DE102020111175A1 - Antriebsstrang eines Fahrzeugs, insbesondere eines Hybridfahrzeugs - Google Patents

Antriebsstrang eines Fahrzeugs, insbesondere eines Hybridfahrzeugs Download PDF

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Thomas Jurkschat
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Carsten Koehrmann
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang (1) eines Fahrzeugs (100), insbesondere eines Hybridfahrzeugs. Der Antriebsstrang (1) umfasst eine Brennkraftmaschine (2), ein Getriebe (3) und eine elektrische Maschine (2). Das Getriebe (3) weist eine erste Getriebewelle (301), eine zweite Getriebewelle (302), ein Losrad (304) und ein Schaltelement (305) auf. Dabei ist das Schaltelement (305) mit der zweiten Getriebewelle (302) drehfest verbunden. Das Losrad (304) ist auf der zweiten Getriebewelle (302) drehbar angeordnet und mittels des Schaltelements (305) mit der zweiten Getriebewelle (302) kuppelbar. Die elektrische Maschine (4) ist mit dem Losrad (304) drehmomentübertragend verbunden und über das Losrad (304) mit der Brennkraftmaschine (2) kuppelbar.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs, insbesondere eines Hybridfahrzeugs. Ferner bezieht sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Antriebsstrangs bzw. eines Fahrzeugs mit dem Antriebsstrang.
  • Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Antriebsstränge mit Brennkraftmaschinen und elektrischer Maschine zum Antreiben von Hybridfahrzeugen bekannt.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs, insbesondere eines Hybridfahrzeugs, bereitzustellen, der einen kompakten Aufbau bei hoher Funktionalität aufweist. Ferner soll ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Antriebsstrangs vorgeschlagen werden.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs, insbesondere eines Hybridfahrzeugs, mit der Merkmalskombination des unabhängigen Anspruchs. Ferner wird ein Verfahren zum Betreiben des Antriebsstrangs vorgeschlagen. Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
  • Insbesondere wird die Aufgabe durch einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs, insbesondere eines Hybridfahrzeugs, gelöst, der eine Brennkraftmaschine, ein Getriebe und eine elektrische Maschine aufweist. Das Getriebe weist eine erste Getriebewelle, eine zweite Getriebewelle, ein Losrad und ein Schaltelement auf. Das Losrad ist auf der zweiten Getriebewelle drehbar angeordnet. Mit der zweiten Getriebewelle ist ferner das Schaltelement drehfest verbunden. Mittels des Schaltelements ist das Losrad mit der zweiten Getriebewelle kuppelbar. Die elektrische Maschine ist mit dem Losrad drehmomentübertragend verbunden und über das Losrad kuppelbar mit der Brennkraftmaschine drehmomentübertragend verbunden.
  • Der Antriebsstrang gemäß der vorliegenden Erfindung weist den Vorteil eines kompakten und einfachen Aufbaus auf, wodurch auch eine hohe Flexibilität bezüglich der verschiedenen Betriebsmodi, in denen der Antriebsstrang betreibbar ist, ermöglicht wird. Aufgrund seines kompakten Aufbaus kann der Antriebsstrang auch in Fahrzeugen mit geringem Bauraum, insbesondere in der Fahrzeugbreitenrichtung, eingesetzt werden. Ferner bietet der Antriebsstrang den Vorteil einer Skalierbarkeit des Getriebes hinsichtlich Ganganzahl und elektromotorischer Leistung.
  • Der Begriff „kuppelbar“ mit Bezug auf zwei miteinander kuppelbare Bauelemente, wie beispielsweise das Losrad und die zweite Getriebewelle oder das Losrad und die elektrische Maschine, bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise „drehmomentübertragend kuppelbar“. Somit kann je nach Kupplungszustand der Bauelemente von einem Bauelement auf das andere Bauelement wahlweise Drehmoment übertragen werden. Mit anderen Worten heißt dies, dass im gekuppelten Zustand die Bauelemente drehmomentübertragend miteinander verbunden sind. Die Drehmomentübertragung kann vorteilhafterweise in beiden Richtungen erfolgen. Im entkuppelten Zustand sind die Bauelemente weder miteinander verbunden noch wird ein Drehmoment zwischen den Bauelementen übertragen.
  • Im Rahmen der Erfindung kann der Begriff der „Drehmomentübertragung“ insbesondere durch den Begriff der „Leistungsübertragung“ ersetzt werden. Ferner kann der Begriff „drehmomentübertragend“ insbesondere auch als „drehmomentleitbar“ bezeichnet werden.
  • In vorteilhafter Weise ist die elektrische Maschine über deren drehmomentübertragende Verbindung mit dem Losrad am Getriebe bzw. an der zweiten Getriebewelle angeordnet. Mit anderen Worten ist die elektrische Maschine in Richtung eines Leistungsflusses von der Brennkraftmaschine zu einer Fahrzeugachse seitlich am Getriebe und nicht vor einem Getriebeeingang oder nach einem Getriebeausgang angeordnet. Somit kann die elektrische Maschine auch als eine dem Getriebe nebengeordnete elektrische Maschine im Gegensatz zu einer vor- oder nachgeordneten elektrischen Maschine bezeichnet werden. Somit ist der Antriebsstrang in vorteilhafter Weise gemäß einer P2.5-Topologie ausgebildet.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann das Losrad insbesondere auch als Loszahnrad bezeichnet werden. Insbesondere ist das erste Losrad als Stirnzahnrad ausgebildet. Das Schaltelement ist vorzugsweise als formschlüssige und/oder reibschlüssige Kupplung ausgebildet.
  • Insbesondere ist das Schaltelement als Klauenkupplung oder Synchronisierung ausgebildet.
  • Bevorzugt kann das Schaltelement in Richtung einer Längsachse der zweiten Getriebewelle zum Kuppeln des Losrades mit der zweiten Getriebewelle oder Entkuppeln des Losrades von der zweiten Getriebewelle auf der zweiten Getriebewelle schiebbar angeordnet sein. Durch dessen Schiebbarkeit kann das Schaltelement auf einfache Weise in Eingriff oder aus einem Eingriff mit dem Losrad gebracht werden und somit das Losrad mit der zweiten Getriebewelle kuppeln und von der zweiten Getriebewelle abkuppeln.
  • Das Schaltelement ist insbesondere eingerichtet, einen Getriebegang einzulegen oder zu wechseln. Somit kann das Schaltelement im Rahmen der Erfindung insbesondere auch als Gangschaltelement bezeichnet werden.
  • Vorzugsweise ist die elektrische Maschine eingerichtet, eine Drehzahl des Losrades zum Kuppeln des Losrades mit der zweiten Getriebewelle mit einer Drehzahl mindestens eines Fahrzeugrades zu synchronisieren. Mit anderen Worten ist die elektrische Maschine eingerichtet, eine Drehzahl des Losrades zum Kuppeln des Losrades mit der zweiten Getriebewelle an die Drehzahl mindestens eines Fahrzeugrades anzugleichen. Dazu kann die elektrische Maschine vorzugsweise durch eine Steuereinheit entsprechend gesteuert werden.
  • Bevorzugt weist das Getriebe eine Übersetzungseinrichtung mit einer ersten Übersetzungsstufe auf. Die Übersetzungsstufe umfasst ein Zahnrad auf der ersten Getriebewelle und das Losrad auf der zweiten Getriebewelle. Das Zahnrad der ersten Übersetzungsstufe ist insbesondere als Stirnzahnrad ausgebildet.
  • In vorteilhafter Weise stellt die erste Übersetzungseinrichtung einen Gang des Getriebes bereit.
  • Zwischen dem Getriebe und der Brennkraftmaschine, insbesondere der ersten Übersetzungsstufe des Getriebes und der Brennkraftmaschine, kann vorzugsweise eine Trennkupplung angeordnet sein. Dabei ist die Trennkupplung zwischen dem Zahnrad der ersten Übersetzungsstufe der Übersetzungseinrichtung und einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine vorgesehen.
  • Durch die Trennkupplung kann die Brennkraftmaschine vom Rest des Antriebsstrangs, insbesondere von der ersten Getriebewelle, getrennt werden. Da im gekuppelten bzw. geschlossen Zustand der Trennkupplung ein Drehmoment zwischen der ersten Übersetzungsstufe der Übersetzungseinrichtung des Getriebes und der Brennkraftmaschine in beiden Richtung übertragen werden kann, muss die Trennkupplung geöffnet werden, wenn eine Übertragung eines Drehmoments vom Getriebe auf die Brennkraftmaschine nicht erwünscht ist.
  • Die Trennkupplung kann insbesondere als reibschlüssige und/oder formschlüssige Kupplung ausgebildet sein.
  • Vorzugweise kann die Trennkupplung als Anfahrkupplung ausgestaltet sein. Somit kann im geschlossen Zustand der Trennkupplung die Brennkraftmaschine über die elektrische Maschine angefahren werden.
  • Nach einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann zwischen der ersten Übersetzungsstufe der Übersetzungseinrichtung und der Brennkraftmaschine, insbesondere zwischen dem Zahnrad der ersten Übersetzungsstufe und der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, vorzugsweise eine Freilaufkupplung angeordnet sein.
  • Eine Freilaufkupplung, die insbesondere auch als Überholkupplung bezeichnet werden kann, ist eine nur in einer Drehrichtung wirkende Kupplung. Insbesondere ist die Freilaufkupplung eingerichtet, ein Drehmoment nur in einer Drehrichtung zu übertragen. Bei Drehrichtungsumkehr, oder wenn die Drehzahl des eigentlich anzutreibenden Teils größer als die des treibenden Teils ist, wird die Verbindung selbsttätig gelöst.
  • Insbesondere ist die Freilaufkupplung zwischen der ersten Übersetzungsstufe der Übersetzungseinrichtung und der Brennkraftmaschine derart angeordnet, dass ein Drehmoment nur in Richtung von der Brennkraftmaschine zum Getriebe bzw. von der Brennkraftmaschine auf das Getriebe übertragbar ist.
  • Nach einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann die erste Übersetzungsstufe der Übersetzungseinrichtung bevorzugt direkt mit der Brennkraftmaschine verbunden sein. Das heißt mit anderen Worten insbesondere, dass zwischen der ersten Übersetzungsstufe und der Brennkraftmaschine kein Bauelement angeordnet ist, welches eingerichtet ist, eine Drehmomentübertragung während eines Betriebs des Antriebsstrangs zu unterbrechen. Insbesondere ist zwischen der ersten Übersetzungsstufe und der Brennkraftmaschine keine Trennkupplung oder Freilaufkupplung angeordnet. Insbesondere ist bei der direkten Verbindung zwischen der ersten Übersetzungsstufe und der Brennkraftmaschine die erste Getriebewelle, auf der das Zahnrad der ersten Übersetzungsstufe angeordnet ist, mittels einer, während des Betriebs des Antriebsstrangs nicht trennbaren, Wellenkupplung mit der Kurbelwelle drehmomentübertragend verbunden. Alternativ kann die Kurbelwelle derart ausgebildet sein, dass diese auch als erste Getriebewelle dient.
  • Vorzugsweise weist die Übersetzungseinrichtung eine zweite Übersetzungsstufe auf. Die zweite Übersetzungsstufe umfasst dabei vorzugsweise das Losrad auf der zweiten Getriebewelle und ein Zahnrad auf einer Welle der elektrischen Maschine.
  • Nach einer alternativen Ausgestaltung kann die Welle der elektrischen Maschine vorteilhafter Weise mit dem Losrad direkt, d.h. nicht über eine Übersetzungsstufe, verbunden sein.
  • Die Welle der elektrischen Maschine kann eine Ankerwelle (auch: Rotorwelle) der elektrischen Maschine oder eine Anordnung aus der Ankerwelle und einer weiteren Welle sein, die mittels einer Wellenkupplung drehmomentübertragend miteinander verbunden sind.
  • Ferner bevorzugt umfasst das Getriebe eine weitere Übersetzungseinrichtung. Die weitere Übersetzungseinrichtung weist eine Übersetzungsstufe auf, die ein weiteres Zahnrad auf der ersten Getriebewelle und ein weiteres Losrad umfasst. Dabei ist das weitere Losrad auf der zweiten Getriebewelle drehbar angeordnet und mittels des Schaltelements mit der zweiten Getriebewelle kuppelbar. Somit kann das Schaltelement in vorteilhafter Weise zum Kuppeln der zweiten Getriebewelle sowohl mit dem Losrad der ersten Übersetzungsstufe der Übersetzungseinrichtung als auch mit dem weiteren Losrad benutzt werden. Dabei ist das Schaltelement insbesondere derart ausgebildet, dass im gekuppelten Zustand des Losrades der ersten Übersetzungsstufe der Übersetzungseinrichtung mit der zweiten Getriebewelle sich das weitere Losrad im entkuppelten Zustand befindet. Entsprechend ist das Schaltelement insbesondere derart ausgebildet, dass im gekuppelten Zustand des weiteren Losrades mit der zweiten Getriebewelle sich das Losrad der ersten Übersetzungsstufe der Übersetzungseinrichtung im entkuppelten Zustand befindet.
  • Das zweite Losrad kann im Rahmen der Erfindung auch als Loszahnrad bezeichnet werden. Insbesondere ist das zweite Losrad als Stirnzahnrad ausgebildet.
  • In vorteilhafter Weise stellt die zweite Übersetzungseinrichtung einen weiteren Gang des Getriebes dar.
  • Vorzugsweise weist der Antriebsstrang eine Übersetzungseinrichtung mit einer Übersetzungsstufe auf. Dabei umfasst die Übersetzungsstufe der Übersetzungseinrichtung ein weiteres Zahnrad, welches auf der Getriebezwischenwelle drehfest angeordnet ist. Über die Übersetzungsstufe der Übersetzungseinrichtung ist die zweite Getriebewelle mit einer Fahrzeugachse verbindbar. Insbesondere kann die Übersetzungsstufe ein Eingangszahnrad eines Differentialgetriebes. Das Differentialgetriebe ist insbesondere auf der Fahrzeugachse angeordnet, mit der die zweite Getriebewelle über die Übersetzungsstufe der Übersetzungseinrichtung des Antriebsstrangs verbindbar ist. Insbesondere sind das Zahnrad und das Eingangszahnrad der Übersetzungsstufe der Übersetzungseinrichtung des Antriebsstrangs jeweils als Stirnzahnrad ausgebildet.
  • Die Übersetzungseinrichtung und die weitere Übersetzungseinrichtung des Getriebes können insbesondere auch als erste bzw. zweite Übersetzungseinrichtung bezeichnet werden, wobei die Übersetzungseinrichtung des Antriebsstrangs als dritte Übersetzungseinrichtung bezeichnet werden kann.
  • Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem zuvor beschriebenen Antriebsstrang.
  • Insbesondere ist das Fahrzeug ein Hybridfahrzeug.
  • Bevorzugt kann das Fahrzeug neben dem zuvor beschriebenen Antriebsstrang einen weiteren Antriebsstrang umfassen. Der weitere Antriebsstrang weist vorzugsweise ein Antriebselement, insbesondere eine elektrische Maschine, auf.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann der zuvor beschriebene Antriebsstrang auch als erster Antriebsstrang bezeichnet werden, wobei der weitere Antriebsstrang auch als zweiter Antriebsstrang bezeichnet werden kann.
  • Somit kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung die elektrische Maschine des ersten Antriebsstrangs auch als erste elektrische Maschine und die elektrische Maschine des zweiten Antriebsstrangs auch als zweite elektrische Maschine bezeichnet werden.
  • Bevorzugt kann der Antriebsstrang (erster Antriebsstrang) als ein Hilfsantriebsstrang des Fahrzeugs dienen, wobei der weitere Antriebsstrang (zweiter Antriebsstrang) als ein Hauptantriebsstrang des Fahrzeugs vorgesehen sein kann. Das heißt mit anderen Worten, dass die Anordnung aus der Brennkraftmaschine und der elektrischen Maschine des ersten Antriebsstrangs vorzugsweise als Hilfsantrieb für das Fahrzeug ausgebildet sein kann. Das Antriebselement des zweiten Antriebsstrangs wirkt dabei vorzugsweise als Hauptantrieb des Fahrzeugs.
  • Der erste Antriebsstrang ist vorzugsweise mit einer Fahrzeugachse drehmomentübertragend verbunden.
  • So kann der erste Antriebsstrang beim Fahrzeug vorzugsweise mit einer vorderen Fahrzeugachse drehmomentübertragend verbunden sein, wobei der Hauptantriebsstrang mit einer hinteren Fahrzeugachse drehmomentübertragend verbunden sein kann. Nach einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, dass der erste Antriebsstrang beim Fahrzeug mit der hinteren Fahrzeugachse drehmomentübertragend verbunden ist, wobei der zweite Antriebsstrang mit der vorderen Fahrzeugachse drehmomentübertragend verbunden ist.
  • Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines zuvor beschriebenen Antriebsstrangs eines Fahrzeugs, insbesondere eines Hybridfahrzeugs.
  • Insbesondere kann der Antriebsstrang in einem Betriebsmodus betrieben werden, in dem eine Leistung der Brennkraftmaschine des Antriebsstrangs auf eine Fahrzeugachse zum zumindest teilweisen verbrennungsmotorischen Antreiben der Fahrzeugachse übertragen wird. Hierbei kann eine weitere Fahrzeugachse durch den weiteren Antriebsstrang betrieben werden. Wenn das Antriebselement des weiteren Antriebsstrangs als elektrische Maschine ausgebildet ist, kann durch den zumindest teilweisen verbrennungsmotorischen Antrieb der einen Fahrzeugachse und den elektrischen bzw. elektromotorischen Antrieb der anderen Fahrzeugachse das Fahrzeug in einem Hybridbetriebsmodus betrieben werden.
  • Alternativ kann der Antriebsstrang in einem Betriebsmodus betrieben werden, in dem ausschließlich eine Leistung der elektrischen Maschine des Antriebsstrangs auf eine Fahrzeugachse zum elektrischen bzw. elektromotorischen Antreiben der Fahrzeugachse übertragen wird. Hierbei kann eine weitere Fahrzeugachse durch den weiteren Antriebsstrang betrieben werden. Wenn das Antriebselement des weiteren Antriebsstrangs als elektrische Maschine ausgebildet ist, kann das Fahrzeug in einem elektrischen Allradbetriebsmodus betrieben werden.
  • Alternativ kann der Antriebsstrang in einem Betriebsmodus betrieben werden, in dem die Brennkraftmaschine die elektrische Maschine des Antriebsstrangs generatorisch antreibt, um eine Batterie des Fahrzeugs zu laden. Mit anderen Worten wird die elektrische Maschine in vorteilhafter Weise als Generator angetrieben, um eine Batterie des Fahrzeugs zu laden.
  • Alternativ kann der Antriebsstrang in einem Betriebsmodus betrieben werden, in dem die Brennkraftmaschine die elektrische Maschine des Antriebsstrangs generatorisch antreibt, um eine weitere elektrische Maschine des Fahrzeugs anzutreiben. Dabei wird die weitere elektrische Maschine als elektrischer Motor betrieben. Dazu kann die elektrische Maschine des weiteren Antriebsstrangs benutzt werden. Dadurch kann eine weitere Fahrzeugachse betrieben werden. Somit kann das Fahrzeug in einem seriellen Betriebsmodus betrieben werden.
  • Aus der obigen Beschreibung ergibt sich, dass der Antriebsstrang bzw. das Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung gleichzeitig nur in einem der zuvor beschriebenen Betriebsmodi betrieben werden kann.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren von Ausführungsbeispielen, wobei gleiche bzw. funktional gleiche Bauteile jeweils mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung eines Teils eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs mit einem Antriebsstrang gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
    • 2 eine schematische Darstellung des Fahrzeugs gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
    • 3 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
    • 4 eine schematische Darstellung eines Teils eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs mit einem Antriebsstrang gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
    • 5 eine schematische Darstellung eines Teils eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs mit einem Antriebsstrang gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
    • 6 eine schematische Darstellung eines Teils eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs mit einem Antriebsstrang gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
    • 7 eine schematische Darstellung des Antriebsstrangs aus 6 in einem ersten Betriebsmodus,
    • 8 eine schematische Darstellung des Antriebsstrangs aus 6 in einem zweiten Betriebsmodus,
    • 9 eine schematische Darstellung des Antriebsstrangs aus 6 in einem dritten Betriebsmodus,
    • 10 eine schematische Darstellung des Antriebsstrangs aus 6 in einem vierten Betriebsmodus,
    • 11 eine schematische Darstellung des Antriebsstrangs aus 6 in einem fünften Betriebsmodus,
    • 12 eine schematische Darstellung des Antriebsstrangs aus 6 in einem sechsten Betriebsmodus,
    • 13 eine schematische Darstellung eines Teils eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs mit einem Antriebsstrang gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und
    • 14 eine schematische Darstellung eines Teils eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs mit einem Antriebsstrang gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 1 und 2 ein Fahrzeug 100 mit einem Antriebsstrang 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
  • Aus 1 ergibt sich, dass der Antriebsstrang 1 eine Brennkraftmaschine 2 mit Zylindern 20 und einer Kurbelwelle 21, ein Getriebe 3 und eine elektrische Maschine 4 aufweist.
  • Das Getriebe 3 weist eine erste Getriebewelle 301 und eine zweite Getriebewelle 302 auf.
  • Die erste Getriebewelle 301 ist mittels einer Trennkupplung 5 mit der Kurbelwelle 21 der Brennkraftmaschine 2 kuppelbar, d.h. drehmomentübertragend verbindbar.
  • Die Trennkupplung 5, die insbesondere als reibschlüssige Kupplung ausgebildet, weist einen offenen und einen geschlossenen Zustand auf.
  • Im offenen Zustand der Trennkupplung 5 ist die erste Getriebewelle 301 von der Kurbelwelle 21 abgekuppelt, wobei keine Drehmomentübertragung bzw. Leistungsübertragung zwischen der Kurbelwelle 21 und der ersten Getriebewelle 301 stattfinden kann.
  • Auf der anderen Seite sind im geschlossenen Zustand der Trennkupplung 5 die erste Getriebewelle 301 und die Kurbelwelle 21 miteinander gekuppelt, wodurch im Gegensatz zum offenen Zustand der Trennkupplung 5 eine Drehmomentübertragung zwischen der ersten Getriebewelle 301 und der Kurbelwelle 21 erfolgen kann. Insbesondere kann mittels der Trennkupplung 5 ein Drehmoment sowohl von der Kurbelwelle 21 auf die erste Getriebewelle 31 als auch von der ersten Getriebewelle 301 auf die Kurbelwelle 21 übertragen werden.
  • Ferner umfasst das Getriebe 3 eine Übersetzungseinrichtung 31. Die Übersetzungseinrichtung 31 des Getriebes 3 weist eine erste Übersetzungsstufe 34 und eine zweite Übersetzungsstufe 35 auf.
  • Die erste Übersetzungsstufe 34 umfasst ein Zahnrad 303, welches auf der ersten Getriebewelle 301 drehfest angeordnet ist, und ein Losrad 304, welches auf der zweiten Getriebewelle 302 drehbar gelagert ist. Das Zahnrad 303 auf der ersten Getriebewelle 301 und das Losrad 304 auf der zweiten Getriebewelle 302 stehen im Eingriff miteinander.
  • Sowohl das Zahnrad 303 als auch das Losrad 304 sind vorzugsweise als Stirnzahnräder ausgebildet. Somit ist die erste Übersetzungsstufe 34 vorzugsweise als eine Stirnradstufe ausgebildet.
  • Somit ist die Trennkupplung 5 zwischen der ersten Übersetzungsstufe 34 der ersten Übersetzungseinrichtung 31 und der Brennkraftmaschine 2, insbesondere zwischen dem Zahnrad 303 und der Kurbelwelle 21, angeordnet.
  • Weiterhin ist mit der zweiten Getriebewelle 302 ein Schaltelement 305 drehfest verbunden, mittels des das Losrad 304 mit der zweiten Getriebewelle 302 kuppelbar ist. Das heißt, dass im gekuppelten Zustand des Losrades 304 mit der zweiten Getriebewelle 302 das Losrad 304 und die zweite Getriebewelle 302 drehmomentübertragend miteinander verbunden sind. Das Schaltelement 305 kann beispielsweise als Synchronisierung oder Klauenkupplung ausgebildet sein.
  • Die erste Übersetzungsstufe 34 der Übersetzungseinrichtung 31 entspricht dabei einem Gang des Getriebes 3.
  • Die zweite Übersetzungsstufe 35 der Übersetzungseinrichtung 31 umfasst das Losrad 304 auf der zweiten Getriebewelle 302 und eine Zahnradanordnung 36. Die Zahnradanordnung 36 ist mit einer Welle 40 der elektrischen Maschine 4 drehmomentübertragend verbunden. Die Zahnradanordnung 36 steht im Eingriff mit dem Losrad 304.
  • Insbesondere umfasst die Zahnradanordnung 36 zwei Zahnräder 306, 307, von denen das eine Zahnrad 307 auf der Welle 40 der elektrischen Maschine 4 drehfest angeordnet ist und das andere Zahnrad 307 zwischen dem Losrad 305 und dem Zahnrad 306 auf der Welle 40 der elektrischen Maschine 4 angeordnet ist. Das Zahnrad 306, welches zwischen dem Zahnrad 307 auf der Welle 40 der elektrischen Maschine 4 und dem Losrad 305 angeordnet ist, steht mit diesen im Eingriff.
  • Sowohl das Zahnrad 306 als auch das Zahnrad 307 der Zahnradanordnung 36 sind vorzugsweise als Stirnzahnräder ausgebildet. Somit ist auch die zweite Übersetzungsstufe 35 vorzugsweise als eine Stirnradstufe ausgebildet.
  • Über die Zahnradanordnung 36 bzw. die zweite Übersetzungsstufe 35 der ersten Übersetzungseinrichtung 31 ist die elektrische Maschine 4 mit dem Losrad 305 drehmomentübertragend verbunden. Über das Losrad 305 bzw. die erste Übersetzungsstufe 34 ist die elektrische Maschine 4 mit der Brennkraftmaschine 2 kuppelbar.
  • Es sei angemerkt, dass die Zahnradanordnung 36 auch nur das Zahnrad 306 umfassen kann, welches auf der Welle 40 der elektrischen Maschine 4 drehfest angeordnet ist. Das Vorsehen des Zahnrades 307 zwischen dem Losrad 305 auf der zweiten Getriebewelle 302 und dem Zahnrad 306 auf der Welle 40 der elektrischen Maschine 4 ist insbesondere vorteilhaft, wenn ein aufbaubedingter geometrischer Abstand zwischen der zweiten Getriebewelle 302 und der Welle 40 der elektrischen Maschine 4 nicht nur durch das Zahnrad 306 und das Losrad 305 gedeckt werden kann.
  • Alternativ ist es auch möglich, die elektrische Maschine 4 mit dem Losrad 305 direkt, d.h. nicht über die zweite Übersetzungsstufe 35, zu verbinden.
  • Die Welle 40 der elektrischen Maschine 4 kann als eine Rotorwelle (auch: Ankerwelle) der elektrischen Maschine 4 ausgebildet sein. Alternativ kann die Welle 40 der elektrischen Maschine 4 eine Rotorwelle der elektrischen Maschine 4 und eine weitere Welle umfassen, die mittels einer Wellenkupplung drehmomentübertragend miteinander verbunden sind.
  • Ferner weist das Getriebe 3 ein mit der zweiten Getriebewelle 302 drehfest verbundenes Zahnrad 308 auf. Das Zahnrad 308 steht mit einem Eingangszahnrad 106 eines Differentialgetriebes 105 in Eingriff, welches auf einer hinteren Fahrzeugachse 102 angeordnet ist.
  • Das Zahnrad 308 und das Eingangszahnrad 106 des Differentialgetriebes 105 bilden zusammen eine Übersetzungsstufe 37 einer Übersetzungseinrichtung 33 des Antriebsstrangs 1. Dabei kann das Differentialgetriebe 105 mit dem Eingangszahnrad 106 als Teil des Antriebsstrangs 1 oder des Fahrzeugs 100 ausgebildet sein.
  • Das Zahnrad 308 kann in Richtung eines Leistungsflusses von der Brennkraftmaschine 2 zur hinteren Fahrzeugachse 102 auch als ein Getriebeausgang 311 bezeichnet werden. Entsprechend kann das Zahnrad 303 auf der ersten Getriebewelle 301 in Richtung eines Leistungsflusses von der Brennkraftmaschine 2 zur hinteren Fahrzeugachse 102 als ein Getriebeeingang 310 bezeichnet werden.
  • Somit ist aus 1 ersichtlich, dass die elektrische Maschine 4 zwischen dem Getriebeeingang 310 und dem Getriebeausgang 311, mit anderen Worten seitlich am Getriebe 3, angeordnet ist. Eine solche Anordnung der elektrischen Maschine kann als eine P2.5-Topologie bezeichnet werden, da diese als eine Topologie zwischen einer P2-Topologie, bei der die elektrische Maschine 4 vor dem Getriebeeingang 310 angeordnet wäre, und einer P3-Topologie, bei der die elektrische Maschine 4 nach dem Getriebeausgang 311 angeordnet wäre, bezeichnet werden kann.
  • Die elektrische Maschine 4 kann im Antriebsstrang 1 sowohl als Generator als auch als elektrischer Motor betrieben werden.
  • Im Rahmen der Erfindung kann die Welle 40 auch als eine dritte Getriebewelle bezeichnet werden. Ferner kann die zweite Getriebewelle 302 auch als Zwischenwelle bezeichnet werden, da diese zwischen der ersten Getriebewelle 302 und der Welle 40 der elektrischen Maschine angeordnet ist.
  • 2 zeigt das Fahrzeug 100 mit dem Antriebsstrang 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 2 ist zu entnehmen, dass das Fahrzeug 100, welches insbesondere ein Hybridfahrzeug ist, neben dem Antriebsstrang 1 (auch: erster Antriebsstrang) einen weiteren Antriebsstrang 90 (auch: zweiter Antriebsstrang) aufweist.
  • Das Fahrzeug 100 weist ferner eine vordere Fahrzeugachse 101 auf, an der zwei vordere Fahrzeugräder 103 angeordnet sind. An der hinteren Fahrzeugachse 102 sind zwei hintere Fahrzeugräder 104 angeordnet. Weiterhin sind in 2 eine Vorwärtsfahrtrichtung 200 und eine Rückwärtsfahrtrichtung 201 des Fahrzeugs 100 eingezeichnet.
  • Der Antriebsstrang 1 aus 1 ist mit der hinteren Fahrzeugachse 102 drehmomentübertragend verbunden. Der weitere Antriebsstrang 90 ist mit der vorderen Fahrzeugachse 101 drehmomentübertragend verbunden und weist ein als elektrische Maschine ausgebildetes Antriebselement 91 auf.
  • Somit können die vorderen Fahrzeugräder 103 mittels des weiteren Antriebsstrangs 90, insbesondere des Antriebselements 91, angetrieben werden.
  • Entsprechend können die hinteren Fahrzeugräder 102 über den Antriebsstrang 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung angetrieben werden.
  • Insbesondere sind beim Fahrzeug 100 der Antriebsstrang 1 als Hilfsantriebsstrang und der weitere Antriebsstrang 90 als Hauptantriebsstrang ausgebildet. Das heißt mit anderen Worten, dass das Antriebselement 91 des weiteren Antriebsstrangs 90 als Hauptantrieb des Fahrzeugs 100 dient, wobei die Anordnung aus der Brennkraftmaschine 2 und der elektrischen Maschine 4 des Antriebsstrangs 1 als Hilfsantrieb des Fahrzeugs 100 benutzt werden kann.
  • Im geschlossen Zustand der Trennkupplung 5 und bei gekuppeltem Losrad 304 mit der zweiten Getriebewelle 302, d.h. bei eingelegtem Gang des Getriebes 3, wird eine Leistung aus der Brennkraftmaschine 2 auf die hintere Fahrzeugachse 102 übertragen, wie der Pfeil 501 in 1 andeutet. Zusätzlich kann auch eine Leistung der elektrischen Maschine 4 auf die Fahrzeugachse 102 übertragen werden (Pfeil 502).
  • Zum Kuppeln des Losrades 305 mit der zweiten Getriebewelle 302 ist die elektrische Maschine 4 insbesondere eingerichtet, eine Drehzahl des Losrades 304 an die Drehzahl der Fahrzeugräder 103, 104 anzugleichen.
  • Wenn die Trennkupplung 5 geöffnet ist und das Losrad 304 mittels des Schaltelements 305 mit der zweiten Getriebewelle 302 gekuppelt ist, kann der Antriebsstrang 1 in einem Betriebsmodus betrieben werden, bei dem nur eine Leistung von der elektrischen Maschine 4, die als elektrischer Motor betrieben wird, auf die hintere Fahrzeugachse 102 übertragen werden.
  • Da auf die vordere Fahrzeugachse 101 eine Leistung von dem als elektrische Maschine ausgebildeten Antriebselement 91 übertragen werden kann, kann somit das Fahrzeug 100 in einem elektrischen Allradbetriebsmodus betrieben werden. Dieser Betriebsmodus kann sowohl zum Vorwärtsfahren, d.h. zum Fahren in der Vorwärtsfahrtrichtung 200, als auch zum Rückwärtsfahren, d.h. zum Fahren in der Rückwärtsfahrtrichtung 201, gewählt werden.
  • In 3 ist ein Fahrzeug 100 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt.
  • Das Fahrzeug 100 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von demjenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel durch die Anordnung des Antriebsstrangs 1 und des weiteren Antriebsstrangs 90 mit Bezug auf die vordere Fahrzeugachse 101 und die hintere Fahrzeugachse 102.
  • Beim Fahrzeug 100 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist der Antriebsstrang 1 mit der vorderen Fahrzeugachse 101 drehmomentübertragend verbunden, wobei der weitere Antriebsstrang 90 mit der hinteren Fahrzeugsachse 102 drehmomentübertragend verbunden ist.
  • 4 zeigt einen Antriebsstrang 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Der Antriebsstrang 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom Antriebsstrang 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass beim Antriebsstrang 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel statt einer Trennkupplung eine Freilaufkupplung 6 zwischen der ersten Übersetzungsstufe 34 der Übersetzungseinrichtung 31 und der Brennkraftmaschine 2 angeordnet ist.
  • Insbesondere ist die Freilaufkupplung 6 derart angeordnet, dass eine Drehmomentübertragung nur von der Brennkraftmaschine 2 bzw. der Kurbelwelle 21 auf die erste Übersetzungsstufe 34 der ersten Übersetzungseinrichtung 31 erfolgen kann.
  • Diese Ausbildung des Antriebsstrangs 1 ermöglicht einen elektrischen Allradbetrieb bei Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs 100, d.h. bei einer Fahrt des Fahrzeugs 100 in der Vorwärtsrichtung 200.
  • Dazu kann der Antriebsstrang 1 in einem Betriebsmodus betrieben werden, bei dem das Losrad 304 mittels des Schaltelements 305 mit der zweiten Getriebewelle 302 gekuppelt ist. Dabei ist die Freilaufkupplung 6 derart angeordnet, dass in Drehrichtung der Freilaufkupplung 6, in der eine Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs 100 möglich ist, keine Drehmomentübertragung zwischen der Brennkraftmaschine 2 und der ersten Übersetzungsstufe 34 der Übersetzungseinrichtung 31 stattfindet. Somit kann eine Leistung der elektrischen Maschine 4, die dabei als elektrischer Motor betrieben wird, auf die hintere Fahrzeugachse 102 übertragen werden (Pfeil 503).
  • 5 zeigt einen Antriebsstrang 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Der Unterschied des Antriebsstrangs 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel von den Antriebssträngen 1 gemäß den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen besteht darin, dass beim Antriebsstrang 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel die erste Übersetzungsstufe 34 der Übersetzungseinrichtung 31 direkt mit der Brennkraftmaschine 2 verbunden ist. Das heißt mit anderen Worten, dass zwischen der ersten Übersetzungsstufe 34 und der Brennkraftmaschine 2 weder eine Trennkupplung noch eine Freilaufkupplung vorgesehen ist.
  • Dabei ist die erste Getriebewelle 301 mit der Kurbelwelle 21 drehmomentübertragend und zwar während eines Betriebs des Antriebsstrangs 1 nicht trennbar miteinander verbunden. Dazu kann eine während des Betriebs des Antriebsstrangs 1 nicht trennbare Wellenkupplung zwischen der ersten Getriebewelle 301 und der Kurbelwelle 21 angeordnet sein. Die Formulierung „nicht trennbar während des Betriebs des Antriebsstrangs 1“ bedeutet, dass die die Kurbelwelle 21 und die erste Getriebewelle 301 nicht derart eingerichtet sind, dass sie während des Betriebs des Antriebsstrangs 1 voneinander getrennt werden können. Dazu ist insbesondere die Wellenkupplung nicht eingerichtet, während eines Betriebs des Antriebsstrangs 1 getrennt zu werden, um die erste Getriebewelle 301 und die Kurbelwelle 21 voneinander zu entkuppeln.
  • Alternativ kann eine einzige Welle vorgesehen sein, die sowohl als die Kurbelwelle 21 und die erste Getriebewelle 301 dienen kann.
  • In vorteilhafter Weise 1 ist das Schaltelement 305 derart eingerichtet, dass dieses auch als Trennkupplung zum Entkuppeln der Brennkraftmaschine 2 vom Rest des Antriebsstrangs 1 benutzt werden kann. Mit anderen Worten ist in vorteilhafter Weise die Funktion einer Trennkupplung im Schaltelement 305 integriert.
  • Beim Einlegen des Gangs synchronisiert die Brennkraftmaschine 2 ihre Drehzahl durch Befeuerung auf die neue Drehzahl des Losrades 305.
  • Um bei einer Vollbremsung des Fahrzeugs 100 die Brennkraftmaschine 2 nicht abzuwürgen, ist das Schaltelement 305 derart ausgebildet, eine Verbindung zwischen der Brennkraftmaschine 2 und den hinteren Fahrzeugrädern 104 schnell, bevorzugt in ca. 200 ms, zu öffnen.
  • Zudem ist eine Aktuatorvorrichtung, die zum Öffnen des Schaltelements 305, vorgesehen sein kann, derart ausgeführt, dass diese Zugkräfte zwischen 200 N und 1100 N, insbesondere zwischen 300 und 1000 N, auf das Schaltelement 305 ausüben kann.
  • Die Aktuatorvorrichtung kann vorzugsweise einen Aktor und eine Schaltwalze und/oder eine Magnetaktuatorvorrichtung, beispielsweise einen über eine Schiebemuffe angeordneten Magnetspulenring, und/oder einen Hydraulikaktor und/oder einen Pneumatikaktor und/oder eine Kugelrampe umfassen.
  • Es sei ferner angemerkt, dass ein Anfahren des Fahrzeugs 100 mit einem Antriebsstrang 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung durch das Antriebselement 91 des weiteren Antriebsstrangs 90 erfolgen kann.
  • Durch den Entfall einer Trennkupplung zum Entkuppeln der Brennkraftmaschine 2 und die Übernahme deren Funktion vom Schaltelement 305, welches ohnehin für die Gangwahl vorhanden ist, wird eine Kosten-, Bauraum und Gewichtersparnis erzielt.
  • 6 zeigt einen Antriebsstrang 1 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Beim Antriebsstrang 1 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel weist das Getriebe 3 neben der Übersetzungseinrichtung 31 eine weitere Übersetzungseinrichtung 32 auf.
  • Die weitere Übersetzungseinrichtung 32 weist eine Übersetzungsstufe 38 auf, die ein weiteres Zahnrad 312 auf der ersten Getriebewelle 301 und ein weiteres Losrad 313 auf der zweiten Getriebewelle 302 umfasst. Insbesondere ist das weitere Losrad 313 auf der zweiten Getriebewelle 302 drehbar angeordnet und mittels des Schaltelements 305 mit der zweiten Getriebewelle 302 kuppelbar. Das heißt, dass im gekuppelten Zustand des weiteren Losrades 313 mit der zweiten Getriebewelle 302 das weitere Losrad 313 mit der zweiten Getriebewelle 302 drehmomentübertragend verbunden ist.
  • Somit kann das Schaltelement 305 in vorteilhafter Weise zum Kuppeln sowohl des Losrades 304 als auch des weiteren Losrades 313 mit der zweiten Getriebewelle 302 benutzt werden.
  • Hierbei ist das Schaltelement 305 insbesondere derart ausgebildet, dass im gekuppelten Zustand des Losrades 304 mit der zweiten Getriebewelle 302 sich das weitere Losrad 313 im entkuppelten Zustand befindet. Entsprechend ist das Schaltelement 305 insbesondere derart ausgebildet, dass im gekuppelten Zustand des weiteren Losrades 313 mit der zweiten Getriebewelle 302 sich das Losrad 304 im entkuppelten Zustand befindet. Mit anderen Worten ist das Schaltelement 305 derart ausgebildet, dass eine gleichzeitige Kupplung der zweiten Getriebewelle 302 mit beiden Losrädern 304, 313 ausgeschlossen ist.
  • Es ist allerdings auch möglich, dass zwei Schaltelemente 305 vorgesehen sind, wobei die Schaltelemente 305 eingerichtet sind, jeweils eines der Losräder 304, 313 mit der zweiten Getriebewelle 302 zu kuppeln. Dazu können die Schaltelemente 305 derart steuerbar sein, dass eine gleichzeitige Kupplung der zweiten Getriebewelle 302 mit beiden Losrädern 304, 313 ausgeschlossen ist Ferner umfasst beim Antriebsstrang 1 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel die Zahnradanordnung 36 nur das Zahnrad 306. Somit ist die zweite Übersetzungsstufe 35 der ersten Übersetzungseinrichtung 31 durch das Losrad 304 und das Zahnrad 306 gebildet.
  • Durch die erste Übersetzungseinrichtung 31 und die zweite Übersetzungseinrichtung 32 ist das Getriebe 3 bzw. der Antriebsstrang 1 mit zwei Gängen ausgebildet. Insbesondere wird der erste Gang durch die zweite Übersetzungseinrichtung 32 realisiert, wobei der zweite Gang durch die erste Übersetzungseinrichtung 31 bereitgestellt wird.
  • Die Übersetzungseinrichtung 31 und die weitere Übersetzungseinrichtung 32 des Getriebes 3 können auch als erste Übersetzungseinrichtung 31 und zweite Übersetzungseinrichtung 32 bezeichnet werden. Die Übersetzungseinrichtung 33 des Antriebsstrangs 1 kann entsprechend als dritte Übersetzungseinrichtung 33 bezeichnet werden.
  • Im Rahmen der Erfindung können ferner das Losrad 304 und das weitere Losrad 313 als erstes Losrad 304 bzw. zweites Losrad 313 bezeichnet werden.
  • 7 zeigt den Antriebsstrang 1 aus 6 in einem ersten Betriebsmodus.
  • Im ersten Betriebsmodus ist die Trennkupplung 5 geschlossen, wodurch die Brennkraftmaschine 2 mit dem Getriebe 3 gekuppelt ist. Ferner ist das weitere Losrad 313 mittels des Schaltelements 305 mit der zweiten Getriebewelle 302 gekuppelt. In diesem Zustand ist ein erster Gang des Getriebes 3 eingelegt.
  • Somit kann eine mechanische Leistung der Brennkraftmaschine 2 über die zweite Übersetzungseinrichtung 32, die zweite Getriebewelle 302 und die dritte Übersetzungseinrichtung 33 auf die hintere Fahrzeugsachse 102 übertragen werden (Pfeil 504).
  • Zusätzlich kann auch eine Leistung der elektrischen Maschine 4, die als elektrischer Motor betrieben werden kann, gemäß dem mit Pfeil 505 dargestellten Leistungsfluss auf die hintere Fahrzeugachse 102 übertragen werden.
  • Somit kann der Antriebsstrang 1 im ersten Betriebsmodus verbrennungsmotorisch und insbesondere auch elektromotorisch bzw. elektrisch eingelegtem ersten Gang betrieben werden.
  • 8 zeigt den Antriebsstrang 1 aus 6 in einem zweiten Betriebsmodus.
  • Im zweiten Betriebsmodus ist die Trennkupplung 5 geschlossen, wodurch die Brennkraftmaschine 2 mit dem Getriebe 3 gekuppelt ist. Ferner ist das Losrad 304 mittels des Schaltelements 305 mit der zweiten Getriebewelle 302 gekuppelt. In diesem Zustand ist ein zweiter Gang des Getriebes 3 eingelegt.
  • Somit kann eine mechanische Leistung der Brennkraftmaschine 2 über die erste Übersetzungseinrichtung 31, die zweite Getriebewelle 302 und die dritte Übersetzungseinrichtung 33 auf die hintere Fahrzeugsachse 102 übertragen werden (Pfeil 506).
  • Zusätzlich kann auch eine mechanische Leistung der elektrischen Maschine 4, die als elektrischer Motor betrieben werden kann, gemäß dem mit Pfeil 507 dargestellten Leistungsfluss auf die hintere Fahrzeugachse 102 übertragen werden.
  • Somit kann der Antriebsstrang 1 im zweiten Betriebsmodus verbrennungsmotorisch und insbesondere auch elektromotorisch bzw. elektrisch mit eingelegtem zweiten Gang betrieben werden.
  • 9 zeigt den Antriebsstrang 1 aus 6 in einem dritten Betriebsmodus.
  • Im dritten Betriebsmodus ist die Trennkupplung 5 geöffnet, wodurch die Brennkraftmaschine 2 vom Getriebe 3 abgekuppelt ist. Somit ist ein Leistungsfluss zwischen der Brennkraftmaschine 2 und dem Getriebe 3 unterbrochen.
  • Die elektrische Maschine 4 wird hierbei als elektrischer Motor betrieben.
  • Weiterhin ist das weitere Losrad 313 mittels des Schaltelements 305 mit der zweiten Getriebewelle 302 gekuppelt. In diesem Zustand ist ein erster Gang eingelegt.
  • Somit kann eine mechanische Leistung der elektrischen Maschine 4 über die erste Übersetzungseinrichtung 31, die zweite Übersetzungseinrichtung 32, die zweite Getriebewelle 302 und zuletzt über die dritte Übersetzungseinrichtung 33 auf die hintere Fahrzeugachse 102 übertragen werden (Pfeil 508).
  • Somit kann der Antriebsstrang 1 im dritten Betriebsmodus elektrisch bzw. elektromotorisch mit eingelegtem ersten Gang betrieben werden. Die vordere Fahrzeugachse 101 kann durch das als elektrische Maschine ausgebildetes Antriebselement 91 auch elektromotorisch betrieben werden. Dadurch kann das Fahrzeug 100 im dritten Betriebsmodus im elektrischen Allradbetriebsmodus mit eingelegtem ersten Gang gefahren werden.
  • 10 zeigt den Antriebsstrang 1 aus 6 in einem vierten Betriebsmodus.
  • Im vierten Betriebsmodus ist die Trennkupplung 5 wie im dritten Betriebsmodus geöffnet. Dadurch ist die Brennkraftmaschine 2 vom Getriebe 3 abgekuppelt und dementsprechend ein Leistungsfluss zwischen der Brennkraftmaschine 2 und dem Getriebe 3 unterbrochen. Die elektrische Maschine 4 wird hierbei als elektrischer Motor betrieben.
  • Im Gegensatz zum dritten Betriebsmodus ist im vierten Betriebsmodus statt des weiteren Losrades 313 das Losrad 304 mittels des Schaltelements 305 mit der zweiten Getriebewelle 302 gekuppelt. In diesem Zustand ist ein zweiter Gang eingelegt.
  • Somit kann eine mechanische Leistung der elektrischen Maschine 4 gemäß dem mit Pfeil 509 dargestellten Leistungsfluss auf die hintere Fahrzeugachse 102 übertragen werden.
  • Somit kann der Antriebsstrang 1 im vierten Betriebsmodus elektromotorisch bzw. elektrisch betrieben werden.
  • Die vordere Fahrzeugachse 101 kann durch das als elektrische Maschine ausgebildetes Antriebselement 91 auch elektromotorisch bzw. elektrisch betrieben werden. Dadurch kann das Fahrzeug 100 im vierten Betriebsmodus im elektrischen Allradbetriebsmodus mit eingelegtem zweiten Gang gefahren werden.
  • 11 zeigt den Antriebsstrang 1 aus 6 in einem fünften Betriebsmodus.
  • Im fünften Betriebsmodus ist die Trennkupplung 5 geschlossen, so dass die Brennkraftmaschine 2 mit dem Getriebe 3 gekuppelt ist. Im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Betriebsmodi, in denen sich eines der Losräder 304, 313 im gekuppelten Zustand mit der zweiten Getriebewelle 302 befindet, ist beim fünften Betriebsmodus weder das Losrad 304 noch das weitere Losrad 313 mit der zweiten Getriebewelle 302 gekuppelt.
  • Im fünften Betriebsmodus wird die elektrische Maschine 4 durch die Brennkraftmaschine 2 gemäß dem mit Pfeil 510 dargestellten Leistungsfluss als Generator betrieben.
  • Die durch die elektrische Maschine 4 erzeugte elektrische Leistung wird zum Antreiben des Antriebselements 91 verwendet. Dabei wird das Antriebselement 91 als elektrischer Motor betrieben. Somit kann das Fahrzeug 100 in einem seriellen Betriebsmodus betrieben werden.
  • 12 zeigt den Antriebsstrang 1 aus 6 in einem sechsten Betriebsmodus.
  • Im sechsten Betriebsmodus sind wie im fünften Betriebsmodus die Trennkupplung 5 geschlossen und beide Losräder 304, 313 von der zweiten Getriebewelle 302 abgekuppelt.
  • Der Unterschied des sechsten Betriebsmodus vom fünften Betriebsmodus besteht darin, dass beim sechsten Betriebsmodus die durch die elektrische Maschine 4 erzeugte elektrische Leistung zum Laden einer Fahrzeugbatterie 107 verwendet wird.
  • 13 zeigt einen Antriebsstrang 1 gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Der Aufbau des Antriebsstrangs 1 gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel entspricht grundsätzlich demjenigen vom fünften Ausführungsbeispiel bis auf die Trennkupplung 5.
  • Beim Antriebsstrang 1 gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel ist zwischen der ersten Übersetzungsstufe 34 der ersten Übersetzungseinrichtung 31 und der Brennkraftmaschine 2 anstelle einer Trennkupplung 5 eine Freilaufkupplung 6 angeordnet.
  • Die Betriebsweise des Antriebsstrangs 1 gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel ist ähnlich zur Betriebsweise des Antriebsstrangs 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, bei dem auch eine Freilaufkupplung 6 zwischen der ersten Übersetzungsstufe 34 der ersten Übersetzungseinrichtung 31 und der Brennkraftmaschine 2 angeordnet ist.
  • Der Unterschied zwischen dem sechsten und dem dritten Ausführungsbespiel liegt grundsätzlich daran, dass beim Antriebsstrang 1 gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel das Getriebe 3 zwei Gänge aufweist.
  • 14 zeigt einen Antriebsstrang 1 gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Der Aufbau des Antriebsstrangs 1 gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel entspricht grundsätzlich demjenigen vom vierten Ausführungsbeispiel bis auf die Trennkupplung 5.
  • Beim Antriebsstrang 1 gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel ist die Trennkupplung 5 zwischen der ersten Übersetzungsstufe 34 der ersten Übersetzungseinrichtung 31 und der Brennkraftmaschine 2 entfallen.
  • Insbesondere ist die erste Übersetzungsstufe 34 der ersten Übersetzungseinrichtung 31 direkt mit der Brennkraftmaschine 2 verbunden.
  • Dabei ist die erste Getriebewelle 301 mit der Kurbelwelle 21 drehmomentübertragend und zwar während eines Betriebs des Antriebsstrangs 1 nicht trennbar miteinander verbunden. Dazu kann eine während des Betriebs des Antriebsstrangs 1 nicht trennbare Wellenkupplung zwischen der ersten Getriebewelle 301 und der Kurbelwelle 21 angeordnet sein.
  • Die Betriebsweise des Antriebsstrangs 1 gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel ist ähnlich zur Betriebsweise des Antriebsstrangs 1 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel, bei dem auch eine Freilaufkupplung zwischen der ersten Übersetzungsstufe 34 der ersten Übersetzungseinrichtung 31 und der Brennkraftmaschine 2 vorgesehen ist.
  • Der Unterschied zwischen dem siebten und dem vierten Ausführungsbeispiel besteht grundsätzlich darin, dass beim Antriebsstrang 1 gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel das Getriebe 3 zwei Gänge aufweist.
  • Es sei angemerkt, dass das Fahrzeug 100 von 2 und 3 einen Antriebsstrang 1 gemäß einem beliebigen Ausführungsbeispiel der zuvor beschriebenen Ausführungsbespiele und nicht nur den Antriebsstrang 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aufweisen kann.
  • Der Antriebsstrang 1 gemäß der vorliegenden Erfindung kann kompakt gebildet werden und somit auch in einem schmalen Fahrzeug, insbesondere Vorderwagen, zum Einsatz kommen. Über die am Getriebe 3 angebrachte elektrische Maschine 4 sind in vorteilhafter Weise ein Standladen der Fahrzeugbatterie 107 und ein Start der Brennkraftmaschine 2 möglich. „Standladen“ bedeutet, dass bei stehendem Fahrzeug 100 die Brennkraftmaschine 2 mechanische Leistung an die elektrische Maschine 4 abgibt, die wiederum die Fahrzeugbatterie 107 auflädt. Dies kann nach langem Stehen des Fahrzeugs in der Kälte besonders vorteilhaft sein.
  • Neben der Beschreibung wird explizit auf die Offenbarung in den Figuren Bezug genommen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Antriebsstrang
    2
    Brennkraftmaschine
    3
    Getriebe
    4
    elektrische Maschine
    5
    Trennkupplung
    6
    Freilaufkupplung
    31
    Übersetzungseinrichtung (erste Übersetzungseinrichtung)
    32
    weitere Übersetzungseinrichtung (zweite Übersetzungseinrichtung)
    33
    Übersetzungseinrichtung (dritte Übersetzungseinrichtung)
    34
    erste Übersetzungsstufe
    35
    zweite Übersetzungsstufe
    36
    Zahnradanordnung
    37
    Übersetzungsstufe
    38
    Übersetzungsstufe
    40
    Welle
    90
    weiterer Antriebsstrang
    91
    Antriebselement
    100
    Fahrzeug
    101
    vordere Fahrzeugachse
    102
    hintere Fahrzeugachse
    103
    vorderes Fahrzeugrad
    104
    hinteres Fahrzeugrad
    105
    Differentialgetriebe
    106
    Eingangszahnrad
    107
    Fahrzeugbatterie
    200
    Vorwärtsfahrtrichtung
    201
    Rückwärtsfahrtrichtung
    301
    erste Getriebewelle
    302
    zweite Getriebewelle
    303
    Zahnrad
    304
    Losrad
    305
    Schaltelement
    306
    Zahnrad
    307
    Zahnrad
    308
    Zahnrad
    310
    Getriebeeingang
    311
    Getriebeausgang
    312
    weiteres Zahnrad
    313
    weiteres Losrad
    501 bis 511
    Pfeil

Claims (10)

  1. Antriebsstrang (1) eines Fahrzeugs (100), insbesondere eines Hybridfahrzeugs, umfassend: • eine Brennkraftmaschine (2), • ein Getriebe (3), welches eine erste Getriebewelle (301), eine zweite Getriebewelle (302), ein Losrad (304) und ein Schaltelement (305) aufweist, wobei das Schaltelement (305) mit der zweiten Getriebewelle (302) drehfest verbunden ist und wobei das Losrad (304) auf der zweiten Getriebewelle (302) drehbar angeordnet ist und mittels des Schaltelements (305) mit der zweiten Getriebewelle (302) kuppelbar ist, und • eine elektrische Maschine (4), die mit dem Losrad (304) drehmomentübertragend verbunden ist und über das Losrad (304) mit der Brennkraftmaschine (2) kuppelbar ist.
  2. Antriebsstrang (1) nach Anspruch 1, wobei die elektrische Maschine (4) eingerichtet ist, eine Drehzahl des Losrades (304) zum Kuppeln des Losrades (304) mit der zweiten Getriebewelle (302) mit einer Drehzahl mindestens eines Fahrzeugrades (103, 104) zu synchronisieren.
  3. Antriebsstrang (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Getriebe (3) eine Übersetzungseinrichtung (31) mit einer ersten Übersetzungsstufe (34) aufweist, wobei zwischen der ersten Übersetzungsstufe (34) und der Brennkraftmaschine (2) eine Trennkupplung (5) oder eine Freilaufkupplung (6) angeordnet ist oder wobei die erste Übersetzungsstufe (34) direkt mit der Brennkraftmaschine (2) verbunden ist, wobei die erste Übersetzungsstufe (34) ein Zahnrad (303) auf der ersten Getriebewelle (301) und das Losrad (304) auf der zweiten Getriebewelle (302) umfasst.
  4. Antriebsstrang (1) nach Anspruch 3, wobei die Übersetzungseinrichtung (31) eine zweite Übersetzungsstufe (35) aufweist, die das Losrad (304) auf der zweiten Getriebewelle (302) und eine Zahnradanordnung (36) umfasst, die mit einer Welle (40) der elektrischen Maschine (4) drehmomentübertragend verbunden ist.
  5. Antriebsstrang (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Welle (40) der elektrischen Maschine (4) mit dem Losrad (304) direkt verbunden ist.
  6. Antriebsstrang (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Getriebe (3) eine weitere Übersetzungseinrichtung (32) mit einer Übersetzungsstufe (38) aufweist, wobei die Übersetzungsstufe (38) ein weiteres Zahnrad (312) auf der ersten Getriebewelle (301) und ein weiteres Losrad (313) umfasst, wobei das weitere Losrad (313) auf der zweiten Getriebewelle (302) drehbar angeordnet ist und mittels des Schaltelements (305) mit der zweiten Getriebewelle (302) kuppelbar ist.
  7. Antriebsstrang (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend eine Übersetzungseinrichtung (33) mit einer Übersetzungsstufe (37), wobei die Übersetzungsstufe (37) ein weiteres Zahnrad (308) umfasst, welches auf der Getriebezwischenwelle drehfest angeordnet ist, und wobei über die Übersetzungseinrichtung (33) die zweite Getriebewelle (302) mit einer Fahrzeugachse (101, 103) verbindbar ist.
  8. Fahrzeug (100), umfassend einen Antriebsstrang (1) nach einem der vorherigen Ansprüche.
  9. Fahrzeug nach Anspruch 8, umfassend einen Hauptantriebsstrang (90), wobei der Antriebsstrang (1) als Hilfsantriebsstrang ausgebildet ist.
  10. Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs (1) eines Fahrzeugs (100), insbesondere eines Hybridfahrzeugs, nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Antriebsstrang (1) betrieben wird: • in einem Betriebsmodus, in dem eine Leistung der Brennkraftmaschine (2) des Antriebsstrangs (1) auf eine Fahrzeugachse (101; 102) zum zumindest teilweise verbrennungsmotorischen Antreiben der Fahrzeugachse (101; 102) übertragen wird, • in einem Betriebsmodus, in dem ausschließlich eine Leistung der elektrischen Maschine (4) des Antriebsstrangs (1) auf eine Fahrzeugachse (101; 102) zum elektromotorischen Antreiben der Fahrzeugachse (101; 102) übertragen wird, • in einem Betriebsmodus, in dem die Brennkraftmaschine (2) die elektrische Maschine (4) des Antriebsstrangs (1) generatorisch antreibt, um eine Batterie (7) des Fahrzeugs (100) zu laden, und • in einem Betriebsmodus, in dem die Brennkraftmaschine (2) die elektrische Maschine (4) des Antriebsstrangs (1) generatorisch antreibt, um eine weitere elektrische Maschine (91) des Fahrzeugs (100) anzutreiben, wobei die weitere elektrische Maschine (91) als elektrischer Motor betrieben wird.
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