DE102020205924A1 - Antriebsvorrichtung zum elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Antriebsvorrichtung zum elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs Download PDF

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Johannes Kaltenbach
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Abstract

Antriebsvorrichtung (1) zum elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs, aufweisend eine erste Antriebswelle (2) zur Kopplung der Antriebsvorrichtung (1) mit einem Verbrennungsmotor (3), und eine zweite Antriebswelle (4) zur Koppelung der Antriebsvorrichtung (1) mit einem mehrstufigen Getriebe (5), und eine E-Maschine (6) mit einem Rotor (6A), die zumindest zeitweise zum Antrieb des Kraftfahrzeugs nutzbar ist, und ein Planetengetriebe (8) mit den Elementen Hohlrad (8A) und Sonnenrad (8B) und Steg (8C), und eine erste Kupplung (K), und eine zweite Kupplung (I), und eine Bremse (J). Die erste Antriebswelle (2) ist über die erste Kupplung (K) mit der zweiten Antriebswelle (4) drehfest verbindbar. Ein Erstes (8B; 8A) der Elemente (8A, 8B, 8C) des Planetengetriebes (8) ist mit dem Rotor (6A) der E-Maschine (6) permanent drehfest verbunden, und ein Zweites (8C) der Elemente (8A, 8B, 8C) des Planetengetriebes (8) ist mit der zweiten Antriebswelle (4) permanent drehfest verbunden, und ein Drittes (8A; 8B) der Elemente (8A, 8B, 8C) des Planetengetriebes (8) ist über die zweite Kupplung (I) mit der ersten Antriebswelle (2) drehfest verbindbar, und das Dritte (8A; 8B) der Elemente (8A, 8B, 8C) des Planetengetriebes (8) ist über die Bremse (J) mit einem Gehäuse (7) der Antriebsvorrichtung (1) drehfest verbindbar. Hierbei ist die erste Kupplung (K) radial innenliegend zur zweiten Kupplung (I) angeordnet und/oder die erste Kupplung (K) ist abtriebsseitig der Antriebsvorrichtung (1) angeordnet.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung zum elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs. Sie betrifft auch ein Hybridmodul mit einer solchen Antriebsvorrichtung. Und sie betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem mehrstufigen Kraftfahrzeuggetriebe und einer solchen Antriebsvorrichtung. Die Erfindung betrifft zudem ein Steuergerät, das zum Öffnen einer formschlüssigen ersten Kupplung der Antriebsvorrichtung im verspannten Zustand ausgeführt ist.
  • Aus der DE 10 2010 063 311 A1 ist eine Vorrichtung für einen Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs bekannt. Die Vorrichtung verfügt über ein die Elemente Hohlrad, Sonnenrad und Steg aufweisendes Planetengetriebe. Ein Erstes dieser Elemente dient der festen Anbindung einer Getriebeeingangswelle eines Getriebes. Ein Zweites dieser Elemente dient der festen Anbindung einer elektrischen Maschine eines Hybridantriebs. Über eine Kupplung sind zwei dieser drei Elemente des Planetengetriebes koppelbar. Diese Kupplung kann gemäß der Absätze [0041] und [0042] reibschlüssig oder formschlüssig ausgeführt sein. Über ein Schaltelement ist in einer ersten Schaltstellung ein Drittes der Elemente des Planetengetriebes an einen Verbrennungsmotor des Hybridantriebs ankoppelbar, und in einer zweiten Schaltstellung ist das Dritte der Elemente des Planetengetriebes gehäuseseitig oder statorseitig ankoppelbar.
  • In der genannten DE 10 2010 063 311 A1 werden auch mehrere Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung angegeben.
  • Aus der DE 10 2018 203 819 A1 ist ein Hybridmodul zur Anordnung zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe eines Hybridfahrzeugs bekannt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern. Insbesondere soll eine Antriebsvorrichtung bereitgestellt werden, die eine möglichst kompakte Konstruktion ermöglicht, um Bauraum einzusparen. Außerdem soll eine Möglichkeit angegeben werden, um eine kompakte Antriebsvorrichtung in einem verspannten Zustand so zu betreiben, dass die Verspannung aufgelöst wird.
  • Diese Aufgabe wird durch die in den Hauptansprüchen jeweils angegebenen Maßnahmen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen hiervon sind den Unteransprüchen entnehmbar.
  • Demgemäß wird eine Antriebsvorrichtung zum zumindest zeitweisen elektrischen Antrieb (Vortrieb) eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen. Das Kraftfahrzeug kann beispielsweise ein Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen oder ein Kraftomnibus sein.
  • Die Antriebsvorrichtung weist eine erste Antriebswelle auf. Die erste Antriebswelle ist zur Kopplung der Antriebsvorrichtung mit einem Verbrennungsmotor ausgebildet. Die erste Antriebswelle verfügt dazu insbesondere über einen entsprechenden Flansch zur Anbindung an den Verbrennungsmotor, beispielsweise an eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotors. Der Verbrennungsmotor ist zumindest zeitweise zum Antrieb des Kraftfahrzeugs nutzbar. Es kann eine separate Trennkupplung und/oder ein separater Rotationsdämpfer antriebstechnisch zwischen der ersten Antriebswelle und dem Verbrennungsmotor vorgesehen sein. Die Trennkupplung kann dann als Anfahrkupplung vorgesehen sein. Die erste Antriebswelle dient primär zum Einleiten eines Antriebsdrehmoments vom Verbrennungsmotor in die Antriebsvorrichtung. Die erste Antriebswelle kann daher auch als Eingangswelle der Antriebsvorrichtung bezeichnet werden.
  • Die Antriebsvorrichtung weist auch eine zweite Antriebswelle auf. Die zweite Antriebswelle ist zur Koppelung der Antriebsvorrichtung mit einem mehrstufigen Getriebe ausgebildet. Die Antriebsvorrichtung dient demnach zur eingangsseitigen Anbindung an das mehrstufige Getriebe. Die zweite Antriebswelle verfügt dazu insbesondere über einen entsprechenden Flansch zur Anbindung an das Getriebe, beispielsweise an eine Eingangswelle des Getriebes. Die zweite Antriebswelle kann zugleich eine Eingangswelle des Getriebes bilden. Ein solches mehrstufige Getriebe verfügt über mehrere wahlweise einlegbare Übersetzungen, insbesondere mehrere diskrete Gänge. Die zweite Antriebswelle dient primär zum Ausleiten eines Antriebsdrehmoments von der Antriebsvorrichtung zum mehrstufigen Getriebe. Die zweite Antriebswelle kann daher auch als Ausgangswelle der Antriebsvorrichtung bezeichnet werden.
  • Die Antriebsvorrichtung verfügt des Weiteren über eine E-Maschine mit einem drehbaren Rotor. Die E-Maschine ist insbesondere eine Synchronmaschine oder eine Asynchronmaschine. Die E-Maschine ist zumindest zeitweise zum elektrischen Antrieb des Kraftfahrzeugs nutzbar. Dann wird sie als Antriebsmotor eingesetzt. Es kann vorgesehen sein, dass die E-Maschine zumindest zeitweise auch als elektrischer Generator einsetzbar ist. Insbesondere verfügt die E-Maschine auch über einen gehäusefesten Stator. Mit dem Stator ist der Rotor antreibbar.
  • Die Antriebsvorrichtung verfügt außerdem über ein Planetengetriebe mit den Elementen Hohlrad und Sonnenrad und Steg. Das Planetengetriebe ist insbesondere einstufig ausgebildet. In diesem Fall umfasst es keine mehreren miteinander antriebstechnisch gekoppelten Planetenstufen. Der Steg trägt insbesondere Planetenräder des Planetengetriebes drehbar, wobei diese mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad in an sich bekannter Weise kämmen.
  • Die Antriebsvorrichtung verfügt außerdem über eine erste schaltbare Kupplung und eine zweite schaltbare Kupplung und eine schaltbare Bremse. Die Kupplungen und die Bremse bilden also Schaltelemente der Antriebsvorrichtung. Sie sind im Öffnungs- und Schließsinne betätigbar. Zu ihrer Betätigung kann eine Aktorik vorgesehen sein. Somit können diese Schaltelemente durch Befehle eines Steuergeräts der Antriebsvorrichtung betätigt werden, also wahlweise geschlossen und geöffnet werden. Das Steuergerät dient vorzugsweise auch zur Ansteuerung der E-Maschine.
  • Insbesondere verfügt die Antriebsvorrichtung nur über diese besagten schaltbaren Kupplungen und die Bremse und die besagte E-Maschine. Es sind also vorzugsweise keine weiteren schaltbaren Kupplungen, Bremsen und/oder eine weitere E-Maschine vorgesehen.
  • Die erste Antriebswelle ist über die erste Kupplung lösbar mit der zweiten Antriebswelle drehfest verbindbar. Die erste Kupplung verbindet im geschlossenen Zustand daher die erste Antriebswelle drehfest mit der zweiten Antriebswelle. Im geöffneten Zustand besteht über die erste Kupplung hingegen keine drehfeste Verbindung zwischen der ersten Antriebswelle und der zweiten Antriebswelle. Insbesondere sind diese dann relativ zueinander drehbar.
  • Ein Erstes der Elemente des Planetengetriebes ist mit dem Rotor der E-Maschine permanent drehfest verbunden, insbesondere unmittelbar verbunden. Ein Zweites der Elemente des Planetengetriebes ist mit der zweiten Antriebswelle permanent drehfest verbunden, insbesondere unmittelbar verbunden. Eine solche permanente drehfeste Verbindung dient zur gezielten Übertragung eines Antriebsdrehmoments und sieht im montierten Zustand keine Möglichkeit zum Öffnen und Schließen der Verbindung vor, wie beispielsweise über ein Schaltelement. Die permanente drehfeste Verbindung kann allerdings zur Montage und/oder Demontage der Antriebsvorrichtung auftrennbar ausgeführt sein, beispielsweise durch formschlüssige, nichtschaltbare Verbindungsstellen. Die permanente drehfeste Verbindung kann somit einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein. Die permanente drehfeste Verbindung kann stoffschlüssig, formschlüssig oder kraftschlüssig ausgeführt sein.
  • Ein Drittes der Elemente des Planetengetriebes ist über die zweite Kupplung lösbar mit der ersten Antriebswelle drehfest verbindbar. Die zweite Kupplung verbindet daher im geschlossenen Zustand die erste Antriebswelle drehfest mit dem Dritten der Elemente des Planetengetriebes. Im geöffneten Zustand besteht über die zweite Kupplung hingegen keine drehfeste Verbindung zwischen der ersten Antriebswelle und diesem dritten Element. Insbesondere sind diese dann relativ zueinander drehbar.
  • Das Dritte der Elemente des Planetengetriebes ist über die Bremse zudem lösbar mit einem Gehäuse der Antriebsvorrichtung drehfest verbindbar. Die Bremse verbindet daher im geschlossenen Zustand das Dritte der Elemente des Planetengetriebes drehfest mit einem Gehäuse der Antriebsvorrichtung. Im geöffneten Zustand besteht über die Bremse hingegen keine drehfeste Verbindung zwischen dem dritten Element und dem Gehäuse. Insbesondere sind diese dann relativ zueinander drehbar.
  • Das besagte Gehäuse der Antriebsvorrichtung dient insbesondere zur drehbaren Abstützung der beiden Antriebswelle. Das Gehäuse kann auch dazu ausgebildet sein, um den Stator der E-Maschine drehfest darin aufzunehmen und abzustützen. Das Gehäuse kann insbesondere die E-Maschine, die Schaltelemente und das Planetengetriebe der Antriebsvorrichtung in einem Innenraum aufnehmen und gegen äußere Umweltbedingungen abschirmen, wie insbesondere Regen oder Feuchtigkeit, und es kann ein Austritt von Schmiermittel aus der Antriebsvorrichtung verhindern.
  • Bei der vorgeschlagenen Antriebsvorrichtung ist nun außerdem vorgesehen, dass (I) die erste Kupplung radial innenliegend zur zweiten Kupplung angeordnet ist.
  • Alternativ oder zusätzlich zu diesem Merkmal (I) ist vorgesehen, dass (II) die erste Kupplung abtriebsseitig der Antriebsvorrichtung angeordnet ist.
  • Beim Merkmal (I) liegt die erste Kupplung radial innenliegend zur zweiten Kupplung, also radial innen bezüglich der zweiten Kupplung. Auf diese Weise liegen die zur lösbaren Koppelung wesentlichen Elemente der ersten Kupplung näher an den Rotationsachsen der Antriebswellen als die zur lösbaren Koppelung wesentlichen Elemente der zweiten Kupplung. Beispielsweise liegen die zum Schließen in Eingriff bringbaren Verzahnungen der ersten Kupplung radial innen bezüglich der zum Schließen in Eingriff bringbaren Verzahnungen der zweiten Kupplung.
  • Beim Merkmal (II) liegt die erste Kupplung abtriebsseitig der Antriebsvorrichtung, also in axialer Richtung und/oder antriebstechnisch zwischen dem Planetengetriebe einerseits und dem mehrstufigen Getriebe oder dem Flansch zur Koppelung der zweiten Antriebswelle mit dem mehrstufigen Getriebe andererseits. Hierdurch ist es möglich, die erste Kupplung zumindest teilweise radial innerhalb des Rotors der E-Maschine unterzubringen. Der Rotor und die erste Kupplung können dann also ineinander verschachtelt sein.
  • Mittels der Merkmale (I) und (II) kann die Antriebsvorrichtung jeweils sehr kompakt aufgebaut werden. Bauraum wird also eingespart. Die Merkmale (I) und (II) lösen somit jeweils für sich und in Kombination miteinander die gestellte Aufgabe.
  • Bei Merkmal (I) ist es möglich, jedoch nicht zwangsläufig notwendig, dass die erste und zweite Kupplung zusammen auf einer gemeinsamen axialen Ebene übereinander liegen, dass die erste Kupplung also radial in der zweiten Kupplung angeordnet ist. Somit können die beiden Kupplungen ineinander verschachtelt sein. Dadurch kann weiterer Bauraum eingespart werden. Alternativ dazu kann die erste Kupplung zwar radial innenliegend zur zweiten Kupplung angeordnet sein, jedoch axial versetzt zur zweiten Kupplung angeordnet sein. In diesem Fall befindet sich die wesentlichen Elemente der ersten Kupplung ebenfalls näher an der Rotationsachse der Antriebswellen, als diejenigen der zweiten Kupplung. Die beiden Kupplungen liegen aber nicht übereinander auf einer gemeinsamen axialen Ebene. Dadurch kann sich eine vereinfachte aufgelöste Konstruktion ergeben. Dadurch kann außerdem die zweite Kupplung eingangsseitig der Antriebsvorrichtung angeordnet sein und die erste Kupplung abtriebsseitig der Antriebsvorrichtung.
  • Außerdem können in Ausführungsformen der vorgeschlagenen Antriebsvorrichtung
    • - die erste Kupplung und/oder die zweite Kupplung und/oder die Bremse radial innenliegend zum
    • - Planentengetriebe und/oder Rotor der E-Maschine
    angeordnet sein. Auch dadurch kann ein weiterer kompakter Aufbau realisiert werden. Diese Elemente können dadurch auch ineinander verschachtelt sein, also axial auf einer gemeinsamen Ebene liegen.
  • Vorzugsweise sind die erste Kupplung und die zweite Kupplung und die Bremse formschlüssig wirkend ausgeführt. Es handelt sich dann also um formschlüssige Schaltelemente, beispielsweise um Klauenkupplungen beziehungsweise eine Klauenbremse. Somit wird im geschlossenen Zustand des jeweiligen Schaltelements mittels Formschluss ein daran anliegendes Drehmoment übertragen. Im geöffneten Zustand ist der Formschluss aufgehoben, wodurch kein Drehmoment über das jeweilige Schaltelement übertragbar ist. Dadurch kann ein noch kompakterer Aufbau der Antriebsvorrichtung realisiert werden.
  • Vorzugsweise sind die zweite Kupplung und die Bremse so ausgebildet, dass sie ausschließlich alternierend zueinander betätigbar sind. Die zweite Kupplung ist also nur dann schließbar, wenn gleichzeitig die Bremse geöffnet wird - und jeweils umgekehrt. Dadurch können Fehlschaltungen in der Antriebsvorrichtung vermieden werden.
  • Vorzugsweise ist die zweite Kupplung und die Bremse als gemeinsames Schaltelement mit drei Schaltstellungen ausgebildet (Doppelschaltelement). Dadurch kann eine sehr kompakte Konstruktion realisiert werden. Somit kann ein gemeinsamer Aktor zur Betätigung vorgesehen sein. Insbesondere kann eine gemeinsame Schaltmuffe vorgesehen sein, die je nach Schaltstellung entweder als Kupplung dient oder als Bremse. In der ersten Schaltstellung (entspricht der geschlossenen zweiten Kupplung und der geöffneten Bremse) ist über das gemeinsame Schaltelement die erste Antriebswelle drehfest mit dem dritten Element des Planetengetriebes verbunden, während das dritte Element des Planetengetriebes drehbar vom Gehäuse der Antriebsvorrichtung entkoppelt ist. In der zweiten Schaltstellung (entspricht der geöffneten zweiten Kupplung und der geschlossenen Bremse) ist dann über das gemeinsame Schaltelement das dritte Element des Planetengetriebes drehfest mit dem Gehäuse der Antriebsvorrichtung verbunden, während die erste Antriebswelle drehbar von dem dritten Element des Planetengetriebes entkoppelt ist. In der dritten Schaltstellung (entspricht der geöffneten zweiten Kupplung und der geöffneten Bremse) ist das dritte Element des Planetengetriebes drehbar vom Gehäuse der Antriebsvorrichtung und von der ersten Antriebswelle entkoppelt. Somit ist das dritte Element des Planetengetriebes frei drehbar.
  • Vorzugsweise sind die zweite Kupplung und die Bremse oder das aus zweite Kupplung und Bremse bestehende gemeinsame Schaltelement eingangsseitig der Antriebsvorrichtung angeordnet. Sie befindet sich also in axialer Richtung und/oder antriebstechnisch insbesondere zwischen dem Planetengetriebe und dem Verbrennungsmotor oder dem Flansch zur Koppelung der ersten Antriebswelle mit dem Verbrennungsmotor. Dadurch ergibt sich ein einfacher Konstruktiver Aufbau der Antriebsvorrichtung.
  • Alternativ zum oben genannten Merkmal (II) kann die erste Kupplung eingangsseitig der Antriebsvorrichtung angeordnet sein. Die erste Kupplung befindet sich dann also in axialer Richtung und/oder antriebstechnisch zwischen dem Planetengetriebe einerseits und dem Verbrennungsmotor oder dem Flansch zur Koppelung der ersten Antriebswelle mit dem Verbrennungsmotor andererseits. Somit kann die erste Kupplung einfach in Modulbauweise ausgebildet sein, insbesondere wenn diese als reibschlüssig wirkende Kupplung ausgebildet ist.
  • Vorzugsweise ist das Sonnenrad des Planetengetriebes mit dem Rotor der E-Maschine permanent drehfest verbunden, insbesondere unmittelbar verbunden. Das Sonnenrad bildet dann also das erste Element des Planetengetriebes. Der Steg ist dann mit der zweiten Antriebswelle permanent drehfest verbunden, insbesondere unmittelbar verbunden. Der Steg bildet dann also das zweite Element des Planetengetriebes. Alternativ hierzu ist das Hohlrad des Planetengetriebes als erste Element des Planetengetriebes mit dem Rotor der E-Maschine permanent drehfest verbunden, insbesondere unmittelbar verbunden. Der Steg ist dann als zweites Element des Planetengetriebes mit der zweiten Antriebswelle permanent drehfest verbunden, insbesondere unmittelbar verbunden.
  • Vorgeschlagen wird auch ein Hybridmodul zum elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs. Das Hybridmodul ist dazu ausgebildet, um eingangsseitig eines mehrstufigen Kraftfahrzeuggetriebes angeordnet zu werden. Das Hybridmodul verfügt über die vorgeschlagene Antriebsvorrichtung. Somit kann ein leistungsfähiges und kompaktes Hybridmodul gebildet werden. Im eingebauten Zustand befindet sich das Hybridmodul axial zwischen dem Verbrennungsmotor und dem mehrstufigen Getriebe. Es verfügt insbesondere über ein eigenes Gehäuse. Insbesondere handelt es sich bei dem Hybridmodul um eine vormontierte separate Baueinheit, die im Bereich des Eingangs des Kraftfahrzeuggetriebes, auf dieses aufsetzbar ist. Somit kann aus einem konventionell angetriebenen Kraftfahrzeug ein Hybridfahrzeug gebildet werden.
  • Vorgeschlagen wird auch ein Kraftfahrzeug mit dem Verbrennungsmotor und mit dem mehrstufigen Kraftfahrzeuggetriebe und mit der vorgeschlagenen Antriebsvorrichtung. Die Antriebsvorrichtung kann hier in Form des vorgeschlagenen Hybridmoduls vorgesehen sein. Die erste Antriebswelle der Antriebsvorrichtung ist mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt. Diese Koppelung kann unmittelbar und permanent oder mittelbar über eine Trennkupplung ausgestaltet sein. Die Trennkupplung kann als Anfahrkupplung dienen. Zudem kann zwischen erster Antriebswelle und Verbrennungsmotor ein Rotationsdämpfer zur Dämpfung von Drehungleichförmigkeiten des Verbrennungsmotors vorgesehen sein. Die zweite Antriebswelle ist mit dem mehrstufigen Kraftfahrzeuggetriebe gekoppelt, insbesondere besteht eine unmittelbare permanente Verbindung zum Eingang des Kraftfahrzeuggetriebes.
  • Vorgeschlagen wird außerdem ein Steuergerät zur Betätigung einer Antriebsvorrichtung zum zumindest zeitweisen elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs. Hierbei handelt es sich insbesondere um die vorgeschlagene Antriebsvorrichtung. Die Erläuterungen zu der vorgeschlagenen Antriebsvorrichtung und ihren Bestandteilen gelten daher auch für die im Zusammenhang mit dem Steuergerät genannte Antriebsvorrichtung.
  • Die Antriebsvorrichtung, für die das vorgeschlagene Steuergerät dient, weist eine erste Antriebswelle auf, zur Kopplung der Antriebsvorrichtung mit einem Verbrennungsmotor, der zumindest zeitweise zum Antrieb des Kraftfahrzeugs nutzbar ist. Und sie weist eine zweite Antriebswelle auf, zur Koppelung der Antriebsvorrichtung mit einem mehrstufigen Getriebe. Und sie weist eine E-Maschine mit einem Rotor auf, die zumindest zeitweise zum Antrieb des Kraftfahrzeugs nutzbar ist. Die Antriebsvorrichtung weist außerdem ein Planetengetriebe mit den Elementen Hohlrad und Sonnenrad und Steg auf, sowie eine erste Kupplung und eine zweite Kupplung und eine Bremse. Die erste Kupplung ist hierbei formschlüssig wirkend. Vorzugsweise sind zusätzlich auch die zweite Kupplung und die Bremse formschlüssig wirkend. Ein Erstes der Elemente des Planetengetriebes ist permanent drehfest mit dem Rotor der E-Maschine verbunden. Ein Zweites der Elemente des Planetengetriebes ist permanent drehfest mit der zweiten Antriebswelle verbunden. Die zweite Kupplung verbindet im geschlossenen Zustand die erste Antriebswelle drehfest mit einem Dritten der Elemente des Planetengetriebes. Die Bremse verbindet im geschlossenen Zustand das Dritte der Elemente des Planetengetriebes drehfest mit einem Gehäuse der Antriebsvorrichtung. Die erste Kupplung verbindet im geschlossenen Zustand die erste Antriebswelle drehfest mit der zweiten Antriebswelle.
  • Das Steuergerät ist dazu ausgeführt, um die die beiden Kupplungen und die Bremse zu betätigen. Das Steuergerät kann somit jeweils die Kupplungen und die Bremse gezielt öffnen und schließen. Ebenso ist das Steuergerät dazu ausgeführt, um die E-Maschine zu betätigen. Somit ist das Steuergerät in der Lage, durch die E-Maschine ein Antriebsdrehmoment bereitzustellen. Mit anderen Worten steuert das Steuergerät die Kupplungen, die Bremse und die E-Maschine an.
  • Es kann vorkommen, dass die erste Kupplung im geschlossenen Zustand und unter Vorspannung (einer Last) zum Stillstand kommt. Die erste und zweite Antriebswelle drehen sich in diesem Zustand also nicht mehr. Die beiden formschlüssigen Kupplungshälften der ersten Kupplung sind dann gegeneinander verspannt, wodurch ein Öffnen dieser Kupplung durch die zugehörige Aktorik nicht möglich ist. Dieser Zustand kann insbesondere dann vorkommen, wenn der Verbrennungsmotor bei geschlossener erster Kupplung ungewollt zum Stillstand kommt, beispielsweise durch ein Abwürgen.
  • Das vorgeschlagene Steuergerät ist nun in der Lage und auch gezielt dazu ausgeführt, in einem solchen Fall die erste Kupplung unter Hilfe einer gezielten Betätigung der E-Maschine und der zweiten Kupplung zu öffnen. Zu diesem Zweck ist das Steuergerät dazu ausgebildet, um
    • - in einem ersten Schritt (a): die zweite Kupplung zu schließen (sofern diese vorher geöffnet war) oder im geschlossenen Zustand zu halten (sofern diese bereits geschlossen war), und dann
    • - in einem zweiten Schritt (b): ein Antriebsdrehmoment mittels der E-Maschine aufzubringen, sodass die erste Kupplung von der Vorspannung vollständig oder zumindest zum Öffnen ausreichend entlastet wird, und dann
    • - in einem dritten Schritt (c): die erste Kupplung zu öffnen.
  • Im Schritt (a) wird insbesondere auch die Bremse geöffnet oder im offenen Zustand gehalten. Insbesondere wird vor oder beim Schließen der zweiten Kupplung im Schritt (a) die E-Maschine drehmomentfrei gestellt, sodass beim Schließen der zweiten Kupplung kein Drehmoment von der E-Maschine erzeugt wird. Das Öffnen der ersten Kupplung (Schritt c) erfolgt insbesondere im entlasteten Zustand (Schritt b).
  • Auf diese Weise wird bei geschlossener zweiter Kupplung mittels des von der E-Maschine aufgebrachten Antriebsdrehmomentes die an der ersten Kupplung anliegende Vorspannung abgestützt und dann die erste Kupplung geöffnet. Das Steuergerät verfügt zu diesem Zweck über spezielle Mittel, wie insbesondere Eingänge und Ausgänge und Berechnungsmittel, um den Zustand der ersten Kupplung zu ermitteln oder abzuschätzen und um die Schritte (a), (b) und (c) durchzuführen. Dadurch ist die Antriebsvorrichtung jederzeit in einen Zustand überführbar, von dem aus der Verbrennungsmotor erneut gestartet werden kann.
  • Im Folgenden wir die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert, aus welchen weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung entnehmbar sind. Hierbei zeigen jeweils in schematischer Darstellung:
    • 1, eine erste Variante einer Antriebsvorrichtung zum elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs
    • 2, die Antriebsvorrichtung aus 1 an einem beispielhaften Getriebe,
    • 3, eine zweite Variante einer Antriebsvorrichtung zum elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs,
    • 4, eine dritte Variante einer Antriebsvorrichtung zum elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs.
  • In den Figuren sind gleiche oder zumindest funktionsgleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Übersicht halber sind jeweils nur die oberen Hälften der Antriebsvorrichtungen 1 gezeigt. Die untere Hälfte kann gespiegelt hierzu ausgeführt sein.
  • 1 zeigt eine in einem Fahrzeugantriebstang angeordnete Antriebsvorrichtung 1 zum elektrischen Antrieb/Vortrieb eines nicht näher gezeigten Kraftfahrzeugs, wie insbesondere eines Nutzfahrzeugs. Die Antriebsvorrichtung 1 ist eingangsseitig über eine einzige erste Antriebswelle 2 mit einem Verbrennungsmotor 3 verbunden, beispielsweise mit einer Kurbelwelle. Die erste Antriebswelle 2 bildet eine Eingangswelle der Antriebsvorrichtung 1. Antriebstechnisch zwischen Antriebsvorrichtung 1 und Verbrennungsmotor 3 kann optional eine Trennkupplung und/oder ein Rotationsdämpfer angeordnet sein. Die Antriebsvorrichtung 1 ist abtriebsseitig über eine einzige zweite Antriebswelle 4 mit einem mehrstufigen Kraftfahrzeuggetriebe 5 verbunden, beispielsweise mit einer Getriebeeingangswelle. Die zweite Antriebswelle 4 bildet eine Ausgangswelle der Antriebsvorrichtung 1.
  • Mit dem Ausgang des Getriebes 5 sind Antriebsräder (nicht gezeigt) des Fahrzeugs verbunden, sodass das Fahrzeug von dem Verbrennungsmotor 3 und/oder der Antriebsvorrichtung 1 antreibbar ist. Das Getriebe 5 verfügt über mehrere wahlweise einlegbare Übersetzungen, also insbesondere verschiedene diskrete Gänge. Das Getriebe 5 kann beispielsweise als manuelles Schaltgetriebe, als automatisiertes Schaltgetriebe, als Automatikgetriebe oder als stufenloses Getriebe (CVT-Getriebe) ausgeführt sein. In 2 ist eine bevorzugte Ausgestaltung des Getriebes 5 in Vorgelegebauweise gezeigt.
  • Die Antriebsvorrichtung 1 verfügt über eine E-Maschine 6. Die E-Maschine 6 verfügt über einen drehbaren Rotor 6A und einen gehäusefesten Stator 6B. Das nicht näher gezeigte Gehäuse 7 der Antriebsvorrichtung 1, an dem der Stator 6B befestigt ist, umgibt die wesentlichen Bestandteile der Antriebsvorrichtung 1 und schirmt diese gegen äußere Umweltbedingungen ab. Ebenso wird damit ein ungewollter Austritt von Schmiermittel aus der Antriebsvorrichtung 1 verhindert. Das Gehäuse 7 ist insbesondere so ausgebildet, dass die Antriebsvorrichtung 1 ein separates Hybridmodul bildet, das zur eingangsseitigen Anordnung an das Getriebe 5 ausgebildet ist.
  • Die E-Maschine 6 kann motorisch betrieben werden, um ein Antriebsdrehmoment bereitzustellen. Die E-Maschine 6 kann auch generatorisch betrieben werden, um ein Bremsmoment bereitzustellen und/oder um zu rekuperieren. Somit kann das von der E-Maschine 6 bereitgestellte Drehmoment dem Verbrennungsmotor 3 entgegenwirken oder diesen unterstützen.
  • Die Antriebsvorrichtung 1 verfügt auch über ein einstufiges Planetengetriebe 8. Das Planetengetriebe 8 verfügt im Wesentlichen über die Elemente Hohlrad 8A, Sonnenrad 8B, Steg 8C und Planetenräder 8D. Die Planetenräder 8D sind auf dem Steg 8C drehbar gelagert und kämmen einerseits mit dem Hohlrad 8A und andererseits mit dem Sonnenrad 8B. Ein Erstes der Elemente 8A, 8B, 8C des Planetengetriebes 8 ist permanent und drehfest mit dem Rotor 6A verbunden. In der Variante gemäß 1 bildet das Sonnenrad 8B dieses erste Element. Ein Zweites der Elemente 8A, 8B, 8C des Planetengetriebes 8 ist permanent und drehfest mit der zweiten Antriebswelle 4 verbunden. In der Variante gemäß 1 bildet der Steg 8C dieses zweite Element.
  • Darüber hinaus verfügt die Antriebsvorrichtung 1 über eine schaltbare erste Kupplung K und eine schaltbare Bremse J und eine schaltbare zweite Kupplung I als Schaltelemente. Diese Schaltelemente I, J, K sind formschlüssig wirkend ausgebildet. Wie in 1 gezeigt, sind die zweite Kupplung I und die Bremse J vorzugsweise als Doppelschaltelement mit drei Schaltstellungen ausgebildet. Beispielsweise ist eine gemeinsame Schaltmuffe mit genau den folgenden drei Schaltstellungen vorgesehen:
    1. 1. Schaltstellung: zweite Kupplung I geschlossen und Bremse J geöffnet;
    2. 2. Schaltstellung: zweite Kupplung I geöffnet und Bremse J geschlossen;
    3. 3. Schaltstellung: zweite Kupplung I geöffnet und Bremse J geöffnet.
  • Die zweite Kupplung I und die Bremse J können somit stets gemeinsam und zueinander alternierend betätigt werden. Vorzugsweise werden die Kupplungen I, K und die Bremse J durch eine Aktorik der Antriebsvorrichtung 1 automatisch betätigt.
  • Die erste Kupplung K verbindet in ihrem geschlossenen Zustand die erste Antriebswelle 2 drehfest mit der zweiten Antriebswelle 4. Die zweite Kupplung I verbindet in ihrem geschlossenen Zustand die erste Antriebswelle 2 drehfest mit einem Dritten der Elemente 8A, 8B, 8C des Planetengetriebes 8. In der Variante gemäß 1 bildet das Hohlrad 8A dieses dritte Element. Die Bremse J verbindet in ihrem geschlossenen Zustand dieses dritte Element, also in 1 das Hohlrad 8A, drehfest mit dem Gehäuse 7. Somit ist das Hohlrad 8A bei geschlossener Bremse J festgesetzt.
  • Wie aus 1 ersichtlich ist, ist die erste Kupplung K radial innenliegend zur zweiten Kupplung I und zur Bremse J angeordnet. Somit ergibt sich ein verringerter Bauraum. Die erste Kupplung K kann beispielsweise im Inneren des an dieser Stelle hohlwellenförmigen Steges 8C oder der Antriebswelle 4 angeordnet sein. Die Betätigung der ersten Kupplung K kann beispielsweise pneumatisch oder hydraulisch erfolgen. Der hierzu notwendige Druck kann durch eine Bohrung in der ersten oder zweiten Antriebswelle 2, 4 zur Kupplung K geführt werden.
  • Ebenso ist es möglich, die Kupplung K mittels eines mechanischen Durchgriffes im Steg 8C oder in der Antriebswelle 4 zu betätigen. Beispielsweise ist eine auf dem Steg 8C oder der Antriebswelle 4 angeordnete und axial bewegliche Schaltmuffe der Kupplung K durch Längsöffnungen im Steg 8C oder der Antriebswelle 4 mit den übrigen Teilen der Kupplung K, die sich radial innerhalb des Stegs 8C oder der Antriebswelle 4 befinden, gekoppelt, sodass die Kupplung K durch eine axiale Bewegung der Schaltmuffe wahlweise geöffnet und geschlossen werden kann. Dies ist möglich, da die Antriebswelle 4 und der Steg 8C stets dieselbe Drehzahl aufweisen und es somit durch den Durchgriff zu keiner Blockade kommt. Ein mechanischer Durchgriff von einer Schaltmuffe der Kupplung K auf die übrigen Kupplungsteile im Inneren der Antriebswelle 4 oder des Stegs 8C ist in 1 durch eine gestrichelte Linie angedeutet. Die Schaltmuffe ist mittels einer geeignet ausgeführten Aktorik der Kupplung K axial bewegbar.
  • Wie ebenfalls aus 1 ersichtlich ist, ist die erste Kupplung K abtriebsseitig der Antriebsvorrichtung 1 angeordnet. Mit anderen Worten befindet sich die Kupplung K axial zwischen der Ebene des Planetengetriebes 8 und dem Getriebe 5. Somit kann die Kupplung K einfach radial innerhalb des Rotors 6A angeordnet werden und dadurch Bauraum eingespart werden.
  • Die zweite Kupplung I und die Bremse J sind in 1 eingangsseitig der Antriebsvorrichtung 1 angeordnet. Sie befinden sich demnach axial zwischen der Ebene des Planetengetriebes 8 und dem Verbrennungsmotor 3.
  • Die Antriebsvorrichtung 1 verfügt auch über ein Steuergerät 9. Das Steuergerät 9 dient zur Betätigung der Schaltelemente I, J, K sowie der E-Maschine 6. Somit ist das Steuergerät 9 in der Lage, die Schaltelemente I, J, K jeweils wahlweise zu öffnen und zu schließen und die E-Maschine 6 zur Bereitstellung eines Drehmoments zu betreiben. Entsprechende Befehle des Steuergeräts 9 werden durch eine Aktorik für die Schaltelemente I, J, K und durch eine elektrische Leistungselektronik für die E-Maschine 6, wie insbesondere ein Wechselrichter, umgesetzt.
  • Durch Schalten der Schaltelemente I, J, K ist die Antriebsvorrichtung 1 in unterschiedlichen Betriebsmodi betreibbar, die im Folgenden erläutert werden.
  • Wenn die zweite Kupplung I geschlossen ist und die Bremse J offen ist befindet sich die Antriebsvorrichtung in einem EDA-Modus. Wenn dann gleichzeitig die erste Kupplung K offen ist, dann dient das Planetengetriebe 8 als Überlagerungsgetriebe. Somit kann ein vom Verbrennungsmotor 3 bereitgestelltes Antriebsdrehmoment mit einem von der E-Maschine 6 bereitgestellten Drehmomente überlagert werden. An der zweiten Antriebswelle 4 liegt somit ein entsprechend überlagertes Antriebsdrehmoment an. Auf diese Weise kann verschleißfrei hydridisch angefahren werden, und zwar wahlweise vorwärts und rückwärts, je nach gewählter Anfahrübersetzung im Getriebe 5.
  • Wenn die zweite Kupplung I geschlossen ist und die Bremse J offen ist und die erste Kupplung K geschlossen ist, dann ist das Planetengetriebe 8 verblockt. Somit hat der Rotor 6A der E-Maschine 6 stets dieselbe Drehzahl wie der Verbrennungsmotor 3. Es ist dann möglich, sowohl mit dem Verbrennungsmotor 3, als auch der E-Maschine 6 ein Antriebsdrehmoment bereitzustellen. Es ist dann auch möglich, mit dem Verbrennungsmotor 3 ein Antriebsdrehmoment bereitzustellen und mit der E-Maschine 6 bei Verbrennungsmotordrehzahl zu rekuperieren.
  • Wenn die die zweite Kupplung I offen ist und die Bremse J geschlossen ist befindet sich die Antriebsvorrichtung in einem ISG-Modus. Dann dient das Planetengetriebe 8 als Festübersetzung für die E-Maschine 6. Bei gleichzeitig geöffneter erster Kupplung K kann dann ein übersetztes Drehmoment der E-Maschine 6 an die zweite Antriebswelle 4 angelegt werden. Auf diese Weise kann rein elektrisch gefahren werden, ohne dass Schleppverluste durch den Verbrennungsmotor 3 auftreten. Außerdem kann ohne Schleppverluste des Verbrennungsmotors 3 unter einer erhöhten Drehzahl mit der E-Maschine 6 rekuperiert werden, beispielsweise wenn das Fahrzeug abgebremst werden soll. Bei gleichzeitig geschlossener erster Kupplung K kann das übersetzte Drehmoment der E-Maschine 6 mit dem nicht-übersetzten Antriebsdrehmoment des Verbrennungsmotors 3 gemeinsam an die zweite Antriebswelle 4 angelegt werden. Der Rotor der E-Maschine 6 weist hierbei durch das Planetengetriebe 8 stets eine im Vergleich zum Verbrennungsmotor 3 erhöhte Drehzahl auf. Somit kann die E-Maschine 6 auch bei niedrigen Drehzahlen des Verbrennungsmotors 3 in einem optimalen Drehzahlbereich betrieben werden. Der Wirkungsgrad der E-Maschine 6 kann somit sowohl im motorischen, als auch im generatorischen Betrieb (Rekuperation) verbessert sein.
  • Wenn die zweite Kupplung I offen ist und die Bremse J offen ist, dann ist ein Element (in 1 das Hohlrad 6A) des Planetengetriebes 8 frei drehend, wodurch darüber keine Drehmomentübertragung erfolgen kann. Die E-Maschine 6 ist somit antriebstechnisch von der zweiten Antriebswelle 4 abgekoppelt. Bei geschlossener erster Kupplung K kann dann nur der Verbrennungsmotor 3 als Antrieb dienen. Bei geöffneter erster Kupplung K ist auch der Verbrennungsmotor 3 von der zweiten Antriebswelle 4 abgekoppelt. Diese Schaltstellung kann insbesondere für einen antriebslosen Segelbetrieb des Fahrzeugs von Vorteil sein, um störende Schleppverluste in der E-Maschine 6 und im Verbrennungsmotor 3 zu minimieren. Dieses Abkoppeln der E-Maschine 6 kann auch dann eingesetzt, wenn relativ hohe Drehzahlen am Verbrennungsmotor 3 anliegen oder in absehbarer Zukunft anliegen könnten, wie insbesondere bei dem Motorbremsbetrieb. Somit kann die E-Maschine 6 gegen unzulässig hohe Drehzahlen geschützt werden.
  • Zum Umschalten zwischen den Schaltelementen I, J können diese jeweils durch eine entsprechende Drehzahlführung der E-Maschine 6 synchronisiert werden, insbesondere durch eine Drehzahlregelung der E-Maschine 6. Somit kann auf eine mechanische Synchronisationseinrichtung bei den Schaltelementen I, J, wie beispielsweise Synchronringe, verzichtet werden.
  • 2 zeigt die Antriebsvorrichtung 1 aus 1 in Kombination mit einem bevorzugten mehrstufigen Kraftfahrzeuggetriebe 5. Die Antriebsvorrichtung 1 ist auch hier eingangsseitig des Getriebes 5 angeordnet. Das Getriebe 5 selbst ist an sich bereits bekannt, weshalb an dieser Stelle lediglich auf seine wesentlichen Bestandteile eingegangen wird. Es handelt sich um ein 12-gängiges Getriebe in Vorgelegebauweise mit einer Vorschaltgruppe 5A und einem Hauptgetriebe 5B und einer Bereichsgruppe 5C in Planetenbauweise für den Einsatz in schweren Nutzfahrzeugen. Ein Nutzfahrzeug ist in diesem Zusammenhang ein Lastkraftwagen oder ein Kraftomnibus.
  • Dargestellt ist auch in 2 nur eine Hälfte des Getriebes 5 und der Antriebsvorrichtung 1. Die andere Hälfte kann spiegelbildlich hierzu ausgeführt sein. In diesem Fall umfasst das Getriebe 5 zwei Vorgelegewellen 5D. Alternativ dazu kann das Getriebe 5 auch nur über die in 2 gezeigte eine (einzige) Vorgelegewelle 5D verfügen.
  • Die zweite Antriebswelle 4 der Antriebsvorrichtung 1 dient in 2 gleichzeitig als Getriebeeingangswelle. Optional kann die Antriebswelle 4 an eine separate Getriebeeingangswelle des Getriebes 5 angeflanscht sein.
  • Das Getriebe 5 verfügt über insgesamt 8 als Kupplungen ausgeführte Getriebeschaltelemente A, B, C, D, E, F, H, L. Die Kupplungen C, D, E, F sind insbesondere als unsynchronisierte Klauenschaltelemente ausgeführt. Die Kupplungen A, B, L, H sind insbesondere entweder als synchronisierte formschlüssige Schaltelemente oder als unsynchronisierte Klauenschaltelemente ausgeführt. Vorzugsweise werden die Kupplungen A, B, C, D, E, F, H, L durch eine Aktorik des Getriebes 5 automatisch betätigt.
  • Die als Doppelschaltelement ausgeführten Kupplungen A, B sind der Vorschaltgruppe 5A zugeordnet, wobei die Kupplung B auch zum Einlegen des 3. Ganges des Hauptgetriebes 5B genutzt wird. Die jeweils als Doppelschaltelement ausgeführten Kupplungen C, D sowie E, F sind dem Hauptgetriebe 5B zugeordnet. Die als Doppelschaltelement ausgeführten Kupplungen H, L sind der Bereichsgruppe 5C zugeordnet.
  • Auf der Getriebeeingangswelle / zweiten Antriebswelle 4 und der Hauptwelle 5E sind die Losräder für die Radebenen KL (Antriebskonstante „Low“), KH (Antriebskonstante „High“) / 3. Gang, 2. Gang, 1. Gang, R (Rückwärtsgang) angeordnet. Auf der Vorgelegewelle 5D sind die mit den einzelnen Losrädern kämmenden Festräder angeordnet. Die Radebenen KL , KH / 3. Gang, 2. Gang, 1. Gang, R (Rückwärtsgang) werden somit jeweils durch eine Zahnradübersetzung aus Stirnradpaaren ausgebildet. Die Bereichsgruppe 5C wird durch ein einstufiges Planetengetriebe ausgebildet. Die Zahnradübersetzungen der Radebenen KL , KH / 3. Gang, 2. Gang, 1. Gang, R (Rückwärtsgang) führen jeweils ein darüber eingebrachtes Drehmoment auf die Vorgelegewelle 5D des Getriebes 5. Somit erfolgt eine Drehmomentübertragung zwischen dem Eingang und Ausgang des Getriebes 5 über die Vorgelegewelle 5D.
  • Das Getriebe 5 weist ein separates Getriebegehäuse 5F auf, das die wesentlichen Elemente des Getriebes 5 umgibt und gegen Umweltbedingungen abschirmt. Ebenso wird damit ein ungewollter Austritt von Schmiermittel des Getriebes 5 verhindert. Das Getriebegehäuse 5F ist insbesondere separat zum Gehäuse 7 der Antriebsvorrichtung. Die Gehäuse 5F, 7 verfügen insbesondere über komplementäre Befestigungsflächen, sodass die Antriebsvorrichtung 1 am Getriebegehäuse 5F befestigt und daran aufgehängt werden kann, beispielsweise Flansche.
  • 3 zeigt eine zweite Variante einer Antriebsvorrichtung 1 zum elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs. Diese zweite Variante unterscheidet sich von der in 1 und 2 gezeigten ersten Variante lediglich dadurch, dass die erste Kupplung K nun eingangsseitig der Antriebsvorrichtung 1 angeordnet ist. Vorzugsweise ist die erste Kupplung K eingangsseitig vor der zweiten Kupplung I und der Bremse J angeordnet, also zwischen der zweiten Kupplung I und dem Verbrennungsmotor 3. Die erste Kupplung K kann beispielsweise analog zur ersten Kupplung K in 1 und 2 durch eine auf der ersten Antriebswelle 2 axial beweglich angeordnete Schaltmuffe betätigt werden.
  • 4 zeigt eine dritte Variante einer Antriebsvorrichtung 1 zum elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs. Diese dritte Variante unterscheidet sich von der in 3 gezeigten zweiten Variante lediglich durch eine vertauschte Anbindung der Elemente 8A, 8B des Planetengetriebes 8. Somit ist bei dieser dritten Variante der Rotor 6A der E-Maschine 6 mit dem Hohlrad 8A permanent drehfest verbunden und der Steg 8C analog zur ersten Variante permanent drehfest mit der zweiten Antriebswelle 4 verbunden. Das Sonnenrad 8B ist wahlweise mittels der zweiten Kupplung I mit der ersten Antriebswelle 2 verbindbar und mittels der Bremse J mit dem Gehäuse 7 verbindbar. Bei dieser dritten Variante bildet das Hohlrad 8A also das erste Element des Planetengetriebes 8 und der Steg 8C das zweite Element des Planetengetriebes 8 und das Sonnenrad 8B das dritte Element des Planetengetriebes 8.
  • Im Übrigen stimmen die zweite Variante (3) und die dritte Variante (4) mit der ersten Variante (1, 2) überein. Somit gelten die Erläuterungen zur ersten Variante, bis auf die genannten Abweichungen, auch für die zweite und dritte Variante. Die in 3 und 4 jeweils gezeigte Antriebsvorrichtung 1 ist demnach auch mit dem in 2 gezeigten Getriebe 5 kombinierbar.
  • Bei den in den 1 bis 4 gezeigten Antriebsvorrichtungen 1 kann es beim starken Abbremsen des Fahrzeugs mit der Betriebsbremse vorkommen, dass es nicht möglich ist, den Kraftfluss im Getriebe 5 und in der Antriebsvorrichtung 1 zu trennen bevor die Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors 3 unterschritten wird. Dies ist darauf zurückzuführen, dass das Öffnen von formschlüssigen Schaltelementen nur im lastfreien Zustand problemlos möglich ist. Beim fahrzeugseitigen Abbremsen der rotierenden trägen Massen des Verbrennungsmotors 3 bleiben daher die im Kraftfluss befindlichen formschlüssigen Schaltelemente A, B, C, D, E, F, H, K, L der Antriebsvorrichtung 1 und des Getriebes 5 unter Last und können nicht ohne weiteres geöffnet werden. Bei weiterem Abbremsen bis zum Stillstand, wird der Verbrennungsmotor 3 unerwünscht abgestellt (insbesondere „abgewürgt“), wodurch die Antriebswellen 2, 4 der Antriebsvorrichtung 1 bei eingelegter erster Kupplung K unter Vorspannung zum Stillstand kommen können.
  • Dies kann vor allem dann auftreten, wenn im Getriebe 5 nur formschlüssige Schaltelemente A, B, C, D, E, F, H, L vorhanden sind oder wenn zumindest in der beim Abbremsen eingelegten Übersetzungsstufe des Getriebes 5 nur formschlüssige Schaltelemente A, B, C, D, E, F, H, L im Kraftfluss sind.
  • Sofern zwischen Verbrennungsmotor 3 und Antriebsvorrichtung 1 eine reibschlüssige Trennkupplung vorhanden ist, kann die Vorspannung an der ersten Kupplung K durch Öffnen dieser Trennkupplung abgebaut werden, woraufhin die Kupplung K einfach geöffnet werden kann.
  • Wenn diese Vorgehensweise jedoch nicht erwünscht ist oder wegen einer nichtvorhandenen Trennkupplung nicht möglich ist, gibt es die im Folgenden vorgestellte Möglichkeit, um die Vorspannung an der ersten Kupplung K gefahrlos abzubauen und diese zu öffnen. Diese Vorgehensweise ist unabhängig von der vorherigen Schaltstellung der zweiten Kupplung I und der Bremse J.
  • Zum Öffnen der vorgespannten Kupplung K wird in einem ersten Schritt (a) die zweite Kupplung I geschlossen, sofern diese vorher offen war, oder sie wird im geschlossenen Zustand gehalten, sofern diese vorher bereits geschlossen war. Die Bremse J wird hierbei entsprechend geöffnet oder offengehalten. Dies ist auf jeden Fall möglich, weil die Schaltelemente I und J immer entlastet sind, wenn die E-Maschine 6 drehmomentfrei geschaltet ist, wenn sie also kein Antriebsdrehmoment erzeugt. Daher können die Schaltelemente I und J selbst bei verspanntem Antriebsstrang betätigt werden. Nachdem die zweite Kupplung I geschlossen ist, wird in einem anschließenden Schritt (b) bei weiterhin geschlossener Kupplung I von der E-Maschine 6 ein Antriebsdrehmoment aufgebracht, sodass die erste Kupplung K von ihrer Vorspannung vollständig oder zumindest ausreichend weit entlastet wird. Dies ist möglich, weil hierbei der abgestellte Verbrennungsmotor 3 durch die E-Maschine 6 über die Antriebswelle 2 gegenüber der Antriebswelle 4 verdreht werden kann. Während die Kupplung K auf diese Weise vollständig oder ausreichend lastfrei ist, wird sie in einem Schritt (c) schließlich geöffnet. Somit ist die Verspannung des Antriebsstrangs aufgehoben.
  • Dieser Vorgang wird von dem Steuergerät 9 durch eine entsprechende Betätigung der Schaltelemente I, J, K sowie der E-Maschine 6 kontrolliert. Das Steuergerät 9 gibt demnach nach dem Erkennen des geschlossenen und vorgespannten Zustands der Kupplung K oder automatisch nach einem ungewollten Stoppen des Verbrennungsmotors 3 bei geschlossener Kupplung K entsprechende Befehle an eine Aktorik der Schaltelemente I, J, K und eine Leistungselektronik der E-Maschine 6 aus, um diese entsprechend zu betätigen. Das Steuergerät 9 ist also spezifisch dazu ausgebildet, um die Durchführung der Schritte (a), (b) und (c) zu bewirken. Gegebenenfalls kann das Steuergerät 9 weitere Funktionen erfüllen.
  • Nachdem die Antriebswellen 2, 4 auf diese Weise voneinander drehbar entkoppelt wurden, kann der Verbrennungsmotor 3 erneut gestartet werden. Das Kraftfahrzeug kann sodann mittels des Verbrennungsmotors 3 und/oder der E-Maschine 6 anfahren.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Antriebsvorrichtung
    2
    erste Antriebswelle, Eingangswelle der Antriebsvorrichtung
    3
    Verbrennungsmotor
    4
    zweite Antriebswelle, Ausgangswelle der Antriebsvorrichtung
    5
    mehrstufiges Kraftfahrzeuggetriebe
    5A
    Vorschaltgruppe des Getriebes
    5B
    Hauptgetriebe des Getriebes
    5C
    Bereichsgruppe des Getriebes
    5D
    Vorgelegewelle des Getriebes
    5E
    Hauptwelle des Getriebes
    5F
    Gehäuse des Getriebes
    6
    E-Maschine der Antriebsvorrichtung
    6A
    Rotor der E-Maschine
    6B
    Stator der E-Maschine
    7
    Gehäuse der Antriebsvorrichtung
    8
    Planetengetriebe der Antriebsvorrichtung
    8A
    Hohlrad des Planetengetriebes
    8B
    Sonnenrad des Planetengetriebes
    8C
    Steg des Planetengetriebes
    8D
    Planetenrad des Planetengetriebes
    9
    Steuergerät der Antriebsvorrichtung
    KL
    Radebene der Antriebskonstante „Low“
    KH
    Radebene der Antriebskonstante „High“
    3.
    Radebene des 3. Ganges
    2.
    Radebene des 2. Ganges
    1.
    Radebene des 1. Ganges
    R
    Radebene des Rückwärtsganges
    A, B, C, D, E, F, H, L
    Kupplung / Schaltelement des Getriebes
    I, K
    Kupplung / Schaltelement der Antriebsvorrichtung
    J
    Bremse, Schaltelement der Antriebsvorrichtung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102010063311 A1 [0002, 0003]
    • DE 102018203819 A1 [0004]

Claims (9)

  1. Antriebsvorrichtung (1) zum elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs, aufweisend eine erste Antriebswelle (2) zur Kopplung der Antriebsvorrichtung (1) mit einem Verbrennungsmotor (3), und eine zweite Antriebswelle (4) zur Koppelung der Antriebsvorrichtung (1) mit einem mehrstufigen Getriebe (5), und eine E-Maschine (6) mit einem Rotor (6A), die E-Maschine (6) ist zumindest zeitweise zum Antrieb des Kraftfahrzeugs nutzbar, und ein Planetengetriebe (8) mit den Elementen Hohlrad (8A) und Sonnenrad (8B) und Steg (8C), und eine erste Kupplung (K), und eine zweite Kupplung (I), und eine Bremse (J), wobei die erste Antriebswelle (2) ist über die erste Kupplung (K) mit der zweiten Antriebswelle (4) drehfest verbindbar, und ein Erstes (8B; 8A) der Elemente (8A, 8B, 8C) des Planetengetriebes (8) ist mit dem Rotor (6A) der E-Maschine (6) permanent drehfest verbunden, und ein Zweites (8C) der Elemente (8A, 8B, 8C) des Planetengetriebes (8) ist mit der zweiten Antriebswelle (4) permanent drehfest verbunden, undein Drittes (8A; 8B) der Elemente (8A, 8B, 8C) des Planetengetriebes (8) ist über die zweite Kupplung (I) mit der ersten Antriebswelle (2) drehfest verbindbar, und das Dritte (8A; 8B) der Elemente (8A, 8B, 8C) des Planetengetriebes (8) ist über die Bremse (J) mit einem Gehäuse (7) der Antriebsvorrichtung (1) drehfest verbindbar, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kupplung (K) radial innenliegend zur zweiten Kupplung (I) angeordnet ist, und/oder die erste Kupplung (K) abtriebsseitig der Antriebsvorrichtung (1) angeordnet ist.
  2. Antriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die erste Kupplung (K) und die zweite Kupplung (I) und die Bremse (J) formschlüssig wirkend ausgeführt sind.
  3. Antriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Kupplung (I) und die Bremse (J) als gemeinsames Schaltelement mit drei Schaltstellungen ausgebildet sind.
  4. Antriebsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Kupplung (I) und die Bremse (J) eingangsseitig der Antriebsvorrichtung (1) angeordnet sind.
  5. Antriebsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sonnenrad (8B) das erste der Elemente des Planetengetriebes (8) bildet und mit dem Rotor (6) der E-Maschine (6) permanent drehfest verbunden ist, und der Steg (8C) das zweite der Elemente des Planetengetriebes (8) bildet und mit der zweiten Antriebswelle (4) permanent drehfest verbunden ist, und das Hohlrad (8A) das Dritte der Elemente (8A, 8B, 8C) des Planetengetriebes (8) bildet und über die zweite Kupplung (I) mit der ersten Antriebswelle (2) drehfest verbindbar ist und über die Bremse (J) mit dem Gehäuse (7) der Antriebsvorrichtung (1) drehfest verbindbar ist.
  6. Antriebsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Hohlrad (8A) das erste der Elemente des Planetengetriebes (8) bildet und mit dem Rotor (6) der E-Maschine (6) permanent drehfest verbunden ist, und der Steg (8C) das zweite der Elemente des Planetengetriebes (8) bildet und mit der zweiten Antriebswelle (4) permanent drehfest verbunden ist, und das Sonnenrad (8B) das Dritte der Elemente (8A, 8B, 8C) des Planetengetriebes (8) bildet und über die zweite Kupplung (I) mit der ersten Antriebswelle (2) drehfest verbindbar ist und über die Bremse (J) mit dem Gehäuse (7) der Antriebsvorrichtung (1) drehfest verbindbar ist.
  7. Hybridmodul zum elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs, das Hybridmodul ist zur eingangsseitigen Anordnung an ein mehrstufiges Kraftfahrzeuggetriebe (5) ausgebildet, dadurch gekennzeichnet, dass das Hybridmodul über eine Antriebsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche verfügt.
  8. Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (3) und einem mehrstufigen Kraftfahrzeuggetriebe (5) und einer Antriebsvorrichtung (1), die Antriebsvorrichtung (1) verfügt über eine erste Antriebswelle (2), die mit dem Verbrennungsmotor (3) gekoppelt ist, und die Antriebsvorrichtung (1) verfügt über eine zweite Antriebswelle (4), die mit dem Kraftfahrzeuggetriebe (5) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgeführt ist.
  9. Steuergerät (9) zur Betätigung einer Antriebsvorrichtung (1) zum elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs, insbesondere zur Betätigung der Antriebsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Antriebsvorrichtung (1) ist aufweisend eine erste Antriebswelle (2), zur Kopplung der Antriebsvorrichtung (1) mit einem Verbrennungsmotor (3), und eine zweite Antriebswelle (4), zur Koppelung der Antriebsvorrichtung (1) mit einem mehrstufigen Getriebe (5), und eine E-Maschine (6) mit einem Rotor (6A), die E-Maschine (6) ist zumindest zeitweise zum Antrieb des Kraftfahrzeugs nutzbar und ist durch das Steuergerät (9) betätigbar, und ein Planetengetriebe (8) mit den Elementen Hohlrad (8A) und Sonnenrad (8B) und Steg (8C), und eine formschlüssig wirkende erste Kupplung (K), und eine zweite Kupplung (I), und eine Bremse (J), die erste Kupplung (I) und die zweite Kupplung (K) und die Bremse (J) sind durch das Steuergerät (9) betätigbar, und die erste Antriebswelle (2) ist über die erste Kupplung (K) mit der zweiten Antriebswelle (4) drehfest verbindbar, und ein Erstes (8B; 8A) der Elemente (8A, 8B, 8C) des Planetengetriebes (8) ist mit dem Rotor (6A) der E-Maschine (6) permanent drehfest verbunden, und ein Zweites (8C) der Elemente (8A, 8B, 8C) des Planetengetriebes (8) ist mit der zweiten Antriebswelle (4) permanent drehfest verbunden, und ein Drittes (8A; 8B) der Elemente (8A, 8B, 8C) des Planetengetriebes (8) ist über die zweite Kupplung (I) mit der ersten Antriebswelle (2) drehfest verbindbar, und das Dritte (8A; 8B) der Elemente (8A, 8B, 8C) des Planetengetriebes (8) ist über die Bremse (J) mit einem Gehäuse (7) der Antriebsvorrichtung (1) drehfest verbindbar, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (9) dazu ausgebildet ist, um bei stehender erster und zweiter Antriebswelle (2, 4) die erste Kupplung (K) bei einer Vorspannung der ersten Kupplung (K) zu öffnen, wozu das Steuergerät (9) dazu ausgebildet ist, (a) die zweite Kupplung (I) zu schließen oder im geschlossenen Zustand zu halten, und dann (b) ein Antriebsdrehmoment mittels der E-Maschine (6) aufzubringen, sodass die erste Kupplung (K) von der Vorspannung entlastet wird, und dann (c) die erste Kupplung (K) zu öffnen.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102010063311A1 (de) 2010-12-17 2012-06-21 Zf Friedrichshafen Ag Vorrichtung für einen Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs, Antriebsstrang und Verfahren zum Betreiben derselben
DE102018203819A1 (de) 2018-03-14 2019-09-19 Zf Friedrichshafen Ag Hybridmodul mit einem Modulgehäuse

Patent Citations (2)

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