Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung zur steuerbaren Verteilung von Antriebsmonnent von einem Eingangselement auf zumindest ein Ausgangselement, umfassend einen ersten Getriebeteilbereich und eine Zusatzan- triebseinheit, wobei der erste Getriebeteilbereich direkt oder indirekt mit dem Eingangselement sowie mit der Zusatzantriebseinheit antriebswirksam verbunden ist und wobei der erste Getriebeteilbereich direkt oder indirekt mit dem Ausgangselement antriebswirksam verbunden ist.

Stand der Technik

Allrad-Kraftfahrzeuge sind unter anderem wegen des erhöhten Kraftstoffverbrauchs und der steigenden Anforderungen in Bezug auf Abgasrichtlinen Objekt steter Weiterentwicklung. In diesem Zusammenhang steht insbesondere die zumindest teilweise Elektrifizierung des Kraftfahrzeugs bzw. des Kraftfahrzeugantriebstrangs im Vordergrund - die zumindest teilweise Hybridisierung des Kraftfahrzeugs bzw. des Kraftfahrzeugantriebs stellt den Spagat zwischen reduziertem Kraftstoffverbrauch, ausreichender Reichweite und guter Performance her.

Beispielsweise wird bei einem Allrad-Kraftfahrzeug mit einer frontal quer liegenden Hauptantriebseinheit, nämlich einer Verbrennungskraftmaschine, ein Allradsystem benötigt, das eine variable Allradfunktion ermöglicht. Die Primärachse, d.h. die permanent angetriebene Achse, ist dabei die Vorderachse und die Sekundärach- se, d.h. die nicht permanent angetriebene Achse, ist die Hinterachse. Die Hinter- achse soll unter Berücksichtigung der Forderung nach einer variablen Allradfunktion nach Bedarf vollvariabel zuschaltbar sein und die Möglichkeit eröffnen das gesamte zur Verfügung stehende Drehmoment variabel über die Sekundärachse, nämlich die Hinterachse, abzusetzen. Gleichzeitig sollen gegebenenfalls Funktio- nen wie Bremskraftrückgewinnung (Rekuperieren), Boosten, d.h das Fahrzeug durch positive Antriebsmomente sowohl von der Verbrennungskraftmaschine als auch von einer Zusatzantriebseinheit, wie einer elektrischen Maschine, zu beschleunigen, und rein elektrisch Fahren ermöglicht werden. So ermöglicht beispielsweise eine elektrische Hinterachse zusätzlich zu der quer eingebauten Front-Hauptantriebseinheit mit permanentem Vorderachsantrieb Rekuperieren, Boosten und rein elektrisches Fahren. Weiterhin ermöglicht die Elektrifizierung der Sekundärachse, in dem genannten Beispiel der Hinterachse, einen Entfall einer konventionellen Allradkupplung um das Antriebsmoment variabel an der Sekundärachse abzusetzen.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine verbesserte Getriebeanordnung zur variab- len Drehmomentverteilung in einem Allradantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs anzugeben.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Getriebeanordnung zur steuerbaren Verteilung von Antriebsmoment von einem Eingangselement auf zumindest ein Ausgangselement, umfassend einen ersten Getriebeteilbereich und eine Zusatzantriebseinheit, wobei der erste Getriebeteilbereich direkt oder indirekt mit dem Eingangselement sowie mit der Zusatzantriebseinheit antriebswirksam verbunden ist und wobei der erste Getriebeteilbereich direkt oder indirekt mit dem Ausgangselement antriebswirksam verbunden ist. Die erfindungsgemäße Getriebeanordnung dient der steuerbaren Verteilung von Antriebsmoment von einem Eingangselement auf zumindest ein Ausgangselement. Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Getriebeanordnung einen ersten Getriebeteilbereich und eine Zusatzantriebseinheit. Erfindungsgemäß ist der erste Getriebeteilbereich zum einen direkt oder indirekt mit dem Eingangselement und der Zusatzantriebseinheit antriebswirksam verbunden und zum anderen direkt oder indirekt mit dem Ausgangselement antriebswirksam verbunden.

Der erste Getriebeteilbereich ist erfindungsgemäß als Planetengetriebe ausgebildet.

Die Zusatzantriebseinheit kann zum Beispiel als elektrische Maschine ausgebildet sein.

Die erfindungsgemäße Ausbildung der Getriebeanordnung ermöglicht eine vollvariable Steuerung des an dem Ausgangselement abgesetzten Drehmoments - das Drehmoment wird dabei über das seitens der Zusatzantriebseinheit zur Verfügung gestellte Stützmoment gesteuert. Dies bedingt in Bezug auf einen konventionellen Allradantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs einen Entfall einer konventionellen Allradkupplung, wodurch zum einen Bauraum wie auch Kosten eingespart werden können. Weiterhin können durch die Integration der Zusatzantriebseinheit Funktionen wie Boosten, Rekuperieren und rein elektrischen Fahren realisiert werden.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben. ln einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der erste Getriebeteilbereich, nämlich das Planetengetriebe, indirekt über einen zweiten Getriebeteilbereich, nämlich ein Differentialgetriebe, mit dem Ausgangselement antriebswirksam verbunden. Bevorzugt weist der zweite Getriebeteilbereich einen Differential korb auf, wobei der Differential korb einen Planetenradträger des ersten Getriebeteilbereichs ausbildet. Derart werden ein Ausgleichsgetriebe, nämlich der zweite Getriebeteilbereich, und ein Überlagerungsgetriebe, nämlich der erste Getriebeteilbereich, antriebswirksam gekoppelt. Die Anbindung des zweiten Getriebeteilbereichs an den ersten Getriebeteilbereich bietet den Vorteil der symmet- rischen Drehmomentverteilung sowohl im Schub- als auch im Zug-Betrieb eines Allrad-Kraftfahrzeugs.

Der zweite Getriebeteilbereich, nämlich das Differentialgetriebe kann beispielsweise als Kegelrad-, Kronenrad-, Stirnrad- oder auch als Sonderdifferential ausgeführt sein.

Die Zusatzantriebseinheit kann zu dem Ausgangselement parallel versetzt angeordnet sein oder sie kann koaxial zu dem Ausgangselement angeordnet sein. Eine Anordnung der Zusatzantriebseinheit in einem Winkel zu dem Ausgangselement versetzt, d.h. nicht parallel zu dem Ausgangselement versetzt, ist jedoch auch denkbar. Derart lässt sich der Bauraum in jeder beliebigen Allradkraftfahrzeugarchitektur optimal nutzen.

Vorzugsweise ist das Planetengetriebe als Stufenplanetengetriebe ausgeführt. So lassen sich unter Ausnutzung eines geringen Bauraums bessere Übersetzungen realisieren.

Bevorzugt ist die Getriebeanordnung auf einer Sekundärachse eines Allradkraftfahrzeugs angeordnet, wobei die Sekundärachse das Ausgangselement ist. Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeich- nungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine grundlegende Architektur eines beispielhaften

Allrad-Kraftfahrzeugs mit erfindungsgemäßer Getriebeanordnung.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften

Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung. Fig. 3 zeigt eine weitere schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung.

Fig. 4 zeigt eine dritte schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer beispielhaften Allradkraftfahrzeugarchitektur mit einer erfindungsgemäßen Getriebeanordnung 1 . Der Kraftfahrzeugantrieb erfolgt über zwei Achsen, nämlich eine Vorderachse 10 und eine Hinterachse 9, wobei die Vorderachse 10 als permanent angetriebene Achse, d.h. als Primärachse, ausgebildet ist und die Hinterachse 9 als bedarfsweise angetriebene Achse, d.h. als Sekundärachse, ausgebildet ist. Im Bereich der Vorderachse 10 ist eine Hauptantriebseinheit 1 1 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel quer zur Fahrtrichtung angeordnet. Eine Anordnung der Hauptantriebseinheit 1 1 längs zur Fahrtrichtung ist in diesem Zusammenhang jedoch ebenso denkbar. Im Bereich der Hinterachse 9 ist die erfindungsgemäße Getriebeanordnung 1 angeordnet. Die Hauptantriebseinheit 1 1 ist als Verbrennungskraftmaschine ausgebildet und über ein Hauptgetriebe 12 und ein drehmomentübertragendes Element 13, nämlich eine Kardanwelle, direkt oder indirekt mit der Getriebeanordnung 1 an der Hinterachse 9 verbunden.

Die erfindungsgemäße Getriebeanordnung 1 wird im Folgenden in Bezug auf die in Fig .1 gezeigte Allrad-Kraftfahrzeugarchitektur näher beschrieben. Anders gestaltete Allrad-Kraftfahrzeugarchitekturen mit einer erfindungsgemäßen Getriebeanordnung sind jedoch ebenso denkbar.

Fig. 2 zeigt eine beispielhafte Getriebeanordnung 1 , die einen ersten Getriebeteilbereich 4, einen zweiten Getriebeteilbereich 6 und eine Zusatzantriebseinheit 5 aufweist. Die Zusatzantriebseinheit 5 der Getriebeanordnung 1 ist als elektrische Maschine ausgebildet und kann entweder parallel versetzt zu der Hinterachse 9 (Fig. 2, Fig. 3) oder koaxial an der Hinterachse 9 (Fig. 4) angeordnet sein.

Der erste Getriebeteilbereich 4 ist als Planetengetriebe ausgebildet und dient zum einen der Leistungssummierung und zum anderen der variablen Drehmomentverteilung zwischen Vorderachse 10 und Hinterachse 9 bei geschalteter Allrad- Funktion. Das in Fig. 2 und Fig. 4 schematisch dargestellte beispielhafte Planetengetriebe umfasst ein drehbar gelagertes Hohlrad 15 mit einer Außen- und einer Innenverzahnung, einen Planetenradträger 8 mit zwei drehbar darauf gelagerten Planetenrädern 16, 16' und ein Sonnenrad 17. Der Einsatz eines Planetengetrie- bes alternativer Ausführung ist jedoch ebenso denkbar, so zeigt Fig. 3 beispielsweise eine Ausführung des ersten Getriebeteilbereichs 4 als Stufen- Planetengetriebe. Der zweite Getriebeteilbereich 6 ist als Differentialgetriebe, auch Ausgleichsgetriebe genannt, ausgebildet und dient im Wesentlichen dem Ausgleich der Drehzahlen zwischen den zwei Hinterrädern 14, 14' des Kraftfahrzeugs und dem Verteilen des Antriebsdrehmoments zwischen den beiden Hinterrädern 14, 14' der Hinterachse 9 des Kraftfahrzeugs. Der in Fig. 2, Fig.3 sowie Fig. 4 dargestellte zweite Getriebeteilbereich 6 weist einen Differential korb 7, zwei auf einem Bolzen drehbar gelagerte Ausgleichskegelräder 18, 18' und zwei Achskegelräder 19, 19' auf. Die Ausgleichskegelräder 18, 18' stehen untereinander nicht in antriebswirksamer Verbindung, jedoch stehen sie jeweils mit den Achskegelrädern 19, 19' in antriebswirksamer Verbindung. Die Achskegelräder 19, 19' sind jeweils mit einer der beiden Halbachsen 3', 3" der Hinterachse 9 fest verbunden.

Der erste Getriebeteilbereich 4 ist zum einen direkt mit dem Eingangselement 2, nämlich einem Fortsatz der Kardanwelle, und indirekt, nämlich über ein Reduktionsgetriebe (nicht dargestellt) mit der Zusatzantriebseinheit 5 antriebswirksam verbunden und zum anderen indirekt, nämlich über den zweiten Getriebeteilbereich 6, mit den beiden Halbachsen 3', 3" der Hinterachse 9 antriebswirksam verbunden.

Der erste Getriebeteilbereich 4 weist somit drei Schnittstellen auf - zwei Drehmo- menteingänge, nämlich über das Eingangselement 2 und die Zusatzantriebseinheit 5, und einen Drehmomentausgang, nämlich über den zweiten Getriebeteilbereich 6 und das Ausgangselement 3, 3', 3".

Das Eingangselement 2 ist direkt oder indirekt mit dem Hohlrad 15 des ersten Getriebeteilbereichs 4 antriebswirksam verbunden. Die Zusatzantriebseinheit 5 ist indirekt über ein Reduktionsgetriebe (nicht dargestellt) mit dem Sonnenrad 17 des ersten Getriebeteilbereichs 4 antriebswirksam verbunden.

Der zweite Getriebeteilbereich 6 ist über den Differential korb 7 mit dem ersten Getriebeteilbereich 4 antriebswirksam verbunden, wobei der Differential korb 7 den Planetenradträger 8 des ersten Getriebeteilbereichs 4 ausbildet.

Bei nicht zugeschalteter Zusatzantriebseinheit 5 erfolgt keine Übertragung von Antriebsdrehmoment von der Hauptantriebseinheit 1 1 auf die beiden Halbachsen 3', 3"- d.h. bei nicht geschalteter Allrad-Funktion wird kein Drehmoment auf der Hinterachse 9 abgesetzt.

Die Übertragung von Antriebsdrehmoment von der Hauptantriebseinheit 1 1 auf die Hinterachse 9 und somit die Realisierung der Allrad-Funktion erfolgt nur dann, wenn die Zusatzantriebseinheit 5 zugeschaltet ist, d.h. wenn über das Sonnenrad 17 des ersten Getriebeteilbereichs 4, das mit der Zusatzantriebseinheit 5 antriebswirksam verbunden ist, das notwendige Stützmoment zur Verfügung gestellt wird. Die elektrische Maschine stellt das Drehmoment am Sonnenrad, welches als Stützmoment dient. Dieses Stützmoment steuert das gesamte Drehmoment der Hinterachse 9, welches somit direkt proportional zum Stützmoment, das von der Zusatzantriebseinheit 5 gestellt wird, ist. Der Anteil des Drehmoments, das von der Zusatzantriebseinheit 5 geliefert wird ist abhängig von der Standübersetzung des ersten Getriebeteilbereichs 4. Die Zusatzantriebseinheit 5 steuert somit durch das gestellte Drehmoment, das gesamte Drehmoment das an der Hinterachse 9 abgegeben wird. Die Drehmomentverteilung kann dadurch für alle Fahrsituationen vollvariabel gestellt werden. Bezuqszeichenliste

1 Getriebeanordnung

2 Eingangselement

3 Ausgangselement

3' Erste Halbachse (der Hinterachse)

3" Zweite Halbachse (der Hinterachse)

4 Erster Getriebeteilbereich

5 Zusatzantriebseinheit

6 Zweiter Getriebeteilbereich

7 Differential korb

8 Planetenradträger

9 Hinterachse

10 Vorderachse

1 1 Hauptantriebseinheit

12 Hauptgetriebe

13 Drehmonnentübertragendes Element

14, 14' Hinterrad

15 Hohlrad

16, 16' Planetenrad

17 Sonnenrad

18, 18' Ausgleichskegelrad

19, 19' Achskegelrad