DE102015205101A1 - TRANSMISSION TO DISTRIBUTION DISTRIBUTION OF A DRIVE TORQUE - Google Patents
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Abstract
Ein Getriebe zur bedarfsweisen Aufteilung eines Antriebsdrehmoments zwischen einer ersten und einer zweiten Welle oder Achse eines Fahrzeugs umfasst eine erste Antriebswelle, eine erste Abtriebswelle und eine zweite Abtriebswelle sowie ein Ausgleichsdifferential mit einem Eingangselement, einem ersten Ausgangselement und einem zweiten Ausgangselement sowie ein Überlagerungsgetriebe mit einem von der ersten Antriebswelle angetriebenen Eingangselement, einem ersten Ausgangselement und einem zweiten Ausgangselement. Das erste Ausgangselement des Ausgleichsdifferentials ist antriebswirksam mit der ersten Abtriebswelle des Getriebes verbunden oder verbindbar, wohingegen das zweite Ausgangselement des Ausgleichsdifferentials antriebswirksam mit der zweiten Abtriebswelle des Getriebes verbunden oder verbindbar ist. Das erste Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes ist antriebswirksam mit der ersten Abtriebswelle verbunden, wohingegen das zweite Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes antriebswirksam mit dem Eingangselement des Ausgleichsdifferentials verbunden ist.A transmission for distributing a drive torque as required between a first and a second shaft or axle of a vehicle comprises a first drive shaft, a first output shaft and a second output shaft and a differential with an input element, a first output element and a second output element and a superposition gear with one of the first drive shaft driven input element, a first output element and a second output element. The first output element of the differential balancer is operatively connected or connectable to the first output shaft of the transmission, whereas the second output element of the differential balancer is operatively connected or connectable to the second output shaft of the transmission. The first output element of the superposition gear is drivingly connected to the first output shaft, whereas the second output element of the superposition gear is drivingly connected to the input element of the differential compensation.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Getriebe zur bedarfsweisen Aufteilung eines Antriebsdrehmoments zwischen einer ersten und einer zweiten Welle oder Achse eines Fahrzeugs, wie beispielsweise einer rechts- und linksseitigen Halbwelle oder aber auch beispielsweise einer Vorder- und einer Hinterachse des Fahrzeugs.The present invention relates to a transmission for on-demand division of a drive torque between a first and a second shaft or axle of a vehicle, such as a right- and left-side half-wave or even, for example, a front and a rear axle of the vehicle.
Derartige Getriebe zur bedarfsweisen Aufteilung eines Antriebsdrehmoments zwischen zwei Achsen oder Halbwellen eines Fahrzeugs sind grundsätzlich bekannt und bedienen sich üblicherweise zumindest einer Reibkupplung, mittels derer der Antriebsdrehmoment zwischen den beiden Wellen im Sinne eines Torque-Vectoring aufgeteilt werden kann. Derartige Reibkupplungen bieten jedoch eine begrenzte Variabilität bei der Drehmomentverteilung und weisen außerdem eine begrenzte Genauigkeit bzw. Dynamik bei der Einstellung der gewünschten Drehmomentverteilung auf.Such transmissions for dividing a drive torque as required between two axles or half-shafts of a vehicle are generally known and usually use at least one friction clutch, by means of which the drive torque between the two shafts in the sense of torque vectoring can be divided. However, such friction clutches offer limited variability in torque distribution and also have limited accuracy or dynamics in adjusting the desired torque distribution.
Ferner ist bei derartigen Systemen auch der Bauaufwand nicht unwesentlich. Des Weiteren kommt hinzu, dass der Nutzen derartiger Torque-Vectoring-Systeme insbesondere im niedrigen Geschwindigkeitsbereich kaum in Erscheinung tritt. Vielmehr überwiegen bei derartigen Systemen in aller Regel Schleppverluste, die verbrauchs- und emissionserhöhende Verlustquellen darstellen.Furthermore, in such systems, the construction cost is not insignificant. In addition, the benefits of such torque vectoring systems, especially in the low-speed range, are hardly noticeable. Rather, in such systems as a rule predominate drag losses, which represent consumption and emission-increasing sources of loss.
Des Weiteren beschränken sich derartige Torque-Vectoring-Systeme auf gewisse Fahrsituationen, in denen die bedarfsweise Aufteilung des Antriebsdrehmoments zwischen zwei Wellen vorzunehmen ist, ohne dass es möglich wäre, bei Bedarf eine der beiden Wellen drehmomentfrei zu schalten bzw. vom Antrieb abzukoppeln, wie dies beispielsweise in weniger anspruchsvollen Fahrsituationen der Fall sein kann.Furthermore, such torque vectoring systems are limited to certain driving situations in which the need for sharing the drive torque between two waves is to make, without it being possible to switch one of the two shafts torque-free or decouple from the drive, as required for example, in less demanding driving situations may be the case.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe zur bedarfsweisen Aufteilung eines Antriebsdrehmoments zwischen einer ersten und einer zweiten Achse oder Welle eines Fahrzeugs zu schaffen, welches zur Aufteilung des Antriebsdrehmoments ohne verlustbehaftete Reibkupplungen auskommt und welches sich insbesondere auch an weniger anspruchsvolle Fahrsituationen anpassen lässt, die keine Aufteilung des Antriebsdrehmoments erfordern.The invention is therefore an object of the invention to provide a transmission for on-demand division of a drive torque between a first and a second axle or shaft of a vehicle, which does not require lossy friction clutches to split the drive torque and which can be adapted in particular to less demanding driving situations, which do not require a distribution of the drive torque.
Diese Aufgabe wird durch ein Getriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a transmission with the features of claim 1.
Das erfindungsgemäße Getriebe umfasst:
eine erste Antriebswelle, die vorzugsweise einem Elektromotor zugeordnet ist;
eine erste Abtriebswelle, die vorzugsweise einer ersten Fahrzeugwelle (oder Fahrzeugachse) zugeordnet ist;
eine zweite Abtriebswelle, die vorzugsweise einer zweiten Fahrzeugwelle (oder Fahrzeugachse) zugeordnet ist;
ein Ausgleichsdifferential mit einem Eingangselement, einem ersten Ausgangselement und einem zweiten Ausgangselement; und
ein Überlagerungsgetriebe mit einem von der ersten Antriebswelle angetriebenen Eingangselement, einem ersten Ausgangselement und einem zweiten Ausgangselement;
wobei das erste Ausgangselement des Ausgleichsdifferentials antriebswirksam (vorzugsweise drehfest) mit der ersten Abtriebswelle des Getriebes verbunden (oder verbindbar) ist;
wobei das zweite Ausgangselement des Ausgleichsdifferentials antriebswirksam (vorzugsweise drehfest) mit der zweiten Abtriebswelle des Getriebes verbunden (oder verbindbar) ist;
wobei das erste Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes antriebswirksam mit der ersten Abtriebswelle des Getriebes und/oder dem ersten Ausgangselement des Ausgleichsdifferentials verbunden oder verbindbar ist; und
wobei das zweite Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes antriebswirksam mit dem Eingangselement des Ausgleichsdifferentials verbunden oder verbindbar ist.The transmission according to the invention comprises:
a first drive shaft, which is preferably associated with an electric motor;
a first output shaft, which is preferably associated with a first vehicle shaft (or vehicle axle);
a second output shaft, which is preferably associated with a second vehicle shaft (or vehicle axle);
a differential with an input element, a first output element and a second output element; and
a superposition gear having an input member driven by the first drive shaft, a first output member, and a second output member;
the first output element of the differential balancing drive (preferably non-rotatably) drivingly connected (or connectable) to the first output shaft of the transmission;
the second output element of the differential balancing drive (preferably non-rotatably) drivingly connected (or connectable) to the second output shaft of the transmission;
wherein the first output element of the superposition gear is drivingly connected or connectable to the first output shaft of the transmission and / or the first output element of the differential compensation; and
wherein the second output element of the superposition gear is drivingly connected or connectable to the input element of the differential balancing.
Das Ausgleichsdifferential des erfindungsgemäßen Getriebes dient dabei gewissermaßen als ein (vorzugsweise in Querrichtung wirksames) Zentraldifferential, mit dem das Antriebsdrehmoment eines Verbrennungsmotors vorzugsweise zu gleichen Anteilen unabhängig von der Drehzahl der beiden Wellen oder Achsen des Fahrzeugs auf dieselben übertragen werden kann. Demgegenüber dient das Überlagerungsgetriebe als Summiergetriebe, mit dem sich in Abhängigkeit der Drehrichtung des Elektromotors auf eine der beiden Wellen oder Achsen ein zusätzliches (beschleunigendes oder abbremsendes) Drehmoment im Sinne eines Torque-Vectoring aufprägen lässt, wohingegen das Antriebsdrehmoment der anderen Welle oder Achse um ein entsprechendes inverses Drehmoment durch die Differentialwirkung des Ausgleichsdifferentials beeinflusst wird.The differential compensation of the transmission according to the invention serves as it were as a (preferably effective in the transverse direction) central differential with which the drive torque of an internal combustion engine can be transferred to the same proportions, preferably equal to the speed of the two shafts or axles of the vehicle on the same. In contrast, the superposition gear serves as a summation gear, with which depending on the direction of rotation of the electric motor on one of the two shafts or axles an additional (accelerating or decelerating) torque in the sense of torque vectoring can be imposed, whereas the drive torque of the other shaft or axle to a corresponding inverse torque is influenced by the differential action of the differential compensation.
Zur Realisierung der gewünschten Drehmomentverteilung zwischen den beiden Wellen oder Achsen werden somit keine Reibkupplungen benötigt; vielmehr wird durch das Überlagerungsgetriebe des erfindungsgemäßen Getriebes ein Getriebezweig gebildet, der der eine elektromotorische Veränderung der durch das Ausgleichsdifferential voreingestellten Drehmomentverteilung ermöglicht. Hierzu wird der voreingestellten Drehmomentverteilung mittels des Elektromotors ein zusätzliches Antriebsdrehmoment überlagert, wobei aufgrund der antriebswirksamen Verbindung der beiden Ausgangselemente des Überlagerungsgetriebes mit der ersten Abtriebswelle des Getriebes bzw. dem ersten Ausgangselement des Ausgleichsdifferentials einerseits und mit dem Eingangselement des Ausgleichsdifferentials andererseits das von dem Elektromotor aufgebrachte Antriebsdrehmoment abgestützt werden kann. Die Rotation des Eingangselements des Ausgleichsdifferentials mit der aktuellen Drehgeschwindigkeit (mittlere Drehgeschwindigkeit der beiden Ausgangselemente des Ausgleichsdifferentials) dient somit als Bezugspunkt für die Drehmomentübertragung auf das erste Ausgangselement des Ausgleichsdifferentials bzw. auf die erste Abtriebswelle des Getriebes. In Abhängigkeit von der Drehrichtung des Elektromotors kann einer der beiden Wellen oder Achsen des Fahrzeugs ein zusätzliches Drehmoment aufgeprägt werden (insbesondere über die erste Abtriebswelle des Getriebes), wobei durch die Differentialwirkung des Ausgleichsdifferentials auch die andere der beiden Wellen oder Achsen beeinflusst wird.To realize the desired torque distribution between the two shafts or axles thus no friction clutches are required; Rather, a transmission branch is formed by the superposition gear of the transmission according to the invention, which allows an electromotive change in the pre-set by the differential balancing torque distribution. For this purpose, the preset torque distribution is superimposed by means of the electric motor, an additional drive torque, wherein due to the drive-effective connection of the two output elements of the superposition gearing with the first output shaft of the transmission or the first output element of the differential compensation on the one hand and with the input element of the differential compensation on the other hand, the drive torque applied by the electric motor can be supported. The rotation of the input element of the differential compensation with the current rotational speed (average rotational speed of the two output elements of the differential compensation) thus serves as a reference point for the torque transmission to the first output element of the differential compensation or to the first output shaft of the transmission. Depending on the direction of rotation of the electric motor of one of the two shafts or axles of the vehicle, an additional torque can be impressed (in particular on the first output shaft of the transmission), whereby the other of the two shafts or axles is influenced by the differential action of the differential compensation.
Als weiterer Vorteil kommt ferner hinzu, dass der Elektromotor auch hinsichtlich seines Stellvermögens, also der Fähigkeit, ein gewünschtes Drehmoment schnell und präzise einzustellen, gegenüber herkömmlichen Realisierungen unter Verwendung von Reibkupplungen überlegen ist.A further advantage is further added that the electric motor is also superior in terms of its ability to adjust, so the ability to adjust a desired torque quickly and accurately compared to conventional implementations using friction clutches.
Im Zusammenhang mit der Erfindung sei noch angemerkt, dass eine ”drehfeste” Verbindung eine drehstarre Verbindung bezeichnet. Eine ”antriebswirksame” Verbindung bezeichnet eine (direkte oder indirekte) Verbindung zwischen zwei drehbaren Elementen, die in einer festen Drehbeziehung zueinander stehen (d. h. in einem vorbestimmten Übersetzungsverhältnis zueinander, mit i = 1 oder i ≠ 1), einschließlich einer drehfesten Beziehung. Wenn ein Element mit einem anderen Element ”verbindbar” oder ”koppelbar” ist, bezeichnet dies eine Verbindung, die optional auch eine trennbare Verbindung sein kann (beispielsweise eine indirekte Verbindung zwischen den beiden Elementen über eine Kupplung).In connection with the invention should be noted that a "non-rotatable" connection denotes a torsionally rigid connection. A "drive-efficient" connection refers to a (direct or indirect) connection between two rotatable elements that are in a fixed rotational relationship to each other (i.e., in a predetermined gear ratio to each other, with i = 1 or i ≠ 1), including a rotationally fixed relationship. If one element is "connectable" or "coupleable" to another element, this designates a connection, which optionally can also be a separable connection (for example, an indirect connection between the two elements via a coupling).
Im Folgenden wird nun auf vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Getriebes eingegangen, wobei sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen auch aus den Unteransprüchen, der Figurenbeschreibung sowie den Zeichnungen ergeben können.In the following, advantageous embodiments of the transmission according to the invention will now be discussed, with further advantageous embodiments also being able to emerge from the subclaims, the description of the figures and the drawings.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Getriebe (und insbesondere das Überlagerungsgetriebe) dazu ausgelegt, dass bei gleicher Drehzahl des ersten Ausgangselements und des zweiten Ausgangselements des Ausgleichsdifferentials, und/oder bei gleicher Drehzahl der ersten Abtriebswelle und der zweiten Abtriebswelle des Getriebes, das Eingangselement des Überlagerungsgetriebes still steht. Mit anderen Worten ist bei dieser Ausführungsform das Getriebe derart konfiguriert (und gegebenenfalls an die weiteren Komponenten des Antriebsstrangs des Fahrzeugs mit den dort vorgesehenen Übersetzungen angepasst), dass bei gleicher Drehzahl der beiden Wellen oder Achsen des Fahrzeugs das Überlagerungsgetriebe eine Nulldrehzahl besitzt, d. h. das dem Elektromotor zugeordnete Eingangselement des Überlagerungsgetriebes steht still.According to an advantageous embodiment, the transmission (and in particular the superposition gear) is designed so that at the same speed of the first output element and the second output element of the differential compensation, and / or at the same speed of the first output shaft and the second output shaft of the transmission, the input element of the superposition gearing stands still. In other words, in this embodiment, the transmission is configured (and optionally adapted to the other components of the vehicle powertrain with the translations provided therein) that at the same speed of the two shafts or axles of the vehicle, the superposition has a zero speed, that is. H. the electric motor associated with the input element of the superposition gearbox stands still.
Somit kann in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Elektromotors einer der beiden Wellen oder Achsen ein zusätzliches Drehmoment aufgeprägt werden, und zwar unabhängig von der Drehzahl bzw. der Drehgeschwindigkeit der beiden Wellen oder Achsen. Die Auslegung des Elektromotors ist somit von der Maximaldrehzahl der beiden Achsen bzw. der Fahrzeuggeschwindigkeit unabhängig; vielmehr kann der Elektromotor aufgrund der Tatsache, dass er stillsteht, wenn sich beide Wellen oder Achsen gleich schnell drehen, rein auf Grundlage der gewünschten maximalen Differenzdrehzahl zwischen den beiden Wellen oder Achsen und des Differenzmoments ausgelegt werden. Die Wirkung des Elektromotors zur Drehmomentaufteilung ist somit unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit, so dass der Elektromotor nicht unnötig groß dimensioniert werden muss. Allein durch die Wahl der Drehrichtung des Elektromotors kann gesteuert werden, ob der ersten Abtriebswelle des Getriebes ein beschleunigendes oder ein abbremsendes Drehmoment aufgeprägt wird.Thus, depending on the direction of rotation of the electric motor of one of the two shafts or axles an additional torque can be impressed, regardless of the speed or the rotational speed of the two shafts or axles. The design of the electric motor is thus independent of the maximum speed of the two axes and the vehicle speed; rather, due to the fact that it stops when both shafts or axles are turning at the same speed, the electric motor can be designed purely on the basis of the desired maximum differential speed between the two shafts or axles and the differential torque. The effect of the electric motor for torque distribution is thus independent of the vehicle speed, so that the electric motor does not need to be unnecessarily large dimensions. Alone by the choice of the direction of rotation of the electric motor can be controlled whether the first output shaft of the transmission an accelerating or a decelerating torque is impressed.
Hierzu können insbesondere das zwischen dem ersten Ausgangselement des Ausgleichsdifferentials (bzw. der ersten Abtriebswelle des Getriebes) und dem ersten Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes wirksame Übersetzungsverhältnis, ferner das zwischen dem Eingangselement des Ausgleichsdifferentials und dem zweiten Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes wirksame Übersetzungsverhältnis, und die innerhalb des Überlagerungsgetriebes wirksamen Übersetzungsverhältnisse derart aneinander angepasst sein, dass bei gleicher Drehzahl des ersten Ausgangselements und des zweiten Ausgangselements des Ausgleichsdifferentials und/oder bei gleicher Drehzahl der ersten Abtriebswelle und der zweiten Abtriebswelle des Getriebes das Eingangselement des Überlagerungsgetriebes still steht.For this purpose, in particular the effective between the first output element of the differential compensation (or the first output shaft of the transmission) and the first output element of the superposition gear ratio, further effective between the input element of the differential compensation and the second output element of the superposition gear ratio, and effective within the superposition gear Gear ratios are adapted to each other so that at the same speed of the first output element and the second output element of the differential compensation and / or at the same speed of the first output shaft and the second output shaft of the transmission, the input element of the superposition gear is stationary.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Überlagerungsgetriebe vorzugsweise dazu ausgelegt, dass durch eine Drehbewegung des Eingangselements das erste Ausgangselement und das zweite Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes zu gegensinnigen Drehbewegungen relativ zueinander angetrieben werden. Hierdurch kann auf einfache Weise erreicht werden, dass die erste Abtriebswelle des Getriebes (bzw. das erste Ausgangselement des Ausgleichsdifferentials) und das Eingangselement des Ausgleichsdifferentials von dem Elektromotor stets gegensinnig angetrieben werden. Insbesondere kann das Getriebe (also das Überlagerungsgetriebe, das Ausgleichsdifferential sowie dazwischen liegende Übersetzungsgetriebe wie beispielsweise Versatztriebe) dazu ausgelegt sein, dass bei einer Drehbewegung des Eingangselements des Überlagerungsgetriebes die erste Abtriebswelle des Getriebes und/oder das erste Ausgangselement des Ausgleichsdifferentials einerseits und das Eingangselement des Ausgleichsdifferentials andererseits gegensinnig angetrieben werden.According to a further advantageous embodiment, the superposition gearing is preferably designed such that the first output element and the second output element of the superposition gearing are driven relative to one another in opposite directions by rotational movement of the input element. This can be achieved in a simple manner that the first output shaft of the transmission (or the first output element of the differential compensation) and the input element of the differential compensation of the electric motor are always driven in opposite directions. In particular, the transmission (ie, the superposition gear, the differential gear and intermediate transmission gear such as offset drives) may be designed so that upon rotation of the input member of the superposition gear, the first output shaft of the transmission and / or the first output element of the differential compensation on the one hand and the input element of the differential compensation on the other hand are driven in opposite directions.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Getriebe eine zweite Antriebswelle auf, die vorzugsweise von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird, wobei das Eingangselement des Ausgleichsdifferentials antriebswirksam mit der zweiten Antriebswelle verbindbar oder verbunden ist. Das Getriebe kann somit in seiner Gesamtheit als Summiergetriebe betrachtet werden, da sowohl das Antriebsdrehmoment des Verbrennungsmotors als auch das des Elektromotors das Eingangselement des Ausgleichsdifferentials antreiben.According to one embodiment, the transmission has a second drive shaft, which is preferably driven by an internal combustion engine, wherein the input element of the differential compensation is drive-connected or connected to the second drive shaft. The transmission can thus be considered in its entirety as summing, since both the driving torque of the engine and that of the electric motor drive the input element of the differential compensation.
Mittels des erfindungsgemäßen Getriebes kann ein Fahrzeug beispielsweise in Fahrsituationen mit geringem Beschleunigungsbedarf, wie beispielsweise während einer Autobahnfahrt oder einer Fahrt über Land rein unter Verwendung des Elektromotors des Getriebes angetrieben werden, wozu gemäß einer weiteren Ausführungsform eine erste Drehmomentübertragungsvorrichtung wie beispielsweise eine Klauenkupplung vorgesehen ist, mittels derer die zweite Antriebswelle lösbar mit dem Eingangselement des Ausgleichsdifferentials verbunden bzw. von diesem abgekoppelt werden kann.By means of the transmission according to the invention, a vehicle can be driven, for example, in driving situations with low acceleration demand, such as during a highway drive or a drive overland purely using the electric motor of the transmission, for which according to another embodiment, a first torque transmitting device such as a dog clutch is provided by means Of which the second drive shaft can be detachably connected to the input element of the differential compensation or decoupled from this.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform verfügt das erfindungsgemäße Getriebe über eine zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung, mittels derer das erste Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes antriebswirksam mit der ersten Abtriebswelle des Getriebes verbunden werden kann. Die zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung kann dabei eine erste Schaltstellung, in der sie das erste Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes stationär, insbesondere an einem Gehäuseelement, festlegt und eine zweite Schaltstellung aufweisen, in der sie das erste Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes antriebswirksam mit der ersten Abtriebswelle des Getriebes und/oder dem ersten Ausgangselement des Ausgleichsdifferentials verbindet, wobei die zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung vorzugsweise ferner eine dritte Schaltstellung aufweist, in der das erste Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes frei drehbar ist.According to a further embodiment, the transmission according to the invention has a second torque transmission device, by means of which the first output element of the superposition gear can be drive-connected to the first output shaft of the transmission. The second torque transmission device can in this case a first switching position in which it determines the first output element of the superposition gear stationary, in particular on a housing element, and have a second switching position, in which they drive the first output element of the superposition gear with the first output shaft of the transmission and / or first output element of the differential balancing connects, wherein the second torque transmitting device preferably further comprises a third switching position in which the first output element of the superposition gear is freely rotatable.
Wird beispielsweise mittels der zweiten Drehmomentübertragungsvorrichtung das erste Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes antriebswirksam mit der ersten Abtriebswelle des Getriebes und/oder dem ersten Ausgangselement des Ausgleichsdifferentials verbunden, wozu die zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung in ihre zweite Schaltstellung gebracht werden muss, so liegt die zuvor beschriebene Grundkonfiguration des Getriebes vor, in der mit Hilfe des Elektromotors eine der beiden Achsen zu Zwecken des Torque-Vectoring beschleunigt und die andere Achse durch die Differentialwirkung des Ausgleichsdifferentials gebremst werden kann. Wird hingegen mittels der dritten Drehmomentübertragungsvorrichtung beispielsweise das erste Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes stationär an einem Gehäuseelement festgelegt, so wirkt das Überlagerungsgetriebe als reine Übersetzungsstufe, mittels derer das Antriebsdrehmoment des Elektromotors nur über das zweite Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes auf das Eingangselement des Ausgleichsdifferentials übertragen wird. Ist hierbei die zweite Antriebswelle des Getriebes mittels der ersten Drehmomentübertragungsvorrichtung mit dem Eingangselement des Ausgleichsdifferentials verbunden, so wirkt das Getriebe als Summiergetriebe, wie dies zuvor erläutert wurde. Ist hingegen die zweite Antriebswelle durch die erste Drehmomentübertragungsvorrichtung von dem Eingangselement des Ausgleichsdifferentials entkoppelt, so kann das Fahrzeug rein unter Verwendung des Elektromotors in einer ersten elektrischen Getriebestufe angetrieben werden, sofern das erste Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes mittels der zweiten Drehmomentübertragungsvorrichtung an beispielweise einem Gehäuseelement festgelegt wurde.For example, if the first output element of the superimposition gearbox is drivingly connected to the first output shaft of the transmission and / or the first output element of the differential compensation by means of the second torque transmission device, for which purpose the second torque transmission device has to be brought into its second shift position, then the basic configuration of the transmission described above is present. in which one of the two axes is accelerated by means of the electric motor for purposes of torque vectoring and the other axis can be braked by the differential action of the differential compensation. If, however, by means of the third torque transmission device, for example, the first output element of the superposition gear fixed to a housing element, the superposition gear acts as a pure translation stage, by means of which the drive torque of the electric motor is transmitted only via the second output element of the superposition gear to the input element of the differential compensation. If in this case the second drive shaft of the transmission is connected to the input element of the differential compensation by means of the first torque transmission device, then the transmission acts as a summing gear, as has been explained above. If, however, the second drive shaft decoupled from the input element of the differential compensation by the first torque transmitting device, the vehicle can be driven purely using the electric motor in a first electric gear stage, if the first output element of the superposition gear was fixed by means of the second torque transmitting device, for example, a housing element.
Um zusätzlich zu dieser ersten elektrischen Getriebestufe eine zweite elektrische Getriebestufe schalten zu können, umfasst das Getriebe gemäß einer weiteren Ausführungsform eine dritte Drehmomentübertragungsvorrichtung, die eine erste Schaltstellung, in der sie das Eingangselement des Überlagerungsgetriebes zur gemeinsamen Drehung mit dem zweiten Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes verbindet und eine zweite Schaltstellung aufweist, in der das Eingangselement des Überlagerungsgetriebes durch den Elektromotor frei drehbar ist. Vorzugsweise weist die dritte Drehmomentübertragungsvorrichtung ferner eine dritte Schaltstellung auf, in der sie das Eingangselement des Überlagerungsgetriebes stationär, insbesondere an einem Gehäuseelement, festlegt.In order to be able to shift a second electric transmission stage in addition to this first electric transmission stage, the transmission according to another embodiment comprises a third torque transmission device which connects a first shift position in which it connects the input element of the superposition gear for common rotation with the second output element of the superposition gear and a second switching position, in which the input element of the superposition gear is freely rotatable by the electric motor. Preferably, the third torque transmission device further comprises a third switching position in which it fixes the input element of the superposition gear stationary, in particular on a housing element.
Im Unterschied zu der zuvor beschriebenen ersten elektrischen Getriebestufe ist zur Realisierung der zweiten elektrischen Getriebestufe die zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung in ihre dritte Schaltstellung zu überführen, in der das erste Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes frei drehbar ist. Demgegenüber ist die dritte Drehmomentübertragungsvorrichtung zur Realisierung der zweiten elektrischen Getriebestufe in ihre erste Schaltstellung zu überführen, in der sie das Eingangselement des Überlagerungsgetriebes zur gemeinsamen Drehung mit dem zweiten Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes verbindet, so dass dieses gesperrt ist und das Antriebsdrehmoment des Elektromotors über das zweite Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes ohne Übersetzung durch das Überlagerungsgetriebe auf das Eingangselement des Achsdifferentials übertragen wird.In contrast to the first electrical gear stage described above, the second torque transmission device is to be converted into its third switching position for realizing the second electrical gear stage, in which the first Output element of the superposition gearbox is freely rotatable. In contrast, the third torque transmitting device for implementing the second electric gear stage is to be converted into its first switching position in which it connects the input element of the superposition gear for common rotation with the second output element of the superposition gear, so that this is locked and the drive torque of the electric motor via the second output element of the superposition gear is transmitted without translation through the superposition gear to the input element of the axle differential.
Mittels der zweiten und dritten Drehmomentübertragungsvorrichtung können somit zwei unterschiedlich schnelle bzw. übersetzte elektrische Getriebestufen geschaltet werden, bei denen die beiden Gänge in einem aus der Übersetzung des Überlagerungsgetriebes sich ergebenden Verhältnis stehen. Je nachdem, ob dabei die erste Drehmomentübertragungsvorrichtung eingerückt ist oder nicht, wirkt das Getriebe dabei als Summiergetriebe oder als rein elektrische Getriebestufe.By means of the second and third torque transmitting device thus two different speed or translated electrical gear stages can be switched, in which the two gears are in a ratio resulting from the translation of the superposition gear. Depending on whether or not the first torque-transmitting device is engaged, the transmission acts as a summing gear or as a purely electrical gear.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das Ausgleichsdifferential als Kegeldifferential ausgebildet ist; gleichermaßen kann das Ausgleichsdifferential jedoch auch beispielsweise als Kugeldifferential ausgebildet sein. Bei der Ausbildung des Ausgleichsdifferentials als Kegeldifferential treibt der Verbrennungsmotor über die zweite Antriebswelle den die Ausgleichsräder tragenden Träger des Kegeldifferentials an, wohingegen die beiden Ausgangselemente des Ausgleichsdifferentials drehfest mit den Kegelrädern des Ausgleichsdifferentials, die mit den Ausgleichsrädern kämmen, verbunden sind.According to a further embodiment, it is provided that the differential compensation is designed as a cone differential; however, the equalizing differential may equally be designed, for example, as a ball differential. In the formation of the differential compensation as a conical differential of the internal combustion engine drives via the second drive shaft to the differential wheels bearing carrier of the conical differential, whereas the two output elements of the differential compensation rotatably connected to the bevel gears of the differential compensation, which mesh with the differential gears.
Anstelle das Ausgleichsdifferential als Kegelrad- oder Kugeldifferential auszubilden, wäre es ebenfalls möglich, das Ausgleichsdifferential als Umlaufrädergetriebe auszubilden, wie dies gemäß einer weiteren Ausführungsform auf das Überlagerungsgetriebe zutrifft, welches vorzugsweise als hohlradloses Planetengetriebe mit Paaren von miteinander kämmenden Planetenrädern, die ihrerseits jeweils mit einem zugeordneten Sonnenrad kämmen, ausgebildet ist. Beispielsweise kann das Überlagerungsgetriebe als Umlaufrädergetriebe mit Paaren von miteinander kämmenden Planetenrädern ausgebildet sein, die von einem gemeinsamen Planetenträger getragen werden, der das zweite Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes bildet. Hierbei kämmt eines der beiden Planetenräder mit einem Sonnenrad des Überlagerungsgetriebes, das vom Elektromotor angetrieben wird, wohingegen das andere Planetenrad mit einem anderen Sonnenrad des Überlagerungsgetriebes kämmt, das drehfest mit dem ersten Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes verbunden ist.Instead of forming the differential as a bevel or ball differential, it would also be possible to form the differential as a planetary gear, as in a further embodiment applies to the superposition gear, which preferably as hohlradloses planetary gear with pairs of intermeshing planetary gears, which in turn each with an associated Combing sun gear, is formed. For example, the superposition gear may be formed as a planetary gear with pairs of meshing planetary gears, which are supported by a common planetary carrier, which forms the second output element of the superposition gear. Here, one of the two planet gears meshes with a sun gear of the superposition gear, which is driven by the electric motor, whereas the other planet gear meshes with another sun gear of the superposition gear, which is rotatably connected to the first output element of the superposition gear.
Zwar können die antriebswirksamen Verbindungen zwischen den beiden Ausgangselementen des Überlagerungsgetriebes und der ersten Abtriebswelle des Getriebes bzw. dem Eingangselement des Achsdifferentials durch Riemen- oder Kettentriebe gebildet sein; gemäß einer weiteren Ausführungsform können hierzu jedoch auch beispielsweise Stirnradgetriebe zum Einsatz kommen, mittels derer die Drehmomentübertragung zwischen den beiden Ausgangselementen des Überlagerungsgetriebes und der ersten Abtriebswelle des Getriebes bzw. dem Eingangselement des Ausgleichsdifferentials erfolgt.Although the drive-effective connections between the two output elements of the superposition gear and the first output shaft of the transmission or the input element of the axle differential may be formed by belt or chain drives; However, according to a further embodiment, for this purpose, for example, spur gear can be used, by means of which the torque transmission between the two output elements of the superposition gear and the first output shaft of the transmission or the input element of the differential compensation takes place.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, dass sich das Ausgleichsdifferential außerhalb eines Gehäuses des Getriebes befindet, in dem der Elektromotor und das Überlagerungsgetriebe untergebracht sind. Hierbei ist der Elektromotor vorzugsweise als Hohlwellenmotor ausgebildet, dessen Rotor die erste Antriebswelle des Getriebes umgibt. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass ein Antriebsstrang eines Fahrzeugs, der bereits über ein Achsdifferential verfügt, zu einem erfindungsgemäßen Getriebe umgerüstet werden kann, da hierzu lediglich das vom Verbrennungsmotor angetriebene Eingangselement des Achsdifferentials mit dem zweiten Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes antriebswirksam gekoppelt werden muss, was beispielsweise über eine Kerbzahnverbindung erfolgen kann, die das Eingangselement des Achsdifferentials mit einem Abtriebszahnrad eines Versatztriebs koppelt, der eine Übersetzung zwischen dem zweiten Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes und dem Eingangselement des Achsdifferentials bereitstellt. Hierbei können sich sämtliche Komponenten außer dem bereits vorhandenen Achsdifferential des Getriebes innerhalb eines Getriebegehäuses befinden, so dass dieses als Anbaueinheit vorgehalten werden kann, mittels derer ein herkömmlicher Antriebsstrang zu dem erfindungsgemäßen Getriebe umgerüstet werden kann.According to yet another embodiment, it is provided that the differential compensation is located outside of a housing of the transmission, in which the electric motor and the superposition gear are housed. Here, the electric motor is preferably designed as a hollow shaft motor whose rotor surrounds the first drive shaft of the transmission. This embodiment has the advantage that a drive train of a vehicle, which already has an axle differential, can be converted to a transmission according to the invention, since for this purpose only the driven by the internal combustion engine input element of the axle differential must be drivingly coupled to the second output element of the superposition gear, which, for example can be done via a serration connection that couples the input element of the axle differential with a driven gear of an offset drive, which provides a translation between the second output element of the superposition gear and the input element of the axle differential. Here, all components except the existing axle differential of the transmission can be located within a transmission housing, so that it can be kept as an attachment unit, by means of which a conventional drive train can be converted to the transmission according to the invention.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform kann das Eingangselement des Ausgleichsdifferentials ein Antriebszahnrad aufweisen, das sowohl mit einem von dem zweiten Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes angetriebenen Zahnrad als auch einem Zahnrad kämmt, das von dem Verbrennungsmotor über die zweite Antriebswelle antreibbar ist.According to yet another embodiment, the input element of the differential compensation may comprise a drive gear meshing both with a gear driven by the second output element of the superposition gear and with a gear which is drivable by the internal combustion engine via the second drive shaft.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Getriebe der erläuterten Art, das als ein Achsdifferential für eine Achse eines Fahrzeugs ausgebildet ist und den genannten Elektromotor aufweist, wobei die erste Antriebswelle mit dem Elektromotor antriebswirksam verbunden oder verbindbar ist, die erste Abtriebswelle mit einer linken oder rechten Halbwelle der Fahrzeugachse verbunden oder verbindbar ist, und die zweite Abtriebswelle mit einer rechten oder linken Halbwelle der Fahrzeugachse verbunden oder verbindbar ist. Vorzugsweise umfasst das Achsdifferential eine zweite Antriebswelle, die mit einem Verbrennungsmotor des Fahrzeugs antriebswirksam verbindbar ist, wobei das Eingangselement des Ausgleichsdifferentials antriebswirksam mit der zweiten Antriebswelle verbunden oder verbindbar ist.The invention also relates to a transmission of the type described, which is designed as an axle differential for an axle of a vehicle and having said electric motor, wherein the first drive shaft is drivingly connected or connectable to the electric motor, the first Output shaft is connected or connectable to a left or right half-wave of the vehicle axle, and the second output shaft is connected to a right or left half-wave of the vehicle axle or connectable. Preferably, the axle differential comprises a second drive shaft, which is operatively connectable to an internal combustion engine of the vehicle, wherein the input element of the differential compensation is drivingly connected or connectable to the second drive shaft.
Im Folgenden wird die Erfindung nun rein exemplarisch unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert, wobei:In the following, the invention will now be explained purely by way of example with reference to the attached figures, wherein:
Die
Das in der
Die erste Abtriebswelle
Das Getriebe
Auch das Überlagerungsgetriebe
Wie der
Des Weiteren sind das Ausgleichsdifferential
Die Übersetzung der beiden Versatztriebe
Noch allgemeiner formuliert sind das zwischen dem ersten Ausgangselement
Über den zweiten Versatztrieb
Darüber hinaus verfügt das Getriebe
Ist es nun erwünscht, einer der beiden Abtriebswellen
Das über den ersten Versatztrieb
Aufgrund der erläuterten Voreinstellung einer Nulldrehzahl des Eingangselements des Überlagerungsgetriebes
Anhand von
Bei der zuvor unter Bezugnahme auf die
Gemäß der Darstellung der
Gemäß
Wird bei festgelegtem erstem Ausgangselement
Im Unterschied zur
Um eine zweite, rein elektrische Getriebestufe realisieren zu können, kann die erste Drehmomentübertragungsvorrichtung K1 gemäß
Um mit Hilfe des erfindungsgemäßen Getriebes
Die
Das in
Gemäß den
Gemäß
Bei der in
Auch hier wird das Eingangselement
Wie bei der Ausführungsform der
Des Weiteren verfügt das Eingangselement
Insofern unterscheidet sich zwar die konstruktive Ausbildung des Getriebes
Im Unterschied zur
In der
Auch bei der Ausführungsform gemäß
Im Unterschied zur
In der
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Getriebetransmission
- 1212
- Getriebegehäusegearbox
- 1414
- erste Antriebswellefirst drive shaft
- 1616
- zweite Antriebswellesecond drive shaft
- 1818
- erste Abtriebswellefirst output shaft
- 2020
- zweite Abtriebswellesecond output shaft
- 2222
- Elektromotorelectric motor
- 2424
- Ausgleichsdifferentialcompensation differential
- 2525
- Korbbasket
- 2626
- ÜberlagerungsgetriebeSuperposition gear
- 2828
-
Eingangselement von
24 Input element of24 - 3030
- Ausgleichsräderdifferential gears
- 3131
- Kegelrad-WinkelgetriebeBevel gear drive
- 3232
-
erstes Ausgangselement von
24 first output element of24 - 3434
-
zweites Ausgangselement von
24 second output element of24 - 3636
-
Eingangselement von
26 Input element of26 - 3838
-
erstes Ausgangselement von
26 first output element of26 - 4242
-
zweites Ausgangselement von
26 second output element of26 - 4444
- erstes Planetenradfirst planetary gear
- 4646
- zweites Planetenradsecond planetary gear
- 4848
- erster Versatztriebfirst offset drive
- 5050
- zweiter Versatztriebsecond offset drive
- 5252
- dritter Versatztriebthird offset drive
- 5454
- Antriebsraddrive wheel
- 5656
- Zahnradgear
- 5858
- Abtriebszahnradoutput gear
- 6060
- KerbzahnverbindungSerration connection
- K1K1
- erste Drehmomentübertragungsvorrichtungfirst torque transmitting device
- K2K2
- zweite Drehmomentübertragungsvorrichtungsecond torque transmitting device
- K3K3
- dritte Drehmomentübertragungsvorrichtungthird torque transmitting device
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-
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R012 | Request for examination validly filed | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: MAGNA POWERTRAIN GMBH & CO KG, AT Free format text: FORMER OWNER: MAGNA POWERTRAIN AG & CO. KG, LANNACH, AT |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: RAUSCH, GABRIELE, DIPL.-PHYS. DR.RER.NAT., DE |
|
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |