Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein Fahrzeug mit einer primären elektrischen Antriebsachse und einer sekundären elektrischen Antriebsachse. Das Antriebssystem ist insbesondere für Kraftfahrzeuge, wie Personenkraftwagen (Pkw), Transporter, etc. geeignet. Das Anwendungsgebiet der Erfindung liegt insbesondere in der Automobilindustrie auf dem Gebiet der Elektro- oder Hybridfahrzeuge.

Die Leistungsfähigkeit von Elektro- oder Hybridfahrzeugen kann gesteigert werden, indem Synergieeffekte zwischen Betriebsbremssystem und Antriebssystem unter Ausnutzung der Energierückgewinnung (Rekuperationsbremsung, kurz: Rekuperation) besser verknüpft werden, um den Energiespeicher (Akkumulator, kurz: Akku) nachzuladen oder um überschüssige Wärmeenergie aus Antriebs- und Bremssystem umzuwandeln oder für Heizzwecke zu nutzen.

Der Stand der Technik von Antriebssystemen bei Personenkraftwagen (Pkw) weist entweder zwei primäre elektrische Antriebsachsen oder eine primäre und eine sekundäre elektrische Antriebsachse auf. Bei Fahrzeugen mit einer primären und einer sekundären elektrischen Antriebsachse wird die primäre elektrische Antriebsachse hauptsächlich für Antrieb, Bremse und Rekuperation verwendet, während die sekundäre elektrische Antriebsachse nur bei sehr hohen Performanceansprüchen und/oder erforderlichem Allrad-Betrieb motorisch oder generatorisch betrieben wird.

An der sekundären elektrischen Antriebsachse treten Schleppverluste an Lagern und Getrieben sowie durch Magnetfeldverluste der E-Maschine auf, welche besonders im geschleppten Betrieb, wenn der Pkw rollt, ohne beschleunigt zu werden, eine unerwünschte Bremsung bewirken. Insbesondere, wenn eine Rekuperation, zum Beispiel bei bereits vollgeladener Batterie, nicht erwünscht ist, kommt es so zu einer ungewollten Bremsung des Fahrzeugs.

Im normalen Fahrzustand, bei dem keine maximale Leistung und kein Allrad-Betrieb erforderlich ist, wird daher die sekundäre elektrische Antriebsachse, die auch als All- rad-Achse bezeichnet wird, über eine mechanisch, elektronisch oder hydraulisch angetriebene Trennvorrichtung (Englisch: Disconnect-Unit, kurz: DCU) von einem elektrischen Antrieb entkoppelt. So können Schleppverluste an der sekundären elektrischen Antriebsachse vermieden werden. Die Position der Trennvorrichtung wird hierbei idealerweise sehr nah an einem Rad gewählt.

Bei aus der Praxis bekannten Lösungen wird in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen außerdem ein Betriebsbremssystem verwendet, das je Rad eine Betriebsbremse aufweist. Die Betriebsbremsen können einen Aktuator aufweisen, der zur Betätigung der Betriebsbremse ausgelegt ist. Dieser Aktuator kann gleichzeitig zum Betätigen einer Feststellbremse verwendet werden und verschiedene Positionen aufweisen, in denen die Feststellbremse und/oder die Betriebsbremse betätigt werden oder in denen der Aktuator weder mit der Betriebsbremse noch mit der Feststellbremse verbunden ist.

Wenn an der sekundären elektrischen Antriebsachse zusätzlich eine Trennvorrichtung vorhanden ist, muss im Stand der Technik stets ein zusätzlicher Aktuator für das Betätigen der Trennvorrichtung vorgesehen sein. Das verursacht zusätzlichen Aufwand sowie Kosten bei der Fertigung der sekundären elektrischen Antriebsachse und nimmt zusätzlichen Bauraum in Anspruch. Der zusätzliche Aktuator muss außerdem in die bereits vorhandenen Systeme integriert und synchronisiert werden.

Es ist die Aufgabe der Erfindung ein Antriebssystem für ein Fahrzeug mit einer primären elektrischen Antriebsachse und einer sekundären elektrischen Antriebsachse bereitzustellen, bei dem die sekundäre elektrische Antriebsachse entkoppelbar ist, ohne dass ein zusätzlicher Aktuator für die Betätigung jeder Trennvorrichtung benötigt wird.

Die Aufgabe der Erfindung wird bei einem Fahrzeug mit einer primären elektrischen Antriebsachse und einer sekundären elektrischen Antriebsachse, die einen elektrischen Antrieb, ein Übersetzungsgetriebe, ein Differentialgetriebe, zwei Räder und zwei nasslaufende Betriebsbremsen umfasst, wobei der elektrische Antrieb über das Übersetzungsgetriebe mit einem Eingang des Differenzialgetriebes in Verbindung steht, die Räder jeweils über eine der zwei nasslaufenden Betriebsbremsen mit jeweils einem Ausgang des Differenzialgetriebes in Verbindung stehen, den zwei nasslaufenden Betriebsbremsen jeweils ein Aktuator zur steuerbaren Bremsbetätigung zugeordnet ist und jeweils eine Trennvorrichtung zwischen dem elektrischen Antrieb und mindestens einer der nasslaufenden Betriebsbremsen vorhanden ist, dadurch gelöst, dass die Trennvorrichtungen jeweils mit einem der Aktuatoren verbunden und durch diesen betätigbar sind.

Durch die Verbindung der Trennvorrichtung mit einem Aktuator, der zugleich eine der nasslaufenden Betriebsbremsen betätigt, wird kein zusätzlicher Aktuator für die Trennvorrichtung benötigt. Dadurch werden Aufwand und Kosten bei der Fertigung gespart und das Antriebssystem nimmt weniger Bauraum in Anspruch.

Die Ausgestaltung der primären elektrischen Antriebsachse ist für den Erfindungsgedanken unwesentlich. Sie kann gemäß dem Stand der Technik ausgeführt sein und kann zusätzlich auch nichtelektrisch antreibbar sein. Auch die Ausgestaltung der Trennvorrichtung ist für die Erfindung nicht wesentlich. Sie kann beispielsweise als formschlüssige Klaue oder gemäß einer anderen Ausführung aus dem Stand der Technik ausgeführt sein.

Die sekundäre elektrische Antriebsachse kann insbesondere die hintere Antriebsachse bzw. die Heckachse eines Fahrzeugs mit zwei Antriebsachsen sein.

Jede Trennvorrichtung ist dazu ausgelegt, die Verbindung von einer nasslaufenden Betriebsbremse und einem Rad zu einem Ausgang des Differentialgetriebes zu trennen und/oder wiederherzustellen. Dadurch können die nasslaufende Betriebsbremse und das über die nasslaufende Betriebsbremse mit dem Ausgang des Differentialgetriebes verbundene Rad von dem elektrischen Antrieb ab-, und anschließend wieder angekoppelt werden.

Jeder der Aktuatoren ist vorteilhaft hydraulisch ansteuerbar. Zur hydraulischen Steuerung jedes Aktuators kann ein Druckölbremssystem vorhanden sein. Das Druckölsystem kann dazu ausgelegt sein, mehrere unterschiedliche Aktuatoren anzusteuern. Auch die nasslaufenden Betriebsbremsen können hydraulisch ansteuerbar und/oder als ölbadbasierte Lamellennassbremsen ausgebildet sein. Wenn mindestens eine der nasslaufenden Betriebsbremsen und mindestens einer der Aktuatoren hydraulisch ansteuerbar ist, können mindestens eine der nasslaufenden Betriebsbremsen und der mindestens einer der Aktuatoren zweckmäßig in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein, so dass sie sich einen gemeinsamen Ölhaushalt teilen.

Die nasslaufenden Betriebsbremsen können ebenso als fluidgekühlte Lamellennassbremsen ausgebildet sein.

Jeder der Aktuatoren kann zwischen einem Betriebsbremsbereich, innerhalb dem er mit einer der nasslaufenden Betriebsbremsen in Verbindung steht, einem Trennbereich, in dem er mit einer der Trennvorrichtungen in Verbindung steht, und einem Neutralbereich, zwischen dem Betriebsbremsbereich und dem Trennbereich, in dem der jeweilige Aktuator weder mit einer der nasslaufenden Betriebsbremsen noch mit einer der Trennvorrichtungen in Verbindung steht, verstellbar sein.

Die Aufgabe wird für ein Fahrzeug mit einer primären elektrischen Antriebsachse und einer sekundären elektrischen Antriebsachse, bei dem die sekundäre Antriebsachse einen elektrischen Antrieb, ein Übersetzungsgetriebe, ein Differentialgetriebe, zwei Räder und zwei nasslaufende Betriebsbremsen umfasst, wobei der elektrische Antrieb über das Übersetzungsgetriebe mit einem Eingang des Differenzialgetriebes in Verbindung steht, die Räder jeweils über eine der zwei nasslaufenden Betriebsbremsen mit jeweils einem Ausgang des Differenzialgetriebes in Verbindung stehen, den zwei nasslaufenden Betriebsbremse jeweils ein Aktuator zur steuerbaren Bremsbetätigung zugeordnet ist und jeweils eine Trennvorrichtung zwischen dem elektrischen Antrieb und mindestens einer der nasslaufenden Betriebsbremsen vorhanden ist, dadurch gelöst, dass die Trennvorrichtungen jeweils mit einem der Aktuatoren verbunden und durch diesen betätigbar sind.

Das Antriebssystem des Fahrzeugs kann gemäß den beschriebenen Ausführungsbeispielen ausgestaltet sein. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 : eine schematische Darstellung einer sekundären elektrischen Antriebsachse in einer ersten Ausführung, bei der je eine Trennvorrichtung zwischen einem elektrischen Antrieb und den beiden nasslaufenden Betriebsbremsen angeordnet ist,

Fig. 2: eine schematische Darstellung einer sekundären elektrischen Antriebsachse in einer zweiten Ausführung, bei der eine Trennvorrichtung zwischen dem elektrischen Antrieb und einer der nasslaufenden Betriebsbremsen angeordnet ist, und

Fig. 3: Diagramme, die beispielhaft eine Abfolge von Zuständen und Zustandsübergängen eines Aktuators, der Betriebsbremse und der Trennvorrichtung darstellen.

Alle Ausführungen der Erfindung betreffen ein elektrisches Antriebssystem für ein Fahrzeug mit einer primären elektrischen Antriebsachse (nicht in den Zeichnungen gezeigt) und einer sekundären elektrischen Antriebsachse 1 , die in Fig. 1 in einer ersten Ausführung dargestellt ist. Die sekundäre elektrische Antriebsachse 1 weist einen elektrischen Antrieb 2 auf, der über ein Übersetzungsgetriebe 3 mit einem Eingang eines Differentialgetriebes 4 verbunden ist. Das Übersetzungsgetriebe 3 ist dazu ausgelegt ein Drehmoment, das von dem elektrischen Antrieb 2 erzeugt wird, in ein anderes Drehmoment zu übersetzen und an das Differentialgetriebe 4 weiterzugeben. Räder 5 stehen jeweils über eine der zwei nasslaufenden Betriebsbremsen 6 mit jeweils einem Ausgang des Differenzialgetriebes 3 in Verbindung. Das Differentialgetriebe 4 steht durch je eine Trennvorrichtung 8 (DCU) mit einer Betriebsbremse 6, die als nasslaufende Bremse ausgeführt ist, und einem der Räder 5 voneinander trennbar in Verbindung. Wenn das Differentialgetriebe 4 mit den beiden Rädern 5 verbunden ist, können die Räder 5 durch den elektrischen Antrieb 2 angetrieben werden. Gleichzeitig können die Räder 5 ein Drehmoment auf den elektrischen Antrieb 2 übertragen, wodurch dieser generatorisch betrieben werden und eine Rekuperation stattfinden kann.

Jede Betriebsbremse 6 steht mit einem Aktuator 7 in Verbindung, der vorteilhaft hydraulisch ansteuerbar ist. Jeder Aktuator 7 ist dazu ausgelegt, eine Betriebsbremse 6 auszulösen. Dazu kann der Aktuator 7 in einen Betriebsbremsbereich B gebracht werden. Gleichzeitig erfüllt der Aktuator 7 eine weitere Funktion: Er ist auch dazu ausgelegt die Trennvorrichtung 8 zu betätigen und sie somit in einen anderen Zustand zu bringen, indem er in einen Trennbereich C gebracht wird. Der Aktuator 7 kann außerdem in einen Neutralbereich N gebracht werden, in dem er weder mit der Betriebsbremse 6 noch mit der Trennvorrichtung 8 verbunden ist. Die Buchstaben „L“ und „R“, die den Aktuatorpositionen in Fig. 1 zugeordnet sind, geben an, ob eine Position dem Aktuator 7 der linken oder der rechten Betriebsbremse 6 zugeordnet ist. In der in Fig. 1 dargestellten Ausführung des der sekundären elektrischen Antriebsachse 1 ist zudem ein Druckölbremssystem 9 vorhanden, das zur (An-)Steuerung der beiden Aktuatoren 7 ausgelegt ist.

Bei den Trennvorrichtungen 8 kann es sich beispielsweise um Reibschaltkupplungen oder formschlüssige Kupplungen, z.B. Klauenkupplungen, handeln, wie sie aus dem Stand der Technik weitgehend bekannt sind. Je nach Aufbau der sekundären elektrischen Antriebsachse 1 kann es sinnvoll sein, mehrere Trennvorrichtungen 8 an verschiedenen Positionen anzubringen. Durch das Anbringen der Trennvorrichtungen 8 zwischen je einem der beiden Ausgänge des Differentialgetriebes 4 und einer der beiden nasslaufenden Betriebsbremsen 6, kann die Verbindung zwischen den Rädern 5 der sekundären elektrischen Antriebsachse 1 und dem elektrischen Antrieb 2 lösbar sein. Durch das Lösen der Verbindung können bei geschleppten Betrieb Schleppverluste, die beispielsweise durch Reibung entstehen, vermieden werden.

Eine sekundäre elektrische Antriebsachse 1 in einer zweiten Ausführung ist in Fig. 2 gezeigt. Hier ist nur eine Trennvorrichtung 8 für das rechte Rad 5 zwischen dem elektrischen Antrieb 1 und der rechten nasslaufenden Betriebsbremse 6 angeordnet. Diese Konfiguration erlaubt, bei entsprechend ausgelegtem Differential 4, ebenfalls ein Abkoppeln der gesamten sekundären elektrischen Antriebsachse 1 . Die Zustände des Aktuators 7 sind hier nur für die rechte Seite der sekundären elektrischen Antriebsachse 1 dargestellt.

Bei der in Fig. 2 gezeigten zweiten Ausführung befinden sich die nasslaufende Betriebsbremse 6, und der Aktuator 7 der rechten und der linken Seite jeweils in einem gemeinsamen Gehäuse (durch Strichpunktlinien angedeutet) und teilen sich einen Ölraum bzw. einen Ölhaushalt.

In Fig. 3 sind die Zustände und Zustandsübergänge der Betriebsbremse 6, des Aktuators 7 und der Trennvorrichtung 8 dargestellt. Der Aktuator 7 ist sowohl mit der Betriebsbremse 6, als auch mit der Trennvorrichtung 8 verbunden. Es sind beispielhaft nur die Zustände des linken Aktuators 7, der linken Betriebsbremse 6 und der linken Trennvorrichtung 8 in Fig. 3 gezeigt.

Zum Zeitpunkt to besteht ein Verzögerungsbedarf für ein Fahrzeug, das ein erfindungsgemäßes Antriebssystem aufweist und die Trennvorrichtung 8 ist offen. Die sekundäre elektrische Antriebsachse 1 ist also an dem elektrischen Antrieb 2 angekoppelt. Zum Zeitpunkt to ist eine Bremswirkung minimal und der Aktuator 7 befindet sich in dem Neutalbereich N-L. Der Aktuator 7 beginnt zum Zeitpunkt to oder kurz danach in den Betriebsbremsbereich B-L zu fahren. Mit dem Verfahren des Aktuators 7 in den Betriebsbremsbereich B-L beginnt die Betriebsbremse 6 die Bremswirkung auf das Rad 5 zu übertragen. Zum Zeitpunkt ti hat der Aktuator 7 den Betriebsbremsbereich B-L erreicht und die Bremswirkung wird maximal. Die Trennvorrichtung 8 ist nach wie vor in einem offenen Zustand. Zum Zeitpunkt t2 besteht kein Verzögerungsbedarf mehr, die Bremswirkung ist nach wie vor maximal und der Aktuator 7 befindet sich im Betriebsbremsbereich B-L. Zum Zeitpunkt t2 oder kurz danach beginnt der Aktuator 7 in den Neutralbereich N-L zu verfahren. Am Zeitpunkt ts erreicht der Aktuator 7 den Neutralbereich N-L und die Bremswirkung erreicht ihr Minimum. Die Trennvorrichtung 8 ist immer noch geöffnet. Die Zustandsübergänge der Betriebsbremse 6 sind kontinuierlich.

Die Zustandsübergänge der Trennvorrichtung 8 sind hingegen diskret. Zum Zeitpunkt t4 ist der Aktuator 7 im Neutralbereich, die Bremswirkung ist an ihrem Minimum und die Trennvorrichtung 8 ist in einem offenen Zustand. Nun soll die sekundäre elektrische Antriebsachse 1 abgekoppelt werden. Die Gründe dafür können unterschiedlich sein. Beispielsweise soll das Schleppmoment, das durch die sekundäre elektrische Antriebsachse 1 erzeugt wird, abgekoppelt werden, weil ein Beschleunigungsbedarf besteht und/oder weil keine Rekuperation stattfinden soll oder kann. Der Aktuator 7 beginnt in den Trennbereich C-L zu verfahren. Zum Zeitpunkt ts ist der Aktuator 7 im Trennbereich C-L angekommen und die Trennvorrichtung 8 wird durch den Aktuator 7 von dem offenen Zustand in einen geschlossenen Zustand gebracht. Die Bremswirkung ist nach wie vor minimal. Nachdem der Aktuator 7 den Trennbereich C-L erreicht hat verweilt er dort für eine vorgegebene Zeit, um danach wieder in den Neutralbereich N-L zu verfahren. Die Trennvorrichtung 8 bleibt auch nach dem Verfahren des Aktuators 7 in den Neutralbereich N-L geöffnet. Zum Zeitpunkt te ist der Aktuator 7 wieder im Neutralbereich N-L, die Bremswirkung ist minimal und die Trennvorrichtung 8 ist in einem geschlossenen Zustand. Nun soll die die sekundäre elektrische Antriebsachse 1 wieder angekoppelt werden, beispielsweise, weil kein Beschleunigungsbedarf mehr besteht und/oder weil (wieder) Rekuperation stattfinden soll. Der Aktuator 7 verfährt daher erneut in den Trennbereich C-L. Zum Zeitpunkt tz, an dem der Aktuator 7 den Trennbereich C-L erreicht, wird die Trennvorrichtung 8 durch den Aktuator 7 von dem geschlossenen in den offenen Zustand gebracht. Die Bremswirkung ist immer noch minimal.

Die in Fig. 3 dargestellten Zustände und Zustandsübergänge sind als eine von vielen möglichen Abfolgen von Zuständen und Zustandsübergängen zu verstehen, die allesamt mit dem erfindungsgemäßen Antriebssystem durchgeführt werden können.

Bezuqszeichen

1 sekundäre elektrische Antriebsachse

2 elektrischer Antrieb

3 Übersetzungsgetriebe

4 Differentialgetriebe

5 Rad

6 Betriebsbremse

7 Aktuator

8 Trennvorrichtung

9 Druckölbremssystem

B Betriebsbremsbereich

C Trennbereich

N Neutralbereich to-t7 Zeitpunkt