DE102011056046B4 - Antriebsstrang eines rein elektrisch allradbetreibbaren Kraftfahrzeuges - Google Patents

Antriebsstrang eines rein elektrisch allradbetreibbaren Kraftfahrzeuges Download PDF

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Abstract

Antriebsstrang(1) eines rein elektrisch allradbetreibbaren Kraftfahrzeuges, mit einer ersten Achse (2), die ein Differential (23) aufweist, mit einer zweiten Achse (3), die ein Differential (26) aufweist, sowie mit mindestens einer Elektromaschine (11, 32) zum Antreiben der beiden Achsen (2, 3), wobei die mindestens eine Elektromaschine (11, 32) quer zur Fahrtrichtung (4) des Kraftfahrzeuges angeordnet ist und über ein Stirnradgetriebe (12) mit der ersten Achse (2) des Antriebsstrangs (1) verbunden ist, sowie die erste Achse (2) und die zweite Achse (3) jeweils ein Tellerrad (25) aufweisen, wobei die Tellerräder (25) über eine Welle (27) verbunden sind, wobei die Welle (27) an ihren jeweiligen Enden ein Ritzel (28) aufweist, das in ein jeweiliges Tellerrad (25) eingreift, wobei die erste Achse (2) eine Hinterachse des Kraftfahrzeugs ist, wobei die mindestens eine Elektromaschine (11, 32) hinter der Hinterachse (2) angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang eines rein elektrisch allradbetreibbaren Kraftfahrzeuges, mit einer ersten Achse, die ein Differential aufweist, mit einer zweiten Achse, die ein Differential aufweist, sowie mit mindestens einer Elektromaschine zum Antreiben der beiden Achsen.
  • Ein solcher Antriebsstrang, der für ein elektrisch antreibbares Erdbewegungsfahrzeug oder für ein landwirtschaftliches Fahrzeug mit Vierradantrieb Verwendung findet, ist aus der DE 600 13 340 T2 bekannt. Dieser Antriebsstrang weist zwei Elektromaschinen auf, die längs zur Fahrtrichtung oberhalb der einen, hinteren Achse, angeordnet sind, und mit einem Stirnradgetriebe zusammenwirken, das vor der Hinterachse angeordnet ist. Das Getriebe ist über eine Welle oder zwei Wellen mit den Differentialen verbunden, die den beiden Achsen, somit der Hinterachse und der Vorderachse zugeordnet sind.
  • Ein Antriebsstrang ist ferner aus der DE 10 2010 033 865 A1 bekannt. Dort ist ein Antriebsstrang eines Allrad betriebenen Kraftfahrtzeugs beschrieben. Dieser weist im Bereich einer vorderen Achse des Kraftfahrzeugs, vor dieser Achse, eine Leistungsquelle, die als Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist, auf. Diese ist mit einem Getriebe verbunden, dessen Ausgangswelle eine Eingangswelle eines Reduktionsgang-Zahnradsatzes bildet. Dieser wirkt mit einer Differenzialanordnung der vorderen Achse zusammen. Der Antriebsstrang weist zwei Tellerräder auf, die über eine Welle verbunden sind, wobei das eine Tellerrad mit einer hinteren Achse des Kraftfahrzeugs, dort einem Differential der hinteren Achse zusammenwirkt. Das andere Tellerrad wirkt mit einem Stirnradradsatz zusammen, der über eine Kupplung an die vordere Achse anbindbar ist.
  • In der DE 10 2010 017 966 A1 sind unterschiedliche Antriebskonzepte von Fahrzeugen beschrieben, die rein elektrisch oder mittels eines Hybridantriebs antreibbar sind. Bei einem Ausführungsbeispiel ist einem Differentialgetriebe einer Achse des Fahrzeugs eine Elektromaschine und ein Verbrennungsmotor zugeordnet. Hierbei können dieser Achse durchaus zwei Elektromaschinen zugeordnet sein, die jeweils zum Antreiben eines Fahrzeugrads vorgesehen sind.
  • In der US 2011/ 0 061 961 A1 ist ein Vierradantrieb eines rein elektrisch antreibbaren Fahrzeugs beschrieben.
  • In der US 7 497 285 B1 ist ein Vierradantrieb eines Kraftfahrzeugs beschrieben, mit einer zwischen den beiden Achsen des Fahrzeugs angeordneten Antriebseinheit, die eine Elektromaschine und einen Verbrennungsmotor aufweist.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Antriebsstrang bei einem rein elektrisch zu betreibenden Kraftfahrzeug zu schaffen, bei dem mit baulich einfachen, insbesondere standardisierten Mitteln der Antriebsstrang von einem Ausgangszustand mit nur einer angetriebenen Achse auf Allradantrieb umgerüstet werden kann.
  • Gelöst wird die Aufgabe durch einen Antriebsstrang, der gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildet ist.
  • Gemäß der Erfindung weist der Antriebsstrang des rein elektrisch allradbetreibbaren Kraftfahrzeuges somit eine erste Achse mit Differential und eine zweite Achse mit Differential auf. Ferner ist bei dem Antriebsstrang mindestens eine Elektromaschine vorgesehen, die quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges angeordnet ist. Diese mindestens eine Elektromaschine ist über ein Stirnradgetriebe mit einer ersten Achse des Antriebsstrangs verbunden. Die erste Achse und die zweite Achse weisen jeweils ein Tellerrad auf. Die Tellerräder sind über eine Welle verbunden, wobei diese an ihren jeweiligen Enden ein Ritzel aufweist, das in ein jeweiliges Tellerrad eingreift. Diese der Welle zugeordneten Ritzel und/oder die entsprechenden Tellerräder können unterschiedlich groß sein, somit verschiedene Übersetzungen im Zusammenwirken mit den zugeordneten Tellerrädern bedingen.
  • Es ist insbesondere eine einzige Elektromaschine vorgesehen, oder aber zwei Elektromaschinen vorgesehen, von denen eine mittels einer schaltbaren Kupplung abkoppelbar ist. Es ist deshalb nicht erforderlich, dass beide Elektromaschinen gleichzeitig angetrieben werden.
  • Der Antriebsstrang kann aufgrund der beschriebenen Gestaltung im Bereich der ersten Achse und der Elektromaschine sowie des dazwischen befindlichen Stirnradgetriebes sehr kompakt gestaltet sein. Das Drehmoment der Elektromaschine lässt sich über das Stirnradgetriebe mit einem sehr guten Wirkungsgrad auf die erste Welle übertragen.
  • Der Antriebsstrang findet vorzugsweise bei einem Kraftfahrzeug Verwendung, das als Personenkraftwagen ausgebildet ist. Es handelt sich bei diesem Personenkraftwagen insbesondere um einen Sportwagen. Dieses Kraftfahrzeug, insbesondere der Personenkraftwagen bzw. der Sportwagen, ist als Heckantrieb ausgebildet. Die mindestens eine Elektromaschine ist somit im hinteren Bereich des Kraftfahrzeuges bzw. des Antriebsstrangs angeordnet. Die erste Achse befindet sich somit vor der Elektromaschine. Mittels der Elektromaschine wird zunächst die erste Achse angetrieben und über das Tellerrad der ersten Achse, die Welle und das Tellerrad der zweiten Achse die zweite Achse angetrieben, bei der es sich um die vordere Achse handelt.
  • Die dem Antriebsstrang zugeordneten Räder sind insbesondere einzeln über Gelenkwellen mit diesem verbunden. Der Antriebsstrang weist in diesem Fall keine Starrachsen auf.
  • Das Differential der ersten Achse kann unterschiedlich gestaltet sein. Es ist insbesondere als konventionelles, somit offenes Differential ausgebildet oder als Torque-Vectoring-Differential mit Planetengetriebe und Bremsen ausgebildet. Ein solches Differential ist aus dem Stand der Technik bekannt. Es ermöglicht, die Räder der ersten Achse mit einem unterschiedlichen Drehmoment mittels der Elektromaschine anzutreiben.
  • Die Tellerräder der ersten und zweiten Achse dienen im Zusammenwirken mit der Welle und deren Ritzeln der Übertragung eines Drehmoments von der ersten Achse auf die zweite Achse. Hierbei ist es baulich von besonderem Vorteil, wenn das Tellerrad jeweils am Differential der ersten und der zweiten Achse vorgesehen ist. Insbesondere ist das Tellerrad mit einem Differentialgehäuse des Differentials verbunden. Zusätzlich kann die Welle noch eine regelbare Kupplung, insbesondere eine Hang-On Kupplung, aufweisen, um die beiden Achsen zu koppeln oder entkoppeln zu können.
  • Damit ergibt sich die einfache Möglichkeit, ein rein elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit nur einer angetriebenen Achse, ohne zusätzliche Elektromaschine, für die andere Achse mit Allradantrieb umzurüsten. Insbesondere ergibt sich die Möglichkeit, eine von herkömmlichen Allradfahrzeugen bereits bekannte Technik, somit eine Technik, die bei bekannten, mittels Brennkraftmaschinen angetriebenen Allradfahrzeugen Verwendung findet, für wesentliche Teilbereiche des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs zu verwenden. Dies betrifft insbesondere die Momentenübertragung von der ersten Achse zur zweiten Achse. So ist es beispielsweise bekannt, dass die Welle zusätzlich die regelbare Kupplung, insbesondere die Hang-On Kupplung aufweist. Auch kann die Welle in bekannter Art und Weise als Gelenk-/Kardanwelle ausgebildet sein. Es besteht insbesondere die Möglichkeit, die von herkömmlichen Allradfahrzeugen bereits bekannte Kombination aus Gelenk-/ Kardanwelle mit Hang-On Kupplung und angeschlossener Fahrzeugachse, ohne weitere Modifikationen, bei dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang zu verwenden.
  • Optional kann vorgesehen sein, dass das Stirnradgetriebe schaltbar ist. Grundsätzlich ist dies aber nicht erforderlich, weil ein Getriebe mit konstanter Übersetzung durchaus ausreichend ist.
  • Das Stirnradgetriebe weist vorzugsweise zwischen der Abtriebswelle der Elektromaschine und der ersten Achse eine Zwischenwelle auf. Hierdurch ist eine stärkere Untersetzung der Drehzahl der Elektromaschine möglich.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der beigefügten Zeichnung und der Beschreibung des in der Zeichnung wiedergegebenen, bevorzugten Ausführungsbeispiels, ohne auf diese beschränkt zu sein. Es zeigt:
    • 1 eine Prinzipdarstellung der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs.
  • Das Ausführungsbeispiel gemäß der 1 veranschaulicht einen Antriebsstrang 1 für ein rein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, bei dem es sich insbesondere um einen Personenkraftwagen, konkret einen Sportwagen, handelt.
  • Der Antriebsstrang 1 mit Einzelradaufhängung weist eine erste, hintere Achse 2 und eine zweite, vordere Achse 3 auf. Bezogen auf die Vorwärtsfahrtrichtung 4 des Kraftfahrzeugs, nachfolgend kurz als Fahrtrichtung bezeichnet, weist die hintere Achse 2 einen linken Achsabschnitt 5 und einen rechten Achsabschnitt 6 auf. Die vordere Achse 3 weist einen linken Achsabschnitt 7 und einen rechten Achsabschnitt 8 auf. Bei den Achsabschnitten 5 und 6 sind Hinterräder 9 mit den Achsabschnitten 7 und 8 Vorderräder 10 verbunden. Die genannten Achsabschnitte 5 bis 8 weisen jeweils Gelenkwellen auf.
  • Hinter der hinteren Achse 2 sind zwei Elektromaschinen 11, 32 und ein Stirnradgetriebe 12 des Antriebsstrangs 1 angeordnet. Die Elektromaschinen sind quer zur Vorwärtsfahrtrichtung 4 angeordnet. Die Rotationsachse der Elektromaschinen 11 und 32, dargestellt durch deren jeweilige Abtriebswelle 13, ist somit parallel zur hinteren Achse 2 angeordnet. Der Stator der jeweiligen Elektromaschine 11, 32 ist mit der Bezugsziffer 14, der Rotor der jeweiligen Elektromaschine 11, 32, mit dem die Abtriebswelle 13 verbunden ist, ist mit der Bezugsziffer 15 bezeichnet. Gelagert ist der jeweilige Rotor 15 in zwei Lagern 16.
  • Das die Stirnradverzahnung aufweisende Stirnradgetriebe 12 weist ein drehfest mit den Abtriebswellen 13 der Elektromaschinen 11, 32 verbundenes Ritzel 17 und ein mit diesem kämmendes Stirnrad 18 auf, wobei letztgenanntes in einer Zwischenwelle 19 des Stirnradgetriebes 12 gelagert und drehfest mit der Zwischenwelle 19 verbunden ist. Mit der Zwischenwelle 19 ist, auf der der elektrischen Maschine 11 zugewandten Seite dieser Zwischenwelle 19, ein Ritzel 20 verbunden, das mit einem Stirnrad 21 zusammenwirkt. Dieses treibt über ein Differential die hintere Achse 2 an.
  • Der Abtriebswelle 13 der Elektromaschine 11 ist eine schaltbare-Kupplung 33 zugeordnet, so dass ein Antrieb nur über die Elektromaschine 32 oder über beide Elektromaschinen 11, 32 möglich ist.
  • Die Abtriebswelle 13 und die Zwischenwelle 19 sind parallel zueinander angeordnet, ferner ist die Zwischenwelle 19 parallel zur hinteren Achse angeordnet. Gelagert ist die Zwischenwelle 19 in Lagern 22.
  • Die Elektromaschine 11, 32 sind somit über das Stirnradgetriebe 12 mit der hinteren Achse 2 verbunden, um diese anzutreiben. Zudem weist diese hintere, elektrisch angetriebene Achse 2 ein Differential 23 auf. Das Differential 23 ist entweder ein konventionelles, somit offenes Differential oder ein Torque-Vectoring-Differential mit Planetengetriebe und Bremsen 24. Gelagert sind die Achsabschnitte 5 und 6 der hinteren Achse 2 in Lagern 34 und im Differential 23.
  • Um die zweite, vordere Achse 3 antreiben zu können, weisen sowohl die erste, hintere, angetriebene Achse 2 als auch die zweite, vordere Achse 3 jeweils ein Tellerrad 25 auf. Das eine Tellerrad 25 ist am Differential 23 vorgesehen, insbesondere mit einem Differentialgehäuse dieses Differentials 23 verbunden. Das andere Tellerrad 25 ist an einem Differential 26 der vorderen Achse 3 vorgesehen, insbesondere gleichfalls mit einem Differentialgehäuse dieses Differentials 26 verbunden. Die beiden Tellerräder 25 sind über eine Welle 27 verbunden, die an ihren jeweiligen Enden ein Ritzel 28 trägt. Die Welle 27 weist zusätzlich eine regelbare Kupplung 29 in Art einer Hang-On Kupplung auf. Da ein jeweiliges Ritzel 28 in ein jeweiliges Tellerrad 25 eingreift, kann mittels der Welle 27 ein Drehmoment von der ersten, angetriebenen, hinteren Achse 2 auf die zweite, vordere Achse 3 übertragen werden. Die Tellerräder 25 und/oder die Ritzel 28 können unterschiedlich groß sein.
  • Bei Ausbildung des Differentials 23 als Torque-Vectoring-Differential lassen sich in die Achsabschnitte 5 und 6 unterschiedliche Drehmomente einleiten. Die Möglichkeit des Torque-Vectoring ist in der Figur durch die Angabe ΔT veranschaulicht.
  • Damit ergibt sich eine einfache Möglichkeit, ein rein elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit nur einer angetriebenen Achse, gemäß Ausführungsbeispiel der hinteren Achse 2, ohne zusätzliche Elektromaschine, somit nur unter Verwendung der einen Elektromaschine 11, mit Allradantrieb auszurüsten. Insbesondere ergibt sich die Möglichkeit, die von herkömmlichen Allradfahrzeugen bekannte Kombination aus der Welle 27, die als Gelenk-/ Kardanwelle ausgebildet sein kann, mit Kupplung 29, die insbesondere als Hang-On Kupplung ausgebildet ist, und angeschlossener Fahrzeugachse, ohne weitere Modifikationen in einem rein elektrischen Fahrzeug zu verwenden.
  • Mit der Bezugsziffer 30 sind die Lager der Welle 27 bezeichnet, die beidseits der Kupplung 29 angeordnet sind. Der jeweilige Achsabschnitt 7 bzw. 8. ist in einem Lager 31 sowie im Differential 26 gelagert.

Claims (13)

  1. Antriebsstrang(1) eines rein elektrisch allradbetreibbaren Kraftfahrzeuges, mit einer ersten Achse (2), die ein Differential (23) aufweist, mit einer zweiten Achse (3), die ein Differential (26) aufweist, sowie mit mindestens einer Elektromaschine (11, 32) zum Antreiben der beiden Achsen (2, 3), wobei die mindestens eine Elektromaschine (11, 32) quer zur Fahrtrichtung (4) des Kraftfahrzeuges angeordnet ist und über ein Stirnradgetriebe (12) mit der ersten Achse (2) des Antriebsstrangs (1) verbunden ist, sowie die erste Achse (2) und die zweite Achse (3) jeweils ein Tellerrad (25) aufweisen, wobei die Tellerräder (25) über eine Welle (27) verbunden sind, wobei die Welle (27) an ihren jeweiligen Enden ein Ritzel (28) aufweist, das in ein jeweiliges Tellerrad (25) eingreift, wobei die erste Achse (2) eine Hinterachse des Kraftfahrzeugs ist, wobei die mindestens eine Elektromaschine (11, 32) hinter der Hinterachse (2) angeordnet ist.
  2. Antriebsstrang nach Anspruch 1, wobei dieser ein Antriebsstrang (1) eines Personenkraftwagens ist.
  3. Antriebsstrang nach Anspruch 2, wobei dieser ein Antriebsstrang (1) eines Sportwagens ist.
  4. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei dieser eine einzige Elektromaschine (32) aufweist.
  5. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei dieser zwei Elektromaschinen (11, 32) aufweist, wobei eine Elektromaschine (11) mittels einer schaltbaren Kupplung (33) abkoppelbar ist.
  6. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Differential (23) der ersten Achse (2) ein konventionelles offenes Differential oder ein Torque-Vectoring-Differential ist.
  7. Antriebsstrang nach Anspruch 6, wobei das Differential (23) der ersten Achse (2) ein konventionelles offenes Differential oder ein Torque-Vectoring-Differential mit Planetengetriebe und Bremsen (24) ist.
  8. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Differential (23) der ersten Achse (2) und/oder das Differential (26) der zweiten Achse (3) ein Tellerrad (25) aufweist.
  9. Antriebsstrang nach Anspruch 8, wobei das Tellerrad (25) mit einem Differentialgehäuse des Differentials verbunden ist.
  10. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Stirnradgetriebe (12) zwischen einer Abtriebswelle (13) der Elektromaschine (11) bzw. Abtriebswellen (13) der Elektromaschinen (11, 32) und der ersten Achse (2) eine Zwischenwelle (19) aufweist.
  11. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Stirnradgetriebe (12) nicht schaltbar oder schaltbar ist.
  12. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Welle (27) eine regelbare Kupplung (29), insbesondere eine Hang-On Kupplung aufweist.
  13. Antriebsstrang nach Anspruch 12, wobei die Welle (27) eine als Hang-On Kupplung ausgebildete regelbare Kupplung (29) aufweist,
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