DE102012208678A1

DE102012208678A1 - Antriebsanordnung

Info

Publication number: DE102012208678A1
Application number: DE201210208678
Authority: DE
Inventors: Erwin Weigl; Nico Daun
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2012-05-24
Filing date: 2012-05-24
Publication date: 2013-11-28

Abstract

Es wird eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer Primärantriebseinheit, einer anzutreibenden Fahrzeugachse und einem mehrstufigen Getriebe bereitgestellt, wobei das Getriebe eine erste und eine zweite Getriebeeingangswelle umfasst, die mittels einer Anzahl von Getriebestufen schaltbar mit mindestens einer Getriebeausgangswelle koppelbar sind, und die mindestens eine Getriebeausgangswelle zum Übertragen eines Drehmoments mit der anzutreibenden Fahrzeugachse gekoppelt ist, wobei die erste und die zweite Getriebeeingangswellen jeweils eine Kupplung zum wahlweisen Koppeln mit der Hauptantriebseinheit des Fahrzeugs umfasst, wobei die erste und die zweite Getriebeeingangswellen im wesentlichen parallel zu der anzutreibenden Fahrzeugachse ausgerichtet sind. Die Antriebsanordnung umfasst eine elektrische Antriebsmaschine, welche mit der ersten oder der zweiten Getriebeeingangswelle zum Einleiten eines Drehmoments auf die jeweilige Getriebeeingangswelle koppelbar ausgebildet ist. Ferner wird ein Kraftfahrzeug mit einer entsprechenden Antriebsanordnung vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Kraftfahrzeug mit einer entsprechend ausgebildeten Antriebsanordnung.
Aus dem Stand der Technik sind Fahrzeuge mit einem Doppelkupplungsgetriebe bekannt. Dieses umfasst üblicherweise zwei Teilgetriebe, die eingangsseitig wechselweise über eine eigene Kupplung mit dem Antrieb zur Einleitung eines Antriebsmoments verbindbar sind. Über einen gemeinsamen Getriebeausgang sind die beiden Teilgetriebe mit einem nachfolgenden Teil des Antriebsstrangs verbunden. Dieser Getriebeaufbau ermöglicht unter anderem einen vollautomatischen Gangwechsel unter Vermeidung einer Zugkraftunterbrechung während des Schaltvorgangs.
Entsprechend einer üblichen Ausgestaltungsform werden derartige Doppelkupplungsgetriebe zusammen mit dem Motor des Fahrzeugs räumlich der anzutreibenden Achse zugeordnet, also beispielsweise gemeinsam im Frontbereich eines frontgetriebenen Fahrzeuges oder gemeinsam im Heck eines heckgetriebenen Fahrzeugs, und sind in der Regel als Quereinbau quer zu einer Fahrzeuglängsachse oder als Längseinbau ausgerichtet.
Eine alternative Anordnung ist beispielsweise aus der DE 10 2006 059 901 A1 bekannt, die ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsstrang in der sogenannten Transaxle-Bauweise beschreibt. Diese Anordnung umfasst einen Heck- oder Frontmotor sowie ein Getriebe, wobei der Motor eine in Längsrichtung des Fahrzeugs laufende Kurbelwelle aufweist und der Motor und das Getriebe getrennt voneinander im Heck, in der Fahrzeugmitte oder im Fahrzeug-Frontbereich angeordnet sind. Aufgrund des Längseinbaus des Getriebes soll ein Bauraumbedarf geringer ausfallen. Jedoch muss hierzu ein spezielles, sehr kurz bauendes Getriebe vorgesehen werden und das Fahrzeugkonzept entsprechend angepasst und ausgelegt sein.
Zur Steigerung einer Fahrdynamik umfasst die Anordnung außerdem sogenannte Torque-Vektoring-Einheiten, die ein zusätzliches Drehmoment separat für jedes Rad direkt auf die Antriebsachse aufbringen können. Diese Einheiten umfassen beispielsweise Planetengetriebe und sind dementsprechend aufwendig und komplex ausgestaltet.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antriebsanordnung mit einem Doppelkupplungsgetriebe bereitzustellen, welche die Nachteile des Stands der Technik zumindest teilweise reduziert und diesen hinsichtlich einer verbesserten Fahrdynamik weiterentwickelt sowie zusätzlich eine Variabilität des Antriebs zu einer bedarfsgerechten Leistungsanpassung und somit einer gesteigerten Energieeffizienz ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst mittels einer Antriebsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einem Kraftfahrzeug mit einer entsprechenden Antriebsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen ergeben sich aus den jeweils abhängigen Ansprüchen.
Demnach wird eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, mit einer Primärantriebseinheit, einer anzutreibenden Fahrzeugachse und einem mehrstufigen Getriebe, wobei das Getriebe eine erste und eine zweite Getriebeeingangswelle umfasst, die mittels einer Anzahl von Getriebestufen schaltbar mit mindestens einer Getriebeausgangswelle koppelbar sind, und die mindestens eine Getriebeausgangswelle zum Übertragen eines Drehmoments mit der anzutreibenden Fahrzeugachse gekoppelt ist.
Die erste und die zweite Getriebeeingangswelle umfassen jeweils eine eigene Kupplung (nachfolgend als erste bzw. zweite Kupplung bezeichnet) zum wahlweisen Koppeln der jeweiligen Getriebeeingangswelle mit der Primärantriebseinheit des Fahrzeugs, wobei die erste und die zweite Getriebeeingangswelle im Wesentlichen parallel zu der anzutreibenden Fahrzeugachse ausgerichtet ist.
Außerdem umfasst die Antriebsanordnung eine elektrische Antriebsmaschine, welche mit der ersten oder der zweiten Getriebeeingangswelle zum Einleiten eines Drehmoments auf die jeweilige Getriebeeingangswelle koppelbar ausgebildet ist.
Mit anderen Worten umfasst die Antriebsanordnung also die Primärantriebseinheit des Fahrzeugs zur Bereitstellung eines primären Antriebsmoments, welches über das Getriebe auf die Antriebsachse übertragbar ist. Hierzu umfasst das Getriebe die beiden Getriebeeingangswellen, die jeweils eine eigene Kupplung aufweisen. Das Getriebe kann somit als „Doppelkupplungsgetriebe” bezeichnet werden. Es lassen sich durch wechselseitiges Ein- bzw. Auskuppeln der beiden Kupplungen wahlweise die erste und/oder die zweite Getriebeeingangswelle mit der Primärantriebseinheit drehmomentübertragend koppeln. In Übergangsbereichen können kurzzeitig beide Eingangswellen zumindest teilweise eingekuppelt sein, wie beispielsweise beim Einkuppeln einer der Getriebeeingangswellen und gleichzeitigen Auskuppeln der anderen Getriebeeingangswelle. Eine Steuerung der beiden Kupplungen bzw. der beiden Getriebeeingangswellen kann hierzu beispielsweise in analoger Weise zu bekannten Doppelkupplungsgetrieben erfolgen, so dass auf eine umfangreiche Darstellung verzichtet werden kann.
Das Getriebe ist gemäß der Beschreibung derart angeordnet, dass die beiden Getriebeeingangswellen parallel zu der anzutreibenden Fahrzeugachse ausgerichtet sind. Gleiches gilt für die mindestens eine Getriebeausgangswelle. Das gesamte Getriebe ist also in einem eingebauten Zustand quer in einem Fahrzeug angeordnet. Die Primärantriebseinheit kann entweder ebenfalls parallel hierzu oder senkrecht hierzu, beispielsweise in Längsrichtung des Fahrzeugs (in verbauten Zustand), ausgerichtet sein.
Des Weiteren ist es möglich, dass die beiden Getriebeeingangswellen beispielsweise koaxial zueinander, insbesondere zumindest teilweise ineinandergeschoben, angeordnet sind, so dass die eine Getriebeeingangswelle die andere zumindest abschnittsweise umschließt. Alternativ können die beiden Getriebeeingangswellen separat voneinander angeordnet sein, wie nachfolgend im Detail ausgeführt wird.
Dem Getriebe ist, wie beschrieben, die erste elektrische Antriebsmaschine derart zugeordnet, dass diese mit einer der beiden Getriebeeingangswellen gekoppelt werden kann. Somit ist es möglich, in einem eingekoppelten Zustand mittels der ersten elektrischen Antriebsmaschine ein Drehmoment auf die jeweilige Getriebeeingangswelle einzuleiten. Dies kann beispielsweise erfolgen, um ein primäres Antriebsmoment der Primärantriebseinheit, welches von der Getriebeeingangswelle über das Getriebe auf die Fahrzeugachse übertragen wird, durch die parallel zugeschaltete elektrische Antriebsmaschine zu unterstützen. Als elektrische Antriebsmaschinen sind im Rahmen dieser Beschreibung beispielsweise Elektromotoren zu verstehen.
Ist dagegen die erste bzw. die zweite Kupplung der entsprechend mit der elektrischen Antriebsmaschine gekoppelten ersten bzw. zweiten Getriebeeingangswelle geöffnet, so wird kein Drehmoment (primäres Antriebsmoment) von der Primärantriebseinheit in das Getriebe eingeleitet. Stattdessen bringt lediglich die mit der Getriebeeingangswelle gekoppelte erste elektrische Antriebsmaschine ein Drehmoment (als Antriebsmoment) auf, welches auf die Getriebeausgangswelle und somit auf die Fahrzeugachse übertragen wird.
Die beschriebene Kopplung der elektrischen Antriebsmaschine mit der Getriebeeingangswelle bietet also unter anderem den Vorteil, dass auch für den Betrieb der elektrischen Antriebsmaschine das Getriebe mit seinen Getriebestufen nutzbar bleibt und somit auch das Drehmoment der elektrischen Antriebsmaschine entsprechend übersetzt werden kann bzw. schaltbar ist.
Auf diese Weise wird zusätzlich ein Auslegungskonflikt für die elektrischen Antriebsmaschinen vermieden. Da eine Abgabe der maximalen Leistung in der Regel nicht über deren gesamtes Drehzahlspektrum möglich ist, müssen bisher die Antriebsmaschinen entweder für niedrige oder für hohe Drehzahlen ausgelegt werden.
Die beschriebene Koppelbarkeit kann derart erfolgen, dass die elektrische Antriebsmaschine dauerhaft mechanisch mit der Getriebeeingangswelle verbunden ist und in einem „entkoppelten” Zustand lediglich stromlos geschaltet ist. Ein „Einkoppeln” erfolgt in diesem Fall durch deren entsprechende Ansteuerung. Unter der dauerhaften mechanischen Kopplung ist beispielsweise ebenfalls ein permanent vorgesehener Eingriff zwischengeschalteter Zahnräder zu verstehen.
Alternativ kann eine wahlweise Koppelbarkeit der ersten elektrischen Antriebsmaschine mit der entsprechenden Getriebeeingangswelle vorgesehen sein, bei der im Gegensatz zu einer dauerhaften Kopplung, die elektrische Antriebsmaschine von der entsprechenden Getriebeeingangswelle mechanisch entkoppelt wird, so dass ausschließlich das Antriebsmoment der Primärantriebseinheit für einen Antrieb der Fahrzeugachse genutzt wird. Beispielsweise kann hierzu eine (dritte) Kupplung zwischen der elektrischen Antriebsmaschine und der zugehörigen Getriebeausgangswelle vorgesehen sein. Alternativ ist ein wahlweise erzeugbarer Eingriff in zwischengeschaltete Zahnräder zur Erzielung der wahlweisen Koppelbarkeit möglich.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Antriebsanordnung außerdem eine zweite elektrische Antriebsmaschine, wobei die erste elektrische Antriebsmaschine mit der ersten Getriebeeingangswelle und die zweite elektrische Antriebsmaschine mit der zweiten Getriebeeingangswelle zum Einleiten eines Drehmoments auf die jeweilige Getriebeeingangswelle koppelbar ausgebildet sind.
Die Kopplung der zweiten elektrischen Antriebsmaschine erfolgt beispielsweise analog zu der beschriebenen ersten elektrischen Antriebsmaschine, so dass beide in entsprechender Weise eingesetzt und betrieben werden können. Im Falle einer mechanischen Entkoppelbarkeit kann für die zweite elektrische Antriebsmaschine eine vierte Kupplung zum wahlweisen Koppeln mit der zugehörigen Getriebeeinfangswelle (analog zur dritten Kupplung) oder der beschriebene wahlweise Zahnradeingriff vorgesehen sein.
Zusätzlich ergeben sich mit Hilfe dieser Ausführungsform zusätzlich zu den bereits beschriebenen Betriebsformen die nachfolgenden Betriebsformen:
So können die erste und die zweite elektrische Antriebsmaschine gleichzeitig mit der jeweils zugehörigen Getriebeeingangswelle gekoppelt sein. Auf diese Weise ergibt sich ein Parallelbetrieb beider elektrischer Antriebsmaschinen, wobei gleichzeitig die Getriebestufen des Getriebes auf vorteilhafte Weise zur Übersetzung der Antriebsmomente nutzbar bleiben. In diesem Betriebszustand ist die Primärantriebseinheit durch Öffnen der ersten bzw. zweiten Kupplung bei Bedarf vollständig entkoppelbar, so dass ein rein elektrischer Fahrmodus möglich ist.
Wird zusätzlich die erste und/oder die zweite Kupplungen der Getriebeeingangswelle geschlossen, so kann zusätzlich die Primärantriebseinheit drehmomentübertragend integriert werden, so dass deren primäres Antriebsmoment mit Hilfe der Drehmomente der elektrischen Antriebsmaschinen unterstützt wird.
Vorzugsweise sind die erste und/oder die zweite elektrische Antriebsmaschine koaxial auf der anzutreibenden Fahrzeugachse angeordnet. Hierbei ist die jeweilige elektrische Antriebsmaschine beispielsweise derart ausgestaltet, dass diese eine Gelenkwelle bzw. eine Abtriebswelle der Fahrzeugachse zumindest teilweise umgibt. Mit anderen Worten sind in diesem Fall die jeweilige elektrische Antriebsmaschine und die zugehörige Gelenkwelle zumindest teilweise ineinander verschachtelt, also koaxial umgreifend, angeordnet. Diese Anordnung ermöglicht eine besonders bauraumeffiziente Anordnung der beiden elektrischen Antriebsmaschinen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können sich die erste und die zweite Getriebeeingangswelle parallel zur Fahrzeugachse in entgegengesetzter Richtung voneinander weg erstrecken. Dies bedeutet, dass die beiden Getriebeeingangswellen sich nicht koaxial übergreifen, sondern unabhängig voneinander und beabstandet zueinander auf einer gemeinsamen imaginären Achse angeordnet sind. In einem eingebauten Zustand können sich also die erste und die zweite Getriebeeingangswelle jeweils von einer Fahrzeuglängsachse ausgehend in einer Querrichtung des Fahrzeugs und parallel zu der Fahrzeugachse voneinander weg erstrecken.
Da in dieser Anordnung die beiden Getriebeeingangswellen nicht parallel nebeneinander angeordnet sind, sondern beispielsweise beabstandet zueinander auf der gemeinsamen imaginären Achse angeordnet sein können, ergibt sich eine Reduzierung der Abmessungen des Getriebes in Längsrichtung des Fahrzeuges und/oder in dessen Höhe, so dass erhebliche Package-Vorteile realisiert werden können. Zwar geht diese Reduzierung der genannten Abmessungen zu Lasten einer Abmessung in Querrichtung des Fahrzeugs, jedoch ist diese in der Regel von nachgeordneter Bedeutung bei der Package-relevanten Auslegung der Fahrzeuge.
Des Weiteren können die erste und/oder die zweite elektrische Antriebsmaschine mittels eines Zwischengetriebes unmittelbar mit der anzutreibenden Fahrzeugachse drehmomentübertragend koppelbar ausgebildet sein, zum unmittelbaren Einleiten eines Antriebsmoments auf die Fahrzeugachse. Das Zwischengetriebe kann beispielsweise als Planetengetriebe ausgebildet sein.
In diesem Fall erfolgt eine Entkopplung der jeweiligen elektrischen Antriebsmaschine von der zugehörigen Getriebeeingangswelle, so dass ein Antriebsmoment der elektrischen Antriebsmaschine ausschließlich über das Zwischengetriebe auf die Fahrzeugachse aufgebracht wird. Dies ermöglicht die Funktion des sogenannten „Torque-Vektoring”, also einer gezielten Drehmomentbeeinflussung für eine variable Kraftverteilung zwischen den Rädern der angetriebenen Fahrzeugachse.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Primärantriebseinheit mittels einer Antriebswelle mit einem Getriebeeingang des Getriebes zum Einleiten des primären Antriebsmoments in das Getriebe koppelbar. Dies bedeutet, dass die Primärantriebseinheit über die Antriebswelle, wie beispielsweise eine Gelenkwelle, mit dem Getriebe drehmomentübertragend verbunden sein kann, so dass eine beabstandete Anordnung beider Komponenten zueinander ermöglicht wird.
Vorzugsweise ist diese Anordnung derart ausgestaltet, dass die Primärantriebseinheit und das Getriebe der Antriebsanordnung eine Mittelmotoranordnung oder eine Transaxle-Anordnung bilden. Im Falle der Transaxle-Anordnung kann die Primärantriebseinheit beispielsweise als Front- oder Heckmotor angeordnet sein, wobei das Getriebe im entgegengesetzten Abschnitt des Fahrzeugs, also im Heck- bzw. im Frontabschnitt, angeordnet ist.
Auf diese Weise können die Vorteile dieser Antriebskonzepte mit der erfindungsgemäßen Unterstützung durch die eine oder die beiden elektrischen Antriebsmaschine(n) kombiniert werden, wodurch eine verbesserte Fahrdynamik des Fahrzeugs erzielbar ist.
Wie bereits voranstehend angedeutet, sind die erste und die zweite Kupplung vorzugsweise unabhängig voneinander betätigbar ausgeführt. Dies ermöglicht eine wahlweise und bedarfsgerechte Kopplung der einzelnen Antriebskomponenten und somit eine hohe Variabilität.
Die ebenfalls voranstehend beschriebene Koppelbarkeit der ersten elektrischen Antriebsmaschine und der zweiten elektrischen Antriebsmaschine mit der ersten bzw. zweiten Getriebeeingangswelle erfolgt vorzugsweise jeweils mittels der dritten bzw. vierten Kupplung, die ebenfalls unabhängig voneinander betätigbar sind.
Vorzugsweise ist der ersten Getriebeeingangswelle eine erste Teilmenge der Getriebestufen und der zweiten Getriebeeingangswelle eine zweite Teilmenge der Getriebestufen zugeordnet. Beispielsweise kann die Aufteilung der Getriebestufen derart erfolgen, dass die erste Teilmenge alle ungeraden Gänge und die zweite Teilmenge alle geraden Gänge des Getriebes (oder umgekehrt) umfasst.
Entsprechend einer weiteren Ausgestaltungsform ist die erste und/oder die zweite elektrische Antriebsmaschine als Generator betreibbar zum Erzeugen von elektrischer Energie und zum Bereitstellen der elektrischen Energie für einen Antrieb der jeweils anderen elektrischen Antriebsmaschine ausgebildet. In diesem Fall kann die Primärantriebseinheit über die entsprechende Getriebeeingangswelle die hiermit gekoppelte elektrische Antriebsmaschine in Drehbewegung versetzten, so dass diese als Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie wirkt. Die auf diese Weise gewonnene Energie wird der anderen elektrischen Antriebsmaschine zu deren Antrieb zugeleitet. Diese kann hierzu mit der ihr zugeordneten Getriebeeingangswelle gekoppelt sein und mittels dieser die Fahrzeugachse antreiben. Auf diese Weise kann die beschriebene Anordnung als serieller Hybrid arbeiten und gleichzeitig die Schaltbarkeit des Getriebes genutzt werden. Alternativ kann diese elektrische Antriebsmaschine mittels des voranstehend beschriebenen Zwischengetriebes unter Umgehung des Getriebes ihr Drehmoment direkt auf die Fahrzeugachse einleiten.
Ebenfalls vorzugsweise ist das mehrstufige Getriebe ein halb- oder vollautomatisiert schaltbares Getriebe.
Des Weiteren kann die Primärantriebseinheit einen Verbrennungsmotor und/oder einen Elektromotor umfassen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die erste und/oder die zweite elektrische Antriebsmaschine mittels jeweils einer zusätzlichen Ausgleichsgetriebewelle mit einem Ausgleichsgetriebe der Fahrzeugachse koppelbar. Auf diese Weise wird eine Torque-Vektoring-Funktion mittels einer Differenzdrehzahl ermöglicht, wobei dem Ausgleichsgetriebe und der elektrischen Antriebsmaschine jeweils ein Planetengetriebe zugeordnet ist und diese mittels der Ausgleichsgetriebewelle verbunden sind.
Des Weiteren wird ein Kraftfahrzeug mit einer Antriebsanordnung vorgeschlagen, wobei die Antriebsanordnung gemäß der Beschreibung ausgebildet ist.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand mehrerer Ausführungsformen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 einen ersten Betriebsmodus einer ersten Ausführungsform einer Antriebsanordnung gemäß der Beschreibung,
2 einen zweiten Betriebsmodus der ersten Ausführungsform der Antriebsanordnung gemäß 1,
3 einen dritten Betriebsmodus der ersten Ausführungsform der Antriebsanordnung gemäß 1 bzw. 2,
4 einen vierten Betriebsmodus der ersten Ausführungsform der Antriebsanordnung gemäß 1 bzw. 2,
5 einen fünften Betriebsmodus der ersten Ausführungsform der Antriebsanordnung gemäß 1 bzw. 2,
6 eine zweite Ausführungsform einer Antriebsanordnung gemäß der Beschreibung,
7 eine dritte Ausführungsform einer Antriebsanordnung gemäß der Beschreibung, und
8 eine vierte Ausführungsform einer Antriebsanordnung gemäß der Beschreibung.
In den nachfolgenden schematischen Darstellungen der 1 bis 8 sind die drehmomentübertragenden Getriebeelemente bzw. -abschnitte mittels dickerer Linien dargestellt als die inaktiven Getriebeabschnitte. Diese Darstellung dient lediglich einer besseren Nachvollziehbarkeit und Verständlichkeit der Funktionsweise, ist jedoch keinesfalls als Hinweis auf eine entsprechend größere oder kleinere Dimensionierung der Bauteile zu verstehen. Des Weiteren ist jeweils lediglich eine beispielhafte Getriebestufe als drehmomentübertragend gekennzeichnet. Es versteht sich jedoch, dass je nach gewünschter Gangwahl ebenso eine andere Getriebestufe der jeweiligen Getriebeeingangswelle ausgewählt werden kann.
In 1 ist ein erster Betriebsmodus einer ersten Ausführungsform einer Antriebsanordnung 10 dargestellt. Die Antriebsanordnung 10 umfasst eine Primärantriebseinheit 11, eine anzutreibende Fahrzeugachse 12 und ein mehrstufiges Getriebe 13. Das Getriebe 13 umfasst eine erste 14 und eine zweite Getriebeeingangswelle 15, die mittels einer Anzahl von Getriebestufen 13a, 13b schaltbar mit mindestens einer Getriebeausgangswelle 16 koppelbar sind. Die Getriebeausgangswelle 16 ist zum Übertragen eines Drehmoments mit der anzutreibenden Fahrzeugachse 12 gekoppelt.
Die erste Getriebeeingangswelle 14 umfasst eine erste Kupplung 17 und die zweite Getriebeeingangswelle 15 umfasst eine zweite Kupplung 18 zum wahlweisen Koppeln der jeweiligen Getriebeeingangswelle 14, 15 mit der Primärantriebseinheit 11 des Fahrzeugs. Die erste 14 und die zweite Getriebeeingangswelle 15 sind im Wesentlichen parallel zu der anzutreibenden Fahrzeugachse 12 ausgerichtet und erstrecken sich in seitlicher Richtung voneinander weg. Die Antriebsanordnung 10 umfasst außerdem eine erste 19 und eine zweite elektrische Antriebsmaschine 20, welche mit der ersten 14 bzw. der zweiten Getriebeeingangswelle 15 zum Einleiten eines Drehmoments auf die jeweilige Getriebeeingangswelle 14, 15 koppelbar ausgebildet ist.
Die Primärantriebseinheit 11 ist in der dargestellten Ausführungsform senkrecht zu der Fahrzeugachse 12 und somit in Längsrichtung des Fahrzeugs (nicht dargestellt) ausgerichtet. Über eine Antriebswelle 22 wird ein primäres Antriebsmoment der Primärantriebseinheit 11 in das Getriebe 13 eingeleitet. Die Anordnung bildet somit – je nach Länge der Antriebswelle – beispielsweise eine Mittelmotoranordnung oder eine Transaxle-Anordnung. Die Fahrzeugachse 12 umfasst darüber hinaus ein Ausgleichsgetriebe 21 in Form eines Differentials.
In dem dargestellten Betriebsmodus ist die zweite Kupplung 18 geschlossen, so dass das mittels der Antriebswelle 22 in das Getriebe 13 eingeleitete primäre Antriebsmoment auf die zweite Getriebeeingangswelle 15 und von dieser mittels einer der Getriebestufen 13b auf die Getriebeausgangswelle 16 übertragen wird. Die Getriebeausgangswelle 16 wiederum überträgt das Antriebsmoment auf die Fahrzeugachse 12 und versetzt diese in Drehbewegung.
Je nach Gangwahl wird wechselweise die erste 14 oder die zweite Getriebeeingangswelle 15 mit der Primärantriebseinheit 11 durch Schließen bzw. Öffnen der ersten bzw. zweiten Kupplung 17,18 gekoppelt, wobei in beiden Fällen die beschriebene Weitergabe des Antriebsmoments auf die Getriebeausgangswelle 16 erfolgt.
Die erste 19 und die zweite elektrische Antriebsmaschine 20 leisten in dieser Betriebsart keinen Beitrag. Sie können beispielsweise mechanisch entkoppelt sein oder lediglich nicht angesteuert werden. Eine mechanische Entkopplung kann beispielsweise durch eine aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich angedeutete dritte 23a bzw. vierte Kupplung 23b oder durch einen entkoppelbaren Zahnradeingriff zwischen den elektrischen Antriebsmaschinen und der zugehörigen Getriebeeingangswelle erfolgen.
2 zeigt einen zweiten Betriebsmodus der ersten Ausführungsform der Antriebsanordnung 10 gemäß 1, so dass bezüglich des Aufbaus auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen wird.
In dem dargestellten zweiten Betriebsmodus ist die zweite Kupplung 18 geschlossen, so dass entsprechend der Beschreibung zu 1 das mittels der Antriebswelle 22 in das Getriebe 13 eingeleitete primäre Antriebsmoment auf die zweite Getriebeeingangswelle 15 und von dieser mittels einer der Getriebestufen 13b auf die Getriebeausgangswelle 16 übertragen wird. Die Getriebeausgangswelle 16 wiederum überträgt das Antriebsmoment auf die Fahrzeugachse 12 und versetzt diese in Drehbewegung.
Je nach Gangwahl wird ebenfalls wechselweise die erste 14 oder die zweite Getriebeeingangswelle 15 mit der Primärantriebseinheit 11 gekoppelt, wobei in beiden Fällen die beschriebene Weitergabe des Antriebsmoments auf die Getriebeausgangswelle 16 erfolgt.
Zusätzlich ist die zweite elektrische Antriebsmaschine 20 mit der zweiten Eingangswelle 15 drehmomentübertragend gekoppelt, so dass die elektrische Antriebsmaschine 20 ein unterstützendes Drehmoment bereitstellen kann.
Wird aufgrund eines Gangwechsels auf die erste Getriebeeingangswelle 14 gewechselt, so wird hierzu die erste Kupplung 17 geschlossen und die erste elektrische Antriebsmaschine 19 übernimmt die Bereitstellung eines unterstützenden Drehmoments. In Reaktion hierauf wird die zweite Kupplung 18 geöffnet, so dass die zweite Getriebeeingangswelle 15 bzw. die zweite elektrische Antriebsmaschine 20 entkoppelt wird.
Es kann somit zusätzlich zu der Primärantriebseinheit 11 eine der elektrischen Antriebsmaschinen 19, 20 zugeschaltet werden, die somit ein zusätzliches Drehmoment bereitstellt, während die jeweils entkoppelte elektrische Antriebsmaschine in diesem Zustand ohne Leistungsbeitrag ist.
3 zeigt einen dritten Betriebsmodus der ersten Ausführungsform der Antriebsanordnung 10 gemäß 1 bzw. 2. Dieser dritte Betriebsmodus entspricht dem in 2 dargestellten Betriebsmodus, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
Demnach ist die Primärantriebseinheit 11 mittels der geschlossenen zweiten Kupplung 18 mit der zweiten Getriebeeingangswelle 15 drehmomentübertragend gekoppelt zum Antrieb der Getriebeausgangswelle 16. Zusätzlich wirkt die zweite elektrische Antriebsmaschine 20 unterstützend durch Einleitung eines Drehmoments auf die zweite Getriebeeingangswelle 15.
Im Gegensatz zu dem Betriebsmodus gemäß 2 wird in dem in 3 dargestellten Betriebsmodus die jeweils inaktive elektrische Antriebsmaschine, im dargestellten Zustand also die erste elektrische Antriebsmaschine 19, ebenfalls zur Bereitstellung eines Drehmoments auf die Getriebeausgangswelle 16 genutzt. Hierzu ist die erste elektrische Antriebsmaschine 19 mit der ersten Getriebeeingangswelle 14 gekoppelt, wobei gleichzeitig die Kupplung 17 zu deren Entkopplung von der Primärantriebseinheit 11 geöffnet ist. Das Drehmoment der ersten elektrischen Antriebsmaschine 19 wird somit über die erste Getriebeeingangswelle 14 mittels einer der Getriebestufen 13a auf die Getriebeausgangswelle 16 übertragen und unterstützt das dort anliegende Drehmoment, welches von der Primärantriebseinheit 11 bzw. der zweiten elektrischen Antriebsmaschine 20 über eine der Getriebestufen 13b der zweiten Getriebeeingangswelle 15 bereitgestellt wird.
Auf diese Weise kann das Antriebsmoment der Primärantriebseinheit 11 nicht nur durch eine der beiden elektrischen Antriebsmaschinen sondern von beiden elektrischen Antriebsmaschinen 19, 20 unterstützt werden, wobei jeweils eine Übersetzung durch Nutzung der zugehörigen Getriebestufen ermöglicht wird.
Erfolgt in dem dargestellten Betriebsmodus ein Gangwechsel, so findet, analog zur Beschreibung zu 2, ein Tausch der ersten bzw. zweiten elektrischen Antriebsmaschine 19, 20 statt. Dies bedeutet unter anderem, dass die zweite Kupplung 18 geöffnet und stattdessen die erste Kupplung 17 geschlossen wird.
4 zeigt einen vierten Betriebsmodus der ersten Ausführungsform der Antriebsanordnung gemäß 1 bzw. 2, so dass im Wesentlichen auf die dort gegebenen Beschreibungen verwiesen wird.
In dem dargestellten vierten Betriebsmodus ist die Primärantriebseinheit 11 inaktiv, so dass ein Antrieb des Fahrzeugs rein elektrisch erfolgt. Hierzu wird eine der elektrischen Antriebsmaschinen, hier die zweite elektrische Antriebsmaschine 20, mit der zugehörigen zweiten Getriebeeingangswelle 15 gekoppelt, um ein Drehmoment der elektrischen Antriebsmaschine 20 mittels einer Getriebestufe 13b der zweiten Getriebeeingangswelle 15 auf die Getriebeausgangswelle 16 zu übertragen. Vorzugsweise ist die zugehörige zweite Kupplung 18 zur mechanischen Entkopplung der Primärantriebseinheit 11 geöffnet.
Soll ein Gangwechsel auf eine andere Getriebestufe 13a erfolgen, welche der ersten Getriebeeingangswelle 14 zugeordnet ist, so wird die erste elektrische Antriebsmaschine 19 in analoger Weise mit der ersten Getriebeeingangswelle 14 gekoppelt und ein Drehmoment über die gewünschte Getriebestufe 13a auf die Getriebeausgangswelle 16 übertragen. In diesem Fall ist die erste Kupplung 17 vorzugsweise geöffnet.
Dieser Betriebsmodus ermöglicht einen rein elektrischen Antrieb des Fahrzeugs mit lediglich einer elektrischen Antriebsmaschine mit einer besonders vorteilhaften Nutzung des Getriebes.
5 zeigt einen fünften Betriebsmodus der ersten Ausführungsform der Antriebsanordnung gemäß 4, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann. Im Gegensatz zu dem in 4 beschriebenen vierten Betriebsmodus erfolgt in dem fünften Betriebsmodus ein rein elektrischer Antrieb des Fahrzeugs mittels beider elektrischer Antriebsmaschinen 19, 20.
In analoger Weise ist die Primärantriebseinheit inaktiv, und die erste 19 sowie die zweite elektrische Antriebsmaschine 20 mit der jeweils zugehörigen ersten 14 bzw. zweiten Getriebeeingangswelle 15 gekoppelt, um ein Drehmoment der elektrischen Antriebsmaschinen 19, 20 mittels jeweils einer der Getriebestufen 13a, 13b auf die gemeinsame Getriebeausgangswelle 16 zu übertragen. Vorzugsweise sind die erste 17 und die zweite Kupplung 18 zur mechanischen Entkopplung der Primärantriebseinheit 11 geöffnet.
Sind die Getriebestufen 13a, 13b der ersten 14 und der zweiten Getriebeeingangswelle 15 bezüglich ihres Übersetzungsverhältnisses unterschiedlich ausgestaltet, so ist eine jeweilige Drehzahl der einzelnen elektrischen Antriebsmaschinen 19, 20 entsprechend abzustimmen. Dies bedeutet, dass in diesem Fall die erste elektrische Antriebsmaschine 19 unter Umständen eine andere Drehzahl aufweist als die zweite elektrische Antriebsmaschine 20. Dennoch bietet dieser Betriebszustand den besonderen Vorteil eines rein elektrischen Antriebs mit einem von zwei elektrischen Antriebsmaschinen 19, 20 bereitgestellten gemeinsamen Antrieb der Getriebeausgangswelle 16.
6 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Antriebsanordnung 60 gemäß der Beschreibung. Die zweite Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der ersten Ausführungsform gemäß 2, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen wird und die entsprechenden Bezugsziffern übernommen werden.
Ein Unterschied liegt darin begründet, dass die momentan jeweils nicht genutzte elektrische Antriebsmaschine, hier also die erste Antriebsmaschine 19, mittels einer zusätzlichen Ausgleichsgetriebewelle 61 mit dem Ausgleichsgetriebe 21 der Fahrzeugachse 12 koppelbar ist.
Wird bei einem Gangwechsel die erste elektrische Antriebsmaschine 19 anstelle der zweiten elektrischen Antriebsmaschine 20 zur Unterstützung der Primärantriebseinheit 11 genutzt, so kann die in diesem Zustand (nicht dargestellt) nicht genutzte zweite elektrische Antriebsmaschine 20, mittels einer zusätzlichen zweiten Ausgleichsgetriebewelle 62 mit dem Ausgleichsgetriebe 21 der Fahrzeugachse gekoppelt werden.
Die jeweilige Ausgleichsgetriebewelle 61, 62 ermöglicht also die Einleitung eines Drehmoments der jeweils nicht genutzten elektrischen Antriebsmaschine direkt in das Ausgleichsgetriebe 21. Hierzu kann die Ausgleichsgetriebewelle 61 bzw. 62 beispielsweise mittels jeweils eines Planetengetriebes mit der elektrischen Antriebsmaschine und dem Ausgleichsgetriebe 21 drehmomentübertragend gekoppelt sein. Auf diese Weise kann ein Drehmoment der jeweiligen elektrischen Antriebsmaschine direkt in das Ausgleichsgetriebe 21 eingeleitet und somit eine Torque-Vectoring-Funktion mittels einer Differenzdrehzahl bereitgestellt werden.
In 7 ist eine dritte Ausführungsform einer Antriebsanordnung 70 gemäß der Beschreibung dargestellt. Auch diese Ausführungsform der Antriebsanordnung 70 entspricht im Wesentlichen der in 1 bzw. 2 dargestellten Anordnung, so dass auf die dortig Beschreibung verwiesen und die entsprechenden Bezugsziffern übernommen werden.
Der Unterschied besteht in einem ersten 71 und einem zweiten Zwischengetriebe 72, welche zusätzlich der ersten 10 bzw. der zweiten elektrischen Antriebsmaschine 20 zugeordnet ist. Die Zwischengetriebe 71, 72 sind derart ausgestaltet, dass die jeweilige elektrische Antriebsmaschine 19, 20 mittels des Zwischengetriebes 71, 72 unmittelbar mit der anzutreibenden Fahrzeugachse 12 koppelbar ist, zum unmittelbaren Einleiten eines Drehmoments der elektrischen Antriebsmaschine 19, 20 auf die Fahrzeugachse 12. Gleichzeitig sind die elektrischen Antriebsmaschinen 19, 20 von den zugehörigen Getriebeeingangswellen 14, 15 abgekoppelt, die wiederum wechselweise in Abhängigkeit von einer Gangwahl mit der Primärantriebseinheit 11 gekoppelt ist. Die Abkopplung kann beispielsweise über eine dritte 23a bzw. vierte Kupplung 23b erfolgen (beide bereits in 1 angedeutet), die zwischen der entsprechenden Antriebsmaschine 19, 20 und der zugehörigen Getriebeeingangswelle 14, 15 angeordnet sein kann.
Auf diese Weise wird ein primäres Antriebsmoment der Primärantriebseinheit mittels des Getriebes 13 auf die Fahrzeugachse 12 übertragen. Zusätzlich kann mittels den von den elektrischen Antriebsmaschinen 19, 20 direkt auf die Fahrzeugachse 12 einleitbaren Drehmomenten eine Torque-Vektoring-Funktion bereitgestellt werden.
Vorzugsweise sind die Zwischengetriebe 71, 72 derart ausgestaltet, dass eine wahlweise oder gleichzeitige Kopplung der entsprechenden elektrischen Antriebsmaschine 19, 20 mit dem Zwischengetriebe 71, 72 und/oder mit der entsprechenden Getriebeeingangswelle 14, 15 möglich ist. In diesen Fällen kann eine Kombination mit den in den 1 bis 6 beschriebenen Betriebsmodi erfolgen.
8 zeigt eine vierte Ausführungsform einer Antriebsanordnung 80 gemäß der Beschreibung. Auch deren Aufbau entspricht im Wesentlichen dem in 1 bis 5 beschriebenen Aufbau, so dass auf die dortige Beschreibung verwiesen wird.
Darüber hinaus umfasst die Antriebsanordnung 80 eine direkte oder indirekte elektrische Verbindung 81 zwischen der ersten 19 und der zweiten elektrischen Antriebsmaschine 20. Diese kann beispielsweise als direkte elektrische Verbindung gemäß der Darstellung ausgeführt sein, oder mindestens einen als Puffer dienenden zwischengeschalteten Energiespeicher (nicht dargestellt) umfassen.
Die Primärantriebseinheit 11 treibt mit ihrem primären Antriebsmoment über die geschlossene erste Kupplung 17 die erste Getriebeeingangswelle 14 an, die wiederum die erste elektrische Antriebsmaschine 19 in Drehbewegung versetzt, so dass diese als Generator zur Bereitstellung von elektrischer Energie wirkt. Die elektrische Energie wird über die elektrische Verbindung 81 zu der zweiten elektrischen Antriebsmaschine 20 geleitet und treibt diese zu einer Drehbewegung an.
Diese Drehbewegung wird über die gekoppelte zweite Getriebeeingangswelle 15 und die gewählte Getriebestufe 13b auf die Getriebeausgangswelle 16 und von dieser auf die Fahrzeugachse 12 zum Antrieb des Fahrzeugs übertragen.
Mit der beschriebenen Ausführungsform und dem zugrundeliegenden Betriebsmodus kann auf diese Weise ein serieller Hybridbetrieb bereitgestellt werden.
Soll ein Gangwechsel durchgeführt werden, so kann auch bei dieser Anordnung durch wechselseitige Kopplung der beiden Getriebeeingangswellen 14, 15 die jeweils als Generator arbeitende elektrische Antriebsmaschine 19, 20 gewechselt werden. Die jeweils andere elektrische Antriebsmaschine 19, 20 dient entsprechend zur Bereitstellung des Antriebsmoments.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006059901 A1 [0004]

Claims

Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer Primärantriebseinheit (11), einer anzutreibenden Fahrzeugachse (12) und einem mehrstufigen Getriebe (13), wobei das Getriebe (13) eine erste (14) und eine zweite Getriebeeingangswelle (15) umfasst, die mittels einer Anzahl von Getriebestufen (13a, 13b) schaltbar mit mindestens einer Getriebeausgangswelle (16) koppelbar sind, und die mindestens eine Getriebeausgangswelle (16) zum Übertragen eines Drehmoments mit der anzutreibenden Fahrzeugachse (12) gekoppelt ist, wobei die erste (14) und die zweite Getriebeeingangswelle (15) jeweils eine Kupplung (17, 18) zum wahlweisen Koppeln mit der Primärantriebseinheit (11) des Fahrzeugs umfasst, wobei die erste (14) und die zweite Getriebeeingangswelle (15) im Wesentlichen parallel zu der anzutreibenden Fahrzeugachse (12) ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsanordnung (10) eine elektrische Antriebsmaschine (19) umfasst, welche mit der ersten (14) oder der zweiten Getriebeeingangswelle (15) zum Einleiten eines Drehmoments auf die jeweilige Getriebeeingangswelle (14, 15) koppelbar ausgebildet ist.
Antriebsanordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsanordnung (10) außerdem eine zweite Elektrische Antriebsmaschine (20) umfasst, wobei die erste elektrische Antriebsmaschine (19) mit der ersten Getriebeeingangswelle (14) und die zweite Elektrische Antriebsmaschine (20) mit der zweiten Getriebeeingangswelle (15) zum Einleiten eines Drehmoments auf die jeweilige Getriebeeingangswelle (14, 15) koppelbar ausgebildet sind.
Antriebsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (19) und die zweite elektrische Antriebsmaschine (20) koaxial auf der anzutreibenden Fahrzeugachse (12) angeordnet sind.
Antriebsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (14) und die zweite Getriebeeingangsachse (15) sich parallel zur Fahrzeugachse (12) in entgegengesetzter Richtung voneinander weg erstrecken.
Antriebsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (19) und/oder die zweite Elektrische Antriebsmaschine (20) jeweils mittels eines Zwischengetriebes (71, 72) unmittelbar mit der anzutreibenden Fahrzeugachse (12) zum unmittelbaren Einleiten eines Antriebsmoments auf die Fahrzeugachse (12) koppelbar sind.
Antriebsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärantriebseinheit (11) mittels einer Antriebswelle (22) mit einem Getriebeeingang des Getriebes (13) zum Einleiten eines Antriebsmoment in das Getriebe (13) koppelbar ist.
Antriebsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (17) und die zweite Kupplung (18) unabhängig voneinander betätigbar ausgeführt sind.
Antriebsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrische Antriebsmaschine (19) und die zweite Elektrische Antriebsmaschine (20) jeweils mittels einer dritten (23a) bzw. vierten Kupplung (23b) unabhängig voneinander mit der ersten (14) bzw. zweiten Getriebeeingangswelle (15) koppelbar sind.
Antriebsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten Getriebeeingangswelle (14) eine erste Teilmenge der Getriebestufen (13a) und der zweiten Getriebeeingangswelle (15) eine zweite Teilmenge der Getriebestufen (13b) zugeordnet ist.
Antriebsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärantriebseinheit (11) und das Getriebe (13) der Antriebsanordnung (10) eine Mittelmotoranordnung oder eine Transaxle-Anordnung bilden.
Antriebsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (19) oder die zweite Elektrische Antriebsmaschine (20) als Generator betreibbar zum Erzeugen von elektrischer Energie und zum Bereitstellen der elektrischen Energie für einen Antrieb der jeweils anderen elektrische Antriebsmaschine (19, 20) ausgebildet ist.
Antriebsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das mehrstufige Getriebe (13) ein halb- oder vollautomatisiert schaltbares Getriebe ist.
Antriebsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärantriebseinheit (11) einen Verbrennungsmotor oder einen Elektromotor umfasst.
Antriebsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (19) und/oder die zweite Elektrische Antriebsmaschine (20) mittels einer zusätzlichen Ausgleichsgetriebewelle (61, 62) mit einem Ausgleichsgetriebe (21) der Fahrzeugachse (12) koppelbar ist.
Kraftfahrzeug mit einer Antriebsanordnung, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 ausgebildet ist.