DE112014005377T5 - Antriebssystem für ein Fahrzeug - Google Patents

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DE112014005377T5
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DE
Germany
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combustion engine
internal combustion
electric machine
drive system
vehicle
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DE112014005377.5T
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English (en)
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Johan Lindström
Mikael Bergquist
Niklas Pettersson
Mathias Björkman
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Scania CV AB
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Scania CV AB
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60K6/48—Parallel type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/02—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of driveline clutches
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/04—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units
    • B60W10/06—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units including control of combustion engines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/04—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units
    • B60W10/08—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units including control of electric propulsion units, e.g. motors or generators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W20/00—Control systems specially adapted for hybrid vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units
    • B60W30/18—Propelling the vehicle
    • B60W30/18009—Propelling the vehicle related to particular drive situations
    • B60W30/18027—Drive off, accelerating from standstill
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units
    • B60W30/18—Propelling the vehicle
    • B60W30/18009—Propelling the vehicle related to particular drive situations
    • B60W30/18072—Coasting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • F16H3/72—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously
    • F16H3/724—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously using external powered electric machines
    • F16H3/725—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously using external powered electric machines with means to change ratio in the mechanical gearing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • F16H3/72—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously
    • F16H3/727—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously with at least two dynamo electric machines for creating an electric power path inside the gearing, e.g. using generator and motor for a variable power torque path
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/42—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
    • B60K6/48—Parallel type
    • B60K2006/4825—Electric machine connected or connectable to gearbox input shaft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
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    • B60K6/50—Architecture of the driveline characterised by arrangement or kind of transmission units
    • B60K6/54—Transmission for changing ratio
    • B60K6/547—Transmission for changing ratio the transmission being a stepped gearing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2710/00—Output or target parameters relating to a particular sub-units
    • B60W2710/12—Differentials
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
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    • B60W30/18—Propelling the vehicle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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Abstract

Ein Antriebssystem für ein Fahrzeug umfasst eine zwischen einem Verbrennungsmotor (2) und einer Antriebswelle (3a) zu einem Getriebe angeordnete Elektromaschine (9). Der Läufer der Elektromaschine ist mit einer Komponente eines Planetengetriebes verbunden und die Antriebswelle des Getriebes ist mit einer anderen Komponente solch eines Planetengetriebes verbunden. Ein erstes Sperrmittel (31) kann zwischen einer gesperrten Stellung, in der sich die drei Komponenten des Planetengetriebes mit der gleichen Drehzahl drehen, und einer gelösten Stellung, in der sich die Komponenten mit verschiedenen Drehzahlen drehen können, bewegt werden. Ein zweites Sperrmittel (30) ist zwischen einer gesperrten Stellung, in der die Abtriebswelle (2a) des Verbrennungsmotors mit einer Komponente (10) im Planetengetriebe gesperrt ist, und einer gelösten Stellung, in der die Abtriebswelle des Verbrennungsmotors von solch einer Komponente abgekoppelt ist, bewegbar.

Description

  • Gebiet der Erfindung und Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des beigefügten Anspruchs 1.
  • Die Erfindung betrifft insbesondere, aber nicht ausschließlich, solch ein Antriebssystem in Kraftfahrzeugen in der Form von Nutzfahrzeugen auf Rädern, insbesondere Schwerlastfahrzeuge wie Lastwagen und Busse.
  • Die Erfindung betrifft somit ein Antriebssystem zum Antreiben eines Hybridfahrzeugs, das im Allgemeinen ein Fahrzeug ist, das von einem primären Motor, in diesem Fall einem Verbrennungsmotor, und einem sekundären Motor, in diesem Fall einer Elektromaschine bzw. einem Elektromotor, angetrieben werden kann. Das Fahrzeug ist passend mit einem Mittel zum Speichern von Energie wie einer Batterie oder einem Kondensator zum Speichern von elektrischer Energie und einer Steuerausrüstung zum Steuern des Fließens von elektrischer Energie zwischen dem Mittel und der Elektromaschine ausgestattet. Die Elektromaschine kann somit abwechselnd als eine Maschine oder als ein Generator je nach Betriebsart des Fahrzeugs betrieben werden. Wenn das Fahrzeug die Fahrt verlangsamt, erzeugt die Elektromaschine elektrische Energie, die gespeichert werden kann, und die gespeicherte elektrische Energie kann später beispielsweise für den Betrieb des Fahrzeugs verwendet werden.
  • Die Verwendung eines herkömmlichen Kupplungsmechanismus, der die Antriebswelle des Getriebes vom Verbrennungsmotor während eines Schaltvorgangs im Getriebe trennt, weist Nachteile wie das Erwärmen der Scheiben des Kupplungsmechanismus auf, die zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch und einem Verschleiß der Kupplungsscheiben führen. Es treten ebenfalls hohe Verluste in Folge auf, insbesondere wenn das Fahrzeug gestartet wird. Ein herkömmlicher Kupplungsmechanismus ist ebenfalls relativ schwer und teuer. Er nimmt auch relativ viel Platz im Fahrzeug ein. Es treten ferner Reibungsverluste bei der Verwendung eines hydraulischen Wandlers/Drehmomentwandlers auf, wie er üblicherweise in Automatikgetrieben zum Einsatz kommt. Dadurch, dass gewährleistet wird, dass das Fahrzeug über ein Antriebssystem verfügt, bei dem die Abtriebswelle des Verbrennungsmotors, der Läufer der Elektromaschine und die Antriebswelle des Getriebes mit einem Planetengetriebe verbunden sind, können der herkömmliche Kupplungsmechanismus und die damit verbundenen Nachteile vermieden werden. Ein Fahrzeug mit einem Antriebssystem in dieser Ausführung stellt den Stand der Technik dar wie in EP 1 319 546 und SE 1051384-4 beschrieben.
  • Obgleich dieses Antriebssystem, insbesondere das in SE 1051384-4 beschriebene, gut funktioniert und eine Reihe von vorteilhaften Merkmalen aufweist, wurden zahlreiche Bemühungen unternommen, solch ein Antriebssystem in Bezug auf sein Verhalten und seine Funktion in verschiedenen Betriebssituationen zu verbessern.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht im Beschreiben eines Antriebssystems des zuvor beschriebenen Typs entsprechend den zuvor genannten Bemühungen. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch Bereitstellen eines Antriebssystems nach dem beigefügten Anspruch 1 gelöst.
  • Durch Ausstatten des Antriebssystems mit dem zweiten Sperrmittel wird ein verbessertes Verhalten in einer Reihe von Betriebssituationen im Vergleich zu Antriebssystemen nach dem Stand der Technik erzielt. Insbesondere kann beim Bremsen des Fahrzeugs der Verbrennungsmotor getrennt werden, bevor er seine Leerlaufdrehzahl erreicht. Durch Bewegen des zweiten Sperrmittels in die gelöste Stellung, so dass der Verbrennungsmotor ausgekuppelt ist, kann mit vollem Elektromotor- bzw. Elektromaschinen-Drehmoment bis zum Stillstand des Fahrzeugs gebremst werden, indem das Planetengetriebe in seiner gesperrten Stellung, das heißt mit dem ersten Sperrmittel in einer gesperrten Stellung, gehalten wird. In dieser Phase kann man den Verbrennungsmotor optional mit Leerlaufdrehzahl laufen lassen oder abstellen.
  • Mit dem innovativen Antriebssystem ist es daher möglich, mit vollem Elektromaschinen-Drehmoment zu bremsen, im Gegensatz zum Bremsen mit einem entsprechenden Antriebssystem, das nichts umfasst, das dem zweiten Sperrmittel entspricht. Mit solch einem entsprechenden Antriebssystem kann daher nur mit einem Drehmoment gebremst, das dem Verbrennungsmotor ein Reaktionsdrehmoment liefert, das kleiner ist als das resultierende Reibungsdrehmoment oder diesem entspricht, es sei denn, es ist beabsichtigt, dass der Verbrennungsmotor hochdrehen kann.
  • Da mit dem innovativen Antriebssystem mit vollem Elektromaschinen-Drehmoment gebremst werden kann, ohne den Verbrennungsmotor abzustellen, muss der Verbrennungsmotor nicht erneut gestartet werden, wenn sich der Fahrer des Fahrzeugs dazu entscheidet, den Bremsvorgang abzubrechen, und stattdessen einen hohen Fahrdrehmoment anfordert. Es ist dadurch ebenfalls möglich, mit dem Fahrzeug aus dem Stillstand anzufahren, ohne den Verbrennungsmotor zu starten, da das zweite Sperrmittel in einer gelösten Stellung gehalten wird und das erste Sperrmittel in einer gesperrten Stellung gehalten wird, und die Elektromaschine dreht in diesem Fall die Antriebswelle des Getriebes mit der gleichen Drehzahl wie der Läufer. Die Möglichkeit des Auskuppelns des Verbrennungsmotors durch Bewegen des zweiten Sperrmittels in eine gelöste Stellung kann ebenfalls in Betriebsarten mit geringen positiven und negativen Antriebsstrang-Drehmomenten verwendet werden, um Kraftstoff zu sparen und somit den Verbrennungsmotor auf einer Leerlaufdrehzahl zu halten oder abzustellen und um mit dem Fahrzeug ausschließlich mit der Elektromaschine anzufahren.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das zweite Sperrmittel in der gelösten Stellung zum Trennen eines ersten Teils der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors, der in unmittelbarer Nähe zum Verbrennungsmotor angeordnet ist, und eines zweiten Teils von dieser, der mit der ersten Komponente des Planetengetriebes verbunden ist, ausgebildet.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Abtriebswelle des Verbrennungsmotors, der Läufer der Elektromaschine und die Antriebswelle des Getriebes drehbar um eine gemeinsame Drehachse angeordnet.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung stellen das Sonnenrad des Planetengetriebes die erste Komponente und das Hohlrad die dritte Komponente dar. Durch Verbinden des Läufers der ersten Elektromaschine mit dem Hohlrad und der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors mit dem Sonnenrad wird eine kompakte Konstruktion erzielt, die einfach in bereits bestehende Räume für Antriebsstränge (Antriebssysteme) mit Kupplungsmechanismen statt Planetengetrieben eingepasst werden kann. Entsprechend kann ein Hybridgetriebe kompakt und im Wesentlichen nicht größer als ein Standardgetriebe gestaltet werden. Dies bewirkt ebenfalls, dass die Gewichtszunahme, die eine Hybridisierung normalerweise beinhaltet, erheblich verringert werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass eine Verbindung des Läufers der ersten Elektromaschine mit dem Hohlrad ein höheres potentielles Bremsdrehmoment über den Läufer liefert, als wenn dieser stattdessen mit dem Sonnenrad verbunden wäre.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst das Antriebssystem wenigstens eine Steuervorrichtung, die zum Steuern der Kraftstoffzufuhr zum Verbrennungsmotor und zum Steuern des Austauschs von elektrischer Energie zwischen der Elektromaschine und dem Mittel zum Speichern von elektrischer Energie ausgebildet ist. Die Steuervorrichtung ist vorteilhafterweise ebenfalls zum Steuern des Sperrmittels zum Bewegen zwischen der gesperrten Stellung und der gelösten Stellung und, um diese zueinander zu sperren, zum Steuern des Verbrennungsmotors und/oder der Elektromaschine zum Erreichen der gleichen Drehzahl in den durch das entsprechende Sperrmittel zueinander zu sperrenden Teilen und somit zum Bewegen des Sperrmittels in eine gesperrte Stellung und, um diese zu lösen, zum Steuern des Verbrennungsmotors und/oder der Elektromaschine zum Erzielen von Drehmomentgleichgewicht zwischen den voneinander zu lösenden Teilen und somit zum Steuern des Sperrmittels zum Bewegen in eine gelöste Stellung ausgebildet. Null Drehmoment ist ein Fall von Drehmomentgleichgewicht.
  • Hier ist ein Drehmomentgleichgewicht erzielt, wenn die folgende Beziehung zwischen den anliegenden Drehmomenten für die in 3 dargestellte Beispielkonfiguration erfüllt ist:
    Figure DE112014005377T5_0002
  • Dabei gilt:
    • Tsun wheel und Tring gear
    stellen das jeweils auf das Sonnenrad und das Hohlrad einwirkende Drehmoment dar.
    Zs
    ist die Zahl der Zähne des Sonnenrads.
    Zr
    ist die Zahl der Zähne des Hohlrads.
  • Entsprechend bedeutet Drehmomentgleichgewicht den Zustand, in dem ein Drehmoment auf ein im Planetengetriebe angeordnetes Hohlrad, entsprechend dem Produkt des auf den Planetenradträger des Planetengetriebes einwirkenden Drehmoments und des Übersetzungsverhältnisses des Planetengetriebes, einwirkt, während gleichzeitig ein Drehmoment auf das Sonnenrad des Planetengetriebes, entsprechend dem Produkt des auf den Planetenradträger einwirkenden Drehmoments und (1 minus das Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebes), einwirkt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Steuervorrichtung, wenn das Fahrzeug mit laufendem Verbrennungsmotor betrieben wird und das zweite Sperrmittel beim Bremsen des Fahrzeugs in einer gesperrten Stellung ist, ausgebildet zum Steuern
    • • der Elektromaschine zum Anwenden eines Bremsdrehmoments auf die Antriebswelle des Getriebes während des Bremsens des Fahrzeugs,
    • • des Verbrennungsmotors und der Elektromaschine auf eine synchrone Drehzahl der Antriebswelle des Getriebes, des Läufers der Elektromaschine und der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors, wenn das erste Sperrmittel in einer gelösten Stellung ist, und zum Bewegen des ersten Sperrmittels in eine gesperrte Stellung,
    • • des Verbrennungsmotors auf ein Drehmoment von Null zwischen der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors und der ersten Komponente, wenn ein bestimmter Wert der Geschwindigkeit des Fahrzeugs nicht erfüllt ist,
    • • des zweiten Sperrmittels zum Bewegen in die gelöste Stellung, und
    • • des Verbrennungsmotors auf eine Leerlaufdrehzahl.
  • Durch Bremsen mit der Elektromaschine während des Bremsvorgangs und Auskuppeln des Verbrennungsmotors, bevor dieser die Leerlaufdrehzahl erreicht, kann mit vollem Elektromaschinen-Drehmoment aufgrund des Auskuppelns gebremst werden, während der Verbrennungsmotor bei Wunsch weiter läuft, um vorbereitet zu sein, wenn der Bremsvorgang unterbrochen wird.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Steuervorrichtung beim Bremsen des Fahrzeugs bis zum Stillstand und ferner in Verbindung mit der Steuerung des Verbrennungsmotors auf eine Leerlaufdrehzahl zum Steuern des Verringerns des Bremsdrehmoments von der Elektromaschine auf Null in Verbindung mit dem Anhalten des Fahrzeugs ausgebildet.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Steuervorrichtung zum Starten des Fahrens des Fahrzeugs, wenn sich das Fahrzeug mit abgestelltem Verbrennungsmotor im Stillstand befindet, ausgebildet zum Steuern
    • • des zweiten Sperrmittels zum Bewegen in die gelöste Stellung, wenn dieses sich in einer gesperrten Stellung befindet,
    • • des ersten Sperrmittels zum Bewegen in die gesperrte Stellung, wenn dieses sich in einer gelösten Stellung befindet, und
    • • der Elektromaschine zum Liefern eines Drehmoments von dieser, so dass das angeforderte Drehmoment auf die Antriebswelle des Getriebes übertragen wird.
  • Entsprechend kann das Fahrzeug gestartet und mit diesem gefahren wird, während es ausschließlich elektrisch angetrieben wird.
  • Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Fahrzeug nach Anspruch 10 und Verfahren mit den Verfahrensschritten, zu deren Ausführung die Steuervorrichtung in den zuvor genannten Ausführungsformen des Antriebssystems gemäß der Erfindung ausgebildet ist.
  • Weitere vorteilhafte Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung erläutert.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Es folgt eine Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
  • 1 zeigt eine stark vereinfachte Ansicht eines Antriebsstrangs in einem Fahrzeug, das mit einem Antriebssystem gemäß der Erfindung ausgestattet sein kann.
  • 2 zeigt eine detailliertere, aber ebenfalls vereinfachte Ansicht eines Teils des Antriebssystems.
  • 3 zeigt eine vereinfachte Ansicht zur Darstellung des allgemeinen Aufbaus eines Antriebssystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Ausführliche Beschreibung einer Ausführungsform gemäß der Erfindung
  • 1 zeigt einen Antriebsstrang für ein Schwerlastfahrzeug 1. Der Antriebsstrang umfasst einen Verbrennungsmotor 2, ein Getriebe 3, eine Anzahl von Antriebswellen 4 und Antriebsräder 5. Zwischen dem Verbrennungsmotor 2 und dem Getriebe 3 umfasst der Antriebsstrang einen Zwischenabschnitt 6. 2 zeigt einen Teil der Komponenten im Zwischenabschnitt 6 detaillierter, insbesondere diejenigen, die ebenfalls in Antriebssystemen nach dem Stand der Technik wie in SE 1051384-4 beschrieben vorhanden sind. Der Verbrennungsmotor 2 ist mit einer Abtriebswelle 2a und das Getriebe 3 ist mit einer Antriebswelle 3a im Zwischenabschnitt 6 ausgestattet. Die Abtriebswelle 2a des Verbrennungsmotors ist koaxial in Bezug zur Antriebswelle 3a des Getriebes angeordnet. Die Abtriebswelle 2a des Verbrennungsmotors und die Antriebswelle 3a des Getriebes sind drehbar um eine gemeinsame Drehachse 7 angeordnet. Der Zwischenabschnitt 6 umfasst ein Gehäuse 8, das eine erste Elektromaschine 9 und ein Planetengetriebe umschließt. Die Elektromaschine 9 umfasst üblicherweise einen Ständer 9a und einen Läufer 9b. Der Ständer 9a umfasst ein Ständerblechpaket, das in einer geeigneten Weise an der Innenseite des Gehäuses 8 montiert ist. Das Ständerblechpaket umfasst die Wicklungen des Ständers. Die Elektromaschine 9 ist unter bestimmten Betriebsbedingungen zum Verwenden von gespeicherter elektrischer Energie zum Ausüben von Antriebskraft auf die Antriebswelle 3a des Getriebes und unter bestimmten Betriebsbedingungen zum Verwenden der Bewegungsenergie der Antriebswelle 3 des Getriebes zum Gewinnen und Speichern von elektrischer Energie ausgebildet.
  • Das Planetengetriebe ist im Wesentlichen radial an der Innenseite in Bezug zum Ständer 9a und Läufer 9b der Elektromaschine angeordnet. Das Planetengetriebe umfasst üblicherweise ein Sonnenrad 10, ein Hohlrad 11 und einen Planetenradträger 12. Der Planetenradträger 12 stützt eine Zahl von Zahnrädern 13, die drehbar in einem radialen Raum zwischen den Zähnen des Sonnenrads 10 und des Hohlrads 11 angeordnet sind. Das Sonnenrad 10 ist auf einer Umfangsfläche der Abtriebswelle 2a des Verbrennungsmotors befestigt. Das Sonnenrad 10 und die Abtriebswelle 2a des Verbrennungsmotors drehen sich als eine Einheit mit einer ersten Drehzahl n1. Der Planetenradträger 12 umfasst einen Befestigungsabschnitt 12a, der auf einer Umfangsfläche der Antriebswelle 3a des Getriebes mit einer Keilverbindung 14 befestigt ist. Mit dieser Verbindung können sich der Planetenradträger 12 und die Antriebswelle 3a des Getriebes als eine Einheit mit einer zweiten Drehzahl n2 drehen. Das Hohlrad 11 umfasst eine äußere Umfangsfläche, auf welcher der Läufer 9b fest montiert ist. Der Läufer 9b und das Hohlrad 11 stellen eine drehbare Einheit dar, die sich mit einer dritten Drehzahl n3 drehen.
  • Das Antriebssystem umfasst ein erstes Sperrmittel, da die Abtriebswelle 2a des Verbrennungsmotors mit einem schaltbaren Kupplungselement 15 ausgestattet ist. Das Kupplungselement 15 ist auf der Abtriebswelle 2a des Verbrennungsmotors mit einer Keilverbindung 16 montiert. Das Kupplungselement 15 ist in diesem Fall in einer drehfesten Weise auf der Abtriebswelle 2a des Verbrennungsmotors und schaltbar in einer axialen Richtung der Abtriebswelle 2a des Verbrennungsmotors angeordnet. Das Kupplungselement 15 umfasst einen Kupplungsabschnitt 15a, der mit einem Kupplungsabschnitt 12b im Planetenradträger 12 verbindbar ist. Ein schematisch dargestelltes Schaltelement 17 ist zum Schalten des Kupplungselements 15 zwischen einer ersten Stellung, in der die Kupplungsabschnitte 15a, 12b nicht in Eingriff miteinander sind, entsprechend einer gelösten Stellung im ersten Sperrmittel, und einer zweiten Stellung, in der die Kupplungsabschnitte 15a, 12b in Eingriff miteinander sind, entsprechend einer gesperrten Stellung des ersten Sperrmittels, ausgebildet. In dieser gesperrten Stellung sind die Abtriebswelle 2a des Verbrennungsmotors und die Antriebswelle 3a des Getriebes zueinander gesperrt und diese drehen sich somit ebenso wie der Läufer der Elektromaschine mit der gleichen Drehzahl. Dieser Zustand kann als ein gesperrtes Planetengetriebe bezeichnet werden. Der Sperrmechanismus kann vorteilhafterweise ebenfalls die Ausführung aufweisen, die in der noch nicht veröffentlichen schwedischen Patentanmeldung 1250696-0 beschrieben ist, und eine mit ersten Keilen ausgestattete Nabe aufweisen, wobei die Keile in der gelösten Stellung in zweite Keile auf einer ersten Komponente des Planetengetriebes eingreifen und in der gesperrten Stellung in dritte Keile auf einer zweiten Komponente des Planetengetriebes eingreifen. In diesem Fall ist die erste Komponente vorzugsweise der Planetenradträger und die zweite Komponente das Sonnenrad. Der Sperrmechanismus kann dann wie eine ringförmige Nabe ausgebildet sind, welche den Planetenradträger im Wesentlichen konzentrisch umschließt. Das Sperrmittel kann ebenfalls aus einem geeigneten Typ von Reibungskupplung bestehen.
  • Wenigstens das zweite Sperrmittel weist vorzugsweise eine Ausführung auf, die bei einem Fehler im Lenksystem sperrt, so dass das Fahrzeug in eine Werkstatt gefahren werden kann.
  • Eine elektrische Steuervorrichtung 18 ist zum Steuern des Schaltelements 17 ausgebildet. Die Steuervorrichtung 18 ist ebenfalls zum Bestimmen der Fälle, bei denen die Elektromaschine als ein Motor betrieben werden soll, und der Fälle, bei denen diese als ein Generator betrieben werden soll, ausgebildet. Um dies zu bestimmen, kann die Steuervorrichtung 18 aktuelle Informationen zu geeigneten Betriebsparametern empfangen. Die Steuervorrichtung 18 kann ein Computer mit Software für diesen Zweck sein. Die Steuervorrichtung 18 steuert eine schematisch dargestellte Steuerausrüstung 19, die das Fließen von elektrischer Energie zwischen einer Hybridbatterie 20 und den Ständerwicklungen 9a der Elektromaschine steuert. In den Fällen, in denen die Elektromaschine 9 als ein Motor betrieben wird, wird gespeicherte elektrische Energie von der Hybridbatterie 20 zum Ständer 9a geliefert. In den Fällen, in denen die Elektromaschine als ein Generator betrieben wird, wird gespeicherte elektrische Energie vom Ständer 9a zur Hybridbatterie 20 geliefert. Die Hybridbatterie 20 liefert und speichert elektrische Energie mit einer Spannung im Bereich von 300 bis 900 Volt. Da der Zwischenabschnitt 6 zwischen dem Verbrennungsmotor 2 und dem Getriebe 3 im Fahrzeug begrenzt ist, müssen die Elektromaschine 9 und das Planetengetriebe eine kompakte Einheit bilden. Die Komponenten 10, 11, 12 sind im Wesentlichen radial im Ständer 9a der Elektromaschine angeordnet. Der Läufer 9b der Elektromaschine, das Hohlrad 11 des Planetengetriebes, die Abtriebswelle 2a des Verbrennungsmotors und die Antriebswelle 3a des Getriebes sind hier drehbar um eine gemeinsame Drehachse 5 angeordnet. Bei solch einer Ausführungsform nehmen die Elektromaschine 9 und das Planetengetriebe eine relativ kleine Fläche ein. Das Fahrzeug 1 ist mit einer Motorsteuerfunktion 21 ausgestattet, mit der die Motordrehzahl n1 des Verbrennungsmotors 2 gesteuert werden kann. Die Steuervorrichtung 18 kann somit die Motorsteuerfunktion 21 aktivieren und einen Zustand mit im Wesentlichen null Drehmoment im Getriebe 3 bei Einrücken und Ausrücken von Gängen im Getriebe 3 herstellen. Das Antriebssystem kann ebenfalls statt einer Steuerung durch eine einzige Steuervorrichtung 18 durch mehrere verschiedene Steuervorrichtungen gesteuert werden.
  • Der bisher beschriebene und in 2 dargestellte Teil des Antriebssystems gemäß der Erfindung ist im Antriebssystem gemäß SE 1051384-4 enthalten. Nachfolgend wird der Teil des Antriebssystems gemäß der Erfindung, der diesem Teil hinzugefügt wurde, in Bezug auf 3 beschrieben.
  • Gemäß der Erfindung weist das Antriebssystem, insbesondere der Zwischenabschnitt 6, ebenfalls ein zweites Sperrmittel 30 auf, das eine ähnliche Ausführung wie das detaillierter in 2 dargestellte erste Sperrmittel 31 aufweisen kann und in einer gelösten Stellung zum Trennen eines ersten Teils 32 der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors, der in unmittelbarer Nähe zum Verbrennungsmotor angeordnet ist, von einem zweiten Teil 33 von dieser, der mit dem Sonnenrad 10 des Planetengetriebes verbunden ist, ausgebildet ist, so dass sich das Sonnenrad 10 unabhängig vom ersten Teil 32 der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors drehen kann. Das zweite Sperrmittel kann in eine gesperrte Stellung bewegt werden, in der die Teile 32, 33 der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors zueinander gesperrt sind. Die Steuervorrichtung 18 ist zum Steuern der Kraftstoffzufuhr zum Verbrennungsmotor 2 und zum Steuern des Austauschs von elektrischer Energie zwischen der Elektromaschine 9 und dem Mittel zum Speichern von elektrischer Energie wie Batterien ausgebildet.
  • Mehrere positive Merkmale des Antriebssystems werden durch die zusätzliche Anordnung des zweiten Sperrmittels 30 erzielt, von denen einige der wichtigsten in der Einleitung dieses Dokuments beschrieben sind. Wenn das Fahrzeug beispielsweise mit laufendem Verbrennungsmotor 2 und mit dem zweiten Sperrmittel 30 in einer gesperrten Stellung betrieben wird, kann beim Bremsen des Fahrzeugs die Elektromaschine 9 ein Bremsdrehmoment auf die Antriebswelle 3a des Getriebes während des Bremsens des Fahrzeugs ausüben. Entsprechend kann der Verbrennungsmotor 2 durch Bewegen des zweiten Sperrmittels 30 in eine gelöste Stellung ausgekuppelt werden, bevor der Verbrennungsmotor seine Leerlauf-Motordrehzahl erreicht, und ein Bremsen kann daher mit vollem Elektromaschinen-Drehmoment, bei Wunsch bis zum Stillstand des Fahrzeugs, mit dem Planetengetriebe im gesperrten Zustand, das heißt dem ersten Sperrmittel 31 in einer gesperrten Stellung, erfolgen.
  • Die Erfindung ist offensichtlich in keiner Hinsicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und es können zahlreiche mögliche Modifizierungen von dieser einem Fachmann klar sein, ohne dass dieser von der Wesensart der Erfindung wie durch die beigefügten Ansprüche definiert abweicht.
  • Das erste Sperrmittel kann zum Sperren von zwei der drei Komponenten zueinander ausgebildet sein.
  • Eine Übersetzung kann zwischen dem Läufer und dem Hohlrad und ebenfalls zwischen der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors und dem Sonnenrad, etwa stromaufwärts von der Welle, die zum Verbinden mit dem Sonnenrad in 2 dargestellt ist, angeordnet sein. Die Übersetzung kann ebenfalls aus einem Schaltgetriebe bestehen.
  • Es ist ebenfalls denkbar, dass das Antriebssystem das Hohlrad als erste Komponente und das Sonnenrad als dritte Komponente aufweist, auch wenn der umgekehrte Fall aufgrund der zuvor genannten Vorteile vorzuziehen ist.
  • Die Verfahren gemäß den noch nicht veröffentlichten schwedischen Patentanmeldungen 1250711-7 , 1250716-6 , 1250708-3 , 1250698-6 , 1250706-7 , 1250699-4 , 1250700-0 , 1250702-6 , 1250720-8 , 1200394-3 , 1200390-1 , 1250717-4 und 1250718-2 können mit der Antriebssystemkonfiguration gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden.

Claims (10)

  1. Antriebssystem für ein Fahrzeug, wobei das Antriebssystem eine Abtriebswelle (2a) in einem Verbrennungsmotor (2), eine Antriebswelle (3a) eines Getriebes (3), eine einen Ständer (9a) und einen Läufer (9b) umfassende Elektromaschine (9), ein drei Komponenten in der Form eines Sonnenrads (10), eines Hohlrads (11) und eines Planetenradträgers (12) umfassendes Planetengetriebe umfasst, wobei die Abtriebswelle (2a) des Verbrennungsmotors mit einer ersten (10) der Komponenten im Planetengetriebe verbunden ist, so dass eine Drehung der Welle zu einer Drehung der Komponente führt, wobei die Antriebswelle (3a) des Getriebes mit einer zweiten (12) der Komponenten des Planetengetriebes verbunden ist, so dass eine Drehung der Welle zu einer Drehung der Komponente führt, und wobei der Läufer (9b) der Elektromaschine mit einer dritten (11) der Komponenten im Planetengetriebe verbunden ist, so dass eine Drehung des Läufers zu einer Drehung dieser Komponente führt, wobei das Antriebssystem ferner ein erstes Sperrmittel (31) umfasst, das zwischen einer gesperrten Stellung, in der zwei der Komponenten zueinander gesperrt sind, so dass sich die drei Komponenten mit der gleichen Drehzahl drehen, und einer gelösten Stellung, in der sich die Komponenten (10–12) mit verschiedenen Drehzahlen drehen können, bewegt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebssystem ein zweites Sperrmittel (30) umfasst, das zwischen einer gesperrten Stellung, in der die Abtriebswelle des Verbrennungsmotors zur ersten Komponente (10) gesperrt ist, und einer gelösten Stellung, in der die Abtriebswelle (2a) des Verbrennungsmotors von der ersten Komponente (10) getrennt wird und sich unabhängig drehen kann, bewegt werden kann.
  2. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Sperrmittel (30) in der gelösten Stellung zum Trennen eines in unmittelbarer Nähe zum Verbrennungsmotor angeordneten ersten Teils (32) der Abtriebswelle (2a) des Verbrennungsmotors von einem mit der ersten Komponente (10) des Planetengetriebes verbundenen zweiten Teil (33) von dieser ausgebildet ist.
  3. Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (2a) des Verbrennungsmotors, der Läufer (9b) der Elektromaschine und die Antriebswelle (3a) des Getriebes drehbar um eine gemeinsame Drehachse (7) angeordnet sind.
  4. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (10) des Planetengetriebes die erste Komponente und das Hohlrad (11) die dritte Komponente ist.
  5. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es wenigstens eine Steuervorrichtung (18) umfasst, die zum Steuern der Kraftstoffzufuhr zum Verbrennungsmotor (2) und zum Steuern des Austauschs von elektrischer Energie zwischen der Elektromaschine (9) und dem Speichermittel (20) für elektrische Energie ausgebildet ist.
  6. Antriebssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (18) zum Steuern des Sperrmittels (30, 31) zum Bewegen zwischen der gesperrten Stellung und der gelösten Stellung und, um diese zueinander zu sperren, zum Steuern des Verbrennungsmotors (2) und/oder der Elektromaschine (9) zum Erreichen der gleichen Drehzahl in den durch das entsprechende Sperrmittel (30, 31) zueinander zu sperrenden Teilen und somit zum Steuern des Sperrmittels zum Bewegen in eine gesperrte Stellung und, um diese zu lösen, zum Steuern des Verbrennungsmotors (2) und/oder der ersten Elektromaschine (9) zum Erzielen eines Drehmomentgleichgewichts zwischen den voneinander zu lösenden Teilen und somit zum Steuern des Sperrmittels zum Bewegen in eine gelöste Stellung ausgebildet ist.
  7. Antriebssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (18), wenn das Fahrzeug mit laufendem Verbrennungsmotor (2) betrieben wird und das zweite Sperrmittel (30) beim Bremsen des Fahrzeugs in einer gesperrten Stellung ist, ausgebildet ist zum Steuern • der Elektromaschine (9) zum Anwenden eines Bremsdrehmoments auf die Antriebswelle des Getriebes während des Bremsens des Fahrzeugs, • des Verbrennungsmotors (2) und der Elektromaschine (9) auf eine synchrone Drehzahl der Antriebswelle (3a) des Getriebes, des Läufers der Elektromaschine (9b) und der Abtriebswelle (2a) des Verbrennungsmotors, wenn das erste Sperrmittel (31) in einer gelösten Stellung ist, und zum Bewegen des ersten Sperrmittels (31) in eine gesperrte Stellung, • des Verbrennungsmotors (2) auf ein Drehmoment von Null zwischen der Abtriebswelle (2a) des Verbrennungsmotors und der ersten Komponente (10), wenn ein bestimmter Wert der Geschwindigkeit des Fahrzeugs nicht erfüllt ist, • des zweiten Sperrmittels (30) zum Bewegen in die gelöste Stellung, und • des Verbrennungsmotors in Richtung und auf eine Leerlaufdrehzahl.
  8. Antriebssystems nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (18) beim Verlangsamen des Fahrzeugs bis zum Stillstand und ferner in Verbindung mit der Steuerung des Verbrennungsmotors (2) auf eine Leerlaufdrehzahl zum Steuern des Verringerns des Bremsdrehmoments von der Elektromaschine (9) auf Null in Verbindung mit dem Anhalten des Fahrzeugs ausgebildet ist.
  9. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (18) zum Starten des Fahrens des Fahrzeugs, wenn sich das Fahrzeug mit abgestelltem Verbrennungsmotor im Stillstand befindet, ausgebildet ist zum Steuern • des zweiten Sperrmittels (30) zum Bewegen in die gelöste Stellung, wenn dieses sich in einer gesperrten Stellung befindet, • des ersten Sperrmittels (31) zum Bewegen in die gesperrte Stellung, wenn dieses sich in einer gelösten Stellung befindet, und • der Elektromaschine (9) zum Liefern eines Drehmoments von dieser, so dass das angeforderte Drehmoment auf die Antriebswelle des Getriebes (3a) übertragen wird.
  10. Fahrzeug umfassend ein Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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