestens oder genau zwei Planetenstufen aufweist, welche als eine Planetenhauptstufe und eine Planetennebenstufe ausgebildet sind. Die Planetenhauptstufe weist eine Haupteingangswelle, eine Hauptausgangswelle und eine gestellfeste Hauptgestellwelle auf. Die Hauptgestellwelle ist somit stationär in der Antriebsvorrichtung angeordnet. Die Planetennebenstufe weist dagegen eine Nebeneingangswelle, eine erste Nebenausgangswelle und eine zweite Nebenausgangswelle auf. Unter Wellen der Planetenstufen werden insbesondere rotierbare Eingangs- und/oder Ausgangsorgane der Planetenstufen verstanden.
Konstruktiv betrachtet steht die Haupteingangswelle mit der zweiten Eingangsschnittstelle in Wirkverbindung. Dabei kann die Haupteingangswelle drehfest mit der Eingangsschnittstelle verbunden sein, es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass zwischen der Haupteingangswelle und der zweiten Eingangsschnittstelle weitere Teilgetriebe vorgesehen sind. In gleicher Weise kann vorgesehen sein, dass zwischen der zweiten Eingangsschnittstelle und dem Elektromotor weitere Teilgetriebe zwischengeschaltet sind. Die Hauptausgangswelle ist mit der Nebeneingangswelle drehfest gekoppelt. Insbesondere sind die Hauptausgangswelle und die Nebeneingangswelle starr miteinander verbunden. Die zweite Nebenausgangswelle ist dagegen mit der zweiten Ausgangswelle drehfest und insbesondere starr gekoppelt.
Die Differenzialeinrichtung und/oder die Planetenhauptstufe und/oder die Planetenstufe definieren als Hauptabschnitte eine Hauptachse der Antriebsvorrichtung. Besonders bevorzugt sind alle drei genannten Hauptabschnitte der Antriebsvorrichtung koaxial zu der Hauptachse angeordnet. Bei abweichenden Ausführungsformen der Erfindung kann jedoch auch vorgesehen sein, dass eine oder zwei der Hauptabschnitte versetzt zu der koaxialen Anordnung angeordnet sind.
Es ist ferner besonders bevorzugt, dass die erste Eingangsschnittstelle eine erste Eingangsachse definiert, wobei die erste Eingangsachse gewinkelt, insbesondere senkrecht zu der Hauptachse ausgerichtet ist. Es ist nämlich besonders bevorzugt, dass die Antriebsvorrichtung für einen Hinterachsantrieb des Fahrzeugs ausgebildet ist, wobei der Verbrennungsmotor in einem Frontbereich des Fahrzeugs angeordnet ist, sodass das Antriebsdrehmoment des Verbrennungsmotors in Längsrichtung des Fahrzeugs übertragen werden muss und somit eine entsprechende Übertragungswelle senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptachse ausgerichtet ist. Dabei ist es ferner besonders bevorzugt, dass der Elektromotor achsparallel zu der Hauptachse oder bei besonders kompakten Ausführungsformen, sogar koaxial zu der Hauptachse arrangiert ist.
Ferner weist die Antriebsvorrichtung eine Schalteinrichtung auf, wobei die Schalteinrichtung eine Schaltausgangswelle und eine erste, eine zweite und eine dritte Schalteingangswelle umfasst. Besonders bevorzugt sind die Schaltausgangswelle und die Schalteingangswelle und/oder die Schalteinrichtung koaxial zu der Hauptachse angeordnet. Die Schaltausgangswelle steht mit dem Differenzialeingang in Wirkverbindung. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Schaltausgangswelle mit dem Differenzialeingang drehfest und/oder starr verbunden ist. Alternativ hierzu ist zwischen Schaltausgangswelle und Differenzialeingang mindestens ein Teilgetriebe angeordnet. Die Schalteinrichtung ist ausgebildet, die Schaltausgangswelle selektiv, insbesondere alternativ, mit der ersten, der zweiten oder der dritten Schalteingangswelle zu koppeln. Insbesondere kann die Schalteinrichtung die Schaltausgangswelle in einem ersten Schaltzustand exklusiv mit der ersten Schalteingangswelle oder in einem zweiten Schaltzustand exklusiv mit der zweiten Schalteingangswelle oder in einem dritten Schaltzustand exklusiv mit der dritten Schalteingangswelle drehfest setzen.
Es ist vorgesehen, dass die erste Schalteingangswelle mit der Nebeneingangswelle und/oder der Hauptausgangswelle drehfest gekoppelt ist, dass die zweite Schalteingangswelle mit der Haupteingangswelle drehfest gekoppelt ist und dass die dritte Schalteingangswelle mit der ersten Nebenausgangswelle drehfest gekoppelt ist.
Durch den geschilderten konstruktiven Aufbau wird erreicht, dass die Antriebsvorrichtung insbesondere als eine Hybridantriebsvorrichtung ausgebildet ist, wobei die Antriebsvorrichtung eine Vielzahl von Funktionen mit genau einem Verbrennungsmotor und mit genau einem Elektromotor umsetzen kann. Dabei ermöglicht die Antriebsvorrichtung eine bauraumgerechte Integration in dem Fahrzeug.
Betrachtet man die Schaltzustände der Antriebsvorrichtung genauer, so können unterschiedliche Schaltzustände und damit Betriebszustände der Antriebsvorrichtung umgesetzt werden:
In dem ersten Schaltzustand, wobei die Schalteinrichtung die erste Schalteingangswelle mit der Schaltausgangswelle drehfest koppelt, ist eine erste Gangstufe eingestellt, wobei über die Antriebsvorrichtung ein erstes Übersetzungsverhältnis zwischen der zweiten Eingangsschnittstelle und den Ausgangswellen eingestellt ist und wobei die Antriebsvorrichtung einen rein elektromotorischen Antrieb des Fahrzeugs ermöglicht. Das Antriebsdrehmoment von der zweiten Eingangsschnittstelle wird insbesondere über die Planetenhauptstufe, die Schalteinrichtung zu der Differenzialeinrichtung geleitet und von dort aus verteilt. Neben einem rein elektromotorischen Antrieb in dem ersten Schaltzustand ist auch ein überlagertet elektromotorischer/verbrennungsmotorischer Antrieb möglich, wenn zusätzlich ein Antriebsdrehmoment von dem Verbrennungsmotor über die erste Eingangsschnittstelle in die Differenzialeinrichtung eingeleitet wird. Ferner ist auch ein Rekuperationsbetrieb möglich, wobei der Drehmomentenfluss umgedreht wird und ein Drehmoment von den Ausgangswellen über die Differenzialeinrichtung, die Schalteinrichtung, insbesondere die Planetenhauptstufe, zu der zweiten Eingangsschnittstelle geleitet wird.
In dem zweiten Schaltzustand, wobei die Schalteinrichtung die zweite Schalteingangswelle mit der Schaltausgangswelle drehfest koppelt, wird ein zweites Übersetzungsverhältnis zwischen der zweiten Eingangsschnittstelle und den zwei Ausgangswellen eingestellt, wobei der zweite Schaltzustand einen rein elektromotorischen Antrieb des Fahrzeugs ermöglicht. Insbesondere unterscheidet sich das zweite Übersetzungsverhältnis von dem ersten Übersetzungsverhältnis. Zum Beispiel ist einer der Schaltzustände für ein langsames Fahren und ein anderer der Schaltzustände für ein schnelles Fahren ausgebildet. Auch in dem zweiten Schaltzustand ist ein überlagertes elektromotorisches/verbrennungsmotorisches Fahren oder eine Rekuperation möglich.
In dem dritten Schaltzustand setzt die Schalteinrichtung die dritte Schalteingangswelle mit der Schaltausgangswelle drehfest, wobei dann eine Drehmomentüberlagerungsstufe eingestellt ist. In dem dritten Schaltzustand kann somit ein Torque-Vectoring umgesetzt werden, wobei in Abhängigkeit einer Drehrichtung der zweiten Eingangsschnittstelle und/oder des Elektromotors ein zusätzliches Drehmoment selektiv auf eine der Ausgangswellen und/oder ein gegensinniges Drehen der zwei Ausgangswellen und/oder eine asymmetrische Momentenverteilung umgesetzt werden kann. Durch die Drehmomentüberlagerungsstufe kann erreicht werden, dass zum Beispiel bei Kurvenfahrten das kurveninnere Rad ein anderes Antriebsdrehmoment wie das kurvenäußere Rad erhält. Es ist zu unterstreichen, dass das Anthebsdrehmoment für den elektromotorischen Antrieb gemäß des ersten und des zweiten Schaltzustandes und das Antriebsdrehmoment für die asymmetrische Drehmomentüberlagerung und/oder für das torque vectoring in dem dritten Schaltzustand von der gleichen zweiten Eingangsschnittstelle und/oder von dem gleichen Elektromotor stammt. Somit muss für den elektromotorischen Antrieb und für die Drehmomentüberlagerung nur genau ein Elektromotor vorgesehen werden. Im Gegensatz zu den üblich verwendeten zwei Elektromotoren für diese Funktionen kann somit ein Elektromotor eingespart werden.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann die Schalteinrichtung so ausgebildet sein, dass zwischen dem ersten Schaltzustand und dem zweiten Schaltzustand ein erster Leerlaufschaltzustand und/oder zwischen dem zweiten Schaltzustand und dem dritten Schaltzustand ein zweiter Leerlaufschaltzustand einstellbar ist. In dem ersten und/oder dem zweiten Leerlaufschaltzustand ist die Schaltausgangswelle von den, insbesondere von allen, Schalteingangswellen entkoppelt. Die Leerlaufschaltzustände haben den Vorteil, dass gegebenenfalls Drehgeschwindigkeiten der Wellen, insbesondere der Schalteingangswellen durch Ansteuerung des Elektromotors, angepasst werden können, sodass das Umschalten der Schalteinrichtung vereinfacht wird.
Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung sind die Schaltausgangswelle und die Schalteingangswelle koaxial zueinander und/oder zu der Hauptachse angeordnet. Die Schalteinrichtung weist vorzugsweise ein Kopplungselement auf, welches in axialer Richtung zu der Hauptachse verschiebbar angeordnet ist, um die Schaltausgangswelle selektiv mit den Schalteingangswellen zu koppeln. Beispielsweise ist das Kopplungselement als eine Schiebemuffe ausgebildet. Besonders bevorzugt ist die Schalteinrichtung als eine Formschlussschalteinrichtung ausgebildet, welche eine formschlüssige Kopplung zwischen dem Kopplungselement und der Schaltausgangswelle und/oder zwischen dem Kopplungselement und der gewählten Schalteingangswelle realisiert. Die Schalteinrichtung ist im speziellen als eine elektromechanisch aktuierte Klauenkupplung realisiert, welche fünf Schaltpositionen, nämlich die erste Gangstufe, die zweite Gangstufe, die Drehmonnentüberlagerungsstufe und die zwei Leerlaufschaltzustände einnehmen kann. Die Umsetzung der Schalteinrichtung als eine formschlüssige Kopplungseinrichtung wird insbesondere dadurch ermöglicht, dass während des Umschaltens zwischen den Gangstufen beziehungsweise zu der Drehmomentüberlagerungsstufe jeweils ein Leerlaufschaltzustand geschalten wird, wobei über eine Ansteuerung des Elektromotors die Winkelgeschwindigkeit der gewählten Schalteingangswelle an die Winkelgeschwindigkeit der Schaltausgangswelle angeglichen werden kann. Besonders bevorzugt umfasst die Antriebsvorrichtung eine Steuereinrichtung zur entsprechenden Ansteuerung des Elektromotors.
In einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung ist die Planetenhauptstufe als eine Stirnradplanetenhauptstufe realisiert, wobei die Stirnradplanetenhauptstufe Räder aufweist, welche in Umlaufrichtung verzahnt sind. Es ist besonders bevorzugt, dass die Haupteingangswelle als ein Hauptsonnenrad, die Hauptausgangswelle als ein Hauptplanetenträger mit einem Satz Hauptplanetenräder und die Hauptgestellwelle als ein Haupthohlrad ausgebildet ist, wobei bevorzugt das Haupthohlrad innen umlaufend verzahnt ist und mit den Hauptplanetenrädern kämmt.
Alternativ oder ergänzend ist es bevorzugt, dass die Planetennebenstufe als eine Stirnradplanetennebenstufe mit umlaufend verzahnten Rädern ausgebildet ist. Die erste Nebenausgangswelle ist als ein Nebensonnenrad, die zweite Nebenausgangswelle als ein Nebenplanetenträger mit einem Satz Nebenplanetenräder und die Nebeneingangswelle als ein Nebenhohlrad ausgebildet, welches besonders bevorzugt innen umlaufend verzahnt ist und welches mit den Nebenplanetenrädern kämmt. Die Hauptplanetenräder sind mit ihren Drehachsen versetzt zur Hauptachse, jedoch parallel hierzu ausgerichtet. Die Nebenplanetenräder sind mit ihren Drehachsen versetzt zu der Hauptachse, jedoch parallel hierzu ausgerichtet. Die Hauptplanetenräder kämmen mit dem Hauptsonnenrad, die Nebenplanetenräder kämmen mit dem Nebensonnenrad. Die Ausgestaltung der Planetenhauptstufe als die Stirnradplanetenhauptstufe und/oder die Ausbildung der Planetennebenstufe als die Stirnradplanetennebenstufe ermöglicht es, die Antriebsvorrichtung sehr kompakt auszugestalten, insbesondere wenn beide Planetenstufen als Stirnradplanetenstufen ausgebildet sind.
Bei einer ersten möglichen Realisierung der Erfindung ist die Differenzialeinrichtung als eine Kegelraddifferenzialeinrichtung ausgebildet, wobei die Kegelraddifferenzialeinrichtung einen Differenzialkorb aufweist, welcher den Differenzialeingang bildet. Diese Ausgestaltung ist besonders bevorzugt für den Einbaufall, wenn der Verbrennungsmotor und die Differenzialeinrichtung an verschiedenen Enden des Fahrzeugs angeordnet sind und das Antriebsdrehmoment des Verbrennungsmotors über die Übertragungswelle, welche sich in Längsrichtung erstreckt und somit senkrecht zu der Hauptachse angeordnet ist, übertragen werden muss.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Differenzialeinrichtung als eine Stirnraddifferenzialeinrichtung ausgebildet ist. In einer Realisierung weist dieses ein Hohlrad aufweist, wobei das Hohlrad als der Differenzialeingang ausgebildet ist. In dieser Ausgestaltung kann das Hohlrad eine umlaufende Verzahnung aufweisen, welche mit einem Kegelrad einer Verbindungswelle mit dem Verbrennungsmotor kämmt, sodass die Stirnraddifferenzialvorrichtung genauso wie die Kegelraddifferenzialeinrichtung einen Winkeltrieb bildet. In anderen Realisierungen der Stirnraddifferenzialeinrichtung kann auch ein Planetenträger der ein Sonnenrad der Stirnraddifferenzialeinrichtung den Differenzialeingang bilden.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist in dem Momentenübertragungspfad zwischen der zweiten Antriebsschnittstelle und der Haupteingangswelle eine erste Übersetzungsstufe angeordnet. Die erste Übersetzungsstufe kann als eine Stirnradübersetzungsstufe ausgebildet sein. In diesem Fall ist es besonders bevorzugt, dass der Elektromotor achsparallel versetzt zu der Hauptachse angeordnet ist. Alternativ hierzu kann die erste Übersetzungsstufe als ein weiteres Planetengetriebe ausgebildet sein, wobei dadurch optional ermöglicht wird, den Elektromotor koaxial zu der Hauptachse anzuordnen. Die Übersetzungsstufe kann ein- oder mehrstufig realisiert sein. Insbesondere dient die erste Übersetzungsstufe dazu, eine hohe Drehgeschwindigkeit von der zweiten Eingangsschnittstelle in eine niedrigere Drehgeschwindigkeit herunterzusetzen.
Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass in dem Momentenübertragungspfad zwischen der Schaltausgangswelle und dem Differenzialeingang eine zweite Übersetzungsstufe angeordnet ist. Diese Übersetzungsstufe ist bevorzugt als eine Planetenstufe realisiert. Die zweite Übersetzungsstufe dient bevorzugt dazu, eine hohe Winkelgeschwindigkeit der Schaltausgangswelle in eine niedrigere Winkelgeschwindigkeit an dem Differenzialeingang umzusetzen. Sowohl die erste als auch die zweite Übersetzungsstufe berücksichtige, dass bei vielen Elektromotoren ein guter Arbeitspunkt eher bei hohen Drehzahlen zu erreichen ist, welche über die Antriebsvorrichtung auf entsprechend niedrige Drehzahlen übersetzt werden.
Ein weiterer Gegenstand betrifft eine Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 1 sowie mit einer beliebigen Kombination mit den Merkmalen der Unteransprüche 2 bis 9, wobei sich der die Antriebsvorrichtung des Anspruchs 1 1 von der Antriebsvorrichtung des Anspruchs 1 dadurch unterscheidet, dass auf den Verbrennungsmotor und somit auch auf die erste Eingangsschnittstelle verzichtet wurde. Damit ist die Antriebsvorrichtung als eine rein elektromotorische Antriebsvorrichtung ausgebildet, wobei vorgesehen ist, dass der dritte Schaltzustand nur im Schleppbetrieb der Antriebsvorrichtung eingesetzt wird.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigen:
Figur 1 eine erste schematische Darstellung einer Antriebsvorrichtung für ein
Fahrzeug als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung; Figur 2 eine schematische Darstellung einer Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug mit geringen Modifikationen als ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figuren 3a - f verschiedene Betriebszustände einer Antriebsvorrichtung mit
geänderter Differenzialvorrichtung als ein drittes Ausführungsbeispiel .
Einander entsprechende oder gleiche Teile sind mit jeweils einander entsprechenden oder gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Figur 1 zeigt in einer stark schematisierten Darstellung eine Antriebsvorrichtung 1 , inesbesondere einen Antriebsstrang, welche in einem Fahrzeug 2 integriert ist und zur Erzeugung oder zur Abgabe eines Antriebsdrehmoments an Räder 3 des Fahrzeugs 2 ausgebildet ist. Das Fahrzeug 2 ist zum Beispiel als ein Personenkraftwagen ausgebildet.
Das Fahrzeug 2 umfasst einen Verbrennungsmotor 4 sowie einen Elektromotor 5, wobei diese einen Teil der Antriebsvorrichtung 1 bilden oder an diese angekoppelt sind. Der Verbrennungsmotor 4 ist über eine erste Eingangsschnittstelle 6, der Elektromotor 5 über eine zweite Eingangsschnittstelle 7 mit der Antriebsvorrichtung 1 wirkverbunden. Zwischen der ersten Eingangsschnittstelle 6 und dem Verbrennungsmotor 4 erstreckt sich eine Übertragungswelle 8, welche in Längsrichtung in dem Fahrzeug 2 verläuft. Beispielsweise können die dargestellten Räder 3 zu einer Hinterachse gehören, wohingegen der Verbrennungsmotor 4 in einem Frontbereich des Fahrzeugs 2 untergebracht ist. Die erste Eingangsschnittstelle 6 ist als ein Kegelrad, die zweite Eingangsschnittstelle 7 als ein Stirnrad ausgebildet.
Ferner weist die Antriebsvorrichtung 1 eine Differenzialeinrichtung 9 auf, welche in dem ersten Ausführungsbeispiel als eine Kegelraddifferenzialeinrichtung ausgebildet ist. Ein Differenzialkorb 10 ist über ein umlaufendes Ritzel 1 1 mit der ersten Eingangsschnittstelle 6 gekoppelt und bildet einen Differenzialeingang 12. Eine erste und eine zweite Ausgangswelle 13a, b bilden Differenzialausgänge, über die das an den Differenzialeingang 12 anliegende Drehmoment verteilt wird. Die Differenzialeinrichtung 9 definiert eine Hauptachse 14, wobei die erste und die zweite Ausgangswelle 13a, b koaxial zu der Hauptachse 14 angeordnet ist und/oder der Differenzialeingang 12 um die Hauptachse 14 rotiert.
Die Antriebsvorrichtung 1 weist eine Planetenhauptstufe 15 und eine Planetennebenstufe 16 auf, welche jeweils als eine Stirnradplanetenstufe ausgebildet sind. Die Planetenhauptstufe 15 weist eine Haupteingangswelle 15.1 auf, welche als ein Hauptsonnenrad ausgebildet ist und mit einem Hauptgetrieberad 15.2 drehfest verbunden ist, welches mit der in dem ersten Ausführungsbeispiel als Getrieberad ausgebildeten zweiten Eingangsschnittstelle 7 kämmt. Die Haupteingangswelle 15.1 ist koaxial zu der Hauptachse 14 angeordnet. Ferner weist die Planetenhauptstufe 15 eine Hauptausgangswelle 15.3 auf, welche als ein Planetenträger ausgebildet ist und eine Mehrzahl von Planetenrädern 15.4 trägt. Die Drehachsen der Planetenräder 15.4 sind parallel versetzt zu der Hauptachse 14 angeordnet. Die Planetenhauptstufe 15 umfasst eine Hauptgestellwelle 15.5, welche stationär oder gestellfest angeordnet ist und welche als ein Haupthohlrad ausgebildet ist, eine umlaufende Innenverzahnung trägt und mit den Hauptplanetenrädern 15.4 kämmt. Die Hauptplanetenräder 15.4 und die als Hauptsonnenrad ausgebildete Haupteingangswelle sind als Stirnzahnräder ausgebildet.
Die Planetennebenstufe 16 weist eine als Nebenhohlrad ausgebildete Nebeneingangswelle 16.1 auf, welche drehfest mit der Hauptausgangswelle 15.3 der Planetenhauptstufe 15 gekoppelt ist. Ferner weist die Planetennebenstufe 16 eine erste Nebenausgangswelle 16.2 auf, welche als ein Nebensonnenrad ausgebildet ist sowie eine zweite Nebenausgangswelle 16.3 auf, welche als ein Nebenplanetenträger ausgebildet ist, auf dem eine Mehrzahl Nebenplanetenräder 16.4 um Drehachsen drehbar angeordnet ist. Die Drehachsen der Nebenplanetenräder 16.4 sind parallel versetzt zu der Hauptachse 14 angeordnet. Die Nebeneingangswelle 16.1 als Nebenhohlrad ist umlaufend innenverzahnt und kämmt mit den Planetenrädern 16.4, welche als Stirnzahnräder ausgebildet sind. Auf die als Nebensonnenrad ausgebildete erste Nebenausgangswelle 16.2 kämmt mit den Planetenrädern 16.4. Die Antriebsvorrichtung 1 weist eine Schalteinrichtung 17 auf, wobei die Schalteinrichtung 17 eine erste Schalteingangswelle 17.1 , eine zweite Schalteingangswelle 17.2 und eine dritte Schalteingangswelle 17.3 umfasst. Ferner weist die Schalteinrichtung 17 eine Schaltausgangswelle 17.4 auf. Die erste Schalteingangswelle 17.1 ist drehfest mit der Hauptausgangswelle 15.3 beziehungsweise der Nebeneingangswelle 16.1 gekoppelt, die zweite Schalteingangswelle 17.2 ist mit der Haupteingangswelle 15.1 und/oder dem Hauptgetrieberad 15.2 drehfest gekoppelt, die dritte Schalteingangswelle 17.3 ist mit der ersten Nebenausgangswelle 16.2 drehfest gekoppelt.
Die Schaltausgangswelle 17.4 ist über eine erste Übersetzungsstufe 18 mit dem Differenzialeingang 12 wirkverbunden. Die erste Übersetzungsstufe 18 ist als ein Planetengetriebe ausgebildet, wobei die Schaltausgangswelle 17.4 mit einer als Sonnenrad ausgebildeten Übersetzungseingangswelle 18.1 drehfest verbunden ist. Die Übersetzungseingangswelle 18.1 kämmt mit einer als Planetenträger ausgebildeten Übersetzungsausgangswelle 18.2, wobei auf dem Planetenträger eine Mehrzahl von Übersetzungsplanetenrädern 18.3 angeordnet sind, welche mit einem Übersetzungshohlrad 18.4 kämmen, das gestellfest angeordnet ist. Die Übersetzungsausgangswelle 18.2 ist drehfest mit dem Differenzialeingang 12, in diesem Beispiel mit dem Differenzialkorb 10, verbunden.
Die Schalteinrichtung 15 umfasst ein Koppelelement 17.5, welches als eine axial entlang der Hauptachse 14 verschiebbaren Schaltmuffe ausgebildet ist und welche unterschiedliche Schaltzustände einnehmen kann, wie dies im Zusammenhang mit den Figuren 3a - f erläutert wird.
Die Figur 2 zeigt eine Antriebsvorrichtung 1 als ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei nachfolgend nur auf die Unterschiede eingegangen wird. Im Gegensatz zu der Antriebsvorrichtung 1 in der Figur 1 ist das Ritzel 1 1 an dem Differenzialeingang 12 versetzt angeordnet, greift jedoch nach wie vor an dem Differenzialkorb 10 an. Zwischen der als Stirnzahnrad ausgebildeten zweiten Eingangsschnittstelle 7 und der Haupteingangswelle 15.1 beziehungsweise dem Hauptgetrieberad 15.2 ist eine zweite Übersetzungsstufe 19 angeordnet, welche als ein zweistufiges Stirnradgetriebe ausgebildet ist. Die zweite Übersetzungsstufe 19 dient dazu, die Drehzahl des Elektromotors 5 zu reduzieren. Der Elektromotor 5 ist achsparallel zu der Hauptachse 14 angeordnet.
In den Figuren 3 a - f ist ein drittes Ausführungsbeispiel der Antriebsvorrichtung 1 gezeigt, wobei als maßgebliche Unterschiede zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen zwar die zweite Getriebestufe 19 immer noch zweistufig ausgebildet ist, der Elektromotor 5 jedoch auf einer anderen axialen Seite angeordnet ist. Ferner wird statt einer Kegelraddifferenzialeinrichtung bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen nun eine Stirnradplanetendifferenzialeinrichtung als Differenzialeinrichtung 9 verwendet, wobei der Differenzialeingang 12 durch ein Differenzialhohlrad gebildet ist. Die erste Ausgangswelle 13a wird durch einen Differenzialplanetenträger gebildet, welcher zwei Sätze Planetenräder trägt, die paarweise miteinander sowie mit dem Differenzialhohlrad und einem Differenzialsonnenrad kämmen. Das Differenzialsonnenrad bildet die zweite Ausgangswelle 13b. In der Ausbildung als Stirnradplanetendifferenzialeinrichtung kann die Antriebsvorrichtung 1 in axialer Breite sehr schmal aufgebaut werden.
In der Figur 3a ist ein erster Schaltzustand gezeigt, wobei das Koppelelement 17.5 die erste Schalteingangswelle 17.1 mit der Schaltausgangswelle 17.4 drehfest koppelt. In diesem ersten Schaltzustand wird der Drehmomentenfluss ausgehend von dem Elektromotor 5 über die Planetenhauptstufe 15, die Schalteinrichtung 17, die erste Übersetzungsstufe 18 und die Differenzialeinrichtung 9 auf die zwei Ausgangswellen 13a, b symmetrisch verteilt, sodass ein rein elektromotorischer Antrieb möglich ist. Es ist jedoch auch ein gemeinsamer Betrieb mit dem Verbrennungsmotor 4 oder ein Rekuperationsbetrieb möglich. Der dritte Schaltwelleneingang 17.3 läuft frei, sodass die zweite Nebenausgangswelle 16.3 und die Nebeneingangswelle 16.1 unabhängig voneinander drehen können. Durch ein Verschieben des Koppelelements 17.5 in eine Hochschaltrichtung entlang der Hauptachse 14 gemäß Figur 3b wird ein erster Leerlaufschaltzustand N eingestellt, wie dies in der Figur 4b zu erkennen ist, wobei die Schaltausgangswelle 17.4 unabhängig von den Schalteingangswellen 17.1 -3 drehen kann. In diesem ersten Leerlaufschaltzustand N kann beispielsweise eine Drehzahl des Elektromotors 5 an eine anliegende Drehzahl der Differenzialeinrichtung 9 angeglichen werden.
Bei einem Weiterschalten in der Hochschaltrichtung des Koppelelements 17.5 gemäß der Figur 3c wird ein zweiter Schaltzustand eingestellt, wobei die zweite Schalteingangswelle 17.2 mit der Schaltausgangswelle 17.4 drehfest verbunden ist. In dem zweiten Schaltzustand ist das Planetenhauptgetriebe 15 überbrückt, sodass ein zweites Übersetzungsverhältnis umgesetzt wird, welches anders als das erste Übersetzungsverhältnis des ersten Schaltzustands ausgebildet ist. Der zweite Schaltzustand kann wieder für einen rein elektromotorischen Antrieb, einen gemischt verbrennungsmotorischen / elektromotorischen Antrieb oder für einen Rekuperationsbetrieb genutzt werden.
Durch eine Weiterschaltung des Koppelelements 17.5 in der Hochschaltrichtung gemäß der Figur 3d wird die Schalteinrichtung 17 in einen zweiten Leerlaufschaltzustand NTV gesetzt, wobei die Schaltausgangswelle 17.4 wieder drehentkoppelt zu den Schalteingangswellen 17.1 -3 angeordnet ist. Auch in dieser Schaltposition kann die Drehzahl des Elektromotors 5 wieder angeglichen werden.
Durch ein weiteres axiales Verschieben des Koppelelements 17.5 in der Hochschaltrichtung wird ein dritter Schaltzustand umgesetzt, wobei eine Drehmomentüberlagerungsstufe realisiert wird. Dieser Zustand ist in den Figuren 3 e, f dargestellt. In diesem dritten Schaltzustand kann ein Torque-Vectoring umgesetzt werden, wobei in Abhängigkeit der Drehrichtung des Elektromotors 5 ein Drehmoment auf die erste oder die zweite Ausgangswelle 13a oder 13b überlagert werden kann. In der Figur 4e ist der Fall dargestellt, wobei die zweite Ausgangswelle 13b ein größeres Drehmoment als die erste Ausgangswelle 13a aufweist. In der Figur 4f dreht der Elektromotor 5 in Gegenrichtung, wobei die erste Ausgangswelle 13a ein größeres Drehmoment als die zweite Ausgangswelle 13b aufweist.
Nicht dargestellt ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei bei dem Fahrzeug 2 auf den Verbrennungsmotor 4 und somit auch auf die erste Eingangsschnittstelle 6 verzichtet wird. Damit ist die Antriebsvorrichtung 1 als eine rein elektrische Achse ausgebildet, wobei jedoch die beschriebenen Schaltzustände eingestellt werden können. Bei diesem konstruktiv vereinfachten Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt das Torque-Vectoring allerdings ausschließlich in einem schleppenden Betrieb der Antriebsvorrichtung 1 .
Bezugszeichenliste
1 Antriebsvorrichtung
2 Fahrzeug
3 Räder
4 Verbrennungsmotor
5 Elektromotor
6 erste Eingangsschnittstelle
7 zweite Eingangsschnittstelle
8 Übertragungswelle
9 Differenzialeinrichtung
10 Differenzialkorb
1 1 Ritzel
12 Differenzialeingang
13a, b Ausgangswellen
14 Hauptachse
15 Planetenhauptstufe
15.1 Haupteingangswelle
15.2 Hauptgetrieberad
15.3 Hauptausgangswelle 15.4 Hauptplanetenräder
15.5 Hauptgestellwelle
16 Planetennebenstufe
16.1 Nebeneingangswelle
16.2 erste Nebenausgangswelle
16.3 zweite Nebenausgangswelle
16.4 Nebenplanetenräder
17 Schalteinrichtung
17.1 erste Schalteingangswelle
17.2 zweite Schalteingangswelle
17.3 dritte Schalteingangswelle
17.4 Schaltausgangswelle
17.5 Koppelelement
18 erste Übersetzungsstufe
18.1 Übersetzungseingangswelle
18.2 Übersetzungsausgangswelle
18.3 Übersetzungsplanetenrädern
18.4 Übersetzungshohlrad
19 zweite Übersetzungsstufe
N Leerlaufschaltzustand
NTV Leerlaufschaltzustand

Claims

Patentansprüche
1 . Antriebsvorrichtung (1 ) für ein Fahrzeug (2) mit einer ersten Eingangsschnittstelle (6) für einen Verbrennungsmotor (4), mit einer zweiten Eingangsschnittstelle (7) für einen Elektromotor (5), mit einer ersten und mit einer zweiten Ausgangswelle (13a, b), mit einer Differentialeinrichtung (9), wobei die Differentialeinrichtung (9) einen Differentialeingang (12) und zwei Differenzialausgänge aufweist, wobei der Differenzialeingang (12) mit der ersten Eingangsschnittstelle (6) in Wirkverbindung steht, und wobei die zwei Differenzialausgänge mit der ersten und der zweiten Ausgangswelle (13 a, b) in Wirkverbindung stehen, gekennzeichnet durch eine Planetenhauptstufe (15) und eine Planetennebenstufe (16), wobei die Planetenhauptstufe (15) eine Haupteingangswelle (15.1 ), eine Hauptausgangswelle (15.3) und eine gestellfeste Hauptgestellwelle (15.5) aufweist und wobei die Planetennebenstufe (16) eine Nebeneingangswelle (16.1 ), eine erste Nebenausgangswelle (16.2) und eine zweite Nebenausgangswelle (16.3) aufweist, wobei die Haupteingangswelle (15.1 ) mit der zweiten Eingangsschnittstelle (7) in Wirkverbindung steht, wobei die Hauptausgangswelle (15.3) mit der Nebeneingangswelle (16.1 ) drehfest gekoppelt ist, wobei die zweite Nebenausgangswelle (16.3) mit der zweiten Ausgangswelle (13b) drehfest gekoppelt ist, wobei die Differentialeinrichtung (9) und/oder die Planetenhauptstufe (15) und/oder die Planetennebenstufe (16) eine Hauptachse (14) definieren, und durch eine Schalteinrichtung (17), wobei die Schalteinrichtung (17) eine Schaltausgangswelle (17.4) aufweist, wobei die Schaltausgangswelle (17.4) mit dem Differenzialeingang (12) in Wirkverbindung steht, und wobei die Schalteinrichtung (17) eine erste, eine zweite und eine dritte Schalteingangswellen (17.1 , 17.2, 17.3) aufweist, welche selektiv mit der Schaltausgangswelle (17.4) koppelbar sind, wobei die erste Schalteingangswelle (17.1 ) mit der Nebeneingangswelle (16.1 ) und/oder der Hauptausgangswelle (15.3) drehfest gekoppelt ist, wobei die zweite Schalteingangswelle (17.2) mit der Haupteingangswelle (15.1 ) drehfest gekoppelt ist und wobei die dritte Schalteingangswelle (17.3) mit der ersten Nebenausgangswelle (16.2) drehfest gekoppelt ist.
2. Antriebsvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung (1 ) in einem ersten Schaltzustand, wobei die Schalteinrichtung (17) die erste Schalteingangswelle (17.1 ) mit der Schaltausgangswelle (17.4) drehfest koppelt, eine erste Gangstufe mit einem ersten Übersetzungsverhältnis zum elektromotorischen Antrieb des Fahrzeugs (2) eingestellt ist, und/oder dass in einem zweiten Schaltzustand, wobei die Schalteinrichtung (17) die zweite Schalteingangswelle (17.2) mit der Schaltausgangswelle (17.4) drehfest koppelt, eine zweite Gangstufe mit einem zweiten Übersetzungsverhältnis zum elektromotorischen Antrieb des Fahrzeugs (2) eingestellt ist, und/oder dass in einem dritten Schaltzustand, wobei die Schalteinrichtung (17) die dritte Schalteingangswelle (17.3) mit der Schaltausgangswelle (17.4) drehfest koppelt, eine Drehmomentüberlagerungsstufe eingestellt ist.
3. Antriebsvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (17) zwischen dem ersten Schaltzustand und dem zweiten Schaltzustand einen ersten Leerlaufschaltzustand (N) und/oder zwischen dem zweiten Schaltzustand und dem dritten Schaltzustand einen zweiten Leerlaufschaltzustand (NTV) einstellt, wobei in dem ersten und/oder dem zweiten Leerlaufschaltzustand (N;NTV) die Schaltausgangswelle (17.4) von den Schalteingangswellen (17.1 ; 17.2; 17.3) entkoppelt sind. 4. Antriebsvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltausgangswelle (17.4) und die Schalteingangswellen (17.1 , !7.2, 17.3) koaxial zueinander und/oder zu der Hauptachse (14) angeordnet sind und dass die Schalteinrichtung (17) ein Kopplungselement (17.5) aufweist, wobei das Kopplungselement (17.5) axial zu der Hauptachse (14) verschiebbar angeordnet ist, um die Schaltausgangswelle (17.
4) selektiv mit den Schalteingangswellen (17.1 , 17.2, 17.3) zu koppeln.
5. Antriebsvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenhauptstufe (15) als eine Stirnradplanetenhauptstufe ausgebildet ist, wobei die Haupteingangswelle (15.1 ) als ein Hauptsonnenrad, die Hauptausgangswelle (15.3) als ein Hauptplanetenträger mit einem Satz Hauptplanetenräder (15.4) und die Hauptgestellwelle (15.5) als ein Haupthohlrad ausgebildet ist, welches mit den Hauptplanetenrädern (15.4) kämmt.
6. Antriebsvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetennebenstufe (16) als eine Stirnradplanetennebenstufe ausgebildet ist, wobei die erste Nebenausgangswelle (16.3) als ein Nebensonnenrad, die zweite Nebenausgangswelle als ein Nebenplanetenträger mit einem Satz Nebenplanetenräder (16.4) und die Nebeneingangswelle (16.1 ) als ein Nebenhohlrad ausgebildet ist, welches mit den Nebenplanetenrädern (16.4) kämmt.
7. Antriebsvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzialeinrichtung (9) als eine Kegelraddifferenzialeinrichtung mit einem Differenzialkorb (10) als der Differenzialeingang (12) ausgebildet ist.
8. Antriebsvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzialeinrichtung (9) als eine Stirnraddifferenzialvornchtung mit einem Hohlrad als der Differenzialeingang (12) ausgebildet ist.
9. Antriebsvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Übertragungspfad zwischen der Schaltausgangswelle (17.5) und dem Differenzialeingang (12) eine erste Übersetzungsstufe (18) angeordnet ist.
10. Antriebsvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Übertragungspfad zwischen der zweiten Antriebsschnittstelle (7) und der Haupteingangswelle (15.3) eine zweite Übersetzungsstufe (19) angeordnet ist.
1 1 . Antriebsvorrichtung (1 ) für ein Fahrzeug (2) mit einer Eingangsschnittstelle (7) für einen Elektromotor (5), mit einer ersten und mit einer zweiten Ausgangswelle (13a, b), mit einer Differentialeinrichtung (9), wobei die Differentialeinrichtung (9) einen Differentialeingang (12) und zwei Differenzialausgange aufweist, wobei die zwei Differenzialausgange mit der ersten und der zweiten Ausgangswelle (13 a, b) in Wirkverbindung stehen, gekennzeichnet durch eine Planetenhauptstufe (15) und eine Planetennebenstufe (16), wobei die Planetenhauptstufe (15) eine Haupteingangswelle (15.1 ), eine Hauptausgangswelle (15.3) und eine gestellfeste Hauptgestellwelle (15.5) aufweist und wobei die Planetennebenstufe (16) eine Nebeneingangswelle (16.1 ), eine erste Nebenausgangswelle (16.2) und eine zweite Nebenausgangswelle (16.3) aufweist, wobei die Haupteingangswelle (15.1 ) mit der zweiten Eingangsschnittstelle (7) in Wirkverbindung steht, wobei die Hauptausgangswelle (15.3) mit der Nebeneingangswelle (16.1 ) drehfest gekoppelt ist, wobei die zweite Nebenausgangswelle (16.3) mit der zweiten Ausgangswelle (13b) drehfest gekoppelt ist, wobei die Differentialeinrichtung (9) und/oder die Planetenhauptstufe (15) und/oder die Planetennebenstufe (16) eine Hauptachse (14) definieren, und durch eine Schalteinrichtung (17), wobei die Schalteinrichtung (17) eine Schaltausgangswelle (17.4) aufweist, wobei die Schaltausgangswelle (17.4) mit dem Differenzialeingang (12) in Wirkverbindung steht, und wobei die Schalteinrichtung (17) eine erste, eine zweite und eine dritte Schalteingangswellen (17.1 , 17.2, 17.3) aufweist, welche selektiv mit der Schaltausgangswelle (17.4) koppelbar sind, wobei die erste Schalteingangswelle (17.1 ) mit der Nebeneingangswelle (16.1 ) und/oder der Hauptausgangswelle (15.3) drehfest gekoppelt ist, wobei die zweite Schalteingangswelle (17.2) mit der Haupteingangswelle (15.1 ) drehfest gekoppelt ist und wobei die dritte Schalteingangswelle (17.3) mit der ersten Nebenausgangswelle (16.2) drehfest gekoppelt ist.
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