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DE102011056048A1 - Antriebsstrang eines rein elektrisch allradbetreibbaren Kraftfahrzeuges - Google Patents

Antriebsstrang eines rein elektrisch allradbetreibbaren Kraftfahrzeuges Download PDF

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DE102011056048A1
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Daniel Knoblauch
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Dr Ing HCF Porsche AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang(1) eines rein elektrisch allradbetreibbaren Kraftfahrzeuges, mit einer ersten Achse (2) und einer zweiten Achse sowie zwei in Fahrtrichtung (3) des Kraftfahrzeuges angeordneten Elektromaschinen (10), wobei die erste Achse (2) mittels der Elektromaschinen (10) über ein Getriebe (11) antreibbar ist. Bei einem solchen Antriebsstrang wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das Getriebe (11) und die erste Achse (2) mittels mindestens einer Kegelradverzahnung (20, 7; 20, 27) miteinander verbunden sind, sowie das Getriebe (11) und eine Welle zum Antreiben der zweiten Achse mittels mindestens einer weiteren Verzahnung (22, 23; 22, 28) miteinander verbunden sind. Durch einen solchen Antriebsstrang kann bei einem rein elektrisch zu betreibenden Kraftfahrzeug mit baulich einfachen Mitteln ein Allradantrieb dargestellt werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang eines rein elektrisch allradbetreibbaren Kraftfahrzeuges, mit einer ersten und einer zweiten Achse sowie zwei in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges angeordneten Elektromaschinen, wobei die erste Achse mittels der Elektromaschinen über ein Getriebe antreibbar ist.
  • Ein solcher Antriebsstrang, der für ein elektrisch antreibbares Erdbewegungsfahrzeug oder für ein landwirtschaftliches Fahrzeug mit Vierradantrieb Verwendung findet, ist aus der DE 600 13 340 T2 bekannt. Dieser Antriebsstrang weist zwei Elektromaschinen auf, die in Fahrtrichtung oberhalb der einen, hinteren Achse, angeordnet sind, und mit einem Stirnradgetriebe zusammenwirken, das vor der Hinterachse angeordnet ist. Das Getriebe ist über eine Welle oder zwei Wellen mit den Differentialen verbunden, die den beiden Achsen, somit der Hinterachse und der Vorderachse zugeordnet sind.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Antriebsstrang bei einem rein elektrisch zu betreibenden Kraftfahrzeug zu schaffen, durch den mit baulich einfachen Mitteln ein Allradantrieb dargestellt werden kann.
  • Gelöst wird die Aufgabe durch einen Antriebsstrang, der gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildet ist.
  • Der Antriebsstrang des rein elektrisch allradbetreibbaren Kraftfahrzeuges weist somit eine erste und eine zweite Achse sowie zwei in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges angeordnete Elektromaschinen auf. Die erste Achse ist dabei mittels der Elektromaschinen über ein Getriebe antreibbar. Wesentlich ist, dass das Getriebe und die erste Achse mittels mindestens einer Kegelradverzahnung miteinander verbunden sind, sowie das Getriebe und eine Welle zum Antreiben der zweiten Achse mittels mindestens einer weiteren Verzahnung miteinander verbunden sind. Die mindestens eine Kegelradverzahnung dient somit dem Übertragen des Momentes der in Fahrtrichtung angeordneten Elektromaschinen auf die quer zur Fahrtrichtung angeordnete erste Achse. Zusätzlich zu dieser ersten Achse treibt das Getriebe noch die Welle, bei der es sich insbesondere um eine Gelenk- oder Kardanwelle handelt, an, wobei diese Welle an die zweite Achse des Fahrzeugs angebunden ist, um auch diese anzutreiben.
  • Der Antriebsstrang kann aufgrund dieser Gestaltung im Bereich der ersten Achse und der Elektromaschinen sowie des dazwischen befindlichen Getriebes sehr kompakt gestaltet sein.
  • Der Antriebsstrang findet vorzugsweise bei einem Kraftfahrzeug Verwendung, das als Personenkraftwagen ausgebildet ist. Es handelt sich bei diesem Personenkraftwagen insbesondere um einen Sportwagen. Dieses Kraftfahrzeug, insbesondere der Personenkraftwagen bzw. der Sportwagen, ist vorzugsweise als Heckantrieb ausgebildet. Die Elektromaschinen sind somit im hinteren Bereich des Kraftfahrzeugs bzw. des Antriebsstrangs angeordnet. Die Elektromaschinen befinden sich somit nahe der ersten, hinteren Achse. Insbesondere ist vorgesehen, dass sich diese vor den Elektromaschinen befindet.
  • Grundsätzlich kann das Kraftfahrzeug aber als Frontantrieb ausgebildet sein. In diesem Fall befinden sich die elektrischen Maschinen somit im Bereich der zweiten, vorderen Achse des Antriebsstrangs, insbesondere vor dieser Achse.
  • Die dem Antriebsstrang zugeordneten Räder sind insbesondere einzeln über Gelenkwellen mit diesem verbunden. Der Antriebsstrang weist in diesem Fall keine Starrachsen auf.
  • Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, wenn beide Elektromaschinen über eine konstante Übersetzung miteinander verbunden sind.
  • Gemäß einer vorteilhaften Variante ist vorgesehen, dass eine Welle des Getriebes mittels der beiden Elektromaschinen antreibbar ist, sowie eine Kegelradverzahnung ein Ritzel und ein Tellerrad aufweist, wobei das Ritztel mit dieser Getriebewelle verbunden ist und mittels des Tellerrades ein Differential der ersten Achse antreibbar ist.
  • Ferner ist es von Vorteil, wenn eine Welle des Getriebes mittels der beiden Elektromaschinen antreibbar ist, wobei ein mit dieser Getriebewelle verbundenes Stirnrad mit einem Stirnrad kämmt, das mit einer anderen Welle des Getriebes verbunden ist, wobei diese andere Getriebewelle mit der Welle zum Antreiben der zweiten Achse verbunden ist.
  • Es sind somit insbesondere beide Elektromaschinen über eine konstante Übersetzung miteinander verbunden und treiben gemeinsam das Ritzel an, das über das Tellerrad das Differential der ersten Achse antreibt. Mittels eines Zahnrades, insbesondere eines Stirnrades auf der Ritzelwelle, wird dann über ein Zahnrad, insbesondere ein Stirnrad, die Welle, die insbesondere als Kardanwelle ausgebildet ist, angetrieben.
  • Gemäß einer anderen vorteilhaften Variante ist vorgesehen, dass das Getriebe zwei Ausgangswellen aufweist, wobei jede Ausgangswelle mittels einer der Elektromaschinen antreibbar ist, sowie jede Ausgangswelle über ein jeweiliges Zahnrad mit einem gemeinsamen Differential verbunden ist, wobei der Ausgang des Differentials mit der Welle zum Antreiben der zweiten Achse verbunden ist. Bei dieser Variante sind insbesondere zwei Kegelradverzahnungen vorgesehen, die jeweils ein Ritzel und ein Tellerrad aufweisen, wobei das jeweilige Ritzel mit einer der beiden Ausgangswellen verbunden ist und das jeweilige Tellerrad mit einer jeweiligen Achshälfte der ersten Achse verbunden ist.
  • Gemäß dieser anderen Variante weist das Getriebe somit zwei getrennte Ritzel auf, welche über ein jeweiliges Tellerrad die linke bzw. rechte Achshälfte der ersten Achse, somit das linke bzw. rechte Rad der ersten Achse antreiben. Beide Ritzelwellen sind über ein jeweiliges Zahnrad mit einem gemeinsamen Differential verbunden, zur Einleitung von Moment in die Welle, insbesondere die Kardanwelle, die an die zweite Achse angebunden ist.
  • Als besonders zweckmäßig wird es angesehen, wenn bei dem Antriebsstrang das Getriebe, bis auf das als Kegelrad ausgebildete Ausgangszahnrad des Getriebes bzw. die als Kegelräder ausgebildeten Ausgangszahnräder des Getriebes, als Stirnradgetriebe ausgebildet ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei dem Antriebsstrang beide Elektromaschinen Synchronmaschinen oder Asynchronmaschinen sind, oder die eine Elektromaschine eine Synchronmaschine und die andere Elektromaschine eine Asynchronmaschine ist. Beim Betrieb des Fahrzeuges kann eine Elektromaschine abgestellt werden. Insbesondere wird eine Asynchronmaschine abgestellt, weil diese dann ohne magnetischen Widerstand weiter mitlaufen kann. Es ist demzufolge nicht erforderlich, diese Elektromaschine abzukuppeln. Grundsätzlich kann aber durchaus auch eine als Synchronmaschine ausgebildete Elektromaschine abgeschaltet werden. Bei Abschaltung der einen Elektromaschine wird der Antriebsstrang von der anderen Elektromaschine beaufschlagt, somit über diese eine, in Betrieb befindliche Elektromaschine die Räder von Hinter- und Vorderachse angetrieben.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der beigefügten Zeichnung und der Beschreibung der in der Zeichnung wiedergegebenen, bevorzugten Ausführungsbeispiele, ohne auf diese beschränkt zu sein. Es zeigt:
  • 1 eine Prinzipdarstellung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs,
  • 2 eine Prinzipdarstellung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs,
  • Das Ausführungsbeispiel gemäß der 1 veranschaulicht einen Antriebsstrang für ein rein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, bei dem es sich insbesondere um einen Personenkraftwagen, konkret einen Sportwagen, handelt. Gezeigt ist in der 1 nur der der Hinterachse des Kraftfahrzeugs zugeordnete Bereich des Antriebsstrangs.
  • Der Antriebsstrang 1 mit Einzelradaufhängung weist die erste, hintere Achse 2 und eine nicht veranschaulichte zweite, vordere Achse auf. Bezogen auf die Vorwärtsfahrtrichtung 3 des Kraftfahrzeuges, nachfolgend kurz als Fahrtrichtung bezeichnet, weist die hintere Achse 2 einen linken Achsabschnitt 4 und einen rechten Achsabschnitt 5 auf. Angetrieben werden die beiden Achsabschnitte 4 und 5 mittels eines Differentials 6 der hinteren Achse 2. Das Differential 6 weist ein Tellerrad 7 auf. Mit der Bezugsziffer 8 sind das linke und das rechte Rad der hinteren Achse 2 und mit der Bezugsziffer 9 Lager für die Achsabschnitte 4 und 5 der hinteren Achse 2 bezeichnet. Die Achsabschnitte 4 und 5 der hinteren Achse 2 und auch die Achsabschnitte der vorderen Achse weisen Gelenkwellen auf.
  • Die hintere Achse 2 ist mittels zweier Elektromaschinen 10 über ein Getriebe 11 antreibbar. Hierbei ist das Getriebe 11 hinter der hinteren Achse 2 angeordnet, und es sind die beiden Elektromaschinen 10 hinter dem Getriebe 11 angeordnet. Die Elektromaschinen 10 sind jeweils in Fahrtrichtung 3 angeordnet, und die Rotationsachse der jeweiligen Elektromaschine 10, dargestellt durch deren Abtriebswelle 12, somit in Fahrtrichtung 3 angeordnet.
  • Der Stator der jeweiligen Elektromaschine 10 ist mit der Bezugsziffer 13, der Rotor der jeweiligen Elektromaschine 10, mit dem die Abtriebswelle 12 verbunden ist, mit der Bezugsziffer 14 bezeichnet. Gelagert ist die jeweilige Abtriebswelle 12 in Lagern 15.
  • Das Getriebe 11 ist im Wesentlichen als Stirnradgetriebe ausgebildet. Drehfest mit der jeweiligen Abtriebswelle 12 ist ein als Stirnrad ausgebildetes Ritzel 16 verbunden. Die den beiden Abtriebswellen 12 der Elek-tromaschinen 10 zugeordneten Ritzel 16 kämmen mit einem gemeinsamen Stirnrad 17 des Getriebes 1, das mit einer Welle 18 verbunden ist. Diese Welle 18 ist in Lagern 19 gelagert. Mit der sich in Fahrtrichtung 3 erstreckenden Welle 18 ist im Bereich deren vorderen Endes ein als Kegelrad ausgebildetes Ritzel 20 verbunden. Dieses kämmt mit dem Tellerrad 7 und bildet somit mit diesem eine Kegelradverzahnung. Über die Elektromaschinen 10 ist demnach das Ritzel 20 antreibbar und über dieses das Tellerrad 7, wobei letzteres das Differential 6 der hinteren Achse 2 antreibt, womit über die Achsabschnitte 4 und 5 die beiden hinteren Räder 8 angetrieben werden.
  • Zwischen dem Stirnrad 17 und dem Ritzel 20 ist die Welle 18 des Getriebes 1 mit einem weiteren Stirnrad 22 verbunden. Dieses kämmt mit einem Stirnrad 23 des Getriebes 11, das mit einer Welle 24 verbunden ist, deren dem Stirnrad 23 abgewandtes Ende als Anbindung für eine nicht veranschaulichte Welle, insbesondere eine Kardanwelle, dient. Über diese Kardanwelle, die von dem Bereich der hinteren Achse 2 nach vorne in den Bereich der vorderen Achse des Antriebsstrangs reicht, erfolgt die Momentenanbindung der beiden Elektromaschinen 10 an die vordere Achse des Antriebsstrangs. Diese Anbindung zwischen dem Anbindungspunkt 25 der Welle 24 und der Vorderachse kann in aus der dem Stand der Technik allgemein bekannter Art und Weise erfolgen, wobei der Welle bzw. Kardanwelle durchaus eine regelbare Kupplung, insbesondere eine Hang-on Kupplung zugeordnet sein kann.
  • Das Ausführungsbeispiel nach der 1 veranschaulicht somit die Ausbildung des Antriebsstranges 1 eines rein elektrisch allradbetreibbaren Kraftfahrzeuges, bei dem beide Elektromaschinen 10 über eine konstante Übersetzung miteinander verbunden sind und gemeinsam das Ritzel 20 antreiben, welches über das Tellerrad 7 das Differential 6 der hinteren Achse 2 antreibt. Mittels des Zahnrades 22 auf der Ritzelwelle 18 wird über das Zahnrad 23 die (Kardan-)Welle und damit die vordere Achse angetrieben.
  • Bei der Ausführungsform des Antriebsstrangs 1 gemäß der 2 sind Bauteile, die in ihrem Aufbau bzw. ihrer Funktion denen der Ausführungsform nach der 1 entsprechen, der Einfachheit halber mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.
  • Der Antriebsstrang 1 gemäß der Ausführungsform nach der 2 unterscheidet sich vom Antriebsstrang 1 gemäß der Ausführungsform nach 1 im Wesentlichen dadurch, dass bei der Ausführungsform nach 2 zwei Wellen 18 vorgesehen sind, die parallel und in Fahrtrichtung 3 des Kraftfahrzeuges angeordnet sind. Jede Welle 18 weist das Stirnrad 17, das Stirnrad 22 und das Ritzel 20 auf. Demzufolge treibt die eine Elektromaschine 10 über das dieser zugeordnete Ritzel 16 die eine Welle 18 und die andere Elektromaschine 10 über das dieser zugeordnete Ritzel 16 die andere Welle 18 an. Bei gleicher Drehzahl der Elektromaschinen wird die eine Welle 18 mit derselben Drehzahl angetrieben wie die andere Welle 18. Das Ritzel 20 der jeweiligen Welle 18 kämmt mit einem Tellerrad 27, das mit dem linken Achsabschnitt 4 bzw. dem rechten Achsabschnitt 5 verbunden ist. Bei dieser Gestaltung des Antriebsstrangs werden die hinteren Räder 8 einzeln angetrieben, und es ist demzufolge durch unterschiedliche Drehmomente der Elektromaschinen 10 ein elektrisches Torque-Vectoring möglich.
  • Um die beiden Elektromaschinen 10 kraftschlüssig an die nicht veranschaulichte vordere Achse des Antriebsstrangs 1 anzubinden, kämmen die beiden Stirnräder 22 der beiden Wellen 18, die jeweils zwischen dem Stirnrad 17 und dem Ritzel 20 angeordnet sind, mit Stirnrädern 21 und 28 eines Planetendifferentials 29, wobei ein Ausgang des Differentials 29, veranschaulicht durch den Anbindungspunkt 25, mit einer nicht veranschaulichten Welle, insbesondere einer Kardanwelle, verbunden ist, über die Vorderachse des Antriebsstrangs 1 angetrieben wird.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist das Getriebe 1 somit zwei getrennte Ritzel 20 auf, welche über ein jeweiliges Tellerrad 27 das linke bzw. rechte Rad 8 der hinteren Achse 2 antreiben. Beide Ritzelwellen 18 sind über ein jeweiliges Zahnrad 22 mit einem gemeinsamen Differential 29 verbunden, zur Einleitung von Moment in die (Kardan-)Welle.
  • Bei den beiden Elektromaschinen 10 des Ausführungsbeispiels gemäß der 1 kann die eine Elektromaschine 10 eine Synchronmaschine und die andere Elektromaschine 10 eine Asynchronmaschine sein. Insbesondere eignet sich die Asynchronmaschine für den Betrieb des Fahrzeuges mit nur einer Elektromaschine 10, wobei die andere Elektromaschine 10, die Synchronmaschine, abgeschaltet ist. Sie kann ohne magnetischen Widerstand mitlaufen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 60013340 T2 [0002]

Claims (12)

  1. Antriebsstrang (1) eines rein elektrisch allradbetreibbaren Kraftfahrzeuges, mit einer ersten Achse (2) und einer zweiten Achse sowie zwei in Fahrtrichtung (3) des Kraftfahrzeuges angeordneten Elektromaschinen (10), wobei die erste Achse (2) mittels der Elektromaschinen (10) über ein Getriebe (11) antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (11) und die erste Achse (2) mittels mindestens einer Kegelradverzahnung (20, 7; 20, 27) miteinander verbunden sind, sowie das Getriebe (11) und eine Welle zum Antreiben der zweiten Achse mittels mindestens einer weiteren Verzahnung (22, 23; 22, 28; 22, 21) miteinander verbunden sind.
  2. Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Achse (2) eine Hinterachse des Kraftfahrzeugs ist.
  3. Antriebsstrang nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschinen (10) nahe der Hinterachse (2), insbesondere hinter der Hinterachse (2), angeordnet sind.
  4. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein Antriebsstrang eines Personenkraftwagens, insbesondere eines Sportwagens ist.
  5. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschinen (10) über eine konstante Übersetzung oder ein Schaltgetriebe miteinander verbunden sind.
  6. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Welle (18) des Getriebes (11) mittels der beiden Elektromaschinen (10) antreibbar ist, sowie eine Kegelradverzahnung (20, 7) ein Ritzel (20) und eine Tellerrad (7) aufweist, wobei das Ritzel (20) mit dieser Getriebewelle (18) verbunden ist und mittels des Tellerrades (7) ein Differential (6) der ersten Achse (2) antreibbar ist.
  7. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Welle (18) des Getriebes (11) mittels der beiden Elektromaschinen (10) antreibbar ist, wobei ein mit dieser Getriebewelle (18) verbundenes Stirnrad (22) mit einem Stirnrad (23) kämmt, das mit einer anderen Welle des Getriebes (24) verbunden ist, wobei diese andere Getriebewelle (24) mit der Welle zum Antreiben der zweiten Achse verbunden ist.
  8. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (11) zwei Ausgangswellen (18) aufweist, wobei jede Ausgangswelle (18) mittels einer der Elektromaschinen (10) antreibbar ist, sowie jede Ausgangswelle (18) über ein jeweiliges Zahnrad (22) mit einem gemeinsamen Differential (29) verbunden ist, wobei der Ausgang des Differentials (29) mit der Welle zum Antreiben der zweiten Achse verbunden ist.
  9. Antriebsstrang nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch zwei Kegelradverzahnungen (20, 27), die jeweils ein Ritzel (20) und ein Tellerrad (27) aufweisen, wobei das jeweilige Ritzel (20) mit einer der beiden Ausgangswellen (18) verbunden ist, und das jeweilige Tellerrad (27) mit dem jeweiligen Achsabschnitt (4 bzw. 5) der ersten Achse (2) verbunden ist.
  10. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (11), bis auf das als Kegelrad ausgebildete Ausgangszahnrad (20) des Getriebes (11), als Stirnradgetriebe ausgebildet ist.
  11. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle zum Antreiben der zweiten Achse als Kardanwelle ausgebildet ist.
  12. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass beide Elektromaschinen (10) Synchronmaschinen oder Asynchronmaschinen sind, oder die eine Elektromaschine (10) eine Synchronmaschine und die andere Elektromaschine (10) eine Asynchronmaschine ist.
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