Beschreibung

Die Erfindung betrifft Hybridantriebsanordnung für eine Antriebsachse eines Kraftfahr zeugs, eine Antriebsstranganordnung mit mehreren Antriebsachsen, von denen eine von einer solchen Hybridantriebsanordnung antreibbar ist, sowie ein Verfahren zum Steuern einer solchen Antriebsstranganordnung.

Aus der US 2008/0223635 A1 ist ein Hybridantrieb mit einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor bekannt. Der Elektromotor ist zwischen dem Übersetzungsge- triebe und einem der beiden angetriebenen Räder des Kraftfahrzeugs angeordnet, und zwar in paralleler Ausrichtung zum Verbrennungsmotor und in koaxialer Ausrichtung zum Differentialgetriebe. Der Elektromotor ist über eine Getriebestufe mit dem Diffe rentialkorb des Differentialgetriebes verbunden. Hierfür ist eine Vorgelegewelle vorge sehen, die über ein erstes Zahnrad mit dem Elektromotor antriebsverbunden ist. Ein zweites Zahnrad der Vorgelegewelle kämmt mit einem Ringrad, das mit dem Differen tialkorb fest verbunden ist.

Aus der WO 2011 064364 A1 ist eine Antriebsanordnung mit einem Elektromotor und einem Differentialgetriebe zum Antreiben einer Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs bekannt. Eine Kupplung ist im Antriebsstrang zwischen Elektromotor und Differential getriebe angeordnet, die von einem Aktuator steuerbar ist, um wahlweise Drehmoment zu übertragen oder eine Drehmomentübertragung zu unterbrechen. Ein Sensor ist zum Ermitteln mehrerer Schaltstellungen der Schaltkupplung vorgesehen. Aus der DE 10 2015 118 759 A1 ist eine Antriebsstranganordnung für ein Kraftfahr zeug bekannt mit einem ersten Antriebsstrang zum Antreiben einer ersten An triebsachse und einem zweiten Antriebsstrang zum Antreiben einer zweiten An triebsachse. Der erste Antriebsstrang umfasst eine erste Antriebseinheit, ein Achsdif- ferential und zwei Seitenwellen. Der zweite Antriebsstrang umfasst eine zweite An triebseinheit in Form einer elektrischen Maschine, ein Achsdifferential, eine Kupplung und zwei Seitenwellen. Der erste Antriebsstrang und der zweite Antriebsstrang sind mechanisch voneinander getrennt. Es ist eine Steuereinheit zum Steuern der elektri schen Maschine und der Kupplung in Abhängigkeit von der Drehzahl der ersten An- triebsachse und der zweiten Antriebsachse vorgesehen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hybridantriebsanordnung für eine Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs vorzugschlagen, die in verschiedenen Be triebsmodi verwendbar ist und die einen einfachen und kompakten Aufbau hat. Die Aufgabe liegt weiter darin, eine Antriebsstranganordnung mit zwei Antriebsachsen vor zuschlagen, die mit einer solchen Hybridantriebsanordnung in verschiedenen Be triebsmodi betrieben werden kann. Ferner soll ein Verfahren zur Steuerung einer sol chen Hybridantriebsanordnung beziehungsweise Antriebstranganordnung vorge schlagen werden.

Als eine Lösung wird eine Hybridantriebsanordnung für eine Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, umfassend: eine Brennkraftmaschine; eine elektrische Maschine; eine Getriebeanordnung, die von der Brennkraftmaschine und der elektri schen Maschine drehend antreibbar ist und ein Untersetzungsgetriebe aufweist, um eine eingeleitete Drehbewegung ins Langsame zu übersetzen und ein Differentialge triebe aufweist, um die eingeleitete Drehbewegung auf zwei Ausgangsteile aufzuteilen; und eine Kupplung, die von einem Aktuator steuerbar ist und ausgestaltet ist, um wahl weise Drehmoment auf die Antriebsachse zu übertragen oder eine Drehmomentüber tragung zu unterbrechen; wobei das Untersetzungsgetriebe ein Eingangsglied, das mit der Brennkraftmaschine und der elektrischen Maschine permanent drehstarr verbun den ist, ein Ausgangsglied, das koaxial zu einem Differentialträger des Differentialge triebes angeordnet und mit diesem übersetzungslos antriebsverbunden ist, sowie höchstens drei Zwischenglieder zur Drehmomentübertragung zwischen dem Ein- gangsglied und dem Ausgangsglied aufweist, wobei das Übersetzungsverhältnis (i- ges) zwischen dem Eingangsglied und dem Differentialträger fest ist, und wobei die Brennkraftmaschine, die elektrische Maschine und das Eingangsglied des Unterset zungsgetriebes koaxial zueinander angeordnet sind.

Ein Vorteil der Hybridantriebsanordnung ist, dass diese durch die drehstarre Verbin dung zwischen Brennkraftmaschine und elektrischer Maschine sowie die begrenzte Anzahl von Getriebegliedern des Untersetzungsgetriebes einen einfachen und kom pakten Aufbau hat. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung wird als permanent drehstarre Verbindung insbesondere verstanden, dass die Brennkraftmaschine und die elektrische Maschine dauerhaft miteinander antriebsmäßig gekoppelt sind, das heißt nicht voneinander entkoppelbar sind. Beide Maschinen drehen stets in einem festen Verhältnis miteinander. Auch das Übersetzungsverhältnis vom Getriebeein gangsglied zum Getriebeausgangsglied beziehungsweise dem damit antriebsverbun- denen Differentialträger ist fest. Es versteht sich, dass sich dies auf einen geschlosse nen Kupplungszustand bezieht, sofern diese im genannten Leistungspfad angeordnet ist. So drehen die Motorwellen der elektrischen Maschine und der Brennkraftmaschine sowie der Differentialträger, bei geschlossener Kupplung, stets in einem festen Dreh zahlverhältnis miteinander.

Im Zusammenspiel mit der im Antriebsstrang angeordneten Kupplung ergeben sich in vorteilhafter Weise verschiedene Funktionen der Hybridantriebsanordnung. Beispiels weise kann die Hybridantriebsanordnung in einem parallelen Modus betrieben werden, in dem beide Maschinen bei geschlossener Kupplung gemeinsam die Antriebsachse antreiben. Ferner kann die Anordnung - in Verbindung mit einer weiteren elektrischen Antriebsachse - in einem seriellen Modus betrieben werden, wobei die Hybridan triebsanordnung bei geöffneter Kupplung elektrische Energie erzeugt, welche dann zum Antreiben der anderen Antriebsachse mittels eines weiteren Elektromotors ver wendet wird. Auch bei stillstehendem Fahrzeug kann die Anordnung bei geöffneter Kupplung Strom erzeugen (Generatormodus), beziehungsweise eine mit der elektri schen Maschine verbundene Batterie laden. Umgekehrt kann die Brennkraftmaschine von der elektrischen Maschine gestartet werden (Motormodus). Ferner ist eine Last punktanhebung (auch als „Boost“ bezeichnet) möglich. Nach einer möglichen Ausführungsform können die Brennkraftmaschine, die elektri sche Maschine und das Eingangsglied des Untersetzungsgetriebes koaxial zueinan der angeordnet sein. Beide Maschinen können über eine direkte drehfeste Verbin dung, beispielsweise mittels Steckverzahnung oder Steckhülse, mit dem Getriebeein gangsglied verbunden sein, oder über eine indirekte drehfeste Verbindung, beispiels weise über ein Ritzel. Im Falle der direkten drehfesten Verbindung ist das Drehverhält nis zwischen den beiden Motorwellen 1 : 1. Die elektrische Maschine und die Brenn kraftmaschine können in Bezug auf das Getriebeeingangsglied auf derselben oder ent gegengesetzten Seiten angeordnet sein.

Nach einer Ausführungsform können die Drehachse des Eingangsglieds und die Dreh achse des Ausgangsglieds parallel zueinander angeordnet sein. Insbesondere kann das Eingangsglied des Untersetzungsgetriebes eine Getriebewelle sein, mit der ein Antriebsrad drehfest verbunden oder verbindbar ist. Das Antriebsrad ist mit dem Aus gangsglied über die höchstens drei Zwischenglieder antriebsverbunden, wobei ein fes tes Übersetzungsverhältnis zwischen Eingang und Ausgang vorgesehen ist. Das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Eingangsglied und dem Ausgangsglied bezie hungsweise dem damit verbundenen Differentialgetriebe kann beispielsweise zwi schen 3,0 und 4,0 liegen. Als Zwischenglied wird im Rahmen der vorliegenden Offen barung ein Glied verstanden, das zur Drehmomentübertragung mit festem Überset zungsverhältnis im Leistungspfad zwischen dem Eingangsglied und dem Ausgangs glied angeordnet ist, beispielsweise ein Zahnrad, eine Welle und/oder ein Zugmittel, wobei zwischen dem Ausgangsglied und dem Differentialträger keine weitere Überset zung mehr vorgesehen ist.

Nach einer möglichen Konkretisierung kann das Untersetzungsgetriebe als Räderge triebe gestaltet sein. Hierfür ist zwischen der Getriebewelle und dem Differentialge triebe eine Zwischenwelle mit zwei Zwischenrädern vorgesehen, von denen eines mit dem Antriebsrad kämmt und das andere mit einem Ringrad des Ausgangslieds kämmt. Dabei bilden die beiden Zwischenräder und die Zwischenwelle die genannten höchs tens drei Zwischenglieder. Die Drehachse der Zwischenwelle kann parallel zur Dreh achse des Eingangsglieds beziehungsweise zur Drehachse des Ausgangsglieds ver laufen. In diesem Fall sind die Räder des Untersetzungsgetriebes als Stirnräder ge staltet, die insbesondere eine Schrägverzahnung aufweisen können. Es versteht sich, dass die Achsabstände und die Zähnezahlen sich nach den Bauraumverhältnissen und technischen Vorgaben richten und entsprechend bedarfsweise angepasst werden können. Beispielsweise können die Drehachsen von Eingangsglied, Zwischenwelle und Ausgangsglied so angeordnet sein, dass das Verhältnis (V) des zwischen Aus gangsglied und Zwischenwelle gebildeten Achsabstandes relativ zum zwischen Ein gangswelle und Zwischenwelle gebildeten Achsabstand zwischen 1 ,4 und 1 ,7 beträgt. Ferner kann das erste Übersetzungsverhältnis (H ) der ersten Zahnradpaarung zwi schen 1 ,0 und 1 ,2 liegen, und das zweite Übersetzungsverhältnis (i2) der zweiten Zahnradpaarung zwischen 3 und 3,3 liegen, so dass sich insgesamt ein Übersetzungs verhältnis zwischen Getriebeeingangsglied und Differentialträger von etwa 3 bis 4 ergibt. Es versteht sich jedoch, dass das Untersetzungsgetriebe anstelle eines Räder getriebes auch als Zugmitteltrieb mit einem Zahnriemen oder einer Kette als Zugmittel gestaltet sein kann. In diesem Fall wäre lediglich ein Zwischenglied zwischen Ein gangsglied und Ausgangsglied beziehungsweise Differentialträger vorgesehen, näm lich das Zugmittel.

Nach einer Ausführungsform können die Maschinen hinsichtlich der Leistung folgen dermaßen ausgelegt sein: die Brennkraftmaschine kann eine Maximalleistung von we niger als 80 kW haben; die elektrische Maschine kann eine Maximalleistung von we niger als 60 kW, insbesondere von weniger als 50 kW haben; und/oder die Maximal leistung der Brennkraftmaschine kann kleiner als das 1 ,3-fache, insbesondere kleiner als das 1 ,2-fache der maximalen Drehzahl der elektrischen Maschine sein.

Die Drehzahlen der Maschinen können beispielsweise folgendermaßen ausgelegt sein: die Brennkraftmaschine kann eine maximale Drehzahl von weniger als 5500 Um drehungen pro Minute haben; die elektrische Maschine kann eine maximale Drehzahl von weniger als 6500 Umdrehungen pro Minute haben; und/oder die maximale Dreh zahl der elektrischen Maschine kann kleiner als das 1 ,3-fache, insbesondere kleiner als das 1 ,2-fache der maximalen Drehzahl der Brennkraftmaschine sein.

Die elektrische Maschine kann eine Motorwelle in Form einer Hohlwelle aufweisen, die unmittelbar mit einem Endabschnitt der Getriebewelle drehfest verbunden ist. Weiter kann die elektrische Maschine eine Schwungmasse zum Speichern kinetischer Ener gie aufweisen, wobei die Schwungmasse mit der Motorwelle drehfest verbunden ist. Die Kupplung ist vorzugsweise als Formschlusskupplung gestaltet, die einfach und kompakt aufgebaut ist, wobei prinzipiell auch eine Reibungskupplung möglich ist. Nach einer möglichen Ausführungsform ist die Kupplung zwischen dem Ausgangsglied des Untersetzungsgetriebes und dem Differentialträger wirksam angeordnet. In geschlos senem Zustand der Kupplung wird Drehmoment vom Ausgangsglied auf den Differen tialträger übertragen und in geöffnetem Zustand der Kupplung wird die Drehmomen tübertragung unterbrochen, so dass die beiden Maschinen von der Fahrzeugachse abgekoppelt sind. Es versteht sich, dass die Kupplung auch an anderer Stelle im Leis tungspfad zwischen dem Getriebeeingangsglied und der Antriebsachse angeordnet sein kann, beispielsweise zwischen der Eingangswelle und der Zwischenwelle, oder an der Zwischenwelle oder zwischen einem der Seitenwellenräder des Differentials und einer zugehörigen Seitenwelle.

Nach einer Ausführungsform kann das Ausgangsglied des Untersetzungsgetriebes mit einem Differentialgehäuse fest verbunden sein, das in einem ortsfesten Gehäuse dreh bar gelagert ist. Der Differentialträger kann koaxial in dem Differentialgehäuse ange ordnet und relativ zu diesem drehbar gelagert sein. Das Differentialgetriebe weist ins besondere ein erstes Differential-Ausgangsteil zum Antreiben einer ersten Seitenwelle und ein zweites Differential-Ausgangsteil zum Antreiben einer zweiten Seitenwelle auf, wobei die beiden Ausgangsteile untereinander eine ausgleichende Wirkung haben.

Die oben genannte Aufgabe wird weiter gelöst durch eine Antriebsstranganordnung für ein Kraftfahrzeug, umfassend: eine primäre Antriebsachse, die von einer primären elektrischen Maschine als Primärantrieb drehend antreibbar ist; eine sekundäre An triebsachse mit einer Hybridantriebsanordnung, die nach einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen gestaltet ist; und wobei die primäre Antriebsachse und die sekundäre Antriebsachse mechanisch voneinander getrennt sind; eine Speicher anordnung zum Speichern von elektrischer Energie, wobei die Speicheranordnung mit der primären elektrischen Maschine und mit der elektrischen Maschine der Hybridan triebsanordnung elektrisch verbunden ist; und eine Steuereinheit (ECU) zum Steuern der primären elektrischen Maschine und der Hybridantriebsanordnung. Die Antriebsstranganordnung weist entsprechend dieselben Vorteile auf, wie die Hyb ridantriebsanordnung, so dass abkürzend auf obige Beschreibung verwiesen wird. Alle im Zusammenhang mit der Hybridantriebsanordnung beschriebenen Merkmale kön nen in der Antriebsstranganordnung verwirklicht werden. Die elektrische Maschine wandelt Energie um und kann als Motor oder Generator arbeiten. Im Motorbetrieb wan delt die elektrische Maschine elektrische Energie in mechanische Energie um, so dass die Antriebsachse des Kraftfahrzeugs beziehungsweise die Brennkraftmaschine an getrieben werden kann. Im Generatorbetrieb wandelt die elektrische Maschine mecha nische Energie in elektrische Energie um, welche dann in der Batterie gespeichert werden kann. Nach einer möglichen Ausführungsform kann die Maximalleistung der primären elektrischen Maschine größer sein, als die Maximalleistung von zumindest einer der Maschinen der Hybridantriebsanordnung, ohne jedoch hierauf eingeschränkt zu sein.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Steuern einer genannten Antriebsstrangan ordnung kann folgende Schritte umfassen: Öffnen der Kupplung; Betreiben der elektri schen Maschine der Hybridantriebsanordnung im Generatormodus, wobei die Brenn kraftmaschine die elektrische Maschine bei geöffneter Kupplung antreibt, so dass die elektrischen Maschine die von der Brennkraftmaschine eingeleitete mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt; und Speichern der generierten elektrischen Energie in der Speicheranordnung oder Zuführen der generierten elektrischen Energie zur ersten Antriebseinheit.

In diesem Betriebsmodus kann die Batterie mittels der Brennkraftmaschine aufgeladen werden, weswegen dieser Modus auch als Lademodus („Charge mode“) bezeichnet werden kann. Das Laden der Batterie kann bei stillstehendem Fahrzeug erfolgen. Durch die zusätzliche elektrische Energie wird folglich eine Reichweitenverlängerung („ränge extender“) für eine rein elektrische Fahrt erreicht. Hierfür kann die elektrische Energie zu einem späteren Zeitpunkt für eine emissionsfreie Fahrt mittels des primären Elektroantriebs bei abgeschalteter Brennkraftmaschine verwendet werden („serieller Modus“) beziehungsweise für eine kurzfristige Leistungserhöhung mittels des Hybrid antriebs („boost“). Beide elektrische Maschinen können folglich nach Bedarf auf die elektrische Speicheranordnung zugreifen. Der Hauptantrieb wird durch den leistungs starken Elektroantrieb gebildet, der die primäre Antriebsachse antreibt. Nach einer weiteren Verfahrensführung, die bei geöffneter Kupplung durchgeführt wird, kann die elektrische Maschine im Motormodus die Brennkraftmaschine kurzzeitig antreiben, um diese aus dem Stillstand zu starten („ICE Start“).

In einem weiteren Betriebsmodus kann die Kupplung geschlossen werden, die elektri sche Maschine und die Brennkraftmaschine können ausgeschaltet werden, und die elektrische Maschine der Hybridantriebsanordnung kann im Motormodus betrieben werden, um elektrische Energie aus der Speicheranordnung in mechanische Energie umzuwandeln. In diesem Fall treiben die elektrische Maschine und die Brennkraftma schine gemeinsam das Getriebeeingangsglied beziehungsweise der zugehörigen An triebsachse an. Der Antrieb der sekundären Antriebsachse mittels der Hybridan triebsanordnung kann dabei parallel zum Antrieb der primären Antriebsachse mittels des primären Elektromotors erfolgen. Insofern wird dieser Modus auch als paralleler Betriebsmodus bezeichnet. Dabei ist mittels der Kopplung von elektrischer und Brenn kraftmaschine eine Lastpunktverschiebung der Brennkraftmaschine in Bereiche mit höherem Wirkungsgrad möglich („load point shifting“). Nach einer weiteren möglichen Verfahrensführung kann die Kupplung geschlossen werden, die beiden elektrischen Maschinen können ausgeschaltet werden, und die zweite Antriebsachse kann nur durch den Verbrennungsmotor angetrieben werden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird nachstehend anhand der Zeichnungsfigu ren erläutert. Hierin zeigt: Figur 1 eine Hybridantriebsanordnung für eine Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs im Längsschnitt gemäß Schnittlinie l-l aus Figur 2,

Figur 2 die Hybridantriebsanordnung aus Figur 1 in Axialansicht, Figur 3 eine Antriebsstranganordnung eines Kraftfahrzeugs mit einer Hybridan triebsanordnung nach Figur 1 und 2 schematisch.

Die Figuren 1 und 2, die nachstehend gemeinsam beschrieben werden, zeigen eine Hybridantriebsanordnung 2 für eine Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs. Das Fahrzeug kann eine primäre Antriebsachse aufweisen, die von einer primären elektri schen Maschine angetrieben wird, sowie eine sekundäre Antriebsachse, die mit der Hybridantriebsanordnung 2 ausgestattet sein kann.

Die Hybridantriebsanordnung 2 weist eine Brennkraftmaschine 3, eine elektrische Ma schine 4 sowie eine Getriebeanordnung 5 auf. Die beiden Maschinen 3, 4 können bei spielsweise so ausgelegt sein, dass die Brennkraftmaschine 3 eine Maximalleistung von weniger als 80 kW und/oder eine maximale Drehzahl von weniger als 5500 Um drehungen pro Minute hat. Die elektrische Maschine 4 kann eine Maximalleistung von weniger als 60 kW, insbesondere von weniger als 50 kW haben und eine maximale Drehzahl von weniger als 6500 Umdrehungen pro Minute. Die Maximalleistung P3 der Brennkraftmaschine 3 kann kleiner als das 1 ,3-fache, insbesondere kleiner als das 1 ,2-fache der Maximalleistung P4 der elektrischen Maschine sein. Die maximale Dreh zahl n4 der der elektrischen Maschine 4 kann kleiner als das 1 ,3-fache, insbesondere kleiner als das 1 ,2-fache der maximalen Drehzahl n3 der Brennkraftmaschine 3 sein.

Die Getriebeanordnung 5 umfasst ein Untersetzungsgetriebe 6, das ausgestaltet ist, um eine von den Maschinen 3, 4 eingeleitete Drehbewegung ins Langsame zu über setzen, sowie ein im Leistungspfad nachgelagertes Differentialgetriebe 7, das ausge staltet ist, eine vom Untersetzungsgetriebe eingeleitete Drehbewegung auf zwei Aus gangsteile 33, 34 aufzuteilen. Es ist ferner eine Kupplung 8 vorgesehen, die von einem Aktuator 9 steuerbar ist und ausgestaltet ist, um wahlweise Drehmoment auf die An triebsachse zu übertragen oder eine Drehmomentübertragung zu unterbrechen.

Das Untersetzungsgetriebe 6 weist ein Eingangsglied 11 auf, das sowohl mit der Brennkraftmaschine 3 als auch mit der elektrischen Maschine 4 permanent drehstarr verbunden ist, ein Ausgangsglied 12, das koaxial zum Differentialgetriebe 7 angeord net und mit diesem antriebsverbunden ist, sowie mehrere Zwischenglieder 13 zur Drehmomentübertragung zwischen dem Eingangsglied 11 und dem Ausgangsglied 12 auf. Das Gesamtübersetzungsverhältnis (iges) zwischen dem Eingangsglied 11 und dem Ausgangsglied 12, beziehungsweise mit dem hiermit über die Kupplung 8 ver bundenen Differentialträger 14, ist fest und kann beispielsweise zwischen 3,0 und 4,0 liegen, ohne hierauf eingeschränkt zu sein. Die Brennkraftmaschine 3, von der vorliegend nur die Motorwelle 15 dargestellt ist, die elektrische Maschine 4 und das Eingangsglied 11 des Untersetzungsgetriebes sind koaxial zueinander angeordnet, ohne hierauf eingeschränkt zu sein. Das Eingangs glied 11 ist in Form einer Eingangswelle gestaltet, die auch als Getriebewelle bezeich- net werden kann. Die Eingangswelle 11 ist mittels Lagermitteln 16, 17 in einem orts festen Gehäuse 18 um eine erste Drehachse A11 drehbar gelagert. Die Motorwelle 15 der Brennkraftmaschine 3 und die Motorwelle 19 der elektrischen Maschine 4 sind in permanenter drehstarrer Verbindung mit der Eingangswelle 11. Hierfür sind die Motor wellen 15, 19 an entgegengesetzten Endabschnitten 21, 22 der Eingangswelle 11 mit dieser drehfest verbunden, insbesondere mittels einer Wellenverzahnung (splines). Dabei ist zumindest die Motorwelle 19 der elektrischen Maschine 4 in Form einer Hohl welle gestaltet, die unmittelbar auf den Endabschnitt 22 der Getriebewelle 11 drehfest aufgesteckt ist. Es versteht sich, dass die Motorwellen 15, 19 auch über ein zwischen geschaltetes Glied mit der Eingangswelle 11 mit festem Drehverhältnis verbunden werden können. Die elektrische Maschine 4 kann optional ein Revolver-Geberrad 10 zum Erfassen der Drehposition aufweisen, die am anderen Ende der Motorwelle 19 drehfest angeschlossen sein kann.

Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Untersetzungsgetriebe 5 als Räderge- triebe gestaltet, wobei auch andere Getriebeformen, wie ein Riementrieb möglich sind. Das Untersetzungsgetriebe 5 umfasst, neben der Getriebeeingangswelle 11 mit hier mit verbundenem Antriebsrad 23, eine Zwischenwelle 24 mit einem ersten Zwischen rad 25, das mit dem Antriebsrad 23 in Eingriff ist, und einem zweiten Zwischenrad 26, das mit dem Ausgangsrad 12 in Eingriff ist. Die beiden Zwischenräder 25, 26 sind drehfest mit der Zwischenwelle 24 verbunden. Die Verbindung kann durch Form schluss, beispielsweise mittels einer Keilwellenverbindung, oder Stoffschluss wie einer Schweißverbindung realisiert werden. Die Zwischenwelle 24 ist in dem Gehäuse 18 mittels Lagermitteln 27, 28 um die Drehachse A24 drehbar gelagert ist, die parallel zur Drehachse A11 der Eingangswelle 11 und zur Drehachse A7 des Differentialgetriebes 7 verläuft.

Dadurch, dass lediglich drei drehmomentübertragende Zwischenglieder (24, 25, 26) zwischen dem Antriebsrad 23 und dem Ausgangsglied 12 vorgesehen sind, ergibt sich ein besonders kompakter Aufbau der Anordnung. Dies wird weiter dadurch be günstigt, dass der erste Rädersatz 23, 25 und der zweite Rädersatz 26, 12 unmittelbar axial benachbart zueinander angeordnet sind. Die Räder 23, 25; 26, 12 des Unterset zungsgetriebes 5 können als Stirnräder mit Schrägverzahnung gestaltet sein. Das Ausgangsglied 12 kann ein Ringrad 20 umfassen, das mit dem Zwischenrad 26 in Verzahnungseingriff ist.

Die konkrete Ausgestaltung der Achsabstände, Räder beziehungsweise Zähnezahlen richtet sich nach den technischen Anforderungen und Bauraumverhältnissen. Bei spielsweise kann das Übersetzungsverhältnis (i1 ) der ersten Zahnradpaarung 23, 25 zwischen 1 und 1 ,2 liegen, und das zweite Übersetzungsverhältnis (i2) der zweiten Zahnradpaarung 26, 12 zwischen 3 und 3,3 liegen. Insgesamt ergibt sich damit ein Übersetzungsverhältnis zwischen Getriebeeingangsglied 11 und Differentialträger 14 von etwa 3 bis 4. Wie insbesondere in Figur 2 erkennbar, ist ein erster Achsabstand B1 zwischen der Drehachse A11 der Eingangswelle 11 und der Drehachse A24 der Zwischenwelle 24 gebildet. Ein zweiter Achsabstand B2 ist zwischen den Drehachsen A24, A12 der Zwischenwelle 24 und dem Ringrad 20 gebildet. Das Abstandsverhältnis V des zweiten Achsabstandes B2 relativ zum ersten Achsabstand B1 kann beispiels weise zwischen 1 ,4 und 1 ,7 liegen (1 ,4 < B2/B1 < 1 .7).

Das Ringrad 20 ist fest mit einem Differentialgehäuse 27 verbunden, das mittels La germitteln 28, 29 im Gehäuse 18 um die Drehachse A7 drehbar gelagert ist. Die Ver bindung zwischen Ringrad 20 und Differentialgehäuse 27 ist vorliegend eine Schweiß verbindung, wobei andere Verbindungsmittel wie Schraubverbindungen ebenso mög lich sind. Das Differentialgehäuse 27 kann zwei Gehäuseteile umfassen, die im Be reich ihrer Öffnungen jeweils einen Flanschabschnitt aufweisen, mit dem sie in einer entsprechenden Aufnahme des Ringrads 20 eingesetzt und mit diesem verbunden sind.

In dem Differentialgehäuse 27 ist ein Differentialträger 14 um die Drehachse A7 dreh bar gelagert, der die eingeleitete Drehbewegung auf ein erstes Differential-Ausgangs- teil 33 zum Antreiben einer ersten Seitenwelle und einem zweiten Differential-Aus- gangsteil 34 zum Antreiben einer zweiten Seitenwelle aufteilt. Konkret kann in dem Differentialträger 14 ein Zapfen 30 aufgenommen sein, auf dem zwei Differentialräder 32 um eine Zapfenachse drehbar gelagert sind. Die Differentialräder 32 sind mit dem ersten und zweiten Differential-Ausgangsteil 33, 34 in Verzahnungseingriff, die koaxial zur Drehachse A7 angeordnet sind. Die beiden Differential-Ausgangsteile 33, 34 sind in Form von Seitenwellenrädern gestaltet und können eine Wellenverzahnung zur drehfesten Verbindung mit einer zugehörigen Seitenwelle (hier nicht dargestellt) ha ben. Die beiden Seitenwellenräder 33, 34 können gegenüber dem Differentialgehäuse 27 über reibmindernde Gleitscheiben axial abgestützt sein.

Die Kupplung 8 ist als formschlüssige Kupplung, insbesondere als Zahnkupplung ge staltet, wobei andere Formen von Kupplungen ebenso denkbar sind, beispielsweise eine Reibungskupplung. Die Kupplung 8 umfasst ein erstes Kupplungsteil 36, das mit dem Differentialträger 14 fest verbunden und insbesondere einteilig gestaltet ist, sowie ein zweites Kupplungsteil 37, das gegenüber dem ersten Kupplungsteil 36 axial be weglich und mit dem Differentialgehäuse 27 drehfest verbunden ist. Das zweite Kupp lungsteil 37 kann zur Übertragung eines Drehmoments in das erste Kupplungsteil 36 eingerückt werden, wobei eine formschlüssige Verbindung zwischen den beiden Kupp lungsteilen entsteht. Durch erneutes Ausrücken des zweiten Kupplungsteils 37 kann die Drehmomentübertragung wieder unterbrochen werden. Das erste Kupplungsteil 36 hat als Formschlussmittel einen Zahnring, der an einer Stirnseite des Differentialträ gers 14 einteilig angeformt ist. Entsprechend hat das zweite Kupplungsteil 37 einen gegengleichen Zahnring, der innerhalb des Differentialgehäuses 27 angeordnet ist. Weiter hat das zweite Kupplungsteil 37 mehrere über den Umfang verteilte axiale An sätze 38, die durch entsprechende Durchgangsöffnungen des Differentialgehäuses 27 hindurchtreten. Durch entsprechendes Ansteuern des Aktuators 9 kann das zweite Kupplungsteil 37 relativ zum ersten Kupplungsteil 36 axial bewegt werden, wobei eine Drehmomentübertragung vom Ringrad 20 auf den Differentialträger 14 in eingerück tem Zustand hergestellt ist, während die Drehmomentübertragung in ausgerücktem Zustand unterbrochen ist.

Der Aktuator 9 umfasst einen Elektromagneten 39 und einen Magnetkolben 40. Bei Bestromen des Elektromagneten 39 wird der Magnetkolben 40 in Richtung zur Kupp lung 8 beaufschlagt, so dass diese geschlossen wird. Am zweiten Kupplungsteil 37 ist eine Sensorscheibe 35 befestigt, die mit einem Sensor (nicht dargestellt) zusammen wirkt, so dass die Schaltstellung der Kupplung 8 identifiziert werden kann. Zwischen dem Differentialgehäuse 27 und der Sensorscheibe 35 ist eine Rückstellfeder ange ordnet. Wird der Elektromagnet 39 abgeschaltet, wird das das zweite Kupplungsteil 37 in seine Ausgangsposition bewegt, so dass die Kupplung 8 wieder geöffnet wird.

Das Differentialgehäuse 27 hat einen ersten Hülsenansatz 42 und einen zweiten Hül senansatz 43, welche über die Lager 26, 27 im Getriebegehäuse 7 drehbar gelagert sind. Nicht dargestellte Seitenwellen können durch die Hülsenansätze 42, 43 einge steckt und an ihren inneren Enden jeweils mit einem zugehörigen Seitenwellenrad 33, 34 verbunden werden.

Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Antriebsstranganordnung 44 mit einer erfin dungsgemäßen Hybridantriebsanordnung 2 gemäß Figuren 1 in schematischer Dar stellung. Die Antriebsstranganordnung 44 umfasst einen ersten Antriebsstrang 45 mit einer ersten Antriebsachse 46 und einen zweiten Antriebsstrang 47 mit einer zweiten Antriebsachse 48.

Der erste Antriebsstrang 45 ist von einer ersten Antriebseinheit 49 antreibbar, die eine elektrische Maschine 51 mit einer nachgelagerten Getriebeanordnung 50 umfasst, mit der das Motormoment in ein Antriebsmoment beziehungsweise die Motordrehzahl in eine Antriebsdrehzahl umgewandelt wird. Der zweite Antriebsstrang 47 ist von der Hybridantriebsanordnung 2 antreibbar, die konstruktiv gemäß Figur 1 gestaltet sein kann. Es ist ferner eine Speicheranordnung 52 zum Speichern von elektrischer Ener gie vorgesehen, die sowohl mit der ersten elektrischen Maschine 51 als auch mit der elektrischen Maschine 3 der Hybridantriebsanordnung 2 elektrisch verbunden ist, so wie eine Steuereinheit 53 zum Steuern der ersten Antriebseinheit 49 und zweiten An triebseinheit 3, 4.

Es ist erkennbar, dass die erste Antriebsachse 46 die Hinterachse und die zweite An triebsachse 48 die Vorderachse des Kraftfahrzeugs bildet, wobei auch eine umge kehrte Anordnung möglich ist. Die beiden Antriebsstränge 45, 47 sind mechanisch voneinander getrennt, das heißt, es ist keine Kraftübertragung zwischen den beiden Antriebssträngen möglich. Die erste Antriebseinheit 49 dient zum alleinigen mechani schen Antrieb der ersten Antriebsachse 46, während die Hybridantriebsanordnung 2 zum alleinigen mechanischen Antrieb der zweiten Antriebsachse 6 dient. Es ist vorgesehen, dass die erste Antriebseinheit 49 für die erste Antriebsachse leis tungsstarker ist, als zumindest eine oder beide der Antriebseinheiten 3, 4 der Hybrid antriebsanordnung 2. Insofern wird die erste Antriebseinheit 49 auch als primäre An triebseinheit und die erste Antriebsachse entsprechend als primäre Antriebsachse be zeichnet, während die zweite Antriebseinheit 3, 4 beziehungsweise zweite An triebsachse 48 entsprechend als sekundäre Antriebseinheit beziehungsweise An triebsachse bezeichnet werden können. Nach einer möglichen Ausführungsform kann die elektrische Maschine 51 der primären Antriebseinheit 49 eine Maximalleistung von über 60 kW, insbesondere über 70 kW aufweisen, während die elektrische Maschine 4 der Hybridantriebsanordnung 2 eine Maximalleistung von weniger als 60kW, insbe sondere weniger als 50 kW aufweisen kann.

Die Getriebeanordnung 50 der primären Antriebsachse 46 umfasst ein Untersetzungs getriebe 54 zur Übersetzung der vom Elektromotor 51 eingeleiteten Drehbewegung ins Langsame sowie ein nachgelagertes Differentialgetriebe 55. Von dem Differential getriebe 55 wird das eingeleitete Drehmoment auf die beiden Seitenwellenräder 56, 57 aufgeteilt und auf die hiermit antriebsverbundenen Seitenwellen 58, 59 übertragen. An den Enden der Seitenwellen 58, 59 befinden sich Gleichlaufdrehgelenke, welche eine Drehmomentübertragung auf die Fahrzeugräder 60, 61 unter Winkelbewegungen ermöglichen.

Die sekundäre Antriebsachse 48 ist ähnlich aufgebaut. Von dem Differentialgetriebe 7 wird das bei geschlossener Kupplung 8 eingeleitete Drehmoment auf die beiden Sei tenwellenräder 33, 34 übertragen. In die Wellenverzahnungen der Seitenwellenräder sind entsprechende Ausgangswellen 62, 63 zur Drehmomentübertragung drehfest ein gesteckt. Die Ausgangswellen 62, 63 sind über zugehörigen Seitenwellen 64, 65 mit Gleichlaufgelenken zur Drehmomentübertragung auf die Rädern 66, 67 der sekundä ren Antriebsachse 48 verbunden.

Die Antriebsstranganordnung 44 mit primärerem Elektroantrieb 49 und sekundärem Hybridantrieb 2 erlaubt in vorteilhafter Weise mehrere Betriebsmodi. Beispielsweise kann die Hybridantriebsanordnung 2 in einem parallelen Modus betrieben werden, in dem beide Maschinen 3, 4 bei geschlossener Kupplung 8 gemeinsam die sekundäre Antriebsachse 48 antreiben. Ferner können die Antriebsanordnungen 2, 49 in einem seriellen Modus betrieben werden, wobei die Hybridantriebsanordnung 2 bei geöffne ter Kupplung 8 elektrische Energie erzeugt, welche dann zum Antreiben der primären Antriebsachse 46 mittels des primären Elektromotors 49 verwendet wird. Auch bei still- stehendem Fahrzeug kann die Hybridantriebsanordnung 2 bei geöffneter Kupplung 8 elektrische Energie erzeugen (Generatormodus), beziehungsweise die Speichermittel 52 aufladen. Umgekehrt kann die Brennkraftmaschine 3 von der elektrischen Ma schine 4 gestartet werden (Motormodus). Ferner ist eine Lastpunktanhebung möglich, bei der die Brennkraftmaschine 3 mithilfe der elektrischen Maschine 4 in einem Leis- tungsbereich mit höherem Wirkungsgrad betrieben wird.

Insgesamt bietet die Hybridantriebsanordnung 2, bei der die Brennkraftmaschine 3 und elektrische Maschine 4 auf eine gemeinsame Getriebeeingangswelle 11 wirken, eine hohe Leistungsfähigkeit mit gleichzeitig kompaktem und einfachem Aufbau. Im Zusam- menwirken mit der primären Antriebsachse 46 ergeben sich die oben beschriebenen Betriebsmöglichkeiten.

Bezugszeichenliste

2 Hybridantriebsanordnung

3 Brennkraftmaschine

4 elektrische Maschine

5 Getriebeanordnung

6 Untersetzungsgetriebe

7 Differentialgetriebe

8 Kupplung

9 Aktuator

10 Geberrad 11 Eingangsglied 12 Ausgangsglied

13 Zwischenglieder

14 Differentialträger

15 Motorwelle

16 Lager

17 Lager

18 Gehäuse

19 Motorwelle

20 Ringrad

21 , 22 Endabschnitt

23 Antriebsrad

24 Zwischenwelle

25 erstes Zwischenrad

26 zweites Zwischenrad 27 Differentialgehäuse

28, 29 Lagermittel

29 Lagermittel

30 Bolzen

32 Differentialräder

33, 34 Seitenwellenrad

35 Sensorscheibe 36 erste Kupplungsteil

37 zweites Kupplungsteil

38 Ansätze

39 Elektromagnet

40 Magnetkolben

41

42 Hülsenansatz

43 Hülsenansatz

44 Antriebsstranganordnung

45 erster Antriebsstrang

46 erste Antriebsachse

47 zweiter Antriebsstrang

48 zweite Antriebsachse

49 erste Antriebseinheit

50 Getriebeanordnung

51 primäre elektrische Maschine

52 Speicheranordnung

53 Steuereinheit

54 Untersetzungsgetriebe

55 Differentialgetriebe

56, 57 Seitenwellenrad 58, 59 Seitenwelle 60 Rad 61 Rad

62, 63 Ausgangswelle 64, 65 Seitenwelle 66, 67 Rad

A Drehachse

Übersetzungsverhältnis n Drehzahl

P Leistung