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1. WO2020108744 - ANTRIEBSSTRANG EINES KRAFTFAHRZEUGES

Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

[ DE ]

Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges sowie ein Kraftfahrzeug selbst. Der Antriebsstrang umfasst zumindest mindestens eine Antriebseinheit und eine erste Achse sowie eine zweite Achse, an denen je weils Räder anordenbar sind. Eine Antriebsleistung der mindestens einen An triebseinheit kann über die jeweilige Achse auf die daran angeordneten Räder übertragen werden.

Aus der WO 2018/138008 Al ist ein zweiteiliger Antriebsstrang bekannt, bei dem ein Allradantrieb über getrennt voneinander antreibbare Achsen realisiert ist. Die erste Achse wird von einem Verbrennungsmotor, die zweite Achse von einer elektrischen Maschine angetrieben. Die beiden Antriebsstränge sind mechanisch voneinander getrennt.

Aus der nachveröffentlichten DE 10 2017 111 251 ist ein Antriebsstrang mit einer permanent angetriebenen Primärachse und einer über eine Zuschalteinrichtung zuschaltbaren Sekundärachse bekannt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es insbesondere einen alternativen An triebsstrang mit einem zuschaltbaren Allradantrieb für ein Kraftfahrzeug bereitzu stellen.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Antriebsstrang gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Antriebsstrangs sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in tech nologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Pa- tentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.

Hierzu trägt ein Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges bei, zumindest umfassend

• mindestens eine Antriebseinheit,

• eine von der mindestens einen Antriebseinheit antreibbare erste Achse zum Antrieb von an der ersten Achse anordenbaren Rädern,

• eine von der mindestens einen Antriebseinheit antreibbare zweite Achse zum Antrieb von an der zweiten Achse anordenbaren Rädern,

• eine die erste Achse mit der mindestens einen Antriebseinheit schaltbar ver bindende erste Kupplungseinrichtung und

• eine die zweite Achse mit der mindestens einen Antriebseinheit schaltbar verbindende zweite Kupplungseinrichtung.

Eine Antriebsleistung der mindestens einen Antriebseinheit kann damit sowohl ausschließlich auf die erste Achse als auch ausschließlich auf die zweite Achse als auch gleichzeitig auf beide Achsen übertragbar sein bzw. übertragen werden.

Insbesondere kann so ein Vorderradantrieb oder ein Hinterradantrieb (nur eine Achse ist mit der mindestens einen Antriebseinheit drehmomentübertragend ver bunden), ein Allradantrieb (beide Achsen sind mit der mindestens einen Antriebs einheit drehmomentübertragend verbunden), ein Segelbetrieb (beide Achsen sind von der mindestens einen Antriebseinheit entkoppelt) oder ein Notbetrieb (bei Versagen einer Kupplungseinrichtung kann zumindest eine Achse über die ande ren Kupplungseinrichtung mit der mindestens einen Antriebseinheit drehmomen tübertragend gekoppelt werden) realisiert werden.

Die erste Achse ist insbesondere eine Vorderachse oder eine Hinterachse des An triebsstrangs bzw. eines Kraftfahrzeuges. Die zweite Achse ist die jeweils andere Achse von Vorderachse und Hinterachse.

Insbesondere umfasst die mindestens eine Antriebseinheit mindestens eine elektri sche Maschine oder zumindest eine Verbrennungskraftmaschine. Es ist möglich, zusätzlich zu einer elektrischen Maschine eine Verbrennungskraftmaschine vorzu sehen, die zusammen mit der elektrischen Maschine eine Antriebsleistung zum Antrieb der Achsen bereitstellt. Ggf. kann (zusätzlich zu einer ersten elektrischen Maschine) eine zweite elektrische Maschine vorgesehen sein, die insbesondere eine unterschiedliche, bevorzugt geringere elektrische Nennleistung aufweist als die (erste) elektrische Maschine. Insbesondere können (ausschließlich) die elektri schen Maschinen zusammen zur Bereitstellung einer Antriebsleistung zumindest zum Antrieb der Achsen genutzt werden. Bevorzugt kann zumindest eine elektri sche Maschine zumindest zeitweise als Generator genutzt werden.

Insbesondere wird das bereitgestellte Antriebsdrehmoment bzw. die Antriebsleis tung über ein Getriebe mit einer Mehrzahl von unterschiedlichen Übersetzungen (konkrete Übersetzungen oder kontinuierlich veränderbare Übersetzungen) an die Achsen (an eine Achse oder an beide) übertragen.

Alternativ wird das bereitgestellte Antriebsdrehmoment bzw. die Antriebsleistung mit einer konstanten und einzigen Übersetzung an die Achsen (an eine Achse oder an beide) übertragen.

Besonders bevorzugt ist ein Getriebe vorgesehen, über das höchstens zwei Gänge (in einer Fahrtrichtung) bereitgestellt werden.

In Zusammenspiel von z. B. zwei Antriebseinheiten kann z. B. auch ein Betrieb in einem CVT-Modus ( continous variable transmission ) möglich sein, bei dem sich z. B. eine elektrische Maschine und eine Verbrennungskraftmaschine gegenseitig abstützen, z. B. über ein Planetengetriebe.

Insbesondere ist in jedem Fall zusätzlich ein Antrieb einer oder beider Achsen in der anderen Drehrichtung möglich (Rückwärtsgang).

Insbesondere ist zumindest eine der Kupplungseinrichtungen (bevorzugt beide) an der (jeweiligen) Achse angeordnet (also insbesondere die erste Kupplungseinrich tung an der ersten Achse und die zweite Kupplungseinrichtung an der zweiten Achse). Insbesondere ist jede Kupplungseinrichtung koaxial zu zumindest einem Teil der jeweiligen Achse angeordnet.

Eine Achse umfasst zumindest eine im Wesentlichen quer zur Fahrzeuglängsach se ausgerichtete Drehachse. Über die Achse wird ein Drehmoment der mindestens einen Antriebseinheit auf die an der Achse angeordneten bzw. anordenbaren Rä der übertragen. Die Achse kann lenkbar oder nicht lenkbar bzw. starr ausgeführt sein. Insbesondere ist jedes Rad an jeweils einer Seitenwehe der Achse angeord net, die gegenüber der jeweils anderen Seitenwehe verschränkbar ist.

Insbesondere weisen die erste Kupplungseinrichtung und die zweite Kupplungs einrichtung jeweils zumindest eine erste Kupplung zur Verbindung der jeweiligen Achse mit der Antriebseinheit auf.

Insbesondere überträgt die erste Kupplung ein Drehmoment über Formschluss (z. B. eine Klauenkupplung). Eine formschlüssig wirkende Kupplung, insbesondere eine Klauenkupplung, ist kostengünstig und kann bevorzugt zum Zuschalten einer weiteren Achse eingesetzt werden (wenn also eine Antriebsleistung bereits auf die andere Achse zum Antrieb des Kraftfahrzeuges eingesetzt wird).

Insbesondere ist genau eine der Kupplungseinrichtungen als eine erste Kupplung ausgeführt, ggf. aber auch beide Kupplungseinrichtungen. Insbesondere weist die Kupplungseinrichtung ausschließlich die erste Kupplung als Koppelelement zur schaltbaren Übertragung einer Antriebsleistung der mindestens einen Antriebs einheit auf die jeweilige Achse auf.

Insbesondere weist zumindest die erste Achse oder die zweite Achse ein Differen tial auf. Über das Differential kann ein Drehzahlunterschied zweier mit einer Ach se verbundenen Räder ausgeglichen werden.

Insbesondere ist zumindest die erste Achse oder die zweite Achse (insbesondere beide) differentiallos ausgeführt und die Kupplungseinrichtung der Achse weist mindestens eine zweite Kupplung und eine dritte Kupplung auf, wobei jedes an der Achse anordenbare Rad über eine eigene Kupplung mit der mindestens einen Antriebseinheit verbindbar oder von ihr entkoppelbar ist.

Insbesondere weist die jeweilige Achse eine erste Seitenwelle und eine zweite Seitenwelle auf, die voneinander unabhängig über die jeweils eine Kupplung (die zweite Kupplung oder die dritte Kupplung der Kupplungseinrichtung) regelbar mit der mindestens einen Antriebseinheit verbindbar sind.

Insbesondere umfasst die Kupplungseinrichtung also (genau) zwei Kupplungen (eine zweite Kupplung und eine dritte Kupplung), wobei jedes an der Achse anordenbare bzw. angeordnete Rad bzw. jede Seitenwelle der Achse über eine eigene (die zweite oder die dritte) Kupplung von der mindestens einen Antriebs einheit entkoppelbar bzw. mit dieser verbindbar ist. Bevorzugt ist jede dieser (zweiten und dritten) Kupplungen individuell ansteuerbar, so dass sich ein defi niertes Schlupfverhalten einstellen lässt. Dadurch kann neben einem Queraus gleich (also dem Ausgleich oder Einstellen von Drehzahldifferenzen von Rädern der gleichen Achsen) ggf. auch ein Längsausgleich erfolgen (also ein Ausgleich oder Einstellen von Drehzahldifferenzen von Rädern unterschiedlicher Achsen). Auch ein gezieltes Einstellen eines Giermoments kann durch die individuelle An steuerung jeder der (zweiten und dritten) Kupplungen ermöglicht werden.

Insbesondere ist eine derartige Kupplungseinrichtung als Twinster-Kupplungseinrichtung der Anmelderin bekannt.

Insbesondere sind die zweite Kupplung und die dritte Kupplung (ggf. auch die erste Kupplung) jeweils (zumindest oder ausschließlich) kraftschlüssig wirkende Kupplungen. Insbesondere sind diese Kupplungen als Lamellenkupplungen aus geführt.

Insbesondere ist die mindestens eine Antriebseinheit an der ersten Achse ange ordnet und die zweite Achse ist über eine Längswelle von der mindestens einen Antriebseinheit antreibbar.

Die Längswelle erstreckt sich insbesondere im Wesentlichen entlang einer Fahr zeuglängsachse und im Wesentlichen quer zu der ersten Achse und der zweiten Achse. Über die Längswelle ist ein Antriebsdrehmoment (eine Antriebsleistung) von der Antriebseinheit auf die zweite Achse übertragbar.

Insbesondere sind an der zweiten Achse angeordnete Räder ausschließlich über die an der zweiten Achse angeordnete zweite Kupplungseinrichtung von der min destens einen Antriebseinheit entkoppelbar. Insbesondere sind also keine weiteren Kupplungseinrichtungen zwischen der mindestens einen Antriebseinheit und der zweiten Achse angeordnet.

Insbesondere sind an der ersten Achse angeordnete Räder ausschließlich über die an der ersten Achse angeordnete erste Kupplungseinrichtung von der mindestens einen Antriebseinheit entkoppelbar. Insbesondere sind also keine weiteren Kupp lungseinrichtungen zwischen der mindestens einen Antriebseinheit und der ersten Achse angeordnet.

Insbesondere ist eine Antriebsleistung bzw. ein Antriebsdrehmoment der mindes tens einen Antriebseinheit ausschließlich über das beschriebene Getriebe auf die erste Achse und die zweite Achse übertragbar. Insbesondere ist also für den An triebsstrang nur ein einziges Getriebe vorgesehen, über das eine Antriebsleistung auf die erste Achse und die zweite Achse übertragen werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Antriebsstranges ist die erste Achse differentiallos ausgeführt und weist die erste Kupplungseinrichtung der ersten Achse mindestens (oder genau) eine zweite Kupplung und eine dritte Kupplung auf, wobei jedes an der ersten Achse anordenbares bzw. angeordnetes Rad über eine eigene (die zweite oder die dritte) Kupplung mit der mindestens einen An triebseinheit verbindbar oder von ihr entkoppelbar ist. Dabei weist die zweite Achse ein Differential und (nur) eine mit dem Differential gekoppelte erste Kupp lung auf. Die Kopplung von Differential und erster Kupplung ist insbesondere als Booster-Kupplungseinrichtung der Anmelderin bekannt).

Insbesondere ist über die erste Kupplung das Differential mit einer Seitenwelle der Achse verbindbar oder von dieser lösbar. Die Kopplung zwischen Differential und erster Kupplung ermöglicht, dass durch Öffnen der ersten Kupplung die (zweite) Achse insgesamt von der mindestens einen Antriebseinheit entkoppelt ist.

Insbesondere ist eine vierte Kupplung an der Längswelle angeordnet. Die vierte Kupplung kann z. B. im Bereich der zweiten Achse an der Längswelle angeordnet werden. Insbesondere können über die vierte Kupplung Teile der Längsachse voneinander getrennt oder drehmomentübertragend miteinander verbunden wer den. Über die vierte Kupplung kann die zweite Achse mit der Antriebseinheit drehmomentübertragend verbunden oder davon getrennt werden. Insbesondere ist dann eine erste Kupplung der zweiten Kupplungseinrichtung eine nur über Form schluss (und nicht über Reibung) wirkende Kupplung (z. B. eine Klauenkupp-lung).

Insbesondere umfasst der Antriebsstrang zum Antrieb des Kraftfahrzeuges aus schließlich die eine Antriebseinheit, z. B. eine Verbrennungskraftmaschine oder eine elektrische Maschine.

Bevorzug ist die Antriebseinheit eine elektrische Maschine. Ist die Antriebseinheit eine elektrische Maschine kann insbesondere eine zweite elektrische Maschine vorgesehen sein, die z. B. als Generator aber auch zumindest zeitweise auch zur Bereitstellung eines Antriebsdrehmoments betrieben werden kann.

Es wird ein Kraftfahrzeug mit dem beschriebenen Antriebsstrang vorgeschlagen sowie mit an der ersten Achse und an der zweiten Achse angeordneten Rädern. Insbesondere ist das Kraftfahrzeug ein in Großserie (mindestens 10.000 Stück pro Jahr) herzustellendes Personenkraftfahrzeug und gerade nicht ein Nutzfahrzeug oder ein Spezialfahrzeug.

Die Ausführungen zu dem Kraftfahrzeug gelten gleichermaßen für den Antriebs strang und umgekehrt.

Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“,„zwei te“,„dritte“, ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängig keit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung.

Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Fi guren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Fi guren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinie ren. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläu-terungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Es zeigen schematisch:

Fig. 1 : ein Kraftfahrzeug mit einer ersten Ausführungsvariante eines An triebsstrangs;

Fig. 2: eine zweite Ausführungsvariante eines Antriebsstrangs;

Fig. 3: eine dritte Ausführungsvariante eines Antriebsstrangs; und

Fig. 4: eine vierte Ausführungsvariante eines Antriebsstrangs.

Fig. 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 2 mit einer ersten Ausführungsvariante eines An triebsstrangs 1. Das Kraftfahrzeug 2 weist eine Fahrzeuglängsachse 15 auf. Der Antriebsstrang 1 umfasst eine Antriebseinheit 3, eine von der Antriebseinheit 3 antreibbare erste Achse 4 zum Antrieb von an der ersten Achse 4 angeordneten Rädern 5, eine von der Antriebseinheit 3 antreibbare zweite Achse 6 zum Antrieb von an der zweiten Achse 6 angeordneten Rädern 5, eine die erste Achse 4 mit der Antriebseinheit 3 schaltbar verbindende erste Kupplungseinrichtung 7 und eine die zweite Achse 6 mit der Antriebseinheit 3 schaltbar verbindende zweite Kupp-lungseinrichtung 8. Eine Antriebsleistung der Antriebseinheit 3 kann damit so wohl ausschließlich auf die erste Achse 4 als auch ausschließlich auf die zweite Achse 6 als auch gleichzeitig auf beide Achsen 4, 6 übertragbar sein bzw. übertra gen werden.

Damit kann ein Vorderradantrieb oder ein Hinterradantrieb (nur eine Achse 4, 6 ist mit der Antriebseinheit 3 drehmomentübertragend verbunden), ein Allradan trieb (beide Achsen 4, 6 sind mit der Antriebseinheit 3 drehmomentübertragend verbunden), ein Segelbetrieb (beide Achsen 4, 6 sind von der Antriebseinheit 3 entkoppelt) oder ein Notbetrieb (bei Versagen einer Kupplungseinrichtung 7, 8 kann zumindest eine Achse 4, 6 über die anderen Kupplungseinrichtungen 8, 7 mit der Antriebseinheit 3 drehmomentübertragend gekoppelt werden) realisiert werden.

Die erste Achse 4 ist hier eine Vorderachse und die zweite Achse 6 eine Hinter achse des Antriebsstrangs 1 bzw. des Kraftfahrzeuges 2.

Das von der Antriebseinheit 3 bereitgestellte Antriebsdrehmoment wird über ein Getriebe 14 an die Achsen 4, 6 (an eine Achse 4, 6 oder an beide) übertragen.

Die Achsen 4, 6 erstrecken sich im Wesentlichen quer zur Fahrzeuglängsachse 15. Die Achsen 4, 6 weisen weiter Seitenwellen 16 auf, über die die Räder 5 mit der Kupplungseinrichtung 7, 8 verbunden sind. Eine Längswelle 13 verbindet die An triebseinheit 3 bzw. das Getriebe 14 mit der an der zweiten Achse 6 angeordneten zweiten Kupplungseinrichtung 8.

Die Antriebseinheit 3 ist hier als elektrische Maschine ausgeführt. Das Kraftfahr zeug 2 weist eine Batterie 17 auf, die mit der elektrischen Maschine verbunden ist.

Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsvariante eines Antriebsstrangs 1. Auf die Ausführungen zu Fig. 1 wird verwiesen.

Hier ist die erste Achse 4 differentiallos ausgeführt und die erste Kupplungsein richtung 7 der ersten Achse 4 weist eine zweite Kupplung 11 und eine dritte Kupplung 12 auf. Die erste Kupplungseinrichtung 7 umfasst also genau zwei Kupplungen 11, 12, wobei jedes an der ersten Achse 4 angeordnete Rad 5 bzw. jede Seitenwelle 16 der ersten Achse 4 über eine eigene (die zweite oder die drit te) Kupplung 11, 12 von der Antriebseinheit 3 entkoppelbar bzw. mit dieser ver bindbar ist. Jede dieser (zweiten und dritten) Kupplungen 11, 12 ist individuell ansteuerbar, so dass sich ein definiertes Schlupfverhalten einstellen lässt.

Die zweite Kupplungseinrichtung 8 an der zweiten Achse 6 weist ein Differential 10 und nur eine mit dem Differential 10 gekoppelte erste Kupplung 9 auf. Die zweite Kupplungseinrichtung 8 ist über einen Winkeltrieb 18 mit der Längswelle 13 verbunden. Über die erste Kupplung 9 ist das Differential 10 mit einer Seiten welle 16 der zweiten Achse 6 verbindbar oder von dieser lösbar. Die Kopplung zwischen Differential 10 und erster Kupplung 9 ermöglicht, dass durch Öffnen der ersten Kupplung 9 die zweite Achse 6 insgesamt von der Antriebseinheit 3 ent koppelt ist.

Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsvariante eines Antriebsstrangs 1. Auf die Aus führungen zu Fig. 1 und 2 wird verwiesen.

Im Unterschied zu Fig. 2 ist hier an der ersten Achse 4 ebenfalls ein Differential 10 und nur eine mit dem Differential 10 gekoppelte erste Kupplung 9 vorgesehen. Über die erste Kupplung 9 ist das Differential 10 mit einer Seitenwelle 16 der zweiten Achse 6 verbindbar oder von dieser lösbar. Die Kopplung zwischen Dif ferential 10 und erster Kupplung 9 ermöglicht, dass durch Öffnen der ersten Kupplung 9 die zweite Achse 6 insgesamt von der Antriebseinheit 3 entkoppelt ist.

Die Längswelle 13 ist über einen Winkeltrieb 18 mit der Antriebseinheit 3 gekop pelt.

Fig. 4 zeigt eine vierte Ausführungsvariante eines Antriebsstrangs. Auf die Aus führungen zu Fig. 2 wird verwiesen.

Im Unterschied zur zweiten Ausführungsvariante ist hier zusätzlich eine vierte Kupplung 19 an der Längswelle 13 angeordnet. Die vierte Kupplung 19 ist im Bereich der zweiten Achse 6 aber an der Längswelle 13 angeordnet. Über die vierte Kupplung 19 kann die zweite Achse 6 mit der Antriebseinheit 3 drehmo mentübertragend verbunden oder davon getrennt werden. In dieser vierten Aus führungsvariante ist die erste Kupplung 9 der zweiten Kupplungseinrichtung 8 eine nur über Formschluss (und nicht über Reibung) wirkende Kupplung (z. B. eine Klauenkupplung).

Bezugszeichenliste

1 Antriebsstrang

2 Kraftfahrzeug

3 Antriebseinheit

4 erste Achse

5 Rad

6 zweite Achse

7 erste Kupplungseinrichtung

8 zweite Kupplungseinrichtung

9 erste Kupplung

10 Differential

11 zweite Kupplung

12 dritte Kupplung

13 Längswelle

14 Getriebe

15 Fahrzeuglängsachse

16 Seitenwelle

17 Batterie

18 Winkeltrieb

19 vierte Kupplung