DE102015013542B4 - Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs und Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einer Abtriebswelle (2) zum Antrieb wenigstens eines Rades (3) des Kraftfahrzeugs (24), wobei die Abtriebswelle (2) von einer ersten Elektromaschine (4) und zusätzlich von einem Verbrennungsmotor (5) und/oder einer zweiten Elektromaschine (6) antreibbar ist, wobei eine Zwischenwelle (9) über eine Kupplungsvorrichtung (10) mit einer Antriebswelle (11) koppelbar ist, die von dem Verbrennungsmotor (5) und/oder der zweiten Elektromaschine (6) antreibbar ist, wobei eine Schaltvorrichtung (12) die Zwischenwelle (9) mit einer schaltbaren Übersetzung mit der Abtriebswelle (2) koppelt dadurch gekennzeichnet, dass eine Übersetzungsvorrichtung (7) einen Rotor (8) der ersten Elektromaschine (4) mit einer fest vorgegebenen Übersetzung fest mit der Zwischenwelle (9) koppelt, wobei die Übersetzungsvorrichtung (7) ein Planetengetriebe ist oder umfasst.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einer Abtriebswelle zum Antrieb wenigstens eines Rades des Kraftfahrzeugs, wobei die Abtriebswelle von einer ersten Elektromaschine und zusätzlich von einem Verbrennungsmotor und/oder einer zweiten Elektromaschine antreibbar ist,wobei eine Zwischenwelle über eine Kupplungsvorrichtung mit einer Antriebswelle koppelbar ist, die von dem Verbrennungsmotor und/oder der zweiten Elektromaschine antreibbar ist, wobei eine Schaltvorrichtung die Zwischenwelle mit einer schaltbaren Übersetzung mit der Abtriebswelle koppelt.
  • Bei sogenannten Hybridfahrzeugen kann ein Fahrzeug sowohl durch einen Verbrennungsmotor als auch durch einen aus Batterien gespeisten Elektromotor angetrieben werden. In vielen dieser Hybridfahrzeuge ist es möglich, den Verbrennungsmotor und den Elektromotor auf vielfältige Weise zu koppeln, um verschiedene Antriebsmodi des Kraftfahrzeugs bereitzustellen. Soll eine flexible Kombination von Elektromotor und Verbrennungsmotor erreicht werden, resultiert jedoch ein komplexer Antriebsstrang, der eine Vielzahl mechanischer Elemente, insbesondere eine Vielzahl von Kupplungen zur Bereitstellung verschiedener Übersetzungen, umfasst.
  • Aus der Druckschrift EP 2 578 428 A2 ist ein Hybridfahrzeug bekannt, bei dem ein Elektromotor mit einer einem Getriebe zugeführten Zwischenwelle verbunden ist. Diese Zwischenwelle ist über eine Kupplung mit einer weiteren Welle verbunden, die durch einen Verbrennungsmotor und eine weitere Elektromaschine antreibbar ist.
  • Weitere Möglichkeiten, einen Antriebsstrang mit einer Brennkraftmaschine und einem elektrischen Antriebsaggregat zu betreiben, sind beispielsweise aus den Druckschriften DE 10 2005 022 011 A1 , DE 10 2007 004 464 A1 , DE 103 40 472 A1 , DE 10 2014 112 097 A1 , US 2011/ 0 233 020 A1 und DE 103 15 937 A1 bekannt.
  • Der Erfindung liegt davon ausgehend die Aufgabe zugrunde, einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug anzugeben, der eine flexible Nutzung verschiedener Maschinen des Kraftfahrzeugs bei geringer mechanischer Komplexität ermöglicht.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Antriebsstrang der eingangs genannten Art gelöst, wobei eine Übersetzungsvorrichtung einen Rotor der ersten Elektromaschine mit einer fest vorgegebenen Übersetzung mit der Zwischenwelle koppelt, wobei die Übersetzungsvorrichtung ein Planetengetriebe ist oder umfasst.
  • Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die erste Elektromaschine fest mit einer Zwischenwelle zu koppeln, die direkt der Schaltvorrichtung, also insbesondere einem Schalt- oder Automatikgetriebe, zugeführt ist. Die Kupplung des Verbrennungsmotors und/oder der zweiten Elektromaschine zur Schaltvorrichtung erfolgt ebenfalls über die Zwischenwelle, wenn die Kupplungsvorrichtung die Antriebswelle mit der Zwischenwelle koppelt. Die erste Elektromaschine ist im erfindungsgemäßen Antriebsstrang stets mit der Schaltvorrichtung gekoppelt, die zweite Elektromaschine und/oder der Verbrennungsmotor sind über die Kupplungsvorrichtung an diese koppelbar.
  • Die erste Elektromaschine und/oder die zweite Elektromaschine können als Motor und/oder als Generator betreibbar sein. Vorzugsweise ist zumindest die erste Elektromaschine als Motor betreibbar, um einen reinen elektrischen Antrieb des Kraftfahrzeugs zu ermöglichen. Die Kopplung der ersten Elektromaschine an die Zwischenwelle kann eine feste Kopplung sein, so dass die erste Elektromaschine nicht von der Zwischenwelle abkoppelbar ist. Durch den erfindungsgemäßen Antriebsstrang werden vorzugsweise zwei oder vier Räder angetrieben. Zum Antrieb der Räder kann die Abtriebswelle mit einem oder mehreren Differentialen gekoppelt sein, das oder die an der Abtriebswelle bereitgestellte Drehmomente auf die Räder verteilt oder verteilen.
  • Die Übersetzungsvorrichtung ist oder umfasst ein Planetengetriebe. Die Übersetzungsvorrichtung kann genau ein Planetengetriebe umfassen, wobei das Planetengetriebe in einem Zweiwellenbetrieb verwendet wird, bei dem eine der drei Wellen des Planetengetriebes, insbesondere das Gehäuse, feststeht. Die Nutzung eines Planetengetriebes im Zweiwellenbetrieb ist vorteilhaft, da bei einer Nutzung einer leistungsfähigen ersten Elektromaschine die hohen zu übertragenen Drehmomente mit einer geringeren Materialbelastung auf die Zwischenwelle übertragen werden können, als bei einer Kopplung des Rotors zu der Zwischenwelle über ein Zahnradpaar.
  • Das Planetengetriebe kann ein Sonnenrad, wenigstens zwei an einem Planetenträger gelagerte Planetenräder und ein Gehäuse umfassen, wobei der Planetenträger drehfest mit der Zwischenwelle gekoppelt sein kann. Der Rotor der ersten Elektromaschine kann in diesem Fall mit dem Gehäuse oder vorzugsweise dem Sonnenrad drehfest gekoppelt sein.
  • Das Kraftfahrzeug kann den Verbrennungsmotor und die zweite Elektromaschine umfassen, wobei der Rotor der zweiten Elektromaschine drehfest mit einer Motorwelle des Verbrennungsmotors und/oder der Antriebswelle gekoppelt ist. Die Motorwelle des Verbrennungsmotors kann mit der Antriebswelle identisch oder mit dieser drehfest gekoppelt sein. Die Motorwelle kann insbesondere eine Kurbelwelle sein. Durch die drehfeste Kopplung des Rotors und mit der Motorwelle beziehungsweise der Antriebswelle kann die mechanische Komplexität des Antriebsstrangs weiter reduziert werden.
  • Der Betrag des Übersetzungsverhältnisses der Übersetzung von dem Rotor der ersten Elektromaschine auf die Zwischenwelle kann größer als 1, insbesondere größer als 2,5 sein. Vorzugsweise liegt der Betrag des Übersetzungsverhältnisses zwischen 3 und 4. Dies bedeutet, dass die Übersetzungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass die Drehzahl des Rotors der ersten Elektromaschine für alle von Null verschiedenen Drehzahlen höher ist als die Drehzahl der Zwischenwelle. Es wird somit ein höheres Drehmoment auf die Zwischenwelle übertagen, als durch den Rotor der ersten Elektromaschine in die Übersetzungsvorrichtung eingekoppelt wird. Die erste Elektromaschine kann eine Elektromaschine mit Hochdrehzahlkonzept sein. Durch die Nutzung hoher Drehzahlen der ersten Elektromaschine bei einem entsprechend hohem Betrag des Übersetzungsverhältnisses können an der Zwischenwelle des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs selbst bei einem rein elektrischen Fahrbetrieb hohe Drehmomente bereitgestellt werden.
  • Die Schaltvorrichtung kann genau zwei schaltbare Übersetzungsverhältnisse und einen Schaltzustand, in dem sie die Zwischenwelle von der Abtriebswelle entkoppelt, aufweisen. Ein Kraftfahrzeug, das den erfindungsgemäßen Antriebsstrang aufweist, kann somit nur zwei Gänge für eine Fahrt in Vorwärtsfahrt aufweisen. Eine niedrige Gangzahl der Schaltvorrichtung kann vorzugsweise mit einem hohen Drehmoment an der Zwischenwelle kombiniert werden, das bei einem elektrischen Fahrbetrieb wie vorangehend erläutert erreicht werden kann.
  • Der Antriebsstrang kann eine Leistungselektronik zur Bestromung der ersten Elektromaschine umfassen. Durch eine Integration der Leistungselektronik in dem Antriebsstrang wird es erleichtert, verschiedene Antriebsstränge in einem gleichen Kraftfahrzeuggrundmodell zu nutzen. So kann beispielsweise ein Antriebsstrang eines einzig durch einen Verbrennungsmotor betriebenen Kraftfahrzeugs leicht durch einen erfindungsgemäßen Antriebsstrang ausgetauscht werden. Vorzugsweise ist die Leistungselektronik zusätzlich zur Bestromung der zweiten Elektromaschine ausgebildet. Durch eine Nutzung einer gemeinsamen Leistungselektronik für die erste und die zweite Elektromaschine kann die Komplexität des Antriebsstrangs reduziert werden.
  • Die Leistungselektronik kann an der im Einbauzustand des Antriebsstrangs der Unterseite des Kraftfahrzeugs zugewandten Seite des Antriebsstrangs angeordnet sein. Eine Anordnung der Leistungselektronik im Bereich des Fahrzeugunterbodens ist einerseits bezüglich des benötigten Bauraums vorteilhaft und erleichtert andererseits die Wartung der Leistungselektronik.
  • Es ist möglich, das die erste Elektromaschine eine höhere maximale Leistung bereitstellen kann als die zweite Elektromaschine und/oder dass die erste Elektromaschine eine wenigstens gleichhohe maximale Leistung bereitstellen kann wie der Verbrennungsmotor. Dadurch wird erreicht, dass auch im rein elektrischen Fahrbetrieb hohe Fahrleistungen erreicht werden können.
  • Neben dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug, das einen erfindungsgemäßen Antriebsstrang aufweist. Das Kraftfahrzeug kann zusätzlich eine oder mehrere Batterien aufweisen, wobei eine Maximalleistung der Batterie oder Batterien so gewählt sein kann, dass die maximal bereitstellbare Leistung der Maximalleistung der ersten Elektromaschine oder der Summe der Maximalleistungen der ersten und der zweiten Elektromaschine entspricht. Hierzu können mehrere Batteriezellen parallel geschaltet werden oder andere Maßnahmen ergriffen werden, um die Innenwiderstände der Batterien zu reduzieren. Zusätzlich oder alternativ kann das Kraftfahrzeug einen oder mehrere Zusatzenergiespeicher aufweisen, die einen sehr niedrigen Innenwiderstand aufweisen, beispielsweise wenigstens einen Kondensator, insbesondere wenigstens einen Superkondensator. Es kann in diesem Fall möglich sein, dass eine Maximalleistung des zweiten Elektromotors oder des ersten und des zweiten Elektromotors nur für ein kurzes Zeitintervall, beispielsweise für ein kurzes Boosten der Fahrleistung, nutzbar ist.
  • Das Kraftfahrzeug kann eine Batterie und eine Steuereinrichtung umfassen, wobei in einem ersten Lademodus die Steuereinrichtung den Antriebsstrang derart ansteuert, dass die Kupplungsvorrichtung die Antriebswelle von der Zwischenwelle trennt, und/oder dass in einem zweiten Lademodus die Steuereinrichtung den Antriebsstrang derart ansteuert, dass die Kupplungsvorrichtung die Antriebswelle mit der Zwischenwelle koppelt und die Schaltvorrichtung die Zwischenwelle von der Abtriebswelle trennt. Im ersten Lademodus ist ein Laden einerseits dadurch möglich, dass bei einer Verlangsamung des Kraftfahrzeugs Energie durch die erste Elektromaschine rekuperiert wird, und andererseits dadurch, dass der Verbrennungsmotor betrieben wird, um die zweite Elektromaschine als Generator anzutreiben. Es ist auch möglich, dass im ersten Lademodus ein Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs erfolgt, wobei das Kraftfahrzeug durch den ersten Elektromotor angetrieben wird und wobei die zweite Elektromaschine als Generator von dem Verbrennungsmotor angetrieben wird. Es ist somit möglich, die Batterien des Kraftfahrzeugs während eines Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs durch einen Betrieb des Verbrennungsmotors zu laden. Im zweiten Lademodus ist die Antriebswelle mit der Zwischenwelle und somit der Verbrennungsmotor mit der zweiten Elektromaschine gekoppelt. Wird der Antriebsstrang in diesem Ladezustand betrieben, kann ein Laden der Batterien über die erste und die zweite Elektromaschine als Generatoren erfolgen.
  • Neben den zwei erläuterten Lademodi ist es auch möglich, die Batterie in anderen Betriebsmodi des Kraftfahrzeugs zu laden. Beispielsweise kann in einem normalen Fahrbetrieb, in dem die Schaltvorrichtung die Zwischenwelle mit der Abtriebswelle koppelt, eine Rekuperation durch die zweite Elektromaschine erfolgen. Ist zusätzlich die Antriebswelle über die Kupplungsvorrichtung mit der Zwischenwelle gekoppelt, kann zusätzlich oder alternativ der zweite Elektromotor zur Rekuperation genutzt werden. Es ist auch möglich, den Verbrennungsmotor zum Antrieb des Kraftfahrzeugs zu nutzen, jedoch Teile des durch den Verbrennungsmotor bereitgestellten Drehmoments an der ersten und/oder der zweiten Elektromaschine zu nutzen, um diese als Generator zu betreiben.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Ausführungsbeispielen sowie den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigen schematisch:
    • 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs,
    • 2 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeugs,
    • 3 bis 7 die Übertragung von Drehmomenten sowie Stromflüsse in verschiedenen Betriebsmodi des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs, und
    • 8 Bauräume zur Integration von Leistungselektronik in den erfindungsgemäßen Antriebsstrang.
  • 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Antriebsstrangs für ein Kraftfahrzeug. Der Antriebsstrang 1 weist eine Abtriebswelle 2 auf, durch die ein Rad 3 antreibbar ist. Die Abtriebswelle 2 ist von einer ersten Elektromaschine 4 und zusätzlich von einem Verbrennungsmotor 5 sowie von einer zweiten Elektromaschine 6 antreibbar. Der Rotor 8 der ersten Elektromaschine 4 ist mit einer fest vorgegebenen Übersetzung und nicht entkoppelbar mit einer Zwischenwelle 9 gekoppelt. Die Zwischenwelle 9 ist über eine Kupplungsvorrichtung 10 mit einer Antriebswelle 11 kuppelbar, die von dem Verbrennungsmotor 5 sowie von der zweiten Elektromaschine 6 antreibbar ist. Die Antriebswelle 11 ist sowohl mit einer nicht gezeigten Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 5 als auch mit dem Rotor 17 der zweiten Elektromaschine 6 drehfest verbunden. Die Kupplung der Zwischenwelle 9 mit der Abtriebswelle 2 erfolgt über eine Schaltvorrichtung 12 mit einer schaltbaren Übersetzung. Die Antriebswelle 11 und somit der Verbrennungsmotor 5 und die zweite Elektromaschine 6 sind über die Kupplungsvorrichtung 10, die Zwischenwelle 9 und die Schaltvorrichtung 12 mit der Abtriebswelle 2 koppelbar.
  • Die Übersetzungsvorrichtung 7 ist als ein Planetengetriebe ausgebildet, das ein Sonnenrad 13, zwei an einem Planetenträger 14 gelagerte Planetenräder 15 sowie ein Gehäuse 16 umfasst. Das Planetengetriebe wird im Zweiwellenbetrieb genutzt, wobei das Gehäuse 16 rotationsfest mit einem nicht gezeigten Gehäuse des Antriebsstrangs oder einer anderen Komponente des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Eine Rotation des Rotors 8 der ersten Elektromaschine 4 und somit des Sonnenrads 13 führt somit zu einer Rotation des Planetenrades 15. Da das Gehäuse 16 feststehend ist, führt dies wiederum zu einer Rotation des Planetenträgers 14, der starr mit der Zwischenwelle 9 gekoppelt ist. Die gezeigte Anordnung des Planetengetriebes koppelt somit den Rotor 8 mit einem festen Übersetzungsverhältnis von 3 bis 4 mit der Zwischenwelle 9. Dies führt einerseits dazu, dass der Rotor 8 der ersten Elektromaschine 4 stets drei bis vier Mal so schnell rotiert wie die Zwischenwelle 9, das heißt, dass es sich bei der ersten Elektromaschine 4 um eine Hochdrehzahlelektromaschine handelt. Andererseits kann von der ersten Elektromaschine 4 somit ein Drehmoment auf die Zwischenwelle 9 übertragen werden, das drei bis vier Mal so groß ist wie das maximale durch die erste Elektromaschine 4 leistbare Drehmoment.
  • Daher ist bereits bei einem rein elektrischen Antrieb des Kraftfahrzeugs durch die Elektromaschine 4 ein hohes Drehmoment an der Zwischenwelle 9 verfügbar. Aufgrund dieses hohen Drehmoments ist es möglich, dass die Schaltvorrichtung 12 mit sehr wenig verschiedenen Gängen auskommt, das heißt, nur wenige schaltbare Übersetzungsverhältnisse aufweist. In 1 sind zwei Paare 18, 19 von Zahnrädern gezeigt, die zwei verschiedene Übersetzungsverhältnisse bereitstellen können. Durch nicht gezeigte Kupplungseinrichtungen können die Paare 18, 19 jeweils separat ge- und entkoppelt werden. Sind beide Paare 18, 19 entkoppelt, so entspricht dies einem Leerlauf und es werden keine Drehmomente von der Zwischenwelle 9 auf die Abtriebswelle 2 übertragen. Ist das Paar 18 verbunden, entspricht dies einem ersten Gang, in dem der Betrag des Übersetzungsverhältnises von der Zwischenwelle 9 auf die Abtriebswelle 2 größer ist als in einem zweiten Gang, der aktiv ist, wenn das Paar 19 gekoppelt ist.
  • Der Antriebsstrang 1 umfasst eine integrierte Leistungselektronik 20, die die nicht gezeigten Spulen des Stators 21 der ersten Elektromaschine 4 sowie die nicht gezeigten Spulen des Stators 22 der zweiten Elektromaschine 6 bestromen kann. Die Energieversorgung der Leistungselektronik 20 erfolgt durch eine Batterie 23. Die Batterie 23 ist derart ausgebildet, dass die maximal durch die Batterie 23 bereitstellbare Leistung etwas größer ist als die Summe der Maximalleistungen der ersten und zweiten Elektromaschine 4, 6. Alternativ wäre es möglich zusätzliche Energieträger, beispielsweise Superkondensatoren, zu nutzen, um kurzfristig mehr Energie bereitzustellen.
  • 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Kraftfahrzeugs 24, das einen Antriebsstrang 1 umfasst, der dem in 1 dargestellten Antriebsstrang 1 entspricht. Der Antriebsstrang 1 ist über die Abtriebswelle 2 mit einem Hinterachsdifferential 25 gekoppelt, das das über die Abtriebswelle 2 zugeführte Drehmoment auf die Räder 3 verteilt. Selbstverständlich wäre es auch möglich, mit dem Antriebsstrang 1 ein Kraftfahrzeug mit Vierradantrieb anzureiben. In diesem Fall könnte ein zusätzliches Differential vorgesehen sein, das die an der Abtriebswelle 2 bereitgestellten Drehmomente zwischen der Vorderachse und der Hinterachse verteilt.
  • 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, in dem der Antriebsstrang 1 derart betrieben wird, dass das Kraftfahrzeug ausschließlich durch die erste Elektromaschine 4 elektrisch angetrieben wird. Die Schaltvorrichtung 12 ist derart geschalten, dass das erste Paar 18 von Zahnrädern gekoppelt ist und das zweite Paar 19 getrennt. Hierdurch wird eine hohe Übersetzung von der Zwischenwelle 9 auf die Abtriebswelle 2 erreicht, wie sie für das elektrische Anfahren des Kraftfahrzeugs zweckmäßig ist. Dies entspricht einem elektrischen Anfahren im ersten Gang. Wie durch den Pfeil 26 gezeigt, wird ein durch den Rotor 8 der ersten Elektromaschine 4 erzeugtes Drehmoment über die Übersetzungseinrichtung 7 auf die Zwischenwellen 9, von dort über die Schalteinrichtung 12 beziehungsweise das erste Paar 18 von Zahnrädern auf die Abtriebswelle 2 und von dort auf das Rad 3 übertragen. Um die Energie für die erste Elektromaschine 4 bereitzustellen, wird diese durch die Leistungselektronik 20, wie mit Pfeil 27 dargestellt, bestromt. Die notwendige Energie wird, wie durch Pfeil 28 dargestellt, aus der Batterie 23 entnommen.
  • 4 zeigt eine Nutzung des Antriebsstrangs 1 bei einer rein elektrischen Fahrt mit einer höheren Geschwindigkeit. Pfeil 29 zeigt die Übertragung des Drehmoments von der ersten Elektromaschine 4 zu der Abtriebswelle 2. Das Drehmoment wird bei höheren Geschwindigkeiten über das zweite Paar 19 der Zahnräder der Schalteinrichtung 12 übertragen. Somit ist das Übersetzungsverhältnis zwischen der Zwischenwelle 9 und der Abtriebswelle 2 kleiner und es können bei einer gleichen Drehzahl der Zwischenwelle 9 beziehungsweise des Rotors 8 höhere Fahrtgeschwindigkeiten erreicht werden. Die Energieversorgung der ersten Elektromaschine erfolgt, wie durch die Pfeile 30, 31 dargestellt, wie in 3.
  • 5 zeigt eine Konfiguration des Antriebsstrangs 1, bei der ein Antrieb des Kraftfahrzeugs sowohl durch die erste Elektromaschine 4 als auch durch den Verbrennungsmotor 5, sowie optional durch die zweite Elektromaschine 6 erfolgt. Wie durch Pfeil 32 angezeigt, erfolgt eine Drehmomentübertragung von der ersten Elektromaschine 4 zu der Abtriebswelle 2 ebenso wie bereits in 4 dargestellt. Hierzu wird die erste Elektromaschine 4 durch die Leistungselektronik 20, wie mit Pfeil 34 dargestellt, bestromt. Da die Kupplungsvorrichtung 10 in der in 5 dargestellten Konfiguration jedoch die Antriebswelle 11 mit der Zwischenwelle 9 koppelt, kann, wie mit Pfeil 33 dargestellt, ein zusätzliches, durch den Verbrennungsmotor 5 bereitgestelltes Drehmoment auf die Abtriebswelle 2 übertragen werden. Hierzu sind sowohl der Verbrennungsmotor 5 über die Antriebswelle 11 und die Kupplungsvorrichtung 10 als auch die erste Elektromaschine 4 über die Übersetzungsvorrichtung 7 mit der Zwischenwelle 9 gekoppelt. Daher können Drehmomente des Verbrennungsmotors 5 und des ersten Elektromotors 4 gemeinsam über die Schaltvorrichtung 12 auf die Abtriebswelle 2 übertragen werden. Wie durch den gestrichelten Pfeil 35 gezeigt, kann in dieser Konfiguration des Antriebsstrangs 1 zusätzlich die zweite Elektromaschine 6 bestromt werden, um das zur Verfügung stehende Drehmoment weiter zu erhöhen. Hierzu wird durch die Batterie, wie durch Pfeil 36 gezeigt, ausreichend viel Strom bereitgestellt, um sowohl die erste Elektromaschine 4 als auch die zweite Elektromaschine 6 zu bestromen. Eine derartige Erhöhung des Drehmoments kann dazu dienen, mehr Leistung zur Verfügung zu stellen, beispielsweise für Überholvorgänge oder um die Maximalgeschwindigkeit des Fahrzeugs zu erhöhen.
  • 6 zeigt einen ersten Lademodus des Antriebsstrangs 1, in dem ein Laden der Batterie 23 ausschließlich über die zweite Elektromaschine 6 erfolgt. Hierbei ist die Kupplungsvorrichtung 10 geöffnet, so dass die Antriebswelle 11 von der Zwischenwelle 9 entkoppelt ist. Ein als Pfeil 37 dargestelltes Drehmoment, das von dem Verbrennungsmotor 5 auf die zweite Elektromaschine 6 übertagen wird, treibt diese als Generator an, wodurch in den Spulen der zweiten Elektromaschine 6 Ströme induziert werden, die, wie durch Pfeil 38 dargestellt, zur Leistungselektronik 20 übertragen werden. Dort können sie gleichgerichtet und, wie durch Pfeil 39 dargestellt, als Ladestrom der Batterie 23 zugeführt werden. Dies ist bei stehendem Kraftfahrzeug möglich. Da die Kupplungsvorrichtung 10 jedoch getrennt ist, ist es auch möglich, in diesem Betriebszustand das Kraftfahrzeug durch die erste Elektromaschine 4 anzutreiben.
  • 7 zeigt einen zweiten Lademodus des Antriebsstrangs 1, in dem ein besonders schnelles Laden der Batterie 23 möglich ist. Hierzu wird die Kupplungsvorrichtung 10 geschlossen, so dass die Antriebswelle 11 mit der Zwischenwelle 9 gekoppelt ist. Beide Paare 18, 19 von Zahnrädern in der Schaltvorrichtung 12 werden getrennt, so dass die Zwischenwelle 9 von der Abtriebswelle 2 entkoppelt ist. Der Verbrennungsmotor 5 treibt somit sowohl die Antriebswelle 11 und somit den Rotor 17 der zweiten Elektromaschine 6 als auch die Zwischenwelle 9 und somit den Rotor 8 der ersten Elektromaschine 4 an, wie durch die Pfeile 40, 42 dargestellt. In der ersten und der zweiten Elektromaschine 4, 6 werden somit Ströme induziert und, wie durch die Pfeile 41, 43 dargestellt, der Leistungselektronik 20 zugeführt, wo sie gleichgerichtet und, wie durch Pfeil 44 dargestellt, der Batterie 23 als Ladestrom zugeführt werden.
  • Die Darstellung in 8 entspricht im Wesentlichen der Darstellung in 1, wobei zusätzlich ein unterer Gehäuseabschnitt 45 des Antriebsstrangs 1 sowie eine Fahrbahn 46 dargestellt sind, um zu visualisieren, in welchen Bereichen eine Leistungselektronik 20 in ein Antriebsstrangsmodul integriert werden kann. Wie durch den Pfeil 47 angedeutet, ist dabei zu beachten, dass der Unterboden des Kraftfahrzeugs einen vorgegebenen Mindestabstand von der Fahrbahn 46 aufweisen muss. Unter dieser Bedingung können beispielsweise die Bauräume 48, 49 und 50 genutzt werden. Der Bauraum 48 ist unter der Kupplungsvorrichtung 10 und dem zweiten Elektromotor 6, der Bauraum 49 unter der ersten Elektromaschine 4 und der Bauraum 50 unter der Schaltvorrichtung 12 angeordnet. Die Bauräume 48, 49, 50 können jeweils zwischen 4 und 6 Liter groß sein. Somit stehen ungefähr 15 Liter Bauraum für die Integration der Leistungselektronik 20 in den Antriebsstrang 1 zur Verfügung.

Claims (12)

  1. Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einer Abtriebswelle (2) zum Antrieb wenigstens eines Rades (3) des Kraftfahrzeugs (24), wobei die Abtriebswelle (2) von einer ersten Elektromaschine (4) und zusätzlich von einem Verbrennungsmotor (5) und/oder einer zweiten Elektromaschine (6) antreibbar ist, wobei eine Zwischenwelle (9) über eine Kupplungsvorrichtung (10) mit einer Antriebswelle (11) koppelbar ist, die von dem Verbrennungsmotor (5) und/oder der zweiten Elektromaschine (6) antreibbar ist, wobei eine Schaltvorrichtung (12) die Zwischenwelle (9) mit einer schaltbaren Übersetzung mit der Abtriebswelle (2) koppelt dadurch gekennzeichnet, dass eine Übersetzungsvorrichtung (7) einen Rotor (8) der ersten Elektromaschine (4) mit einer fest vorgegebenen Übersetzung fest mit der Zwischenwelle (9) koppelt, wobei die Übersetzungsvorrichtung (7) ein Planetengetriebe ist oder umfasst.
  2. Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe ein Sonnenrad (13), wenigstens zwei an einem Planetenträger (14) gelagerte Planetenräder (15) und ein Gehäuse (16) umfasst, wobei der Planetenträger (14) drehfest mit der Zwischenwelle (9) gekoppelt ist.
  3. Antriebsstrang nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Antriebsstrang (1) den Verbrennungsmotor (5) und die zweite Elektromaschine (6) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rotor (17) der zweiten Elektromaschine (6) drehfest mit einer Motorwelle des Verbrennungsmotors und/oder der Antriebswelle (11) gekoppelt ist.
  4. Antriebsstrang nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag des Übersetzungsverhältnis der Übersetzung von dem Rotor (8) der ersten Elektromaschine (4) auf die Zwischenwelle (9) größer als 1 ist.
  5. Antriebsstrang nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag des Übersetzungsverhältnis der Übersetzung von dem Rotor (8) der ersten Elektromaschine (4) auf die Zwischenwelle (9) größer als 2,5 ist.
  6. Antriebsstrang nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung (12) genau zwei schaltbare Übersetzungsverhältnisse und einen Schaltzustand, in dem sie die Zwischenwelle (9) von der Abtriebswelle (2) entkoppelt, aufweist.
  7. Antriebsstrang nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Leistungselektronik (20) zur Bestromung der ersten Elektromaschine (4) umfasst.
  8. Antriebsstrang nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronik (20) zusätzlich zur Bestromung der zweiten Elektromaschine (6) ausgebildet ist.
  9. Antriebsstrang nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronik (20) an der im Einbauzustand des Antriebsstrangs (1) der Unterseite des Kraftfahrzeugs (24) zugewandten Seite des Antriebsstrangs (1) angeordnet ist.
  10. Antriebsstrang nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektromaschine (4) eine höhere maximale Leistung bereitstellen kann als die zweite Elektromaschine (6) und/oder dass die erste Elektromaschine (4) eine wenigstens gleichhohe maximale Leistung bereitstellen kann wie der Verbrennungsmotor (5).
  11. Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Antriebsstrang (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche aufweist.
  12. Kraftfahrzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Batterie (23) und eine Steuereinrichtung (51) umfasst, wobei in einem ersten Lademodus die Steuereinrichtung (51) den Antriebsstrang (1) derart ansteuert, dass die Kupplungsvorrichtung (10) die Antriebswelle (11) von der Zwischenwelle (9) trennt, und/oder wobei in einem zweiten Lademodus die Steuereinrichtung (51) den Antriebsstrang (1) derart ansteuert, dass die Kupplungsvorrichtung (10) die Antriebswelle (11) mit der Zwischenwelle (9) koppelt und die Schaltvorrichtung (12) die Zwischenwelle (9) von der Abtriebswelle (2) trennt.
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