DE102013210012A1

DE102013210012A1 - Antriebsstrang für ein Fahrzeug, Fahrzeug mit dem Antriebsstrang und Verfahren zum Betreiben des Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102013210012A1
Application number: DE102013210012.4A
Authority: DE
Inventors: Andreas Kinigadner; Thomas Mehlis
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-12-19
Filing date: 2013-05-29
Publication date: 2014-06-26
Also published as: WO2014094748A1; DE102013210010A1; WO2014094747A1

Abstract

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Antriebsstrang für ein Fahrzeug sowie ein entsprechendes Fahrzeug vorzustellen, welcher bzw. welches konstruktiv oder konzeptionell einfach aufgebaut ist und zugleich eine Vielzahl von Betriebszuständen ermöglicht.
Hierzu wird ein Antriebsstrang 1 für ein Fahrzeug 2 mit einer ersten Eingangswelle 8, mit einer zweiten Eingangswelle 11, mit einer Ausgangswelle 12, wobei die erste Eingangswelle 8 über mindestens eine erste Übersetzungsstufe ÜS1 mit der Ausgangswelle 12 selektiv wirkverbindbar ist, wobei die zweite Eingangswelle 11 mit der Ausgangswelle 12 über mindestens eine zweite Übersetzungsstufe ÜS2 wirkverbindbar oder wirkverbunden ist, vorgeschlagen, wobei die zweite Eingangswelle 11 über die mindestens zweite Übersetzungsstufe ÜS2 selektiv mit der Ausgangswelle 12 wirkverbindbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit diesem Antriebsstrang sowie ein Verfahren zum Betreiben des Fahrzeugs.
Hybrid-Fahrzeuge nutzen neben Verbrennungsmotoren alternativ oder ergänzend Elektromotoren, um ein Antriebsmoment zu erzeugen. Elektromotoren und Verbrennungsmotoren werden hierbei wahlweise alternativ oder in einigen Betriebszuständen des Fahrzeugs gemeinsam eingesetzt. Durch diese Variabilität eröffnet sich prinzipiell eine Vielzahl von möglichen Betriebszuständen eines Fahrzeugs in Hybrid-Bauweise.
Die Druckschrift DE 199 45 474 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, stellt einige Varianten eines Hybrid-Kraftfahrzeugs vor, wobei zum Beispiel im Zusammenhang mit der 3 ein Antriebsstrang mit einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor vorgestellt wird, der eine Vielzahl von Betriebszuständen ermöglicht.
Gebiet der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Antriebsstrang für ein Fahrzeug sowie ein entsprechendes Fahrzeug vorzustellen, welcher bzw. welches konstruktiv oder konzeptionell einfach aufgebaut ist und zugleich eine Vielzahl von Betriebszuständen ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch einen Antriebsstrang mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Fahrzeug mit dem Antriebsstrang mit den Merkmalen des Anspruchs 10 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Im Rahmen der Erfindung wird somit ein Antriebsstrang vorgeschlagen, welcher für ein Fahrzeug geeignet und/oder ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist der Antriebsstrang ausgebildet, ein Hauptantriebsdrehmoment für das Fahrzeug bereitzustellen, um dieses im regulären Straßenverkehr, also insbesondere mit Geschwindigkeiten größer als 50 Stundenkilometer, im Speziellen größer als 100 Stundenkilometer, anzutreiben.
Der Antriebsstrang umfasst eine erste Eingangswelle, wobei diese mit einer ersten Antriebsschnittstelle gekoppelt ist, die zur Ankopplung eines Verbrennungsmotors ausgebildet ist. Die erste Antriebsschnittstelle ist derart mit der ersten Eingangswelle gekoppelt, so dass ein Antriebsdrehmoment von dem Verbrennungsmotor auf die erste Eingangswelle geleitet werden kann. Optional ist die erste Antriebsschnittstelle drehfest mit der ersten Eingangswelle verbunden, alternativ ist diese zuschaltbar ausgebildet oder über einen Freilauf angekoppelt wie nachfolgend noch erläutert wird.
Ferner umfasst der Antriebsstrang eine zweite Eingangswelle, welche eine zweite Antriebsschnittstelle aufweist, die zur Ankopplung eines Elektromotors ausgebildet ist. Die zweite Antriebsschnittstelle ist derart mit der zweiten Eingangswelle gekoppelt, so dass ein Antriebsdrehmoment von dem Elektromotor auf die zweite Eingangswelle geleitet werden kann.
Der Antriebsstrang umfasst eine Ausgangswelle, welche mit einer Ausgangsschnittstelle gekoppelt ist und welche zur Ankopplung an einen Abtrieb, insbesondere an ein Differenzial, im Speziellen an ein Querdifferenzial, ausgebildet ist. Die Ausgangsschnittstelle ist derart mit der der Ausgangswelle gekoppelt, dass ein Antriebsdrehmoment von der Ausgangswelle auf den Abtrieb geleitet werden kann.
Die erste Eingangswelle ist über mindestens eine erste Übersetzungsstufe mit der Ausgangswelle selektiv wirkverbindbar. Selektiv wirkverbindbar bedeutet insbesondere, dass die mindestens eine Übersetzungsstufe in Abhängigkeit eines vorgebbaren Schaltzustands der mindestens einen Übersetzungsstufe eine Wirkverbindung oder eine Entkopplung realisiert. Unter Wirkverbindung wird insbesondere eine getriebetechnische Verbindung verstanden, die zur Übertragung und optional ergänzend zur Umsetzung von Antriebsmomenten oder anderen Drehmomenten dient. Somit kann die Eingangswelle über die mindestens erste Übersetzungsstufe wahlweise mit der Ausgangswelle getriebetechnisch gekoppelt oder entkoppelt sein. Unter einer Übersetzungsstufe wird vorzugsweise eine getriebetechnische Stufe mit einem beliebigen Übersetzungsverhältnis, insbesondere einem Übersetzungsverhältnis n > 1, n = 1 oder n < 1 verstanden.
Die zweite Eingangswelle ist mit der Ausgangswelle über mindestens eine zweite Übersetzungsstufe wirkverbindbar oder wirkverbunden.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die zweite Eingangswelle über die mindestens zweite Übersetzungsstufe selektiv wirkverbindbar ist. Somit ist es wahlweise möglich, die zweite Eingangswelle mit der Ausgangswelle zu koppeln oder zu entkoppeln.
Der Vorteil der Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, dass durch die selektive Wirkverbindung zwischen erster Eingangswelle-Ausgangswelle und zweiter Eingangswelle-Ausgangswelle eine Vielzahl von Betriebszuständen von dem Antriebsstrang eingenommen werden kann, sodass der Antriebsstrang sehr flexibel einsetzbar ist. Insbesondere ist es möglich, die Antriebsdrehmomente von dem Elektromotor und dem Verbrennungsmotor wahlweise alternativ oder gemeinsam, insbesondere überlagernd, auf die Ausgangswelle zu übertragen.
Um die Variabilität der Betriebszustände weiter zu erhöhen, ist es bevorzugt, dass der Antriebsstrang mindestens zwei erste Übersetzungsstufen und/oder mindestens zwei zweite Übersetzungsstufen aufweist. In dieser Ausgestaltung kann die erste Eingangswelle mit der Ausgangswelle wahlweise über eine der beiden ersten Übersetzungsstufen gekoppelt oder davon entkoppelt sein. In gleicher Weise kann die zweite Eingangswelle über eine der zwei zweiten Übersetzungsstufen mit der Ausgangswelle gekoppelt oder entkoppelt zu dieser sein. Besonders bevorzugt weisen die mindestens zwei ersten Übersetzungsstufen unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse auf. Alternativ oder ergänzend weisen die mindestens zwei zweiten Übersetzungsstufen unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse auf. Durch die geschilderte Weiterbildung ist es möglich, dass bei exklusivem Betrieb durch den Verbrennungsmotor zwei unterschiedliche erste Übersetzungsstufen genutzt werden. Alternativ oder ergänzend ist es möglich, dass bei exklusivem Betrieb des Elektromotors mindestens zwei unterschiedliche zweite Übersetzungsstufen genutzt werden können.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird ein erster Momentenweg von der ersten Antriebsschnittstelle zu der Ausgangswelle und ein zweiter Momentenweg von der zweiten Antriebsschnittstelle ebenfalls zu der Ausgangswelle gebildet. Über die Momentenwege werden die Antriebsdrehmomente des Verbrennungsmotors beziehungsweise des Elektromotors geleitet. Im Rahmen der Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass der erste und der zweite Momentenweg zumindest abschnittsweise parallel geführt werden. Insbesondere verlaufen die Momentenwege beim Übergang in die Ausgangswelle parallel zueinander versetzt, so dass die Antriebsdrehmomente von dem Verbrennungsmotor und von dem Elektromotor parallel versetzt in die Ausgangswelle eingeleitet werden. Diese Ausgestaltung erlaubt die voneinander unabhängige und parallele Führung der Antriebsdrehmomente von den Antriebsschnittstellen zu der Ausgangswelle.
Bei einer konkreten Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Antriebsstrang den mindestens einen Verbrennungsmotor und/oder den mindestens einen Elektromotor. Der Verbrennungsmotor weist vorzugsweise eine Leistung von größer 30 Kilowatt, vorzugsweise größer 40 Kilowatt auf. Der Elektromotor weist ebenfalls vorzugsweise eine Leistung von größer 30 Kilowatt, vorzugsweise größer 40 Kilowatt, auf.
Konstruktiv betrachtet ist beziehungsweise sind die erste und/oder die zweite Eingangswelle bevorzugt parallel zu der Ausgangswelle angeordnet. Besonders bevorzugt sind erste und zweite Eingangswelle zueinander parallel, jedoch beabstandet angeordnet. Durch die Anordnung der Welle kann der variable Antriebsstrang bauraumsparend und konstruktiv einfach umgesetzt werden.
Bei einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung weist der Antriebsstrang eine erste Aktorik auf, wobei die erste Aktorik selektiv ein Losrad der ersten Übersetzungsstufe mit der ersten Eingangswelle drehfest koppeln und entkoppeln kann. Optional ergänzend ist die Aktorik ausgebildet, von den mindestens zwei ersten Übersetzungsstufen jeweils ein Losrad mit der ersten Eingangswelle drehfest zu koppeln und zu entkoppeln. Durch die Aktorik kann die erste Eingangswelle somit selektiv mit einer der ersten Übersetzungsstufen gekoppelt werden. Alternativ hierzu ist die erste Aktorik ausgebildet, ein oder mehrere Losräder der ersten Übersetzungsstufe mit der Ausgangswelle drehfest zu koppeln oder zu entkoppeln.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Antriebsstrang eine zweite Aktorik zur selektiven Wirkverbindung der ersten Eingangswelle mit einer der mindestens zwei zweiten Übersetzungsstufen auf. Mit der zweiten Aktorik kann somit die erste Eingangswelle selektiv mit einer der zweiten Übersetzungsstufen gekoppelt werden. Insbesondere erlaubt die zweite Aktorik selektiv ein Zwischenlosrad einer der mindestens zwei zweiten Übersetzungsstufen mit der ersten Eingangswelle drehfest zu koppeln. Der Vorteil der zweiten Aktorik ist es, dass diese eine Übertragung von Drehmoment zwischen dem Elektromotor und dem Verbrennungsmotor, eine Zusammenführung der Antriebsdrehmomente von Elektromotor und Verbrennungsmotor auf einer gemeinsamen Welle und/oder das Überleiten des Antriebsdrehmoment des Elektromotors über die erste Eingangswelle auf die Ausgangswelle ermöglicht.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung weist der Antriebsstrang eine dritte Aktorik zur selektiven Wirkverbindung der mindestens einen zweiten Übersetzungsstufe mit der Ausgangswelle auf, wobei die Aktorik selektiv ein Ausgangslosrad der mindestens einen zweiten Übersetzungsstufe mit der Ausgangswelle drehfest koppeln und entkoppeln kann. Alternativ hierzu ist die dritte Aktorik ausgebildet, ein Eingangslosrad der mindestens einen zweiten Übersetzungsstufe selektiv mit der zweiten Eingangswelle zu koppeln.
Insbesondere in der Ausgestaltung mit mindestens zwei ersten Übersetzungsstufen und mindestens zwei zweiten Übersetzungsstufen sowie den drei zuvor genannten Aktoriken kann der Antriebsstrang einen, einige oder alle der folgenden Betriebszustände einnehmen:

– Klimabetrieb
– Elektromotorischer Antrieb
– Anfahren mit elektromotorischen Betrieb
– Verbrennungsmotorischer Antrieb
– Parallel-Boost
– Seriell-Boost
– Start-/Generatorbetrieb
– Zwischenzustand für Momentenauffüllung beim Schaltvorgang

Mit dem letzten Betriebszustand ermöglicht der Antriebsstrang ein Verfahren zum Schalten des Antriebsstrangs, wobei der Antriebsstrang eine Getriebeanordnung mit der ersten und der zweiten Übersetzungsstufe umfasst, über die die zweite Eingangswelle in mindestens einem ersten und einem zweiten Übersetzungsverhältnis zur Übertragung des Antriebsdrehmoments des Elektromotors mit der Ausgangswelle selektiv wirkverbindbar ist und über die die erste Eingangswelle zur Übertragung des Antriebsdrehmoments des Verbrennungsmotors mit der Ausgangswelle selektiv wirkverbindbar ist, wobei bei einem Schaltvorgang der Getriebeanordnung von dem ersten Übersetzungsverhältnis zu dem zweiten Übersetzungsverhältnis oder in Gegenrichtung zur Übertragung des Antriebsdrehmoments des Elektromotors auf die Ausgangswelle eine Übergangsversorgung durch die Übertragung des Antriebsmoments des Verbrennungsmotors auf die Ausgangswelle durchgeführt wird, um das an der Ausgangswelle anliegende Gesamtantriebsdrehmoment während des Schaltvorgangs konstant zu halten. Beispielsweise weist der Antriebsstrang eine Steuereinrichtung auf, die programmtechnisch und/oder schaltungstechnisch ausgebildet ist, das Verfahren, insbesondere den Schaltvorgang automatisch und/oder selbsttätig durchzuführen. Insbesondere ist die Steuereinrichtung ausgebildet, den Schaltvorgang in einem Zeitraum kleiner 1 s, vorzugsweise kleiner 0,1 s durchzuführen.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung umfasst der Antriebsstrang den Freilauf, wobei der Freilauf zwischen der ersten Antriebsschnittstelle und der ersten Eingangswelle angeordnet ist. Alternativ oder ergänzend ist der Freilauf seriell zwischen der ersten Eingangswelle und dem Verbrennungsmotor geschaltet. Funktionell betrachtet ist der Freilauf als eine Überholkupplung ausgebildet, wobei der Freilauf in einer ersten Drehrichtung ein Antriebsdrehmoment von dem Verbrennungsmotor in die erste Eingangswelle überträgt, solange die Eingangsdrehzahl der ersten Antriebsschnittstelle und/oder des Verbrennungsmotors größer als die Drehzahl der ersten Eingangswelle ist, und entkoppelt sobald die Drehzahl der Eingangswelle größer als die Eingangsdrehzahl ist. Konstruktiv betrachtet ist der Freilauf z. B. als ein Klemmkörperfreilauf ausgebildet.
Durch den Aufbau des Antriebstrangs kann ein rein elektrisches Anfahren des Fahrzeugs aus dem stehenden Zustand umgesetzt werden. Für diese Funktion ist somit keine betätigbare Reibkupplung mehr notwendig, wie diese aus konventionellen Antriebssträngen bekannt ist. Um jedoch ein Abkoppeln des Verbrennungsmotors trotzdem umsetzen zu können, wird statt einer aufwändigen, betätigbaren Reibkupplung ein im Vergleich dazu einfacher Freilauf eingesetzt, der diese Funktion übernimmt. Bei der Weiterbildung der Erfindung wird somit die Variabilität des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs ausgenutzt, um Komponenten des Antriebsstrangs einzusparen.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung umfasst der Antriebsstrang eine Sicherheitskupplung, wobei die Sicherheitskupplung zur Abkopplung der ersten Antriebsschnittstelle und/oder des Verbrennungsmotors ausgebildet ist. Insbesondere ist die Sicherheitskupplung ausgebildet und angeordnet, bei einem plötzlichen Stehen der Antriebsräder, wie z. B. bei einer Notbremsung oder beim Verzögern auf einer Eisplatte, den Momentenweg von einem Momentenschlag ausgehend von den angetriebenen Rädern in Richtung des Verbrennungsmotors zu unterbrechen.
Besonders bevorzugt ist die Sicherheitskupplung in dem Antriebsstrang in Richtung des Momentenwegs vor dem Freilauf angeordnet, so dass der Freilauf durch die Sicherheitskupplung von dem Momentenschlag entkoppelt ist. Dieser bevorzugten Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, dass der Freilauf ansonsten für den Grenzzustand des Momentenschlags ausgelegt werden müsste und für den Normalbetrieb überdimensioniert wäre. Stattdessen wird der Freilauf auf das Maximaldrehmoment des Verbrennungskraftmotors ausgelegt und durch die Sicherheitskupplung geschützt.
Die Sicherheitskupplung ist besonders bevorzugt als eine automatisch auslösende Kupplung, insbesondere als eine Rutschkupplung und/oder als eine Überlastkupplung ausgebildet. Im speziellen wird die Sicherheitskupplung ausschließlich durch Überschreiten eines anliegenden Maximaldrehmoments ausgelöst.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Antriebsstrang zwischen dem Freilauf oder dem Verbrennungsmotor einerseits und dem Abtrieb oder bis zu den angetriebenen Rädern andererseits als ein formschlüssiges Getriebe ausgebildet, wobei sämtliche Wirkverbindungen im geschlossenen Zustand als Formschlussverbindungen ausgebildet sind, wobei das formschlüssige Getriebe die Sicherheitskupplung umfasst.
Ein weiterer Gegenstand bildet ein Fahrzeug mit dem Antriebsstrang, wie dieser zuvor beschreiben wurde. Das Fahrzeug ist insbesondere als ein Personenkraftwagen ausgebildet.
Zudem wird ein Verfahren zu zum Betreiben des Fahrzeugs mit dem Antriebstrang wie dieser zuvor beschrieben wurde beansprucht, wobei der Antriebsstrang im Betrieb in eine Mehrzahl von Betriebszuständen gesetzt wird.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figur. Dabei zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs für ein Fahrzeug als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In der 1 ist in einer schematischen Darstellung ein Antriebsstrang 1 für ein Fahrzeug 2 dargestellt, wobei der Antriebsstrang ausgebildet ist, ein Antriebsdrehmoment zum Beispiel über ein Differenzial 3 auf zwei angetriebene Räder 4a, 4b einer Achse zu verteilen. Das Fahrzeug 2 beziehungsweise der Antriebsstrang 1 umfasst zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments einen Verbrennungsmotor 5 sowie einen Elektromotor 6. Jeder der Motoren 5, 6 ist so dimensioniert, dass dieser auch alleine das Fahrzeug 2 antreiben kann.
Der Verbrennungsmotor 5 ist über eine erste Antriebsschnittstelle 7 mit einer ersten Eingangswelle 8 verbunden, sodass Drehmoment von dem Verbrennungsmotor 5 auf die erste Eingangswelle 8 geleitet werden kann. Optional ist ein Freilauf 9 vorgesehen, wobei der Freilauf 9 zwischen der Eingangsschnittstelle 7 und der ersten Eingangswelle 8 angeordnet ist. Der Freilauf 9 ist als eine Überholkupplung ausgebildet und koppelt in einer ersten Drehrichtung die Eingangsschnittstelle 7 mit der ersten Eingangswelle 8 für den Fall, dass die Drehzahl der Eingangsschnittstelle 7 größer oder gleich als die Drehzahl der ersten Eingangswelle 8 ist. Für den Fall, dass die Drehzahl der Eingangsschnittstelle 7 kleiner als die Drehzahl der ersten Eingangswelle 8 ist, sind Eingangsschnittstelle 7 und erste Eingangswelle 8 entkoppelt.
Es ist möglich, dass der Verbrennungsmotor 5 – wie hier gezeigt – koaxial zu der ersten Eingangswelle 8 angeordnet ist, alternativ ist es jedoch auch möglich, dass das Drehmoment über ein Zwischengetriebe an die erste Antriebsschnittstelle 7 übertragen wird.
Der Elektromotor 6 ist über eine zweite Antriebsschnittstelle 10 mit einer zweiten Eingangswelle 11 gekoppelt, sodass ein Antriebsdrehmoment von dem Elektromotor 6 auf die zweite Eingangswelle 11 übertragen werden kann. Die erste Eingangswelle 8 und die zweite Eingangswelle 11 sind parallel zueinander ausgerichtet und zugleich parallel versetzt zueinander angeordnet.
Ferner umfasst der Antriebsstrang 1 eine Ausgangswelle 12, welche über eine Ausgangsschnittstelle 13 mit dem Differenzial 3 gekoppelt ist, so dass ein Antriebsdrehmoment aus dem Antriebsstrang 1 in das Differenzial 3 geleitet werden kann.
Der Antriebsstrang 1 umfasst eine zweistufige erste Übersetzungsstufe ÜS1, welche selektiv die erste Eingangswelle 8 mit der Ausgangswelle 12 koppeln kann. Ferner umfasst der Antriebsstrang 1 eine zweistufige zweite Übersetzungsstufe ÜS2, welche die zweite Eingangswelle 11 mit der Ausgangswelle 12 selektiv koppeln kann. Die erste und die zweite Übersetzungsstufe ÜS1 und ÜS2 können jeweils auch mehrstufig ausgebildet sein. Bei einer kleineren Ausführungsvariante ist die Übersetzungsstufe ÜS1 zwei- oder mehrstufig und die Übersetzungsstufe ÜS2 nur einstufig ausgebildet.
Die zwei Stufen der ersten Übersetzungsstufe ÜS1 umfassen jeweils ein Losrad LR_E_V1 und LR_E_V2, welche koaxial und in einem entkoppelten Zustand drehbar auf oder zu der ersten Eingangswelle 8 angeordnet sind. Ferner umfasst die erste Übersetzungsstufe zwei Festräder FR_A_V1 und FR_A_V2, welche beabstandet, jedoch insbesondere benachbart drehfest auf der Ausgangswelle 12 aufgesetzt sind. Eine erste Aktorik A1 kann wahlweise einen Entkopplungszustand einnehmen, das Losrad LR_E_V1 oder das Losrad LR_E_V2 mit der ersten Eingangswelle 8 koppeln. Damit ist es möglich, zum Beispiel das Antriebsdrehmoment des Verbrennungsmotors 5 über zwei unterschiedliche Getriebepfade von der ersten Eingangswelle 8 auf die Ausgangswelle 12 zu übertragen. Insbesondere unterscheiden sich die zwei Stufen der ersten Übersetzungsstufe ÜS1 durch das Übersetzungsverhältnis.
Die zweite Eingangswelle 11 ist mit der Ausgangswelle 12 über eine zweite Übersetzungsstufe ÜS2 ebenfalls mit zwei Stufen selektiv koppelbar. Auf der zweiten Eingangswelle 11 sitzen koaxial zwei Festräder FR_E2_E1 und FR_E2_E2. Auf oder zu der ersten Eingangswelle 11 sind im entkoppelten Zustand zwei Losräder drehbar gelagert und koaxial angeordnet, nämlich LR_E_E1 und LR_E_E2. Auf oder zu der Ausgangswelle 12 sind weitere zwei Losräder LR_A_E1 und LR_A_E2 koaxial und im entkoppelten Zustand drehbar gelagert. Die beiden Losräder auf der ersten Eingangswelle 8 sind über eine zweite Aktorik A2, die zwei Losräder auf der Ausgangswelle 12 über eine dritte Aktorik A3 selektiv mit der ersten Eingangswelle 8 bzw. mit der Ausgangswelle 12 koppelbar.

Jedes der genannten Losräder ist über die erste Aktorik A1, die zweite Aktorik A2 bzw. die dritte Aktorik A3 selektiv mit der zugeordneten Welle koppelbar. Damit ergeben sich die u. a. folgenden Betriebszustände:

Betriebszustände	ÜS1		ÜS2
	A1		A2		A3
	LR_E_V1	LR_E_V2	LR_E_E1	LR_E_E2	LR_A_E1	LR_A_E2

I	0	0	0	0	0	0
IIa	0	0	0	0	+	0
IIb	0	0	0	0	0	+
IIc	0	+	0	+	0	0
IId	+	0	0	+	0	0
IIe	0	+	+	0	0	0
IIf	+	0	+	0	0	0
IIz1	+	0	0	0	0	0
IIz2	0	+	0	0	0	0
IIIa	+	0	0	0	0	0
IIIz1	0	0	0	0	+	0
IIIz2	0	0	0	0	0	+
IIIb	0	+	0	0	0	0
IVa	+	0	0	0	+	0
IVb	+	0	0	0	0	+
IVc	0	+	0	0	+	0
IVd	0	+	0	0	0	+
Va	+	0	+	0	0	0
Vb	+	0	0	+	0	0
Vc	0	+	+	0	0	0
Vd	0	+	0	+	0	0
Ve	0	0	+	0	+	0
Vf	0	0	0	+	0	+
VIa	0	0	+	0	0	0
VIb	0	0	0	+	0	0

Betriebszustand I: Klimabetrieb
In dem Betriebszustand I werden alle Aktoriken A1, A2, A3 in einen Entkopplungszustand gesetzt, sodass alle Losräder von den zugehörigen Wellen 8 bzw. 12 entkoppelt sind. In diesem Betriebszustand kann wahlweise der Elektromotor 6 oder der Verbrennungsmotor 5 isoliert arbeiten und zum Beispiel das jeweilige Antriebsdrehmoment in Richtung einer Klimaanlage oder einem anderen Nebenaggregat abgeben, um diese oder dieses anzutreiben.
Betriebszustand IIa–IIb: Elektromotorischer Antrieb
In dem Betriebszustand IIa sind die Aktorik A1 und die Aktorik A2 in einem Entkopplungszustand. Die Aktorik A3 koppelt das Losrad LR_A_E1 an die Ausgangswelle 12, sodass ein Antriebsdrehmoment vom Elektromotor 6 auf die Ausgangswelle 12 übertragen wird. In dem Zustand IIb koppelt die Aktorik A3 dagegen das Losrad LR_A_E2 an die Ausgangswelle 12. Damit wird bei diesen beiden Betriebszuständen ein rein elektromotorischer Antrieb umgesetzt, wobei in dem Betriebszustand IIa das Antriebsdrehmoment über eine der zwei zweiten Übersetzungsstufen ÜS2 und in dem Betriebszustand IIb über die andere der zwei zweiten Übersetzungsstufen ÜS2 geleitet wird.
Betriebszustand IIc–IIf: Elektromotorischer Antrieb
In diesen Betriebszuständen wird einer der Losräder LR_E_E1 oder LR_E_E1 über die zweite Aktorik A2 mit der ersten Eingangswelle 8 gekoppelt sowie einer der Losräder LR_E_V1 oder LR_E_V2 ebenfalls mit der ersten Eingangswelle 8 gekoppelt, so dass das Antriebsdrehmoment von dem Elektromotor 6 auf die Ausgangswelle 12 über beide Getriebestufen ÜS1 und ÜS2 geführt wird. Insgesamt ergeben sich vier Stellmöglichkeiten, wie diese in der Tabelle aufgeführt sind.
Insbesondere kann in den Betriebszuständen IIa–IIf ein rein elektromotorisches Anfahren umgesetzt werden.
Schaltvorgang im elektromotorischen Betrieb von den Betriebszuständen IIa oder IIb in einen der Betriebszustände IIc bis IIf:
Bei diesem Schaltvorgang wird ausgehend von dem Betriebszustand IIa oder IIb über die Aktorik A3 die Wirkverbindung zwischen Elektromotor 6 und Ausgangswelle 12 gelöst. Um der Verringerung des Gesamtdrehmoments auf der Ausgangswelle 12 während des Schaltvorgangs zu vermeiden wird einer der Zwischenzustände IIz1 oder IIz2 eingenommen, so dass ein Antriebsdrehmoment des Verbrennungsmotors 5 zur Momentenauffüllung an der Ausgangswelle 12 genutzt werden kann. Bei dem Übergang zu den Betriebszuständen IIc bis IIf wird ein Betriebszustand ausgewählt, der die gleiche Stellung der Aktorik A1 wie der zuvor gewählte Zwischenzustand aufweist. Nachfolgend wird über die Aktorik A2 das Antriebsdrehmoment des Elektromotors 6 auf die erste Antriebswelle 8 geleitet und das Antriebsdrehmoment des Verbrennungsmotors 5 reduziert, so dass nach dem Schaltvorgang wieder ein rein elektromotorischer Antrieb vorliegt.
Um einen Drehmomentausfall während des Umschaltens von dem Betriebszustand IIa zu dem Betriebszustand IIb zu vermeiden, kann bei dem Gangwechsel eine Momentenauffüllung über den Verbrennungsmotor 5 erfolgen. Hierzu wird in einem Zwischenzustand IIz1 beziehungsweise IIz2 der Verbrennungsmotor 5 über die eine der ersten Übersetzungsstufen ÜS1 oder über die andere der ersten Übersetzungsstufen ÜS1 auf die Ausgangswelle geleitet, indem das Losrad LR_E_V1 oder das Losrad LR_E_V2 durch die Aktorik A1 an die erste Eingangswelle 8 gekoppelt wird. Somit kann der Verbrennungsmotor 5 Drehmoment über einen Getriebepfad über die ersten Übersetzungsstufen ÜS1 zuführen und ausreichend Drehmoment bereitstellen. Eine Umsetzung kann über eine Getriebesteuerung realisiert werden, die den Schaltvorgang in einem automatisierten Getriebe durchführt. Hierbei kann vor einem Gangwechsel der Verbrennungsmotor 5 gestartet oder auf Drehzahl gebracht werden, um über den genannten Getriebepfad Drehmoment bereitzustellen. Alternativ hierzu kann der Verbrennungsmotor 5 bereits im Rahmen eines Parallel-Boost-Betriebs – wie dieser im Zusammenhang mit den Betriebszuständen IVa bis IVd beschrieben wird, bereitstellen und die Momentenanforderung an den Verbrennungsmotor 5 wird angehoben, um das wegfallende Moment des Elektromotors 6 beim Gangwechsel zu kompensieren.
Betriebszustand IIIa–IIIb: Verbrennungsmotorischer Antrieb
In dem Betriebsmodus IIIa wird das Drehmoment des Verbrennungsmotors 5 über eine der ersten Übersetzungsstufen ÜS1 auf die Ausgangswelle geleitet. Die Aktoriken A2 und A3 sind im Entkopplungszustand. Insbesondere wird das Losrad LR_E_V1 durch die erste Aktorik A1 mit der ersten Eingangswelle 8 drehfest verbunden. In dem Betriebszustand IIIb wird die andere erste Übersetzungsstufe ÜS1 gewählt, indem durch die erste Aktorik A1 das Losrad LR_E_V2 mit der ersten Eingangswelle 8 drehfest verbunden wird. Bei einem Gangwechsel von dem Betriebszustand IIIa zu dem Betriebszustand IIIb ist es möglich, dass eine Momentenauffüllung durch den Elektromotor 6 umgesetzt wird. Zu diesem Zweck wird in dem Zwischenzustand IIIz1, während dessen die Aktorik A1 im Entkopplungszustand beim Umschalten ist, das Losrad LR_A_E1 mit der Ausgangswelle 12 drehfest verbunden, sodass über eine der zweiten Übersetzungsstufen ÜS2 das Drehmoment vom Elektromotor 6 auf die Ausgangswelle 12 übertragen wird. Alternativ hierzu kann in dem Betriebszustand IIIz2 die andere zweite Übersetzungsstufe ÜS2 genutzt werden, indem durch die Aktorik A3 das Losrad LR_A_E2 mit der Ausgangswelle 12 drehfest gekoppelt wird.
Betriebszustand IVa–IVd: Parallel-Boost
In diesem Betriebszustand werden sowohl Drehmoment von dem Verbrennungsmotor 5 als auch über den Elektromotor 6 der Ausgangswelle 12 zugeführt. In den Betriebszuständen IVa und IVb wird hierzu eine der ersten Übersetzungsstufen ÜS1 genutzt, indem durch die erste Aktorik A1 das Losrad LR_E_V1 oder das Losrad LR_E_V1 mit der ersten Eingangswelle 8 drehfest verbunden wird. Zusätzlich wird durch die Aktorik A3 auf einem parallelen Momentenweg ein Drehmoment von dem Elektromotor 6 auf die Ausgangswelle 12 über eine der zweiten Übersetzungsstufen ÜS2 übertragen, indem wahlweise das Losrad LR_A_E1 oder alternativ das Losrad LR_A_E2 drehfest mit der Ausgangswelle 12 verbunden wird.
Betriebszustand Va–Vf: Seriell-Boost
Bei diesen Betriebszuständen wird das gesamte Drehmoment von Elektromotor und Verbrennungsmotor entweder über eine der ersten Übersetzungsstufen ÜS1 oder über eine der zweiten Übersetzungsstufen ÜS2 geleitet. Dies wird dadurch erreicht, dass die Aktorik A2 wahlweise das Losrad LR_E_E1 oder das Losrad LR_E_E2 mit der ersten Eingangswelle 8 drehfest koppelt. Die Übertragung des auf der ersten Eingangswelle 8 vereinigten Drehmoments erfolgt über einen der vier Getriebepfade, indem wahlweise über die Aktorik A1 das Losrad LR_E_V1 oder LR_E_V2 mit der ersten Eingangswelle 8 gekoppelt wird oder über die Aktorik A3 den durch die Aktorik A2 ausgewählten Getriebepfad zu der Ausgangswelle 12 verlängert wird.
Sowohl die Betriebszustände im Parallel-Boost als die Betriebszustände im Seriell-Boost können zugleich für einen Generatorbetrieb genutzt werden.
Betriebszustand VIa–VIb: Start-/Generatorbetrieb
In diesem Betriebszustand ist die Ausgangswelle 12 abgekoppelt, es kann jedoch ein Drehmoment zwischen dem Elektromotor 6 und dem Verbrennungsmotor 5 fließen. Dieser Drehmomentfluss kann vom Elektromotor 6 zum Verbrennungsmotor genutzt werden, um den Verbrennungsmotor 5 zu starten oder von dem Verbrennungsmotor 5 zu dem Elektromotor 6 genutzt werden, um diesen in einem Generatorbetrieb zu betreiben. Für den Drehmomentenfluss von dem Elektromotor 6 zu dem Verbrennungsmotor 5 muss ggf. der Freilauf 9 gesperrt werden.
Die Bedeutung des Freilaufs 9 ist insbesondere bei den Betriebszuständen IIc bis IIf: elektromotorischer Antrieb, IVa–IVd: Parallel-Boost und/oder Va–Vf: Seriell-Boost zu sehen. In den genannten Betriebszuständen müsste der Verbrennungsmotor 5 für den Fall, dass der Verbrennungsmotor 5 eine geringere Drehzahl als der Elektromotor 6 übersetzt auf die erste Eingangswelle 8 aufbringt über eine betätigbare Trennkupplung von der ersten Eingangswelle 8 abgekoppelt werden. Diese Funktion wird konstruktiv weniger aufwändig von dem Freilauf 9 übernommen.
Allerdings kann der Einsatz des Freilaufs zu Herausforderungen in Grenzzuständen führen. Für den Fall, dass die Räder 4a, b zu einem plötzlichen Stillstand kommen, wie dies z. B. bei einer Notbremsung oder bei einem Bremsen auf Eis passieren kann, würde einen Momentenschlag ausgehend von den Rädern in Richtung des Verbrennungsmotors 5 übertragen werden. Dieser Momentenschlag würde insbesondere deshalb ungedämpft übertragen werden, weil der Antriebsstrang 1 als ein formschlüssiges Getriebe ausgebildet ist, so dass eine Dämpfung des Momentenschlags durch ein Rutschen einer reibschlüssigen Verbindung, nicht erfolgt. Während der Verbrennungsmotor 5 selbst durch einen optionalen, vorgeschalteten Torsionsdämpfer (nicht gezeigt) geschützt werden könnte, müsste insbesondere der Freilauf 9 für den Momentenschlag ausgelegt sein. Alternativ hierzu kann eine Sicherheitskupplung 14 in den Antriebsstrang 1 integriert werden, wobei die Sicherheitskupplung 14 zwischen dem Freilauf 9 und den angetriebenen Rädern 4a, b angeordnet ist und den Momentenweg des Momentenschlags von den angetriebenen Rädern 4a, b in Richtung des Verbrennungsmotors 5 unterbricht. Die Sicherheitskupplung 14 ist insbesondere als eine passive Rutsch- oder Überlastkupplung ausgebildet, die ausschließlich auf das Anliegen eines Drehmoments größer als ein vorgegebenes Maximaldrehmoment durch Öffnen reagiert. Durch die Sicherheitskupplung 14 ist der Freilauf 9 ausreichend geschützt, so dass dieser mit Bezug auf das Drehmoment des Verbrennungsmotors 5 ausgelegt werden kann. Die Sicherheitskupplung 14 kann auch in den Freilauf 9 konstruktiv integriert werden.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsstrang
2: Fahrzeug
3: Differenzial
4a, b: Räder
5: Verbrennungsmotor
6: Elektromotor
7: Antriebsschnittstelle
8: Eingangswelle
9: Freilauf
10: Antriebsschnittstelle
11: Eingangswelle
12: Ausgangswelle
13: Ausgangsschnittstelle
14: Sicherheitskupplung
ÜS1: erste Übersetzungsstufen
LR_E_V1: Losrad auf der ersten Eingangswelle 8 von einer der zwei ersten Übersetzungsstufen ÜS1
LR_E_V2: Losrad auf der Eingangswelle 8 von der anderen der zwei ersten Übersetzungsstufen ÜS1
ÜS2: zweite Übersetzungsstufen
LR_E_E1: Losrad auf der ersten Eingangswelle 8 einer der zwei zweiten Übersetzungsstufen ÜS2
LR_E_E2: Losrad auf der ersten Eingangswelle 8 von der anderen der zwei zweiten Übersetzungsstufen ÜS2
LR_A_E1: Losrad auf der Ausgangswelle 12 einer der zwei zweiten Übersetzungsstufen ÜS2
LR_A_E2: Losrad auf der Ausgangswelle 12 von der anderen der zwei zweiten Übersetzungsstufen ÜS2.

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 19945474 A1 [0003]

Claims

Antriebsstrang (1) für ein Fahrzeug (2) mit einer ersten Eingangswelle (8) sowie mit einer ersten Antriebsschnittstelle (7) zur Ankopplung eines Verbrennungsmotors (5), wobei die erste Eingangswelle (8) mit der ersten Antriebsschnittstelle (7) gekoppelt ist, mit einer zweiten Eingangswelle (11) sowie mit einer zweiten Antriebsschnittstelle (10) zur Ankopplung eines Elektromotors (6), wobei die zweite Eingangswelle (11) mit der zweiten Antriebsschnittstelle (10) gekoppelt ist, mit einer Ausgangswelle (12) sowie mit einer Ausgangsschnittstelle (13) zur Ankopplung an einen Abtrieb (3), wobei die Ausgangswelle (12) mit der Ausgangsschnittstelle (13) gekoppelt ist, wobei die erste Eingangswelle (8) über mindestens eine erste Übersetzungsstufe (ÜS1) mit der Ausgangswelle (12) selektiv wirkverbindbar ist, wobei die zweite Eingangswelle (11) mit der Ausgangswelle (12) über mindestens eine zweite Übersetzungsstufe (ÜS2) wirkverbindbar oder wirkverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass dass die zweite Eingangswelle (11) über die mindestens zweite Übersetzungsstufe (ÜS2) selektiv mit der Ausgangswelle (12) wirkverbindbar ist.
Antriebsstrang (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang (1) mindestens zwei erste Übersetzungsstufen (ÜS1) und/oder mindestens zwei zweite Übersetzungsstufen (ÜS2) aufweist.
Antriebsstrang (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Momentenweg von der ersten Antriebsschnittstelle (7) zu der Ausgangswelle (12) zumindest abschnittsweise parallel zu einem zweiten Momentenweg von der zweiten Antriebsschnittstelle (10) zu der Ausgangswelle (12) verläuft.
Antriebsstrang (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang (1) den Verbrennungsmotor (5) und den Elektromotor (6) umfasst.
Antriebsstrang (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Eingangswelle (8, 11) parallel zu der Ausgangswelle (12) angeordnet ist.
Antriebsstrang (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang (1) eine erste Aktorik (A1) zur selektiven Wirkverbindung der mindestens einen ersten Übersetzungsstufe (ÜS1) aufweist, wobei die Aktorik (A1) selektiv ein Losrad (LR_E_V1, LR_E_V1) der ersten Übersetzungsstufe (ÜS1) mit der ersten Eingangswelle (8) drehfest koppeln und entkoppeln kann.
Antriebsstrang (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang (1) eine zweite Aktorik (A2) aufweist, wobei die zweite Aktorik (A2) selektiv ein Zwischenlosrad (LR_E_E1, LR_E_E2) der zweiten Übersetzungsstufe (ÜS2) mit der ersten Eingangswelle (8) drehfest koppeln und entkoppeln kann.
Antriebsstrang (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang (1) eine dritte Aktorik (A3) zur selektiven Wirkverbindung der mindestens einen zweiten Übersetzungsstufe (ÜS2) aufweist, wobei die dritte Aktorik (A3) selektiv ein Ausgangslosrad (LR_A_E1, LR_A_E2) der zweiten Übersetzungsstufe (ÜS2) mit der Ausgangswelle (12) drehest koppeln und entkoppeln kann.
Antriebsstrang (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang (1) einen, einige oder alle der folgenden Betriebszustände annehmen kann: – Klimabetrieb – Anfahren mit elektromotorischen Betrieb – Elektromotorischer Antrieb – Verbrennungsmotorischer Antrieb – Parallel-Boost – Seriell-Boost – Start-/Generatorbetrieb – Zwischenzustand für Momentenauffüllung beim Schaltvorgang
Antriebsstrang (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Freilauf (9), wobei der Freilauf (9) zwischen der ersten Antriebsschnittstelle (7) und der ersten Eingangswelle (8) angeordnet ist.
Antriebsstrang (1) nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Sicherheitskupplung (14), wobei die Sicherheitskupplung (14) zur Abkopplung der ersten Antriebsschnittstelle (7) und/oder des Verbrennungsmotors (5) angeordnet ist.
Antriebsstrang (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitskupplung (14) zwischen dem Freilauf (9) und der Ausgangsschnittstelle (13) oder den angetriebenen Rädern (4a, b) des Fahrzeugs (2) angeordnet ist.
Antriebsstrang (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang (1) zwischen dem Freilauf (9) und der Ausgangsschnittstelle (13) oder den angetriebenen Rädern (4a, b) als ein formschlüssiges Getriebe mit der Sicherheitskupplung (14) ausgebildet ist.
Fahrzeug (2) mit dem Antriebsstrang (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Betreiben des Fahrzeugs mit dem Antriebstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Antriebsstrang (1) in eine Mehrzahl von Betriebszuständen gesetzt wird.