Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug wie einen Personenkraftwagen, wobei das Antriebssystem eine Antriebseinheit, ein Getriebe, welches sowohl als Übersetzung als auch als Differenzial wirkt, und je Rad eine unabhängig steuerbare Bremseinrichtung aufweist.

Aktuell ist der Stand der Technik des Betriebsbremssystems bei Fahrzeugen unabhängig vom Antriebskonzept (Elektro-, Hybrid- oder Verbrennungsantrieb) eine radnahe, luftgekühlte Scheibenbremse für jedes Rad. Dies ist auch für Elektrofahrzeuge die immer noch vorherrschende Art der Betriebsbremse, welche autark vom Antriebskonzept funktioniert. Nachteile dieses Betriebsbremssystems sind Luftkühlung, Feinstaubbelastung, Wartungsaufwand, Einfluss auf Fahrzeuggeometrie, Schleppverluste etc.

Für Elektro- oder Hybridfahrzeuge ist die Luftkühlung der Scheibenbremse mit den dadurch begünstigten Nebeneffekten von reibungsbedingtem Verschleiß nebst Feinstaubemission, reibungs- und witterungsbedingt hohem Wartungsbedarf sowie Beschränkungen des Fahrzeugdesigns aufgrund von notwendigen Lüftungskanälen ein sehr vorrangiges Problem für die beabsichtigte Umweltfreundlichkeit des Fahrzeugs.

Bei einer Scheibenbremse sind die Schleppverluste, die den Wirkungsverzug vom geöffneten bis zum geschlossenen Bremsklotz- oder Lamellenzustand beschreiben, wegen primärer Einflussgrößen, wie Medium im Lüftspalt (Lüftspiel), Belagbreite, Anzahl und Durchmesser der Reibflächen, und sekundärer Einflüsse, wie Belagoberfläche und Reibbelagnutzung, dringend verbesserungsbedürftig. Dem Lüftspiel (Abstand zwischen Bremsklotz und Bremsscheibe bei Scheibenbremsanlagen) kommt allein deshalb besondere Bedeutung zu, weil ein Abstand zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe für den (ungebremsten) Umlauf der Bremsscheibe unverzichtbar ist, das Lüftspiel aber andererseits beim Betätigen der Bremsen zu einer Bremswegverlängerung führt, die bei einer hydraulischen Bremsanlage als Bremsansprechzeit (Zeit zur Überwindung des Lüftspiels) ca. 0,1 bis 0,2 Sekunden betragen kann.

Außerdem sollen Elektrofahrzeuge vor allem in der Leistungsfähigkeit gesteigert werden, indem Synergieeffekte zwischen Betriebsbremssystem und Antriebssystem unter Ausnutzung der Energierückgewinnung (Rekuperationsbremsung) besser verknüpft werden, um den Energiespeicher (Akku) nachzuladen oder aber überschüssige Wärmeenergie aus Antriebs- und Bremssystem umzuwandeln oder für Heizzwecke zu nutzen.

Obwohl es heutzutage Stand der Technik ist, dass eine Betriebsbremse im Fahrzeug vor allem wegen der Zusatzfunktionalitäten, wie ESP (elektronisches Stabilitäts- Programm), ASR (Antischlupfregelung), ABS (Antiblockiersystem) etc., nicht mehr mittels mechanischer Verbindung, sondern mittels elektronisch gesteuerter Pumpen vom Bremspedal gesteuert wird, ist das Betriebsbremssystem auch für reine Elektrofahrzeuge immer noch strikt getrennt vom elektrischen Antriebssystem und mit den peripheren Bremseinrichtungen (luftgekühlte Scheibenbremsen) an den Rädern des Fahrzeugs über hydraulische Bremskreise verbunden.

Aus der DE 10 2019 205 750 A1 ist ferner ein Getriebe bekannt, welches eine Eingangswelle, eine erste Ausgangswelle, eine zweite Ausgangswelle, einen ersten Planetenradsatz sowie einen mit dem ersten Planetenradsatz verbundenen zweiten Planetenradsatz umfasst. Die Planetenradsätze weisen jeweils mehrere Elemente auf. Die Eingangswelle ist dabei mit einem ersten Element des ersten Planetenradsatzes drehfest verbunden und die erste Ausgangswelle mit einem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes. Die zweite Ausgangswelle ist mit einem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden, wobei ein drittes Element des ersten Planetenradsatzes mit einem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes über eine Welle drehfest verbunden ist. Ein zweites Element des zweiten Planetenradsatzes ist an einem drehfesten Bauelement festgesetzt. Dadurch wird ein Übersetzungsgetriebe bereitgestellt, welches neben einer übersetzenden auch eine Differentialfunktion hat. Auch für ein solches werden die oben beschriebenen Bremsen eingesetzt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Möglichkeit zur Verbesserung der Nachhaltigkeit bzw. Umweltverträglichkeit des Betriebsbremssystems in Elektrofahrzeugen mit einem Getriebe aus zwei gekoppelten Planetenradsätzen zu finden sowie die Zuverlässigkeit und Lebensdauer bei maximaler Kompaktheit zu steigern.

Diese Aufgabe wird durch ein Antriebssystem für eine Antriebsachse eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs gelöst, wobei das Antriebssystem eine elektrische Antriebseinheit, zwei Bremseinrichtungen und ein Getriebe aufweist. Das Getriebe umfasst eine Eingangswelle, eine erste Ausgangswelle, eine zweite Ausgangswelle, einen ersten Planetenradsatz sowie einen mit dem ersten Planetenradsatz verbundenen zweiten Planetenradsatz. Die Planetenradsätze umfassen jeweils drei Elemente, wobei die Eingangswelle mit einem ersten Element des ersten Planetenradsatzes drehfest verbunden ist, die erste Ausgangswelle mit einem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes drehfest verbunden ist, die zweite Ausgangswelle mit einem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden ist, ein drittes Element des ersten Planetenradsatzes mit einem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes über eine Welle drehfest verbunden ist und ein zweites Element des zweiten Planetenradsatzes an einem drehfesten Bauelement festgesetzt ist. Die Bremseinrichtungen sind jeweils an der ersten und der zweiten Ausgangswelle angeordnet und jeweils als eine fluidgekühlte Nassbremse ausgebildet, die sich mit der Antriebseinheit in einem gemeinsamen Gehäuse befindet.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Nassbremse mit einem Wärmehaushalt der Antriebseinheit und des Getriebes gekoppelt. Dadurch wird es erleichtert, den Wärmehaushalt der gesamten Achse zu regulieren.

Während mehrere Wärmesenken im erfindungsgemäßen Antriebssystem prinzipiell eingesetzt werden können, weist das Antriebssystem in einer besonders vorteilhaften Ausführung eine gemeinsame Wärmesenke für die Bremseinrichtungen, das Getriebe und die Antriebseinheit auf, wobei mindestens ein Wärmetauscher vorhanden ist, der mit der Wärmesenke verbunden ist. Dadurch wird es weiter erleichtert, den Wärmehaushalt der gesamten Achse zu regulieren, da die Wärmehaushalte beider Antriebsstränge an der Wärmesenke zusammengeführt werden.

Weiterhin erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn eine zentrale Steuereinheit vorhanden ist, die mit dem mindestens einen Wärmetauscher in Verbindung steht. Dabei ist es insbesondere von Vorteil, die zentrale Steuereinheit für ein intelligentes Thermomanagement von der Antriebseinheit, den Bremseinrichtungen und dem mindestens einen Wärmetauscher vorgesehen ist. So wird es ermöglicht, alle Komponenten der Antriebsstränge bestmöglich anzusteuern und weitergehende Funktionen im Fahrzeug, zum Beispiel die weitergehende Nutzung der an dem mindestens einen Wärmetauscher aufgenommenen Energie zu ermöglichen.

Die Aufgabe wird ebenfalls durch ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einem eben beschriebenen Antriebssystem gelöst. Dabei ist es von Vorteil, wenn eine zentrale Steuereinheit vorhanden ist, die mit dem mindestens einen Wärmetauscher in Verbindung steht, wobei die zentrale Steuereinheit für ein intelligentes Thermomanagement von der Antriebseinheit, den Bremseinrichtungen und dem mindestens einen Wärmetauscher sowie die Steuerung des Wärmehaushalts aller Heizsysteme des Fahrzeugs vorgesehen ist. Auf diese Weise wird die weitergehende Nutzung der an dem mindestens einen Wärmetauscher aufgenommenen Energie ermöglicht. Besonders vorteilhaft kann die zentrale Steuereinheit zur Koordination und Effektivierung von Bremsprozessen der Antriebseinheit und der Bremseinrichtungen zwecks Optimierung des Energiemanagements des Fahrzeugs vorgesehen sein.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die ebenfalls erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Diese Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sind nicht als einschränkend auszulegen. Beispielsweise ist eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit einer Vielzahl von Elementen oder Komponenten nicht dahingehend auszulegen, dass alle diese Elemente oder Komponenten zur Implementierung notwendig sind. Vielmehr können andere Ausführungsbeispiele auch alternative Elemente und Komponenten, weniger Elemente oder Komponenten oder zusätzliche Elemente oder Komponenten enthalten. Elemente oder Komponenten verschiedener Ausführungsbespiele können miteinander kombiniert werden, sofern nichts anderes angegeben ist. Modifikationen und Abwandlungen, welche für eines der Ausführungsbeispiele beschrieben werden, können auch auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar sein. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden gleiche oder einander entsprechende Elemente in verschiedenen Figuren mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht mehrmals erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Fahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Antriebssystem,

Fig. 2 ein Schaltbild des Getriebes und

Fig. 3 ein Schaltbild des Antriebsstrangs.

Fig. 1 zeigt einen schematischen Aufbau eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs F mit einer Antriebsachse 1 . Die Antriebsachse 1 weist eine elektrische Antriebseinheit 51 auf, die einen Elektromaschine umfasst, der über ein Getriebe 53 eine erste und eine zweite Ausgangswelle 11 , 12 antreibt, an denen sich jeweils ein Rad 3 befindet. Ferner ist an jeder Ausgangswelle 11 , 12 eine Bremseinrichtung 52 vorgesehen, die über ein Bremssystem 7 angesteuert wird. Ein auf solche Weise aufgebauter Antriebsstrang kann an der Vorderachse oder Hinterachse des Fahrzeugs F, oder sowohl an der Vorderachse als auch an der Hinterachse ausgebildet sein.

Die Antriebseinheit 51 , die Bremseinrichtung 52 und das Getriebe 53 sind an eine gemeinsame Wärmesenke 2 angebunden, für die ein Wärmetauscher 4 vorhanden ist. Die Bremseinrichtungen 52 sind dazu als fluidkreisgekühlte Nassbremsen, vorzugsweise als nasse Lamellenbremsen, ausgebildet, um am Kühlmanagement der Antriebseinheit 51 zu partizipieren und an der Antriebsachse 1 einen gemeinsamen Wärmehaushalt zu bilden.

Die Kombination der Bremseinheiten 52 mit der Antriebseinheit 51 du dem Getriebe 53 bietet in einem integrierten System aus Antriebsaggregat und nasser Bremse die Möglichkeit, die derzeit durch Bremsabrieb hohe Feinstaubbelastung der kommerziell etablierten Trockenscheibenbremsen zu vermeiden und zudem die Wärmeentwicklung der Bremseinrichtungen 52 über ein Thermomanagement des Antriebsstrangs und des Wärmetauschers 4 in der Fahrzeugarchitektur (z.B. für Innenraumheizung) zu nutzen. Dadurch ergeben sich Vorteile für die Radgeometrie und Aerodynamik (Strömungsoptimierung bspw. von Felge und Karosserie) durch Wegfall der Luftkühlung der Trockenscheibenbremsen und somit der peripheren Positionierung der Einzelradbremsen.

Der Einsatz einer Nassbremse als Bremseinrichtungen 52 bietet des Weiteren bessere Möglichkeiten bei der Skalierung der Bremsen und die Anwendung eines Baukastensystems je nach Fahrzeuggewicht und Antriebsaggregat etc. durch Auslegung mit variablem kreisrundem Reibbelag, welcher separat in Anzahl und Durchmesser skaliert werden kann. Des Weiteren ist bei der Ausführung als Nassbremse besonders vorteilhaft, dass die Abführung von Reibungswärme durch einen Volumenstrom einer Kühlflüssigkeit erfolgt. Die Wärme kann somit auch besonders günstig über den Wärmetauscher 4 zu weiter entfernten Positionen im Fahrzeug F transportiert werden, wo sie beispielsweise zum Heizen des Innenraums genutzt oder an die Umgebung abgegeben werden kann.

Beim Abführen der in Wärme umgewandelten Bremsenergie kann es vorteilhaft sein, dasselbe Kühlmedium zu nutzen, wie es für die Antriebseinheit 51 verwendet wird. Dafür sind als Ausführung der Bremseinrichtungen 52 Lamellennassbremsen eingesetzt, die sich dadurch auszeichnen, dass es sich um Vollscheibenbremsen handelt, bei denen die gesamte Fläche der Bremsscheibe als Reibfläche zum Verzögern benutzt wird und die Bremsscheibe(n) komplett in einem Ölbad, einem Ölnebel oder unter gezielter Beölung laufen. Dabei werden mehrere Innen- und Außenlamellen axial gegeneinandergepresst, wodurch die erforderliche Bremsreibung entsteht. Bisher wurde sich beispielhaft auf Öl bezogen, es können aber auch andere Medien im erfindungsgemäßen Antriebssystem zur Schmierung eingesetzt werden, wie sie fachüblich Anwendung finden.

Als Alternative zu den Lamellenbremsen, welche aus einer oder mehreren Stahllamellen und zwischen den Stahllamellen liegenden Belaglamellen besteht, könnte auch eine Nassbremse als Bremseinrichtung 52 eingesetzt werden, welche weniger komplex aufgebaut ist. So ließe sich eine Bremseinrichtung mit einer Belagscheibe, welche in verschiedenen Ausführungen auch nur in Teilsegmenten mit Belag versehen sein kann, integrieren. Die Belagscheibe wird gegen eine nicht dargestellte Gehäuseanlagefläche des Gehäuses 8 pressen, um die erforderliche Bremsreibung zu erzeugen. Dies ist vorteilhaft für einfache, leichte oder wenig performante Anwendungen. Auch weitere Ausführungen der Nassbremse sind denkbar.

Eine optimale Voraussetzung für die Koordination der Bremskühlung bietet dadurch an, dass eine mit dem Wärmetauscher 4 in Verbindung stehende zentrale Steuereinheit 6 für die Antriebsachse 1 ein intelligentes Thermomanagement im Zusammenspiel von Antriebseinheit 51 und Bremseinrichtungen 52 mit dem Wärmetauscher 4 realisiert, wobei Faktoren wie Batterieladezustand, Temperatur von Batterie und Antriebseinheit 51 , Gesamtsituation des Bremssystems 7 und der Bremsscheiben der jeweiligen Bremseinrichtungen 52 (ermittelt über Sensoren und/oder Rechenmodelle), Fahrzeuggeschwindigkeit, bisheriges Fahrerverhalten sowie ggf. Streckeninformationen zusätzlich einbezogen werden. Ergänzend kann die zentrale Steuereinheit 6 situationsabhängig eine optimale Aufteilung zwischen Reibbremsung der Bremseinrichtungen 52 und Motorbremsung durch die Antriebseinheit 51 einstellen. Hat die zentrale Steuereinheit 6 Zugriff auf alle Heizsysteme des Fahrzeugs F, wird eine Steuerung des gesamten Wärmehaushalts des Fahrzeugs F ermöglicht. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn mehrere Antriebsachsen 1 am Fahrzeug F vorhanden sind, da so eine optimale, zentrale Steuerung ermöglicht wird. Die Steuerung und Regelung der Bremseinrichtungen 52 und der Antriebseinheit 51 kann durch die zentrale Steuereinheit 6 perfekt system übergreifend übernommen werden oder auch in bestehende Steuergeräte der Antriebseinheit 51 integriert werden (erhöhte Systemsynergie). Damit ergibt sich eine bessere Regelfähigkeit durch das Bremssystems 7 nicht nur durch die nasse Bremse, sondern vor allem auch kürzere Regelstrecken und mithin geringere Störanfälligkeit) sowie die gemeinsame Steuerung durch Kombination mit einem Rekuperationsmoment oder negativen Drehmoment der Antriebseinheit 51 mittels der zentralen Steuereinheit 6.

Mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsvarianten der Erfindung wird die strikte Trennung der Bremseinrichtungen 52 vom elektrischen System der Antriebsachse 1 aufgehoben, wodurch neben der Umstellung auf eine feinstaubfreie Nassbremse vor allem eine Mehrfachnutzung des zur Kühlung verwendeten Wärmetauschers und ein besseres Wärmemanagement sowie eine Verknüpfung mit den Bremsmöglichkeiten der elektrischen Antriebseinheit 51 ermöglicht wird.

Fig. 2 zeigt ein Schaltbild des Getriebes 53, welches eine Eingangswelle 10, eine erste Ausgangswelle 11 , eine zweite Ausgangswelle 12, einen ersten Planetenradsatz P1 sowie einen mit dem ersten Planetenradsatz P1 verbundenen zweiten Planetenradsatz P2. Die Planetenradsätze P1 , P2 sind hier jeweils als ein Minus-Planetenradsatz ausgebildet. Die Planetenradsätze P1 , P2 umfassen jeweils mehrere Elemente E11 , E21 , E31 , E12, E22, E32, wobei es sich bei dem ersten Element E11 um ein Sonnenrad SO1 , bei dem zweiten Element E21 um einen Planetenradträger PT1 und bei dem dritten Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 um ein Hohlrad HO1 handelt. Bei dem zweiten

Planetenradsatz P2 handelt es sich bei dem ersten Element E12 um ein Sonnenrad SO2, bei dem zweiten Element E22 um einen Planetenradträger PT2 sowie bei dem dritten Element E32 um ein Hohlrad HO2. Die Planetenradträger PT1 , PT2 lagern jeweils mehrere Planetenräder, die dargestellt, aber nicht bezeichnet sind. Die Planetenräder kämmen einerseits mit dem jeweiligen, radial innen liegenden Sonnenrad SO1 , SO2 als auch mit dem jeweiligen, umliegenden Hohlrad HO1 , HO2. Die Eingangswelle 10 ist vorliegend mit dem ersten Element E11 drehtest verbunden. Die erste Ausgangswelle 11 ist drehtest mit dem zweiten Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 drehtest verbunden. Die zweite Ausgangswelle 12 ist drehtest mit dem dritten Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehtest verbunden. Das dritte Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 ist drehtest mit dem ersten Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 verbunden, während das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 an einem drehfesten Bauelement 8 festgesetzt ist. Bei dem drehfesten Bauelement 8 handelt es sich um ein Getriebegehäuse des Getriebes 53.

Das dritte Element E31 , also das Hohlrad HO1 des ersten Planetenradsatzes P1 und das erste Element E12, also das Sonnenrad SO2 des zweiten Planetenradsatzes P2 bilden ein gemeinsames Bauteil, das als eine Welle vorliegt.

Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, sind die Eingangswelle 10, die erste Ausgangswelle 11 sowie die zweite Ausgangswelle 12 koaxial zueinander angeordnet. Ebenso sind die zwei Planetenradsätze P1 , P2 koaxial zueinander angeordnet. Die zwei Planetenradsätze P1 , P2 sind gemäß dieser Ausführungsform axial beabstandet zueinander angeordnet. Es sind aber auch andere Anordnungen, wie radial verschachtelte Planetenradsätze P1 , P2, problemlos umsetzbar. Es wird dahingehend auf den Stand der Technik, insbesondere die DE 102019 205 750 A1 verwiesen.

Die Eingangswelle 10 kann mit der Antriebseinheit 51 verbunden sein und so ein Eingangsdrehmoment in das Getriebe 53 einleiten. Das heißt, Eingangswelle 10 und Ausgangswellen 11 , 12 drehen in die gleiche Richtung. Durch die Verbindung der zwei Planetenradsätze P1 , P2 miteinander sowie der Abstützung des zweiten Elements E22 am Gehäuse 8 kann das eingeleitete Eingangsdrehmoment auf die zwei Ausgangswellen 11 , 12 aufgeteilt werden. Hierbei übernimmt das Getriebe 53 nicht nur die Funktion eines Übersetzungsgetriebes, sondern zusätzlich auch eines Differentialgetriebes. Das heißt, das eingeleitete Drehmoment wird nicht nur übersetzt, sondern auch auf die verschiedenen Ausgangswellen 11 , 12 aufgeteilt. Fig. 3 zeigt den prinzipiellen Aufbau des erfindungsgemäßen Antriebssystems einer Antriebsachse 1 ebenfalls in Form eines Schaltbilds. Die Antriebseinheit 51 überträgt ein Drehmoment über die Eingangswelle 10 auf den ersten und den zweiten Planetenradsatz P1 , P2, wie bereits oben erläutert worden ist. Das Drehmoment wird so wie oben beschrieben auf die erste und die zweite Ausgangswelle 11 , 12 übertragen. Vor den Rädern 3 ist an den beiden Ausgangswellen 11 , 12 jeweils ein Gelenk 15 vorhanden, um Radbewegungen wie Lenkbewegung und/oder Einfederung zu ermöglichen. Der Stator der Antriebseinheit 51 , die Außenlamellen der Bremseinrichtungen 52 und das die beiden Planetenradsätzen P1 , P2 umfassende Getriebe 53 sind hier gemeinsam mit dem Gehäuse 8 verbunden, um eine optimale Zusammenführung der Wärmehaushalte zu ermöglichen.

Bezuqszeichen

1 Antriebsachse

2 Wärmesenke

3 Rad

4 Wärmetauscher

8 drehfestes Bauelement, Gehäuse

10 Eingangswelle

11 erste Ausgangswelle

12 zweite Ausgangswelle

15 Gelenk

51 Antriebseinheit

52 Bremseinrichtung

53 Getriebe

E11 erstes Element erster Planetenradsatz

E21 zweites Element erster Planetenradsatz

E31 drittes Element erster Planetenradsatz

E12 erstes Element zweiter Planetenradsatz

E22 zweites Element zweiter Planetenradsatz

E32 drittes Element zweiter Planetenradsatz

P1 erster Planetenradsatz

P2 zweiter Planetenradsatz

SO Sonnenrad

PT Planetenradträger

HO Hohlrad

F Fahrzeug