Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Hybridantriebsanordnung für eine Antriebsachse eines Kraft fahrzeugs, eine Antriebsstranganordnung mit mehreren Antriebsachsen, von denen eine Achse von einer solchen Hybridantriebsanordnung antreibbar ist, sowie ein Ver fahren zum Steuern einer solchen Antriebsstranganordnung.

Aus der WO 2010 063735 A1 ist eine Hybrid-Antriebseinheit bekannt, das einen ver brennungsmotorischen Antrieb, einen elektromotorischen Antrieb und ein schaltbares Mehrganggetriebe aufweist. Das Mehrganggetriebe umfasst ein Planetengetriebe mit einem Sonnenrad als Eingangsglied auf, in das sowohl die verbrennungsmotorische Antriebsleistung als auch die elektromotorische Antriebsleistung eingeleitet wird. Zwi schen dem verbrennungsmotorischen Antrieb und dem Sonnenrad ist eine formschlüs sige erste Kupplung vorgesehen. Zwischen dem Sonnenrad und dem Planetenträger ist eine zweite Kupplung vorgesehen.

Aus der WO 2015 150 407 A1 ist eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem Elektromotor, einem Stufengetriebe und einem Differentialgetriebe bekannt. Das Stufengetriebe hat zwei Getriebestufen mit einer Schalteinheit, um das Differenti algetriebe mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen anzutreiben. Die Schalt einheit umfasst ein mit der Antriebswelle drehfest verbundenes Eingangsrad und zwei auf der Antriebswelle drehbare Ausgangsräder, die mittels eines Koppelelements se lektiv mit dem Eingangsrad zur Drehmomentübertragung verbindbar sind. Aus der US 20080223635 A1 ist ein Hybridantrieb mit einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor bekannt. Der Elektromotor ist zwischen dem Übersetzungsge triebe und einem der beiden angetriebenen Räder des Kraftfahrzeugs angeordnet, und zwar in paralleler Ausrichtung zum Verbrennungsmotor und in koaxialer Ausrichtung zum Differentialgetriebe. Der Elektromotor ist über eine Getriebestufe mit dem Diffe rentialkorb des Differentialgetriebes verbunden. Hierfür ist eine Vorgelegewelle vorge sehen, die über ein erstes Zahnrad mit dem Elektromotor antriebsverbunden ist. Ein zweites Zahnrad der Vorgelegewelle kämmt mit einem Ringrad, das mit dem Differen tialkorb fest verbunden ist.

Aus der WO 2011 064364 A1 ist eine Antriebsanordnung mit einem Elektromotor und einem Differentialgetriebe zum Antreiben einer Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs bekannt. Eine Kupplung ist im Antriebsstrang zwischen Elektromotor und Differential getriebe angeordnet, die von einem Aktuator steuerbar ist, um wahlweise Drehmoment zu übertragen oder eine Drehmomentübertragung zu unterbrechen. Ein Sensor ist zum Ermitteln mehrerer Schaltstellungen der Schaltkupplung vorgesehen.

Aus der DE 10 2015 118 759 A1 ist eine Antriebsstranganordnung für ein Kraftfahr zeug bekannt mit einem ersten Antriebsstrang zum Antreiben einer ersten An- triebsachse und einem zweiten Antriebsstrang zum Antreiben einer zweiten An triebsachse. Der erste Antriebsstrang umfasst eine erste Antriebseinheit, ein Achsdif- ferential und zwei Seitenwellen. Der zweite Antriebsstrang umfasst eine zweite An triebseinheit in Form einer elektrischen Maschine, ein Achsdifferential, eine Kupplung und zwei Seitenwellen. Der erste Antriebsstrang und der zweite Antriebsstrang sind mechanisch voneinander getrennt. Es ist eine Steuereinheit zum Steuern der elektri schen Maschine und der Kupplung in Abhängigkeit von der Drehzahl der ersten An triebsachse und der zweiten Antriebsachse vorgesehen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hybridantriebsanordnung mit Schaltgetriebe für eine Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs vorzugschlagen, die in verschiedenen Betriebsmodi verwendbar ist und die einen einfachen und kompakten Aufbau hat. Die Aufgabe liegt weiter darin, eine Antriebsstranganordnung mit zwei An triebsachsen vorzuschlagen, die mit einer solchen Hybridantriebsanordnung in ver- schiedenen Betriebsmodi betrieben werden kann. Ferner soll ein Verfahren zur Steu erung einer solchen Hybridantriebsanordnung beziehungsweise Antriebstranganord nung vorgeschlagen werden.

Zur Lösung wird eine Hybridantriebsanordnung für eine Antriebsachse eines Kraftfahr zeugs vorgeschlagen, umfassend: eine Brennkraftmaschine; eine elektrische Ma schine; ein Schaltgetriebe, das mit der Brennkraftmaschine und der elektrischen Ma schine antriebsverbunden ist; ein Differentialgetriebe, das ausgestaltet ist, eine vom Schaltgetriebe eingeleitete Drehbewegung auf zwei Ausgangsteile aufzuteilen; wobei das Schaltgetriebe eine Eingangswelle mit einem ersten Antriebsrad und einem zwei ten Antriebsrad aufweist, die auf der Eingangswelle drehbar gelagert sind, wobei das erste Antriebsrad mit der elektrischen Maschine antriebsverbunden ist, und die Ein gangswelle mit der Brennkraftmaschine antriebsverbunden ist; eine Schaltkupplung, die axial zwischen dem ersten und zweiten Antriebrad angeordnet ist und ausgestaltet ist, um wahlweise das erste Antriebsrad oder das zweite Antriebsrad mit der Eingangs welle zu verbinden oder von dieser zu trennen; eine zur Eingangswelle parallele Zwi schenwelle mit einem ersten Zwischenrad, das mit dem ersten Antriebsrad in Eingriff ist, und einem zweiten Zwischenrad, das mit dem zweiten Antriebsrad in Eingriff ist, wobei die Zwischenwelle mit dem Differentialgetriebe antriebsverbunden ist; und eine Kupplung, die im Leistungspfad zwischen der Eingangswelle und einem der Aus gangsteile des Differentialgetriebes angeordnet ist, um eine Drehmomentübertragung optional herzustellen oder zu unterbrechen.

Die Hybridantriebsanordnung mit Schaltgetriebe ist in vorteilhafter Weise besonders kompakt aufgebaut. Durch die Anordnung der Schaltkupplung koaxial zur An triebsachse zwischen den beiden Antriebsrädern kann der zur Verfügung stehende Bauraum sehr gut ausgenutzt werden. Außerdem wird eine antriebsmäßige Entkopp lung der Brennkraftmaschine und der elektrischen Maschine, beziehungsweise das Betreiben der Hybridantriebsanordnung in diversen unterschiedlichen Betriebsmodi ermöglicht. Die Getriebeeingangswelle ist sowohl mit der Brennkraftmaschine als auch mit der elektrischen Maschine drehend antreibbar. Im Rahmen der vorliegenden Of fenbarung soll die Formulierung drehend antreibbar beziehungsweise antriebsverbun den jeweils die Möglichkeiten mit umfassen, dass ein antreibendes Element und ein angetriebenes Element direkt miteinander verbunden sind, oder gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines oder mehrere weitere Bauteile, wie beispielsweise über ein Zahnrad oder eine Kupplung.

Die Schaltkupplung ist von einem Aktuator steuerbar und kann wahlweise das erste Antriebsrad oder das zweite Antriebsrad mit der Eingangswelle drehtest verbinden o- der die beiden Antriebsräder von der Welle entkoppeln. Hierdurch lassen sich mehrere Schaltstufen realisieren. Eine erste Schaltstufe ist durch das erste Räderpaar, das heißt erstes Antriebsrad und erstes Zwischenrad, gebildet, so dass Drehmoment von der Eingangswelle auf das Differential mit einem ersten Übersetzungsverhältnis über tragen wird (erster Gang). Eine zweite Schaltstufe ist durch das zweite Räderpaar, das heißt zweites Antriebsrad und zweites Zwischenrad, gebildet, mit der Drehmoment mit einem zweiten Übersetzungsverhältnis auf das Differential übertragbar ist (zweiter Gang). In einer neutralen Position sind beide Antriebsräder von der Antriebswelle ent koppelt, so dass kein Drehmoment auf das Differential übertragen wird.

Im Zusammenspiel der Schaltkupplung und der im Antriebsstrang nachgelagerten Kupplung, die auch als Trennkupplung bezeichnet werden kann, ergeben sich in vor teilhafter Weise verschiedene Funktionen der Hybridantriebsanordnung. Beispiels weise kann die Hybridantriebsanordnung in einem parallelen Modus betrieben werden, in dem beide Maschinen bei geschlossener Trennkupplung gemeinsam die An triebsachse antreiben, was - je nach Schaltstufe - im ersten oder zweiten Gang erfol gen kann. Ferner kann die Anordnung - in Verbindung mit einer weiteren elektrischen Antriebsachse - in einem seriellen Modus betrieben werden, wobei die Hybridan triebsanordnung bei geöffneter Trennkupplung und anliegender erster Schaltposition der Schaltkupplung elektrische Energie erzeugt, welche dann zum Antreiben der an deren Antriebsachse mittels eines weiteren Elektromotors verwendet wird. Ferner kann die Anordnung bei stillstehendem Fahrzeug bei geöffneter Trennkupplung und in der ersten Schaltposition der Schaltkupplung Strom erzeugen (Generatormodus), be ziehungsweise eine mit der elektrischen Maschine verbundene Batterie laden. Umge kehrt kann die Brennkraftmaschine von der elektrischen Maschine bei entsprechender Position der Trennkupplung und Schaltkupplung gestartet werden (Motormodus).

Die Schaltkupplung kann nach einer Ausführungsform ein Eingangsteil, das mit der Eingangswelle drehfest verbunden ist, ein erstes Ausgangsteil, das mit dem ersten Antriebsrad drehtest verbunden ist, ein zweites Ausgangsteil, das mit dem zweiten Antriebsrad drehtest verbunden ist, und ein Koppelelement aufweisen, welches das Eingangsteil optional mit dem ersten Ausgangsteil oder dem zweiten Ausgangsteil zur Übertragung eines Drehmoments koppeln kann. Das Koppelelement kann in Form ei- ner Schiebemuffe gestaltet sein, die auf dem Eingangsteil drehtest gehalten und ge genüber diesem mittels eines Aktuators axial verschiebbar ist. Sie Schiebemuffe ist in einer Neutralposition (PO) gegenüber dem ersten und zweiten Ausgangsteil frei dreh bar, in der ersten Schaltposition (P1) mit dem ersten Ausgangsteil und in der zweiten Schaltposition (P2) mit dem zweiten Ausgangsteil drehtest verbunden ist. Die Ein- gangswelle der Schaltkupplung kann mit einer Längsbohrung und mehreren Querboh rungen zur Schmiermittelversorgung von Lagerabschnitten für das erste Antriebsrad und das zweite Antriebrad versehen sein.

Nach einer möglichen Ausführungsform kann die elektrische Maschine eine Motor- welle mit einem Antriebsritzel aufweisen, das mit dem ersten Antriebsrad in Eingriff ist. Dabei ist die Motorwelle des Elektromotors parallel zur Eingangswelle angeordnet. Durch die Drehmomentübertragung über das Ritzel auf das erste Antriebsrad kann eine erste Vorübersetzung realisiert werden, was es vereinfacht, die elektrische Ma schine als Starter für die Brennkraftmaschine zu verwenden, beziehungsweise beide Maschinen in einem günstigen Wirkungsgradbereich zu betreiben. Die Eingangswelle kann koaxial zur Ausgangswelle der Brennkraftmaschine angeordnet sein, insbeson dere mit dieser permanent drehstarr verbunden sein. Die elektrische Maschine und die Brennkraftmaschine können in Bezug auf die Getriebeeingangswelle auf derselben o- der entgegengesetzten Seiten angeordnet sein.

Die Eingangswelle, die Zwischenwelle und die Drehachse des Differentials können parallel zueinander angeordnet sein. Das zweite Zwischenrad kann mit einem Ringrad zum Antreiben des Differentialgetriebes in Eingriff sein. Dadurch, dass das erste An triebsrad mit dem Antriebsritzel der elektrischen Maschine und mit dem ersten Zwi- schenrad kämmt, beziehungsweise, dass das zweite Zwischenrad mit dem zweiten Antriebsrad und mit dem Ringrad kämmt, wird eine Doppelfunktion der genannten Rä der realisiert. Dies führt insgesamt zu einer geringen Teilezahl und ermöglicht, dass das Schaltgetriebe, inklusive Ringrad, nur sechs drehmomentübertragende Räder auf- weisen kann (Antriebsritzel, erstes Antriebsrad, zweites Antriebsrad, erstes Zwischen rad, zweites Zwischenrad).

Das Ringrad ist insbesondere koaxial zum Differentialgetriebe angeordnet und vor zugsweise mit dem Differentialträger des Differentialgetriebes übersetzungslos an triebsverbunden, beziehungsweise über die Trennkupplung antriebsverbindbar. Die Räder des Untersetzungsgetriebes können als Stirnräder gestaltet sein, insbesondere mit einer Schrägverzahnung.

Es versteht sich, dass sich die Achsabstände und die Zähnezahlen der miteinander kämmenden Räder nach den Bauraumverhältnissen und technischen Vorgaben rich ten und entsprechend nach Bedarf angepasst werden können. Beispielsweise kann ein erstes Übersetzungsverhältnis (i1 ) zwischen dem ersten Antriebsrad und dem ers ten Zwischenrad zwischen 1 ,5 und 2,5 liegen, und/oder ein zweites Übersetzungsver hältnis (i2) zwischen dem zweiten Antriebsrad und dem zweiten Zwischenrad zwischen 1 ,0 und 1 ,6 liegen. Ferner kann ein drittes Übersetzungsverhältnis (i3) zwischen dem zweiten Zwischenrad und dem Ringrad zwischen 1 ,5 und 2,5 betragen. Insgesamt ergibt sich dabei ein Gesamtübersetzungsverhältnis, das für den ersten Gang zwi schen 2,25 und 6,25 liegen kann, und für den zweiten Gang zwischen 1 ,5 und 4.

Nach einer Ausführungsform kann das Ringrad mit einem Differentialgehäuse fest ver bunden sein, das in einem ortsfesten Gehäuse drehbar gelagert ist. Der Differential träger kann koaxial in dem Differentialgehäuse angeordnet und relativ zu diesem dreh bar gelagert sein. Das Differentialgetriebe weist insbesondere ein erstes Differential- Ausgangsteil zum Antreiben einer ersten Seitenwelle und ein zweites Differential-Aus- gangsteil zum Antreiben einer zweiten Seitenwelle auf, wobei die beiden Ausgangs teile untereinander eine ausgleichende Wirkung haben.

Die Maschinen werden hinsichtlich ihrer Leistung nach Bedarf ausgelegt. Beispiels weise können die Brennkraftmaschine und/oder die elektrische Maschine jeweils eine Maximalleistung von mehr als 30 kW und/oder weniger als 70 kW haben. Ferner kann die Brennkraftmaschine beispielsweise eine maximale Drehzahl von weniger als 5500 Umdrehungen pro Minute haben. Die elektrische Maschine kann beispielsweise eine maximale Drehzahl von mehr als 10.000 und/oder von weniger als 13.000 Umdrehun gen pro Minute haben.

Die Trennkupplung ist vorzugsweise als Formschlusskupplung gestaltet, die einfach und kompakt aufgebaut ist, wobei prinzipiell auch eine Reibungskupplung möglich ist. Nach einer möglichen Ausführungsform ist die Kupplung zwischen dem Ausgangsglied des Untersetzungsgetriebes und dem Differentialträger wirksam angeordnet. In ge schlossenem Zustand der Kupplung wird Drehmoment vom Ausgangsglied auf den Differentialträger übertragen und in geöffnetem Zustand der Kupplung wird die Dreh momentübertragung unterbrochen, so dass die beiden Maschinen von der Fahrzeug achse abgekoppelt sind. Es versteht sich, dass die Kupplung auch an anderer Stelle im Leistungspfad zwischen der Getriebeeingangswelle und der Antriebsachse ange ordnet sein kann, beispielsweise zwischen der Eingangswelle und der Zwischenwelle, oder an der Zwischenwelle oder zwischen einem der Seitenwellenräder des Differen tials und einer zugehörigen Seitenwelle.

Die oben genannte Aufgabe wird weiter gelöst durch eine Antriebsstranganordnung für ein Kraftfahrzeug, umfassend: eine primäre Antriebsachse, die von einer primären elektrischen Maschine als Primärantrieb drehend antreibbar ist; eine sekundäre An triebsachse mit einer Hybridantriebsanordnung, die nach einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen gestaltet ist; wobei die primäre Antriebsachse und die sekundäre Antriebsachse mechanisch voneinander getrennt sind; eine Speicherano rdnung zum Speichern von elektrischer Energie, wobei die Speicheranordnung mit der primären elektrischen Maschine und mit der elektrischen Maschine der Hybridan triebsanordnung elektrisch verbunden ist; und eine Steuereinheit (ECU) zum Steuern der primären elektrischen Maschine und der Hybridantriebsanordnung.

Die Antriebsstranganordnung weist entsprechend dieselben Vorteile auf, wie die Hyb ridantriebsanordnung, so dass abkürzend auf obige Beschreibung verwiesen wird. Alle im Zusammenhang mit der Hybridantriebsanordnung beschriebenen Merkmale kön nen in der Antriebsstranganordnung verwirklicht werden. Die elektrische Maschine wandelt Energie um und kann als Motor oder Generator arbeiten. Im Motorbetrieb wan delt die elektrische Maschine elektrische Energie in mechanische Energie um, so dass die Antriebsachse des Kraftfahrzeugs beziehungsweise die Brennkraftmaschine an getrieben werden kann. Im Generatorbetrieb wandelt die elektrische Maschine mecha nische Energie in elektrische Energie um, welche dann in der Batterie gespeichert werden kann. Insgesamt wird eine Hybridantriebsanordnung bereitgestellt, das meh rere Getriebestufen aufweist und gleichzeitig einen sehr kompakten Aufbau hat. Die Maximalleistung der primären elektrischen Maschine kann größer gewählt werden, als die Maximalleistung von zumindest einer der Maschinen der Hybridantriebsanord nung, ohne jedoch hierauf eingeschränkt zu sein.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Steuern einer genannten Antriebsstrangan ordnung kann folgende Schritte umfassen: Öffnen der Kupplung; Betreiben der elektri schen Maschine der Hybridantriebsanordnung im Generatormodus, wobei die Brenn kraftmaschine die elektrische Maschine bei geöffneter Kupplung antreibt, so dass die elektrischen Maschine die von der Brennkraftmaschine eingeleitete mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt; und Speichern der generierten elektrischen Energie in der Speicheranordnung.

In diesem Betriebsmodus kann die Batterie mittels der Brennkraftmaschine aufgeladen werden, weswegen dieser Modus auch als Lademodus („Charge mode“) bezeichnet werden kann. Das Laden der Batterie kann bei stillstehendem Fahrzeug erfolgen. Durch die zusätzliche elektrische Energie wird folglich eine Reichweitenverlängerung („ränge extender“) für eine rein elektrische Fahrt erreicht. Hierfür kann die elektrische Energie zu einem späteren Zeitpunkt für eine emissionsfreie Fahrt mittels des primären Elektroantriebs bei abgeschalteter Brennkraftmaschine verwendet werden („serieller Modus“) beziehungsweise für eine kurzfristige Leistungserhöhung mittels des Hybrid antriebs („boost“). Beide elektrische Maschinen können folglich nach Bedarf auf die elektrische Speicheranordnung zugreifen. Der Hauptantrieb kann durch einen leis tungsstarken Elektroantrieb gebildet werden, der die primäre Antriebsachse antreibt.

Nach einer weiteren Verfahrensführung, die bei geöffneter Trennkupplung und einge legtem ersten Gang des Schaltgetriebes durchgeführt wird, kann die elektrische Ma schine im Motormodus die Brennkraftmaschine kurzzeitig antreiben, um diese aus dem Stillstand zu starten („ICE Start“). In einem weiteren Betriebsmodus kann die Trennkupplung geschlossen werden, und die elektrische Maschine der Hybridantriebsanordnung kann im Motormodus betrieben werden, um elektrische Energie aus der Speicheranordnung in mechanische Energie umzuwandeln. In der ersten Schaltposition des Schaltgetriebes wird Drehmoment von der elektrischen Maschine und der Brennkraftmaschine mit einem ersten Überset zungsverhältnis auf die sekundäre Antriebsachse übertragen (erster Gang). In der zweiten Schaltposition überträgt das Schaltgetriebe entsprechend Drehmoment mit ei nem zweiten Übersetzungsverhältnis auf die Antriebsachse (zweiter Gang). Der An trieb der sekundären Antriebsachse mittels der Hybridantriebsanordnung kann dabei parallel zum Antrieb der primären Antriebsachse mittels des primären Elektromotors erfolgen. Insofern wird dieser Modus auch als paralleler Betriebsmodus bezeichnet. Dabei ist mittels der Kopplung von elektrischer und Brennkraftmaschine eine Last punktverschiebung der Brennkraftmaschine in Bereiche mit höherem Wirkungsgrad möglich („load point shifting“). Es ist auch möglich, dass die elektrische Maschine al- leine die Eingangswelle antreibt. Hierfür wird die T rennkupplung geschlossen und das Schaltgetriebe in eine Neutralposition überführt, und die elektrische Maschine wird im Motormodus betrieben.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird nachstehend anhand der Zeichnungsfigu- ren erläutert. Hierin zeigt:

Figur 1 eine Hybridantriebsanordnung für eine Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs im Längsschnitt, Figur 2 die Hybridantriebsanordnung aus Figur 1 in perspektivischer Darstellung,

Figur 3 die Hybridantriebsanordnung aus Figur 1 in perspektivischer Darstellung, mit weggeschnittenem Gehäuse,

Figur 4 die Hybridantriebsanordnung aus Figur 1 in schematischer Darstellung,

Figur 5 eine Übersicht von möglichen Betriebsmodi der Hybridantriebsanordnung aus Figur 1 , und Figur 6 eine Antriebsstranganordnung eines Kraftfahrzeugs mit einer Hybridan triebsanordnung nach Figur 1 schematisch.

Die Figuren 1 bis 5, welche nachstehend gemeinsam beschrieben werden, zeigen eine Hybridantriebsanordnung 2 für eine Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs. Das Fahr zeug kann eine primäre Antriebsachse aufweisen, die von einer primären elektrischen Maschine angetrieben wird, sowie eine sekundäre Antriebsachse, die mit der Hybrid antriebsanordnung 2 ausgestattet sein kann.

Die Hybridantriebsanordnung 2 weist eine Brennkraftmaschine 3, eine elektrische Ma schine 4 sowie eine Getriebeanordnung 5 mit einem Schaltgetriebe 6 und einem Dif ferentialgetriebe 7 auf. Die elektrische Maschine 4 weist insbesondere einen Stator 10 und einen hierzu drehbaren Rotor 13 auf, der bei Bestromen der Maschine eine Mo torwelle 19 drehend antreibt. Die Motorwelle 19 kann mittels Lagermitteln 15, 15‘ in einem Motorgehäuse 22 um die Drehachse A19 drehbar gelagert sein. Die Drehbewe gung der Motorwelle 19 wird auf ein erstes Eingangsglied (23) des Schaltgetriebes 6 übertragen. Die elektrische Maschine 4 wird von einer Batterie 52 mit elektrischem Strom versorgt, wobei die Batterie im Generatorbetrieb von der elektrischen Maschine 4 aufgeladen werden kann. Die Brennkraftmaschine 3 ist mit einer Eingangswelle 11 des Schaltgetriebes 6 verbunden, die ein zweites Eingangsglied bildet. Das Schaltge triebe 6 umfasst zwei Schaltstufen, so dass eingeleitetes Drehmoment von der Ein gangswelle 11 auf eine Zwischenwelle 24 mit zwei unterschiedlichen Übersetzungs verhältnissen i 1 , i2 übertragen werden kann. Die Zwischenwelle 24 ist mit einem Dif ferentialträger 14 des Differentialgetriebes 7 antriebsverbunden, um dieses anzutrei ben. Mittels des Differentialgetriebes 7 wird die vom Schaltgetriebe 6 eingeleitete Drehbewegung auf zwei Ausgangsteile 33, 34 aufgeteilt. Es ist eine weitere Kupplung 8 vorgesehen, die von einem Aktuator 9 steuerbar ist und ausgestaltet ist, um wahl weise Drehmoment auf die Antriebsachse zu übertragen oder eine Drehmomentüber tragung zu unterbrechen. Insofern kann die Kupplung 8 auch als Trennkupplung be zeichnet werden.

Das Schaltgetriebe 6 umfasst ein erstes Antriebsrad 23 und ein zweites Antriebsrad 31 , die auf der Eingangswelle 11 drehbar gelagert sind, sowie eine zur Eingangswelle 11 parallele Zwischenwelle 24 mit einem ersten Zwischenrad 25, das mit dem ersten Antriebsrad 23 in Eingriff ist, und einem zweiten Zwischenrad 26, das mit dem zweiten Antriebsrad 31 in Eingriff ist. Es ist ferner eine Schaltkupplung 20 vorgesehen, die axial zwischen dem ersten und zweiten Antriebrad 23, 31 angeordnet ist und ausgestaltet ist, um wahlweise das erste Antriebsrad 23 oder das zweite Antriebsrad 31 mit der Eingangswelle 11 zu verbinden oder von dieser zu trennen. Das erste Antriebsrad 23 ist mit der elektrischen Maschine 4 antriebsverbunden, insbesondere permanent, und bildet insofern das erste Eingangsglied des Schaltgetriebes 6. Hierfür ist insbesondere vorgesehen, dass die Motorwelle 19 der elektrischen Maschine 4 ein Antriebsritzel 21 aufweist, das mit dem ersten Antriebsrad 23 in Eingriff ist. Die Motorwelle 19 der elektrischen Maschine 4 und die Eingangswelle 11 sind parallel versetzt zueinander angeordnet. Durch entsprechende Ausgestaltung des Antriebsritzels 21 kann nach Be darf eine erste Vorübersetzung realisiert werden. Die Eingangswelle 11 ist vorliegend koaxial zur Ausgangswelle der Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) angeordnet und kann mit dieser insbesondere permanent drehstarr verbunden sein. Die Eingangswelle 11 ist mittels Lagermitteln 16, 17 in einem ortsfesten Gehäuse 18 um eine erste Dreh achse A11 drehbar gelagert. Die Eingangswelle 11 ist vorzugsweise mit einer Längs bohrung 75 und mehreren Querbohrungen 76, 76‘ zur Schmiermittelversorgung von Lagerabschnitten 77, 77‘ für das erste Antriebsrad 23 und das zweite Antriebrad 31 versehen. Axial zwischen dem ersten Antriebsrad 23 und zweiten Antriebsrad 31 ist ein Eingangsteil 70 vorgesehen, das drehfest mit der Eingangswelle 11 verbunden ist. Die elektrische Maschine 4 und die Brennkraftmaschine 3 sind in Bezug auf die Ge triebeeingangswelle 11 auf derselben Seiten angeordnet, ohne hierauf eingeschränkt zu sein.

Die Schaltkupplung 20 ist von einem Aktuator 74 steuerbar. Je nach Schaltstellung der Kupplung 20 lassen sich mehrere Schaltstufen realisieren. Eine erste Schaltstufe ist durch das erste Räderpaar, das heißt erstes Antriebsrad 23 und erstes Zwischenrad 25, gebildet, so dass Drehmoment von der Eingangswelle 11 auf das Differential 7 mit einem ersten Übersetzungsverhältnis i1 übertragen wird (erster Gang). Eine zweite Schaltstufe ist durch das zweite Räderpaar, das heißt zweites Antriebsrad 31 und zweites Zwischenrad 26, gebildet, mit der Drehmoment mit einem zweiten Überset zungsverhältnis i2 auf das Differential 7 übertragbar ist (zweiter Gang). In einer neut ralen Position (PO) sind beide Antriebsräder 23, 31 von dem Eingangsteil 70 bezie hungsweise der Eingangswelle 11 abgekoppelt. Die Schaltkupplung 20 umfasst neben dem Eingangsteil 70 insbesondere ein erstes Ausgangsteil 71 , das mit dem ersten Antriebsrad 23 drehtest verbunden ist, ein zwei tes Ausgangsteil 72, das mit dem zweiten Antriebsrad 31 drehtest verbunden ist, und ein Koppelelement 73, welches das Eingangsteil 70 optional mit dem ersten Aus gangsteil 71 oder dem zweiten Ausgangsteil 72 zur Übertragung eines Drehmoments koppeln kann. Das Koppelelement 73 ist hier in Form einer Schiebemuffe gestaltet, die auf dem Eingangsteil 70 drehtest gehalten und gegenüber diesem mittels des Aktua tors 74 axial verschiebbar ist. Die Schiebemuffe ist in einer Neutralposition (PO) ge genüber dem ersten und zweiten Ausgangsteil 71 , 72 frei drehbar, in der ersten Schalt position (P1 ) mit dem ersten Ausgangsteil 71 und in der zweiten Schaltposition (P2) mit dem zweiten Ausgangsteil 72 drehtest verbunden.

Die Betätigung der Schiebemuffe erfolgt über den Aktuator 74, der einen elektromoto rischen Drehantrieb 78 und eine Wandlereinheit 79 umfassen kann, welche eine Dreh bewegung in eine Linearbewegung umwandelt. Die Wandlereinheit 79 weist vorlie gend einen Spindeltrieb auf mit einer drehend antreibbaren Spindel und einer Spindel hülse, die bei Drehung der Spindel axial bewegt wird. An der Spindelhülse ist eine Schaltgabel 80 befestigt, die mit zwei Gleitsteinen in eine Ringnut der Schiebemuffe 73 eingreift. Der Aktuator 74 ist von einer elektronischen Regeleinheit 53 ansteuerbar und kann von dieser bedarfsweise, in Abhängigkeit vom Fahrzustand des Kraftfahr zeugs angesteuert werden. Es versteht sich, dass auch andere elektromechanische Aktuatoren verwendet werden können, oder auch elektromagnetische, hydraulische oder pneumatische Aktuatoren.

Die beiden Zwischenräder 25, 26 sind drehfest mit der Zwischenwelle 24 verbunden. Die Verbindung kann durch Formschluss, beispielsweise mittels einer Keilwellenver bindung, und/oder Stoffschluss wie einer Schweißverbindung realisiert werden, wobei auch eine einteilige Ausgestaltung zumindest eines der Räder mit der Welle möglich ist. Die Zwischenwelle 24 ist in dem Gehäuse 18 mittels Lagermitteln 28, 28‘ um die Drehachse A24 drehbar gelagert ist, die parallel zur Drehachse A11 der Eingangswelle 11 und zur Drehachse A7 des Differentialgetriebes 7 verläuft. Die Eingangswelle 11 , die Zwischenwelle 24 und die Drehachse A7 des Differentials 7 sind parallel zueinander angeordnet. Das zweite Zwischenrad 26 ist mit einem Ring rad 12 zum Antreiben des Differentialgetriebes 7 in Eingriff. Das erste Antriebsrad 23 kämmt folglich mit dem Antriebsritzel 21 der elektrischen Maschine 4 und mit dem ersten Zwischenrad 25. Das zweite Zwischenrad 26 kämmt mit dem zweiten Antriebs rad 31 und mit dem Ringrad. Hierdurch ist jeweils eine Doppelfunktion der Räder 23 und 26 gegeben, was hinsichtlich Teilezahl und Baugröße günstig ist. Insbesondere kann das Schaltgetriebe 6 mit nur sechs drehmomentübertragenden Rädern konstru iert werden, nämlich Antriebsritzel 21 , erstes Antriebsrad 23, zweites Antriebsrad 31, erstes Zwischenrad 25, zweites Zwischenrad 26 und Ringrad 12. Die genannten Räder des Schaltgetriebes 6 können beispielsweise als Stirnräder mit Schrägverzahnung ge staltet sein.

Die konkrete Ausgestaltung der Räder beziehungsweise Zähnezahlen richtet sich nach den technischen Anforderungen und Bauraumverhältnissen. Beispielsweise kann das erste Übersetzungsverhältnis i1 zwischen dem ersten Antriebsrad 23 und dem ersten Zwischenrad 25 zwischen 1 ,5 und 2,5 liegen. Das zweite Übersetzungs verhältnis i2 zwischen dem zweiten Antriebsrad 31 und dem zweiten Zwischenrad 26 kann zwischen 1 ,0 und 1 ,6 liegen. Ferner kann das dritte Übersetzungsverhältnis i3 zwischen dem zweiten Zwischenrad 26 und dem Ringrad 12 zwischen 1 ,5 und 2,5 betragen. Insgesamt ergibt sich dabei ein Gesamtübersetzungsverhältnis, das für den ersten Gang zwischen 2,25 und 6,25 liegen kann, und für den zweiten Gang zwischen 1 ,5 und 4. Das Ringrad 12 ist fest mit einem Differentialgehäuse 27 verbunden, das mittels La germitteln 29, 29‘ im Gehäuse 18 um die Drehachse A7 drehbar gelagert ist. Die Ver bindung zwischen Ringrad 12 und Differentialgehäuse 27 ist vorliegend eine Schweiß verbindung, wobei andere Verbindungsmittel wie Schraubverbindungen ebenso mög lich sind. Das Differentialgehäuse 27 kann zwei Gehäuseteile umfassen, die im Be- reich ihrer Öffnungen jeweils einen Flanschabschnitt aufweisen, mit dem sie in einer entsprechenden Aufnahme des Ringrads 12 eingesetzt und mit diesem verbunden sind. In dem Differentialgehäuse 27 ist ein Differentialträger 14 um die Drehachse A7 dreh bar gelagert, der die eingeleitete Drehbewegung auf ein erstes Differential-Ausgangs- teil 33 zum Antreiben einer ersten Seitenwelle und einem zweiten Differential-Aus- gangsteil 34 zum Antreiben einer zweiten Seitenwelle aufteilt. Konkret kann in dem Differentialträger 14 ein Bolzen 30 aufgenommen sein, auf dem zwei Differentialräder 32 um eine Bolzenachse drehbar gelagert sind. Die Differentialräder 32 sind mit dem ersten und zweiten Differential-Ausgangsteil 33, 34 in Verzahnungseingriff, die koaxial zur Drehachse A7 angeordnet sind. Die beiden Differential-Ausgangsteile 33, 34 sind insbesondere in Form von Seitenwellenrädern gestaltet und können eine Wellenver zahnung zur drehfesten Verbindung mit einer zugehörigen Seitenwelle (hier nicht dar gestellt) haben. Die beiden Seitenwellenräder 33, 34 können gegenüber dem Differen tialgehäuse 27 über reibmindernde Gleitscheiben axial abgestützt sein.

Die Kupplung 8 kann als formschlüssige Trennkupplung, insbesondere als Zahnkupp lung gestaltet sein, wobei andere Formen von Kupplungen ebenso denkbar sind, bei spielsweise eine Reibungskupplung. Die Kupplung 8 umfasst ein erstes Kupplungsteil 36, das mit dem Differentialträger 14 fest verbunden und insbesondere einteilig gestal tet ist, sowie ein zweites Kupplungsteil 37, das gegenüber dem ersten Kupplungsteil 36 axial beweglich und mit dem Differentialgehäuse 27 drehfest verbunden ist. Das zweite Kupplungsteil 37 kann zur Übertragung eines Drehmoments in das erste Kupp lungsteil 36 eingerückt werden, wobei eine formschlüssige Verbindung zwischen den beiden Kupplungsteilen entsteht. Durch erneutes Ausrücken des zweiten Kupplungs teils 37 kann die Drehmomentübertragung wieder unterbrochen werden. Das erste Kupplungsteil 36 hat als Formschlussmittel einen Zahnring, der an einer Stirnseite des Differentialträgers 14 einteilig angeformt ist. Entsprechend hat das zweite Kupplungs teil 37 einen gegengleichen Zahnring, der innerhalb des Differentialgehäuses 27 an geordnet ist. Weiter hat das zweite Kupplungsteil 37 mehrere über den Umfang ver teilte axiale Ansätze 38, die durch entsprechende Durchgangsöffnungen des Differen tialgehäuses 27 hindurchtreten. Durch entsprechendes Ansteuern des Aktuators 9 kann das zweite Kupplungsteil 37 relativ zum ersten Kupplungsteil 36 axial bewegt werden, wobei eine Drehmomentübertragung vom Ringrad 12 auf den Differentialträ ger 14 in eingerücktem Zustand hergestellt ist, während die Drehmomentübertragung in ausgerücktem Zustand unterbrochen ist. Der Aktuator 9 umfasst einen Elektromagneten 39 und einen Magnetkolben 40. Bei Bestromen des Elektromagneten 39 wird der Magnetkolben 40 in Richtung zur Kupp lung 8 beaufschlagt, so dass diese geschlossen wird. Am zweiten Kupplungsteil 37 ist eine Sensorscheibe 35 befestigt, die mit einem Sensor (nicht dargestellt) zusammen wirkt, so dass die Schaltstellung der Kupplung 8 identifiziert werden kann. Zwischen dem Differentialgehäuse 27 und der Sensorscheibe 35 ist eine Rückstellfeder 41 an geordnet. Wird der Elektromagnet 39 abgeschaltet, wird das das zweite Kupplungsteil 37 in seine Ausgangsposition bewegt, so dass die Kupplung 8 wieder geöffnet wird.

Das Differentialgehäuse 27 hat einen ersten Hülsenansatz 42 und einen zweiten Hül senansatz 43, welche über die Lager 29, 29‘ im Getriebegehäuse 18 drehbar gelagert sind. Nicht dargestellte Seitenwellen können durch die Hülsenansätze 42, 43 einge steckt und an ihren inneren Enden jeweils mit einem zugehörigen Seitenwellenrad 33, 34 verbunden werden.

Mit der Hybridantriebsanordnung 2 können eine Vielzahl von Betriebsmodi realisiert werden, wobei in Figur 5 eine Schalttabelle für die unterschiedlichen Schalt- und Be triebszustände gezeigt ist. Die Schaltkupplung 20, in Figur 5 als C1 bezeichnet, kann in drei Schaltpositionen P1 , PO oder P2 überführt werden. Bei geschlossener Trenn kupplung 8, in Figur 5 als C2 bezeichnet, können verschiedene Antriebszustände rea lisiert werden. In Schaltposition P1 oder P2 kann, bei abgeschalteter elektrischer Ma schine 4, ein Antrieb rein mittels der Brennkraftmaschine 3 im ersten oder im zweiten Gang erfolgen (Zeilen „ICE 1“ und „ICE 2“). Bei angeschalteter elektrischer Maschine 4 ist ein gleichzeitiger Antrieb der Antriebsachse mittels beider Maschinen 3, 4 möglich (Zeilen „PM 1“, „PM 2“). Von der elektrischen Maschine 4 wird Drehmoment über die Antriebsteile 21 , 23, 25, 24, 26 auf das Ringrad 12 eingeleitet. Von der Brennkraftma schine 3 wird im ersten Gang Drehmoment über die Antriebsteile 21 , 23, 25, 24, 26 auf das Ringrad 12 eingeleitet und im zweiten Gang über die Antriebsteile 31 , 26. Die Zeile M1 zeigt einen Schaltzustand für eine Lastpunktschaltung (load point shifting). In Schaltposition PO kann ein Antrieb rein mittels der elektrischen Maschine 4 erfolgen, Zeile „EV1“. In diesem Fall ist die Brennkraftmaschine 3 ausgeschaltet. Ferner kann die Hybridantriebsanordnung 2 - in Verbindung mit einer weiteren elektri schen Antriebsachse - in einem seriellen Modus betrieben werden, wobei die Anord nung 2 bei geöffneter Trennkupplung 8 und anliegender erster Schaltposition P1 der Schaltkupplung 20 elektrische Energie erzeugt, welche dann zum Antreiben der ande ren Antriebsachse mittels eines weiteren Elektromotors verwendet werden kann (Zeile „M2“). Dabei erfolgt die Leistungsübertragung von der Brennkraftmaschine 3 über die die Komponenten 31 , 26, 24, 25, 23, 21 auf die elektrische Maschine 4. Ferner kann die Anordnung bei stillstehendem Fahrzeug bei geöffneter Trennkupplung 8 und in der ersten Schaltposition P1 der Schaltkupplung 20 Strom erzeugen (Generatormodus), beziehungsweise eine mit der elektrischen Maschine verbundene Batterie laden (Zeile ,,M3). Umgekehrt kann die Brennkraftmaschine 3 von der elektrischen Maschine 4 bei Offenstellung der Trennkupplung 8 und erster Schaltposition P1 der Schaltkupplung 20 gestartet werden (Motormodus).

Figur 6 zeigt eine erfindungsgemäße Antriebsstranganordnung 44 mit einer erfin dungsgemäßen Hybridantriebsanordnung 2 gemäß Figur 1 beziehungsweise Figur 4 in schematischer Darstellung. Die Antriebsstranganordnung 44 umfasst einen ersten Antriebsstrang 45 für eine erste Antriebsachse 46 und einen zweiten Antriebsstrang 47 für eine zweiten Antriebsachse 48.

Der erste Antriebsstrang 45 umfasst eine erste Antriebseinheit 49 mit einer elektri schen Maschine 51 und einer nachgelagerten Getriebeanordnung 50, mit der das Mo tormoment in ein Antriebsmoment beziehungsweise die Motordrehzahl in eine An triebsdrehzahl umgewandelt wird. Der zweite Antriebsstrang 47 umfasst die Hybridan triebsanordnung 2, die konstruktiv gemäß Figur 1 gestaltet sein kann. Es ist ferner eine Speicheranordnung 52 zum Speichern von elektrischer Energie vorgesehen, die so wohl mit der ersten elektrischen Maschine 51 als auch mit der elektrischen Maschine 3 der Hybridantriebsanordnung 2 elektrisch verbunden ist, sowie eine Steuereinheit 53 zum Steuern der ersten Antriebseinheit 49 und/oder der zweiten Antriebseinheit 2 be ziehungsweise dessen Maschinen 3, 4.

Es ist erkennbar, dass die erste Antriebsachse 46 die Hinterachse und die zweite An triebsachse 48 die Vorderachse des Kraftfahrzeugs bildet, wobei auch eine umge kehrte Anordnung möglich ist. Die beiden Antriebsstränge 45, 47 sind mechanisch voneinander getrennt, das heißt, es ist keine Kraftübertragung zwischen den beiden Antriebssträngen möglich. Die erste Antriebseinheit 49 dient zum alleinigen mechani schen Antrieb der ersten Antriebsachse 46, während die Hybridantriebsanordnung 2 zum alleinigen mechanischen Antrieb der zweiten Antriebsachse 48 dient.

Die erste Antriebsmaschine 51 zum Antreiben der ersten Antriebsachse 46 kann leis tungsstärker gestaltet sein, als zumindest eine oder beide der Antriebsmaschinen 3, 4 der Hybridantriebsanordnung 2. Insofern kann die erste Antriebseinheit 49 auch als primäre Antriebseinheit und die erste Antriebsachse 46 entsprechend als primäre An triebsachse bezeichnet werden, während die zweite Antriebseinheit 2 beziehungs weise zweite Antriebsachse 48 entsprechend als sekundäre Antriebseinheit bezie hungsweise Antriebsachse bezeichnet werden können. Nach einer möglichen Ausfüh rungsform kann die elektrische Maschine 51 der primären Antriebseinheit 49 eine Ma ximalleistung von über 60 kW, insbesondere über 70 kW aufweisen.

Die Getriebeanordnung 50 der primären Antriebsachse 46 umfasst ein Untersetzungs getriebe 54 zur Übersetzung der vom Elektromotor 51 eingeleiteten Drehbewegung ins Langsame sowie ein nachgelagertes Differentialgetriebe 55. Von dem Differential getriebe 55 wird das eingeleitete Drehmoment auf die beiden Seitenwellenräder 56, 57 aufgeteilt und auf die hiermit antriebsverbundenen Seitenwellen 58, 59 übertragen. An den Enden der Seitenwellen 58, 59 befinden sich Gleichlaufdrehgelenke, welche eine Drehmomentübertragung auf die Fahrzeugräder 60, 61 unter Winkelbewegungen ermöglichen.

Die sekundäre Antriebsachse 48 ist ähnlich aufgebaut. Von dem Differentialgetriebe 7 wird das bei geschlossener Kupplung 8 eingeleitete Drehmoment auf die beiden Sei tenwellenräder 33, 34 übertragen. In die Wellenverzahnungen der Seitenwellenräder sind entsprechende Ausgangswellen 62, 63 zur Drehmomentübertragung drehfest ein gesteckt. Die Ausgangswellen 62, 63 sind über zugehörigen Seitenwellen 64, 65 mit Gleichlaufgelenken zur Drehmomentübertragung auf die Rädern 66, 67 der sekundä ren Antriebsachse 48 verbunden.

Die Antriebsstranganordnung 44 mit primärerer Antriebsanordnung 49 und sekundäre Hybridantriebsanordnung 2 erlaubt in vorteilhafter Weise mehrere Betriebsmodi. Beispielsweise kann die Hybridantriebsanordnung 2 in einem parallelen Modus betrie ben werden, in dem beide Maschinen 3, 4 bei geschlossener Kupplung 8 gemeinsam die sekundäre Antriebsachse 48 antreiben, und zwar wahlweise im ersten oder im zweiten Gang. Ferner können die Antriebsanordnungen 2, 49 in einem seriellen Modus betrieben werden, wobei die Hybridantriebsanordnung 2 bei geöffneter Kupplung 8 elektrische Energie erzeugt, welche dann zum Antreiben der primären Antriebsachse 46 mittels des primären Elektromotors 51 verwendet wird. Auch bei stillstehendem Fahrzeug kann die Hybridantriebsanordnung 2 bei geöffneter Kupplung 8 elektrische Energie erzeugen (Generatormodus), beziehungsweise die Speichermittel 52 aufla- den. Umgekehrt kann die Brennkraftmaschine 3 von der elektrischen Maschine 4 ge startet werden (Motormodus). Ferner ist eine Lastpunktanhebung möglich, bei der die Brennkraftmaschine 3 mithilfe der elektrischen Maschine 4 in einem Leistungsbereich mit höherem Wirkungsgrad betrieben wird. Insgesamt bietet die Hybridantriebsanordnung 2 mit Schaltgetriebe 6 eine hohe Leis tungsfähigkeit mit gleichzeitig kompaktem und einfachem Aufbau. Im Zusammenwir ken mit der primären Antriebsachse 46 ergeben sich die oben beschriebenen Betriebs möglichkeiten.

Bezugszeichenliste

2 Hybridantriebsanordnung

3 Brennkraftmaschine

4 elektrische Maschine

5 Getriebeanordnung

6 Schaltgetriebe

7 Differentialgetriebe

8 Kupplung

9 Aktuator

10 Stator 11 Eingangswelle 12 Ausgangsglied / Ringrad

13 Rotor

14 Differentialträger

15, 15‘ Lager 16 Lager

17 Lager

18 Gehäuse

19 Motorwelle

20 Schaltkupplung 21 Antriebsritzel 22 Motorgehäuse

23 erstes Antriebsrad

24 Zwischenwelle

25 erstes Zwischenrad

26 zweites Zwischenrad 27 Differentialgehäuse

28, 28‘ Lagermittel 29, 29‘ Lagermittel

30 Bolzen

31 zweites Antriebsrad

32 Differentialräder Ausgangsteil / Seitenwellenrad

Sensorscheibe erste Kupplungsteil zweites Kupplungsteil

Ansätze

Elektromagnet

Magnetkolben

Rückstellfeder

Hülsenansatz

Hülsenansatz

Antriebsstranganordnung erster Antriebsstrang erste Antriebsachse zweiter Antriebsstrang zweite Antriebsachse erste Antriebseinheit

Getriebeanordnung elektrische Maschine

Speicheranordnung

Steuereinheit

Untersetzungsgetriebe

Differentialgetriebe , 57 Seitenwellenrad , 59 Seitenwelle

Rad

Rad , 63 Ausgangswelle , 65 Seitenwelle , 67 Rad

Eingangsteil erstes Ausgangsteil zweites Ausgangsteil Koppelelement 74 Aktuator

75 Längsbohrung

76, 76‘ Querbohrung

77, 77‘ Lagerabschnitt

78 Drehantrieb

79 Wandlereinheit

80 Schaltgabel

A Drehachse i Übersetzungsverhältnis

M Modus n Drehzahl

P Position