WO2011051138A1 - Antriebsstrang eines fahrzeuges - Google Patents

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WO2011051138A1
WO2011051138A1 PCT/EP2010/065695 EP2010065695W WO2011051138A1 WO 2011051138 A1 WO2011051138 A1 WO 2011051138A1 EP 2010065695 W EP2010065695 W EP 2010065695W WO 2011051138 A1 WO2011051138 A1 WO 2011051138A1
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drive train
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internal combustion
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Uwe Griesmeier
Bernhard Sich
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Zf Friedrichshafen Ag
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    • Y10T74/19014—Plural prime movers selectively coupled to common output

Definitions

  • the present invention relates to a drive train of a vehicle according to the closer defined in the preamble of claim 1. Art.
  • the present invention is based on the object to improve a drive train for a vehicle of the type described above such that in a purely electric drive no unnecessary drag torque occurs by co-rotating components of the internal combustion engine drive.
  • a drive train of a vehicle with an internal combustion engine and a continuously variable transmission for internal combustion engine driving and with at least one electric machine for electric driving is proposed, wherein the electric machine on the output side can be coupled such that the electric driving decoupled from the continuously variable transmission or from the internal combustion engine is feasible.
  • no drag torque is caused by unnecessary co-rotation of the components of the internal combustion engine drive or and the continuously variable transmission in an exclusively electric drive of the vehicle, since the electric driving takes place without the influence of the continuously variable transmission, so that the good efficiency of the electric machine is maintained.
  • the electric machine can be decoupled via at least one switching element or the like of the output shaft of the continuously variable transmission.
  • the connection between the electric machine and the continuously variable transmission can be interrupted. It is also possible that other constructive means are used, which interrupt the flow of power between the continuously variable transmission and the electric machine.
  • a multistage transmission is connected to an axle differential.
  • a 2-speed transmission or the like may be used.
  • the electric drive power can preferably be transmitted via a fixed ratio to the axle differential.
  • An advantageous development of the invention can provide that the electric machine can be decoupled from the axle differential via at least one switching element or the like.
  • the battery of the vehicle can be charged when the electric machine is connected as a generator and is driven by the internal combustion engine when the vehicle is at a standstill.
  • the output shaft of the continuously variable transmission via at least one Heidelbergele- ment or the like, decoupled from the electric machine, with the multi-stage transmission can be coupled to the axle differential.
  • the vehicle is driven only when needed with the internal combustion engine. If, for example, additional drive power is desired, the drive power can be boosted by so-called boosting by coupling the electric machine. It is also possible that, for braking the vehicle, part of the internal combustion engine power is used to charge the battery via the electric machine connected as a generator.
  • a particularly structurally simple design of the switching elements can be achieved in that the actuation of the switching elements via e.g. a shift drum or the like takes place, so that then only one servomotor or actuator for both switching elements is required. There are also other types of actuation for the switching elements used.
  • a stage for example, as a forward gear ratio and the other stage as a reverse gear ratio.
  • This expands the available travel ranges of the drive train.
  • this can for example be configured such that a loose wheel is associated with the output shaft of the continuously variable transmission, which is connected via a switching element with this, so that a forward drive is both electrically and internal combustion engine feasible.
  • the reverse gear ratio of the corresponding stage may also be assigned a mounted on the output shaft of the continuously variable transmission idler gear, which is simultaneously engaged with a driven gear of the axle differential.
  • the permanent connection between the idler gear of the output shaft of the continuously variable transmission and the driven wheel of the axle differential can be made possible by a corresponding spatial arrangement of the shafts to each other in the simplest way.
  • a reverse drive of the vehicle can be done by internal combustion engine.
  • the input shaft of the continuously variable transmission for example, be associated with a vibration damper.
  • the input shaft of the continuously variable transmission may preferably be associated with a starting clutch. In this way, a start with the internal combustion engine can be realized alone.
  • a starting clutch for example, a centrifugal clutch can be used.
  • a dry-running CVT transmission can be used as a continuously variable transmission.
  • the additional e.g. two-stage gear on the one hand to realize the connection of the electric machine and on the other hand also be used to extend the transmission range in internal combustion engine drive.
  • an advantageous translation is provided, but also provided in internal combustion engine drive a low transmission range and a high transmission range, at the same time the electric machine can act as a generator or motor.
  • the support of the internal combustion engine via the electric machine or via an additional starter can be done.
  • Figure 1 shows a first embodiment of a drive train according to the invention of a vehicle
  • Figure 1 A is a circuit diagram of the first embodiment of Figure 1;
  • Figure 2 shows a second embodiment of the drive train according to the invention;
  • Figure 2A is a circuit diagram of the second embodiment of Figure 2;
  • Figure 3 shows a third embodiment of the drive train according to the invention
  • Figure 3A is a circuit diagram of the third embodiment of Figure 3;
  • Figure 4 shows a fourth embodiment of the drive train according to the invention.
  • FIG. 4A shows a circuit diagram of the fourth embodiment according to FIG. 4
  • Figure 5 shows a fifth embodiment of the drive train according to the invention.
  • FIG. 5A is a circuit diagram of the fifth embodiment according to FIG. 5;
  • Figure 6 shows a sixth embodiment of the drive train according to the invention.
  • FIG. 6A is a circuit diagram of the sixth embodiment according to FIG.
  • Figure 7 shows a seventh embodiment of the drive train according to the invention.
  • FIG. 7A is a circuit diagram of the seventh embodiment according to FIG.
  • FIG. 1 various possible embodiments of a drive train according to the invention for a vehicle with an internal combustion engine 1 (VM) and a continuously variable transmission 4 and an electric machine 6 (EM) are shown, wherein in the figures 1 A to 7A each for the zugeordne - th execution variants a corresponding circuit diagram is indicated.
  • the necessary connection of the internal combustion engine 1, the electric machine 6 and / or the output or the axle differential 8 is indicated by a corresponding cross for each available functions or driving ranges.
  • the drive train of the vehicle not shown, the internal combustion engine 1, which is preferably connected via a vibration damper 2 with an input shaft 3 of the continuously variable transmission 4, preferably a CVT transmission.
  • the output shaft 5 of the continuously variable transmission 4 is assigned directly or indirectly to the electric machine 6.
  • the electric machine 6 may be connected to an electric drive only via an additional preferably two-stage gearbox 7 with an axle differential 8 or be. According to the invention, the electric machine 6 is coupled on the output side such that the electric drive can be decoupled from the continuously variable transmission 4.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the drive train is shown, in which the electric machine 6 is connected directly to a stage of the two-stage transmission 7, wherein the output shaft 5 of the continuously variable transmission 4 via a switching element 9, for example a shift claw, with the electric machine and thus ultimately can be connected to the axle differential 8.
  • a switching element 9 for example a shift claw
  • the switching element 9 when the switching element 9 is closed, an internal combustion engine driving can be realized, wherein in addition the electric machine 6 can be charged to slow down the vehicle or support the drive by so-called boosting.
  • the driving ranges boost / charge are possible.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the drive train is shown, in which two switching elements 9, 10 of the output shaft 5 of the continuously variable transmission 4 and the electric machine 6 are assigned.
  • the output shaft 1 1 of the electric machine 6 is associated with a loose wheel 12, which is in engagement with a stage of the additional transmission 7.
  • the electric machine 6 With the switching element 9 and the switching element 10 closed, the electric machine 6 can be connected to the internal combustion engine 1 and simultaneously released from the axle differential 8, so that charging of the battery with the electric machine 6 connected as a generator can be realized as the driving range when the vehicle is at a standstill can (shutdown loading).
  • the electric machine 6 When the electric machine 6 is decoupled by the open switching element 9 from the axle differential 8 and by the open switching element 10 of the internal combustion engine 1, the electric machine 6 can be synchronized as a driving range or transition state to the rotational speed of the electric machine 6 to the speed of the Adjust combustion engine 1. For example, during synchronization, the rotational speed of the electric machine 6 can be adjusted from a state, eg engine start, to the transition to the next state, eg, electrical starting at zero speed.
  • a state eg engine start
  • FIG. 3 a third embodiment is shown, in which the switching element 9 is provided between the output shaft 5 of the continuously variable transmission 4 and the electric machine 6 at one stage of the two-stage transmission 7.
  • the switching element 9 is provided between the output shaft 5 of the continuously variable transmission 4 and the electric machine 6 at one stage of the two-stage transmission 7.
  • another switching element 14 is provided, with which the two-stage transmission 7 and the electric machine 6 can be decoupled from the axle differential 8 when the switching element 14th is open.
  • a fourth embodiment in which two of the output shaft 5 of the continuously variable transmission 4 associated switching elements 9 and 10 are provided, which are actuated via a common actuator.
  • the electric machine 6 has a hollow shaft designed as output shaft 1 1, on which a fixed gear 15 is in engagement with a stage of the two-stage gearbox 7.
  • the output shaft 5 of the continuously variable transmission 4 is rotatably mounted.
  • the switching element 9 can thus enable a connection between the internal combustion engine 1 and the electric machine 6 and the axle differential 8 in the closed state.
  • the switching element 10 is associated with a loose wheel 1 6, which is arranged on the output shaft 5 of the continuously variable transmission 4.
  • a connection via the other stage of the two-stage transmission 7 to the axle differential 8 can be realized in this way.
  • another driving range results here from the fact that internal combustion engine driving is made possible both via the one stage and via the other stage of the two-stage transmission 6.
  • two different translations can be realized, which is why the continuously variable transmission 4, for example, requires less spreading.
  • FIG. 5 shows a fifth embodiment variant which, in contrast to the fourth embodiment variant, additionally provides a starting clutch 17 between the internal combustion engine 1 and the continuously variable transmission 4.
  • the switching elements 9 and 10 are provided.
  • the switching element 9 is again facing the formed on the designed as a hollow shaft output shaft 1 1 fixed wheel 15, wherein the switching element 10 is again assigned to the provided on the output shaft 5 of the continuously variable transmission 4 idler gear 1 6.
  • a sixth embodiment of the drive train which provides in contrast to the fifth embodiment, yet another switching element 18 on the transmission shaft 19 of the two-stage gearbox 7.
  • the additional switching element 18 can additionally be used to charge the battery when the vehicle is at a standstill via the internal combustion engine 1 and as a generator. switched, electric machine 6 can be made possible because the output is decoupled with both the internal combustion engine 1 and the electric machine 6 when the switching element 10 is open and the switching element 18 is open.
  • Combustion engine 1 and the continuously variable transmission 4 is arranged.
  • three switching elements 20, 21 and 22 are provided in this embodiment.
  • the switching element 20 is the output shaft 1 1 associated with the electric machine 6 and the switching elements 21 and 22 are each associated with the output shaft 5 of the continuously variable transmission 4.
  • the switching element 20 is shown in Figure 7 in its neutral position.
  • the output shaft 1 1 of the electric machine 6 is connected to the output shaft 5 of the continuously variable transmission.
  • the output shaft 1 1 of the electric machine 6 is connected via the idler gear 23 to a stage of the two-stage transmission 7 to electrically drive the vehicle in the forward drive V.
  • the switching element 21 may connect the output shaft 5 of the continuously variable transmission 4 via the idler gear 23 with a stage of the two-stage transmission 7 for internal combustion engine forward drive V of the vehicle in the closed state.
  • the switching element 22 may connect a loose wheel 24 with the output shaft 5 of the continuously variable transmission 4 in the closed state.
  • the idler gear 24 can, as in Figure 7 indicated by a dashed line, be constantly connected by appropriate spatial arrangement of the waves with the output gear 13 of the axle differential 8, so that in the closed state of the switching element 22, a speed reversal is realized to realize an internal combustion engine reverse drive R or a reverse gear.
  • an engine start can be made with interruption of the tractive force, if the drive train contains at least one switching element, with which then as described above, the output can be decoupled.
  • the electric machine 6, as described in particular in the fourth to sixth embodiment support the tractive force of the internal combustion engine 1.
  • a starting clutch designed as a friction clutch 17 is arranged in front of the internal combustion engine 1, then the engine start can also take place without interruption of the tractive force if the electric machine 6 additionally provides the moment of friction acting on the clutch 17 with a corresponding ratio in addition to the instantaneous drive torque.

Abstract

Es wird ein Antriebsstrang eines Fahrzeuges mit einem Verbrennungsmotor (1) und einem stufenlosen Getriebe (4) zum verbrennungsmotorischen Fahren sowie mit zumindest einer elektrischen Maschine (6) zum elektrischen Fahren vorgeschlagen, wobei die elektrische Maschine (6) abtriebsseitig derart ankoppelbar ist, dass das elektrische Fahren entkoppelt vom stufenlosen Getriebe (4) durchführbar ist.

Description

Antriebsstranq eines Fahrzeuges
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antriebsstrang eines Fahrzeuges gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Aus der Fahrzeugtechnik sind Antriebsstränge für rein elektrisch angetriebene Fahrzeuge, rein verbrennungsmotorisch angetriebene Fahrzeuge und auch für Hybridfahrzeuge bekannt. Bei ausschließlich elektrisch angetriebenen Fahrzeugen besteht das Problem der mangelnden Reichweite des Fahrzeuges aufgrund der begrenzten Kapazität der Batterien. Bei ausschließlich verbrennungsmotorisch angetriebenen Fahrzeugen ergibt sich eine wesentlich höhere Reichweite, jedoch ist der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine gegenüber dem Verbrennungsmotor deutlich besser. Daher ist es sinnvoll einen Hybridantrieb zu verwenden, bei dem die Kapazität der Batterie derart ausgelegt ist, dass ein Großteil der vorkommenden Kurzfahrten damit abgedeckt wird und bei längeren Fahrten der verbrennungsmotorische Antrieb verwendet wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Antriebsstrang für ein Fahrzeug der eingangs beschriebenen Gattung derart zu verbessern, dass bei einem rein elektrischen Antrieb kein unnötiges Schleppmoment durch mitdrehende Bauteile des verbrennungsmotorischen Antriebes auftritt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen den Unteransprüchen und den Zeichnungen entnommen werden kann.
Demnach wird ein Antriebsstrang eines Fahrzeuges mit einem Verbrennungsmotor und einem stufenlosen Getriebe zum verbrennungsmotorischen Fahren sowie mit zumindest einer elektrischen Maschine zum elektrischen Fahren vorgeschlagen, wobei die elektrische Maschine abtriebsseitig derart ankoppelbar ist, dass das elektrische Fahren entkoppelt vom stufenlosen Getriebe beziehungsweise vom Verbrennungsmotor durchführbar ist. Auf diese Weise wird bei einer ausschließlich elektrischen Fahrt des Fahrzeuges kein Schleppmoment durch unnötiges Mitdrehen der Bauteile des verbrennungsmotorischen Antriebes beziehungsweise und des stufenlosen Getriebes verursacht, da das elektrische Fahren ohne Einfluss des stufenlosen Getriebes erfolgt, so dass der gute Wirkungsgrad der elektrischen Maschine beibehalten wird.
Im Rahmen einer vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine über zumindest ein Schaltelement oder dergleichen von der Ausgangswelle des stufenlosen Getriebes entkoppelt werden kann. Dadurch kann bei Bedarf die Verbindung zwischen der elektrischen Maschine und dem stufenlosen Getriebe unterbrochen werden. Es ist auch möglich, dass andere konstruktive Mittel verwendet werden, die den Kraftfluss zwischen dem stufenlosen Getriebe bzw. Verbrennungsmotor und der elektrischen Maschine unterbrechen.
Um das elektrische Fahren bei stillstehendem Verbrennungsmotor und stillstehendem Getriebe zu realisieren, kann vorgesehen sein, dass abtriebsseitig zusätzlich ein zum Beispiel mehrstufiges Getriebe mit einem Achsdifferenzial verbunden ist. Beispielsweise kann ein 2-Ganggetriebe oder dergleichen verwendet werden. Auf diese Weise kann die elektrische Antriebsleistung vorzugsweise über eine feste Übersetzung auf das Achsdifferential übertragen werden. Ein weiterer Vorteil ergibt sich bei der Verwendung des zusätzlichen mehrstufigen Getriebes dadurch, dass auch beim verbrennungsmotorischen Fahren die verfügbaren Fahrbereiche erweitert werden oder das verwendete stufenlose Getriebe in vorteilhafter Weise eine geringere Spreizung benötigt.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass die elektrische Maschine über zumindest ein Schaltelement oder dergleichen von dem Achsdifferential entkoppelbar ist. Dadurch kann beispielsweise die Batterie des Fahrzeuges geladen werden, wenn die elektrische Maschine als Generator geschaltet ist und von dem Verbrennungsmotor im Stillstand des Fahrzeuges angetrieben wird.
Gemäß einer nächsten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Ausgangswelle des stufenlosen Getriebes über zumindest ein Schaltele- ment oder dergleichen, von der elektrischen Maschine entkoppelt, mit dem mehrstufigen Getriebe an das Achsdifferenzial ankoppelbar ist. Somit ist es mit dem vorgeschlagenen Antriebsstrang auch möglich, dass das Fahrzeug bei Bedarf ausschließlich mit dem Verbrennungsmotor angetrieben wird. Wenn beispielsweise zusätzliche Antriebsleistung gewünscht wird, kann durch so genanntes Boosten die Antriebsleistung durch Ankoppeln der elektrischen Maschine verstärkt werden. Ebenso ist es möglich, dass zum Abbremsen des Fahrzeuges ein Teil der verbrennungsmotorischen Leistung über die als Generator geschaltete elektrische Maschine zum Laden der Batterie verwendet wird.
Eine besonders konstruktiv einfache Ausgestaltung der Schaltelemente kann dadurch erreicht werden, dass die Betätigung der Schaltelemente über z.B. eine Schaltwalze oder dergleichen erfolgt, so dass dann nur ein Stellmotor beziehungsweise Aktuator für beide Schaltelemente erforderlich ist. Es sind auch andere Betätigungsarten für die Schaltelemente einsetzbar.
Bei der Verwendung eines zusätzlichen zweistufigen Getriebes am Abtrieb des Antriebsstranges kann gemäß einer nächsten Weiterbildung der Erfindung eine Stufe beispielsweise als Vorwärtsgangübersetzung und die andere Stufe als Rückwärtsgangübersetzung eingesetzt werden. Dadurch werden die verfügbaren Fahrbereiche des Antriebsstranges erweitert. Konstruktiv kann dies beispielsweise derart ausgestaltet sein, dass ein Losrad der Ausgangswelle des stufenlosen Getriebes zugeordnet ist, welches über ein Schaltelement mit dieser verbindbar ist, so dass eine Vorwärtsfahrt sowohl elektrisch als auch verbrennungsmotorisch durchführbar ist. Für die Rückwärtsgangübersetzung kann der entsprechenden Stufe ebenfalls ein auf der Ausgangswelle des stufenlosen Getriebes gelagertes Losrad zugeordnet sein, welches gleichzeitig mit einem Abtriebsrad des Achsdifferentials in Eingriff steht. Die ständige Verbindung zwischen dem Losrad der Ausgangswelle des stufenlosen Getriebes und dem Abtriebsrad des Achsdifferentials kann durch eine entsprechende räumliche Anordnung der Wellen zueinander auf einfachste Weise ermöglicht werden. Wenn das Losrad mit der Ausgangswelle über ein Schaltelement verbunden ist, kann eine Rückwärtsfahrt des Fahrzeuges verbrennungsmotorisch erfolgen. Zur Schwingungsdämpfung der z. B. von dem Verbrennungsmotor erzeugten Schwingungen kann der Eingangswelle des stufenlosen Getriebes beispielsweise ein Schwingungsdämpfer zugeordnet sein. Um die Fahrbereiche des vorgeschlagenen Antriebsstranges zu erweitern, kann der Eingangswelle des stufenlosen Getriebes vorzugsweise eine Anfahrkupplung zugeordnet sein. Auf diese Weise kann auch ein Anfahren mit dem Verbrennungsmotor alleine realisiert werden. Als Anfahrkupplung kann zum Beispiel eine Fliehkraftkupplung verwendet werden. Vorzugsweise kann als stufenloses Getriebe ein trocken laufendes CVT-Getriebe verwendet werden.
Zusammenfassend kann bei dem vorgeschlagenen Antriebsstrang das zusätzliche z.B. zweistufige Getriebe einerseits die Anbindung der elektrischen Maschine realisieren und andererseits auch zum Erweitern des Übersetzungsbereiches bei verbrennungsmotorischem Antrieb eingesetzt werden. Somit wird nicht nur für den elektrischen Antrieb eine vorteilhafte Übersetzung zur Verfügung gestellt, sondern auch bei verbrennungsmotorischer Fahrt ein niedriger Übersetzungsbereich und ein hoher Übersetzungsbereich bereitgestellt, wobei gleichzeitig die elektrische Maschine als Generator oder Motor wirken kann. Zudem kann der Zustart des Verbrennungsmotors über die elektrische Maschine oder auch über einen zusätzlichen Starter erfolgen. Insgesamt können mit den zumindest zwei vorgesehenen Schaltelementen, die vorzugsweise über einen gemeinsamen Aktuator betätigt werden, wenigstens vier Fahrbereiche realisiert werden.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen, in denen verschiedene mögliche Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen Antriebsstranges dargestellt sind, weiter erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine erste Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Antriebsstranges eines Fahrzeuges;
Figur 1 A ein Schaltschema der ersten Ausführungsvariante gemäß Figur 1 ; Figur 2 eine zweite Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Antriebsstranges; Figur 2A ein Schaltschema der zweiten Ausführungsvariante gemäß Figur 2;
Figur 3 eine dritte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Antriebsstranges;
Figur 3A ein Schaltschema der dritten Ausführungsvariante gemäß Figur 3;
Figur 4 eine vierte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Antriebsstranges;
Figur 4A ein Schaltschema der vierten Ausführungsvariante gemäß Figur 4
Figur 5 eine fünfte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Antriebsstranges;
Figur 5A ein Schaltschema der fünften Ausführungsvariante gemäß Figur 5;
Figur 6 eine sechste Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Antriebsstranges;
Figur 6A ein Schaltschema der sechsten Ausführungsvariante gemäß Figur
6;
Figur 7 eine siebente Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Antriebsstranges; und
Figur 7A ein Schaltschema der siebenten Ausführungsvariante gemäß Figur
7.
In den Figuren 1 bis 7 sind verschiedene mögliche Ausführungsvarianten eines erfindungsgemäßen Antriebsstranges für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor 1 (VM) und einem stufenlosen Getriebe 4 sowie einer elektrischen Maschine 6 (EM) dargestellt, wobei in den Figuren 1 A bis 7A jeweils für die zugeordne- ten Ausführungsvarianten ein entsprechendes Schaltschema angedeutet ist. In den Schaltschemen ist für die jeweils verfügbaren Funktionen bzw. Fahrbereiche das dafür notwendige Verbinden des Verbrennungsmotors 1 , der elektrischen Maschine 6 und/oder des Abtriebes beziehungsweise des Achsdifferentials 8 durch ein entsprechendes Kreuz angedeutet.
Unabhängig von der jeweiligen Ausführungsvariante umfasst der Antriebsstrang des nicht weiter dargestellten Fahrzeuges den Verbrennungsmotor 1 , der vorzugsweise über einen Schwingungsdämpfer 2 mit einer Eingangswelle 3 des stufenlosen Getriebes 4, vorzugsweise einem CVT-Getriebe, verbunden ist. Der Ausgangswelle 5 des stufenlosen Getriebes 4 ist direkt oder indirekt die elektrische Maschine 6 zugeordnet. Die elektrische Maschine 6 kann zum reinen elektrischen Fahren über ein zusätzliches vorzugsweise zweistufiges Getriebe 7 mit einem Achsdifferential 8 verbunden sein beziehungsweise werden. Erfindungsgemäß ist die elektrische Maschine 6 derart abtriebsseitig angekoppelt, dass das elektrische Fahren entkoppelt von dem stufenlosen Getriebe 4 durchgeführt werden kann.
In Figur 1 ist eine erste Ausführungsvariante des Antriebsstranges dargestellt, bei der die elektrische Maschine 6 direkt mit einer Stufe des zweistufigen Getriebes 7 verbunden ist, wobei die Ausgangswelle 5 des stufenlosen Getriebes 4 über ein Schaltelement 9, beispielsweise eine Schaltklaue, mit der elektrischen Maschine 6 und damit letztendlich mit dem Achsdifferential 8 verbunden werden kann.
Insbesondere aus der Tabelle gemäß Figur 1 A ergibt sich, dass bei dieser ersten Ausführungsvariante als Fahrbereich ein elektrisches Fahren ohne Verbindung zum stufenlosen Getriebe 4 beziehungsweise zum Verbrennungsmotor 1 möglich ist, in dem die elektrische Maschine 6 über das zweistufige Getriebe 7 mit dem Abtrieb (Abtr.) beziehungsweise mit dem Achsdifferential 8 verbunden ist, da das Schaltelement 9 geöffnet ist und somit die Ausgangswelle 5 des stufenlosen Getriebes 4 von der elektrischen Maschine 6 entkoppelt ist.
Darüber hinaus kann bei geschlossenem Schaltelement 9 ein verbrennungsmotorisches Fahren realisiert werden, wobei zusätzlich die elektrische Maschine 6 zum Abbremsen des Fahrzeuges geladen oder den Antrieb durch so genanntes Bo- osten unterstützen kann. Somit sind bei der ersten Ausführungsvariante auch die Fahrbereiche Boosten/Laden möglich.
In Figur 2 ist eine zweite Ausführungsvariante des Antriebsstranges dargestellt, bei der zwei Schaltelemente 9, 10 der Ausgangswelle 5 des stufenlosen Getriebes 4 und der elektrischen Maschine 6 zugeordnet sind. Die Abtriebswelle 1 1 der elektrischen Maschine 6 ist ein Losrad 12 zugeordnet, welches mit einer Stufe des zusätzlichen Getriebes 7 in Eingriff steht.
Aus dem Schaltschema gemäß Figur 2A ergibt sich insbesondere, dass bei geschlossenem Schaltelement 9 und geöffnetem Schaltelement 10 ein rein elektrisches Fahren als Fahrbereich ohne Verbindung zum Verbrennungsmotor 1 ermöglicht wird, indem die elektrische Maschine 6 über das mit der Abtriebswelle 1 1 verbundene Losrad 12 und dem zusätzlichen Getriebe 7 mit dem Achsdifferential 8 verbunden ist. Zudem kann auch bei der zweiten Ausführungsvariante das verbrennungsmotorische Fahren erfolgen, wobei die elektrische Maschine 6 zum Abbremsen des Fahrzeuges geladen werden kann oder den Antrieb des Fahrzeuges unterstützen kann (Boosten).
Bei geöffnetem Schaltelement 9 und geschlossenem Schaltelement 10 kann die elektrische Maschine 6 mit dem Verbrennungsmotor 1 verbunden werden und gleichzeitig von dem Achsdifferential 8 gelöst werden, so dass als Fahrbereich im Stillstand des Fahrzeuges ein Laden der Batterie mit der als Generator geschalteten elektrischen Maschine 6 realisiert werden kann (Stillstandladen). Wenn die elektrische Maschine 6 durch das geöffnete Schaltelement 9 vom Achsdifferential 8 und durch das geöffnete Schaltelement 10 von dem Verbrennungsmotor 1 entkoppelt ist, kann die elektrische Maschine 6 als Fahrbereich bzw. Übergangszustand synchronisiert werden, um die Drehzahl der elektrischen Maschine 6 an die Drehzahl des Verbrennungsmotors 1 anzupassen. Beispielsweise kann beim Synchronisieren die Drehzahl der elektrischen Maschine 6 von einem Zustand, z.B. Motorstart, auf den Übergang zum nächsten Zustand, z.B. elektrisches Anfahren bei der Drehzahl Null, angepasst werden. Es sind auch andere Synchronisierungen möglich. Gemäß Figur 3 ist eine dritte Ausführungsvariante dargestellt, bei der das Schaltelement 9 zwischen der Ausgangswelle 5 des stufenlosen Getriebes 4 und der elektrischen Maschine 6 an einer Stufe des zweistufigen Getriebes 7 vorgesehen ist. Zudem ist an der anderen Stufe des zweistufigen Getriebes 7, die dem Abtriebsrad 13 des Achsdifferentials 8 zugeordnet ist, ein weiteres Schaltelement 14 vorgesehen, mit dem das zweistufige Getriebe 7 beziehungsweise die elektrische Maschine 6 von dem Achsdifferential 8 entkoppelt werden kann, wenn das Schaltelement 14 geöffnet ist.
Aus dem Schaltschema gemäß Figur 3A ergeben sich die gleichen Funktionen beziehungsweise Fahrbereiche, wie aus dem Schaltschema gemäß Figur 2A. Damit ist das rein elektrische Fahren, das Boosten beziehungsweise Laden während der Fahrt, das Laden im Stillstand des Fahrzeuges und das Synchronisieren der elektrischen Maschine 6 möglich.
Aus Figur 4 ergibt sich eine vierte Ausführungsvariante, bei der zwei der Ausgangswelle 5 des stufenlosen Getriebes 4 zugeordnete Schaltelemente 9 und 10 vorgesehen sind, die über einen gemeinsamen Aktuator betätigt werden. Die elektrische Maschine 6 weist eine als Hohlwelle ausgebildete Abtriebswelle 1 1 auf, auf der ein Festrad 15 mit einer Stufe des zweistufigen Getriebes 7 in Eingriff steht. In der als Hohlwelle ausgebildeten Abtriebswelle 1 1 ist die Ausgangswelle 5 des stufenlosen Getriebes 4 drehbar gelagert.
Das Schaltelement 9 kann somit im geschlossenen Zustand eine Verbindung zwischen dem Verbrennungsmotor 1 und der elektrischen Maschine 6 und dem Achsdifferential 8 ermöglichen. Das Schaltelement 10 ist einem Losrad 1 6 zugeordnet, das auf der Ausgangswelle 5 des stufenlosen Getriebes 4 angeordnet ist. Im geschlossenen Zustand des Schaltelements 10 kann auf diese Weise eine Verbindung über die anderen Stufe des zweistufigen Getriebes 7 zum Achsdifferential 8 realisiert werden. Dadurch, dass das Schaltelement 9 geöffnet ist, kann bei dem verbrennungsmotorisches Fahren eine Entkopplung von der elektrischen Maschine 6 ermöglicht werden. Neben den Fahrerbereichen beziehungsweise Funktionen der vorbeschriebenen Ausführungsvarianten ergibt sich hier noch ein weiterer Fahrbereich dadurch, dass das verbrennungsmotorische Fahren sowohl über die eine Stufe als auch über die andere Stufe des zweistufigen Getriebes 6 ermöglicht wird. Dadurch sind zusätzlich zwei unterschiedliche Übersetzungen realisierbar, weshalb das stufenlose Getriebe 4 zum Beispiel eine geringere Spreizung benötigt.
In Figur 5 ist eine fünfte Ausführungsvariante dargestellt, die im Unterschied zur vierten Ausführungsvariante zusätzlich eine Anfahrkupplung 17 zwischen dem Verbrennungsmotor 1 und dem stufenlosen Getriebe 4 vorsieht. Zudem sind die Schaltelemente 9 und 10 vorgesehen. Das Schaltelement 9 ist wieder dem auf der als Hohlwelle ausgebildeten Abtriebswelle 1 1 zugeordneten Festrad 15 zugewandt, wobei das Schaltelement 10 wieder dem auf der Ausgangswelle 5 des stufenlosen Getriebes 4 vorgesehenen Losrad 1 6 zugeordnet ist.
Wie auch schon bei den vorgenannten Ausführungsvarianten ergeben sich eine Vielzahl von Fahrbereichen. Neben dem reinen elektrischen Fahren ergibt sich wie auch schon bei der vierten Ausführungsvariante die Möglichkeit, dass das verbrennungsmotorische Fahren sowohl über die eine Stufe als auch über die andere Stufe des zweistufigen Getriebes 7 ermöglicht wird (VM Fahren 1 und VM Fahren 2). Darüber hinaus kann durch die vorgesehene Anfahrkupplung 17 auch ein verbrennungsmotorisches Anfahren ermöglicht werden (VM Anf/-Fahren). Zudem kann auch ein verbrennungsmotorischer Zustart beziehungsweise ein Abschalten als weitere Fahrbereiche realisiert werden. Wie bereits bei den vorhergehenden Ausführungsvarianten erwähnt, können auch bei dieser Ausführungsvariante als Fahrbereiche das Boosten/Laden sowie das Synchronisieren ermöglicht werden.
Gemäß Figur 6 ist eine sechste Ausführungsvariante des Antriebsstranges dargestellt, die im Unterschied zur fünften Ausführungsvariante noch ein weiteres Schaltelement 18 an der Getriebewelle 19 des zweistufigen Getriebes 7 vorsieht. Durch das zusätzliche Schaltelement 18 kann wie insbesondere aus dem Schaltschema gemäß Figur 6A ersichtlich ist, zusätzlich auch ein Laden der Batterie im Stillstand des Fahrzeuges über den Verbrennungsmotor 1 und die als Generator ge- schaltete, elektrische Maschine 6 ermöglicht werden, da der Abtrieb bei geöffnetem Schaltelement 10 und geöffnetem Schaltelement 18 sowohl von dem Verbrennungsmotor 1 als auch von der elektrischen Maschine 6 entkoppelt ist.
Als weitere Fahrbereiche ergeben sich bei der sechsten Ausführungsvariante das elektrische Fahren, das verbrennungsmotorische Fahren sowohl über die eine als auch über die andere Stufe des zweistufigen Getriebes 7 (VM Fahren 1 und VM Fahren 2), das Boosten/Laden 2 zum Beispiel über die zweite Stufe des zweistufigen Getriebes 7, das Stillstandladen und das Synchronisieren.
Entsprechend Figur 7 ist eine siebente Ausführungsvariante des Antriebsstranges angedeutet, bei der wieder eine Anfahrkupplung 17 zwischen dem
Verbrennungsmotor 1 und dem stufenlosen Getriebe 4 angeordnet ist. Darüber hinaus sind bei dieser Ausführungsvariante drei Schaltelemente 20, 21 und 22 vorgesehen. Das Schaltelement 20 ist der Abtriebswelle 1 1 der elektrischen Maschine 6 zugeordnet und die Schaltelemente 21 und 22 sind jeweils der Ausgangswelle 5 des stufenlosen Getriebes 4 zugeordnet.
Das Schaltelement 20 ist in Figur 7 in seiner Neutralstellung dargestellt. Wenn das Schaltelement 20 bezogen auf die Zeichnungsebene aus der Neutralstellung nach links verschoben wird, wird die Abtriebswelle 1 1 der elektrischen Maschine 6 mit der Ausgangswelle 5 des stufenlosen Getriebes verbunden. Wenn das Schaltelement 20 bezogen auf die Zeichnungsebene aus der Neutralstellung nach rechts verschoben wird, wird die Abtriebswelle 1 1 der elektrischen Maschine 6 über das Losrad 23 mit einer Stufe des zweistufigen Getriebes 7 verbunden, um das Fahrzeug in der Vorwärtsfahrt V elektrisch anzutreiben.
Das Schaltelement 21 kann im geschlossenen Zustand die Ausgangswelle 5 des stufenlosen Getriebes 4 über das Losrad 23 mit einer Stufe des zweistufigen Getriebes 7 zur verbrennungsmotorischen Vorwärtsfahrt V des Fahrzeuges verbinden.
Das Schaltelement 22 kann im geschlossenen Zustand ein Losrad 24 mit der Ausgangswelle 5 des stufenlosen Getriebes 4 verbinden. Das Losrad 24 kann, wie in Figur 7 mit einer gestrichelten Linie angedeutet, durch entsprechende räumliche Anordnung der Wellen ständig mit dem Abtriebsrad 13 des Achsdifferentials 8 verbunden sein, so dass im geschlossenen Zustand des Schaltelements 22 eine Drehzahlumkehr realisiert wird, um eine verbrennungsmotorische Rückwärtsfahrt R beziehungsweise einen Rückwärtsgang zu realisieren.
Insgesamt kann somit der vorgeschlagene Antriebsstrang mit möglichst wenigen Bauteilen und folglich kostengünstig die eingangs beschriebenen Anforderungen erfüllen. Zudem ist es auch möglich, dass ein Motorstart mit Unterbrechung der Zugkraft erfolgen kann, wenn der Antriebsstrang zumindest ein Schaltelement enthält, mit dem dann wie vorbeschrieben der Abtrieb entkoppelt werden kann. Um einen Zugkrafteinbruch bei Bereichsschaltungen zu verhindern, kann die elektrische Maschine 6, wie insbesondere bei der vierten bis sechsten Ausführungsvariante beschrieben, die Zugkraft des Verbrennungsmotors 1 stützen.
Ist vor dem Verbrennungsmotor 1 eine als Reibungskupplung ausgeführte Anfahrkupplung 17 angeordnet, so kann der Motorstart auch ohne Unterbrechung der Zugkraft erfolgen, wenn die elektrische Maschine 6 zusätzlich zum momentanen Antriebsmoment noch das an der Kupplung 17 mit entsprechender Übersetzung wirkende Reibmoment bereitstellt.
Bezuqszeichen
1 Verbrennungsmotor (VM)
2 Schwingungsdämpfer
3 Eingangswelle des stufenlosen Getriebes
4 stufenloses Getriebe
5 Ausgangswelle des stufenlosen Getriebes
6 elektrische Maschine (EM)
7 zusätzliches zweistufiges Getriebe
8 Achsdifferential (Abtr.)
9 Schaltelement
10 Schaltelement
1 1 Abtriebswelle der elektrischen Maschine
12 Losrad
13 Abtriebsrad des Achsdifferentials
14 Schaltelement
15 Festrad
1 6 Losrad
17 Anfahrkupplung
18 Schaltelement
19 Getriebewelle des zweistufigen Getriebes
20 Schaltelement
21 Schaltelement
22 Schaltelement
23 Losrad
24 Losrad
V Vorwärtsfahrt
R Rückwärtsfahrt

Claims

Patentansprüche
1 . Antriebsstrang eines Fahrzeuges mit einem Verbrennungsmotor (1 ) und einem stufenlosen Getriebe (4) zum verbrennungsmotorischen Fahren sowie mit zumindest einer elektrischen Maschine (6) zum elektrischen Fahren, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (6) abtriebsseitig derart ankoppelbar ist, dass das elektrische Fahren entkoppelt vom stufenlosen Getriebe (4) durchführbar ist.
2. Antriebsstrang nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (6) über zumindest ein Schaltelement (9, 10 ,21 ) von der Ausgangswelle (5) des stufenlosen Getriebes (4) entkoppelbar ist.
3. Antriebsstrang nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass abtriebsseitig zusätzlich ein mehrstufiges Getriebe (7) einerseits der elektrischen Maschine (6) und andererseits einem Achsdifferential (8) zugeordnet ist.
4. Antriebsstrang nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (6) über zumindest ein Schaltelement (9, 14, 18) von dem zusätzlichen Getriebe (7) und/oder von dem Achsdifferential (8) entkoppelbar ist.
5. Antriebsstrang nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangswelle (5) des stufenlosen Getriebes (4) zum verbrennungsmotorischen Fahren mit zumindest einem Schaltelement (9, 10, 18, 20, 21 , 22) über das mehrstufige Getriebe (7) mit dem Achsdifferential (8) koppelbar ist.
6. Antriebsstrang nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (9, 10; 21 , 22) über einen gemeinsamen Ak- tuator betätigbar sind.
7. Antriebsstrang nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem zweistufigen Getriebe (7) zumindest eine Stufe als Vorwärtsgangübersetzung (V) und eine andere Stufe als Rückwärtsgangübersetzung (R) verwendbar sind.
8. Antriebsstrang nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vorwärtsgangübersetzung ein Losrad (23) der Ausgangswelle (5) des stufenlosen Getriebes (4) zugeordnet ist, welches mit einer Stufe des zweistufigen Getriebes (7) in Eingriff steht, wobei über ein Schaltelement (21 ) das Losrad (23) mit der Ausgangswelle (5) verbindbar ist, so dass die Vorwärtsgangübersetzung zum elektrischen Fahren oder zum verbrennungsmotorischen Fahren schaltbar ist.
9. Antriebsstrang nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Rückwärtsgangübersetzung ein Losrad (24) der Ausgangswelle (5) des stufenlosen Getriebes (4) zugeordnet ist, welches mit einem Abtriebsrad (13) des Achsdifferentials (8) in Eingriff steht, wobei über ein Schaltelement (22) das Losrad (24) mit der Ausgangswelle (5) verbindbar ist, so dass die Rückwärtsgangübersetzung zum verbrennungsmotorischen Fahren schaltbar ist.
10. Antriebsstrang nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswelle (3) des stufenlosen Getriebes (4) mit einem Schwingungsdämpfer (2) verbunden ist.
1 1 . Antriebsstrang nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswelle (3) des stufenlosen Getriebes (4) mit einer Anfahrkupplung (17) verbunden ist.
12. Antriebsstrang nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als stufenloses Getriebe (4) ein trocken laufendes CVT-Getriebe vorgesehen ist.
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