DE102021202092A1

DE102021202092A1 - Antriebsvorrichtung zum Antrieb eines Fahrzeugs, aufweisend eine E-Maschine

Info

Publication number: DE102021202092A1
Application number: DE102021202092.5A
Authority: DE
Inventors: Michael Obergasser
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-03-04
Filing date: 2021-03-04
Publication date: 2022-09-08

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung zum Antrieb eines Fahrzeugs, aufweisend ein mehrstufiges Getriebe (3) und eine E-Maschine (6, 6A, 6B). Das Getriebe (3) verfügt über eine Eingangswelle (2), die zur drehfesten Koppelung mit einem Antriebsmotor (1) ausgebildet ist und die zum Eintrag eines Motordrehmoments in das Getriebe (3) dient, und über eine Ausgangswelle (10), die zur drehfesten Koppelung mit einer Antriebswelle ausgebildet ist und die zur Abgabe eines Getriebeausgangsdrehmoments an die Antriebswelle (10) zum Vortrieb des Fahrzeugs dient, und über einen Nebenabtrieb (4, 5, 5A, 5B). Die E-Maschine (6, 6A, 6B) ist über den Nebenabtrieb (4, 5, 5A, 5B) mit dem Getriebe (3) antriebstechnisch verbunden, wobei die E-Maschine (6, 6A, 6B) über den Nebenabtrieb (4, 5, 5A, 5B) ein Abtriebsdrehmoment vom Getriebe (3) aufnehmen kann und ein Antriebsdrehmoment an das Getriebe (3) abgeben kann. Der Nebenabtrieb (4, 5, 5A, 5B) ist hierbei ein motorabhängiger Nebenabtrieb (4, 5, 5A, 5B).

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung zum Antrieb eines Fahrzeugs. Die Antriebsvorrichtung weist ein mehrstufiges Getriebe und eine E-Maschine auf, wobei die E-Maschine über einen Nebenabtrieb des Getriebes mit dem Getriebe antriebstechnisch verbunden ist.
Es sind Antriebsvorrichtungen zum Antrieb eines Fahrzeugs mittels eines Verbrennungsmotors und einer E-Maschine bekannt. Diese werden auch als Hybridantriebe bezeichnet.
Es sind zudem Getriebe bekannt, die über einen Nebenabtrieb verfügen. Durch den Nebenabtrieb ist ein Nebenaggregat des Fahrzeugs über das Getriebe antreibbar, wie beispielsweise eine Hydraulikpumpe, ein Luftkompressor, eine Wasserpumpe oder eine Seilwinde.
Es ist auch bekannt, an den Nebenabtrieb eines Getriebes eine E-Maschine anzubringen. Dadurch kann über den Nebenabtrieb wahlweise ein von der E-Maschine erzeugtes Antriebsdrehmoment zugeführt werden und ein Abtriebsdrehmoment an die E-Maschine abgezweigt werden.
Antriebsvorrichtungen, bei denen eine E-Maschine über einen Nebenabtrieb mit einem Getriebe verbunden ist, sind beispielsweise aus den Schriften DE 42 04 384 C2 , EP 2 583 856 B1 und WO 2009/009078 A1 bekannt. Aus der WO 2009/124039 A1 ist eine Antriebsvorrichtung eines Fahrzeugs bekannt, bei dem ein elektrischer Traktionsmotor über einen ersten Nebenabtrieb und ein Generator über einen zweiten Nebenabtrieb mit einem Getriebe verbunden sind. Bei diesen bekannten Antriebsvorrichtungen ist der Nebenabtrieb stets auf der Getriebeseite einer zwischen Getriebe und Verbrennungsmotor angeordneten Trennkupplung angeordnet. Die hier verwendeten Nebenabtrieben sind also so genannte kupplungsabhängige Nebenabtriebe.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.
Zur Lösung wird eine Antriebsvorrichtung zum Antrieb eines Fahrzeugs vorgeschlagen. Diese Antriebsvorrichtung weist zumindest ein Getriebe und eine erste E-Maschine auf. Diese E-Maschine ist insbesondere wahlweise generatorisch und motorisch betreibbar.
Das Getriebe der Antriebsvorrichtung ist mehrstufig ausgebildet. Das Getriebe verfügt demnach über mehrere auswählbare Übersetzungen, insbesondere dedizierte Gänge. Dadurch kann in Abhängigkeit der Fahrsituation eine passende Übersetzung beim Getriebe eingestellt werden.
Das Getriebe verfügt über eine Eingangswelle, die zur drehfesten Koppelung mit einem Antriebsmotor ausgebildet ist und die primär zum Eintrag eines Motordrehmoments in das Getriebe dient. Somit ist die Eingangswelle dazu vorgesehen, um mit der Motorwelle des Antriebsmotors drehfest gekoppelt zu werden und darüber mit dem Motordrehmoment beaufschlagt zu werden. Hierzu verfügt die Eingangswelle insbesondere über einen Flansch zur Koppelung mit der Motorwelle des Antriebsmotors. Der Antriebsmotor ist insbesondere als Verbrennungsmotor ausgebildet. Die Motorwelle ist dann insbesondere als Kurbelwelle ausgebildet.
Das Getriebe verfügt auch über eine Ausgangswelle, die zur drehfesten Koppelung mit einer Antriebswelle ausgebildet ist und die primär zur Abgabe eines Getriebeausgangsdrehmoments an die Antriebswelle zum Vortrieb des Fahrzeugs dient. Somit ist die Ausgangswelle dazu vorgesehen, um mit der Antriebswelle drehfest gekoppelt zu werden. Über die Ausgangswelle des Getriebes wird das Getriebeausgangsdrehmoment an die Antriebswelle abgegeben und dadurch das Fahrzeug vorangetrieben. Hierzu verfügt die Ausgangswelle insbesondere über einen Flansch zur Koppelung mit der Antriebswelle.
Das Getriebe verfügt auch über einen Nebenabtrieb. Durch den Nebenabtrieb kann ein Drehmoment aus dem Drehmomentfluss im Getriebe abgezweigt werden. Üblicherweise wird über den Nebenabtrieb ein Nebenaggregat angetrieben, beispielsweise eine Pumpe, ein Kompressor oder eine Seilwinde. Der Nebenabtrieb des Getriebes kann ein an das Getriebe angeordnetes Nebenabtriebsmodul umfassen. Das Nebenabtriebsmodul dient zur Übertragung des Drehmoments aus dem Getriebe zum Nebenaggregat. Das Getriebe ist insbesondere so ausgebildet, dass es auch ohne das am Nebenabtrieb installierte Nebenaggregat betreibbar ist. In diesem Fall wird der Nebenabtrieb also nicht benötigt. Dann kann auf die Anbringung des Nebenabtriebsmoduls verzichtet werden. Eine oder mehrere Schnittstellen des Getriebes zum Anbringen des Nebenabtriebsmoduls und/oder des Nebenaggregats sind dann deaktiviert oder abgedeckt. Das Nebenabtriebsmodul bildet insbesondere eine zum Getriebe separate Baueinheit, die „am Stück“ an das Getriebe anbringbar ist. Das Nebenabtriebsmodul und das Getriebe sind dadurch einfacher durch unterschiedliche Hersteller herstellbar. Das Nebenabtriebsmodul kann so ausgebildet sein, dass es vom Getriebe mit Schmiermittel versorgt wird, wenn es am Getriebe angebracht ist.
Bei der vorgeschlagenen Antriebsvorrichtung ist die E-Maschine über den Nebenabtrieb mit dem Getriebe antriebstechnisch verbunden. Die E-Maschine kann daher über den Nebenabtrieb wahlweise ein Abtriebsdrehmoment vom Getriebe aufnehmen und ein Antriebsdrehmoment an das Getriebe abgeben. Durch die Anordnung der E-Maschine an den Nebenabtrieb kann aus dem Getriebe ein Antriebsaggregat für einen Hybridantrieb gebildet werden. Dies kann auch im Rahmen einer Nachrüstung eines bestehenden Getriebes erfolgen, bei der die E-Maschine an einen Nebenabtrieb des Getriebes installiert wird.
Es ist bei der vorgeschlagenen Antriebsvorrichtung auch vorgesehen, dass der Nebenabtrieb ein motorabhängiger Nebenabtrieb ist. Ein solcher motorabhängiger Nebenabtrieb ist speziell dazu eingerichtet, um über die Eingangswelle des Getriebes stets mit dem Antriebsmotor drehfest gekoppelt zu sein. Der motorabhängige Nebenabtrieb wird also stets mit der Motordrehzahl betrieben. Vorliegend bildet also die mit dem Antriebsmotor gekoppelte Eingangswelle des Getriebes gleichzeitig die Eingangswelle des Nebenabtriebs.
Vorzugsweise ist getriebeseitig zu der Eingangswelle eine Trennkupplung vorgesehen, um den Antriebsmotor (Motorwelle) von der Ausgangswelle des Getriebes wahlweise ankoppeln und ankoppeln zu können. Diese Trennkupplung dient als Anfahrkupplung. Die Anfahrkupplung ist insbesondere zwischen der besagten (ersten) Eingangswelle des Getriebes, über die der Nebenabtrieb angetrieben wird, und einer zweiten Eingangswelle des Getriebes, die mit der Ausgangswelle des Getriebes koppelbar ist, angeordnet. Durch Schließen der Anfahrkupplung kann das Fahrzeug bei laufendem Antriebsmotor angefahren werden. Der motorabhängiger Nebenabtrieb ist somit unabhängig vom Betätigungszustand der Anfahrkupplung vom Antriebsmotor betreibbar. Insbesondere ist die Anfahrkupplung als hydrodynamischer Drehmomentwandler ausgebildet. Der Eingang des Drehmomentwandlers bildet dann die Eingangswelle des Getriebes.
Wie eingangs erläutert sind auch kupplungsabhängige Nebenabtriebe bekannt. Im Gegensatz zum motorabhängigen Nebenabtrieb werden kupplungsabhängige Nebenabtriebe stets von der Abtriebsseite der zwischen Antriebsmotor und Getriebe angeordneten Trennkupplung/Anfahrkupplung angetrieben. Die Abtriebsdrehzahl der Trennkupplung/Anfahrkupplung bildet hierbei die Eingangsdrehzahl des Nebenabtriebs. Bei geöffneter Trennkupplung/Anfahrkupplung ist auch der Nebenabtrieb vom Antriebsmotor getrennt und damit nicht betreibbar. Die oben genannten Schriften DE 42 04 384 C2 , EP 2 583 856 B1 , WO 2009/009078 A1 und WO 2009/124039 A1 offenbaren jeweils einen solchen kupplungsabhängigen Nebenabtrieb, an den die jeweilige E-Maschine angeschlossen ist.
Es sind auch fahrabhängige Nebenabtriebe bekannt. Im Gegensatz zum motorabhängigen Nebenabtrieb werden fahrabhängige Nebenabtriebe stets von der Ausgangswelle des Getriebes angetrieben. Die Eingangsdrehzahl eines fahrabhängigen Nebenabtriebs ist demnach sowohl von der Motordrehzahl des Antriebsmotors als auch der eingelegten Übersetzungsstufe des Getriebes abhängig - oder von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs. Bei geöffneter Trennkupplung/Anfahrkupplung oder bei eingelegtem Neutralgang (Leerlauf) im Getriebe ist der fahrabhängige Nebenabtrieb nicht vom Antriebsmotor betreibbar.
Die Verwendung des motorabhängigen Nebenabtriebs zur Anbindung der E-Maschine an das Getriebe kann gegenüber anderen Arten von Nebenabtrieben vorteilhaft sein.
Vorzugsweise ist die E-Maschine als E-Maschinen-Modul ausgebildet. Die E-Maschine bildet dann eine zum Getriebe separate Baueinheit, die „am Stück“ an den Nebenabtrieb, insbesondere das Nebenabtriebsmodul, anbringbar ist. Das E-Maschinen-Modul und das Getriebe sind dadurch einfach durch unterschiedliche Hersteller herstellbar. Auch das E-Maschinen-Modul kann so ausgebildet sein, dass es vom Getriebe mit Schmiermittel versorgt wird, wenn es am Nebenabtrieb angebracht ist.
Vorzugsweise verfügt das Getriebe über einen ersten und einen zweiten motorabhängigen Nebenabtrieb. Somit verfügt das Getriebe über zumindest oder genau zwei motorabhängige Nebenabtriebe. Die besagte erste E-Maschine ist hierbei über den ersten Nebenabtrieb mit dem Getriebe antriebstechnisch verbunden. Über den zweiten Nebenabtrieb kann dann ein beliebiges anderes Nebenaggregat mit dem Getriebe antriebstechnisch verbunden sein.
Vorzugsweise ist eine zweite E-Maschine vorgesehen, wobei die zweite E-Maschine über den besagten zweiten Nebenabtrieb mit dem Getriebe antriebstechnisch verbunden ist. Somit sind die beiden E-Maschinen jeweils über den zugehörigen Nebenabtrieb an das Getriebe angekoppelt. Dadurch können unterschiedliche Antriebsmodi bereitgestellt werden:

- Beide E-Maschinen werden gleichzeitig motorisch betrieben. Dadurch kann rein elektrisch gefahren werden oder der Antriebsmotor unterstützt werden (boosten).
- Beide E-Maschinen werden gleichzeitig generatorisch betrieben. Dadurch kann eine große Leistung rekuperiert werden und dadurch eine Batterie des Fahrzeugs geladen werden. Auch kann dadurch eine große Verzögerung des Fahrzeugs bewirkt werden oder eine Bremse des Fahrzeugs unterstützt werden.
- Eine der E-Maschinen wird motorisch betrieben und gleichzeitig wird eine andere der E-Maschinen generatorisch betrieben.

Vorzugsweise ist ein Steuergerät für die Antriebsvorrichtung vorgesehen. Das Steuergerät ist dann insbesondere dazu eingerichtet ist, die besagten Antriebsmodi der Antriebsvorrichtung durch ein entsprechendes Betreiben der E-Maschinen bereitzustellen. Das Steuergerät ist daher speziell dazu eingerichtet, um wahlweise

- die erste und zweite E-Maschine so zu betreiben, dass diese gleichzeitig ein Antriebsdrehmoment über den jeweils zugehörigen Nebenabtrieb an das Getriebe abgeben - die E-Maschinen werden hierbei beide motorisch betrieben, und/oder
- die erste und zweite E-Maschine so zu betreiben, dass diese gleichzeitig ein Abtriebsdrehmoment über den jeweils zugehörigen Nebenabtrieb vom Getriebe aufnehmen - die E-Maschinen werden hierbei beide generatorisch betrieben, und/oder
- die erste und zweite E-Maschine so zu betreiben, dass eine dieser E-Maschinen über den jeweils zugehörigen Nebenabtrieb ein Antriebsdrehmoment an das Getriebe abgibt - diese wird hierbei motorisch betrieben - und gleichzeitig eine andere dieser E-Maschinen über den jeweils zugehörigen Nebenabtrieb ein Antriebsdrehmoment vom Getriebe aufnimmt - diese wird hierbei generatorisch betrieben.

Vorzugsweise ist das Steuergerät oder ein anderes Steuergerät der Antriebsvorrichtung speziell dazu eingerichtet, die erste und/oder zweite E-Maschine so zu betreiben, dass diese ein Startdrehmoment zum Starten des Antriebsmotors über den Nebenabtrieb an die Eingangswelle abgibt, wenn ein Startbefehl zum Starten des Antriebsmotors vorliegt. Wenn mehr als eine E-Maschine an das Getriebe installiert ist, kann hierzu eine oder beide der E-Maschinen eingesetzt werden. Dadurch kann auf einen separaten Starter für den Antriebsmotor verzichtet werden. Durch die Ausbildung des oder der Nebenabtriebe als motorabhängiger Nebenabtrieb braucht zum Starten des Antriebsmotors nicht extra die zwischen Getriebe und Antriebsmotor vorgesehene Anfahrkupplung geschlossen werden.
Auf diese Weise werden verschiedenste Hybridfunktionen, wie beispielsweise Boosten, Rekuperieren, Lastpunktverschiebung des Antriebsmotors sowie Standladen der Fahrzeugbatterie, ermöglicht. Durch die Installation der beiden E-Maschinen kann gegebenenfalls auch ein so genanntes Two-Mode-Getriebe geschaffen werden.
Vorzugsweise sind die besagten E-Maschinen der Antriebsvorrichtung identisch zueinander ausgebildet. Dadurch werden möglichst viele Gleichteile eingesetzt, was die Kosten der Antriebsvorrichtung senkt.
Vorzugsweise verfügt der erste und/oder zweite Nebenabtrieb des Getriebes über eine standardisierte Anbindung, durch die unterschiedlicher Typen von Nebenaggregaten mit dem Getriebe antriebstechnisch verbindbar sind. An den oder die Nebenabtriebe können somit prinzipiell eine Vielzahl von Nebenaggregatstypen installiert werden. Diese Anbindung ist insbesondere als Schnittstelle am Getriebe ausgebildet. Das Getriebe weist hierzu insbesondere über einen standardisierten Anschlussflansch zur Befestigung der unterschiedlichen Typen von Nebenaggregaten auf. Die erste und/oder zweite E-Maschine verfügt dann über eine damit korrespondierende Anbindung, wodurch diese am Nebenabtrieb installierbar ist. Die erste und/oder zweite E-Maschine ist in diesem Fall lediglich einer von mehreren Typen von Nebenaggregaten, die an den Nebenabtrieb prinzipiell anbringbar sind.
Vorzugsweise verfügt der erste und/oder zweite Nebenabtrieb des Getriebes über eine Trennkupplung, durch die der Eingang und Ausgang des jeweiligen Nebenabtriebs wahlweise antriebstechnisch miteinander koppelbar und voneinander entkoppelbar sind. Über diese Nebenabtrieb-Trennkupplung kann der aggregatseitige Ausgang des zugehörigen Nebenabtriebs vom Kraftfluss im Getriebe wahlweise entkoppelt werden und daran angekoppelt werden. Bei geöffneter Nebenabtrieb-Trennkupplung besteht keine Antriebsverbindung zwischen Getriebe und Ausgang des Nebenabtriebs - die an den Nebenabtrieb angeordnete E-Maschine ist somit vom Getriebe antriebstechnisch abgekoppelt. Bei geschlossener Nebenabtrieb-Trennkupplung besteht demnach die Antriebsverbindung zwischen Getriebe und dem Ausgang des Nebenabtriebs - die an den Nebenabtrieb angeordnete E-Maschine ist somit an das Getriebe antriebstechnisch angekoppelt. Je nach Bauart der Nebenabtrieb-Trennkupplung sind auch Zwischenstellungen möglich, wodurch das darüber übertragbare Drehmoment begrenzt ist. Die Nebenabtrieb-Trennkupplung kann beispielsweise als Klauenkupplung oder Lamellenkupplung ausgebildet sein. Die Nebenabtrieb-Trennkupplung kann in das Getriebe selbst integriert sein und dadurch ein fester Bestandteil des Getriebes bilden. Oder die Nebenabtrieb-Trennkupplung kann in das Nebenabtriebsmodul integriert sein und dadurch ein fester Bestandteil des Nebenabtriebsmoduls bilden.
Vorzugsweise verfügt die Antriebsvorrichtung auch über den besagten Antriebsmotor. Dieser ist hierbei mit der (ersten) Eingangswelle des Getriebes drehfest gekoppelt. Insbesondere sind die Motorwelle und diese Eingangswelle über Flansche direkt miteinander drehfest gekoppelt. Dadurch kann eine kompakte Antriebseinheit gebildet werden, zumindest bestehend aus dem Antriebsmotor und dem Getriebe mit der daran installierten ersten E-Maschine oder mit den daran installierten ersten und zweiten E-Maschine.
Vorzugsweise ist das Getriebe gemäß der DE 10 2005 002 337 A1 ausgebildet. Für nähere Details zu diesen Getrieben wird explizit auf die Offenbarung auf diese Schrift verwiesen. Besonders bevorzugt ist das Fahrzeuggetriebe gemäß der dortigen 4 ausgebildet.
Die Antriebsvorrichtung ist bevorzugt zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug ausgebildet, wie insbesondere zum Einsatz in einem Personenkraftwagen, Lastkraftwagen oder Kraftomnibus. Die Antriebsvorrichtung kann jedoch auch zum Einsatz in einem Schienenfahrzeug oder einem landwirtschaftlichen Fahrzeug oder in anderen Fahrzeugen ausgebildet sein.
Im Folgenden wir die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert, aus denen weitere Ausführungsformen der Erfindung entnehmbar sind. Hierbei zeigen jeweils in schematischer Darstellung:

1, ein Längsschnitt durch eine Antriebsvorrichtung mit einer einzigen E-Maschine,
2, ein Längsschnitt durch eine Antriebsvorrichtung mit zwei E-Maschinen,
3, ein Längsschnitt durch eine Antriebsvorrichtung mit zwei E-Maschinen.

In den Figuren sind gleiche oder zumindest funktionsgleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt auf der linken Seite angedeutet einen Antriebsmotor 1. Hierbei handelt es sich um einen Verbrennungsmotor. Die Motorwelle des Antriebsmotors 1 ist mit einer ersten Eingangswelle 2 eines mehrstufigen Fahrzeuggetriebes 3 drehfest gekoppelt. Somit weist diese Eingangswelle 2 stets dieselbe Drehzahl auf, wie die Motorwelle. Zur Koppelung der Eingangswelle 2 und Motorwelle, kann die Eingangswelle 2 über einen Befestigungsflansch verfügen.
Die Eingangswelle 2 wird als Hohlwelle in das Innere des Getriebes 3 geführt. Dort ist sie drehfest mit einem PTO-Rad 4 gekoppelt (PTO=power take off). Das PTO-Rad 4 kann auch einteilig mit der Eingangswelle 2 ausgebildet sein. Das PTO-Rad 4 bildet ist ein Bestandteil des Nebenabtriebs des Getriebes 3. Das PTO-Rad 4 bildet eine Antriebsschnittstelle des Getriebes 3 für ein an das Getriebe 3 installierbares Nebenabtriebsmodul 5. Wenn das Nebenabtriebsmodul 5 - wie in 1 gezeigt - am Getriebe 3 installiert ist, bildet auch das Nebenabtriebsmodul 5 einen Bestandteil des Nebenabtriebs.
Dadurch, dass das PTO-Rad 4 stets mit der ersten Eingangswelle 2 drehfest gekoppelt ist, die wiederum drehfest mit der Motorwelle des Antriebsmotors 1 drehfest gekoppelt ist, wird ein motorabhängiger Nebenabtrieb des Getriebes 3 gebildet.
Das Nebenabtriebsmodul 5 führt aus dem Getriebeinneren heraus. An das Nebenabtriebsmodul 5 ist außerhalb des Getriebes 3 ein Nebenaggergat 6 anschließbar. Somit ist das Nebenaggregat 6 über den Nebenabtrieb mit dem Getriebe 3 antriebstechnisch verbunden. Zum antriebstechnischen An- und Abkoppeln des Nebenaggregats 6 zum Getriebe 3 kann eine Nebenabtrieb-Trennkupplung 7 vorgesehen sein. Diese Kupplung 7 ist in 1 beispielhaft in das Nebenabtriebsmodul 5 integriert. Bei offener Trennkupplung 7 liegt keine drehfeste Koppelung zwischen Getriebe 3 und Nebenaggergat 6 vor, und bei geschlossener Trennkupplung 7 liegt die drehfeste Koppelung vor.
Der Nebenabtrieb des Getriebes 3 ist insbesondere so gestaltet, dass prinzipiell eine Vielzahl an unterschiedlichen Typen von Nebenabtriebsmodulen 5 und Nebenaggergaten 6 an das Getriebe 3 installierbar sind. Hierzu können die zugehörigen Schnittstellen des Getriebes 3 standardisiert ausgebildet sein.
Vorliegend ist als Nebenaggergat 6 eine E-Maschine an den Nebenabtrieb des Getriebes 3 installiert. Diese E-Maschine 6 ist motorisch betreibbar, wobei sie ein Antriebsdrehmoment über den Nebenabtrieb an das Getriebe 3 abgibt. Und die E-Maschine 6 ist generatorisch betreibbar, wobei sie ein Abtriebsdrehmoment über den Nebenabtrieb vom Getriebe 3 aufnimmt. Der Betriebsmodus der E-Maschine 6 wird insbesondere von einem Steuergerät 11 eingestellt. Wird der Betrieb der E-Maschine 6 nicht benötigt, kann durch Öffnen der Trennkupplung 7 diese vom Getriebe 3 entkoppelt werden. Dann treten auch keine Schleppverluste aufgrund eines Mitlaufens der E-Maschine 6 auf.
Die E-Maschine 6 ist an dem Nebenabtriebsmodul 5 befestigt. Optional kann eine zusätzliche Befestigung am Gehäuse des Getriebes 3 und/oder an einem anderen Bauteil des zugehörigen Fahrzeugs vorhanden sein, beispielsweise an einem Fahrzeugrahmen.
Die erste Eingangswelle 2 bildet den Eingang eines eingangsseitig des Getriebes 3 angeordneten hydrodynamischen Drehmomentwandlers 12. Derartige Drehmomentwandler 12 arbeiten nach dem Föttinger-Prinzip und sind an sich bereits bekannt, weshalb an dieser Stelle nicht weiter darauf eingegangen werden braucht. Der Ausgang des Drehmomentwandlers 12 wird durch eine zweite Eingangswelle 9 des Getriebes 3 gebildet, die radial innen bezüglich der ersten Eingangswelle 2 in das Innere des Getriebes 3 ragt. Der Drehmomentwandler 12 dient als Anfahrkupplung der Antriebsvorrichtung. Damit ist der Antriebsmotor 1 von der zweiten Eingangswelle 9 entkoppelbar.
Ausgangsseitig weist das Getriebe 3 eine Ausgangswelle 10 auf. Diese ist zur drehfesten Koppelung mit einer nicht gezeigten Antriebswelle ausgebildet ist. Diese Ausgangswelle wirkt mit Antriebsrädern des Fahrzeugs zum Fahrzeugvortrieb zusammen. Die Ausgangswelle 10 dient also zur Abgabe eines Getriebeausgangsdrehmoments an die Antriebswelle, wodurch das Fahrzeug vorangetrieben wird. Im Unterschied hierzu ist durch Abgabe eines Antriebsdrehmoment aus dem Getriebe 3 an den Nebenabtrieb kein Vortrieb des Fahrzeugs realisierbar.
Im Inneren des Getriebes 3 sind Übersetzungsmittel vorgesehen, um die mehreren Übersetzungsstufen des Getriebes 3 wahlweise einlegen zu können. Die jeweils eingelegte Übersetzungsstufen liegt zwischen der zweiten Eingangswelle 9 und der Ausgangswelle 10 an. Beispielhaft weist das Getriebe 3 die Schaltelemente a, b, c, d, e und die Planentenstufen RS1, RS2, RS3 auf. In 1 ist zur besseren Übersicht lediglich eine (obere) Hälfte der Übersetzungsmittel dargestellt, wobei die andere (untere) Hälfte spiegelbildlich hierzu aufgebaut sein kann. Durch die Schaltelemente a, b, c, d, e können die Planentenstufen RS1, RS2, RS3 des Getriebes 3 wahlweise so gekoppelt und entkoppelt werden, dass acht Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang realisierbar sind. Die Anordnung und Funktionsweise der Schaltelemente a, b, c, d, e und Planetenstufen RS1, RS2, RS3 entspricht dem in 4 der DE 10 2005 002 337 A1 dargestellten Getriebe. Für die Funktionsweise wird daher auf die diesbezüglichen Abschnitte der DE 10 2005 002 337 A1 verwiesen. Das Steuergerät 11 ist insbesondere auch dazu eingerichtet, um die Schaltelemente a, b, c, d, e des Getriebes 3 zum Einlegen der Übersetzungsstufen anzusteuern. Es ist möglich, dass die Übersetzungsmittel des Getriebes 3 zur Erzeugung unterschiedlicher Übersetzungsstufen auch anders ausgebildet sein.
Durch diese Anordnung der E-Maschine 6 an das Getriebe 3 kann einfach eine Antriebsvorrichtung geschaffen werden, die als Hybridantrieb einsetzbar ist. Dies ist auch durch eine spätere Nachrüstung des Getriebes 3 mit der E-Maschine 6 realisierbar. Die mit der Antriebsvorrichtung erzeugbaren Hybridfunktionen, wie insbesondere Rekuperation, Lastpunktverschiebung und Boosten des Antriebsmotors 1, können in dem Steuergerät 11 vorgreifend hinterlegt sein. Es kann dort auch eine Starterfunktion hinterlegt sein, durch die die E-Maschine 6 zum Starten des Antriebsmotors 1 eingesetzt wird, wenn ein entsprechender Startbefehl vorliegt. Erst mit separater Freischaltung oder Anbringung einer geeigneten E-Maschine 6 an den Nebenabtrieb des Getriebes 3 werden diese Hybridfunktionen und optional die Starterfunktion nutzbar.
2 zeigt eine im Vergleich zur 1 alternative Ausführungsform einer Antriebsvorrichtung. Im Unterschied zur 1 sind gemäß 2 auf unterschiedlichen Seiten des Getriebes 3 zwei Nebenabtriebe vorgesehen, wodurch zwei Möglichkeiten zur Installation von Nebenaggregaten 6A, 6B vorhanden sind. Für beide Nebenabtriebe ist das PTO-Rad 4 im Inneren des Getriebes 3 als gemeinsame Antriebsschnittstelle vorgesehen.
Gemäß 2 umfassen die Nebenabtriebe des Getriebes jeweils ein Nebenabtriebsmodul 5A, 5B. An die beiden Nebenabtriebsmodule 5A, 5B ist jeweils eine E-Maschine 6A, 6B installiert. Für jeden der Nebenabtriebe ergibt sich damit ein Aufbau und eine Funktionalität, wie bei 1. Die Erläuterungen zur 1 treffen insofern auch auf 2 zu. Vorzugsweise sind die beiden Nebenabtriebsmodule 5A, 5B und/oder die beiden E-Maschine 6A, 6B identisch zueinander ausgebildet.
Durch die Verwendung der zusätzlichen zweiten E-Maschine 6B können weitere Hybridfunktionen realisiert werden. Insbesondere kann nun von beiden E-Maschinen 6A, 6B gleichzeitig ein Antriebsdrehmoment an das Getriebe 3 abgegeben werden. Dadurch kann der Antriebsmotor 1 verstärkt unterstützt werden (boosten) oder das Fahrzeug kann rein elektrisch durch die beiden E-Maschinen 6A, 6B angetrieben werden. Dadurch können die verwendeten E-Maschinen 6A, 6B im Einzelnen kompakt und/oder leistungsschwach ausgebildet sein. In Summe ergibt sich durch die beiden E-Maschinen 6A, 6B eine ausreichende elektrische Antriebsleistung.
Es ist auch möglich, dass beide E-Maschinen 6A, 6B gleichzeitig ein Abtriebsdrehmoment vom Getriebe 3 aufnehmen. Somit kann stärker rekuperiert werden und ohne zusätzlichen Einsatz einer Bremse des Fahrzeugs eine erhöhte Fahrzeugverzögerung realisiert werden. Es ist dann auch möglich, dass eine der E-Maschinen 6A, 6B ein Antriebsdrehmoment ans Getriebe 3 abgibt und die andere der E-Maschinen 6A, 6B ein Abtriebsdrehmoment vom Getriebe 3 aufnimmt.
Auch hier gilt, dass diese Funktionen bereits vorgreifend im Steuergerät 11 hinterlegt sein können, wobei diese erst nach Installation der E-Maschinen 6A, 6B freigegeben werden.
3 zeigte eine Abwandlung der Antriebsvorrichtung aus 2. Im Unterschied zur 2 verfügen die Nebenabtriebsmodule 5A, 5B über keine Trennkupplungen 7. Der Aufbau der Nebenabtriebsmodule 5A, 5B ist dadurch vereinfacht. Es ist auch möglich, dass die beiden E-Maschinen 6 besser mit dem Getriebe 3 konstruktiv kombiniert werden, beispielsweise indem die Gehäuse der E-Maschinen 6 mit dem Gehäuse des Getriebes 3 eine Einheit bilden. Im Übrigen treffen die Erläuterungen zur 1 und 2 auch auf 3 zu.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsmotor, Verbrennungsmotor
2: Eingangswelle
3: Fahrzeuggetriebe
4: PTO-Rad
5: Nebenabtriebsmodul
5A, 5B: Nebenabtriebsmodul
6: Nebenaggregat, E-Maschine
6A, 6B: Nebenaggregat, E-Maschine
7: Nebenabtrieb-Trennkupplung
8: Drehmomentwandler
9: Eingangswelle
10: Ausgangswelle
11: Steuergerät
12: Trennkupplung, Anfahrkupplung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4204384 C2 [0005, 0015]
EP 2583856 B1 [0005, 0015]
WO 2009/009078 A1 [0005, 0015]
WO 2009/124039 A1 [0005, 0015]
DE 102005002337 A1 [0028, 0041]

Claims

Antriebsvorrichtung zum Antrieb eines Fahrzeugs, aufweisend ein mehrstufiges Getriebe (3) und eine erste E-Maschine (6, 6A, 6B), das Getriebe (3) verfügt über eine Eingangswelle (2), die zur drehfesten Koppelung mit einem Antriebsmotor (1) ausgebildet ist und die zum Eintrag eines Motordrehmoments in das Getriebe (3) dient, und über eine Ausgangswelle (10), die zur drehfesten Koppelung mit einer Antriebswelle ausgebildet ist und die zur Abgabe eines Getriebeausgangsdrehmoments an die Antriebswelle (10) zum Vortrieb des Fahrzeugs dient, und über einen Nebenabtrieb (4, 5, 5A, 5B), die erste E-Maschine (6, 6A, 6B) ist über den Nebenabtrieb (4, 5, 5A, 5B) mit dem Getriebe (3) antriebstechnisch verbunden, wobei die erste E-Maschine (6, 6A, 6B) über den Nebenabtrieb (4, 5, 5A, 5B) ein Abtriebsdrehmoment vom Getriebe (3) aufnehmen kann und ein Antriebsdrehmoment an das Getriebe (3) abgeben kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebenabtrieb (4, 5, 5A, 5B) ein motorabhängiger Nebenabtrieb (4, 5, 5A, 5B) ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Getriebe (3) über einen ersten motorabhängigen Nebenabtrieb (4, 5A) und einen zweiten motorabhängigen Nebenabtrieb (4, 5B) verfügt, wobei die erste E-Maschine (6A) über den ersten Nebenabtrieb (4, 5A) mit dem Getriebe (3) antriebstechnisch verbunden ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2, mit einer zweiten E-Maschine (6B), wobei die zweite E-Maschine (6B) über den zweiten Nebenabtrieb (4, 5B) mit dem Getriebe (3) antriebstechnisch verbunden ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die E-Maschinen (6A, 6B) identisch zueinander ausgebildet sind.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, mit einem Steuergerät (11), wobei das Steuergerät (11) dazu eingerichtet ist, die erste und zweite E-Maschine (6A, 6B) wahlweise so zu betreiben, dass diese gleichzeitig ein Antriebsdrehmoment über den jeweils zugehörigen Nebenabtrieb (4, 5A, 5B) an das Getriebe (3) abgeben, und/oder die erste und zweite E-Maschine (6A, 6B) so zu betreiben, dass diese gleichzeitig ein Abtriebsdrehmoment über den jeweils zugehörigen Nebenabtrieb (4, 5A, 5B) vom Getriebe (3) aufnehmen, und/oder die erste und zweite E-Maschine (6A, 6B) so zu betreiben, dass eine dieser E-Maschinen (6A, 6B) ein Antriebsdrehmoment über den jeweils zugehörigen Nebenabtrieb (4, 5A, 5B) an das Getriebe (3) abgibt und gleichzeitig eine andere dieser E-Maschinen (6A, 6B) ein Antriebsdrehmoment über den jeweils zugehörigen Nebenabtrieb (4, 5A, 5B) vom Getriebe (3) aufnimmt.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Steuergerät (11), wobei das Steuergerät (11) dazu eingerichtet ist, die E-Maschine (6, 6A, 6B) so zu betreiben, dass diese ein Startdrehmoment über den Nebenabtrieb (4, 5, 5A, 5B) an die Eingangswelle (2) abgibt, wenn ein Startbefehl zum Starten des Antriebsmotors (1) vorliegt.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Nebenabtrieb (4, 5) beziehungsweise die Nebenabtriebe (4, 5A, 5B) eine standardisierte Anbindung aufweist, durch die unterschiedlicher Typen von Nebenaggregaten (6, 6A, 6B) mit dem Getriebe (3) antriebstechnisch verbindbar sind.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Nebenabtrieb (4, 5) beziehungsweise die Nebenabtriebe (4, 5A, 5B) über eine Trennkupplung (7) verfügen, durch die der Eingang und Ausgang des Nebenabtriebs (4, 5A, 5B) wahlweise antriebstechnisch miteinander verbindbar und voneinander trennbar sind.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend eine Anfahrkupplung (12), deren Eingang die Eingangswelle (2) des Getriebes (3) bildet.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit dem Antriebsmotor (1), der mit der Eingangswelle (2) des Getriebes (3) drehfest gekoppelt ist.