DE102017114989B3

DE102017114989B3 - Antriebsstrang zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs sowie Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstrangs

Info

Publication number: DE102017114989B3
Application number: DE102017114989.9A
Authority: DE
Inventors: Nils Sauvlet; Christian Wirth
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2017-07-05
Filing date: 2017-07-05
Publication date: 2018-10-04
Anticipated expiration: 2037-07-06

Abstract

Es ist ein Antriebsstrang (10) zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs vorgesehen mit einer ersten Getriebeeingangswelle (26) eines Doppelkupplungsgetriebes, einer zweiten Getriebeeingangswelle (28) eines Doppelkupplungsgetriebes, einer elektrischen Maschine (12) zum elektrischen Antrieb des Kraftfahrzeugs, einer mit der elektrischen Maschine (12) gekoppelten Zwischenwelle (18), einer Doppelkupplung (24) zum Kuppeln der Zwischenwelle (18) mit der ersten Getriebeeingangswelle (26) und/oder mit der zweiten Getriebeeingangswelle (28), einer Brennkraftmaschine (30) zum motorischen Antrieb des Kraftfahrzeugs, einer mit der Brennkraftmaschine (30) gekoppelten Motorwelle (32) und einer Schaltstufe (34) zum Koppeln der Motorwelle (32) mit der Zwischenwelle (18) in einem ersten Schaltzustand und zum Koppeln der Motorwelle (32) mit einer der Getriebeeingangswellen (26, 28) in einem zweiten Schaltzustand. Dadurch ist für ein Hybrid-Kraftfahrzeug ein gutes Startverhalten und eine gute Leistungsspreizung in den verschiedenen Betriebsmodi ermöglicht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Antriebsstrangs, mit dessen Hilfe ein Hybrid-Kraftfahrzeug angetrieben werden kann.
Aus DE 103 05 639 A1 ist ein Antriebsstrang zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei dem eine Motorwelle eines Verbrennungsmotors über eine Doppelkupplung mit zwei Getriebeeingangswellen eines Doppelkupplungsgetriebes gekoppelt werden kann, wobei an einer der Getriebeeingangswellen eine elektrische Maschine zum elektrischen Antrieb des Kraftfahrzeugs angekoppelt ist. Wenn der Verbrennungsmotor im ausgeschalteten Zustand bei entsprechend geschlossener Doppelkupplung an der von der elektrischen Maschine angetriebenen Getriebeeingangswelle angekoppelt ist, kann die elektrische Maschine den Verbrennungsmotor starten.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2007 051 991 A1 ist ein gattungsgemäßer Antriebsstrang bekannt. Nachteilig ist hier, dass in jeder Ausführungsform bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors der elektrische Antrieb im Antriebspfad liegt und somit Reibungsverluste auftreten.
Weitere Ausführungsformen von Antriebssträngen sind aus der DE 10 2010 061 827 A1 , der DE 10 2015 203 441 A1 , der DE 10 2013 211 591 A1 , der US 2015/0210153 A1 und der DE 10 2008 047 288 A1 bekannt.
Es besteht ein ständiges Bedürfnis in einem Hybrid-Kraftfahrzeug ein gutes Startverhalten und eine gute Leistungsspreizung in den verschiedenen Betriebsmodi mittels eines konstruktiv einfach aufgebauten Antriebsstranges zu erreichen.
Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die in einem Hybrid-Kraftfahrzeug ein gutes Startverhalten und eine gute Leistungsspreizung in den verschiedenen Betriebsmodi ermöglichen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch einen Antriebsstrang mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
Erfindungsgemäß ist ein Antriebsstrang zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, wobei die Zwischenwelle axial zu einer Rotorwelle versetzt angeordnet ist, wobei die Rotorwelle mit einem ersten Ende der Zwischenwelle verbunden ist und die Doppelkupplung mit einem zweiten Ende der Zwischenwelle verbunden ist und wobei eine Schaltstufe zum Koppeln der Motorwelle mit der Zwischenwelle in einem ersten Schaltzustand und zum Koppeln der Motorwelle mit einer der Getriebeeingangswellen in einem zweiten Schaltzustand vorgesehen ist.
Da die von der elektrischen Maschine antreibbare Zwischenwelle über die Doppelkupplung mit beiden Getriebeeingangswellen gekoppelt werden kann, ist es möglich für die Leistungswandlung der Leistung der elektrischen Maschine sowohl die mit der ersten Getriebeeingangswelle gekoppelten Gangstufen als auch die mit der zweiten Getriebeeingangswelle gekoppelten Gangstufen zu nutzen. Dies ermöglicht eine hohe Leistungsspreizung für die Leistung der elektrischen Maschine. Zudem ergeben sich entsprechend viele mögliche Betriebspunkte für die elektrische Maschine, um je nach Anforderungsprofil eine gewünschte Drehzahl bei einem gewünschten Drehmoment bereitstellen zu können. Zudem kann leicht zum elektrischen Antrieb des Kraftfahrzeugs ein anderer Betriebspunkt gewählt werden als zum Rekuperieren, so dass schnell ein geeigneter Betriebspunkt geschaltet werden kann. Da die insbesondere als Verbrennungsmotor ausgestaltete Brennkraftmaschine mit der Zwischenwelle gekoppelt werden kann, kann auch die Leistung der Brennkraftmaschine in beiden Getriebeeingangswellen mit einer entsprechend großen Leistungsspreizung gewandelt werden. Die elektrische Maschine kann in einem rein motorischen Betrieb im Wesentlichen lastlos mitdrehen bzw. entkoppelt sein, in einem Lastpunktanhebungsbetrieb im Generatorbetrieb Leistung der Brennkraftmaschine in speicherbare elektrische Energie umwandeln oder in einem Boost-Betrieb zusätzliche Leistung einleiten.
Zudem kann die elektrische Maschine, insbesondere aus dem rein elektrischen Betrieb heraus, die Brennkraftmaschine starten. Hierzu kann die, insbesondere als Kurbelwelle ausgestaltete, Motorwelle mit Hilfe der Schaltstufe von der Zwischenwelle abgekoppelt und mit der von der elektrischen Maschine nicht angetriebenen lastlosen Getriebeeingangswelle gekoppelt werden. In der lastlosen Getriebeeingangswelle ist hierzu insbesondere kein Gang geschaltet. Wenn dann die Teilkupplung der lastlosen Getriebeeingangswelle geschlossen oder zumindest schlupfend betrieben wird, kann ein Teil der über die Zwischenwelle eingeleiteten Leistung an die Brennkraftmaschine abgezweigt werden, um die Brennkraftmaschine zu starten. Die gestartete Brennkraftmaschine kann dann mit Hilfe der Schaltstufe an die Zwischenwelle angekoppelt werden und die Teilkupplung der lastlosen Getriebeeingangswelle geöffnet werden, so dass die Brennkraftmaschine ihre Leistung abgeben kann und die lastlose Getriebeeingangswelle wieder abgekoppelt ist, um beispielweise für einen Gangwechsel bereits den nächsten Gang zu schalten. Die Schaltstufe ermöglicht einen Start der Brennkraftmaschine mit Hilfe der elektrischen Maschine und eine Ankoppelung sowohl der Brennkraftmaschine als auch der elektrischen Maschine an beide Getriebeeingangswellen, so dass für ein Hybrid-Kraftfahrzeug ein gutes Startverhalten und eine gute Leistungsspreizung in den verschiedenen Betriebsmodi ermöglicht ist.
Eine separate Trennkupplung kann durch die Schaltstufe eingespart werden. Insbesondere ist in der Schaltstufe eine formschlüssige Koppelung vorgesehen, so dass eine reibschlüssige Koppelung im Wesentlichen vermieden ist und in der Schaltstufe verschleißende Reibbeläge eingespart sind. Dadurch können Verschleißeffekte reduziert werden und ein wartungsarmer Antriebsstrang erreicht sein. Es ist möglich, dass die Schaltstufe eine Koppelung mit nur einer der Getriebeeingangswellen vorsieht, so dass die elektrische Maschine mit der jeweils anderen Getriebeeingangswelle gekoppelt wird, um die Brennkraftmaschine zu starten. Dies ermöglicht einen kompakten und konstruktiv einfachen Aufbau der Schaltstufe. Alternativ kann die Schaltstufe ausgestaltet sein die Motorwelle wahlweise entweder mit der ersten Getriebeeingangswelle oder mit der zweiten Getriebeeingangswelle zu koppeln, je nachdem welche der Getriebeeingangswelle bei der aktuellen Schaltstellung der Doppelkupplung von der elektrischen Maschine angetrieben wird und welche der Getriebeeingangswelle lastlos geschaltet ist. Dadurch kann aus jedem Schaltungszustand der Doppelkupplung heraus die Brennkraftmaschine von der elektrischen Maschine zugestartet werden. Die elektrische Maschine kann insbesondere wahlweise in einem Motorbetrieb Leistung abgeben und in einem Generatorbetrieb Leistung aufnehmen. Die elektrische Maschine kann an einer wiederaufladbaren Batterie angeschlossen sein, in der im Generatorbetrieb erzeugte elektrische Energie gespeichert und im Motorbetrieb elektrische Energie abgegeben werden kann. Wenn die ausgeschaltete Brennkraftmaschine angekoppelt ist, kann insbesondere die von der elektrischen Maschine abgegebene Leistung zur Bereitstellung eines ausreichenden Startmoments für die Brennkraftmaschine erhöht werden, so dass trotz des Zustartens der Brennkraftmaschine die Antriebsleistung für das Kraftfahrzeug im Wesentlichen gleich bleibt.
Insbesondere weist die Schaltstufe eine von einer Schaltgabel verschiebbare Schaltmuffe auf. Die Schaltstufe kann vergleichbar zu einer Gangstufe in einem Kraftfahrzeuggetriebe ausgestaltet sein. Die Schaltmuffe kann je nach axialer Relativlage eine formschlüssige Koppelung der Motorwelle herstellen oder aufheben. Mit Hilfe einer Schaltgabel oder eines sonstigen Betätigungselements kann die Schaltmuffe verlagert werden, wobei hierzu ein beispielsweise elektrisch betätigbarer Aktor an dem Betätigungselement, insbesondere an der Schaltgabel, angreifen kann. Die Schaltmuffe kann beispielweise über einen Synchronring an der zu koppelnden Welle angreifen.
Vorzugsweise weist die Schaltstufe genau ein, insbesondere als Klauenkupplung ausgestaltetes, Schaltelement auf, wobei insbesondere das Schaltelement in einem Neutralzustand die Motorwelle sowohl von der Zwischenwelle als auch von der ankoppelbaren Getriebeeingangswelle abkuppelt. Der konstruktive Aufwand für die Schaltstufe kann dadurch gering gehalten werden.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Schaltstufe ein, insbesondere als Klauenkupplung ausgestaltetes, erstes Schaltelement zum Kuppeln der Motorwelle mit der Zwischenwelle in einem ersten Schaltzustand und zum Abkuppeln der Motorwelle von der Zwischenwelle in einem ersten Neutralzustand und ein, insbesondere als Klauenkupplung ausgestaltetes, zweites Schaltelement zum Kuppeln der Motorwelle mit der ankoppelbaren Getriebeeingangswelle in einem zweiten Schaltzustand und zum Abkuppeln der Motorwelle von der ankoppelbaren Getriebeeingangswelle in einem zweiten Neutralzustand auf. Die Schaltstufe kann durch die unabhängig voneinander schaltbaren Schaltelemente einen Schaltkomfort vergleichbar zu einer Doppelkupplung bereitstellen. Insbesondere ist es möglich über die Schaltstufe zumindest zeitweise die Motorwelle sowohl mit der Zwischenwelle als auch mit der lastlosen Getriebeeingangswelle zu koppeln, wobei hierbei insbesondere ein schlupfender Betrieb eines oder beider Schaltelemente und/oder ein schlupfender Betrieb einer oder beider Teilkupplungen der Doppelkupplung vorgesehen sein kann. Dies ermöglicht es den Leistungsfluss in einem großen Ausmaß individuell einzustellen und an verschiedene Betriebssituationen, insbesondere während eines Starts der Brennkraftmaschine, anzupassen.
Besonders bevorzugt ist die Zwischenwelle in radialer Richtung zwischen der ersten Getriebeeingangswelle und der zweiten Getriebeeingangswelle angeordnet. Insbesondere ist die Zwischenwelle an der ersten Getriebeeingangswelle und/oder an der zweiten Getriebeeingangswelle gelagert. Die erste Getriebeeingangswelle, die zweite Getriebeeingangswelle und die Zwischenwelle können konzentrisch zueinander angeordnet sein und sich in einem axialen Teilbereich in radialer Richtung betrachtet überdecken. Die innere Getriebeeingangswelle kann mit der axial näher an dem Kraftfahrzeuggetriebe positionierten Teilkupplung gekoppelt werden, während die Zwischenwelle beide Teilkupplungen radial überdecken kann, um leicht über die erste Teilkupplung und/oder über die zweite Teilkupplung angekoppelt werden zu können. Die äußere Getriebeeingangswelle kann die Zwischenwelle radial außen umgreifen und von der von dem Kraftfahrzeuggetriebe weg weisenden Seite in die von dem Kraftfahrzeuggetriebe weiter weg positionierte Teilkupplung eingreifen. Die Motorwelle kann von radial innen her mit der Zwischenwelle gekoppelt werden, wobei hierzu vorzugsweise die Koppelung in axialer Richtung zwischen den Teilkupplungen entlang verläuft. Dies ermöglicht einen kompakten und/oder stabilen Aufbau des Antriebsstrangs.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstrangs, der wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, bei dem zunächst die elektrische Maschine eine der Getriebeeingangswellen über die der angetriebenen Getriebeeingangswelle zugeordneten Teilkupplung der Doppelkupplung antreibt, während die Brennkraftmaschine ausgeschaltet ist, die Schaltstufe die Motorwelle mit der von der elektrischen Maschine nicht angetriebenen, im Wesentlichen lastfreien, Getriebeeingangswelle koppelt, die der von der elektrischen Maschine nicht angetriebenen, im Wesentlichen lastfreien, Getriebeeingangswelle zugeordnete Teilkupplung der Doppelkupplung geschlossen wird, nachfolgend die Brennkraftmaschine mit einem von der elektrischen Maschine abgeleiteten Drehmoment gestartet wird und nachfolgend die Schaltstufe die Motorwelle mit der Zwischenwelle koppelt. Das Verfahren kann insbesondere wie vorstehend anhand des Antriebsstrangs erläutert aus- und weitergebildet sein. Vorzugsweise wird die von der elektrischen Maschine abgegebene Leistung während des Verfahrens zum Zwecke einer gleichbleibenden und/oder einer vom Fahrer des Kraftfahrzeugs gewünschten Antriebsleistung geregelt. Die Schaltstufe ermöglicht einen Start der Brennkraftmaschine mit Hilfe der elektrischen Maschine und eine Ankoppelung sowohl der der Brennkraftmaschine als auch der elektrischen Maschine an beide Getriebeeingangswellen, so dass für ein Hybrid-Kraftfahrzeug ein gutes Startverhalten und eine gute Leistungsspreizung in den verschiedenen Betriebsmodi ermöglicht ist.
Insbesondere wird die der von der elektrischen Maschine nicht angetriebenen, im Wesentlichen lastfreien, Getriebeeingangswelle zugeordneten Teilkupplung der Doppelkupplung nach dem Starten der Brennkraftmaschine und vor dem Koppeln der Motorwelle mit der Zwischenwelle ganz geöffnet oder schlupfend betrieben. Wenn die Brennkraftmaschine an den Leistungsfluss des Antriebsstrangs angekoppelt werden soll, kann die Koppelung mit der lastfreien Getriebeeingangswelle aufgehoben werden, so dass das Massenträgheitsmoment der lastfreien Getriebeeingangswelle von der Brennkraftmaschine nicht beschleunigt werden muss. Zudem steht die lastfreie Getriebeeingangswelle entsprechend schnell wieder zur Verfügung, um für einen möglichen Gangwechsel bereits den nächsten Gang zu schalten und einen im Wesentlichen zugkraftunterbrechungsfreien Gangwechsel vorzubereiten. Es ist auch möglich während des Ankoppelns der Motorwelle an die Zwischenwelle bewusst einen Schlupfbetrieb in der für die lastfreie Getriebeeingangswelle vorgesehenen Teilkupplung vorzusehen, beispielsweise um eine Synchronisierung von Drehzahlen innerhalb der Schaltstufe zu erleichtern.
Vorzugsweise wird während des Schließens der der von der elektrischen Maschine nicht angetriebenen, im Wesentlichen lastfreien, Getriebeeingangswelle zugeordneten Teilkupplung der Doppelkupplung und/oder während des Koppelns der Motorwelle mit der Zwischenwelle die der angetriebenen Getriebeeingangswelle zugeordnete Teilkupplung der Doppelkupplung schlupfend betrieben. Dies erleichtert es einen Anteil des von der elektrischen Maschine kommenden Drehmoments über die andere Teilkupplung der Doppelkupplung abzweigen zu können. Beispielsweise kann durch den Schlupfbetrieb das maximal übertragbare Drehmoment der für die angetriebenen Getriebeeingangswelle vorgesehenen Teilkupplung auf einen Betrag unterhalb des aktuell anliegenden Drehmoments abgesenkt werden, so dass das übrige Drehmoment über die andere Teilkupplung abgeleitet werden kann.
Besonders bevorzugt wird nach dem Starten der Brennkraftmaschine und vor dem Koppeln der Motorwelle mit der Zwischenwelle eine Drehzahl der Motorwelle an eine Drehzahl der Zwischenwelle angepasst. Die Leistung der Brennkraftmaschine kann geeignet geregelt werden, um die Drehzahlen zu synchronisieren. Unnötige reibungsbehaftete Relativbewegungen können dadurch vermieden werden, so dass der Verschleiß reduziert ist. Zudem kann zum Ankoppeln der Motorwelle an die Zwischenwelle eine verschleißarme Klauenkupplung vorgesehen werden.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die der von der elektrischen Maschine nicht angetriebenen, im Wesentlichen lastfreien, Getriebeeingangswelle zugeordnete Teilkupplung der Doppelkupplung während des Anpassens der Drehzahl geschlossen ist oder schlupfend betrieben wird und nach dem Koppeln der Motorwelle mit der Zwischenwelle geöffnet wird. Die zumindest schlupfend angekoppelte lastfreie Getriebeeingangswelle erleichtert eine Synchronisation der Drehzahlen.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:

1: eine schematische Prinzipdarstellung einer ersten Ausführungsform eines Antriebsstrangs zu einem ersten Zeitpunkt,
2: eine schematische Prinzipdarstellung des Antriebsstrangs aus 1 zu einem späteren zweiten Zeitpunkt,
3: eine schematische Prinzipdarstellung des Antriebsstrangs aus 2 zu einem späteren dritten Zeitpunkt,
4: eine schematische Prinzipdarstellung des Antriebsstrangs aus 3 zu einem späteren vierten Zeitpunkt,
5: eine schematische Prinzipdarstellung des Antriebsstrangs aus 4 zu einem späteren fünften Zeitpunkt,
6: eine schematische Prinzipdarstellung einer zweiten Ausführungsform eines Antriebsstrangs zu einem ersten Zeitpunkt,
7: eine schematische Prinzipdarstellung des Antriebsstrangs aus 6 zu einem späteren zweiten Zeitpunkt,
8: eine schematische Prinzipdarstellung des Antriebsstrangs aus 7 zu einem späteren dritten Zeitpunkt,
9: eine schematische Prinzipdarstellung des Antriebsstrangs aus 8 zu einem späteren vierten Zeitpunkt,
10: eine schematische Prinzipdarstellung des Antriebsstrangs aus 9 zu einem späteren fünften Zeitpunkt und
11: eine schematische Prinzipdarstellung des Antriebsstrangs aus 10 zu einem späteren sechsten Zeitpunkt.

Der in 1 dargestellte Antriebsstrang 10 zum Antrieb eines Hybrid-Kraftfahrzeugs weist eine innerhalb eines Kraftfahrzeuggetriebes platzierbare elektrische Maschine 12 auf, deren Rotorwelle 14 über einen Riementrieb 16 mit einer axial zu der Rotorwelle 14 versetzten Zwischenwelle 18 gekoppelt ist. Die Zwischenwelle 18 ist mit einer ersten Teilkupplung 20 und einer zweiten Teilkupplung 22 einer Doppelkupplung 24 verbunden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die erste Teilkupplung 20 und die zweite Teilkupplung 22 als Lamellenkupplung ausgestaltet, wobei die Zwischenwelle 18 für beide Teilkupplungen 20, 22 einen Lamellenaußenträger ausbildet. Über die erste Teilkupplung 20 kann die Zwischenwelle 18 mit einer beispielsweise als Vollwelle ausgestalteten ersten Getriebeeingangswelle 26 beispielsweise zum Schalten von ungeraden Getriebegängen gekoppelt werden. Über die zweite Teilkupplung 22 kann die Zwischenwelle 18 mit einer beispielsweise als Hohlwelle ausgestalteten zweiten Getriebeeingangswelle 28 beispielsweise zum Schalten von geraden Getriebegängen gekoppelt werden. Die Zwischenwelle 18 ist koaxial in radialer Richtung zwischen der ersten Getriebeeingangswelle 26 und der zweiten Getriebeeingangswelle 28 angeordnet und kann an beiden Getriebeeingangswellen 26, 28 gelagert sein.
Zusätzlich ist eine insbesondere als Verbrennungsmotor ausgestaltete Brennkraftmaschine 30 vorgesehen, deren insbesondere als Kurbelwelle ausgestaltete Motorwelle 32 über eine Schaltstufe 34 mit der Zwischenwelle 18 beziehungsweise mit einer der Getriebeeingangswellen 26, 28 gekoppelt werden kann. Im dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Motorwelle 32 mit Hilfe der Schaltstufe 34 mit der zweiten Getriebeeingangswelle 28 gekoppelt werden. In der in 1 dargestellten Ausführungsform des Antriebsstrangs 10 weist die Schaltstufe 34 als Schaltelement eine einzelne Klauenkupplung 36 auf, die mit Hilfe einer von einer von einem Aktor betätigbaren Schaltgabel 38 axial verlagerbaren Schaltmuffe 40 geschaltet werden kann. Je nach axialer Relativlage der Schaltmuffe 40 ist die Motorwelle 32 in der linken Stellung der Schaltmuffe 40 mit der zweiten Getriebeeingangswelle 28 oder in der rechten Relativlage mit der Zwischenwelle 18 gekoppelt, wobei vorzugsweise in einer mittleren Neutrallage der Schaltmuffe 40 die Motorwelle 32 weder mit der zweiten Getriebeeingangswelle 28 noch mit der Zwischenwelle 18 gekoppelt ist.
In der in 1 dargestellten Situation ist die Brennkraftmaschine 30 ausgeschaltet und weder mit der zweiten Getriebeeingangswelle 28 noch mit der Zwischenwelle 18 gekoppelt. Das Kraftfahrzeug wir rein elektrisch mit Hilfe der im Motorbetrieb betriebenen elektrischen Maschine 12 angetrieben. Hierzu ist beispielsweise die erste Teilkupplung 20 der Doppelkupplung 24 geschlossen, während die zweite Teilkupplung 22 der Doppelkupplung 24 geöffnet ist, so dass die Leistung der elektrischen Maschine 12 an die erste Getriebeeingangswelle 26 übertragen wird. Um nun die Brennkraftmaschine 30 zuzustarten, wird zunächst die Motorwelle 32 der Brennkraftmaschine 30 mit Hilfe der Schaltstufe 34 mit der lastlosen zweiten Getriebeeingangswelle 28 gekoppelt (2), wobei bei der zweiten Getriebeeingangswelle 28 kein Gang geschaltet ist. Danach wird die zweite Teilkupplung 22 der Doppelkupplung 24 ganz oder teilweise, insbesondere schlupfend, geschlossen (3), wobei insbesondere die erste Teilkupplung 20 der Doppelkupplung 24 schlupfend betrieben wird. Dadurch wird ein Teil der von der elektrischen Maschine 12 kommenden Leistung von der Zwischenwelle 18 über die zweite Teilkupplung 22 und die Schaltstufe 34 an die Motorwelle 32 der Brennkraftmaschine 30 übertragen, um mit dieser Leistung die Brennkraftmaschine 30 zu starten. Hierzu kann die von der elektrischen Maschine 12 bereitgestellte Leistung entsprechend erhöht werden, um die von der angetriebenen ersten Getriebeeingangswelle 26 abgeforderte Leistung in voller Höhe zur Verfügung stellen zu können. Nach dem Start der Brennkraftmaschine 30 kann die zweite Teilkupplung 22 der Doppelkupplung 24 geöffnet werden (4), so dass die Brennkraftmaschine 30 im Wesentlichen nur die lastlose zweite Getriebeeingangswelle 26 antreibt. Dann kann die Schaltstufe 34 die Motorwelle 32 der Brennkraftmaschine 30 mit der Zwischenwelle 18 koppeln und gleichzeitig von der lastlosen zweiten Getriebeeingangswelle 26 abkoppeln (5), so dass der Antrieb des Kraftfahrzeugs motorisch mit Hilfe der von der Brennkraftmaschine 30 bereitgestellten Leistung erfolgen kann. Die zweite Trennkupplung 22 kann geöffnet werden, so dass die lastlose zweite Getriebeeingangswelle 28 nicht mehr mitgedreht werden braucht. In einem Boost-Betrieb kann auch die im Motorbetrieb betriebene elektrische Maschine 12 zusätzlich eine Leistung zum Antrieb des Kraftfahrzeugs bereitstellen. In einem Lastpunktanhebungsbetrieb kann die elektrische Maschine 12 im Generatorbetrieb betrieben werden und einen Teil der Leistung der Brennkraftmaschine 30 in speicherbare elektrische Energie umwandeln. Zudem ist es möglich, dass die elektrische Maschine 12 lastlos geschaltet wird und das Kraftfahrzeug rein motorisch angetrieben wird.
Bei der in 6 dargestellten Ausführungsform des Antriebsstrangs 10 weist im Vergleich zu der in 1 bis 5 dargestellten Ausführungsform des Antriebsstrangs 10 die Schaltstufe 34 zwei unabhängig voneinander schaltbare jeweils als Klauenkupplung 36 ausgestaltete Schaltelemente 42, 44 auf. In der in 6 dargestellten Situation ist die Brennkraftmaschine 30 ausgeschaltet und weder mit der zweiten Getriebeeingangswelle 28 noch mit der Zwischenwelle 18 gekoppelt. Das Kraftfahrzeug wir rein elektrisch mit Hilfe der im Motorbetrieb betriebenen elektrischen Maschine 12 angetrieben. Hierzu ist beispielsweise die erste Teilkupplung 20 der Doppelkupplung 24 geschlossen, während die zweite Teilkupplung 22 der Doppelkupplung 24 geöffnet ist, so dass die Leistung der elektrischen Maschine 12 an die erste Getriebeeingangswelle 26 übertragen wird. Um nun die Brennkraftmaschine 30 zuzustarten, wird zunächst die Motorwelle 32 der Brennkraftmaschine 30 mit Hilfe des ersten Schaltelements 42 der Schaltstufe 34 mit der lastlosen zweiten Getriebeeingangswelle 28 gekoppelt (7), wobei bei der zweiten Getriebeeingangswelle 28 kein Gang geschaltet ist. Danach wird die zweite Teilkupplung 22 der Doppelkupplung 24 ganz oder teilweise, insbesondere schlupfend, geschlossen (8), wobei insbesondere die erste Teilkupplung 20 der Doppelkupplung 24 schlupfend betrieben wird. Dadurch wird ein Teil der von der elektrischen Maschine 12 kommenden Leistung von der Zwischenwelle 18 über die zweite Teilkupplung 22 und das erste Schaltelement 42 der Schaltstufe 34 an die Motorwelle 32 der Brennkraftmaschine 30 übertragen, um mit dieser Leistung die Brennkraftmaschine 30 zu starten. Hierzu kann die von der elektrischen Maschine 12 bereitgestellte Leistung entsprechend erhöht werden, um die von der angetriebenen ersten Getriebeeingangswelle 26 abgeforderte Leistung in voller Höhe zur Verfügung stellen zu können. Nach dem Start der Brennkraftmaschine 30 kann die Leistung der Brennkraftmaschine 30 über das erste Schaltelement 42 der Schaltstufe 34 und die zweite Teilkupplung 22 der Doppelkupplung 34 an die erste Teilkupplung 20 und gemeinsam mit der Leistung der elektrischen Maschine 12 an die angetriebene erste Getriebeeingangswelle 26 übertragen werden (9). Die über die zweite Teilkupplung 22 ohne einen geschalteten Gang angekoppelte zweite Getriebeeingangswelle 28 kann hierbei lastlos mitdrehen. Hierbei können sich die Drehzahlen der Motorwelle 32 der Brennkraftmaschine 30 und der Zwischenwelle 18 aneinander anpassen. Danach kann zusätzlich das zweite Schaltelement 44 der Schaltstufe 34 die mit der Zwischenwelle 18 bereits synchronisierte Motorwelle 32 mit der Zwischenwelle 18 koppeln (10). Schließlich kann das erste Schaltelement 44 der Schaltstufe 34 die Motorwelle 32 von der lastlosen zweiten Getriebeeingangswelle 28 trennen (11) und die zweite Trennkupplung 22 geöffnet werden, so dass der Antrieb des Kraftfahrzeugs motorisch mit Hilfe der von der Brennkraftmaschine 30 bereitgestellten Leistung erfolgen kann und die lastlose zweite Getriebeeingangswelle 28 nicht mehr mitgedreht werden braucht. In einem Boost-Betrieb kann auch die im Motorbetrieb betriebene elektrische Maschine 12 zusätzlich eine Leistung zum Antrieb des Kraftfahrzeugs bereitstellen. In einem Lastpunktanhebungsbetrieb kann die elektrische Maschine 12 im Generatorbetrieb betrieben werden und einen Teil der Leistung der Brennkraftmaschine 30 in speicherbare elektrische Energie umwandeln. Zudem ist es möglich, dass die elektrische Maschine 12 lastlos geschaltet wird und das Kraftfahrzeug rein motorisch angetrieben wird.

Claims

Antriebsstrang zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, mit einer ersten Getriebeeingangswelle (26) eines Doppelkupplungsgetriebes, einer zweiten Getriebeeingangswelle (28) eines Doppelkupplungsgetriebes, einer elektrischen Maschine (12) zum elektrischen Antrieb des Kraftfahrzeugs, einer mit der elektrischen Maschine (12) gekoppelten Zwischenwelle (18), einer Brennkraftmaschine (30) zum motorischen Antrieb des Kraftfahrzeugs, einer mit der Brennkraftmaschine (30) gekoppelten Motorwelle (32) einer Doppelkupplung (24) des Doppelkupplungsgetriebes zum Kuppeln der Zwischenwelle (18) mit der ersten Getriebeeingangswelle (26) und/oder mit der zweiten Getriebeeingangswelle (28), wobei die Doppelkupplung (24) eine erste Teilkupplung (20) zum Kuppeln der Zwischenwelle (18) mit der ersten Getriebeeingangswelle (26) und eine zweite Teilkupplung (22) zum Kuppeln der Zwischenwelle (18) mit der zweiten Getriebeeingangswelle (28) aufweist, wobei die Zwischenwelle (18) axial zu einer Rotorwelle (14) der elektrischen Maschine (2) versetzt angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (14) mit einem ersten Ende der Zwischenwelle (18) verbunden ist und die Doppelkupplung (24) mit einem zweiten Ende der Zwischenwelle (18) verbunden ist und wobei eine Schaltstufe (34) zum Koppeln der Motorwelle (32) mit der Zwischenwelle (18) in einem ersten Schaltzustand und zum Koppeln der Motorwelle (32) mit einer der Getriebeeingangswellen (26, 28) in einem zweiten Schaltzustand vorgesehen ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltstufe (34) eine von einer Schaltgabel (38) verschiebbare Schaltmuffe (40) aufweist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltstufe (34) genau ein Schaltelement aufweist, wobei das Schaltelement in einem Neutralzustand die Motorwelle (32) sowohl von der Zwischenwelle (18) als auch von der ankoppelbaren Getriebeeingangswelle (28) abkuppelt.
Antriebsstrang nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltstufe (34) ein erstes Schaltelement (42) zum Kuppeln der Motorwelle (32) mit der Zwischenwelle (18) in einem ersten Schaltzustand und zum Abkuppeln der Motorwelle (32) von der Zwischenwelle (18) in einem ersten Neutralzustand und ein als Klauenkupplung (36) ausgestaltetes zweites Schaltelement (44) zum Kuppeln der Motorwelle (32) mit der ankoppelbaren Getriebeeingangswelle (28) in einem zweiten Schaltzustand und zum Abkuppeln der Motorwelle (32) von der ankoppelbaren Getriebeeingangswelle (28) in einem zweiten Neutralzustand aufweist.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwelle (18) in radialer Richtung zwischen der ersten Getriebeeingangswelle (26) und der zweiten Getriebeeingangswelle (28) angeordnet ist.
Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstrangs (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem zunächst die elektrische Maschine (12) eine der Getriebeeingangswellen (26, 28) über die der angetriebenen Getriebeeingangswelle (26) zugeordneten Teilkupplung (20) der Doppelkupplung (24) antreibt, während die Brennkraftmaschine (30) ausgeschaltet ist, die Schaltstufe (34) die Motorwelle (32) mit der von der elektrischen Maschine (12) nicht angetriebenen, im Wesentlichen lastfreien, Getriebeeingangswelle (28) koppelt, die der von der elektrischen Maschine (12) nicht angetriebenen, im Wesentlichen lastfreien, Getriebeeingangswelle (28) zugeordnete Teilkupplung (22) der Doppelkupplung (24) geschlossen wird, nachfolgend die Brennkraftmaschine (30) mit einem von der elektrischen Maschine (12) abgeleiteten Drehmoment gestartet wird und nachfolgend die Schaltstufe (34) die Motorwelle (32) mit der Zwischenwelle (18) koppelt.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die der von der elektrischen Maschine (12) nicht angetriebenen, im Wesentlichen lastfreien, Getriebeeingangswelle (28) zugeordneten Teilkupplung (22) der Doppelkupplung (24) nach dem Starten der Brennkraftmaschine (30) und vor dem Koppeln der Motorwelle (32) mit der Zwischenwelle (18) ganz geöffnet oder schlupfend betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem während des Schließens der der von der elektrischen Maschine (12) nicht angetriebenen, im Wesentlichen lastfreien, Getriebeeingangswelle (28) zugeordneten Teilkupplung (22) der Doppelkupplung (24) und/oder während des Koppelns der Motorwelle (32) mit der Zwischenwelle (18) die der angetriebenen Getriebeeingangswelle (26) zugeordnete Teilkupplung (20) der Doppelkupplung (24) schlupfend betrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem nach dem Starten der Brennkraftmaschine (30) und vor dem Koppeln der Motorwelle (32) mit der Zwischenwelle (18) eine Drehzahl der Motorwelle (32) an eine Drehzahl der Zwischenwelle (18) angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die der von der elektrischen Maschine (12) nicht angetriebenen, im Wesentlichen lastfreien, Getriebeeingangswelle (28) zugeordnete Teilkupplung (22) der Doppelkupplung (24) während des Anpassens der Drehzahl geschlossen ist oder schlupfend betrieben wird und nach dem Koppeln der Motorwelle (32) mit der Zwischenwelle (18) geöffnet wird.