DE102019000999A1

DE102019000999A1 - Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, sowie Verfahren zum Betreiben elnes solchen Antriebsstrangs

Info

Publication number: DE102019000999A1
Application number: DE102019000999.1A
Authority: DE
Inventors: Eugenia Gorbulenko
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2019-02-11
Filing date: 2019-02-11
Publication date: 2019-08-22

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Verbrennungskraftmaschine (12), mittels welcher das Kraftfahrzeug antreibbar ist, und mit wenigstens einer Welle (14), welche zum Antreiben des Kraftfahrzeugs von der Verbrennungskraftmaschine (12) antreibbar und dadurch um eine Drehachse (16) relativ zu einem Gehäuse (18, 22) des Antriebsstrangs (10) drehbar ist, umfassend wenigstens eine Torsionsfeder (26), mittels welcher durch zumindest teilweises Entspannen der Torsionsfeder (26) die Welle (14) antreibbar und dadurch ein Anfahren des Kraftfahrzeugs bewirkbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Antriebsstrangs.
Derartige Antriebsstränge für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Kraftwagen, sind aus dem allgemeinen Stand der Technik und insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau bereits hinlänglich bekannt. Der Antriebsstrang umfasst eine Verbrennungskraftmaschine, mittels welcher das Kraftfahrzeug angetrieben werden kann. Außerdem umfasst der Antriebsstrang eine auch als Abtriebswelle oder Antriebswelle bezeichnete Welle, welche zum Antreiben des Kraftfahrzeugs von der Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist beziehungsweise angetrieben wird. Mit anderen Worten, um das Kraftfahrzeug mittels der Verbrennungskraftmaschine anzutreiben, werden die Welle und über die Welle das Kraftfahrzeug von der Verbrennungskraftmaschine angetrieben. Die Welle ist dabei durch Antreiben der Welle um eine Drehachse relativ zu einem Gehäuse des Antriebsstrangs drehbar. Mit anderen Worten, wird die Welle beim Antreiben des Kraftfahrzeugs von der Verbrennungskraftmaschine angetrieben, so wird die Welle dadurch um die Drehachse relativ zu dem Gehäuse gedreht.
Außerdem offenbart die DE 43 00 973 C1 eine Vorrichtung zum Speichern von Bremsenergie eines rotierenden Körpers.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Antriebsstrang und ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter und insbesondere komfortabler Betrieb des Antriebsstrangs und somit des Kraftfahrzeugs realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch einen Antriebsstrang mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um einen Antriebsstrang der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter und insbesondere ein besonders komfortabler Betrieb des Antriebsstrangs und somit des Kraftfahrzeugs insgesamt realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Antriebsstrang wenigstens eine Torsionsfeder umfasst, mittels welcher durch zumindest teilweises Entspannen der Torsionsfeder die Welle, insbesondere unabhängig von der Verbrennungskraftmaschine, antreibbar und dadurch ein Anfahren des Kraftfahrzeugs bewirkbar ist. Mit anderen Worten kann sich die zunächst gespannte Torsionsfeder entspannen, wodurch die Torsionsfeder, insbesondere unabhängig von der Verbrennungskraftmaschine, ein auf die Welle wirkendes Drehmoment bereitstellt beziehungsweise bereitstellen kann. Durch dieses Drehmoment kann die Welle von der Torsionsfeder, insbesondere unabhängig von der Verbrennungskraftmaschine, angetrieben werden. Durch dieses, durch die Torsionsfeder bewirkte beziehungsweise bewirkbare Antreiben der Welle kann das beispielsweise zunächst stillstehende Kraftfahrzeug angefahren werden. Das zuvor genannte Drehmoment ist somit beispielsweise ein von der Torsionsfeder bereitstellbares und auf die Welle ausübbares Kriechmoment, mittels welchem die Welle angetrieben und dadurch das beispielsweise zunächst stillstehende Kraftfahrzeug angefahren werden kann.
Unter dem Merkmal, dass die Welle unabhängig von der Verbrennungskraftmaschine von der Welle antreibbar ist beziehungsweise angetrieben wird, ist insbesondere zu verstehen, dass die Welle das Drehmoment bereitstellt und somit die Welle und über die Welle das Kraftfahrzeug antreiben und somit anfahren kann, während beispielsweise ein von der Verbrennungskraftmaschine bewirktes oder bewirkbares Antreiben der Welle beziehungsweise des Kraftfahrzeugs unterbleibt. Somit kann die Torsionsfeder die Welle antreiben und somit das Kraftfahrzeug anfahren, während die Verbrennungskraftmaschine noch deaktiviert ist oder im Zuge eines auch als Motorstart bezeichneten Startvorgangs gestartet wird.
Die Torsionsfeder eignet sich somit besonders vorteilhaft, um nach einem automatischen Deaktivieren beziehungsweise Abstellen der Verbrennungskraftmaschine ein Anfahren des Kraftfahrzeugs zu bewirken, während die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise im Zuge eines sich unmittelbar an das automatische Abstellen anschließenden, automatischen Startvorgangs beziehungsweise Motorstarts aktiviert, das heißt gestartet wird. Die Torsionsfeder kann dabei vorzugsweise die Welle solange antreiben und somit das Kraftfahrzeug solange anfahren beziehungsweise antreiben, bis die Verbrennungskraftmaschine vollständig gestartet ist und in der Folge die Welle und somit das Kraftfahrzeug antreiben beziehungsweise anfahren kann. Hierdurch kann beispielsweise für sich im Innenraum aufhaltende Insassen des Kraftfahrzeugs beziehungsweise für den Fahrer des Kraftfahrzeugs ein besonders komfortables Anfahren beziehungsweise ein besonders komfortabler Anfahrvorgang realisiert werden, welcher sich unmittelbar an ein automatisches Abstellen der Verbrennungskraftmaschine anschließt. Unter dem Merkmal, dass sich der automatische Motorstart unmittelbar an das automatische Abstellen der Verbrennungskraftmaschine anschließt, ist insbesondere zu verstehen, dass zwischen dem automatischen Abstellen und dem automatischen Motorstart ein Starten der zunächst deaktivierten Verbrennungskraftmaschine unterbleibt. Außerdem ist beispielsweise unter dem Merkmal, dass sich der Anfahrvorgang unmittelbar an das automatische Abstellen der Verbrennungskraftmaschine anschließt, zu verstehen, dass zwischen dem automatischen Abstellen und dem Anfahrvorgang ein Anfahren des Kraftfahrzeugs unterbleibt.
Der Antriebsstrang weist beispielsweise ein Start-Stopp-System auf. Mittels des Start-Stopp-Systems wird beispielsweise das zuvor beschriebene automatische Abstellen der zunächst aktivierten Verbrennungskraftmaschine bewirkt, insbesondere dann, wenn wenigstens ein Kriterium erfüllt ist. Mit anderen Worten wird mittels des Start-Stopp-Systems die zunächst aktivierte Verbrennungskraftmaschine im Zuge eines automatischen Abstellvorgangs automatisch deaktiviert, das heißt abgestellt, wenn wenigstens ein Kriterium erfüllt ist. Außerdem wird beispielsweise mittels des Start-Stopp-Systems der automatische Motorstart bewirkt beziehungsweise durchgeführt, wenn wenigstens ein weiteres Kriterium erfüllt ist. Im Zuge des automatischen Motorstarts wird die zunächst deaktivierte Verbrennungskraftmaschine mittels des Start-Stopp-Systems aktiviert, das heißt gestartet, wenn das weitere Kriterium erfüllt ist. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass sich der automatische Motorstart unmittelbar an den automatischen Abstellvorgang anschließt, sodass zwischen dem automatischen Abstellvorgang und dem automatischen Motorstart ein Starten und/oder Abstellen der Verbrennungskraftmaschine unterbleibt.
Die Verbrennungskraftmaschine wird beispielsweise mittels des Start-Stopp-Systems insbesondere dann automatisch gestartet, wenn der Fahrer des Kraftfahrzeugs von der Bremse geht, das heißt wenn erfasst wird, dass eine durch den Fahrer bewirkte Betätigung einer beispielsweise als Betriebsbremse ausgebildeten Bremse des Kraftfahrzeugs beendet wird oder abnimmt und beispielsweise einen vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellenwert unterschreitet. Die Torsionsfeder beziehungsweise das Kriechmoment ermöglicht dabei die Realisierung eines Kriechvorgangs, in dessen Rahmen das zunächst stillstehende Kraftfahrzeug angefahren wird. Hierdurch kann das zunächst stillstehende Kraftfahrzeug beispielsweise ab einem ersten Zeitpunkt bis zu einem auf den ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt mittels der Torsionsfeder und somit mittels des Kriechmoments angefahren werden, wobei beispielsweise zu dem ersten Zeitpunkt erfasst beziehungsweise ermittelt wird, dass eine durch den Fahrer bewirkte Betätigung der Bremse endet beziehungsweise den Schwellenwert unterschreitet. Zu dem ersten Zeitpunkt wird beispielsweise mit dem automatischen Motorstart begonnen. Zu dem zweiten Zeitpunkt ist beispielsweise die zunächst deaktivierte Verbrennungskraftmaschine infolge des automatischen Motorstarts vollständig gestartet, sodass die Verbrennungskraftmaschine ab dem zweiten Zeitpunkt die Welle und somit das Kraftfahrzeug antreiben kann. Da beispielsweise die Verbrennungskraftmaschine zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt gestartet wird und somit noch nicht voll gestartet ist, kann die Verbrennungskraftmaschine zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt die Welle beziehungsweise das Kraftfahrzeug noch nicht in dem gewünschten Ausmaße antreiben. Diese kann nun durch die Torsionsfeder und das Kriechmoment kompensiert werden. Dadurch kann eine unerwünschte Verzögerung des Anfahrens des Kraftfahrzeugs vermieden werden, und auch ein übermäßig abrupter Anfahrvorgang kann vermieden werden.
Insgesamt ist erkennbar, dass die Torsionsfeder das Kriechmoment bei dem automatischen Motorstart beziehungsweise während des automatischen Motorstarts bereitstellen beziehungsweise erzeugen kann, bis beziehungsweise bevor die auch als Verbrennungsmotor bezeichnete Verbrennungskraftmaschine vollständig gestartet ist. Dadurch kann eine übermäßige Anfahrverzögerung des Kraftfahrzeugs vermieden beziehungsweise minimiert werden, da nach einem automatischen Abstellvorgang nicht gewartet werden muss, bis die Verbrennungskraftmaschine vollständig gestartet ist und das Kraftfahrzeug antreiben kann. Die Torsionsfeder ist ein mechanisches Bauteil, welches das Kriechmoment motorunabhängig, das heißt unabhängig von der Verbrennungskraftmaschine erzeugen kann. Somit kann die Torsionsfeder das hinreichend hohe Kriechmoment erzeugen, bevor die Verbrennungskraftmaschine vollständig gestartet ist und eine hinreichend hohe Drehzahl aufweist. Die Torsionsfeder beziehungsweise das Kriechmoment kann eine für ein Kriechen und somit für ein Anfahren des Kraftfahrzeugs hinreichend hohe Drehzahl der Welle und somit beispielsweise wenigstens eines Rads oder mehrerer Räder des Kraftfahrzeugs aufbauen, sodass das Kraftfahrzeug nur kurze Zeit, nachdem der Fahrer von der Bremse gegangen ist, angefahren werden kann.
Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse zugrunde: Ist beispielsweise bei einem Automatikgetriebe, insbesondere bei einem Wandler-Automatikgetriebe, kein Start-Stopp-System vorhanden oder deaktiviert, so erfolgt bei bereits leichtem Lösen der Bremse ein Vorwärts-Kriechen des Kraftfahrzeugs, welches durch das Vorwärts-Kriechen angetrieben wird. Dies liegt daran, dass das Automatikgetriebe einen auch als Wandler bezeichneten Drehmomentwandler aufweist. Läuft die Verbrennungskraftmaschine und ist die Bremse betätigt, so wird dennoch über den Drehmomentwandler eine von der Verbrennungskraftmaschine bereitgestellte Kraft beziehungsweise ein von der Verbrennungskraftmaschine bereitgestelltes Drehmoment an das Automatikgetriebe übertragen beziehungsweise in das Automatikgetriebe eingeleitet. Der Drehmomentwandler fungiert hierbei als, insbesondere teilweise, geöffnete beziehungsweise schlupfende Kupplung. Wird dann die Bremse leicht gelöst, so kann das Kraftfahrzeug durch die übertragene Kraft beziehungsweise durch das übertragene Drehmoment bereits angefahren werden, insbesondere im Zuge eines sogenannten Kriechvorgangs. Somit wird das Drehmoment auch als Kriechmoment bezeichnet. Das Kriechmoment bewirkt eine sanfte und somit angenehme und komfortable Vorwärtsbewegung des Kraftfahrzeugs, welches im Rahmen der Vorwärtsbewegung sanft und komfortabel angefahren wird.
Fehlt das Kriechmoment beim Lösen der Bremse, so muss beispielsweise nach einem automatischen Abstellen der Verbrennungskraftmaschine gewartet werden, bis die Verbrennungskraftmaschine vollständig gestartet wird, um dann das Kraftfahrzeug mittels der vollständig gestarteten Verbrennungskraftmaschine anzufahren. Daraus kann resultieren, dass zwischen dem Lösen der Bremse und dem tatsächlichen, durch die vollständig gestartete Verbrennungskraftmaschine bewirkten Anfahren des Kraftfahrzeugs eine übermäßig lange Zeitspanne vergeht, in welcher ein Anfahren des Kraftfahrzeugs unterbleibt. Durch die Erfindung kann diese Zeitspanne vermieden oder zumindest besonders gering gehalten werden. Außerdem ist es denkbar, dass dann, wenn das Kriechmoment fehlt, das Anfahren des Kraftfahrzeugs unkomfortabel ist. Auch dies kann durch die Erfindung vermieden werden. Fehlt das Kriechmoment, so ist der Fahrer gezwungen, ab dem Lösen der Bremse abzuwarten, bis die Verbrennungskraftmaschine vollständig gestartet ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang ist es nun möglich, das Kraftfahrzeug mittels der Torsionsfeder bereits anzufahren, während die Verbrennungskraftmaschine noch deaktiviert ist beziehungsweise gestartet wird und somit bevor die Verbrennungskraftmaschine vollständig gestartet wird. Hierdurch kann das Kraftfahrzeug besonders einfach und komfortabel rangiert werden. Außerdem ist es bei der Erfindung möglich, ein Erzeugen beziehungsweise ein Bereitstellen eines Kriechmoments während eines Stillstands des Kraftfahrzeugs insbesondere bei laufender Verbrennungskraftmaschine zu vermeiden. Hierdurch kann ein besonders effizienter und somit kraftstoffverbrauchsarmer Betrieb der Verbrennungskraftmaschine gewährleistet werden. Die Erfindung ist besonders vorteilhaft bei einem beispielsweise mittels eines Start-Stopp-Systems bewirkten automatischen Motorstart, da mittels der Torsionsfeder während des automatischen Motorstarts das Kriechmoment bereitgestellt werden kann, sodass das Kraftfahrzeug mittels des Kriechmoments während des Motorstarts und somit, bevor die Verbrennungskraftmaschine vollständig gestartet ist, sanft angefahren werden kann. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Torsionsfeder das Kriechmoment nur bei einem durch ein Start-Stopp-System bewirkten automatischen Motorstart bereitstellt beziehungsweise dass das Kriechmoment nur bei einem durch ein Start-Stopp-System bewirkten automatischen Motorstart genutzt wird, um das Kraftfahrzeug während des automatischen Motorstarts anzufahren.
Die zuvor genannte Zeitspanne ist eine Totzeit zwischen dem Lösen der Bremse und dem zweiten Zeitpunkt, zu welchem die Verbrennungskraftmaschine vollständig gestartet ist. Diese Totzeit wird nun durch das von der Verbrennungskraftmaschine bereitgestellte Kriechmoment überbrückt, sodass das Kraftfahrzeug bereits während der Zeitspanne mittels des Kriechmoments sanft angefahren wird. Somit wird das Kraftfahrzeug bereits dann in eine sanfte Kriechbewegung wie bei einem Wandler-Automatikgetriebe versetzt, bevor die Verbrennungskraftmaschine nach Beginn des insbesondere automatischen Motorstarts vollständig gestartet ist. Das Kriechmoment soll vorzugsweise fahrzeugspezifisch durch ein Steuergerät berechnet und dimensioniert werden, welches das Kriechmoment beispielsweise proportional zu einer Bremsstärke beziehungsweise zu einer Bremskraft aufbauen kann. Sinkt die Bremsstärke beziehungsweise die Bremskraft, so steigt das Kriechmoment. Ist die Bremsstärke beziehungsweise die Bremskraft minimal, so ist das Kriechmoment maximal. Um ein für das Kraftfahrzeug übermäßig hohes Kriechmoment und eine daraus resultierende ruckartige Beschleunigung des Kraftfahrzeugs zu vermeiden, so wird das Kriechmoment das maximale fahrzeugspezifische Kriechmoment nicht übersteigen.
Die Torsionsfeder ist beispielsweise auf der auch als Antriebswelle oder Abtriebswelle bezeichneten Welle angeordnet, sodass beispielsweise die Torsionsfeder zumindest einen Längenbereich der Welle umgibt. Beispielsweise ist die Torsionsfeder an einem auch als Differential bezeichneten Differentialgetriebe des Antriebsstrangs angeordnet und insbesondere befestigt, wobei die Torsionsfeder bezogen auf einen von dem Differential zu dem zuvor genannten Rad verlaufenden Drehmomentfluss stromab des Differentials und somit an einem Ausgang des Differentials angeordnet, insbesondere befestigt, sein kann. Ferner ist es denkbar, dass die Feder an einem Ausgang des Getriebes angeordnet, insbesondere befestigt, ist. Dabei ist beispielsweise die Torsionsfeder stromab des Getriebes und beispielsweise stromauf des Differentials angeordnet. Wird die Feder am Ausgang des Getriebes angeordnet, insbesondere befestigt, so kann eine Übersetzung des Getriebes genutzt werden, sodass eine Auslegung der einfach auch als Feder bezeichneten Torsionsfeder auf eine übermäßig große Newton-Anzahl vermieden werden kann.
Die Torsionsfeder ist in der Lage, Bewegungsenergie aufzunehmen, zu halten und bei Bedarf insbesondere unter Bereitstellen beziehungsweise Erzeugen des Kriechmoments wieder abzugeben. Da eine Torsionsfeder die in sie eingespeiste Energie stets in entgegengesetzte Richtung zur Spannung abgibt, ist es von Vorteil, wenn die Feder bedarfsgerecht beziehungsweise flexibel, insbesondere an ihren jeweiligen Enden, fixiert werden kann. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende Koppeleinrichtung realisiert werden.
Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:

1 ausschnittsweise eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs;
2 eine schematische und perspektivische Vorderansicht einer Torsionsfeder des Antriebsstrangs;
3 ausschnittsweise eine schematische Frontansicht einer Koppeleinrichtung des Antriebsstrangs; und
4 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht des Antriebsstrangs.

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Darstellung einen Antriebsstrang 10 für ein Kraftfahrzeug, welches vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildet und mittels des Antriebsstrangs 10 antreibbar ist. Hierzu umfasst der Antriebsstrang 10 eine in 1 besonders schematisch dargestellte und auch als Verbrennungsmotor oder Motor bezeichnete Verbrennungskraftmaschine 12, mittels welcher das Kraftfahrzeug angetrieben werden kann. Der Antriebsstrang 10 umfasst darüber hinaus eine auch als Antriebswelle oder Abtriebswelle bezeichnete Welle 14, welche um eine Drehachse 16 relativ zu einem Gehäuse 18 des Antriebsstrangs 10 drehbar ist. Vorliegend ist das Gehäuse 18 ein Differentialgehäuse und somit Bestandteil eines einfach auch als Differential bezeichneten Differentialgetriebes 20, über welches die Welle 14 von der Verbrennungskraftmaschine 12 angetrieben werden kann. Dabei ist die Welle 14 zumindest teilweise in dem Gehäuse 18 angeordnet. Der Antriebsstrang 10 umfasst darüber hinaus ein vorliegend als Federgehäuse ausgebildetes Gehäuse 22, wobei die Welle 14 um die Drehachse 16 auch relativ zu dem Gehäuse 22 gedreht werden kann. Beispielsweise ist es denkbar, dass die Gehäuse 18 und 22 einstückig miteinander ausgebildet sind. Vorliegend ist es jedoch vorgesehen, dass das Gehäuse 22 separat von dem Gehäuse 18 ausgebildet und an dem Gehäuse 18 befestigt und dadurch an dem Gehäuse 18 festgelegt ist.
Der Antriebsstrang 10 umfasst ferner wenigstens ein auch als Fahrzeugrad bezeichnetes Rad 24, welches von der Welle 14 antreibbar und dadurch relativ zu dem Gehäuse 18 beziehungsweise 22 drehbar ist. Dies bedeutet, dass das Rad 24 über die Welle 14 und über das Differentialgetriebe 20 von der Verbrennungskraftmaschine 12 antreibbar ist. Um somit das Rad 24 und in der Folge das Kraftfahrzeug insgesamt mittels der Verbrennungskraftmaschine 12 anzutreiben, treibt die Verbrennungskraftmaschine 12 über das Differentialgetriebe 20 die Welle 14 und somit über die Welle 14 das Rad 24 an. Somit dreht sich die Welle 14 beim Antreiben, insbesondere beim durch die Verbrennungskraftmaschine 12 bewirkten Antreiben, des Kraftfahrzeugs um die Drehachse 16 relativ zu dem Gehäuse 18.
Um nun einen besonders vorteilhaften und insbesondere besonders komfortablen Betrieb des Antriebsstrangs 10 und somit des Kraftfahrzeugs insgesamt realisieren zu können, umfasst der Antriebsstrang 10 wenigstens eine Torsionsfeder 26, mittels welcher durch zumindest teilweises Entspannen der Torsionsfeder 26 die Welle 14 und somit über die Welle 14 das Rad 24 antreibbar sind, wodurch ein Anfahren des Kraftfahrzeugs bewirkbar ist. Die Torsionsfeder 26 ist in 2 vergrößert dargestellt. Aus 2 ist erkennbar, dass die Torsionsfeder 26 ein vorliegend als erstes Ende 28 ausgebildetes erstes Teil und ein vorliegend als zweites Ende 30 ausgebildetes zweites Teil aufweist. Beispielsweise ist die Torsionsfeder 26 als Schraubenfeder ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich ist die Torsionsfeder 26 auf der Welle 14 angeordnet. Wird beispielsweise das Ende 28 fixiert, während das Ende 30 bezogen auf die Bildebene von 2 im Gegenuhrzeigersinn relativ zu dem Ende 28 bewegt und somit auf das Ende 28 zubewegt wird, so wird die Torsionsfeder 26 gespannt. Wird dann das Ende 30 losgelassen, während das Ende 28 weiter fixiert wird, so entspannt sich die Torsionsfeder 26 zumindest teilweise, sodass sich das Ende 30 im Uhrzeigersinn relativ zu dem Ende 28 bewegt.
Wird jedoch nach dem beschriebenen Spannen der Torsionsfeder 26 das Ende 30 fixiert, woraufhin das Ende 28 losgelassen wird, das heißt woraufhin die Fixierung des Endes 28 aufgehoben wird, so entspannt sich die Torsionsfeder 26 zumindest teilweise derart, dass sich das Ende 28 bezogen auf die Bildebene von 2 im Gegenuhrzeigersinn relativ zu dem Ende 30 bewegt. Im ersten Fall erfolgt somit die Entspannung der Torsionsfeder 26 gegensinnig zur Spannung der Torsionsfeder 26 und im zweiten Fall erfolgt die Entspannung der Torsionsfeder 26 gleichsinnig zur Spannung der Torsionsfeder 26.
Dieser Effekt wird bei dem Antriebsstrang 10 genutzt. Aus 1, 3 und 4 ist erkennbar, dass der Antriebsstrang 10 eine Differentialseitige, erste Koppeleinrichtung 32 und eine radseitige, zweite Koppeleinrichtung 34 aufweist. Dabei ist in 3 die Koppeleinrichtung 32 gezeigt. Beispielsweise ist das Gehäuse 22 fest mit dem Gehäuse 18 verbunden, wobei zumindest ein Längenbereich der Welle 14 auch in dem Gehäuse 22 angeordnet ist. Die jeweilige Koppeleinrichtung 32 beziehungsweise 34 ist beispielsweise eine Lagereinrichtung.
Der Antriebsstrang 10 weist beispielsweise ein in den Fig. nicht erkennbares Getriebe auf, welches bezogen auf einen von der Verbrennungskraftmaschine 12 zu dem Rad 24 verlaufenden Drehmomentenfluss zwischen dem Differentialgetriebes 20 und der Verbrennungskraftmaschine 12 angeordnet ist. Bei dem in den Fig. veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist die Torsionsfeder 26 bezogen auf den Drehmomentenfluss stromab des Differentialgetriebes 20, das heißt nach dem Differentialgetriebe 20, angeordnet, sodass das Differentialgetriebe 20 zwischen der Torsionsfeder 26 und dem zuvor genannten Getriebe angeordnet ist. Ist die Torsionsfeder 26 beispielsweise an einem Ausgang des Getriebes und somit zwischen dem Getriebe und dem Differentialgetriebe 20 angeordnet, so könnte eine Übersetzung des Getriebes genutzt werden, wodurch eine übermäßige Dimensionierung der Torsionsfeder 26 vermieden werden kann.
Besonders gut in Zusammenschau mit 4 ist erkennbar, dass die Koppeleinrichtung 32 ein drehfest mit dem Gehäuse 22 verbundenes erstes Koppelelement 36, ein drehfest mit dem Ende 28 verbundenes zweites Koppelelement 38 und ein drehfest mit der Welle 14 verbundenes und beispielsweise auf der Welle 14 angeordnetes drittes Koppelelement 40 aufweist. Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, kann das Koppelelement 38 beispielsweise mittels jeweiliger Magnetschalter wahlweise drehfest mit dem Koppelelement 36 und mit dem Koppelelement 40 verbunden werden. Die Koppeleinrichtung 32 ist somit zwischen einem ersten Schaltzustand und einem zweiten Schaltzustand umschaltbar. In dem ersten Schaltzustand ist das zweite Koppelelement 38 drehfest mit dem ersten Koppelelement 36 verbunden, und in dem ersten Schaltzustand ist das dritte Koppelelement 40 um die Drehachse 16 relativ zu den Koppelelementen 36 und 38 drehbar.
In dem zweiten Schaltzustand ist das zweite Koppelelement 38 drehfest mit dem dritten Koppelelement 40 verbunden, sodass in dem zweiten Schaltzustand die Koppelelemente 38 und 40 gemeinsam und mit der Welle 14 um die Drehachse 16 relativ zu dem ersten Koppelelement 36 drehbar sind. Die zuvor genannten Magnetschalter sind in 4 besonders schematisch dargestellt und beispielsweise mit 42 und 44 bezeichnet, wobei beispielsweise das Koppelelement 38 mittels des Magnetschalters 42 drehfest mit dem Koppelelement 36 und mittels des Magnetschalters 44 drehfest mit dem Koppelelement 40 verbunden werden kann.
Die zweite Koppeleinrichtung 34 weist ein drehfest mit dem Gehäuse 22 verbundenes viertes Koppelelement 46, ein drehfest mit dem Ende 30 verbundenes fünftes Koppelelement 48 und ein drehfest mit der Welle 14 verbundenes und beispielsweise auf der Welle 14 angeordnetes sechstes Koppelelement 50 auf. Das Koppelelement 48 ist beispielsweise mittels jeweiliger weiterer Magnetschalter wahlweise mit dem Koppelelement 46 und mit dem Koppelelement 50 drehfest verbindbar, wobei die weiteren Magnetschalter in 4 besonders schematisch dargestellt und mit 52 und 54 bezeichnet sind. Somit ist beispielsweise das Koppelelement 48 mittels des Magnetschalters 52 drehfest mit dem Koppelelement 46 und mittels des Magnetschalters 54 drehfest mit dem Koppelelement 50 verbindbar. Somit ist die zweite Koppeleinrichtung 34 zwischen einem dritten Schaltzustand und einem vierten Schaltzustand umschaltbar. In dem dritten Schaltzustand ist das fünfte Koppelelement 48 drehfest mit dem vierten Koppelelement 46 verbunden, während das sechste Koppelelement 50 zusammen mit der Welle 14 um die Drehachse 16 relativ zu den Koppelelementen 46 und 48 drehbar ist. In dem vierten Schaltzustand ist das fünfte Koppelelement 48 drehfest mit dem Koppelelement 50 verbunden, sodass die Koppelelemente 48 und 50 gemeinsam und mit der Welle 14 um die Drehachse 16 relativ zu dem Koppelelement 46 drehbar sind. Das jeweilige Koppelelement 36, 38, 40, 46, 48 beziehungsweise 50 ist beispielsweise ein Lagerring, über welchen die Welle 14 beispielsweise drehbar an dem Gehäuse 22 gelagert sein kann. Wie bereits zuvor angedeutet, können die einzelnen Lagerringe wahlweise über jeweilige Magnetschaltungen beziehungsweise über die Magnetschalter 42, 44, 52 und 54 drehfest miteinander gekoppelt werden. Um beispielsweise die Torsionsfeder 26 zu spannen, wird ein erster Betriebszustand eingestellt, in welchem sich die Koppeleinrichtung 32 in dem zweiten Schaltzustand befindet, während sich die Koppeleinrichtung 34 in dem dritten Schaltzustand befindet. Der erste Betriebszustand wird insbesondere eingestellt, wenn sich das Kraftfahrzeug noch in Bewegung befindet. Hierdurch wird die Torsionsfeder 26 durch Rotation beziehungsweise durch eine Rotationskraft der Welle 14 gespannt. Hat die Feder (Torsionsfeder 26) eine gewünschte Spannung beziehungsweise ihre maximale Spannung erreicht, so wird beispielsweise ein dritter Betriebszustand eingestellt, in welchem sich die erste Koppeleinrichtung 32 in dem ersten Schaltzustand befindet, während sich die zweite Koppeleinrichtung 34 in dem dritten Schaltzustand befindet. Dadurch wird die Torsionsfeder 26, welche zuvor gespannt wurde, gespannt gehalten. Mit anderen Worten wird dadurch die Spannung der Torsionsfeder 26 aufrechterhalten. In dem dritten Betriebszustand kann sich die Welle 14 mit den Koppelelementen 40 und 50 relativ zu den Koppelelementen 36, 38, 46 und 48 drehen, ohne dass die Welle 14 durch die gespannte Torsionsfeder 26 beeinflusst wird.
Sobald beispielsweise das Kraftfahrzeug mittels einer insbesondere als Betriebsbremse ausgebildeten Bremse zum Stillstand gebracht wurde und die zunächst aktive Verbrennungskraftmaschine 12 mittels eines Start-Stopp-Systems automatisch abgeschaltet wurde, wird beispielsweise ein zweiter Betriebszustand eingestellt. In dem zweiten Betriebszustand befindet sich die erste Koppeleinrichtung 32 in dem ersten Schaltzustand, während sich die zweite Koppeleinrichtung 34 in dem vierten Schaltzustand befindet. Dadurch wird ein auch als Kriechmoment bezeichnetes Drehmoment, welches dadurch von der Torsionsfeder 26 bereitgestellt wird, dass die Torsionsfeder 26 zuvor gespannt wurde, von der Torsionsfeder 26 auf die Welle 14 geleitet beziehungsweise ausgeübt. Dieses Drehmoment wirkt als Kriechmoment gegen eine Bremskraft beziehungsweise gegen ein Bremsmoment, mittels welcher beziehungsweise welchem das Kraftfahrzeug in Stillstand gehalten wird. Verringert sich die Bremskraft beziehungsweise das Bremsmoment beispielsweise dadurch, dass der Fahrer des Kraftfahrzeugs von einem Bremspedal geht, so wird die Welle 14 mittels des von der Torsionsfeder 26 bereitgestellten Kriechmoments angetrieben und somit um die Drehachse 16 relativ zu dem Gehäuse 18 gedreht. In der Folge wird das Rad 24 gedreht, wodurch das Kraftfahrzeug mittels der Torsionsfeder 26 angefahren und somit in Bewegung versetzt wird, insbesondere solange, bis die Torsionsfeder 26 vollständig entspannt ist.
Der erste Betriebszustand wird auch als Spannen bezeichnet, da die Torsionsfeder 26 durch Einstellen des ersten Betriebszustands mittels der Welle 14 gespannt wird. Der zweite Betriebszustand wird auch als Entspannen bezeichnet, da durch Einstellen des zweiten Betriebszustands sich die Torsionsfeder 26 entspannen und dadurch das Kraftfahrzeug antreiben beziehungsweise anfahren kann. Der dritte Betriebszustand wird auch als Halten bezeichnet, da durch Einstellen des dritten Betriebszustands beide Enden 28 und 30 der zuvor gespannten Torsionsfeder 26 drehfest an dem Gehäuse 22 festgelegt werden. Dadurch wird die gespannte Torsionsfeder 26 gegen ein Entspannen gesichert.
Das Spannen wird beispielsweise durchgeführt, wenn das Kraftfahrzeug in Bewegung ist, das heißt fährt. Durch die Rotation der Welle 14 wird die einfach auch als Feder bezeichnete Torsionsfeder 26 gespannt, insbesondere bis zu einer erforderlichen beziehungsweise berechneten Spannung oder Spannkraft, die ein fahrzeugspezifisches Kriechmoment generieren kann. Die erforderliche Spannung beziehungsweise Spannkraft wird beispielsweise im Vorfeld in Abhängigkeit von der Masse des Kraftfahrzeugs ausgelegt.
Das Halten erfolgt beispielsweise dann, wenn das Kraftfahrzeug in Bewegung ist oder wenn das Kraftfahrzeug stillsteht und dabei die Bremskraft größer als Null ist, das heißt wenn das Kraftfahrzeug stillsteht und mittels einer Bremskraft in Stillstand gehalten wird. Während des Haltens ist die Torsionsfeder 26 derart gespannt, dass sie das erwünschte beziehungsweise erforderliche Kriechmoment bereitstellen kann. Die aufgebaute Spannkraft wird während des Haltens solange gehalten, bis die Spannkraft zur Realisierung beziehungsweise zum Aufbauen des Kriechmoments benötigt wird.
Das Entspannen wird durchgeführt, wenn beispielsweise das Kraftfahrzeug noch stillsteht und die Bremskraft verringert wird. In diesem Zustand wird das Kriechmoment erzeugt und auf die Welle 14 übertragen. Steht das Kraftfahrzeug noch still und wird die Bremskraft währenddessen geringer, so deutet dies auf ein bevorstehendes beziehungsweise vom Fahrer gewünschtes Anfahren des Kraftfahrzeugs hin. Die Torsionsfeder 26 entspannt sich proportional zur Verringerung der Bremskraft. Wird die Verringerung der Bremskraft maximal und die Bremskraft Null, so ist die Entspannung der Torsionsfeder 26 maximal und das Kriechmoment maximal.
Das Spannen erfolgt insbesondere dann, wenn der Fahrer ein Gaspedal drückt, das Kraftfahrzeug fährt und die Welle 14 rotiert. Wird das Kraftfahrzeug beispielsweise zunächst gefahren und dann insbesondere an einer Ampel angehalten, insbesondere dadurch, dass zunächst das Gaspedal von dem Fahrer gedrückt wird und das Kraftfahrzeug fährt, während der Fahrer die Bremse betätigt und das Kraftfahrzeug zum Stillstand kommt, sodass dann beispielsweise die Welle 14 nicht mehr rotiert, so wird das Halten durchgeführt. Löst der Fahrer die Bremse, so möchte er beispielsweise langsam an- beziehungsweise losfahren. Dann wird das von der Torsionsfeder 26 bereitgestellte Kriechmoment genutzt, um die Welle 14 und somit das Kraftfahrzeug anzutreiben.
Bezugszeichenliste

10: Antriebsstrang
12: Verbrennungskraftmaschine
14: Welle
16: Drehachse
18: Gehäuse
20: Differenzialgetriebe
22: Gehäuse
24: Rad
26: Torsionsfeder
28: Ende
30: Ende
32: Koppeleinrichtung
34: Koppeleinrichtung
36: Koppelelement
38: Koppelelement
40: Koppelelement
42: Magnetschalter
44: Magnetschalter
46: Koppelelement
48: Koppelelement
50: Koppelelement
52: Magnetschalter
54: Magnetschalter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4300973 C1 [0003]

Claims

Antriebsstrang (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Verbrennungskraftmaschine (12), mittels welcher das Kraftfahrzeug antreibbar ist, und mit wenigstens einer Welle (14), welche zum Antreiben des Kraftfahrzeugs von der Verbrennungskraftmaschine (12) antreibbar und dadurch um eine Drehachse (16) relativ zu einem Gehäuse (18, 22) des Antriebsstrangs (10) drehbar ist, gekennzeichnet durch wenigstens eine Torsionsfeder (26), mittels welcher durch zumindest teilweises Entspannen der Torsionsfeder (26) die Welle (14) antreibbar und dadurch ein Anfahren des Kraftfahrzeugs bewirkbar ist und eine erste Koppeleinrichtung (32), welche ein drehfest mit dem Gehäuse (18, 22) verbundenes erstes Koppelelement (36), ein drehfest mit einem ersten Teil (28) der Torsionsfeder (26) verbundenes zweites Koppelelement (38) und ein drehfest mit der Welle (14) gekoppeltes drittes Koppelelement (40) aufweist und zwischen einem ersten Schaltzustand, in welchem das zweite Koppelelement (38) drehfest mit dem ersten Koppelelement (36) verbunden und das dritte Koppelelement (40) um die Drehachse (16) relativ zu dem ersten und zweiten Koppelelement (36, 38) drehbar ist, und einem zweiten Schaltzustand umschaltbar ist, in welchem das zweite Koppelelement (38) drehfest mit dem dritten Koppelelement (40) verbunden ist und das zweite und dritte Koppelelement (38, 40) gemeinsam um die Drehachse (16) relativ zu dem ersten Koppelelement (36) drehbar sind; und eine zweite Koppeleinrichtung (34), welche ein drehfest mit dem Gehäuse (18, 22) verbundenes viertes Koppelelement (46), ein drehfest mit einem zweiten Teil (30) der Torsionsfeder (26) verbundenes fünftes Koppelelement (48) und ein drehfest mit der Welle (14) gekoppeltes sechstes Koppelelement (50) aufweist und zwischen einem dritten Schaltzustand, in welchem das fünfte Koppelelement (48) drehfest mit dem vierten Koppelelement (46) verbunden und das sechste Koppelelement (50) um die Drehachse (16) relativ zu dem vierten und fünften Koppelelement (46, 48) drehbar ist, und einem vierten Schaltzustand umschaltbar ist, in welchem das fünfte Koppelelement (48) drehfest mit dem sechsten Koppelelement (50) verbunden ist und das fünfte und sechste Koppelelement (48, 50) gemeinsam um die Drehachse (16) relativ zu dem vierten Koppelelement (46) drehbar sind.
Antriebsstrang (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsfeder (26) mittels der Welle (14) spannbar ist.
Antriebsstrang (10) nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch: - einen ersten Betriebszustand, in welchem sich die erste Koppeleinrichtung (32) in dem zweiten Schaltzustand befindet, während sich die zweite Koppeleinrichtung (34) in dem dritten Schaltzustand befindet; und - einen zweiten Betriebszustand, in welchem sich die erste Koppeleinrichtung (32) in dem ersten Schaltzustand befindet, während sich die zweite Koppeleinrichtung (34) in dem vierten Schaltzustand befindet
Antriebstrang (10) nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen dritten Betriebszustand, in welchem sich die erste Koppeleinrichtung (32) in dem ersten Schaltzustand befindet, während sich die zweite Koppeleinrichtung (34) in dem dritten Schaltzustand befindet.
Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.