DE102009001149B4

DE102009001149B4 - Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem Retarder und einer zuschaltbaren Elektromaschine sowie Verfahren zu dessen Steuerung

Info

Publication number: DE102009001149B4
Application number: DE102009001149.8A
Authority: DE
Inventors: Rayk HOFFMANN; Johannes GLÜCKLER
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2009-02-25
Filing date: 2009-02-25
Publication date: 2016-08-04
Anticipated expiration: 2029-02-26
Also published as: DE102009001149A1

Abstract

Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, der einen Verbrennungsmotor (2) mit einer Triebwelle (3), ein Stufenschaltgetriebe (4) mit einer über eine Reibungskupplung (13) mit der Triebwelle (3) des Verbrennungsmotors (2) verbindbaren Eingangswelle (5) sowie einer mit dem Achsgetriebe einer Antriebsachse in Triebverbindung stehenden Ausgangswelle (6), und einen an der Abtriebsseite (14) des Stufenschaltgetriebes (4) achsparallel zu der Ausgangswelle (6) angeordneten und über eine Rotorwelle (15) und einen als Stirnradgetriebe (17) mit einem ausgangswellenseitigen Antriebszahnrad (18) und einem rotorwellenseitigen Abtriebszahnrad (19) ausgebildeten Hochtrieb (16) mit der Ausgangswelle (6) in Triebverbindung stehenden hydrodynamischen Retarder (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine als Motor und als Generator betreibbare Elektromaschine (10) mit einem Stator (11) und einem Rotor (12) vorgesehen ist, die an der Abtriebsseite (14) des Stufenschaltgetriebes (4) mit einer drehfesten Verbindung des Rotors (12) koaxial auf einer Nebenabtriebswelle (20) eines Nebenabtriebs (21) angeordnet ist, wobei die Nebenabtriebswelle (20) achsparallel zu der Ausgangswelle (6) des Stufenschaltgetriebes (4) radial benachbart zu einer mit der Triebwelle (3) des Verbrennungsmotors (2) oder der Eingangswelle (5) des Stufenschaltgetriebes (4) in Triebverbindung stehenden Vorgelegewelle (22) angeordnet ist, und wobei die Nebenabtriebswelle (20) über eine Umschalteinrichtung (23) wahlweise mit einer mit der Ausgangswelle (6) in Triebverbindung stehenden Zwischenwelle (24) oder mit der Vorgelegewelle (22) koppelbar oder von beiden Wellen (22, 24) entkoppelbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines schweren Nutzfahrzeugs, der einen Verbrennungsmotor mit einer Triebwelle, ein Stufenschaltgetriebe mit einer über eine Reibungskupplung mit der Triebwelle des Verbrennungsmotors verbindbaren Eingangswelle sowie einer mit dem Achsgetriebe einer Antriebsachse in Triebverbindung stehenden Ausgangswelle, und einen an der Abtriebsseite des Stufenschaltgetriebes achsparallel zu der Ausgangswelle angeordneten und über eine Rotorwelle und einen als Stirnradgetriebe mit einem ausgangswellenseitigen Antriebszahnrad und einem rotorwellenseitigen Abtriebszahnrad ausgebildeten Hochtrieb mit der Ausgangswelle in Triebverbindung stehenden hydrodynamischen Retarder aufweist. Die Erfindung betrifft des weiteren ein Verfahren zur Steuerung eines derartigen Antriebsstrangs.
Insbesondere schwere Nutzfahrzeuge werden seit geraumer Zeit mit einer allgemein als Retarder bezeichneten verschleißfreien Dauerbremse ausgerüstet. Durch den Einsatz einer Dauerbremse wird besonders bei längeren Bergabfahrten eine thermische Überlastung der die Betriebsbremse eines Kraftfahrzeugs bildenden Radbremsen vermieden und damit die Fahrsicherheit erhöht. Zudem wird dadurch die Abnutzung der Verschleißkomponenten der Radbremsen, wie der Bremsbeläge, der Bremsscheiben und der Bremstrommeln, wesentlich verringert und somit die Wartungs- und Betriebskosten des betreffenden Kraftfahrzeugs gesenkt. Als Bauarten von Dauerbremsen sind der nach dem Wirkprinzip einer Wirbelstrombremse funktionierende elektromagnetische Retarder und der nach dem Wirkprinzip einer hydraulischen Kupplung mit arretiertem Turbinenrad funktionierende hydrodynamische Retarder allgemein bekannt. Der Aufbau und die Wirkungsweise dieser Retarderbauarten sind in Kapitel 7 „Retarder-Systeme” des Fachbuches „Getriebe” von A. Leske/R. Schäffler (Vogel Buchverlag), ISBN 3-8023-1435-2 hinreichend beschrieben und erläutert.
Hinsichtlich der Anordnung und der Triebverbindung eines Retarders wird zwischen einem Primärretarder und einem Sekundärretarder unterschieden. Bei einem Primärretarder steht der betreffende Rotor unmittelbar oder über eine Getriebestufe mit der Triebwelle des Verbrennungsmotors oder der Eingangswelle des Stufenschaltgetriebes in Triebverbindung, was jedoch mit dem Nachteil eines motordrehzahl- und gangabhängigen Bremsmomentes des Retarders verbunden ist. Dagegen steht der betreffende Rotor bei einem Sekundärretarder unmittelbar oder über eine Getriebestufe mit der Ausgangswelle des Stufenschaltgetriebes in Triebverbindung, wodurch das Bremsmoment des Retarders vorteilhaft geschwindigkeitsabhängig ist, d. h. mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs ansteigt.
Vorliegend wird von einem hydrodynamischen Retarder mit einem Rotorschaufelrad und einem Statorschaufelrad ausgegangen, dessen Rotorschaufelrad über eine Rotorwelle und einen Hochtrieb, d. h. eine Getriebestufe mit einer Übersetzung ins Schnelle, mit der Ausgangswelle des Schaltgetriebes in Triebverbindung steht. Durch den Hochtrieb wird die Drehzahldifferenz zwischen dem Rotorschaufelrad und dem Statorschaufelrad erhöht, so dass gegenüber einer unmittelbaren Anordnung an der Ausgangswelle bei gleicher Bremsleistung geringere Abmessungen und ein geringeres Gewicht des Retarders erzielt werden. Zudem wird hierdurch eine achsparallele Anordnung des Retarders zu der Ausgangswelle des Stufenschaltgetriebes ermöglicht, wodurch die Position des Abtriebsflansches der Ausgangswelle und damit der dem Stufenschaltgetriebe nachgeschaltete abtriebsseitige Antriebsstrang gegenüber einer Getriebeausführung ohne Retarder unverändert beibehalten werden können. Ein derartiger hydrodynamischer Retarder mit einem als getriebeinternes Stirnradgetriebe ausgebildeten Hochtrieb ist beispielsweise aus der DE 199 42 553 A1 bekannt und wird in ähnlicher Form von der ZF Friedrichshafen AG unter der Bezeichnung ZF-Intarder zur Ausrüstung von handgeschalteten Nutzfahrzeug-Schaltgetrieben, wie z. B. des ZF Ecosplit, und von automatisierten Nutzfahrzeug-Schaltgetrieben, wie z. B. der ZF AS-Tronic, angeboten.
Außer von der Drehzahldifferenz zwischen dem Rotorschaufelrad und dem Statorschaufelrad wird das aktuelle Bremsmoment eines hydrodynamischen Retarders im wesentlichen von der Füllmenge des Betriebsmittels innerhalb des die beiden Schaufelräder umschließenden Arbeitsraumes bestimmt Zum Abschalten des Retarders wird das Betriebsmittel, bei dem es sich aufgrund der thermischen Belastung zumeist um Öl handelt, aus dem Arbeitsraum abgesaugt und in einem Vorratsbehälter gespeichert. Der Arbeitsraum ist bei abgeschaltetem Retarder somit mit Luft gefüllt. Zur Aktivierung des Retarders wird eine der Dauerbremsanforderung entsprechende Menge des Betriebsmittels aus dem Vorratsbehälter in den Arbeitsraum des Retarders gepumpt und dort zwischen den Schaufeln des Rotorschaufelrades und des Statorschaufelrades umgewälzt Aufgrund der dabei durch innere Reibung verursachten Erwärmung des Betriebsmittels muss dieses in einem zugeordneten Kühlkreislauf abgekühlt werden. Da ein separater Kühlkreislauf des Retarders unverhältnismäßig aufwendig wäre, und der für die Anordnung von Kühlem geeignete Bauraum im Frontbereich eines Kraftfahrzeugs begrenzt ist, ist der Betriebsmittelkreislauf eines hydrodynamischen Retarders üblicherweise an den Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors angeschlossen.
In der DE 195 09 417 A1 sind verschiedene Ausführungen eines gattungsgemäßen Antriebsstrangs mit einem an der Abtriebsseite des Stufenschaltgetriebes achsparallel zu der Ausgangswelle angeordneten und über eine Rotorwelle und einen getriebeinternen Hochtrieb mit der Ausgangswelle in Triebverbindung stehenden hydrodynamischen Retarder beschrieben. Bei dem Retarder wird entweder Öl als Betriebsmittel verwendet, wobei der Betriebsmittelkreislauf des Retarders über einen Öl/Wasser-Wärmetauscher an den Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors angeschlossen ist, oder das Kühlwasser des Verbrennungsmotors wird als Betriebsmittel verwendet, wobei der Betriebsmittelkreislauf des Retarders dann unmittelbar an den Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors angeschlossen ist.
Da die Kühlkapazität des Motor-Kühlkreislaufs von den Fahrzeugherstellers im wesentlichen für die Aufnahme der Verlustleistung des Verbrennungsmotors und gegebenenfalls weiterer Fahrzeugaggregate ausgelegt ist, kann die konstruktiv mögliche maximale Dauerbremsleistung eines hydrodynamischen Retarders häufig nicht in vollem Umfang ausgenutzt werden. Das in dem hydrodynamischen Retarder einstellbare maximale Bremsmoment ist somit durch die Wärmeaufnahmekapazität des Motor-Kühlkreislaufs begrenzt.
Dies wirkt sich besonders negativ bei einer Erhöhung des zulässigen Gesamtgewichts eines Kraftfahrzeugs aus, die eine Steigerung der verfügbaren Dauerbremsleistung erfordert. So ist z. B. im Rahmen der Verkehrszulassung der so genannten Megaliner in der Bundesrepublik Deutschland geplant, das zulässige Gesamtgewicht schwerer LKWs von 40 t auf 60 t zu erhöhen. Für die dafür erforderliche Steigerung der verfügbaren Dauerbremsleistung müsste unter Beibehaltung des vorhandenen Retardersystems sowohl der hydrodynamische Retarder als auch der Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors entsprechend vergrößert werden, was aber einen erheblichen Aufwand darstellen würde und aufgrund des begrenzten Bauraums ohnehin kaum realisierbar ist.
Ein hydrodynamischer Retarder erzeugt jedoch auch im abgeschalteten Zustand ein unerwünschtes Schleppmoment, das durch Ventilationsverluste innerhalb des Arbeitsraumes des Retarders und durch Lagerreibung der Rotorwellenlager hervorgerufen wird, und welches durch das Drehmoment des Verbrennungsmotors kompensiert werden muss und sich daher verbrauchssteigernd auswirkt. Zur Vermeidung des Leerlauf-Schleppmoments eines hydrodynamischen Retarders ist in einigen Ausführungen des Antriebsstrangs nach der DE 195 09 417 A1 vorgesehen, den Retarder nach dem Abschalten von der Ausgangswelle des Stufenschaltgetriebes abzukoppeln. Hierzu ist entweder das Antriebszahnrad oder das Abtriebszahnrad des Hochtriebs als so genanntes Schiebezahnrad ausgebildet, d. h. axial verschiebbar auf der Ausgangswelle bzw. der Rotorwelle gelagert, und mittels eines zugeordneten Stelltriebs aus- und einrückbar. Dies setzt jedoch nachteilig eine Geradverzahnung der Zahnräder des Hochtriebs voraus, was gegenüber einer Schrägverzahnung bei gleicher Tragfähigkeit breitere und schwerere Zahnräder erfordert sowie stärkere Laufgeräusche verursacht. Des weiteren ist das unsynchronisierte Einrücken des jeweiligen Schiebezahnrades besonders geräusch- und verschleißintensiv.
Andere bekannte Lösungen sehen eine Reduzierung der Ventilationsverluste bei abgeschaltetem Retarder durch eine geeignete Strömungsführung der Luft innerhalb des Arbeitsraumes des Retarders vor, wie z. B. mittels einem in dem oben genannten Fachbuch „Getriebe” von A. Leske/R. Schäffler auf Seite 138 beschriebenen Gitter, das um eine halbe Schaufelteilung umfangsseitig verdrehbar in dem Statorschaufelrad angeordnet ist und eine umlenkungsarme Durchströmung der Statorschaufeln ermöglicht, oder mittels in der DE 198 51 951 A1 beschriebene Ringsegmente, die im Arbeitsraum des Retarders in etwa mittig umfangsseitig versenkt angeordnet sind und durch ein Herausschwenken eine Abschirmung des Statorschaufelrades vor der durch das rotierende Rotorschaufelrad hervorgerufenen Luftströmung bewirkt Derartige Einrichtungen zur Reduzierung der Ventilationsverluste stellen jedoch einen zusätzlichen apparativen Aufwand dar und erhöhen das Störungspotential des Retarders sowie dessen Herstellkosten.
Ein weiteres Problem besteht darin, dass insbesondere schwere LKWs zunehmend mit so genannten schnellen, d. h. niedriger übersetzten Antriebsachsen ausgerüstet werden. Dies bewirkt im Fahrbetrieb zwar eine im Mittel niedrigere Motordrehzahl und damit einen vergleichsweise geringeren Kraftstoffverbrauch, es hat jedoch den Nachteil eines niedrigeren Leistungsüberschusses des Verbrennungsmotors, wodurch Anfahr- und Beschleunigungsvorgänge weniger dynamisch ausgeführt werden können und selbst bei nur leichten Änderungen des Fahrwiderstandes häufige Schaltungen des Stufenschaltgetriebes erforderlich sind. Hierdurch wird nachteilig nicht nur der Fahrkomfort gemindert, sondern auch der Verschleiß der Reibungskupplung und der getriebeinternen Schaltelemente erhöht.
Aus der DE 10 2005 039 592 A1 ist eine Getriebebaueinheit bekannt mit einer Anfahreinheit und einem mechanischen Getriebeteil. Dabei ist die Anfahreinheit als Hybridmodul ausgeführt, das eine als Generator und als Motor betreibbare elektrische Maschine und eine Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinrichtung umfasst.
Schließlich ist noch in der DE 10 2007 001 841 A1 ein Verfahren zur Hybridnachrüstung und eine Hybridantriebseinheit beschrieben, wobei ein am oder im Getriebe angeschlossener, von einem Verbrennungsmotor oder einer Getriebeabtriebswelle antreibbarer, hydrodynamischer Retarder vom Getriebe demontiert und an seiner Stelle ein Elektromotor montiert wird.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die verfügbare maximale Dauerbremsleistung eines Antriebsstrangs der eingangs genannten Art mit möglichst geringem technischem Aufwand zu erhöhen. Weitere untergeordnete Aufgaben der vorliegenden Erfindung bestehen darin, den Kraftstoffverbrauch des Antriebsstrangs zu verringern und den Fahrkomfort des Antriebsstrangs zu steigern.
Des weiteren sollen Verfahrensabläufe zur Steuerung eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs angegeben werden.
Die Lösung der den Antriebsstrang betreffenden Aufgabe besteht in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 darin, dass zusätzlich eine als Motor und als Generator betreibbare Elektromaschine mit einem Stator und einem Rotor vorgesehen ist, die an der Abtriebsseite des Stufenschaltgetriebes mit einer drehfesten Verbindung des Rotors koaxial auf einer Nebenabtriebswelle eines Nebenabtriebs angeordnet ist, wobei die Nebenabtriebswelle achsparallel zu der Ausgangswelle des Stufenschaltgetriebes und radial benachbart zu einer mit der Triebwelle des Verbrennungsmotors oder der Eingangswelle des Stufenschaltgetriebes in Triebverbindung stehenden Vorgelegewelle angeordnet ist, und wobei die Nebenabtriebswelle über eine Umschalteinrichtung wahlweise mit einer mit der Ausgangswelle in Triebverbindung stehenden Zwischenwelle oder mit der Vorgelegewelle koppelbar oder von beiden Wellen entkoppelbar ist.
Die Erfindung geht demnach aus von einem an sich bekannten Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines schweren Nutzfahrzeugs, der einen Verbrennungsmotor mit einer Triebwelle, ein Stufenschaltgetriebe mit einer über eine Reibungskupplung mit der Triebwelle des Verbrennungsmotors verbindbaren Eingangswelle sowie einer mit dem Achsgetriebe einer Antriebsachse in Triebverbindung stehenden Ausgangswelle, und einen an der Abtriebsseite des Stufenschaltgetriebes achsparallel zu der Ausgangswelle angeordneten und über eine Rotorwelle und einen als Stirnradgetriebe mit einem ausgangswellenseitigen Antriebszahnrad und einem rotorwellenseitigen Abtriebszahnrad ausgebildeten Hochtrieb mit der Ausgangswelle in Triebverbindung stehenden hydrodynamischen Retarder aufweist. Wie dem Fachmann bekannt ist, steht die Ausgangswelle des Stufenschaltgetriebes bei einem allradgetriebenen Kraftfahrzeug statt mit dem Achsgetriebe einer Antriebsachse ersatzweise mit einem Verteilergetriebe in Triebverbindung.
Erfindungsgemäß ist die verfügbare maximale Dauerbremsleistung dieses Antriebsstrangs dadurch erhöht, dass zusätzlich zu dem hydrodynamischen Retarder eine als Motor und Generator betreibbare Elektromaschine mit einem Stator und einem Rotor auf der Nebenabtriebswelle eines Nebenabtriebs angeordnet ist. Die Elektromaschine und der Nebenabtrieb können über die Umschalteinrichtung wahlweise mit der Ausgangswelle des Stufenschaltgetriebes oder mit der Triebwelle des Verbrennungsmotors bzw. der Eingangswelle des Stufenschaltgetriebes gekoppelt werden.
Der Nebenabtrieb kann zusammen mit der Zwischenwelle oder mit der Vorgelegewelle schon als geschwindigkeitsabhängiger oder als motor- bzw. kupplungsabhängiger Nebenabtrieb vorhanden sein oder erst mit der erfindungsgemäßen Anordnung der Elektromaschine, der Umschalteinrichtung und der jeweils anderen Welle (Vorgelegewelle oder Zwischenwelle) ab einem Getriebe eingerichtet werden.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung kann die Elektromaschine im Generatorbetrieb wahlweise als Sekundärretarder oder als Primärretarder betrieben werden. Ebenso kann der Nebenabtrieb bzw. ein an diesen angeschlossenes Aggregat wahlweise geschwindigkeitsabhängig oder verbrennungsmotor- bzw. kupplungsabhängig angetrieben werden.
Die Elektromaschine des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs ist zwar im wesentlichen als zweite Dauerbremse vorgesehen, sie kann jedoch unabhängig von der Funktion als Dauerbremse auch in anderen Funktionen sowohl als Motor als auch als Generator betrieben werden. So ist z. B. ein geschwindigkeits-, verbrennungsmotor- und drehzahlunabhängiger Antrieb eines an den Nebenabtrieb angeschlossenen Aggregates durch einen Motorbetrieb der Elektromaschine möglich, wenn die Umschaltvorrichtung zuvor in ihre Neutralposition geschaltet worden ist.
Da die Triebverbindung des Nebenabtriebs bzw. der Nebenabtriebswelle mit der Ausgangswelle des Getriebes oder der Triebwelle des Verbrennungsmotors bzw. der Eingangswelle des Getriebes üblicherweise zumeist als Hochtrieb ausgebildet ist, wird das an der Ausgangswelle wirksame, von der Elektromaschine erzeugte Antriebs- oder Schleppmoment um die Übersetzung der jeweiligen Triebverbindung verstärkt, so dass die Elektromaschine relativ kompakt und leicht ausgeführt werden kann.
Da die Nebenabtriebswelle üblicherweise hinreichend beabstandet von der Ausgangswelle des Stufenschaltgetriebes angeordnet ist, kann die Position des Abtriebsflansches der Ausgangswelle und damit der diesem nachgeschaltete abtriebsseitige Antriebsstrang gegenüber einer Getriebeausführung ohne Elektromaschine unverändert beibehalten werden.
In einer bevorzugten ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs sind die Nebenabtriebswelle und die Zwischenwelle mit einer gemeinsamen geometrischen Drehachse axial benachbart zueinander angeordnet, und die genannte Umschalteinrichtung ist als eine Schiebemuffen-Schaltkupplung mit einer ersten Schaltstellung zur Koppelung der Nebenabtriebswelle mit der Zwischenwelle und einer zweiten Schaltstellung zur Koppelung der Nebenabtriebswelle mit einem auf dieser drehbar gelagerten und mit einem auf der Vorgelegewelle befestigten Festzahnrad in Verzahnungseingriff stehenden Loszahnrad ausgebildet. Dabei weist die Schiebemuffen-Schaltkupplung vorzugsweise zwei als unsynchronisierte Klauenkupplungen ausgebildete Teilkupplungen auf.
In einer bevorzugten zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs sind die Nebenabtriebswelle und die Zwischenwelle achsparallel und radial benachbart zueinander angeordnet, und die Umschalteinrichtung ist als eine Schiebezahnrad-Schaltkupplung mit einem auf der Nebenabtriebswelle drehfest und axial verschiebbar angeordneten Schiebezahnrad, einem auf der Zwischenwelle befestigten und in einer ersten Schaltstellung mit dem Schiebezahnrad in Verzahnungseingriff stehenden ersten Festzahnrad, und einem auf der Vorgelegewelle befestigten und in einer zweiten Schaltstellung mit dem Schiebezahnrad in Verzahnungseingriff stehenden zweiten Festzahnrad ausgebildet. Es versteht sich in Kenntnis der Erfindung von selbst, dass das Schiebezahnrad und die beiden Festzahnräder zur Ermöglichung der Schaltfunktion der Schiebezahnrad-Schaltkupplung geradeverzahnt ausgebildet sind.
Die Zwischenwelle steht bevorzugt über ein mit dem Antriebszahnrad des Hochtriebs in Verzahnungseingriff stehendes Abtriebszahnrad mit der Ausgangswelle des Stufenschaltgetriebes in Triebverbindung, da hierdurch einerseits Bauraum eingespart wird und andererseits eine für bestimmte Funktionen vorteilhafte unmittelbare Koppelung der Elektromaschine mit dem Retarder möglich ist.
Insbesondere zur Vermeidung des bei abgeschaltetem Retarder wirksamen Schleppmomentes ist bevorzugt zwischen der Ausgangswelle des Stufenschaltgetriebes und dem Antriebszahnrad des Hochtriebs eine aus- und einrückbare Trennkupplung angeordnet, so dass der Retarder und bei der entsprechenden Schaltstellung der Umschalteinrichtung auch die Elektromaschine und der Nebenabtrieb bedarfsweise von der Ausgangswelle des Stufenschaltegetriebes abgekoppelt werden können.
Die genannte Trennkupplung kann vorteilhaft als eine kostengünstige und robuste unsynchronisierte Klauenkupplung ausgebildet sein, da diese vor einem Einrücken nach einer Ankoppelung der Nebenantriebswelle über die Umschaltvorrichtung auf einfache Weise durch einen Motorbetrieb der Elektromaschine synchronisierbar ist.
Die Lösung der das Steuerungsverfahren betreffenden Aufgabe besteht in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 8 darin, dass eine als Motor und Generator betreibbare Elektromaschine mit einem Stator und einem Rotor, die an der Abtriebsseite des Stufenschaltgetriebes mit einer drehfesten Verbindung des Rotors koaxial auf einer Nebenabtriebswelle eines Nebenabtriebs angeordnet ist, welche über eine Umschalteinrichtung wahlweise mit einer mit der Ausgangswelle des Stufenschaltgetriebes in Triebverbindung stehenden Zwischenwelle oder mit einer mit der Triebwelle des Verbrennungsmotors oder der Eingangswelle des Stufenschaltgetriebes in Triebverbindung stehenden Vorgelegewelle koppelbar oder von beiden Wellen entkoppelbar ist, bei Vorliegen einer Dauerbremsanforderung über die Umschalteinrichtung zur Erzeugung eines auf die Ausgangswelle wirksamen Bremsmomentes mit der Zwischenwelle oder zur Erzeugung eines auf die Triebwelle oder die Eingangswelle wirksamen Bremsmomentes mit der Vorgelegewelle gekoppelt und zeitlich seriell oder parallel zu einer Aktivierung des Retarders als Generator betrieben wird. Die Elektromaschine kann in der Funktion einer Dauerbremse somit wahlweise als Sekundärretarder oder als Primärretarder eingesetzt werden.
Die im Generatorbetrieb der Elektromaschine rekuperierte elektrische Energie wird vorteilhaft zur Ladung eines elektrischen Energiespeichers und/oder zum unmittelbaren Antrieb elektrischer Nebenaggregate des Verbrennungsmotors und/oder zur unmittelbaren Energieversorgung elektrischer Verbraucher des Kraftfahrzeugs verwendet, und wird nicht wie die Bremsenergie des hydrodynamischen Retarders in nutzlose Wärme umgewandelt.
Bei der Ansteuerung der beiden Dauerbremsen kann vorgesehen sein, dass bei Vorliegen einer Dauerbremsanforderung zur Erzeugung eines Grundlast-Bremsmomentes zunächst der Generatorbetrieb der Elektromaschine aktiviert wird, und dass der Retarder nur bedarfsweise zur Erzeugung eines Spitzenlast-Bremsmomentes zugeschaltet wird.
Die Ansteuerung der beiden Dauerbremsen kann jedoch auch derart erfolgen, dass bei Vorliegen einer Dauerbremsanforderung bei serieller Aktvierung beider Dauerbremsen (Retarder und Elektromaschine) die Reihenfolge der Aktivierung des Generatorbetriebs der Elektromaschine und des Retarders sowie bei gleichzeitiger Aktivierung beider Dauerbremsen die Aufteilung des Bremsmomentes zwischen der Elektromaschine und dem Retarder in Abhängigkeit von dem Ladezustand des elektrischen Energiespeichers und der Wärmeaufnahmekapazität eines von dem Retarder genutzten Kühlkreislaufs erfolgt.
Hierzu kann insbesondere vorgesehen sein, dass bei Vorliegen einer Dauerbremsanforderung bei weitgehend entladenem elektrischen Energiespeicher und/oder bei geringer Wärmeaufnahmekapazität des Kühlkreislaufs der Generatorbetrieb des Elektromotors bei serieller Aktivierung beider Dauerbremsen zuerst und bei gleichzeitiger Aktivierung beider Dauerbremsen mit anteilig erhöhter Bremsleistung aktiviert wird, wogegen bei weitgehend geladenem elektrischen Energiespeicher und/oder hoher Wärmeaufnahmekapazität des Kühlkreislaufs der Retarder bei serieller Aktivierung beider Dauerbremsen zuerst und bei gleichzeitiger Aktivierung beider Dauerbremsen anteilig mit erhöhter Bremsleistung aktiviert wird.
Die Elektromaschine wird vorteilhaft jedoch auch zur Erhöhung der Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs genutzt, indem der Verbrennungsmotor bei Anfahr- und Beschleunigungsvorgängen durch einen Motorbetrieb der Elektromaschine unterstützt wird. Dies wirkt sich besonders vorteilhaft bei einem schweren Nutzfahrzeug aus, bei dem der Verbrennungsmotor aufgrund der Verwendung einer schnellen Antriebsachse einen relativ geringen Leistungsüberschuss aufweist.
Zur Vermeidung häufiger Pendelschaltungen mit jeweils einer Rückschaltung und einer nachfolgenden Hochschaltung ist vorteilhaft auch vorgesehen, dass der Verbrennungsmotor bei ansteigendem Fahrwiderstand zur Vermeidung oder zumindest zum Hinauszögern einer Zugrückschaltung durch einen Motorbetrieb der Elektromaschine unterstützt wird. Hierdurch wird das Erreichen der Schaltdrehzahl zur Auslösung einer zugeordneten Rückschaltung verhindert oder zumindest verzögert. Beim Befahren einer hügeligen Fahrstrecke mit leichten Änderungen der Fahrbahnneigung und damit des Fahrwiderstands werden dadurch insbesondere bei einem geringen Leistungsüberschuss des Verbrennungsmotors ohne eine Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs viele Rück- und Hochschaltungen vermieden und damit der Fahrkomfort erhöht und der Verschleiß der Reibungskupplung und der getriebeinternen Schaltelemente reduziert.
Um eine schaltungsbedingte Zug- oder Schubkraftunterbrechung zu vermeiden oder diese zumindest abzuschwächen ist zudem vorgesehen, dass die Elektromaschine bei einer mit der Zwischenwelle gekoppelten Nebenabtriebswelle während einer Zughoch- oder Zugrückschaltung zur Vermeidung einer Zugkraftunterbrechung als Motor betrieben wird, und dass die Elektromaschine bei einer mit der Zwischenwelle gekoppelten Nebenabtriebswelle während einer Schubhoch- oder Schubrückschaltung zur Vermeidung einer Schubkraftunterbrechung als Generator betrieben wird. Hierdurch wird nicht nur der Fahrkomfort sondern auch die Fahrsicherheit erhöht, da mit der Aktivierung der Elektromaschine eine größere Verzögerung oder Beschleunigung des Kraftfahrzeugs während des Schaltvorgangs vermieden wird.
Da aufgrund der Verfügbarkeit der beiden Dauerbremsen (Retarder und Elektromaschine) eine ausreichende Dauerbremsleistung zur Verfügung steht und auf die Bremswirkung des Verbrennungsmotors sowie einer gegebenenfalls vorhandenen Motorbremse verzichtet werden kann, ist zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und des Verschleißes des Verbrennungsmotors vorgesehen, dass bei einer Bergabfahrt die Reibungskupplung geöffnet, das Stufenschaltgetriebe in Neutral geschaltet und der Verbrennungsmotor abgestellt wird.
Das Wiederanlassen des Verbrennungsmotors wird bei Vorliegen einer Antriebsanforderung bevorzugt durch einen Schwungstart vorgenommen, bei dem zunächst die Reibungskupplung geöffnet, dann in dem Stufenschaltgetriebe ein zur aktuellen Fahrgeschwindigkeit passender Gang eingelegt, und schließlich die Reibungskupplung geschlossen wird, wobei die Elektromaschine bei einer mit der Zwischenwelle gekoppelten Nebenabtriebswelle während des Schließens der Reibungskupplung zum Ausgleich des Anlaufschubmomentes als Motor betrieben wird. Hierdurch wird eine durch die Entnahme von Bewegungsenergie für den Motorstart bedingte ruckartige Verzögerung des Kraftfahrzeugs und die damit verbundene Lastspitze im Antriebsstrang vermieden oder zumindest stark abgeschwächt.
Ein drehzahlunabhängiger Betrieb des Nebenabtriebs ist vorteilhaft dadurch möglich, dass bei Vorliegen einer Anforderung eines geschwindigkeits-, verbrennungsmotor- und kupplungsunabhängigen Antriebs des Nebenabtriebs die Umschaltvorrichtung in ihre Neutralstellung geschaltet und die Nebenabtriebswelle nachfolgend von der Elektromaschine angetrieben wird.
Liegt danach eine Anforderung eines verbrennungsmotor- oder kupplungsabhängigen Antriebs des Nebenabtriebs oder für das Starten des Verbrennungsmotors durch die Elektromaschine vor, so wird die Nebenabtriebswelle über die Umschalteinrichtung mit der Vorgelegewelle gekoppelt. Durch die Kopplung kann darüber hinaus im Stillstand des Kraftfahrzeugs durch die so bereitgestellte Verbindung des Verbrennungsmotors mit der Elektromaschine der elektrische Energiespeicher geladen werden.
Liegt dagegen eine Anforderung eines geschwindigkeitsabhängigen Antriebs des Nebenabtriebs oder eines geschwindigkeitsabhängigen Betriebs der Elektromaschine vor, so wird die Nebenabtriebswelle über die Umschalteinrichtung mit der Zwischenwelle gekoppelt.
Die vorzugsweise unsynchronisiert ausgebildete Umschalteinrichtung wird vor der Umschaltung zur Koppelung der Nebenabtriebswelle mit der Zwischenwelle oder mit der Vorgelegewelle jeweils durch einen Motorbetrieb der Elektromaschine synchronisiert.
Zur Vermeidung von unerwünschten Schleppverlusten insbesondere des hydrodynamischen Retarders ist vorgesehen, dass eine zwischen der Ausgangswelle des Stufenschaltgetriebes und dem über ein Abtriebszahnrad auch mit der Zwischenwelle in Triebverbindung stehenden Antriebszahnrad des Hochtriebs angeordnete, bevorzugt als eine unsynchronisierte Klauenkupplung ausgebildete Trennkupplung bei Nichtvorliegen einer Dauerbremsanforderung und Nichtvorliegen einer Anforderung eines geschwindigkeitsabhängigen Betriebs der Elektromaschine und des Nebenabtriebs zur Abkoppelung des Retarders, der Elektromaschine und des Nebenabtriebs von der Ausgangswelle ausgerückt wird.
Die Wiederherstellung der Triebverbindung zwischen der Ausgangswelle des Stufenschaltgetriebes und den beiden Dauerbremsen erfolgt bevorzugt derart, dass die Trennkupplung bei Vorliegen einer Dauerbremsanforderung oder einer Anforderung eines geschwindigkeitsabhängigen Betriebs der Elektromaschine oder des Nebenabtriebs zur Ankoppelung des Retarders, der Elektromaschine und des Nebenabtriebs an die Ausgangswelle wieder eingerückt wird, wobei zunächst die Nebenabtriebswelle über die Umschalteinrichtung mit der Zwischenwelle gekoppelt und die Trennkupplung durch einen Motorbetrieb der Elektromaschine synchronisiert wird.
Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung mit Ausführungsbeispielen beigefügt. In dieser zeigt
1 eine erste Ausführung des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs in schematischer Form,
2 eine erste Ausführung des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs in schematischer Form, und
3 eine Weiterbildung der ersten Ausführung des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs nach 1 in schematischer Form.
Eine erste Ausführung eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs 1.1 eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines schweren Nutzfahrzeugs, nach 1 umfasst einen Verbrennungsmotor 2 mit einer Triebwelle 3, ein Stufenschaltgetriebe 4 mit einer Eingangswelle 5 und einer Ausgangswelle 6, einen hydrodynamischen Retarder 7 mit einem Rotorschaufelrad 8 und einem Statorschaufelrad 9, und eine als Motor und als Generator betreibbare Elektromaschine 10 mit einem Stator 11 und einem Rotor 12. Die Eingangswelle 5 des Stufenschaltgetriebes 4 ist über eine Reibungskupplung 13 mit der Triebwelle 3 des Verbrennungsmotors 2 verbindbar.
Der Retarder 7 ist an der Abtriebsseite 14 des Stufenschaltgetriebes 4 mit einer drehfesten Verbindung des Rotorschaufelrades 8 auf einer Rotorwelle 15 angeordnet, die achsparallel zu der Ausgangswelle 6 des Stufenschaltgetriebes 4 ausgerichtet ist und über einen Hochtrieb 16 mit der Ausgangswelle 6 des Stufenschaltgetriebes 4 in Triebverbindung steht. Der Hochtrieb 16 ist als ein Stirnradgetriebe 17 mit einem ausgangswellenseitigen Antriebszahnrad 18 und einem rotorwellenseitigen Abtriebszahnrad 19 ausgebildet.
Die Elektromaschine 10 ist an der Abtriebsseite 14 des Stufenschaltgetriebes 4 mit einer drehfesten Verbindung des Rotors 12 auf einer Nebenabtriebswelle 20 eines Nebenabtriebs 21 angeordnet, die achsparallel zu der Ausgangswelle 6 des Stufenschaltgetriebes 4 radial benachbart zu einer mit der Triebwelle 3 des Verbrennungsmotors 2 oder der Eingangswelle 5 des Stufenschaltgetriebes 4 in Triebverbindung stehenden Vorgelegewelle 22 angeordnet ist. Die Nebenabtriebswelle 20 ist über eine Umschalteinrichtung 23 wahlweise mit einer mit der Ausgangswelle 6 in Triebverbindung stehenden Zwischenwelle 24 oder mit der Vorgelegewelle 22 koppelbar oder von beiden Wellen 22, 24 entkoppelbar.
In der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs nach 1 sind die Nebenabtriebswelle 20 und die Zwischenwelle 24 mit einer gemeinsamen geometrischen Drehachse axial benachbart zueinander angeordnet. Die Umschalteinrichtung 23 ist als eine Schiebemuffen-Schaltkupplung 25 mit einer ersten Schaltstellung zur Koppelung der Nebenabtriebswelle 20 mit der Zwischenwelle 24 und einer zweiten Schaltstellung zur Koppelung der Nebenabtriebswelle 20 mit einem auf dieser drehbar gelagerten und mit einem auf der Vorgelegewelle 22 befestigten Festzahnrad 26 in Verzahnungseingriff stehenden Loszahnrad 27 ausgebildet. Die Schiebemuffen-Schaltkupplung 25 weist bevorzugt zwei als unsynchronisierte Klauenkupplungen ausgebildete Teilkupplungen auf.
Die Zwischenwelle 24 steht über ein mit dem Antriebszahnrad 18 des Hochtriebs 16 in Verzahnungseingriff stehendes Abtriebszahnrad 32 mit der Ausgangswelle 6 des Stufenschaltgetriebes 4 in Triebverbindung. Die Übersetzungen zwischen der Ausgangswelle 6 und der Rotorwelle 15 sowie zwischen der Ausgangswelle 6 und der Nebenabtriebswelle 20 können somit bedarfsweise gleich oder unterschiedlich hoch gestaltet sein.
Mit der als Generator betreibbaren Elektromaschine 10 steht neben dem hydrodynamischen Retarder 7 eine zusätzliche Dauerbremse zur Verfügung, wobei die Elektromaschine 10 mittels der Umschalteinrichtung 23 durch eine Koppelung mit der Zwischenwelle 24 oder mit der Vorgelegewelle 22 wahlweise als Sekundärretarder oder als Primärretarder betreibbar ist. Gegenüber einem nur mit einem Retarder 7 ausgerüsteten Antriebsstrang steht hierdurch eine deutlich erhöhte maximale Dauerbremsleistung zur Verfügung, wodurch das Problem des zumeist durch eine begrenzte Wärmeaufnahmekapazität des von dem Retarder 7 genutzten Kühlkreislaufes beschränkten maximalen Retarder-Bremsmomentes gelöst ist.
Bei Vorliegen einer Dauerbremsanforderung können der Retarder 7 und der Generatorbetrieb der Elektromaschine 10 zeitlich seriell oder parallel aktiviert werden, wobei die Reihenfolge der Aktivierung der beiden Dauerbremsen 7, 10 und die Aufteilung des Bremsmomentes auf die beiden Dauerbremsen 7, 10 zweckmäßig in Abhängigkeit von der Wärmeaufnahmekapazität des von dem Retarder 7 genutzten Kühlkreislaufes und/oder des Ladezustands eines von der Elektromaschine 10 aufladbaren elektrischen Energiespeichers bestimmt werden.
Die Elektromaschine 10 wird jedoch auch für weitere Funktionen genutzt. So kann die Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs dadurch, erhöht werden, dass der Verbrennungsmotor 2 bei Anfahr- und Beschleunigungsvorgängen durch einen Motorbetrieb der Elektromaschine 10 unterstützt wird. Beim Befahren einer leicht bergigen Fahrstrecke mit leichten Änderungen der Fahrbahnsteigung können bei ansteigendem Fahrwiderstand und einer Annäherung an die jeweilige Schaltdrehzahl Rückschaltungen durch einen Motorbetrieb der Elektromaschine 10 vermieden oder zumindest hinausgezögert werden.
Schaltungsbedingte Zugkraft- bzw. Schubkraftunterbrechungen werden nach einer Koppelung der Nebenabtriebswelle 20 an die Zwischenwelle 24 durch einen Motor- bzw. Generatorbetrieb der Elektromaschine 10 während der Zughoch- oder Zugrückschaltungen bzw. der Schubhoch- oder Schubrückschaltungen vermieden oder zumindest abgeschwächt.
Bei einem Schwungstart des bei einer Bergabfahrt abgestellten Verbrennungsmotors 2 kann eine durch das dem Antriebsstrang 1.1 entnommene Anlaufschubmoment bedingte Fahrzeugverzögerung nach einer Koppelung der Nebenabtriebswelle 20 an die Zwischenwelle 24 durch einen Motorbetrieb der Elektromaschine 10 während des Schließens der Reibungskupplung 3 unterdrückt werden.
Der Verbrennungsmotor 2 kann jedoch auch nach eine Koppelung der Nebenabtriebswelle 20 an die Vorgelegewelle 22 unmittelbar mittels der Elektromaschine 10 gestartet werden, so dass ein Start/Stopp-Betrieb des Verbrennungsmotors 2 möglich ist und ein separater Starter eingespart werden kann.
Ein geschwindigkeits-, verbrennungsmotor- und kupplungsunabhängiger Antrieb des Nebenabtriebs 21 ist dadurch möglich, dass die Umschalteinrichtung 23 in ihre Neutralstellung geschaltet und die Nebenabtriebswelle 20 nur von der Elektromaschine 10 angetrieben werden kann. Soll der Nebenabtrieb 21 oder die Elektromaschine 10 nachfolgend wieder geschwindigkeits-, verbrennungsmotor- oder kupplungsabhängig betrieben werden, so wird die Umschalteinrichtung 23 in eine der beiden Schaltstellungen umgeschaltet, wobei die jeweilige Teilkupplung der Umschalteinrichtung 23 vor dem Einrücken bevorzugt durch einen Motorbetrieb der Elektromaschine 10 synchronisiert wird.
Eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs 1.2 nach 2 entspricht weitgehend der ersten Ausführung nach 1 und umfasst denselben Funktionsumfang. Der Unterschied zu der ersten Ausführungsform besteht darin, dass die Nebenabtriebswelle 20 und die Zwischenwelle 24 nunmehr achsparallel und radial benachbart zueinander angeordnet sind, und dass die Umschalteinrichtung 23 als eine Schiebezahnrad-Schaltkupplung 28 mit einem auf der Nebenabtriebswelle 20 drehfest und axial verschiebbar angeordneten Schiebezahnrad 29, einem auf der Zwischenwelle 24 befestigten und in einer ersten Schaltstellung der Umschaltvorrichtung 23 mit dem Schiebezahnrad 29 in Verzahnungseingriff stehenden ersten Festzahnrad 30, und einem auf der Vorgelegewelle 22 befestigten und in einer zweiten Schaltstellung der Umschaltvorrichtung 23 mit dem Schiebezahnrad 29 in Verzahnungseingriff stehenden zweiten Festzahnrad 31 ausgebildet ist. Zur Ermöglichung des Ein- und Ausrückens der Schiebezahnrad-Schaltkupplung 28 sind das Schiebezahnrad 29 und die beiden Festzahnräder 30, 31 geradeverzahnt ausgebildet.
In einer anderen Weiterbildung der ersten Ausführungsvariante nach 1 weist der erfindungsgemäße Antriebsstrang 1.3 nach 3 eine zwischen der Ausgangswelle 6 des Stufenschaltgetriebes 4 und dem Antriebszahnrad 18 des Hochtriebs 16 angeordnete und bevorzugt als eine unsynchronisierte Klauenkupplung ausgebildete aus- und einrückbare Trennkupplung 33 auf. Hierdurch können der hydrodynamische Retarder 7, bei entsprechender Schaltstellung der Umschalteinrichtung 23 auch die Elektromaschine 10 und der Nebenabtrieb 21, bedarfsweise von der Ausgangswelle 6 des Stufenschaltgetriebes abgekoppelt werden, wodurch vorteilhaft entsprechende Schleppverluste, insbesondere durch die Ventilationsverluste des abgeschalteten Retarders 7, vermieden und der Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors 2 gesenkt werden. Tritt dann eine Dauerbremsanforderung oder eine Anforderung eines geschwindigkeitsabhängigen Betriebs der Elektromaschine 10 oder des Nebenabtriebs 21 auf, so wird die Trennkupplung 33 nach einer bevorzugt durch einen Motorbetrieb der Elektromaschine 10 erfolgenden Synchronisierung wieder eingerückt.
Bezugszeichenliste

1.1: Antriebsstrang
1.2: Antriebsstrang
1.3: Antriebsstrang
2: Verbrennungsmotor
3: Triebwelle
4: Stufenschaltgetriebe
5: Eingangswelle
6: Ausgangswelle
7: Hydrodynamischer Retarder, Dauerbremse
8: Rotorschaufelrad
9: Statorschaufelrad
10: Elektromaschine, Dauerbremse
11: Stator
12: Rotor
13: Reibungskupplung
14: Abtriebsseite
15: Rotorwelle
16: Hochtrieb
17: Stirnradgetriebe
18: Antriebszahnrad
19: Abtriebszahnrad
20: Nebenabtriebswelle
21: Nebenabtrieb
22: Vorgelegewelle
23: Umschalteinrichtung
24: Zwischenwelle
25: Schiebemuffen-Schaltkupplung
26: Festzahnrad
27: Loszahnrad
28: Schiebezahnrad-Schaltkupplung
29: Schiebezahnrad
30: Erstes Festzahnrad
31: Zweites Festzahnrad
32: Abtriebszahnrad
33: Trennkupplung

Claims

Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, der einen Verbrennungsmotor (2) mit einer Triebwelle (3), ein Stufenschaltgetriebe (4) mit einer über eine Reibungskupplung (13) mit der Triebwelle (3) des Verbrennungsmotors (2) verbindbaren Eingangswelle (5) sowie einer mit dem Achsgetriebe einer Antriebsachse in Triebverbindung stehenden Ausgangswelle (6), und einen an der Abtriebsseite (14) des Stufenschaltgetriebes (4) achsparallel zu der Ausgangswelle (6) angeordneten und über eine Rotorwelle (15) und einen als Stirnradgetriebe (17) mit einem ausgangswellenseitigen Antriebszahnrad (18) und einem rotorwellenseitigen Abtriebszahnrad (19) ausgebildeten Hochtrieb (16) mit der Ausgangswelle (6) in Triebverbindung stehenden hydrodynamischen Retarder (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine als Motor und als Generator betreibbare Elektromaschine (10) mit einem Stator (11) und einem Rotor (12) vorgesehen ist, die an der Abtriebsseite (14) des Stufenschaltgetriebes (4) mit einer drehfesten Verbindung des Rotors (12) koaxial auf einer Nebenabtriebswelle (20) eines Nebenabtriebs (21) angeordnet ist, wobei die Nebenabtriebswelle (20) achsparallel zu der Ausgangswelle (6) des Stufenschaltgetriebes (4) radial benachbart zu einer mit der Triebwelle (3) des Verbrennungsmotors (2) oder der Eingangswelle (5) des Stufenschaltgetriebes (4) in Triebverbindung stehenden Vorgelegewelle (22) angeordnet ist, und wobei die Nebenabtriebswelle (20) über eine Umschalteinrichtung (23) wahlweise mit einer mit der Ausgangswelle (6) in Triebverbindung stehenden Zwischenwelle (24) oder mit der Vorgelegewelle (22) koppelbar oder von beiden Wellen (22, 24) entkoppelbar ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenabtriebswelle (20) und die Zwischenwelle (24) mit einer gemeinsamen geometrischen Drehachse axial benachbart zueinander angeordnet sind, und dass die Umschalteinrichtung (23) als eine Schiebemuffen-Schaltkupplung (25) mit einer ersten Schaltstellung zur Koppelung der Nebenabtriebswelle (20) mit der Zwischenwelle (24) und einer zweiten Schaltstellung zur Koppelung der Nebenabtriebswelle (20) mit einem auf dieser drehbar gelagerten und mit einem auf der Vorgelegewelle (22) befestigten Festzahnrad (26) in Verzahnungseingriff stehenden Loszahnrad (27) ausgebildet ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebemuffen-Schaltkupplung (25) zwei als unsynchronisierte Klauenkupplungen ausgebildete Teilkupplungen aufweist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenabtriebswelle (20) und die Zwischenwelle (24) achsparallel und radial benachbart zueinander angeordnet sind, und dass die Umschalteinrichtung (23) als eine Schiebezahnrad-Schaltkupplung (28) mit einem auf der Nebenabtriebswelle (20) drehfest und axial verschiebbar angeordneten Schiebezahnrad (29), einem auf der Zwischenwelle (24) befestigten und in einer ersten Schaltstellung mit dem Schiebezahnrad (29) in Verzahnungseingriff stehenden ersten Festzahnrad (30), und einem auf der Vorgelegewelle (22) befestigten und in einer zweiten Schaltstellung mit dem Schiebezahnrad (29) in Verzahnungseingriff stehenden zweiten Festzahnrad (31) ausgebildet ist.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwelle (24) über ein mit dem Antriebszahnrad (18) des Hochtriebs (16) in Verzahnungseingriff stehendes Abtriebszahnrad (32) mit der Ausgangswelle (6) des Stufenschaltgetriebes (4) in Triebverbindung steht.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Ausgangswelle (6) des Stufenschaltgetriebes (4) und dem Antriebszahnrad (18) des Hochtriebs (16) eine aus- und einrückbare Trennkupplung (33) angeordnet ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkupplung (33) als eine unsynchronisierte Klauenkupplung ausgebildet ist.
Verfahren zur Steuerung eines Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, der einen Verbrennungsmotor (2) mit einer Triebwelle (3), ein Stufenschaltgetriebe (4) mit einer über eine Reibungskupplung (13) mit der Triebwelle (3) des Verbrennungsmotors (2) verbindbaren Eingangswelle (5) sowie einer mit dem Achsgetriebe einer Antriebsachse in Triebverbindung stehenden Ausgangswelle (6), und einen an der Abtriebsseite (14) des Stufenschaltgetriebes (4) achsparallel zu der Ausgangswelle (6) angeordneten und über eine Rotorwelle (15) und einen als Stirnradgetriebe (17) mit einem ausgangswellenseitigen Antriebszahnrad (18) und einem rotorwellenseitigen Abtriebszahnrad (19) ausgebildeten Hochtrieb (16) mit der Ausgangswelle (6) in Triebverbindung stehenden hydrodynamischen Retarder (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine als Motor und Generator betreibbare Elektromaschine (10) mit einem Stator (11) und einem Rotor (12), die an der Abtriebsseite (14) des Stufenschaltgetriebes (4) mit einer drehfesten Verbindung des Rotors (12) koaxial auf einer Nebenabtriebswelle (20) eines Nebenabtriebs (21) angeordnet ist, welche (20) über eine Umschalteinrichtung (23) wahlweise mit einer mit der Ausgangswelle (6) des Stufenschaltgetriebes (4) in Triebverbindung stehenden Zwischenwelle (24) oder mit einer mit der Triebwelle (3) des Verbrennungsmotors (2) oder der Eingangswelle (5) des Stufenschaltgetriebes (4) in Triebverbindung stehenden Vorgelegewelle (22) koppelbar oder von beiden Wellen (22, 24) entkoppelbar ist, bei Vorliegen einer Dauerbremsanforderung über die Umschalteinrichtung (23) zur Erzeugung eines auf die Ausgangswelle (6) wirksamen Bremsmomentes (23) mit der Zwischenwelle (24) oder zur Erzeugung eines auf die Triebwelle (3) oder die Eingangswelle (5) wirksamen Bremsmomentes mit der Vorgelegewelle (22) gekoppelt und zeitlich seriell oder parallel zu einer Aktivierung des Retarders (7) als Generator betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die im Generatorbetrieb der Elektromaschine (10) rekuperierte elektrische Energie zur Ladung eines elektrischen Energiespeichers und/oder zum unmittelbaren Antrieb elektrischer Nebenaggregate des Verbrennungsmotors (2) und/oder zur unmittelbaren Energieversorgung elektrischer Verbraucher des Kraftfahrzeugs verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen einer Dauerbremsanforderung zur Erzeugung eines Grundlast-Bremsmomentes zunächst der Generatorbetrieb der Elektromaschine (10) aktiviert wird, und dass der Retarder (7) nur bedarfsweise zur Erzeugung eines Spitzenlast-Bremsmomentes zugeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen einer Dauerbremsanforderung bei serieller Aktivierung beider Dauerbremsen (Retarder (7) und Elektromaschine (10)) die Reihenfolge der Aktivierung des Generatorbetriebs der Elektromaschine (10) und des Retarders (7) sowie bei gleichzeitiger Aktivierung beider Dauerbremsen die Aufteilung des Bremsmomentes zwischen der Elektromaschine (10) und dem Retarder (7) in Abhängigkeit von dem Ladezustand des elektrischen Energiespeichers und der Wärmeaufnahmekapazität eines von dem Retarder (7) genutzten Kühlkreislaufs erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen einer Dauerbremsanforderung bei weitgehend entladenem elektrischen Energiespeicher und/oder bei geringer Wärmeaufnahmekapazität des Kühlkreislaufs der Generatorbetrieb des Elektromotors (10) bei serieller Aktivierung beider Dauerbremsen (7, 10) zuerst und bei gleichzeitiger Aktivierung beider Dauerbremsen (7, 10) mit anteilig erhöhter Bremsleistung aktiviert wird, wogegen bei weitgehend geladenem elektrischen Energiespeicher und/oder hoher Wärmeaufnahmekapazität des Kühlkreislaufs der Retarder (7) bei serieller Aktivierung beider Dauerbremsen (7, 10) zuerst und bei gleichzeitiger Aktivierung beider Dauerbremsen (7, 10) anteilig mit erhöhter Bremsleistung aktiviert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (2) bei Anfahr- und Beschleunigungsvorgängen zur Erhöhung der Fahrdynamik durch einen Motorbetrieb der Elektromaschine (10) unterstützt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (2) bei ansteigendem Fahrwiderstand zur Vermeidung oder zumindest zum Hinauszögern einer Zugrückschaltung durch einen Motorbetrieb der Elektromaschine (10) unterstützt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (10) bei einer mit der Zwischenwelle (24) gekoppelten Nebenabtriebswelle (20) während einer Zughoch- oder Zugrückschaltung zur Vermeidung einer Zugkraftunterbrechung als Motor betrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (10) bei einer mit der Zwischenwelle (24) gekoppelten Nebenabtriebswelle (20) während einer Schubhoch- oder Schubrückschaltung zur Vermeidung einer Schubkraftunterbrechung als Generator betrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Bergabfahrt die Reibungskupplung (13) geöffnet, das Stufenschaltgetriebe (4) in Neutral geschaltet, und der Verbrennungsmotor (2) abgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (2) bei Vorliegen einer Antriebsanforderung durch einen Schwungstart gestartet wird, bei dem zunächst die Reibungskupplung (13) geöffnet, dann in dem Stufenschaltgetriebe (4) ein zur aktuellen Fahrgeschwindigkeit passender Gang eingelegt, und schließlich die Reibungskupplung (13) geschlossen wird, wobei die Elektromaschine (10) bei einer mit der Zwischenwelle (24) gekoppelten Nebenabtriebswelle (20) während des Schließens der Reibungskupplung (13) zum Ausgleich des Anlaufschubmomentes als Motor betrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinrichtung (23) bei Vorliegen einer Anforderung eines geschwindigkeits-, verbrennungsmotor- und kupplungsunabhängigen Antriebs des Nebenabtriebs (21) in ihre Neutralstellung geschaltet und die Nebenabtriebswelle (20) nachfolgend von der Elektromaschine (10) angetrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenabtriebswelle (20) bei Vorliegen einer Anforderung eines verbrennungsmotor- oder kupplungsabhängigen Antriebs des Nebenabtriebs (21) oder für das Starten des Verbrennungsmotors (2) durch die Elektromaschine (10) über die Umschalteinrichtung (23) mit der Vorgelegewelle (22) gekoppelt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 8 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenabtriebswelle (20) bei Vorliegen einer Anforderung eines geschwindigkeitsabhängigen Antriebs des Nebenabtriebs (21) oder eines geschwindigkeitsabhängigen Betriebs der Elektromaschine (10) über die Umschalteinrichtung (23) mit der Zwischenwelle (24) gekoppelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die unsynchronisiert ausgebildete Umschalteinrichtung (23) vor der Umschaltung zur Koppelung der Nebenabtriebswelle (20) mit der Zwischenwelle (24) oder der Vorgelegewelle (22) jeweils durch einen Motorbetrieb der Elektromaschine (10) synchronisiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine zwischen der Ausgangswelle (6) des Stufenschaltgetriebes (4) und dem über ein Abtriebszahnrad (32) auch mit der Zwischenwelle (24) in Triebverbindung stehenden Antriebszahnrad (18) des Hochtriebs (16) angeordnete, als eine unsynchronisierte Klauenkupplung ausgebildete Trennkupplung (33) bei Nichtvorliegen einer Dauerbremsanforderung und Nichtvorliegen einer Anforderung eines geschwindigkeitsabhängigen Betriebs der Elektromaschine (10) und des Nebenabtriebs (21) zur Abkoppelung des Retarders (7), der Elektromaschine (10) und des Nebenabtriebs (21) von der Ausgangswelle (6) ausgerückt wird.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkupplung (33) bei Vorliegen einer Dauerbremsanforderung oder einer Anforderung eines geschwindigkeitsabhängigen Betriebs der Elektromaschine (10) oder des Nebenabtriebs (21) zur Ankoppelung des Retarders (7), der Elektromaschine (10) und des Nebenabtriebs (21) an die Ausgangswelle (6) eingerückt wird, wobei zunächst die Nebenabtriebswelle (20) über die Umschalteinrichtung (23) mit der Zwischenwelle (24) gekoppelt und die Trennkupplung (33) durch einen Motorbetrieb der Elektromaschine (10) synchronisiert wird.