DE102014009866A1 - Antriebsstrangvorrichtung für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsstrangvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem zur Anbindung eines ersten Achsantriebs (24) vorgesehenen Hauptgetriebe (13), das eine zur permanent drehfesten Verbindung mit einer Brennkraftmaschine (11) vorgesehene Getriebeeingangswelle (31) aufweist, und mit einem zur Anbindung eines zweiten Achsantriebs (25) vorgesehenen, Nebengetriebe (14), das ein permanent mit der Getriebeeingangswelle (31) verbundenes erstes Getriebeelement (20), ein zur Anbindung eines Elektromotors (15) vorgesehenes zweites Getriebeelement (21) und ein zur Anbindung des zweiten Achsantriebs (25) vorgesehenes drittes Getriebeelement (22) aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Antriebsstrangvorrichtung für ein Kraftfahrzeug.
  • Aus der DE 102 41 457 A1 ist bereits eine Antriebsstrangvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Hauptgetriebe zur direkten Anbindung an eine Brennkraftmaschine und einem Nebengetriebe zur Anbindung einer weiteren Antriebsachse und eines Elektromotors bekannt, wobei das Nebengetriebe an das Hauptgetriebe angebunden ist.
  • Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsstrangvorrichtung zur Darstellung eines Allradkonzepts bereitzustellen, die sich insbesondere für eine Transaxle-Anordnung von Brennkraftmaschine und Hauptgetriebe eignet. Sie wird durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung entsprechend dem Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Erfindungsgemäß wird eine Antriebsstrangvorrichtung für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, mit einem zur Anbindung eines ersten Achsantriebs vorgesehenen Hauptgetriebe, das eine zur permanent drehfesten Verbindung mit einer Brennkraftmaschine vorgesehene Getriebeeingangswelle aufweist, und mit einem zur Anbindung eines zweiten Achsantriebs vorgesehenen Nebengetriebe, das ein permanent mit der Getriebeeingangswelle verbundenes erstes Getriebeelement, ein zur Anbindung eines Elektromotors vorgesehenes zweites Getriebeelement und ein zur Anbindung des zweiten Achsantriebs vorgesehenes drittes Getriebeelement aufweist. Durch eine permanente Verbindung des ersten Getriebeelements und der Brennkraftmaschine, bei der auf eine Schalteinheit zwischen dem Nebengetriebe und der Brennkraftmaschine verzichtet wird, kann eine besonders motornahe Anordnung des Nebengetriebes erreicht werden. Die Ausgestaltung des Nebengetriebes insgesamt ermöglicht eine Darstellung eines Allradantriebskonzepts mit zumindest zwei Antriebsachsen, bei welchem ein Übersetzungsverhältnis für die zweite Antriebsachse mittels des Nebengetriebes und des Elektromotors eingestellt werden kann, wodurch auf eine Anbindung der zweiten Antriebsachse an das Hauptgetriebe, beispielsweise ein Zahnräderwechselgetriebe oder ein Mehrstufengetriebe, verzichtet werden kann. Zusammenfassend kann durch eine solche Ausgestaltung eine motornahe Anbindung einer zweiten Antriebsachse realisiert werden, die nicht über das Hauptgetriebe an die Brennkraftmaschine angebunden werden muss, wodurch sich eine solche Ausgestaltung insbesondere für eine Transaxle-Anordnung von Brennkraftmaschine und Hauptgetriebe eignet. Unter einer „Transaxle-Anordung” von Brennkraftmaschine und Hauptgetriebe soll dabei insbesondere eine Anordnung von Brennkraftmaschine und Hauptgetriebe in einem Kraftfahrzeug verstanden werden, bei der die Brennkraft vorne in dem Kraftfahrzeug und das Hauptgetriebe hinten in dem Kraftfahrzeug angeordnet ist. Grundsätzlich kann eine solche Ausgestaltung aber auch für eine Front-Quer-Bauweise oder eine Heck-Längs-Bauweise vorgesehen werden. Unter „drehfest verbunden” soll insbesondere eine Verbindung verstanden werden, die über eine vollständige Umdrehung gemittelt einen Leistungsfluss mit einem unveränderten Drehmoment, einer unveränderten Drehrichtung und/oder einer unveränderten Drehzahl überträgt, wie beispielsweise eine Verbindung mittels einer Welle oder einer geschlossenen Kupplung, aber auch eine Verbindung mittels eines Schwingungsdämpfers, d. h. die eine drehfeste Verbindung kann grundsätzlich eine Schalteinheit oder eine Kupplungseinheit aufweisen. Unter „permanent verbunden” soll insbesondere eine nicht schaltbare Verbindung zwischen zwei Bauteilen verstanden werden, wie beispielsweise eine Verbindung mittels einer Welle oder eines nicht schaltbaren Getriebes, wie insbesondere einer Stirnradstufe. Unter „vorgesehen” soll insbesondere für einen definierten Bestimmungszweck programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden.
  • Weiter wird vorgeschlagen, dass das Nebengetriebe einen Planetenradsatz umfasst, der die drei Getriebeelemente ausbildet. Dadurch kann das Nebengetriebe besonders einfach ausgebildet werden. Insbesondere kann bei Verwendung eines Planetenradsatzes das Nebengetriebe axial besonders kurz bauend ausgebildet werden, wodurch der zusätzliche Bauraumbedarf für das Nebengetriebe besonders klein gehalten werden kann. Unter einem „Planetenradsatz” soll dabei insbesondere ein Stirnradsatz mit einem Sonnenrad, einem Planetenradträger und einem Hohlrad, die jeweils eines der Getriebeelemente ausbilden, verstanden werden. Alternativ kann das Nebengetriebe auch ein Kegelraddifferential umfassen, das die drei Getriebeelemente ausbildet. Unter einem Kegelraddifferential soll insbesondere ein Getriebe mit einem Käfig und zwei Kegelrädern, die jeweils eines der Getriebeelemente bilden, verstanden werden, wobei der Käfig zumindest ein weiteres Kegelrad trägt, welches mit den die Getriebeelemente ausbildenden Kegelrädern kämmt.
  • Vorzugsweise umfasst die Antriebsstrangvorrichtung ein Kurbelwellenanbindungselement und/oder ein Hauptgetriebeanbindungselement, zu dem der Planetenradsatz koaxial angeordnet ist. Durch die koaxiale Anordnung kann das erste Getriebeelement besonders einfach permanent drehfest mit dem Kurbelwellenanbindungselement und dem Hauptgetriebeanbindungselement verbunden werden. Alternativ ist es möglich, zwischen dem Kurbelwellenanbindungselement und dem ersten Getriebeelement und/oder zwischen dem ersten Getriebeelement und dem Hauptgetriebeanbindungselement eine Getriebestufe und/oder ein Wellengelenk vorzusehen.
  • Vorteilhafterweise ist das Nebengetriebe in zumindest einem Betriebsmodus dazu vorgesehen, einen der Brennkraftmaschine zugeordneten Leistungsfluss und einen dem Elektromotor zugeordneten Leistungsfluss zumindest teilweise zu kombinieren in einer solchen Ausgestaltung kann insbesondere durch Veränderung eines von der Brennkraftmaschine abgegebenen Antriebsmoments und eines von dem Elektromotor abgegebenen oder aufgenommenen Antriebsmoments eine Verteilung der Leistungsflüsse auf die beiden Antriebsachsen verändert werden. Es kann somit eine konstruktiv einfache Antriebsstrangvorrichtung bereitgestellt werden, bei der eine Momentenverteilung zwischen den Antriebsachsen gut variiert werden kann. Unter einem „der Brennkraftmaschine zugeordneten Leistungsfluss” soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein aus einem von der Brennkraftmaschine abgegebenen Antriebsmoment resultierender Leistungsfluss oder ein aus einem von der Brennkraftmaschine aufgenommenen Bremsmoment resultierender Leistungsfluss verstanden werden. Analog soll unter einem „dem Elektromotor zugeordneten Leistungsfluss” in diesem Zusammenhang insbesondere ein aus einem von dem Elektromotor abgegebenen Antriebsmoment resultierender Leistungsfluss oder ein aus einem von dem Elektromotor aufgenommenen Bremsmoment resultierender Leistungsfluss verstanden werden. Unter „zumindest teilweise kombinieren” soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass das Verteilergetriebe dazu vorgesehen ist, einen aus dem von der Brennkraftmaschine abgegebenen Antriebsmoment und aus dem von dem Elektromotor abgegebenen Antriebsmoment resultierenden Leistungsfluss vollständig an die erste Antriebsachse oder zumindest teilweise an die erste Antriebsachse und teilweise an die zweite Antriebsachse weiterzuleiten.
  • Es wird vorgeschlagen, dass das Nebengetriebe eine Schalteinheit aufweist, die zumindest ein mit dem dritten Getriebeelement permanent verbundenes erstes Koppelelement und ein zur Anbindung des zweiten Achsantriebs vorgesehenes zweites Koppelelement aufweist. Durch die Schalteinheit kann eine Verbindung zwischen dem dritten Getriebeelement und der zweiten Antriebsachse schaltbar ausgestaltet werden, wodurch insbesondere die zweite Antriebsachse von dem Nebengetriebe abgekoppelt werden kann. Verlustmomente, wie sie insbesondere bei einem lastfreien Mitschleppen der zweiten Antriebsachse auftreten können, können dadurch reduziert werden, wodurch eine Verlustleistung der Antriebsstrangvorrichtung in einem Betriebsmodus, in dem lediglich die erste Antriebsachse angetrieben werden soll, gesenkt werden kann. Die Schalteinheit ist vorzugsweise mittels einer Klauenkupplung ausgebildet. Sie kann alternativ mittels Reibschlusskupplungen ausbildet werden. Eine Ausgestaltung mittels anderer, dem Fachmann bekannter Kupplungen ist ebenfalls denkbar.
  • Vorteilhafterweise weist die Schalteinheit ein gehäusefest angeordnetes drittes Koppelelement auf, das zur gehäusefesten Abstützung des dritten Getriebeelements vorgesehen ist. Ist das dritte Getriebeelement gegenüber dem Getriebegehäuse fixiert, kann es zur Abstützung eines Moments, welches aus den auf die beiden weiteren Getriebeelemente wirkenden Momenten resultiert, genutzt werden. In Abhängigkeit von einem von dem Elektromotor abgegebenen Antriebsmoment oder einer Leistungsaufnahme des Elektromotors sind unterschiedliche Leistungsflüsse zwischen dem Elektromotor, der Brennkraftmaschine und dem Hauptgetriebe einstellbar, so dass die Antriebsstrangvorrichtung für unterschiedliche Betriebsmodi vorgesehen werden kann.
  • Zudem wird vorgeschlagen, dass die Schalteinheit ein Schaltelement aufweist, das dazu vorgesehen ist, in einer ersten Schaltstellung zur Schaltung eines AWD-Modus das erste Koppelelement und das zweite Koppelelement drehfest miteinander zu verbinden und in einer Neutralstellung zur Entkopplung des Elektromotors die zumindest zwei Koppelelemente voneinander zu entkoppeln. Dadurch kann zwischen einem AWD-Modus, in dem die beiden Antriebsachsen durch den Elektromotor und die Brennkraftmaschine mit einem Antriebsmoment beaufschlagt werden können, und einem Betriebsmodus, in dem lediglich die erste Antriebsachse durch die Brennkraftmaschine mit einem Antriebsmoment beaufschlagt wird, umgeschaltet werden, ohne dass weitere Schalteinheiten oder Kupplungen notwendig sind. Es kann eine Antriebsstrangvorrichtung mit einer hohen Schaltbarkeit und einer geringen Anzahl von Kupplungen und Schalteinheiten realisiert werden.
  • Vorzugsweise ist das Schaltelement dazu vorgesehen, in einer zweiten Schaltstellung zur Schaltung eines Boost-Modus das erste Koppelelement und das dritte Koppelelement drehfest miteinander zu verbinden. Dadurch kann ein Betriebsmodus, in dem der dem Elektromotor zugeordnete Leistungsfluss und der der Brennkraftmaschine zugeordnete Leistungsfluss gemeinsam auf die erste Antriebsachse wirken, geschaltet werden, ohne dass dafür eine zusätzliche Schalteinheit vorgesehen werden muss. Dadurch kann eine Schaltbarkeit der Antriebsstrangvorrichtung weiter erhöht werden, ohne dass sich gleichzeitig eine Anzahl von Schalteinheiten und Kupplungen ebenfalls erhöht.
  • In einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass das Nebengetriebe eine Übersetzungsstufe aufweist, die zwischen dem dritten Getriebeelement des Nebengetriebes und der Schalteinheit angeordnet ist. Durch eine solche Ausgestaltung kann die Schalteinheit räumlich von dem Planetenradsatz abgesetzt werden, wodurch insbesondere ein von der Schalteinheit benötigter Bauraumbedarf gut an unterschiedliche konstruktive Gegebenheiten angepasst werden kann. Insbesondere im Bereich der Brennkraftmaschine kann ein Bauraumbedarf des Nebengetriebes auf den des Planetenradsatzes beschränkt werden, wodurch die Antriebsstrangvorrichtung auch für Anwendungen vorgesehen werden kann, bei denen zwischen der Brennkraftmaschine und dem Hauptgetriebe oder einer zur Anbindung des Hauptgetriebes vorgesehenen Kardanwelle lediglich ein geringer Bauraum zur Verfügung steht. Unter einer „Übersetzungsstufe” soll dabei insbesondere eine Zahnradstufe, vorzugsweise eine Stirnradstufe, verstanden werden.
  • Außerdem wird vorgeschlagen, dass das zur Anbindung des ersten Achsantriebs vorgesehene Hauptgetriebe zumindest ein Anfahrelement, einen Zahnradsatz zur Schaltung von zumindest drei Getriebegängen und zumindest eine Getriebeausgangswelle aufweist. Durch eine solche Ausgestaltung kann eine Antriebsstrangvorrichtung bereitgestellt werden, bei der eine Anordnung von Brennkraftmaschine, Hauptgetriebe und erster Antriebsachse einer klassischen Anordnung entspricht, d. h. die Brennkraftmaschine wirkt über das Hauptgetriebe direkt auf die erste Antriebsachse, und die durch das Nebengetriebe zusätzlich um den AWD-Modus und/oder den Boost-Modus erweitert werden kann.
  • Außerdem wird vorgeschlagen, dass das Nebengetriebe dazu vorgesehen ist, den Elektromotor und das zweite Getriebeelement voneinander zu entkoppeln, beispielsweise durch einen zwischen dem Elektromotor und dem zweiten Getriebeelement angeordneten Freilauf und/oder durch eine Schalteinheit, welche den Elektromotor und das zweite Getriebeelement schaltbar miteinander verbindet. Dadurch kann der Elektromotor von dem Planetenradsatz entkoppelt werden, wodurch insbesondere Verlustmomente, die auftreten, wenn der Elektromotor lastfrei mitgeschleppt wird, reduziert werden können.
  • Zudem wird ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, zumindest einem Elektromotor und einer erfindungsgemäßen Antriebsstrangvorrichtung, die dazu vorgesehen ist, die Brennkraftmaschine und den Elektromotor mit zumindest einem Achsantrieb zu verbinden, vorgeschlagen.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In der Figur ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Figur, die Figurenbeschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
  • Die einzige 1 zeigt schematisiert ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine 11, einem Elektromotor 15 und einer Antriebsstrangvorrichtung mit einem Hauptgetriebe 13. Die Antriebsstrangvorrichtung ist dazu vorgesehen, die Brennkraftmaschine 11 und den Elektromotor 15 mit nicht näher dargestellten Antriebsrädern zu verbinden. Die Antriebsstrangvorrichtung ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel für einen Transaxle-Antrieb vorgesehen, bei dem die Brennkraftmaschine 11 vorne angeordnet ist, während das Hauptgetriebe 13 im Bereich der angetriebenen Hinterachse sitzt.
  • Die Antriebsstrangvorrichtung ist für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, dessen Hinterachse permanent angetrieben ist und dessen Vorderachse der Hinterachse zuschaltbar ist. Die Antriebsstrangvorrichtung umfasst ein Kurbelwellenanbindungselement 10 zur Anbindung der Brennkraftmaschine 11 und ein permanent drehfest mit dem Kurbelwellenanbindungselement 10 verbundenes Hauptgetriebeanbindungselement 12. Zur Anbindung der Hinterachse und der Vorderachse weist die Antriebsstrangvorrichtung zwei Achsantriebe 24, 25 auf, wobei der erste Achsantrieb 24 der Hinterachse und der zweite Achsantrieb 25 der Vorderachse zugeordnet ist.
  • Das Hauptgetriebe 13 der Antriebsstrangvorrichtung ist zur Schaltung einer Mehrzahl von Getriebegängen vorgesehen. Das Hauptgetriebe 13 kann beispielsweise als ein Doppelkupplungsgetriebe oder ein Mehrstufengetriebe ausgebildet sein. Das Hauptgetriebe 13 umfasst eine Getriebeeingangswelle 31, die permanent drehfest mit dem Hauptgetriebeanbindungselement 12 verbunden ist. Die Getriebeeingangswelle 31 des Hauptgetriebes 13 ist somit permanent drehfest mit dem Kurbelwellenanbindungselement 10 verbunden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind das Hauptgetriebeanbindungselement 12 und das Kurbelwellenanbindungselement 10 starr miteinander verbunden. Insbesondere auf einen Schwingungsdämpfer zwischen der Brennkraftmaschine 11 und dem Hauptgetriebe 13 wird verzichtet. Alternativ ist eine Ausgestaltung denkbar, bei der zwischen der Brennkraftmaschine 11 und dem Hauptgetriebe 13 ein Schwingungsdämpfer angeordnet ist.
  • Weiter umfasst das Hauptgetriebe 13 eine Getriebeausgangswelle 32, die permanent mit dem ersten Achsantrieb 24 verbunden ist. Die Brennkraftmaschine 11 ist somit zum direkten Antrieb des ersten Achsantriebs 24 vorgesehen, wobei ein Übersetzungsverhältnis zwischen der Brennkraftmaschine 11 und dem Achsantrieb 24 mittels des Hauptgetriebes 13 veränderbar ist. Das Hauptgetriebe 13 weist ein Anfahrelement auf, welches in Bezug auf eine von der Brennkraftmaschine 11 abgegebene Antriebsleistung im Leistungsfluss der Getriebeeingangswelle 31 nachgeschaltet ist, wie beispielsweise eine Anfahrkupplung oder einen Drehmomentwandler.
  • Zur Anbindung des Elektromotors 15 weist die Antriebsstrangvorrichtung ein Nebengetriebe 14 mit insgesamt drei Getriebeelementen 20, 21, 22 auf. Das erste Getriebeelement 20 des Nebengetriebes 14 ist zur permanent drehfesten Verbindung mit der Brennkraftmaschine 11 vorgesehen. Das erste Getriebeelement 20 ist permanent mit dem Kurbelwellenanbindungselement 10 verbunden. Das zweite Getriebeelement 21 des Nebengetriebes 14 ist zur Anbindung des Elektromotors 15 vorgesehen. Der Elektromotor 15 umfasst in dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen Rotor, der permanent drehfest mit dem zweiten Getriebeelement 21 verbunden ist. Das dritte Getriebeelement 22 des Nebengetriebes 14 ist zur Anbindung des zweiten Achsantriebs 25 vorgesehen.
  • Das Nebengetriebe 14 umfasst einen Planetenradsatz 30 mit einem Sonnenrad, einem Planetenradträger und einem Hohlrad. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel bildet das Sonnenrad das erste Getriebeelement 20, das Hohlrad das zweite Getriebeelement 21 und der Planetenradträger das dritte Getriebeelement 22 aus. Alternativ ist auch eine andere Ausgestaltung des Nebengetriebes 14 möglich, beispielsweise mittels eines Doppelplanetenradsatzes. Ebenfalls möglich ist eine andere Zuordnung der Getriebeelemente 20, 21, 22 zu dem Hohlrad, dem Sonnenrad und dem Planetenradträger.
  • In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind das Kurbelwellenanbindungselement 10 und das Hauptgetriebeanbindungselement 12 koaxial zu dem Planetenradsatz 30 angeordnet. In einem nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel kann zwischen der Brennkraftmaschine 11 und dem Nebengetriebe 14 oder zwischen dem Nebengetriebe 14 und dem Hauptgetriebe 13 eine Übersetzungsstufe oder ein Wellengelenk angeordnet sein, wodurch auch eine Ausgestaltung möglich ist, bei der lediglich das Kurbelwellenanbindungselement 10 oder das Hauptgetriebeanbindungselement 12 koaxial zu dem Planetenradsatz 30 angeordnet ist. Vorzugsweise ist zumindest das Kurbelwellenanbindungselement 10 koaxial zu dem Planetenradsatz 30 angeordnet.
  • Das Nebengetriebe 14 ist in einem Betriebsmodus dazu vorgesehen, einen der Brennkraftmaschine 11 zugeordneten Leistungsfluss und einen dem Elektromotor 15 zugeordneten Leistungsfluss zu kombinieren. In weiteren Betriebsmodi ist das Nebengetriebe 14 dazu vorgesehen, einen der Brennkraftmaschine 11 zugeordneten Leistungsfluss auf die Achsantriebe 24, 25 und den Elektromotor 15 zu verteilen. Zur Schaltung der unterschiedlichen Betriebsmodi umfasst das Nebengetriebe 14 eine Schalteinheit 16 mit drei Koppelelementen 17, 18, 19 und einem Schaltelement 29. Das Schaltelement 29 weist zwei Schaltstellungen auf, in denen es dazu vorgesehen ist, das erste Koppelelement 17 wahlweise mit einem der zwei weiteren Koppelelemente 18, 19 zu verbinden. Zudem weist das Schaltelement 29 eine Neutralstellung auf, in der die drei Koppelelemente 17, 18, 19 relativ zueinander verdrehbar sind.
  • Die Schalteinheit 16 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als eine beidseitig schaltende Klauenkupplung ausgebildet. Das Schaltelement 29 ist als eine Schiebemuffe ausgebildet, die wahlweise in eine der beiden Schaltstellungen geschaltet werden kann. Das erste Koppelelement 17 bildet einen Gleichlaufkörper aus, mit dem die Schiebemuffe drehfest aber axial verschiebbar verbunden ist. Das zweite Koppelelement 18 und das dritte Koppelelement 19 weisen jeweils eine zu der Schiebemuffe korrespondierende Verzahnung auf, welche zur drehfesten Verbindung mit der Schiebemuffe vorgesehen ist. Zur Betätigung des als Schiebemuffe ausgebildeten Schaltelements 28 umfasst die Schalteinheit 16 ein Betätigungselement 33 in Form einer Schaltgabel, die in die Schiebemuffe eingreift.
  • Das erste Koppelelement 17 der Schalteinheit 16 ist permanent drehfest mit dem dritten Getriebeelement 22 verbunden. Das erste Koppelelement 17 der Schalteinheit 16 dient zur Verbindung mit dem Planetenradsatz 30. Das zweite Koppelelement 18 dient zur Anbindung des Achsantriebs 25. Es ist permanent drehfest mit dem zweiten Achsantrieb 25 verbunden. Das dritte Koppelelement 19 der Schalteinheit 16 ist permanent drehfest mit einem Getriebegehäuse 28 verbunden.
  • In der ersten Schaltstellung des Schaltelements 29 sind das erste Koppelelement 17 und das zweite Koppelelement 18 der Schalteinheit 16 drehfest miteinander verbunden. In der zweiten Schaltstellung sind das erste Koppelelement 17 und das dritte Koppelelement 19 der Schalteinheit 16 drehfest miteinander verbunden. In der Neutralstellung sind die drei Koppelelemente 17, 18, 19 relativ zueinander verdrehbar. Die Schaltstellung der Schalteinheit 16 wirkt insbesondere auf das dritte Getriebeelement 22 des Planetenradsatzes 30.
  • Die erste Schaltstellung ist insbesondere zur Schaltung eines AWD-Modus vorgesehen. Während der erste Achsantrieb 24 über das Hauptgetriebe 13 mit der Brennkraftmaschine 11 verbunden ist, ist in der der ersten Schaltstellung zusätzlich das dritte Getriebeelement 22 mit dem zweiten Achsantrieb 25 verbunden. Das erste Getriebeelement 20 ist gegen die Brennkraftmaschine 11 abgestützt. Das zweite Getriebeelement 21 ist mit dem Elektromotor 15 verbunden. Über das dritte Getriebeelement 22 wird somit eine Antriebsleistung ausgeleitet, die insbesondere von einer Leistung abhängt, die der Elektromotor 15 abgibt. Eine Drehzahl des dritten Getriebeelements 22 hängt insbesondere von einer Drehzahl des Elektromotors 15 und einer Drehzahl der Brennkraftmaschine 11 ab.
  • Die zweite Schaltstellung ist insbesondere für einen Boost-Modus vorgesehen. Ist die Schalteinheit 16 in die zweite Schaltstellung geschaltet, ist das dritte Getriebeelement 22 gegenüber dem Getriebegehäuse 28 drehfest abgestützt und damit fixiert. Der mit dem zweiten Getriebeelement 21 in Verbindung stehende Elektromotor 15 wirkt damit auf das erste Getriebeelement 20, welches seinerseits mit dem Hauptgetriebeanbindungselement 12 permanent drehfest verbunden ist. Geben der Elektromotor 15 und die Brennkraftmaschine 11 gleichzeitig Leistung ab, wirken diese gemeinsam auf den ersten Achsantrieb 24, der an das Hauptgetriebe 13 angebunden ist. In dem Boost-Modus ist der Elektromotor 15 insbesondere dazu vorgesehen, die von der Brennkraftmaschine 11 an den ersten Achsantrieb 24 abgegebene Leistung um die von dem Elektromotor 15 abgegebene Leistung zu erhöhen.
  • Die zweite Schaltstellung kann alternativ oder zusätzlich auch für einen Rekuperations-Modus, einen Starter-Modus und/oder einen Generator-Modus vorgesehen werden. Ist der Elektromotor 15 in einen Generatorbetrieb geschaltet, wandelt der Elektromotor 15 die über das erste Getriebeelement 20 in den Planetenradsatz 30 eingeleitete Leistung in elektrische Leistung um. Da das erste Getriebeelement 20 permanent drehfest mit dem Hauptgetriebeanbindungselement 12 und dem Kurbelwellenanbindungselement 10 verbunden ist, kann der Elektromotor 15 in dem Generatorbetrieb sowohl durch die Brennkraftmaschine 11 als auch durch den Achsantrieb 24 angetrieben werden. In dem Starter-Modus ist der Elektromotor 15 dazu vorgesehen, eine Leistung an das Kurbelwellenanbindungselement 10 abgeben. Eine Schaltung des Boost-Modus, des Rekuperations-Modus, des Starter-Modus oder des Generator-Modus hängt insbesondere von einem Schaltzustand des Hauptgetriebes 13, einer Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine 11 und einer Leistungsabgabe oder Leistungsaufnahme des Elektromotors 15 ab.
  • Wenn in dem Hauptgetriebe 13 ein Getriebegang geschaltet ist und die Brennkraftmaschine 11 und der Elektromotor 15 gleichzeitig Leistung abgeben, dann ist der Boost-Modus geschaltet. Wenn in dem Hauptgetriebe 13 ein Getriebegang geschaltet ist und der Elektromotor 15 eine Bremsleistung für den Achsantrieb 24 bereitstellt, dann ist der Rekuperations-Modus geschaltet. In dem Rekuperations-Modus weist der Elektromotor 15 eine Leistungsaufnahme auf, die größer ist als eine Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine 11. Wenn das Hauptgetriebe 13 in Neutral geschaltet ist, während der Elektromotor 15 eine Leistung abgibt, die zum Starten der Brennkraftmaschine 11 genutzt wird, dann ist der Starter-Modus geschaltet. Wenn die Brennkraftmaschine 11 eine Leistungsabgabe aufweist, die zumindest teilweise von dem Elektromotor 15 als Leistung aufgenommen wird, dann ist der Generator-Modus geschaltet. Wenn das Hauptgetriebe 13 in dem Generatormodus in Neutral geschaltet ist, dann wird die von der Brennkraftmaschine 11 abgegebene Leistung vollständig von dem Elektromotor 15 aufgenommen. Wenn in dem Generatormodus in dem Hauptgetriebe 13 ein Getriebegang geschaltet ist, dann wird die von der Brennkraftmaschine 11 abgegebene Leistung teilweise von dem Elektromotor 15 aufgenommen und teilweise dem Achsantrieb 24 zugeführt.
  • In der Neutralstellung ist das dritte Getriebeelement 22 frei drehbar. Dadurch kann ein von dem Elektromotor 15 abgegebenes Antriebsmoment nicht abgestützt werden. Die Neutralstellung dient dabei insbesondere zur Entkopplung des Elektromotors 15 von den Achsantrieben 24, 25. In der Neutralstellung ist der zweite Achsantrieb 25 lastfrei und wird mitgeschleppt.
  • Zur Ansteuerung des Elektromotors 15 und der Schalteinheit 16 ist eine nicht näher dargestellte Steuer- und/oder Regeleinheit vorgesehen, welche insbesondere die Antriebsleistung des Elektromotors 15 einstellt. Die Steuer- und/oder Regeleinheit ist dazu vorgesehen, die Antriebsleistung oder eine Leistungsaufnahme des Elektromotors 15 in Abhängigkeit von einer Drehzahl und/oder einem Drehmoment der Brennkraftmaschine 11, in Abhängigkeit von einem Schaltzustand der Schalteinheit 16 und/oder und in Abhängigkeit von einem Schaltzustand des Hauptgetriebes 13 zu verändern. Beispielsweise ist die Steuer- und/oder Regeleinheit dazu vorgesehen, bei einem Getriebegangwechsel in dem Hauptgetriebe 13 eine Drehzahl des Elektromotors 15 an die sich ändernde Drehzahl der Brennkraftmaschine 11 anzupassen. Zudem ist die Steuer- und/oder Regeleinheit dazu vorgesehen, mittels der Antriebsleistung des Elektromotors 15 Drehschwingungen des Kurbelwellenanbindungselements 10 entgegenzuwirken, wodurch der Elektromotor 15 in zumindest einem Teil der Betriebsmodi als Schwingungsdämpfer wirkt und einen mechanischen Schwingungsdämpfer zumindest teilweise ersetzen kann.
  • Weiter weist das Nebengetriebe 14 eine Übersetzungsstufe 23 auf, die zwischen dem dritten Getriebeelement 22, das in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Planetenradträger ausgebildet ist, und dem ersten Koppelelement 17 der Schalteinheit 16 angeordnet ist. Die Übersetzungsstufe 23 ist als eine Stirnradstufe ausgebildet. Sie umfasst ein erstes Stirnrad 26, das permanent drehfest mit dem ersten Getriebeelement 20 verbunden ist, und ein mit dem ersten Stirnrad 26 kämmendes zweites Stirnrad 27, das permanent drehfest mit dem ersten Koppelelement 17 der Schalteinheit 16 verbunden ist.
  • Durch die Übersetzungsstufe 23 weist die Schalteinheit 16 eine Rotationsachse auf, die achsparallel zu einer Rotationsachse des Planetenradsatzes 30 angeordnet ist. Der Elektromotor 15 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel koaxial zu dem Kurbelwellenanbindungselement 10 angeordnet. Alternativ kann der Elektromotor 15 mittels einer Übersetzungsstufe an das zweite Getriebeelement 21 angebunden werden, wodurch der Elektromotor 15 und die Brennkraftmaschine 11 Side-by-Side zueinander angeordnet werden können.
  • Das Nebengetriebe 14 weist eine Koppeleinheit 34 auf, die dazu vorgesehen ist, den Elektromotor 15 und das zweite Getriebeelement 21 voneinander zu entkoppeln. Die Koppeleinheit 34 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als eine aktiv schaltbare Klauenkupplung ausgebildet. Alternativ kann die Koppeleinheit 34 auch als Freilauf ausgebildet sein, der in Abhängigkeit von einer Relativ-Drehzahl zwischen dem Elektromotor 15 und dem zweiten Getriebeelement 21 sperrt oder entkoppelt. Der Freilauf kann zusätzlich aktiv schaltbar ausgebildet sein. Alternativ kann auf die Koppeleinheit 34 verzichtet werden und der Elektromotor 15 und das zweite Getriebeelement 21 können permanent miteinander verbunden werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Kurbelwellenanbindungselement
    11
    Brennkraftmaschine
    12
    Hauptgetriebeanbindungselement
    13
    Hauptgetriebe
    14
    Nebengetriebe
    15
    Elektromotor
    16
    Schalteinheit
    17
    Koppelelement
    18
    Koppelelement
    19
    Koppelelement
    20
    Getriebeelement
    21
    Getriebeelement
    22
    Getriebeelement
    23
    Übersetzungsstufe
    24
    Achsantrieb
    25
    Achsantrieb
    26
    Stirnrad
    27
    Stirnrad
    28
    Getriebegehäuse
    29
    Schaltelement
    30
    Planetenradsatz
    31
    Getriebeeingangswelle
    32
    Getriebeausgangswelle
    33
    Betätigungselement
    34
    Koppeleinheit
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10241457 A1 [0002]

Claims (12)

  1. Antriebsstrangvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem zur Anbindung eines ersten Achsantriebs (24) vorgesehenen Hauptgetriebe (13), das eine zur permanent drehfesten Verbindung mit einer Brennkraftmaschine (11) vorgesehene Getriebeeingangswelle (31) aufweist, und mit einem zur Anbindung eines zweiten Achsantriebs (25) vorgesehenen Nebengetriebe (14), das ein permanent mit der Getriebeeingangswelle (31) verbundenes erstes Getriebeelement (20), ein zur Anbindung eines Elektromotors (15) vorgesehenes zweites Getriebeelement (21) und ein zur Anbindung des zweiten Achsantriebs (25) vorgesehenes drittes Getriebeelement (22) aufweist.
  2. Antriebsstrangvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebengetriebe (14) einen Planetenradsatz (30) umfasst, der die drei Getriebeelemente (20, 21, 22) ausbildet.
  3. Antriebsstrangvorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Kurbelwellenanbindungselement (10) und/oder ein Hauptgetriebeanbindungselement (12), zu dem der Planetenradsatz (30) koaxial angeordnet ist.
  4. Antriebsstrangvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebengetriebe (14) in zumindest einem Betriebsmodus dazu vorgesehen ist, einen der Brennkraftmaschine (11) zugeordneten Leistungsfluss und einen dem Elektromotor (15) zugeordneten Leistungsfluss zumindest teilweise zu kombinieren.
  5. Antriebsstrangvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebengetriebe (14) eine Schalteinheit (16) aufweist, die zumindest ein mit dem dritten Getriebeelement (22) permanent verbundenes erstes Koppelelement (17) und ein zur Anbindung des zweiten Achsantriebs (25) vorgesehenes zweites Koppelelement (18) aufweist.
  6. Antriebsstrangvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (16) ein gehäusefest angeordnetes drittes Koppelelement (19) aufweist, das zur gehäusefesten Abstützung des dritten Getriebeelements (22) vorgesehen ist.
  7. Antriebsstrangvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (16) ein Schaltelement (29) aufweist, das dazu vorgesehen ist, in einer ersten Schaltstellung zur Schaltung eines AWD-Modus das erste Koppelelement (17) und das zweite Koppelelement (18) drehfest miteinander zu verbinden und in einer Neutralstellung zur Entkopplung des Elektromotors (15) die zumindest zwei Koppelelemente (17, 18, 19) voneinander zu entkoppeln.
  8. Antriebsstrangvorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (29) dazu vorgesehen ist, in einer zweiten Schaltstellung zur Schaltung eines Boost-Modus das erste Koppelelement (17) und das dritte Koppelelement (19) drehfest miteinander zu verbinden.
  9. Antriebsstrangvorrichtung zumindest nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebengetriebe (14) eine Übersetzungsstufe (23) aufweist, die zwischen dem dritten Getriebeelement (22) des Nebengetriebes (14) und der Schalteinheit (16) angeordnet ist.
  10. Antriebsstrangvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Anbindung des ersten Achsantriebs (24) vorgesehene Hauptgetriebe (13) zumindest ein Anfahrelement, einen Zahnradsatz zur Schaltung von zumindest drei Getriebegängen und zumindest eine Getriebeausgangswelle (32) aufweist.
  11. Antriebsstrangvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebengetriebe (14) eine Koppeleinheit (34) aufweist, die in zumindest einem Betriebszustand dazu vorgesehen ist, den Elektromotor (15) und das zweite Getriebeelement (21) voneinander zu entkoppeln.
  12. Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (11), zumindest einem Elektromotor (15) und einer Antriebsstrangvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die dazu vorgesehen ist, die Brennkraftmaschine (11) und den Elektromotor (15) mit zumindest einem Achsantrieb (24, 25) zu verbinden.
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