DE102018219606A1 - Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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Anton Fritzer
Matthias Horn
Uwe Griesmeier
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60K6/48—Parallel type
    • B60K2006/4816—Electric machine connected or connectable to gearbox internal shaft
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/42—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
    • B60K6/48—Parallel type
    • B60K2006/4825—Electric machine connected or connectable to gearbox input shaft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60K6/48—Parallel type
    • B60K2006/4833—Step up or reduction gearing driving generator, e.g. to operate generator in most efficient speed range
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem (AS) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine erste Elektromaschine (EM1) und ein Getriebe (G), welches ein erstes Teilgetriebe (TG1) mit einer ersten Antriebswelle (GW1), ein zweites Teilgetriebe (TG2) mit einer zweiten Antriebswelle (GW2) und eine Abtriebswelle (GWA) aufweist. Dem ersten Teilgetriebe (TG1) sind mehrere Schaltelemente (C, D, E, F) zugeordnet, durch deren selektive Betätigung unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse zwischen der ersten Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GWA) schaltbar sind. Ferner weist das zweite Teilgetriebe (TG2) eine Planetenstufe (PS) mit einem ersten Element (E11), einem zweiten Element (E21) und einem dritten Element (E31) in Form eines Sonnenrades, eines Planetenstegs und eines Hohlrades auf, wobei der Planetenstufe (PS) mindestens ein Schaltelement (A, B) zugeordnet ist, bei dessen Betätigung jeweils ein Übersetzungsverhältnis über die Planetenstufe (PS) zwischen der zweiten Antriebswelle (GW2) und der Abtriebswelle (GWA) schaltbar ist. Zudem steht ein Rotor der ersten Elektromaschine (EM1) mit der zweiten Antriebswelle (GW2) in Verbindung. Um nun ein Antriebssystem (AS) mit kompaktem Aufbau zu realisieren, bei welchem ferner unterschiedliche Fahrfunktionen darstellbar sind, ist zudem eine zweite Elektromaschine (EM2) vorgesehen, deren Rotor (R2) mit der ersten Antriebswelle (GW1) in Verbindung steht.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine erste Elektromaschine und ein Getriebe, welches ein erstes Teilgetriebe mit einer ersten Antriebswelle, ein zweites Teilgetriebe mit einer zweite Antriebswelle und eine Abtriebswelle aufweist, wobei dem ersten Teilgetriebe mehrere Schaltelemente zugeordnet sind, durch deren selektive Betätigung unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse zwischen der ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle schaltbar sind, wobei das zweite Teilgetriebe eine Planetenstufe mit einem ersten Element, einem zweiten Element und einem dritten Element in Form eines Sonnenrades, eines Planetenstegs und eines Hohlrades aufweist, wobei der Planetenstufe mindestens ein Schaltelement zugeordnet ist, bei dessen Betätigung jeweils ein Übersetzungsverhältnis über die Planetenstufe zwischen der zweiten Antriebswelle und der Abtriebswelle schaltbar ist, und wobei ein Rotor der Elektromaschine mit der zweiten Antriebswelle in Verbindung steht. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einem vorgenannten Antriebssystem sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems.
  • Bei Hybridfahrzeugen sind Antriebssysteme bekannt, welche neben einem Getriebe eine oder mehrere Elektromaschinen aufweisen. Das Getriebe ist dabei üblicherweise mehrgängig gestaltet, d. h. es sind mehrere unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse als Gänge zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle durch Betätigung entsprechender Schaltelemente schaltbar, wobei dies vorzugsweise automatisch vollzogen wird. Teilweise ist ein derartiges Getriebe auch mit einer weiteren, zweiten Antriebswelle ausgestattet, an der die Elektromaschine angebunden ist. Ein solches Getriebe setzt sich dementsprechend aus zwei Teilgetrieben zusammen, wobei über das eine Teilgetriebe eine Übersetzung eines Zugkraftangebot einer dem Getriebe vorgeschalteten Antriebsmaschine realisiert wird, während das andere Teilgetriebe zur Darstellung eines rein elektrischen Fahrens über die Elektromaschine verwendet wird. Außerdem kann die Elektromaschine teilweise auch zur Darstellung weiterer Funktionen eingebunden werden.
  • Aus der DE 10 2013 215 114 A1 geht ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug hervor, bei welchem eine Antriebsmaschine in Form einer Verbrennungskraftmaschine über eine Trennkupplung mit einer ersten Antriebswelle verbunden werden kann, welche einem ersten Teilgetriebe eines Getriebes zugeordnet ist. Bei dem ersten Teilgetriebe sind dabei mehrere Übersetzungsstufen in Form von Stirnradstufen vorgesehen, welche über je zugehörige Schaltelement in einem Kraftfluss eingebunden werden können, um jeweils die erste Antriebswelle des ersten Teilgetriebes unter Darstellung eines je zugehörigen Übersetzungsverhältnisses mit einer Abtriebswelle des Getriebes zu koppeln. Außerdem verfügt das Getriebe noch über ein zweites Teilgetriebe mit einer zweiten Antriebswelle, an der ein Rotor einer Elektromaschine angebunden ist. Auch diese zweite Antriebswelle kann dabei mit der Abtriebswelle in Verbindung gebracht werden, wobei dies über eine Planetenstufe unter Schaltung eines von zwei unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen möglich ist. Die Planetenstufe kann außerdem dazu genutzt werden, Drehbewegungen der Verbrennungskraftmaschine und der Elektromaschine zu überlagern und hierdurch ein Anfahren des Kraftfahrzeuges unter Unterstützung durch die Elektromaschine zu verwirklichen.
  • Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, wobei sich dieses Antriebssystem durch einen kompakten Aufbau auszeichnet, dabei aber gleichzeitig unterschiedliche Fahrfunktionen problemlos realisierbar sein sollen.
  • Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Ein Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einem Antriebssystem ist zudem Gegenstand von Anspruch 10. Ferner betreffen die Ansprüche 11 bis 15 jeweils ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems.
  • Gemäß der Erfindung umfasst ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug eine erste Elektromaschine und ein Getriebe, welches ein erstes Teilgetriebe mit einer ersten Antriebswelle, ein zweites Teilgetriebe mit einer zweiten Antriebswelle und einer Abtriebswelle aufweist. Dem ersten Teilgetriebe sind mehrere Schaltelemente zugeordnet, durch deren selektive Betätigung unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse zwischen der ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle geschaltet werden können. Das zweite Teilgetriebe weist eine Planetenstufe mit einem ersten Element, einem zweiten Element und einem dritten Element in Form eines Sonnenrades, eines Planetenstegs und eines Hohlrades auf, wobei der Planetenstufe mindestens ein Schaltelement zugeordnet ist, bei dessen Betätigung jeweils ein Übersetzungsverhältnis über die Planetenstufe zwischen der zweiten Antriebswelle und der Abtriebswelle geschaltet werden kann. Außerdem steht ein Rotor der Elektromaschine mit der zweiten Antriebswelle in Verbindung.
  • Unter einer „Welle“ ist im Sinne der Erfindung ein rotierbares Bauteil des Antriebssystems zu verstehen, über welches je zugehörige Komponenten des Antriebssystems drehfest miteinander verbunden sind oder über das eine derartige Verbindung bei Betätigung eines entsprechenden Schaltelements hergestellt wird. Die jeweilige Welle kann die Komponenten dabei axial oder radial oder auch sowohl axial und radial miteinander verbinden. So kann die jeweilige Welle auch als Zwischenstück vorliegen, über welches eine jeweilige Komponente zum Beispiel radial angebunden wird.
  • Mit „axial“ ist im Sinne der Erfindung eine Orientierung in Richtung einer Längsmittelachse des Antriebssystems gemeint, während unter „radial“ eine Orientierung in Durchmesserrichtung einer jeweiligen Welle zu verstehen ist, die entlang der Längsmittelachse ausgerichtet ist.
  • Bevorzugt ist die Abtriebswelle achsparallel zu der ersten Antriebswelle des ersten Teilgetriebes vorgesehen und stellt an einer Anschlussstelle eine Verbindung zu einem Differentialgetriebe her oder bildet mit ihrer Anschlussstelle sogar einen Teil eines Differentialgetriebes. Hierbei liegt diese Anschlussstelle der Abtriebswelle bevorzugt axial im Bereich eines Endes des Getriebes, an welchem auch eine die Verbindung zur vorgeschalteten Antriebsmaschine herstellende Anschlussstelle der ersten Antriebswelle vorgesehen ist. Diese Art der Anordnung eignet sich besonders zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug mit einem quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges ausgerichteten Antriebsstrang.
  • Alternativ dazu kann ein Abtrieb des Getriebes prinzipiell aber auch an einem entgegengesetzt zu einer Anschlussstelle der ersten Antriebswelle liegenden, axialen Ende des Getriebes vorgesehen sein. Dabei ist eine Anschlussstelle der Abtriebswelle dann insbesondere an einem axialen Ende der Abtriebswelle koaxial zu einer Anschlussstelle der ersten Antriebswelle ausgestaltet, so dass Antrieb und Abtrieb des Getriebes an einander entgegengesetzten axialen Enden des Getriebes platziert sind. Ein derartig gestaltetes Antriebssystem eignet sich dabei zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug mit einem in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges ausgerichteten Antriebsstrang.
  • Dem ersten Teilgetriebe sind im Rahmen der Erfindung bevorzugt mehrere Übersetzungsstufen zugeordnet, über welche jeweils im geschalteten Zustand und bei Kraftflussführung über das erste Teilgetriebe ein je zugehöriges Übersetzungsverhältnis gebildet wird. Bei einer Übersetzungsstufe kann es sich im Rahmen der Erfindung um eine Stirnradstufe, eine Planetenstufe oder auch einen Zugmitteltrieb handeln. Zudem können der einzelnen schaltbaren Übersetzungsstufe eine oder auch mehrere weitere Übersetzungsstufen vor- oder nachgeschaltet sein, um eine Vor- oder Nachübersetzung zu realisieren.
  • Unter einer „Verbindung“ oder „Koppelung“ ist im Sinne der Erfindung zu verstehen, dass die so miteinander verknüpften Komponenten des Getriebes nicht unabhängig voneinander rotieren können, sondern deren Drehbewegungen in einem festen Drehzahlverhältnis zueinander stehen. So ist ein Rotor der ersten Elektromaschine mit der zweiten Antriebswelle des zweiten Teilgetriebes gekoppelt, wodurch eine Rotation der zweiten Antriebswelle stets auch eine Rotation des Rotors der ersten Elektromaschine mit einer gleichbleibenden Abhängigkeit zur Folge hat. Aufgrund der Verbindung der ersten Elektromaschine mit der zweiten Antriebswelle des zweiten Teilgetriebes kann die erste Elektromaschine das mindestens eine Übersetzungsverhältnis des zweiten Teilgetriebes zur Darstellung eines rein elektrischen Fahrens nutzen.
  • Eine Elektromaschine kann im Sinne der Erfindung insbesondere zum einen in einem generatorischen Betrieb sowie zum anderen in einem elektromotorischen Betrieb betrieben werden. Bevorzugt handelt es sich bei einer Elektromaschine dabei um eine Synchronmaschine.
  • Die Planetenstufe setzt sich erfindungsgemäß aus einem ersten Element, einem zweiten Element und einem dritten Element zusammen, die als Sonnenrad, als Planetensteg und als Hohlrad vorliegen. Hierbei ist die Planetenstufe insbesondere als Minus-Planetensatz realisiert, indem der Planetensteg mindestens ein Planetenrad drehbar gelagert führt, welches sowohl mit dem Sonnenrad als auch dem Hohlrad im Zahneingriff steht. Alternativ dazu könnte die Planetenstufe aber auch als Plus-Planetensatz ausgeführt sein, wobei der Planetensteg in diesem Fall mindestens ein Planetenradpaar drehbar gelagert führt, von dessen Planetenrädern ein Planetenrad mit dem Sonnenrad und ein Planetenrad mit dem Hohlrad im Zahneingriff steht sowie die Planetenräder untereinander kämmen.
  • Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass zudem eine zweite Elektromaschine vorgesehen ist, deren Rotor mit der ersten Antriebswelle in Verbindung steht. Mit anderen Worten ist also bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem neben der ersten Elektromaschine noch eine zweite Elektromaschine vorgesehen, deren Rotor mit der ersten Antriebswelle gekoppelt ist.
  • Eine derartige Ausgestaltung eines Antriebssystems hat dabei den Vorteil, dass durch Anordnung der weiteren, zweiten Elektromaschine und deren Anbindung an die erste Antriebswelle unterschiedliche Fahrfunktionen realisiert werden können. Gleichzeitig muss dabei allerdings kein zusätzliches Schaltelement vorgesehen werden, was einen kompakten Aufbau des Getriebes ermöglicht zudem den Herstellungsaufwand mindert.
  • So kann ein Stützen einer Zugkraft über die zweite Elektromaschine in deren elektromotorischen Betrieb realisiert werden, wenn mehrere Übersetzungsverhältnisse zwischen der zweiten Antriebswelle und der Abtriebswelle geschaltet werden können und ein Wechsel zwischen zwei, zwischen der zweiten Antriebswelle und der Abtriebswelle wirksamen Übersetzungsverhältnissen stattfindet. Dadurch kann dieser Wechsel zugkraftunterbrechungsfrei vollzogen werden. Dazu ist in dem ersten Teilgetriebe ein entsprechendes Übersetzungsverhältnis zu schalten.
  • Ebenso kann auch im Zuge eines Wechsels zwischen zwei, zwischen der ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle wirksamen Übersetzungsverhältnissen eine Zugkraft über die erste Elektromaschine gestützt werden, indem die erste Elektromaschine elektromotorisch betrieben wird und durch Schalten des mindestens einen Übersetzungsverhältnisses des zweiten Teilgetriebes eingebunden ist.
  • Die beiden vorgenannten Fahrfunktionen können dabei allerdings auch in Kombination miteinander verwendet werden, so dass ein rein elektrisches Fahren über die beiden Elektromaschinen stattfindet, die sich im Zuge des rein elektrischen Fahrens dann über die Teilgetriebe abwechseln. Dies ist hierbei bis zum Erreichen der jeweiligen Leistungsgrenze möglich.
  • Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung sind der Planetenstufe ein erstes und ein zweites Schaltelement zugeordnet, wobei das erste Element der Planetenstufe festgesetzt ist und das dritte Element mit der zweiten Antriebswelle in Verbindung steht. Außerdem kann die Abtriebswelle über das erste Schaltelement mit dem zweiten Element der Planetenstufe gekoppelt sowie mittels des zweiten Schaltelements mit dem dritten Element der Planetenstufe in Verbindung gebracht werden. In vorteilhafter Weise können hierdurch zwei Übersetzungsverhältnisse des zweiten Teilgetriebes verwirklicht werden, die dabei jeweils für ein rein elektrischen Fahren über die erste Elektromaschine in deren elektromotorischen Betrieb nutzbar sind. Aufgrund der Anbindung der Elemente der Planetenstufe ergibt sich darüber hinaus der Vorteil, dass bei fehlender Betätigung eines der beiden Schaltelemente nicht nur die zweite Antriebswelle und damit auch die erste Elektromaschine von der Abtriebswelle entkoppelt sind, sondern auch die Elemente der Planetenstufe nicht seitens der Abtriebswelle angebunden sind, so dass diese ebenfalls nicht rotieren. Hierdurch können Schleppverluste an der Planetenstufe und auch an der Elektromaschine weitestgehend vermieden werden.
  • Bei der vorgenannten Ausführungsform ist das dritte Element der Planetenstufe bevorzugt direkt drehfest mit der zweiten Antriebswelle des zweiten Teilgetriebes verbunden. Alternativ dazu ist es im Rahmen der Erfindung aber auch denkbar, dass zwischen der zweiten Antriebswelle und dem dritten Element der Planetenstufe eine oder mehrere Übersetzungsstufen vorgesehen sind.
  • Gemäß einer hierzu alternativen Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung sind der Planetenstufe ein erstes und ein zweites Schaltelement zugeordnet, wobei das zweite Element der Planetenstufe mit der Abtriebswelle gekoppelt ist, wohingegen das dritte Element der Planetenstufe mit der zweiten Antriebswelle in Verbindung steht. Dabei kann das erste Element der Planetenstufe über das erste Schaltelement festgesetzt werden, wohingegen das zweite Schaltelement bei Betätigung zwei der Elemente der Planetenstufe drehfest miteinander verbindet.
  • Auch in diesem Fall können zwei unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse zwischen der zweiten Antriebswelle des zweiten Teilgetriebes und der Abtriebswelle dargestellt werden, wobei diese Übersetzungsverhältnisse über die erste Elektromaschine für ein rein elektrisches Fahren nutzbar sind. Das zweite Schaltelement kann hierbei im Rahmen der Erfindung entweder das erste Element und das zweite Element der Planetenstufe oder das erste Element und das dritte Element der Planetenstufe oder das zweite Element und das dritte Element der Planetenstufe drehfest miteinander verbinden, was jeweils ein Verblocken der Planetenstufe und damit einen starren Durchtrieb über die Planetenstufe zur Folge hat.
  • Bei beiden vorgenannten Varianten wird bevorzugt ein erstes Übersetzungsverhältnis zwischen der zweiten Antriebswelle und der Abtriebswelle durch Schließen des ersten Schaltelements herbeigeführt, während sich ein zweites Übersetzungsverhältnis zwischen der zweiten Antriebswelle und der Abtriebswelle durch Betätigen des zweiten Schaltelements ergibt. Besonders bevorzugt sind dabei das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement zu einem Schaltelementpaar zusammengefasst, welches über ein Betätigungselement verfügt, über das aus einer Neutralstellung heraus zum einen das erste Schaltelement sowie zum anderen das zweite Schaltelement in einen betätigten Zustand überführt werden kann. Hierdurch kann ein gemeinsamer Aktuator für die beiden Schaltelemente vorgesehen werden, was den Herstellungsaufwand reduziert.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist das erste Element der Planetenstufe durch das Sonnenrad, das zweite Element der Planetenstufe durch den Planetensteg und das dritte Element der Planetenstufe durch das Hohlrad gebildet. Diese Variante ist dabei insbesondere dann realisiert, wenn die Planetenstufe als Minus-Planetensatz verwirklicht ist. Im Fall der Ausführung der Planetenstufe als Plus-Planetensatz ist es hingegen auch denkbar, das erste Element der Planetenstufe durch das Sonnenrad, das zweite Element der Planetenstufe durch das Hohlrad und das dritte Element der Planetenstufe durch den Planetensteg zu bilden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Rotor der ersten Elektromaschine drehfest mit der zweiten Antriebswelle verbunden. Alternativ dazu steht die erste Elektromaschine über mindestens eine Übersetzungsstufe mit der zweiten Antriebswelle in Verbindung. Die erste Elektromaschine kann dabei entweder koaxial zu der zweiten Antriebswelle oder achsversetzt zu dieser liegend angeordnet sein. Im erstgenannten Fall kann der Rotor der ersten Elektromaschine dabei entweder unmittelbar drehfest mit der zweiten Antriebswelle verbunden oder aber über eine oder auch mehrere zwischenliegende Übersetzungsstufen mit dieser gekoppelt sein, wobei Letzteres eine günstigere Auslegung der ersten Elektromaschine mit höheren Drehzahlen und geringerem Drehmoment ermöglicht. Die mindestens eine Übersetzungsstufe kann dabei als Stirnradstufe und/oder als Planetenstufe ausgeführt sein.
  • Ist die erste Elektromaschine hingegen achsversetzt zu der zweiten Antriebswelle vorgesehen, so erfolgt eine Koppelung über eine oder mehrere zwischenliegende Übersetzungsstufen und/oder einen Zugmitteltrieb. Die eine oder die mehreren Übersetzungsstufen können hierbei auch im Einzelnen entweder als Stirnradstufe oder als Planetenstufe realisiert sein. Bei einem Zugmitteltrieb kann es sich entweder um einen Riemen- oder einen Kettentrieb handeln.
  • Ebenso kann auch der Rotor der zweiten Elektromaschine entweder drehfest mit der ersten Antriebswelle verbunden oder über mindestens eine Übersetzungsstufe mit der ersten Antriebswelle in Verbindung stehen. Auch hierbei ist es denkbar, dass die zweite Elektromaschine entweder koaxial zu der ersten Antriebswelle angeordnet oder achsversetzt zu dieser liegt. Im erstgenannten Fall kann der Rotor der zweiten Elektromaschine dabei entweder unmittelbar drehfest mit der ersten Antriebswelle verbunden oder aber über eine oder auch mehrere zwischenliegende Übersetzungsstufen mit dieser gekoppelt sein. Letzteres ermöglicht eine günstigere Auslegung der zweiten Elektromaschine mit höheren Drehzahlen und geringerem Drehmoment. Die mindestens eine Übersetzungsstufe kann dabei ebenfalls als Stirnradstufe und/oder als Planetenstufe ausgeführt sein.
  • Bei achsversetzter Anordnung der zweiten Elektromaschine zu der ersten Antriebswelle erfolgt eine Koppelung über eine oder mehrere zwischenliegende Übersetzungsstufen und/oder einen Zugmitteltrieb. Die eine oder die mehreren Übersetzungsstufen können hierbei auch im Einzelnen entweder als Stirnradstufe oder als Planetenstufe realisiert sein. Bei einem Zugmitteltrieb kann es sich entweder um einen Riemen- oder einen Kettentrieb handeln.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist bei dem Antriebssystem zudem eine Antriebsmaschine vorgesehen, die mit der ersten Antriebswelle verbunden oder mit der ersten Antriebswelle über eine Schaltkupplung in Verbindung bringbar ist. Dabei ist die vorgeschaltete Antriebsmaschine insbesondere als Verbrennungskraftmaschine ausgeführt. Aufgrund der Verbindung der zweiten Elektromaschine mit der ersten Antriebswelle können dann weitere Fahrfunktionen realisiert werden. So kann ein Starten der vorgeschalteten Verbrennungskraftmaschine über die zweite Elektromaschine in deren elektromotorischen Betrieb verwirklicht werden, wobei im Fall einer zwischengeschalteten Schaltkupplung diese dann zu schließen ist.
  • Im generatorischen Betrieb der zweiten Elektromaschine kann diese dann über die Antriebsmaschine angetrieben werden, um ein Bordnetz des Kraftfahrzeuges zu versorgen. Ist zwischen der Antriebsmaschine und der ersten Antriebswelle außerdem eine Schaltkupplung vorgesehen, so ist diese hierfür zu schließen. Überlappend damit kann im zweiten Teilgetriebe ein Übersetzungsverhältnis geschaltet werden und die erste Elektromaschine elektromotorisch betrieben werden, so dass rein elektrisch über diese gefahren wird, wobei über die zweite Elektromaschine die hierfür notwendige, elektrische Energie zur Verfügung gestellt wird. Hierdurch ist ein serielles Fahren realisierbar.
  • Im Rahmen der Erfindung ist die erste Elektromaschine insbesondere mit in das Getriebe des Antriebssystems integriert, indem die erste Elektromaschine innerhalb eines Getriebegehäuses des Getriebes platziert ist. Ebenso kann auch die zweite Elektromaschine mit in das Getriebe integriert sein, wobei allerdings im Fall einer permanenten Verbindung der Antriebsmaschine und der ersten Antriebswelle des Getriebes auch eine Integration der zweiten Elektromaschine in die Antriebsmaschine denkbar ist. So kann die zweite Elektromaschine im Falle der Ausführung der Antriebsmaschine als Verbrennungskraftmaschine mit in einen Riementrieb der Verbrennungskraftmaschine eingebunden sein.
  • Es ist eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung, dass achsparallel zu der ersten Antriebswelle mindestens eine Vorgelegewelle vorgesehen ist, die über je eine Übersetzungsstufe mit der Abtriebswelle in Verbindung steht. Dabei sind dem ersten Teilgetriebe eine erste Übersetzungsstufe, eine zweite Übersetzungsstufe, eine dritte Übersetzungsstufe und eine vierte Übersetzungsstufe zugeordnet, von denen über die erste Übersetzungsstufe durch Betätigung eines dritten Schaltelements, von denen über die zweite Übersetzungsstufe durch Schließen eines vierten Schaltelements, von denen über die dritte Übersetzungsstufe durch Betätigung eines fünften Schaltelements sowie von denen über die vierte Übersetzungsstufe durch Schließen eines sechsten Schaltelements jeweils ein Kraftfluss von der ersten Antriebswelle auf die mindestens eine Vorgelegewelle geführt werden kann. In vorteilhafter Weise können hierdurch vier unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse zwischen der ersten Antriebswelle und der Abtriebswelle realisiert werden.
  • Besonders bevorzugt sind zwei achsparallele Vorgelegewellen vorgesehen, wobei die Übersetzungsstufen als Stirnradstufen paarweise in Radebenen angeordnet sind, indem auf der zwischenliegenden, ersten Antriebswelle ein Festrad angeordnet ist, welches mit zweien, auf den beiden Vorgelegewellen jeweils drehbar gelagerten Losrädern gleichzeitig kämmt. Insofern können die vier Übersetzungsstufen in nur zwei Radebenen platziert werden. Des Weiteren sind die Schaltelemente, über welche die axial benachbart auf der jeweiligen Vorgelegewelle platzierten Losräder an der jeweiligen Vorgelegewelle festgesetzt werden können, jeweils zu Schaltelementpaaren zusammengefasst, bei denen über je ein gemeinsames Betätigungselement aus einer Neutralstellung heraus zum einen das eine Schaltelement sowie zum anderen das andere Schaltelement in einen betätigten Zustand überführt werden kann.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist die Planetenstufe zudem koaxial zu der mindestens einen Vorgelegewelle angeordnet. In diesem Fall erfolgt also eine Koppelung der Planetenstufe mit der Abtriebswelle über die zwischenliegende Vorgelegewelle, so dass deren Übersetzungsstufe zur Abtriebswelle hin auch für die Übersetzungsverhältnisse des zweiten Teilgetriebes genutzt werden kann.
  • Bei dem Getriebe des erfindungsgemäßen Antriebssystems sind die Schaltelemente insbesondere jeweils als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt und liegen dabei konkret als Klauenschaltelemente vor. Denn formschlüssige Schaltelemente haben gegenüber kraftschlüssigen Schaltelementen den Vorteil, dass sie in einem geöffneten Zustand ein niedrigeres Schleppmoment aufweisen und sich damit ein besserer Wirkungsgrad des Getriebes erreichen lässt. Es ist im Rahmen der Erfindung jedoch auch denkbar, einzelnen der Schaltelemente als kraftschlüssige Schaltelemente, wie beispielsweise Lamellenschaltelement, auszuführen.
  • Im Rahmen der Erfindung kann dem Getriebe ein Anfahrelement vorgeschaltet sein, beispielsweise ein hydrodynamischer Drehmomentwandler oder eine Reibkupplung. Dieses Anfahrelement kann dann auch Bestandteil des Getriebes sein und dient der Gestaltung eines Anfahrvorgangs, indem es eine Schlupfdrehzahl zwischen der insbesondere als Brennkraftmaschine gestalteten Antriebsmaschine und der ersten Antriebswelle des Getriebes ermöglicht. Hierbei kann auch eines der Schaltelemente des Getriebes oder die evtl. vorhandene Trennkupplung als ein solches Anfahrelement ausgebildet sein, indem es bzw. sie als Reibschaltelement vorliegt. Zudem kann auf jeder Welle des Getriebes prinzipiell ein Freilauf zum Getriebegehäuse oder zu einer anderen Welle angeordnet werden.
  • Das erfindungsgemäße Antriebssystem ist insbesondere Teil eines Kraftfahrzeugantriebsstranges für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug, wobei die Abtriebswelle des Getriebes dann mit weiteren, in Kraftflussrichtung zu Antriebsrädern des Kraftfahrzeuges folgenden Komponenten des Antriebsstranges in Verbindung steht. Bevorzugt ist dabei eine Koppelung mit einem Differentialgetriebe einer Antriebsachse des Kraftfahrzeuges hergestellt, wobei hier allerdings auch eine Anbindung an ein Längsdifferential vorliegen kann, über welches eine Verteilung auf mehrere angetriebene Achsen des Kraftfahrzeuges stattfindet. Das Differentialgetriebe bzw. das Längsdifferential kann dabei mit dem Getriebe in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Ebenso kann auch ein ggf. vorhandener Torsionsschwingungsdämpfer mit in dieses Gehäuse integriert sein.
  • Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung, die nachfolgend erläutert wird, ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:
    • 1 eine schematische Ansicht eines Teils eines Kraftfahrzeugantriebsstranges mit einem Antriebssystem entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
    • 2 eine schematische Darstellung eines Teils eines Kraftfahrzeugantriebsstranges mit einem Antriebssystem gemäß einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung;
    • 3 eine schematische Ansicht eines Teils eines Kraftfahrzeugantriebsstranges mit einem Antriebssystem entsprechend einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
    • 4 eine schematische Darstellung eines Teils eines Kraftfahrzeugantriebsstranges mit einem Antriebssystem gemäß einer vierten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung; und
    • 5 ein beispielhaftes Schaltschema eines jeweiligen Getriebes der Antriebssysteme aus den 1 bis 4.
  • 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Teils eines Kraftfahrzeugantriebsstranges eines Hybridfahrzeuges, wobei dieser Kraftfahrzeugantriebsstrang ein Antriebssystem AS entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung aufweist. Das Antriebssystem AS umfasst eine Antriebsmaschine in Form einer Verbrennungskraftmaschine VKM, welche über ein Getriebe G mit einem Differentialgetriebe AG in Verbindung gebracht werden kann. Über das Differentialgetriebe AG kann eine durch das Antriebssystem AS erzeugt Antriebsleistung auf - vorliegend nicht weiter dargestellte - Antriebsräder einer Antriebsachse verteilt werden.
  • Das Getriebe G umfasst zwei Teilgetriebe TG1 und TG2, welchen jeweils je eine Antriebswelle GW1 bzw. GW2 zugeordnet ist. Beide Antriebswellen GW1 und GW2 können jeweils mit einer Abtriebswelle GWA des Getriebes G gekoppelt werden, welche ständig mit dem Differentialgetriebe AG in Verbindung steht, indem die Abtriebswelle GWA zugleich auch einen Teil des Differentialgetriebes AG bildet. Die Koppelung der Antriebswellen GW1 und GW2 findet dabei jeweils über eine von zwei Vorgelegewellen VGW1 und VGW2 statt, die achsparallel zu der ersten Antriebswelle GW1 des ersten Teilgetriebes TG1 angeordnet sind. Die erste Vorgelegewelle VGW1 liegt hierbei koaxial zu der zweiten Antriebswelle GW2 des zweiten Teilgetriebes TG2.
  • Wie zudem in 1 zu erkennen ist, stehen die beiden Vorgelegewellen VGW1 und VGW2 permanent mit der Abtriebswelle GWA in Verbindung. So ist die erste Vorgelegewelle VGW1 über eine erste Stirnradstufe SRS1 mit der Abtriebswelle GWA gekoppelt, wobei sich diese erste Stirnradstufe SRS1 aus einem ersten Stirnrad SR1 und einem zweiten Stirnrad SR2 zusammensetzt. Das erste Stirnrad SR1 ist drehfest auf der ersten Vorgelegewelle VGW1 platziert und steht mit dem zweiten Stirnrad SR2 im Zahneingriff, welches drehfest auf der Abtriebswelle GWA platziert ist. Hierbei ist das zweite Stirnrad SR2 zugleich auch Teil einer zweiten Stirnradstufe SRS2, die die Abtriebswelle GWA permanent mit der zweiten Vorgelegewelle VGW2 verbindet. So kämmt das zweite Stirnrad SR2 gleichzeitig auch mit einem dritten Stirnrad SR3, welches drehfest auf der zweiten Vorgelegewelle VGW2 angeordnet ist. Dabei liegen die beiden Stirnradstufen SRS1 und SRS2 axial in einer Radebene.
  • Über das zweite Teilgetriebe TG2 kann eine erste Elektromaschine EM1 des Antriebssystems AS mit der Abtriebswelle GWA gekoppelt werden, wobei ein - vorliegend nicht weiter dargestellte - Rotor der Elektromaschine EM1 an einer Rotorwelle RW1 ständig mit der zweiten Antriebswelle GW2 des zweiten Teilgetriebes TG2 gekoppelt ist. Das zweite Teilgetriebe TG2 verfügt dabei über eine Planetenstufe PS, die ebenso wie die zweite Antriebswelle GW2 koaxial zu der ersten Vorgelegewelle VGW1 platziert ist und sich aus einem ersten Element E11, einem zweiten Element E21 und einem dritten Element E31 zusammensetzt. Das erste Element E11 ist dabei durch ein Sonnenrad der Planetenstufe PS gebildet, während das zweite Element E21 als Planetensteg und das dritte Element E31 als Hohlrad der Planetenstufe PS vorliegt.
  • Im Planetensteg ist mindestens ein Planetenrad drehbar gelagert, welches sowohl mit dem radial innenliegenden Sonnenrad, als auch dem umliegenden Hohlrad im Zahneingriff steht. Insofern ist die Planetenstufe PS vorliegend als Minus-Planetensatz gestaltet, wobei im Rahmen der Erfindung aber prinzipiell auch eine Ausführung der Planetenstufe PS als Plus-Planetensatz denkbar wäre. Im letztgenannten Fall wäre dann allerdings bevorzugt das zweite Element E21 der Planetenstufe PS durch das Hohlrad und das dritte Element E31 durch den Planetensteg gebildet, wobei der Planetensteg in diesem Fall mindestens ein Planetenradpaar drehbar gelagert führt, von dessen Planetenrädern ein Planetenrad mit dem Sonnenrad und ein Planetenrad mit dem Hohlrad kämmt sowie die Planetenräder untereinander im Zahneingriff stehen. Zudem wäre eine Standübersetzung der Planetenstufe PS im Vergleich zu der Ausführung als Minus-Planetensatz um Eins zu erhöhen.
  • Vorliegend ist das zweite Element E21 der Planetenstufe PS ständig drehfest mit der ersten Vorgelegewelle VGW1 verbunden, wohingegen das dritte Element E31 der Planetenstufe PS permanent drehfest mit der zweiten Antriebswelle GW2 des zweiten Teilgetriebes TG2 in Verbindung steht. Ferner sind der Planetenstufe PS zwei Schaltelemente A und B zugeordnet, von welchen ein erstes Schaltelement A bei Betätigung das erste Element E11 der Planetenstufe PS an einem drehfesten Bauelement GG festsetzt. Dabei handelt es sich bei dem drehfesten Bauelement GG bevorzugt um ein Getriebegehäuse des Getriebes G oder einen Teil des Getriebegehäuses. Dagegen werden durch Schließen eines zweiten Schaltelements B das erste Element E11 der Planetenstufe PS und das dritte Element E31 der Planetenstufe PS drehfest miteinander verbunden, was ein Verblocken der Planetenstufe PS und damit einen starren Durchtrieb von der zweiten Antriebswelle GW2 auf die erste Vorgelegewelle VGW1 zur Folge hat.
  • Über die beiden Schaltelemente A und B kann die zweite Antriebswelle GW2 unter Darstellung je eines Übersetzungsverhältnisses mit der ersten Vorgelegewelle VGW1 und im Weiteren dann über die erste Stirnradstufe SRS1 auch mit der Abtriebswelle GWA gekoppelt werden. Die beiden Übersetzungsverhältnisse des zweiten Teilgetriebes TG2 stehen dabei über die erste Elektromaschine EM1 für ein rein elektrisches Fahren zur Verfügung. Die beiden Schaltelemente A und B sind zu einem Schaltelementpaar SP1 zusammengefasst, bei welchem über ein Betätigungselement aus einer Neutralstellung heraus zum einen das erste Schaltelement A sowie zum anderen das zweite Schaltelement B in einen betätigten Zustand überführt werden kann.
  • Die erste Antriebswelle GW1 des ersten Teilgetriebes TG1 kann über eine Schaltkupplung K0 drehfest mit einer Anschlusswelle AN verbunden werden, über welche eine drehfeste Verbindung zu der vorgeschalteten Verbrennungskraftmaschine VKM hergestellt ist. Hierbei kann zwischen der Verbrennungskraftmaschine VKM und der Anschlusswelle AN noch ein Torsionsschwingungsdämpfer platziert sein. Außerdem kann die erste Antriebswelle GW1 über jeweils eine von mehreren Stirnradstufen SRS3, SRS4, SRS5 und SRS6 jeweils mit einer der Vorgelegewellen VGW1 und VGW2 und damit auch der Abtriebswelle GWA gekoppelt werden, wobei die Stirnradstufen SRS3, SRS4, SRS5 und SRS6 jeweils durch Betätigung eines je zugehörigen Schaltelements C, D, E oder F in einem Kraftfluss eingebunden und hierdurch ein je zugehöriges Übersetzungsverhältnis geschaltet werden kann.
  • Wie in 1 zu erkennen ist, setzt sich die dritte Stirnradstufe SRS3 aus einem vierten Stirnrad SR4 und einem hiermit kämmenden, fünften Stirnrad SR5 zusammen, wobei das vierte Stirnrad SR4 drehfest auf der ersten Antriebswelle GW1 angeordnet ist, während das fünfte Stirnrad SR5 drehbar auf der ersten Vorgelegewelle VGW1 platziert ist und über das dritte Schaltelement C an der ersten Vorgelegewelle VGW1 festgesetzt werden kann. Durch Schließen des dritten Schaltelements C wird die erste Antriebswelle GW1 über die dritte Stirnradstufe SRS3 mit der ersten Vorgelegewelle VGW1 gekoppelt, so dass der Kraftfluss ausgehend von der ersten Antriebswelle GW1 über die dritte Stirnradstufe SRS3 auf die erste Vorgelegewelle VGW1 und im weiteren hiervon ausgehend über die erste Stirnradstufe SRS1 auf die Abtriebswelle GWA geführt werden kann. Hierdurch wird ein Übersetzungsverhältnis zwischen der ersten Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GWA geschaltet.
  • Die vierte Stirnradstufe SRS4 ist in einer Radebene mit der dritten Stirnradstufe SRS3 angeordnet, indem das vierte Stirnrad SR4 gleichzeitig auch Teil der vierten Stirnradstufe SRS4 ist. So kämmt das vierte Stirnrad SR4 neben dem fünften Stirnrad SR5 auch noch mit einem sechsten Stirnrad SR6, welches drehbar auf der zweiten Vorgelegewelle VGW2 gelagert ist. Insofern sind die Stirnradstufen SRS3 und SRS4 in einer Radebene angeordnet. Hierbei kann das sechste Stirnrad SR6 durch Betätigen des vierten Schaltelements D an der zweiten Vorgelegewelle VGW2 festgesetzt werden, so dass in der Folge eine Kraftflussführung von der ersten Antriebswelle GW1 über die vierte Stirnradstufe SRS4 auf die zweite Vorgelegewelle VGW2 und im Folgenden über die zweite Stirnradstufe SRS2 auf die Abtriebswelle GWA vollzogen wird. Insofern wird durch Schließen des vierten Schaltelements D ein zugehöriges Übersetzungsverhältnis zwischen der ersten Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GWA realisiert.
  • Des Weiteren ist die fünfte Stirnradstufe SRS5 durch ein siebtes Stirnrad SR7 und ein achtes Stirnrad SR8 gebildet, von welchen das siebte Stirnrad SR7 drehfest auf der ersten Antriebswelle GW1 angeordnet und das hiermit im Zahneingriff stehende, achte Stirnrad SR8 drehbar auf der ersten Vorgelegewelle VGW1 gelagert ist. Durch Schließen des fünften Schaltelements E kann das achte Stirnrad SR8 dann an der ersten Vorgelegewelle VGW1 festgesetzt werden, so dass ausgehend von der ersten Antriebswelle GW1 eine Kraftflussführung über die fünfte Stirnradstufe SRS5 auf die erste Vorgelegewelle VGW1 und im weiteren über die erste Stirnradstufe SRS1 auf die Abtriebswelle GWA stattfindet. Hierdurch wird zwischen der ersten Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GWA ebenfalls ein zugehöriges Übersetzungsverhältnis geschaltet.
  • Das siebte Stirnrad SR7 ist außerdem auch der sechsten Stirnradstufe SRS6 zugeordnet, indem das siebte Stirnrad SR7 neben dem achten Stirnrad SR8 auch gleichzeitig mit einem neunten Stirnrad SR9 kämmt, das drehbar auf der zweiten Vorgelegewelle VGW2 gelagert ist. Die sechste Stirnradstufe SRS6 ist dabei in einer Radebene mit der fünften Stirnradstufe SRS5 vorgesehen. Über das sechste Schaltelement F kann nun ein Festsetzen des neunten Stirnrades SR9 an der zweiten Vorgelegewelle VGW2 herbeigeführt werden, so dass eine Kraftflussführung von der ersten Antriebswelle GW1 über die sechste Stirnradstufe SRS6 auf die zweite Vorgelegewelle VGW2 und im weiteren dann über die zweite Stirnradstufe SRS2 auf die Abtriebswelle GWA realisiert wird. Hierdurch wird die erste Antriebswelle GW1 mit der Abtriebswelle GWA unter Darstellung eines zugehörigen Übersetzungsverhältnisses gekoppelt.
  • Das dritte Schaltelement C und das fünfte Schaltelement E sind zu einem Schaltelementpaar SP2 zusammengefasst, bei welchem über ein gemeinsames Betätigungselement aus einer Neutralstellung heraus einerseits das dritte Schaltelement C sowie andererseits das fünfte Schaltelement E in einen geschlossenen Zustand überführt werden können. Ebenso sind auch das vierte Schaltelement D und das sechste Schaltelement F zu einem Schaltelementpaar SP3 zusammengefasst. Dazu ist dem vierten Schaltelement D und dem sechsten Schaltelement F ein gemeinsames Betätigungselement zugeordnet, über welches durch Bewegung aus einer Neutralstellung heraus einerseits das vierte Schaltelement D und andererseits das sechste Schaltelement F jeweils in einen geschlossenen Zustand überführt werden kann.
  • Die Rotorwelle RW1 der ersten Elektromaschine EM1 ist mit der zweiten Antriebswelle GW2 über eine siebte Stirnradstufe SRS7 gekoppelt, die sich aus einem zehnten Stirnrad SR10 und einem elften Stirnrad SR11 zusammensetzt. Dabei ist das zehnte Stirnrad SR10 drehfest auf der Rotorwelle RW1 platziert, während das hiermit im Zahneingriff stehende, elfte Stirnrad SR11 drehfest auf der zweiten Antriebswelle GW2 angeordnet ist.
  • Das Antriebssystem AS verfügt außerdem noch über eine zweite Elektromaschine EM2, deren - vorliegend nicht weiter gezeigte - Rotor ständig mit der ersten Antriebswelle GW1 in Verbindung steht. Eine Verbindung ist hierbei über die fünfte Stirnradstufe SRS5 und eine achte Stirnradstufe SRS8 hergestellt, die durch das achte Stirnrad SR8 und ein zwölftes Stirnrad SR12 gebildet ist. Dazu ist das zwölfte Stirnrad SR12 auf einer Rotorwelle RW2 der zweiten Elektromaschine EM2 angeordnet und steht mit dem achten Stirnrad SR8 im Zahneingriff, welches gleichzeitig auch mit dem drehfest auf der ersten Antriebswelle GW1 platzierten, siebten Stirnrad SR7 kämmt.
  • Die Schaltelemente A, B, C, D, E und F des Getriebes G sind vorliegend als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt und liegen dabei konkret jeweils als Klauenschaltelement vor. Dagegen ist die Schaltkupplung K0 im vorliegenden Fall als kraftschlüssige Kupplung in Form einer Reibungskupplung ausgeführt.
  • Ferner geht aus 2 eine schematische Darstellung eines Teils eines Kraftfahrzeugantriebsstranges mit einem Antriebssystem AS entsprechend einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung hervor. Dieses Antriebssystem AS entspricht dabei weitestgehend der Variante nach 1, wobei im Unterschied dazu nun die zweite Elektromaschine EM2 eigenständig über eine achte Stirnradstufe SRS8 an der ersten Antriebswelle GW1 angebunden ist. Die achte Stirnradstufe SRS8 weist neben dem drehfest auf der zweiten Rotorwelle RW2 angeordneten, zwölften Stirnrad SR12 noch ein dreizehntes Stirnrad SR13 auf, das drehfest auf der ersten Antriebswelle GW1 platziert ist. Außerdem ist noch die Schaltkupplung K0 als formschlüssiges Schaltelement ausgeführt, indem sie bevorzugt als Klauenkupplung vorliegt. Ansonsten entspricht die Ausgestaltungsmöglichkeit nach 2 der Variante nach 1, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • Des Weiteren zeigt 3 eine schematische Ansicht eines Teils eines Kraftfahrzeugantriebsstranges mit einem Antriebssystem AS gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung, welche ebenfalls weitestgehend der Variante nach 1 entspricht. Im Unterschied dazu sind die beiden Elektromaschinen EM1 und EM2 nun nicht über Stirnradstufen angebunden, sondern über Zugmitteltriebe ZT1 und ZT2. So ist die erste Elektromaschine EM1 an ihrer Rotorwelle RW1 über den ersten Zugmitteltrieb ZT1 mit der zweiten Antriebswelle GW2 gekoppelt, wobei der erste Zugmitteltrieb ZT1 hierbei bevorzugt als Kettentrieb ausgeführt ist. Bei der zweiten Elektromaschine EM2 wird die Koppelung mit der ersten Antriebswelle GW1 über den zweiten Zugmitteltrieb ZT2 realisiert, der ebenfalls insbesondere als Kettentrieb ausgebildet ist.
  • Als weiterer Unterschied ist bei der Planetenstufe PS des zweiten Teilgetriebes TG2 nun das erste Element E11 ständig am drehfesten Bauelement GG festgesetzt, während das zweite Element E21 der Planetenstufe PS nicht ständig drehfest mit der ersten Vorgelegewelle VGW1 verbunden ist, sondern erst durch Schließen eines ersten Schaltelements A an diesem festgesetzt wird. Ein zweites Schaltelement B verbindet dann außerdem das dritte Element E31 der Planetenstufe PS und damit auch die zweite Antriebswelle GW2 direkt drehfest mit der ersten Vorgelegewelle VGW1. Dementsprechende hat ein geöffneter Zustand der beiden Schaltelemente A und B zur Folge, dass neben der zweiten Antriebswelle GW2 nun auch die Element E11, E21 und E31 der Planetenstufe PS von der ersten Vorgelegewelle VGW1 entkoppelt sind. Schließlich ist noch die Schaltkupplung K0 wiederum als formschlüssiges Schaltelement und hier insbesondere als Klauenkupplung ausgeführt. Ansonsten entspricht die Variante nach 3 der Ausführungsform nach 1, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • Schließlich zeigt noch 4 einen Teil eines Kraftfahrzeugantriebsstranges mit einem Antriebssystem AS entsprechend einer vierten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung. Auch diese Ausgestaltungsmöglichkeit entspricht im Wesentlichen der Variante nach 1, mit dem Unterschied, dass die zweite Elektromaschine EM2 nun koaxial zu der ersten Antriebswelle GW1 platziert ist, wobei ein Rotor R2 hierbei direkt drehfest mit der ersten Antriebswelle GW1 verbunden ist. Hingegen ist ein Stator S2 der zweiten Elektromaschine EM2 am drehfesten Bauelement GG festgesetzt. Als weiterer Unterschied ist die erste Antriebswelle GW1 permanent mit der vorgeschalteten Verbrennungskraftmaschine VKM verbunden, eine zwischengeschaltete Schaltkupplung ist entfallen. Im Übrigen entspricht die Ausgestaltungsmöglichkeit nach 4 sonst der Variante nach 1, so dass auf das hierzu Beschriebene Bezug genommen wird.
  • Schließlich geht noch aus 5 ein beispielhaftes Schaltschema der Getriebe G aus den 1 bis 4 hervor. Wie zu erkennen ist, können hierbei vier Gänge 1 bis 4 zwischen der ersten Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GWA sowie zwei Gänge E1 und E2 zwischen der zweiten Antriebswelle GW2 und der Abtriebswelle GWA dargestellt werden. Dabei ist in den Spalten jeweils angegeben, welches der Schaltelemente A, B, C, D, E und F jeweils zur Darstellung des jeweiligen Ganges zu betätigen ist.
  • So ergibt sich ein erster Gang 1 zwischen der ersten Antriebswelle GW1 und Abtriebswelle GWA durch Betätigen des dritten Schaltelements C, während ein zweiter Gang 2 durch Schließen des vierten Schaltelements D zwischen der ersten Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GWA geschaltet wird. Zur Darstellung eines dritten Ganges 3 ist dann das fünfte Schaltelement E zu betätigen, wohingegen sich ein vierter Gang 4 durch Schließen des sechsten Schaltelements F ergibt.
  • Zur Darstellung eines ersten Ganges E1 zwischen der zweiten Antriebswelle GW2 und der Abtriebswelle GWA ist dagegen das erste Schaltelement A in einen geschlossenen Zustand zu überführen, während sich ein zweiter Gang E2 zwischen der zweiten Antriebswelle GW2 und der Abtriebswelle GWA durch Schließen des zweiten Schaltelements B ergibt.
  • Die Gänge 1 bis 4 können jeweils für ein Fahren über die Verbrennungskraftmaschine VKM genutzt werden, wobei bei den Getrieben der Variante nach 1 bis 3 zusätzlich jeweils noch die Schaltkupplung K0 zu schließen ist, um die Verbrennungskraftmaschine VKM mit der ersten Antriebswelle GW1 zu verbinden. Bei der Variante nach 4 ist die Verbrennungskraftmaschine VKM permanent mit der ersten Antriebswelle GW1 gekoppelt, so dass hier lediglich die in 5 für den jeweiligen Gang 1 bis 4 angegebenen Schaltelemente zu schließen sind. Bei den Varianten nach 1 bis 3 kann auch die zweite Elektromaschine EM2 die Gänge 1 bis 4 alleine nutzen, was bei der Variante nach 4 aufgrund der ständigen Koppelung mit der Verbrennungskraftmaschine VKM nicht möglich ist. Hinsichtlich des zweiten Teilgetriebes TG 2 stehen die beiden Gänge E1 und E2 der ersten Elektromaschine EM1 für ein rein elektrisches Fahren zur Verfügung.
  • Des Weiteren können noch weitere Fahrfunktionen bei den Antriebssysteme nach den 1 bis 4 realisiert werden: so kann ein Starten der Verbrennungskraftmaschine VKM über die zweite Elektromaschine EM2 in deren elektromotorischen Betrieb realisiert werden, wobei bei den Varianten nach den 1 bis 3 hierfür jeweils die Schaltkupplung K0 zu schließen ist. Dabei sollte dann im ersten Teilgetriebe TG1 kein Gang geschaltet sein, indem sich die Schaltelemente C bis F in einem geöffneten Zustand befinden.
  • Wird die zweite Elektromaschine EM2 generatorisch betrieben, so kann ein Laden eines elektrischen Energiespeichers verwirklicht werden, indem die zweite Elektromaschine EM2 über die Verbrennungskraftmaschine VKM angetrieben und in dem ersten Teilgetriebe TG1 wiederum kein Gang geschaltet ist. Bei den Varianten nach den 1 bis 3 muss dazu erneut die Schaltkupplung K0 geschlossen sein. Wird parallel dazu im zweiten Teilgetriebe TG2 durch Schalten eines der Gänge E1 oder E2 über die erste Elektromaschine EM1 rein elektrisch gefahren, so kann die hierfür notwendige Energie über die zweite Elektromaschine EM2 zur Verfügung gestellt werden. Dadurch lässt sich ein serielles Fahren verwirklichen.
  • Außerdem kann die zweite Elektromaschine EM2 die Verbrennungskraftmaschine bei der Synchronisation im Zuge von Gangwechseln zwischen den Gängen 1 bis 4 unterstützen, wobei dazu bei den Varianten der 1 bis 3 jeweils die Schaltkupplung K0 geschlossen sein muss.
  • Ferner besteht die Möglichkeit, dass die zweite Elektromaschine EM2 die Zugkraft stützt, während ein Gangwechsel im zweiten Teilgetriebe TG2 zwischen den Gängen E1 und E2 vollzogen wird. Dazu muss im ersten Teilgetriebe TG1 einer der Gänge 1 bis 4 geschaltet werden, wobei die zweite Elektromaschine EM2 dann die Zugkraft über diesen Stützgang aufrechterhält.
  • Umgekehrt ist es auch möglich, über die erste Elektromaschine EM1 die Zugkraft im Zuge eines Wechsels zwischen den Gängen 1 bis 4 im ersten Teilgetriebe TG1 zu stützen. Dazu muss dann einer der beiden Gänge E1 oder E2 im zweiten Teilgetriebe TG2 geschaltet werden, wobei die erste Elektromaschine EM1 dann im Zuge des Gangwechsels die Zugkraft aufrechterhält. Bei Kombination der beiden vorgenannten Funktionen kann auch rein elektrisch über die beiden Elektromaschinen EM1 und EM2 gefahren werden, indem alternierend über das erste Teilgetriebe TG 1 und das zweite Teilgetriebe TG2 gefahren wird. Dies ist allerdings bei der Variante nach 4 nicht möglich, da hier nicht die Möglichkeit besteht, die Verbrennungskraftmaschine VKM abzukoppeln.
  • Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen eines Antriebssystems lässt sich jeweils ein kompakter Aufbau realisieren, wobei gleichzeitig unterschiedliche Fahrfunktionen darstellbar sind.
  • Bezugszeichenliste
    • AS
    Antriebssystem
    G
    Getriebe
    GG
    drehfestes Bauelement
    VKM
    Verbrennungskraftmaschine
    AG
    Differentialgetriebe
    GW1
    Erste Antriebswelle
    GW2
    Zweite Antriebswelle
    GWA
    Abtriebswelle
    TG1
    erstes Teilgetriebe
    TG2
    zweites Teilgetriebe
    VGW1
    erste Vorgelegewelle
    VGW2
    zweite Vorgelegewelle
    AN
    Anschlusswelle
    PS
    Planetenstufe
    E11
    erstes Element
    E21
    Zweites Element
    E31
    Drittes Element
    EM1
    erste Elektromaschine
    RW1
    Rotorwelle
    EM2
    zweite Elektromaschine
    RW2
    Rotorwelle
    R
    Rotor
    S
    Stator
    SRS1
    erste Stirnradstufe
    SRS2
    zweite Stirnradstufe
    SRS3
    dritte Stirnradstufe
    SRS4
    vierte Stirnradstufe
    SRS5
    fünfte Stirnradstufe
    SRS6
    sechste Stirnradstufe
    SRS7
    siebte Stirnradstufe
    SRS8
    achte Stirnradstufe
    S1
    erstes Stirnrad
    S2
    zweites Stirnrad
    S3
    Drittes Stirnrad
    S4
    Viertes Stirnrad
    S5
    fünfte Stirnrad
    S6
    sechste Stirnrad
    S7
    siebtes Stirnrad
    S8
    achtes Stirnrad
    S9
    neuntes Stirnrad
    S10
    zehntes Stirnrad
    S11
    elftes Stirnrad
    S12
    zwölftes Stirnrad
    S13
    dreizehntes Stirnrad
    ZT1
    Erster Zugmitteltrieb
    ZT2
    Zweiter Zugmitteltrieb
    K0
    Schaltkupplung
    A
    Erstes Schaltelement
    B
    Zweites Schaltelement
    C
    Drittes Schaltelement
    D
    Viertes Schaltelement
    E
    fünfte Schaltelement
    F
    sechste Schaltelement
    SP1
    Schaltelementpaar
    SP2
    Schaltelementpaar
    SP3
    Schaltelementpaar
    1
    erster Gang
    2
    Zweiter Gang
    3
    Dritter Gang
    4
    Vierter Gang
    E1
    erster Gang
    E2
    zweiter Gang
  • 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 102013215114 A1 [0003]

Claims (15)

  1. Antriebssystem (AS) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine erste Elektromaschine (EM1) und ein Getriebe (G), welches ein erstes Teilgetriebe (TG1) mit einer ersten Antriebswelle (GW1), ein zweites Teilgetriebe (TG2) mit einer zweiten Antriebswelle (GW2) und eine Abtriebswelle (GWA) aufweist, wobei dem ersten Teilgetriebe (TG1) mehrere Schaltelemente (C, D, E, F) zugeordnet sind, durch deren selektive Betätigung unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse zwischen der ersten Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GWA) schaltbar sind, wobei das zweite Teilgetriebe (TG2) eine Planetenstufe (PS) mit einem ersten Element (E11), einem zweiten Element (E21) und einem dritten Element (E31) in Form eines Sonnenrades, eines Planetenstegs und eines Hohlrades aufweist, wobei der Planetenstufe (PS) mindestens ein Schaltelement (A, B) zugeordnet ist, bei dessen Betätigung jeweils ein Übersetzungsverhältnis über die Planetenstufe (PS) zwischen der zweiten Antriebswelle (GW2) und der Abtriebswelle (GWA) schaltbar ist, und wobei ein Rotor der ersten Elektromaschine (EM1) mit der zweiten Antriebswelle (GW2) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass zudem eine zweite Elektromaschine (EM2) vorgesehen ist, deren Rotor (R2) mit der ersten Antriebswelle (GW1) in Verbindung steht.
  2. Antriebssystem (AS) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenstufe (PS) ein erstes (A) und ein zweites Schaltelement (B) zugeordnet sind, wobei das erste Element (E11) der Planetenstufe (PS) festgesetzt ist und das dritte Element (E31) mit der zweiten Antriebswelle (GW2) in Verbindung steht, und wobei die Abtriebswelle (GWA) über das erste Schaltelement (A) mit dem zweiten Element (E21) der Planetenstufe (PS) koppelbar sowie mittels des zweiten Schaltelements (B) mit dem dritten Element (E31) der Planetenstufe (PS) in Verbindung bringbar ist.
  3. Antriebssystem (AS) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenstufe (PS) ein erstes (A) und ein zweites Schaltelement (B) zugeordnet sind, wobei das zweite Element (E21) der Planetenstufe (PS) mit der Abtriebswelle (GWA) gekoppelt ist, wohingegen das dritte Element (E31) der Planetenstufe (PS) mit der zweiten Antriebswelle (GW2) in Verbindung steht, und wobei das erste Element (E11) der Planetenstufe (PS) über das erste Schaltelement (A) festsetzbar ist und das zweite Schaltelement (B) bei Betätigung zwei der Elemente (E11, E21, E31) der Planetenstufe (PS) drehfest miteinander verbindet.
  4. Antriebssystem (AS) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element (E11) der Planetenstufe (PS) durch das Sonnenrad, das zweite Element (E21) der Planetenstufe (PS) durch den Planetensteg und das dritte Element (E31) der Planetenstufe (PS) durch das Hohlrad gebildet ist.
  5. Antriebssystem (AS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor der ersten Elektromaschine (EM1) drehfest mit der zweiten Antriebswelle verbunden ist oder über mindestens eine Übersetzungsstufe mit der zweiten Antriebswelle (GW2) in Verbindung steht.
  6. Antriebssystem (AS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (R2) der zweiten Elektromaschine (EM2) drehfest mit der ersten Antriebswelle (GW1) verbunden oder über mindestens eine Übersetzungsstufe mit der ersten Antriebswelle (GW1) in Verbindung steht.
  7. Antriebssystem (AS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zudem eine Antriebsmaschine vorgesehen ist, die mit der ersten Antriebswelle (GW1) verbunden oder mit der ersten Antriebswelle (GW1) über eine Schaltkupplung (K0) in Verbindung bringbar ist.
  8. Antriebssystem (AS) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass achsparallel zu der ersten Antriebswelle (GW1) mindestens eine Vorgelegewelle (VGW1, VGW2) vorgesehen ist, die über je eine Übersetzungsstufe mit der Abtriebswelle (GWA) in Verbindung steht, wobei dem ersten Teilgetriebe (TG1) eine erste Übersetzungsstufe, eine zweite Übersetzungsstufe, eine dritte Übersetzungsstufe und eine vierte Übersetzungsstufe zugeordnet sind, von denen über die erste Übersetzungsstufe durch Betätigung eines dritten Schaltelements (C), von denen über die zweite Übersetzungsstufe durch Schließen eines vierten Schaltelements (D), von denen über die dritte Übersetzungsstufe durch Betätigung eines fünften Schaltelements sowie von denen über die vierte Übersetzungsstufe durch Schließen eines sechsten Schaltelements jeweils ein Kraftfluss von der ersten Antriebswelle (GW1) auf die mindestens eine Vorgelegewelle (VGW1; VGW2) führbar ist.
  9. Antriebssystem (AS) nach Anspruch 8 sowie Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenstufe (PS) koaxial zu der mindestens einen Vorgelegewelle (VGW1) angeordnet ist.
  10. Kraftfahrzeugantriebsstrang für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug, umfassend ein Antriebssystem (AS) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9.
  11. Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystem (AS) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Übersetzungsverhältnisse zwischen der zweiten Antriebswelle (GW2) und der Abtriebswelle (GWA) schaltbar sind, wobei im Zuge eines Wechsels zwischen zwei, zwischen der zweiten Antriebswelle (GW2) und der Abtriebswelle (GWA) wirksamen Übersetzungsverhältnissen eine Zugkraft über die zweite Elektromaschine (EM2) gestützt wird.
  12. Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems (AS) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Zuge eines Wechsels zwischen zwei, zwischen der ersten Antriebswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GWA) wirksamen Übersetzungsverhältnissen eine Zugkraft über die erste Elektromaschine (EM1) gestützt wird.
  13. Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems (AS) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektromaschine (EM2) elektromotorisch betrieben wird und die als Verbrennungskraftmaschine (VKM) ausgeführte Antriebsmaschine startet.
  14. Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems (AS) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektromaschine (EM2) generatorisch betrieben und über die Antriebsmaschine angetrieben wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektromaschine (EM 1) elektromotorisch betrieben und im zweiten Teilgetriebe (TG2) ein Übersetzungsverhältnis geschaltet wird.
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