DE102017220165B4

DE102017220165B4 - Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeugachse eines zweispurigen Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102017220165B4
Application number: DE102017220165.7A
Authority: DE
Inventors: Udo Pinschmidt; Steffen Hummel; Christian Wirth
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2017-11-13
Filing date: 2017-11-13
Publication date: 2019-10-17
Anticipated expiration: 2037-11-14
Also published as: CN111344180A; DE102017220165A1; WO2019091750A1; US11420511B2; US20200317041A1

Abstract

Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeugachse (HA) eines zweispurigen Fahrzeugs, wobei die Fahrzeugachse (HA) ein Achsdifferenzial (3) aufweist, das eingangsseitig mit einer Primär-Antriebsmaschine verbindbar ist und ausgangsseitig mit beidseitig angeordneten Flanschwellen (5, 7) mit Fahrzeugrädern (9) der Fahrzeugachse (HA) verbindbar ist, wobei der Fahrzeugachse (HA) ein schaltbares Überlagerungsgetriebe (25) zugeordnet ist, das mittels eines Momentenverteilungs-Schaltelements (MSE) in einen Momentenverteilungs-Modus schaltbar ist, in dem in einem ersten Lastpfad ein von einer zusätzlichen Antriebsmaschine (26) generiertes Antriebsmoment in eine (7) der Flanschwellen (5, 7) einkoppelbar ist, um eine Momentenverteilung auf die beiden Fahrzeugräder (9) zu ändern, und in einem zweiten Lastpfad das von der zusätzlichen Antriebsmaschine (26) generierte Antriebsmoment in die Eingangsseite (11) des Achsdifferenzials (3) einkoppelbar ist, und wobei zur Aktivierung eines Hybrid-Modus das Überlagerungsgetriebe (25) ein Hybrid-Schaltelement (HSE) aufweist, das in einer ersten Hybrid-Schaltstellung (S1) das von der zusätzlichen Antriebsmaschine (26) generierte Antriebsmoment in einer ersten Übersetzungsstufe des Überlagerungsgetriebes (25) über das Achsdifferenzial (3) gleichmäßig verteilt auf beide Flanschwellen (5, 7) der Fahrzeugräder (9) einkoppelt und in einer Neutralstellung (N) die zusätzliche Antriebsmaschine (26) vom Überlagerungsgetriebe (25) entkoppelt, wobei das Hybrid-Schaltelement (HSE) in eine zweite Hybrid-Schaltstellung (S2) schaltbar ist, in der das von der zusätzlichen Antriebsmaschine (26) generierte Antriebsmoment in einer zweiten Übersetzungsstufe des Überlagerungsgetriebes (25) über das Achsdifferenzial (3) gleichmäßig verteilt auf beide Flanschwellen (5, 7) der Fahrzeugräder (9) einkoppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Überlagerungsgetriebe (25) ein mit Hilfe des Hybrid-Schaltelements (HSE) in die zwei Übersetzungsstufen umschaltbares Hybrid-Planetengetriebe (H) aufweist, und dass das Hybrid-Planetengetriebe (H) über sein als Eingangselement wirkendes Sonnenrad (27) mit einer von der zusätzlichen Antriebsmaschine (26) angetriebenen Getriebeeingangswelle (29) verbunden ist und über seinen als Ausgangselement wirkenden, Planetenräder (33) tragenden Planetenträger (35) mit einer zum Achsdifferenzial (3) führenden Getriebeausgangswelle (41) verbunden ist, wobei als Reaktionselement ein Hohlrad (37) mittels des Hybrid-Schaltelements (HSE) in die erste oder in die zweite Hybrid-Schaltstellung (S1, S2) kuppelbar oder festbremsbar ist, und dass in der ersten Hybrid-Schaltstellung (S1) des Hybrid-Schaltelements (HSE) das Hohlrad (37) über eine erste Bremse an einem Getriebegehäuse (43) festbremsbar ist, in der Neutralstellung (N) das Hohlrad (37) frei drehbar ist und in der zweiten Hybrid-Schaltstellung (S2) das Hohlrad (37) mit dem Sonnenrad (27) verblockt ist, so dass das Hohlrad (37) über eine Schaltkupplung mit der Getriebeeingangswelle (29) gekuppelt ist, auf der das Sonnenrad (27) drehfest sitzt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeugachse, insbesondere Hinterachse, eines zweispurigen Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Aus der DE 10 2014 015 793 A1 ist eine Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeug-Hinterachse bekannt, die ein Achsdifferenzial aufweist, das eingangsseitig mit einer Primär-Antriebsmaschine (zum Beispiel Brennkraftmaschine) verbindbar ist und ausgangsseitig mit beidseitig angeordneten Flanschwellen mit Fahrzeugrädern der Fahrzeugachse verbindbar ist. Der Fahrzeugachse ist ein schaltbares Überlagerungsgetriebe zugeordnet, das ein Momentenverteilungs-Schaltelement und ein Hybrid-Schaltelement aufweist. Mit Hilfe des Momentenverteilungs-Schaltelementes ist ein Momentenverteilungs-Modus des Überlagerungsgetriebes aktivierbar, bei dem ein von einer zusätzlichen Antriebsmaschine (zum Beispiel Elektromaschine) generiertes Antriebsmoment in eine getriebeseitige Flanschwelle einkoppelbar ist, um eine Momentenverteilung auf die beiden Fahrzeugräder zu ändern (das heißt elektronisches Torque-Vectoring). Mit Hilfe des Hybrid-Schaltelementes wird ein Hybrid-Modus aktiviert, wobei in einer ersten Hybrid-Schaltstellung des Hybrid-Schaltelementes das von der zusätzlichen Antriebsmaschine generierte Antriebsmoment in einer ersten Übersetzungsstufe des Überlagerungsgetriebes über das Achsdifferenzial gleichmäßig verteilt auf beide Flanschwellen der Fahrzeugräder einkoppelbar ist. Im Unterschied dazu ist in einer Neutralstellung des Hybrid-Schaltelementes die zusätzliche Antriebsmaschine vom Überlagerungsgetriebe entkoppelt.
In der obigen DE 10 2014 015 793 A1 weist das Überlagerungsgetriebe insgesamt drei Planetengetriebe auf, die über zwei Bremsen schaltbar sind, um den Hybrid-Modus oder den Momentenverteilungs-Modus bereitzustellen, wodurch sich insgesamt eine bauraumintensive Anordnung ergibt.
Aus der DE 10 2014 210 549 A1 ist eine gattungsgemäße Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug bekannt. Aus der DE 10 2013 202 381 A1 , aus der DE 10 2009 056 366 A1 , aus der DE 10 2014 007 940 A1 und aus der DE 10 2016 104 046 A1 sind weitere Antriebsvorrichtungen für ein Fahrzeug bekannt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeugachse eines zweispurigen Fahrzeugs bereitzustellen, die im Vergleich zum Stand der Technik bauraumreduzierter aufgebaut ist, wobei die Funktion des Überlagerungsgetriebes an unterschiedlichen Fahrzeug-Varianten in konstruktiv einfacher Weise anpassbar sein soll.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Gemäß dem Anspruch 1 ist das Hybrid-Schaltelement nicht nur in die oben definierte erste Hybrid-Schaltstellung schaltbar, in der die Antriebsmaschine über eine erste Übersetzungsstufe des Überlagerungsgetriebes mit dem Achsdifferenzial trieblich verbunden ist, sondern zusätzlich auch in eine zweite Hybrid-Schaltstellung schaltbar. In der zweiten Hybrid-Schaltstellung wird das von der zusätzlichen Antriebsmaschine generierte Antriebsmoment in einer (von der ersten Übersetzungsstufe unterschiedlichen) zweiten Übersetzungsstufe des Überlagerungsgetriebes über das Achsdifferenzial gleichmäßig verteilt auf beide Flanschwellen der Fahrzeugräder eingekoppelt. Beispielshaft kann die die erste Übersetzungsstufe des Überlagerungsgetriebes eine CO2-optimal ausgelegte erste Hybrid-Gangstufe sein, während die zweite Übersetzungsstufe des Überlagerungsgetriebes einen Anfahrgang (das heißt zweite Hybrid-Gangstufe) bildet.
In einer bauraumgünstigen technischen Umsetzung weist das Überlagerungsgetriebe ein mit Hilfe des Hybrid-Schaltelementes in die zwei Übersetzungsstufen umschaltbares Planetengetriebe (nachfolgend Hybrid-Planetengetriebe) auf, das aus einem Sonnenrad, einem radial äußeren Hohlrad sowie dazwischen kämmenden Planetenrädern aufgebaut ist, die auf einem Planetenträger drehgelagert sind. Die Elemente des Hybrid-Planetengetriebes sind wie folgt im Überlagerungsgetriebe verschaltet: So ist ein Eingangselement, das heißt ein Sonnenrad, mit einer von der zusätzlichen Antriebsmaschine angetriebenen Getriebeeingangswelle verbunden sein und über sein Ausgangselement, das heißt der Planetenträger, mit einer, mit der Eingangsseite des Achsdifferenzials trieblich verbundenen Getriebeausgangswelle verbunden. Das Reaktionselement, das heißt ein Hohlrad, des Hybrid-Planetengetriebes kann mit Hilfe des Hybrid-Schaltelementes in die erste oder in die zweite Hybrid-Schaltstellung kuppelbar oder festbremsbar sein.
In der ersten Hybrid-Schaltstellung des Hybrid-Schaltelementes ist das Hohlrad über eine erste Bremse an einem Getriebegehäuse festgebremst. In der Neutralstellung des Hybrid-Schaltelementes ist das Hohlrad dagegen frei drehbar. In der zweiten Hybrid-Schaltstellung ist das Hohlrad mit dem Sonnenrad verblockt. In diesem Fall ist das Hohlrad über eine Schaltkupplung mit der Getriebeeingangswelle gekuppelt, auf der das Sonnenrad drehfest angeordnet ist.
Im Hinblick auf eine in der Fahrzeuglängsrichtung kurz bauende Antriebsvorrichtung ist es bevorzugt, wenn das Hybrid-Schaltelement koaxial zur Getriebeeingangswelle angeordnet ist. Zudem ist es bauraumgünstig, wenn das Hybrid-Schaltelement axial beidseitig schaltbar ist, das heißt aus seiner Neutralstellung in der Axialrichtung beidseitig entweder in seine erste Hybrid-Schaltstellung oder dazu gegenläufig in seine zweite Hybrid-Schaltstellung verstellbar ist.
Im Hinblick auf eine weitere Packageoptimierung ist es bevorzugt, wenn die Getriebeeingangswelle, die Getriebeausgangswelle und die getriebeseitige Flanschwelle zueinander koaxial und verschachtelt angeordnet sind. In diesem Fall ist es im Hinblick auf eine einfache Verschaltung bevorzugt, wenn die Getriebeeingangswelle als eine Außenhohlwelle realisiert ist, in der die Getriebeausgangswelle als eine Zwischenhohlwelle angeordnet ist. Durch diese Zwischenhohlwelle kann sich bevorzugt die getriebeseitige Flanschwelle als Vollwelle erstrecken.
Je nach verfügbarem Bauraum kann es bevorzugt sein, wenn das Planetengetriebe koaxial zur getriebeseitigen Flanschwelle angeordnet ist, während die bauraumintensive zusätzliche Antriebsmaschine (zum Beispiel Elektromaschine) nicht koaxial dazu, sondern vielmehr achsparallel zur getriebeseitigen Flanschwelle positioniert ist. In diesem Fall kann die zusätzliche Antriebswelle über eine Vorgelegestufe mit der Getriebeeingangswelle verbunden sein. Die Vorgelegestufe kann bauraumgünstig eine doppelte Stirnradstufe sein. Alternativ dazu kann die Vorgelegestufe von jeglicher anderer Bauart sein, beispielsweise eine einfache Stirnradstufe kombiniert mit einem Planetengetriebe.
Bei dem obigen Getriebeaufbau kann bauraumgünstig sowohl das Sonnenrad des Hybrid-Planetengetriebes, ein Schaltkörper zur Bildung der zweiten Hybrid-Schaltstellung als auch ein abtriebsseitiges Zahnrad der Vorgelegestufe drehfest auf der Getriebeeingangswelle positioniert sein.
Wie oben erwähnt, weist das schaltbare Überlagerungsgetriebe zusätzlich auch das Momentenverteilungs-Schaltelement auf, bei dessen Betätigung der Momentenverteilungs-Modus des Überlagerungsgetriebes aktivierbar ist. In einer bauraumgünstigen Gestaltung kann das Überlagerungsgetriebe hierzu ein Momentenverteilungs-Planetengetriebe aufweisen, das bevorzugt baugleich wie das Hybrid-Planetengetriebe aufgebaut ist. Entsprechend kann das Momentenverteilungs-Planetengetriebe über sein Eingangselement, insbesondere ein Hohlrad, mit der Getriebeeingangswelle verbindbar sein und über sein Ausgangselement (insbesondere ein Planetenträger) drehfest mit der getriebeseitigen Flanschwelle verbunden sein. Dessen Reaktionselement, insbesondere ein Sonnenrad, kann mit Hilfe des Momentenverteilungs-Schaltelementes über eine zweite Bremse entweder am Getriebegehäuse festbremsbar sein oder in einer Neutralstellung des Momentenverteilungs-Schaltelementes frei drehbar sein. Bei einem solchen Aufbau weist das Überlagerungsgetriebe insgesamt genau zwei Bremsen sowie eine Schaltkupplung auf (reduzierte Anzahl von Schaltkomponenten).
Zwischen den beiden Planetengetrieben ist es im Hinblick auf eine in Fahrzeugquerrichtung kompakt bauendes Überlagerungsgetriebe von Vorteil, wenn diese unmittelbar nebeneinander angeordnet sind, das heißt ohne Zwischenlage eines Schaltelementes oder dergleichen.
Im Hinblick auf eine in Fahrzeuglängsrichtung kurz bauende Antriebsvorrichtung ist es bevorzugt, wenn das Momentenverteilungs-Planetengetriebe koaxial zum Hybrid-Planetengetriebe positioniert ist. Zudem kann der Bauraum sowie Bauteilbedarf reduziert werden, wenn beide Getriebe nur ein gemeinsamen Hohlrad aufweisen.
In der Großserienproduktion werden häufig unterschiedliche Fahrzeug-Varianten eines Fahrzeugtyps hergestellt, die unterschiedliche Anforderungen an die Antriebsvorrichtung erfüllen sollen. Entsprechend ist es fertigungstechnisch von Vorteil, wenn das Überlagerungsgetriebe zur Anpassung an die jeweilige Fahrzeug-Variante eine solche Getriebestruktur aufweist, bei der in konstruktiv einfacher Weise einzelne Baugruppen modulartig weggelassen werden können oder integriert werden können. Dies wird erfindungsgemäß wie folgt realisiert: So kann die zusätzliche Antriebsmaschine, das Hybrid-Schaltelement, das Hybrid-Planetengetriebe, das Momentenverteilungs-Planetengetriebe sowie das Momentenverteilungs-Schaltelement in dieser Reihenfolge von fahrzeuginnen in der Fahrzeugquerrichtung nach fahrzeugaußen als Baumodule hintereinander angeordnet sein. Unter Weglassung eines oder mehrerer dieser Baumodule kann das Überlagerungsgetriebe an unterschiedliche Fahrzeug-Varianten angepasst werden.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
Es zeigen:

1 in einer schematischen Darstellung eine Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeug-Hinterachse eines zweispurigen Fahrzeugs in einer Grundausstattung;
2 in einer Ansicht entsprechend der 1 eine erste Fahrzeug-Variante mit im Vergleich zu 1 reduzierter Funktionsausstattung; und
3 eine Ansicht entsprechend der 2 eine zweite Fahrzeug-Variante mit im Vergleich zu 2 weiter reduzierter Funktionsausstattung;
4 bis 6 jeweils Ansichten entsprechend der 1 bis 3 eines zweiten Ausführungsbeispiels jeweils in der Grundausstattung, der ersten Fahrzeug-Variante sowie der zweiten Fahrzeug-Variante; und
7 bis 10 Ansichten von Antriebsvorrichtungen weiterer Fahrzeug-Varianten.

In der 1 ist grob schematisch eine Getriebestruktur einer Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeug-Hinterachse HA eines zweispurigen Fahrzeugs gezeigt. Die in der 1 angedeutete Antriebsvorrichtung kann Bestandteil eines Allradantriebs sein, bei dem eine nicht dargestellte frontseitige Brennkraftmaschine als Primär-Antriebsmaschine über ein Getriebe sowie ein Mittendifferenzial und ein Vorderachsdifferenzial auf die Vorderräder des Fahrzeugs abtreibt. Das Mittendifferenzial ist über eine Kardanwelle 1 mit der Eingangsseite eines Hinterachsdifferenzials 3 verbunden. Das Hinterachsdifferenzial 3 ist ausgangsseitig mit beidseitig angeordneten Flanschwellen 5, 7 mit den Fahrzeughinterrädern 9 der Fahrzeughinterachse HA trieblich gekoppelt. In der 1 ist das Hinterachsdifferenzial 3 ein Kegelraddifferenzial, das ein antriebsseitiges Differenzialgehäuse 11, an dem zwei einander koaxial mit Abstand gegenüberliegende Ausgleichskegelräder 13 (von denen in der 1 nur ein Ausgleichskegelrad 13 gezeigt ist) drehgelagert sind, sowie erste und zweite Abtriebskegelräder 15, 17 aufweist, die rechtwinklig zu den Ausgleichskegelrädern 13 sowie koaxial mit Abstand zueinander angeordnet sind und jeweils in Zahneingriff mit den beiden Ausgleichskegelrädern 13 sind. Das erste Abtriebskegelrad 15 sitzt drehfest auf der in der 1 linken Flanschwelle 5, während das zweite Abtriebskegelrad 17 drehfest auf der in der 1 rechten Flanschwelle 7 sitzt.
In der 1 ist die Kardanwelle 1 über einen Kegeltrieb 19 mit dem Differenzialgehäuse 11 trieblich koppelbar, der ein auf der Kardanwelle 1 sitzendes Kegelrad 21 aufweist, das mit einem Tellerrad 23 kämmt. Zwischen dem Kegeltrieb 19 und dem Differenzialgehäuse 11 ist ein Schaltelement SE geschaltet, mit dem die Hinterachse HA trieblich von der Kardanwelle 1 abkoppelbar ist.
Wie aus der 1 weiter hervorgeht, weist die Hinterachse HA ein Überlagerungsgetriebe 25 sowie eine Elektromaschine 26 auf. Das Überlagerungsgetriebe 25 ist in einem Hybrid-Modus oder in einem Momentenverteilungs-Modus (das heißt elektronisches Torque-Vectoring) betreibbar, wie es später beschrieben wird. Im Hybrid-Modus wird ein von der Elektromaschine 26 generiertes Antriebsmoment über das Überlagerungsgetriebe 25 sowie über das Hinterachsdifferenzial 3 gleichmäßig verteilt auf die beiden Flanschwellen 5, 7 eingekoppelt. Der Hybrid-Modus ist rein elektromotorisch durchführbar oder in Kombination der Elektromaschine 26 mit der Brennkraftmaschine (zum Beispiel für eine Boostfunktion).
Im Momentenverteilungs-Modus wird das von der Elektromaschine 26 generierte Antriebsmoment nicht nur über einen später beschriebenen Hybrid-Antriebsflansch 38 zur Eingangsseite des Achsdifferenzials 3 geleitet, sondern zudem auch über das Überlagerungsgetriebe 25 direkt, das heißt über einen Momentenverteilungs-Antriebsflansch 40, in die getriebeseitige Flanschwelle 7 eingekoppelt, um eine Momentenverteilung auf die beiden Hinterräder 9 zu ändern. Der Betrag sowie der Drehsinn des von der Elektromaschine 26 generierten Antriebsmoments werden abhängig von aktuellen Fahrbetriebsparametern festgelegt.
Nachfolgend wird die Getriebestruktur des Überlagerungsgetriebes 25 anhand der 1 erläutert: Demzufolge weist das Überlagerungsgetriebe 25 ein Hybrid-Planetengetriebe H und ein Momentenverteilungs-Planetengetriebe M auf. Die beiden Getriebe H, M sind in der Fahrzeugquerrichtung y betrachtet unmittelbar nebeneinander, das heißt ohne Zwischenordnung eines Schaltelementes, angeordnet sowie zueinander koaxial ausgerichtet und über ein gemeinsames Hohlrad 37 miteinander trieblich gekoppelt. Ein Sonnenrad 27 des Hybrid-Planetengetriebes H sitzt drehfest auf einer Getriebeeingangswelle 29, die über ein Vorgelege 31 mit der Elektromaschine 26 trieblich verbunden ist. Das Sonnenrad 27 ist über Planetenräder 33, die auf einem Planetenträger 35 drehgelagert sind, in Zahneingriff mit dem radial äußeren Hohlrad 37. Der Planetenträger 35 ist über einen Hybrid-Antriebsflansch 38 mit einer Getriebeausgangswelle 41 verbunden, die zur Antriebsseite (bzw. Eingangsseite) des Hinterachsdifferenzials 3 führt, das heißt am antriebsseitigen Differenzialgehäuse 11 drehfest angebunden ist.
In der 1 sind die Getriebeeingangswelle 29, die Getriebeausgangswelle 41 sowie die getriebeseitige Flanschwelle 7 zueinander koaxial und ineinander verschachtelt angeordnet. Die Getriebeeingangswelle 29 ist dabei als eine Außenhohlwelle realisiert, in der die Getriebeausgangswelle 41 als eine Zwischenhohlwelle angeordnet ist, durch die sich die getriebeseitige Flanschwelle 7 erstreckt.
Das Hohlrad 37 des Hybrid-Planetengetriebes H ist in der 1 über ein Hybrid-Schaltelement HSE in einer ersten Schaltstellung S1 entweder am Getriebegehäuse 43 festbremsbar oder in einer zweiten Schaltstellung S2 mit einem Schaltkörper 45, der auf der Getriebeeingangswelle 29 ausgebildet ist, kuppelbar. Das Hybrid-Schaltelement HSE ist in der 1 koaxial zur Getriebeeingangswelle 29 angeordnet und aus seiner Neutralstellung N in der Axialrichtung beidseitig entweder in die erste Hybrid-Schaltstellung S1 oder dazu gegenläufig in die zweite Hybrid-Schaltstellung S2 schaltbar. In der Neutralstellung N ist das Hohlrad 37 frei drehbar, so dass die Elektromaschine 26 vom Überlagerungsgetriebe 25 abgekoppelt ist.
Das Momentenverteilungs-Planetengetriebe M weist ein Sonnenrad 47 auf, das koaxial auf der getriebeseitigen Flanschwelle 7 drehgelagert ist und (als Reaktionselement) über ein Momentenverteilungs-Schaltelement MSE am Getriebegehäuse 43 festbremsbar ist. Das Sonnenrad 47 ist über Planetenräder 49, die auf einem Planetenträger 51 drehgelagert sind, in Zahneingriff mit dem gemeinsamen Hohlrad 37. Der Planetenträger 51 (wirkt als Ausgangselement) ist über den bereits erwähnten Momentenverteilungs-Antriebsflansch 40 drehfest mit der getriebeseitigen Flanschwelle 7 gekoppelt.
In der 1 ist das Vorgelege 31 als eine zweistufige Stirnradstufe aufgebaut, deren abtriebsseitiges Zahnrad 53 drehfest auf der Getriebeeingangswelle 29 sitzt.
Zur Aktivierung des Momentenverteilungs-Modus wird im Fahrbetrieb (etwa bei einer Kurvenfahrt) in Abhängigkeit aktueller Fahrbetriebsparameter das Sonnenrad 47 des Momentenverteilungs-Planetengetriebes M durch Betätigung des Momentenverteilungs-Schaltelementes MSE am Getriebegehäuse 43 festgebremst. Auf diese Weise ergibt sich ein erster Lastpfad zwischen der Elektromaschine 26 und der getriebeseitigen Flanschwelle 7, bei dem ein von der Elektromaschine 26 generiertes Antriebsmoment über die Getriebeeingangswelle 29, die gemeinsame Hohlwelle 37 sowie den Planetenrädern 49 und dem Planetenträger 51 des Momentenverteilungs-Planetengetriebes M über den Momentenverteilungs-Antriebsflansch 40 in die getriebeseitige Flanschwelle 7 einkoppelbar ist. Gleichzeitig ergibt sich ein zweiter Lastpfad, bei dem das von der Elektromaschine 26 generierte Antriebsmoment über die Getriebeeingangswelle 29, die Planetenräder 33, den Planetenträger 35 und den Hybrid-Antriebsflansch 38 in die Getriebeausgangswelle 41 einkoppelbar ist, die an dem Differenzialgehäuse 11 angebunden ist. Das Hybrid-Schaltelement HSE bleibt währenddessen unbetätigt in seiner Neutralstellung N.
Alternativ dazu wird zur Aktivierung des Hybrid-Modus das Hybrid-Schaltelement HSE je nach Fahrsituation entweder in seine erste Hybrid-Schaltstellung S1 oder seine zweite Hybrid-Schaltstellung S2 verstellt, in der sich - mit jeweils unterschiedlichen Übersetzungsstufen - ein Lastpfad bildet, und zwar von der Elektromaschine 26 über das Vorgelege 31, die Getriebeeingangswelle 29, dem Hybrid-Planetengetriebe H und dem Hybrid-Antriebsflansch 38 auf die Getriebeausgangswelle 41.
Die mittels des Hybrid-Schaltelements HSE schaltbaren ersten und zweiten Übersetzungsstufen können exemplarisch wie folgt ausgelegt sein: Die in der ersten Hybrid-Schaltstellung S1 geschaltete erste Übersetzungsstufe kann als eine CO2-optimierte Hybrid-Gangstufe ausgelegt sein. Demgegenüber kann die in der zweiten Hybrid-Schaltstellung S2 geschaltete zweite Übersetzungsstufe als eine Anfahr-Hybrid-Gangstufe ausgelegt sein.
Mit der in der 1 gezeigten Antriebsvorrichtung ergeben sich die folgenden Vorteile: So wird mittels der Antriebsvorrichtung ein baukastenfähiges Konzept mit mindestens den folgenden Varianten erzielt, nämlich eine erste Variante mit genau einem Hybridgang mit Elektromaschinen-Abkopplung als CO2-optimale Auslegung, eine zweite Variante mit genau zwei Hybrid-Gangstufen mit Elektromaschinen-Abkopplung als Anfahrgang (1. Gang) und CO2-optimale Auslegung (2. Gang), und eine dritte Variante mit genau zwei Hybrid-Gangstufen kombiniert mit elektrischem Torque-Vectoring mit Elektromaschinen-Abkopplung als Anfahrgang (1.Gang), CO2-optimale Auslegung (2. Gang) und elektronischem Torque-Vectoring/elektronischer Quersperre.
Zudem weisen sämtliche Varianten eine Achsabkopplung mit Erhalt der vollen Hybrid-/Querdynamik-Funktionen auf. Die oben erwähnte CO2-optimierte Hybrid-Gangstufe ermöglicht sehr hohe Wirkungsgrade. Von Relevanz ist außerdem, dass in der CO2-optimierten Hybrid-Gangstufe und in der Anfahr-Hybrid-Gangstufe die gleiche Elektromaschinen-Drehrichtung vorliegt, wodurch schnelle Umschaltungen ermöglicht sind. Zudem ist bei den oben erwähnten Baukasten-Varianten eine Funktionsreduzierung durch Teileentfall wirtschaftlich darstellbar.
Ferner ist in der Antriebsvorrichtung der 1 ein konventionelles Kegelraddifferential 3 verbaubar. Die Planetenradsätze H, M können mit gleichen Standübersetzungen ausgeführt werden. Bei Wegfall eines beliebigen Modus (1. Gang, 2. Gang bzw. TV-Funktion) kann keine Planetenstufe wegfallen. Es entfällt lediglich das zugehörige Schaltelement HSE oder MSE.
Bei einem Überlagerungsgetriebe-Aufbau mit ausschließlich dem zweiten Hybridgang (in den 3, 6, 7 oder 10 gezeigt) können das Überlagerungsgetriebe 25 sowie die Schaltelemente vollständig entfallen.
In der in der 1 gezeigten maximalen Ausbaustufe werden insgesamt genau zwei Bremsen und genau eine Kupplung verwendet. Zwischen den ersten und zweiten Hybrid-Gangstufen wechselt die Drehrichtung der Elektromaschine nicht. Zudem erfolgt der Hybridbetrieb im ersten Hybrid-Gang leistungsverzweigt (keine Blindleistung).
Wie aus der 1 weiter hervorgeht, sind die Elektromaschine 26 mitsamt Vorgelege 31, das Hybrid-Schaltelement HSE, das Hybrid-Planetengetriebe H, das Momentenverteilungs-Planetengetriebe M sowie das Momentenverteilungs-Schaltelement MSE in einer Reihenfolge von fahrzeuginnen in der Fahrzeugquerrichtung y nach fahrzeugaußen als angedeutete Baumodule B1 bis B4 hintereinander angeordnet. Im Rahmen einer Serienproduktion kann unter Weglassung bzw. Hinzufügung und/oder Abwandlung eines oder mehrerer dieser Baumodule B1 bis B4 das Überlagerungsgetriebe 25 jeweils der herzustellenden Fahrzeug-Variante angepasst werden. So betrifft die in der 1 gezeigte Antriebsvorrichtung eine Grundausstattung, in der sämtliche obigen Baumodule B1 bis B4 verbaut sind.
Demgegenüber ist in der 2 eine erste Fahrzeug-Variante gezeigt, in der das Baumodul B4 des Momentenverteilungs-Planetengetriebes M sowie des Momentenverteilungs-Schaltelementes MSE weggelassen sind. Entsprechend verbleiben im Überlagerungsgetriebe 25 die Baumodule B1 bis B3.
Das Überlagerungsgetriebe 25 weist daher in der 2 lediglich das Hybrid-Schaltelement HSE sowie das Hybrid-Planetengetriebe H auf, das zwischen der ersten und zweiten Hybrid-Schaltstellung S1, S2 sowie der Neutralstellung N schaltbar ist.
In der 3 ist die Antriebsvorrichtung für eine zweite Fahrzeug-Variante gezeigt, in der zusätzlich auch das Baumodul B3 des Hybrid-Planetengetriebes H weggelassen ist. Zudem ist anstelle des Baumoduls B2 ein neues Baumodul B2a verwendet, bei dessen Hybrid-Schaltelement HSE die Schaltstellung S1 weggelassen ist. In der 3 ist daher das Hybrid-Schaltelement HSE lediglich zwischen seiner Neutralstellung N und der zweiten Hybrid-Schaltstellung S2 schaltbar. In der 3 ist zudem der Hybrid-Antriebsflansch 38 daher nicht mehr an das Hybrid-Planetengetriebe H angekoppelt, sondern kann der Hybrid-Antriebsflansch 38 über das Hybrid-Schaltelement HSE direkt mit der Getriebeeingangswelle 29 verbunden werden.
Das in den 4 bis 6 gezeigte Ausführungsbeispiel ist weitgehend baugleich mit dem in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel mit folgender Ausnahme: Das in den 1 bis 3 gezeigte Baumodul B1 ist in der 4 durch ein neues Baumodul B1a ersetzt. Im neuen Baumodul B1a der 4 bis 6 ist das Vorgelege 31 der Elektromaschine 26 nicht mehr als doppelte Stirnradstufe ausgeführt, sondern als eine einfache Stirnradstufe kombiniert mit einem zusätzlichen Planetengetriebe, dessen Sonnenrad auf der Getriebeeingangswelle 29 drehfest sitzt und dessen Hohlrad fest am Getriebegehäuse 43 angeordnet ist. Die in der 4 gezeigte Antriebsvorrichtung bildet eine Grundausstattung. Die 5 und 6 zeigen jeweils die erste und die zweite Fahrzeug-Variante analog zu den 2 und 3.
In den 7 bis 10 sind Antriebsvorrichtungen weiterer Fahrzeug-Varianten gezeigt: So ist in der 7 gezeigte Antriebsvorrichtung weitgehend baugleich mit der in der 4 gezeigten Antriebsvorrichtung mit folgender Ausnahme: Das in der 4 gezeigte Baumodul B2 ist durch das neue Baumodul B2a ersetzt, bei dessen Hybrid-Schaltelement HSE die Schaltstellung S1 weggelassen ist, so dass das gemeinsame Hohlrad 37 nicht mehr am Getriebegehäuse 43 festbremsbar ist.
Die in der 8 gezeigte Antriebsvorrichtung ist ebenfalls weitgehend baugleich mit der in der 4 gezeigten Antriebsvorrichtung mit folgender Ausnahme: Das in der4 4 gezeigte Baumodul B2 ist durch das neue Baumodul B2b ersetzt, bei dem das Hybrid-Schaltelement HSE komplett weggelassen ist. Das in der 8 gezeigte Überlagerungsgetriebe 25 kann daher nicht mehr im Hybrid-Modus arbeiten, sondern lediglich im Momentenverteilungs-Modul.
Die in der 9 gezeigte Antriebsvorrichtung ist weitgehend baugleich mit der in der 4 gezeigten Antriebsvorrichtung mit folgender Ausnahme: Das in der 4 gezeigte Baumodul B2 ist durch das neue Baumodul B2c ersetzt, bei dem das Hybrid-Schaltelement HSE nur in die erste Schaltstellung S1 schaltbar ist, während die zweite Schaltstellung S2 weggelassen ist, so dass das gemeinsame Hohlrad 37 nicht mehr mit dem Sonnenrad 27 verblockt werden kann.
Die in der 10 gezeigte Antriebsvorrichtung ist ebenfalls weitgehend baugleich mit der in der 4 gezeigten Antriebsvorrichtung mit folgender Ausnahme: Das in den 4 gezeigte Baumodul B2 ist durch das Baumodul B2a (bereits in der 3, 6 oder 7 gezeigt) ersetzt, bei dessen Hybrid-Schaltelement HSE die Schaltstellung S1 weggelassen ist, so dass das gemeinsame Hohlrad 37 nicht mehr am Getriebegehäuse 43 festbremsbar ist.

Claims

Antriebsvorrichtung für eine Fahrzeugachse (HA) eines zweispurigen Fahrzeugs, wobei die Fahrzeugachse (HA) ein Achsdifferenzial (3) aufweist, das eingangsseitig mit einer Primär-Antriebsmaschine verbindbar ist und ausgangsseitig mit beidseitig angeordneten Flanschwellen (5, 7) mit Fahrzeugrädern (9) der Fahrzeugachse (HA) verbindbar ist, wobei der Fahrzeugachse (HA) ein schaltbares Überlagerungsgetriebe (25) zugeordnet ist, das mittels eines Momentenverteilungs-Schaltelements (MSE) in einen Momentenverteilungs-Modus schaltbar ist, in dem in einem ersten Lastpfad ein von einer zusätzlichen Antriebsmaschine (26) generiertes Antriebsmoment in eine (7) der Flanschwellen (5, 7) einkoppelbar ist, um eine Momentenverteilung auf die beiden Fahrzeugräder (9) zu ändern, und in einem zweiten Lastpfad das von der zusätzlichen Antriebsmaschine (26) generierte Antriebsmoment in die Eingangsseite (11) des Achsdifferenzials (3) einkoppelbar ist, und wobei zur Aktivierung eines Hybrid-Modus das Überlagerungsgetriebe (25) ein Hybrid-Schaltelement (HSE) aufweist, das in einer ersten Hybrid-Schaltstellung (S1) das von der zusätzlichen Antriebsmaschine (26) generierte Antriebsmoment in einer ersten Übersetzungsstufe des Überlagerungsgetriebes (25) über das Achsdifferenzial (3) gleichmäßig verteilt auf beide Flanschwellen (5, 7) der Fahrzeugräder (9) einkoppelt und in einer Neutralstellung (N) die zusätzliche Antriebsmaschine (26) vom Überlagerungsgetriebe (25) entkoppelt, wobei das Hybrid-Schaltelement (HSE) in eine zweite Hybrid-Schaltstellung (S2) schaltbar ist, in der das von der zusätzlichen Antriebsmaschine (26) generierte Antriebsmoment in einer zweiten Übersetzungsstufe des Überlagerungsgetriebes (25) über das Achsdifferenzial (3) gleichmäßig verteilt auf beide Flanschwellen (5, 7) der Fahrzeugräder (9) einkoppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Überlagerungsgetriebe (25) ein mit Hilfe des Hybrid-Schaltelements (HSE) in die zwei Übersetzungsstufen umschaltbares Hybrid-Planetengetriebe (H) aufweist, und dass das Hybrid-Planetengetriebe (H) über sein als Eingangselement wirkendes Sonnenrad (27) mit einer von der zusätzlichen Antriebsmaschine (26) angetriebenen Getriebeeingangswelle (29) verbunden ist und über seinen als Ausgangselement wirkenden, Planetenräder (33) tragenden Planetenträger (35) mit einer zum Achsdifferenzial (3) führenden Getriebeausgangswelle (41) verbunden ist, wobei als Reaktionselement ein Hohlrad (37) mittels des Hybrid-Schaltelements (HSE) in die erste oder in die zweite Hybrid-Schaltstellung (S1, S2) kuppelbar oder festbremsbar ist, und dass in der ersten Hybrid-Schaltstellung (S1) des Hybrid-Schaltelements (HSE) das Hohlrad (37) über eine erste Bremse an einem Getriebegehäuse (43) festbremsbar ist, in der Neutralstellung (N) das Hohlrad (37) frei drehbar ist und in der zweiten Hybrid-Schaltstellung (S2) das Hohlrad (37) mit dem Sonnenrad (27) verblockt ist, so dass das Hohlrad (37) über eine Schaltkupplung mit der Getriebeeingangswelle (29) gekuppelt ist, auf der das Sonnenrad (27) drehfest sitzt.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hybrid-Schaltelement (HSE) koaxial zur Getriebeeingangswelle (29) angeordnet ist, und dass das Hybrid-Schaltelement (HSE) aus seiner Neutralstellung (N) in der Axialrichtung beidseitig entweder in seine erste Hybrid-Schaltstellung (S1) oder dazu gegenläufig in seine zweite Hybrid-Schaltstellung (S2) schaltbar ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangswelle (29), die Getriebeausgangswelle (41) und die getriebeseitige Flanschwelle (7) zueinander koaxial und verschachtelt angeordnet sind, und dass die Getriebeeingangswelle (29) als Außenhohlwelle realisiert ist, in der die Getriebeausgangswelle (41) als Zwischenhohlwelle angeordnet ist, durch die sich die getriebeseitige Flanschwelle (7) erstreckt.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hybrid-Planetengetriebe (H) koaxial zur getriebeseitigen Flanschwelle (7) angeordnet ist, und/oder dass die zusätzliche Antriebsmaschine (26) achsparallel zur getriebeseitigen Flanschwelle (7) angeordnet ist sowie über eine Vorgelegestufe (31) mit der Getriebeeingangswelle (29) verbunden ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Getriebeeingangswelle (29) sowohl das Sonnenrad (27) des Hybrid-Planetengetriebes (H), ein Schaltkörper (45) zur Bildung der zweiten Hybrid-Schaltstellung (S2) als auch ein abtriebsseitiges Zahnrad (53) der Vorgelegestufe (31) drehfest angeordnet sind.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Überlagerungsgetriebe (25) ein mit Hilfe des Momentenverteilungs-Schaltelements (MSE) schaltbares Momentenverteilungs-Planetengetriebe (M) aufweist, und dass das Momentenverteilungs-Planetengetriebe (M) über sein als Eingangselement wirkendes Hohlrad (37) mit der Getriebeeingangswelle (29) verbindbar ist, und über seinen als Ausgangselement wirkenden, Planetenräder (49) tragenden Planetenträger (51) drehfest mit der getriebeseitigen Flanschwelle (7) verbunden ist, wobei dessen Reaktionselement ein Sonnenrad (47) ist, das mittels des Momentenverteilungs-Schaltelements (MSE) über eine zweite Bremse entweder am Getriebegehäuse (43) festbremsbar ist oder in einer Neutralstellung (N) des Momentenverteilungs-Schaltelements (MSE) frei drehbar ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Momentenverteilungs-Planetengetriebe (M) koaxial zum Hybrid-Planetengetriebe (H) angeordnet ist, und/oder dass die beiden Planetengetriebe (M, H) ein gemeinsames Hohlrad (37) aufweisen.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Antriebsmaschine (26), das Hybrid-Schaltelement (HSE), das Hybrid-Planetengetriebe (H), das Momentenverteilungs-Planetengetriebe (M) sowie das Momentenverteilungs-Schaltelement (MSE) in dieser Reihenfolge von fahrzeuginnen in der Fahrzeugquerrichtung (y) nach fahrzeugaußen als Baumodule (B1 bis B4) hintereinander angeordnet sind.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass unter Weglassung, Hinzufügung und/oder Abwandlung einer oder mehrere Baumodule (B1 bis B4) unterschiedliche Fahrzeug-Varianten herstellbar sind, und dass in einer ersten Fahrzeug-Variante das Baumodul (B4) des Momentenverteilungs-Planetengetriebes (M) und des Momentenverteilungs-Schaltelements (MSE) weggelassen ist, so dass das Hybrid-Schaltelement (HSE) sowie das Hybrid-Planetengetriebe (H) verbleibt, das zwischen der ersten und der zweiten Hybrid-Schaltstellung (S1, S2) sowie der Neutralstellung (N) schaltbar ist, und dass in einer zweiten Fahrzeug-Variante die Baumodule (B3, B4) des Hybrid-Planetengetriebes (H), des Momentenverteilungs-Planetengetriebes (M) und des Momentenverteilungs-Schaltelements (MSE) weggelassen sind, so dass lediglich das Hybrid-Schaltelement (HSE) verbleibt, das zwischen seiner Neutralstellung (N) und der zweiten Hybrid-Schaltstellung (S2) schaltbar ist, in der die Getriebeausgangswelle (41) über das Hybrid-Schaltelement (HSE) direkt mit der Getriebeeingangswelle (29) verbunden ist.