DE102009061774B3

DE102009061774B3 - Antriebsanordnung mit einem Elektroantrieb mit einer Parksperrenanordnung

Info

Publication number: DE102009061774B3
Application number: DE102009061774.4A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Schwekutsch Michael; Dipl.-Ing. Gaßmann Theodor; Dipl.-Ing. Schmidt Mark
Original assignee: GKN Automotive Ltd
Current assignee: GKN Automotive Ltd
Priority date: 2009-06-02
Filing date: 2009-06-02
Publication date: 2023-05-11
Anticipated expiration: 2029-06-03

Abstract

Antriebsanordnung zum Antreiben einer Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs, umfassend:einen Elektroantrieb (3) mit einer Längsachse,ein Stirnradgetriebe (28) mit einer Zwischenwelle (5), die vom Elektroantrieb (3) drehend antreibbar ist,ein Differentialgetriebe (30) mit einem Differentialkorb (32) mit einer Drehachse, wobei die Zwischenwelle (5) des Stirnradgetriebes (28) mit dem Differentialkorb (32) zur Übertragung eines Drehmoments antriebsverbunden ist,wobei die Längsachse des Elektroantriebs (3), die Zwischenwelle (5) des Stirnradgetriebes (28) und die Drehachse des Differentialkorbs (32) parallel zueinander angeordnet sind,eine Parksperrenanordnung (2) mit einem elektrisch steuerbaren Aktuator (7) undeinem Sperrmechanismus (6) zum Hemmen oder Freigeben der Zwischenwelle (5), wobei der Sperrmechanismus (6) ein Sperrenrad (20) aufweist, das drehfest mit der Zwischenwelle (5) verbunden ist, sowie ein mit dem Sperrenrad (20) zusammenwirkendes Sperrglied (14), wobei das Sperrglied (14) in eine Sperrstellung überführbar ist, in der das Sperrglied (14) mit dem Sperrenrad (20) formschlüssig verbunden ist, so dass das Sperrenrad (20) an einer Drehbewegung gehindert wird, und in eine Entriegelungsstellung, in der das Sperrenrad (20) gegenüber dem Sperrglied (14) frei drehen kann, wobei der Sperrmechanismus (6) ein vom Aktuator (7) bewegbares Druckelement (10) aufweist, das mit dem Sperrglied (14) zusammenwirkt, um dieses in Richtung zum Sperrenrad (20) zu beaufschlagen oder freizugeben, undeine Führungshülse (24) zur Führung des bewegbaren Druckelements (10) quer zu einer Längsachse der Zwischenwelle (5), wobei das Druckelement (10) gegen die Führungshülse (24) in Bezug auf die Drehachse der Zwischenwelle (5) radial abgestützt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung zum Antreiben einer Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs. Eine solche Antriebsanordnung kann einen Elektroantrieb, ein Stirnradgetriebe, ein Differentialgetriebe und eine Parksperrenanordnung aufweisen. Parksperren werden eingesetzt, um eine Abtriebswelle des Kraftfahrzeuggetriebes zu hemmen, so dass das Kraftfahrzeug an einem unbeabsichtigten Wegrollen gehindert wird, wenn der Motor kein Drehmoment zur Verfügung stellt. Dies gilt insbesondere dann, wenn das Kraftfahrzeug an einem Hang geparkt wird.
Aus der US 2003 / 0 066 694 A1 ist eine elektrische Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug bekannt. Die Antriebseinheit umfasst eine von einem Motor antreibbare Eingangswelle, die über eine erste Getriebestufe mit einer Zwischenwelle antriebsmäßig verbunden ist. Die Zwischenwelle ist über eine zweite Getriebestufe mit einem Differenzial antriebsmäßig verbunden, das die Motorleistung in bekannter Art und Weise auf zwei anzutreibende Räder verteilt. Auf der Zwischenwelle ist ein Parksperrenrad vorgesehen, das von einer Parkklinke gesperrt werden kann.
Aus der US 5 743 348 A ist eine Antriebsanordnung mit einem Elektromotor, einem Übersetzungsgetriebe und einem Differentialgetriebe bekannt. Das Übersetzungsgetriebe weist eine Zwischenwelle auf, an deren Ende ein Sperrenrad angebracht ist, das mittels einer schwenkbaren Klinke blockiert werden kann. Es sind vom Fahrer betätigbare Fahrzustandswählmittel vorgesehen, mit denen wahlweise ein Parkmodus, ein Rückwärtsmodus oder ein Neutralmodus einstellbar sind. Die Fahrzustandswählmittel umfassen eine schwenkbare Sektorplatte, die in verschiedene Drehpositionen überführbar ist, um die unterschiedlichen Fahrmodi einzustellen. Die Parksperrenklinke ist über eine Hebelmechanik mit der Sektorplatte verbunden.
Aus der DE 10 2005 012 380 A1 ist ein betätigbares Parksperrensystem bekannt, mit einem nockenförmigen Stellglied, das mit einer Parksperrenklinke mechanisch verbunden werden kann. Die Parksperrenklinke ist drehbar gelagert, sodass diese von dem Stellglied in den Wirkbereich eines Parksperrenrades bewegbar ist. Das Stellglied ist in einer Stellgliedführung parallel zu einer Drehachse des Parksperrenrades geführt, wobei die Parksperrenklinke durch eine seitliche Öffnung der Stellgliedführung mit dem Stellglied in Kontakt steht.
Aus der DE 197 10 975 A1 ist eine Parksperre für Kraftfahrzeuge mit Schaltgetriebe bekannt. Ein an einem Differenzialgehäuse befestigtes Parksperrenrad ist mit einer am Fahrzeug beweglich abgestützten Sperrklinke formschlüssig blockierbar. Um die Sperrklinke in eine Sperrstellung zu bewegen, ist ein auf einer Betätigungsstange linear geführter und federnd abgestützter Betätigungskegel mit der Sperrklinke in Kontakt bringbar. Der Betätigungskegel ist in einem Gehäuseabschnitt relativ zu einer Drehachse des Parksperrenrades parallel geführt und radial abgestützt.
Aus der DE 10 2004 025 595 A1 ist eine Parksperrenbetätigungseinheit bekannt. Ein Parkstift ist von einem konischen Betätigungselement zwischen einer Freigabestellung und einer Sperrstellung bewegbar. Das Betätigungselement ist über eine Betätigungsstange mit einem hydraulischen Antrieb verbunden und kann von diesem in einem Führungselement linear, quer zu der Bewegungsrichtung des Parkstifts bewegt werden.
Aus der KR 10 2007 0 055 140 A ist eine Parksperrenanordnung bekannt, die ein Parksperrenrad, eine Parksperrenklinke und ein auf einer Betätigungsstange linear geführtes Betätigungselement umfasst. Durch das Betätigungselement kann die Parksperrenklinke von einer Freigabeposition in eine Sperrposition überführt werden, in der die Parksperrenklinke mit dem Parksperrenrad in Eingriff steht und dieses blockiert. Das Betätigungselement wird in der Sperrposition durch ein stiftförmiges Stützelement radial abgestützt.
Aus der DE 11 2005 001 484 T5 ist ein Kraftfahrzeug mit einem Elektromotor und einer Verriegelungsstruktur zum Blockieren einer Antriebsachse bekannt. Es ist ein Steuermodul vorgesehen, das den Elektromotor und die Verriegelungsstruktur so steuert, dass die Bewegungsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs vermindert und ein möglicher Stoß bei der Zahnradeinrückung gesenkt wird.
Aus der EP 1 327 566 B1 ist eine Anfahrhilfesteuerungsvorrichtung mit einem Handschaltgetriebe und einer Feststellbremse bekannt. Es ist eine Steuereinheit vorgesehen, die bei Auftreten eines Anfahrsignals die Feststellbremse löst. Eine Auswerteeinheit wertet das Signal eines Neigungswinkelsensors aus.
Aus der US 5 807 205 A ist eine Vorrichtung zum Steuern einer mechanischen Parksperrenanordnung eines Elektroantriebs bekannt. Es ist vorgesehen, dass der Elektromotor aktiviert wird, wenn eine Betätigungskraft, die nötig ist, um den Schalthebel von der Position „P“ in die Position „D“ oder „R“ zu überführen, einen bestimmten Wert überschreitet. Dabei wird ein entsprechendes Signal an die Steuereinheit weitergegeben, woraufhin der Elektromotor dann in Abhängigkeit von der Neigung des Kraftfahrzeugs auf Basis von hinterlegten Datensätzen, bestromt wird und ein Drehmoment in den Antriebsstrang einleitet.
Aus der DE 10 2005 002 446 A1 ist eine Parksperre eines Automatikgetriebes für ein Kraftfahrzeug bekannt. Die Parksperre umfasst ein Sperrglied, das über einen Stellantrieb betätigbar ist und über eine Feder in der Verriegelungsstellung gehalten wird, sowie eine Haltevorrichtung, die das Sperrglied unabhängig von dem Stellantrieb in der Entriegelungsstellung halten kann. Die Haltevorrichtung weist einen Kniehebel auf, der in der Entriegelungsstellung gestreckt ist, so dass die Betätigungskraft zum Lösen der Parksperre verringert werden soll.
Aus der DE 10 2007 008 088 A1 ist ein Kraftfahrzeugschaltgetriebe mit einem Betätigungselement zum Notentriegeln einer Parksperre bekannt.
Aus der DE 199 21 918 A1 ist eine Parksperre für ein Fahrzeug mit Elektroantrieb sowie ein Verfahren zum Betätigen einer solchen Parksperre bekannt. Die Parksperre weist eine mechanische und eine elektrische Komponente auf. Die elektrische Komponente ist derart ausgebildet, dass sie in den Statorwicklungen einen Kurzschluss erzeugen kann, so dass die elektrische Maschine ein hohes Bremsmoment erzeugt, welches den Antriebsstrang abbremst. Nach Ablauf eines bestimmten Zeitintervalls wird die mechanische Komponente der Parksperre aktiviert, welche die Drehbewegung des Antriebsstranges endgültig zum Stillstand bringt. Durch diese Ausgestaltung sollen kleiner dimensionierte Parksperren verwendet werden können. Die Aktivierung der Parksperre soll nur unterhalb einer definierten Grenzgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs erfolgen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsanordnung mit einem Elektroantrieb und einer Parksperrenanordnung für ein Kraftfahrzeug vorzuschlagen, die einfach und kompakt aufgebaut, eine sicherere Betätigung ermöglicht und kostengünstig herstellbar ist.
Eine Lösung besteht in einer Antriebsanordnung zum Antreiben einer Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs, umfassend: einen Elektroantrieb mit einer Längsachse und einer Ausgangswelle; ein Stirnradgetriebe mit einer Zwischenwelle, die vom Elektroantrieb drehend antreibbar ist; ein Differentialgetriebe mit einem Differentialkorb mit einer Drehachse, wobei die Zwischenwelle des Stirnradgetriebes mit dem Differentialkorb zur Übertragung eines Drehmoments antriebsverbunden ist, wobei die Längsachse des Elektroantriebs, die Zwischenwelle des Stirnradgetriebes und die Drehachse des Differentialkorbs parallel zueinander angeordnet sind; eine Parksperrenanordnung mit einem elektrisch steuerbaren Aktuator und einem Sperrmechanismus zum Hemmen oder Freigeben der Zwischenwelle, wobei der Sperrmechanismus ein Sperrenrad aufweist, das drehfest mit der Zwischenwelle verbunden ist, sowie ein mit dem Sperrenrad zusammenwirkendes Sperrglied, wobei das Sperrglied in eine Sperrstellung überführbar ist, in der das Sperrglied mit dem Sperrenrad formschlüssig verbunden ist, so dass das Sperrenrad an einer Drehbewegung gehindert wird, und in eine Entriegelungsstellung, in der das Sperrenrad gegenüber dem Sperrglied frei drehen kann, wobei der Sperrmechanismus ein vom Aktuator bewegbares Druckelement aufweist, das mit dem Sperrglied zusammenwirkt, um das Sperrglied in Richtung Sperrenrad zu beaufschlagen oder freizugeben; und eine Führungshülse zur Führung des bewegbaren Druckelements quer zu einer Längsachse der Zwischenwelle, wobei das Druckelement gegen die Führungshülse in Bezug auf die Drehachse der Zwischenwelle radial abgestützt ist.
Ein Vorteil besteht darin, dass die Parksperrenanordnung und damit der Elektroantrieb einfach und kompakt aufgebaut sind, und aufgrund der Führungshülse für das Druckelement eine sicherere Betätigung ermöglicht wird.
Eine alternative beziehungsweise ergänzende Lösung besteht in einer Parksperrenanordnung für ein Kraftfahrzeug mit Elektroantrieb, umfassend einen Elektroantrieb; eine Welle im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs, welche von dem Elektroantrieb antreibbar ist; einen Sperrmechanismus, welcher im Schließsinn ansteuerbar ist, um eine Drehbewegung der Welle zu hemmen, und im Öffnungssinn ansteuerbar ist, um die Welle freizugeben. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Elektroantrieb ansteuerbar ist, um ein Drehmoment auf die Welle zu übertragen, wenn die Welle, trotz Ansteuerung des Sperrmechanismus im Öffnungssinn, an der Drehbewegung gehindert ist. Eine solche Hinderung, dass die Welle freigegeben wird, kann beispielsweise aufgrund von Vorspannkräften bzw. Reibungskräften in der Parksperrenanordnung auftreten. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass der Elektroantrieb genutzt werden kann, um die zum Lösen des Sperrmechanismus erforderlichen Aktuierungskräfte zu reduzieren. Dies wirkt sich wiederum positiv auf die Auslegung aller Bauteile und Komponenten des Sperrmechanismus aus. Des Weiteren können die für die Funktionsfähigkeit des Sperrmechanismus erforderlichen Toleranzen bezüglich der Geometrie und der Oberflächenanforderungen der einzelnen Bauteile und Komponenten grober gehalten werden, was die Fertigungskosten senkt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass einzelne Bauteile und Komponenten hinsichtlich ihrer Dimensionierung verkleinert werden können. Insbesondere kann, bei Verwendung eines elektromechanischen Aktuators für den Sperrmechanismus, dieser Aktuator kleiner ausgeführt werden. Auch eine für die Rückstellung des Sperrmechanismus dienende Feder kann kleiner, das heißt mit geringerer Federkraft ausgelegt werden. Die genannten Maßnahmen wirken sich insgesamt günstig auf den Aufbau, die Baugröße und das Gewicht des Sperrmechanismus aus. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass aufgrund der geringeren Aktuierungskräfte auch der Verschleiß an den kraftbeaufschlagten Bauteilen reduziert wird, was sich wiederum günstig auf die Lebensdauer auswirkt. Zudem wird bei der Aktuierung weniger Strom benötigt, um einen elektrischen oder elektromechanischen Aktuator zu betätigen. Damit wird das elektrische Bordnetz weniger belastet.
Bei der Welle kann es sich prinzipiell um ein beliebiges drehmomentübertragendes Bauteil handeln, das im Antriebsstrang zwischen dem Elektroantrieb und den Rädern des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Dabei kann die Welle beispielsweise eine Antriebswelle, eine Abtriebswelle, eine Getriebewelle, insbesondere Zwischenwelle, oder auch ein anderes Bauteil sein, welches Drehmoment auf die Räder übertragt, wie z. B. der Differentialkorb eines Differentialgetriebes oder eine Komponente einer Bremse. Um einen Sperreffekt auf die Räder des Kraftfahrzeugs zu haben, muss eine direkte drehmomentübertragende Verbindung mit den Rädern bestehen, das heißt es darf keine Abkopplung, durch welche der Drehmomentflussfluss unterbrochen ist, zwischen den Rädern und der Welle vorhanden sein. Im Folgenden wird allgemein die Bezeichnung Welle oder Antriebswelle verwendet. Die erfindungsgemäße Parksperrenanordnung lässt sich sowohl für Kraftfahrzeuge mit reinem Elektroantrieb verwenden, als auch für Kraftfahrzeuge mit sogenanntem Hybridantrieb, das heißt mit einem Verbrennungsmotor und mit einem Elektromotor.
Zum Ansteuern des Elektroantriebs ist vorzugsweise eine elektronische Steuereinheit vorgesehen. Die elektronische Steuereinheit kann in einer existierenden Steuereinheit des Kraftfahrzeugs integriert sein, oder sie kann separat ausgebildet sein. Es ist ferner ein Sperrsensor vorgesehen, der ein die Schaltstellung des Sperrmechanismus repräsentierendes Sperrsignal erzeugen und an die elektronische Steuereinheit weitergeben kann. Der Sperrsensor kann beispielsweise ein optischer Sensor sein, welcher die Position eines Elements des Sperrmechanismus, beispielsweise einer Rastklinke, erfasst. Der Sperrmechanismus kann prinzipiell beliebig gestaltet sein und jede Art von Mechanismus umfassen, welche eine Drehbewegung der Welle hemmen und wieder freigeben kann. Zur Betätigung kann beispielsweise ein elektromechanischer Aktuator oder ein rein mechanischer, handbetätigter Aktuator in Frage kommen, wobei auch pneumatische oder hydraulische Aktuatoren denkbar sind.
Die Parksperrenanordnung umfasst außerdem einen Parksperrensensor, der die Absicht des Fahrers erkennt, dass die Parksperrenanordnung betätigt werden soll. Für die Anordnung und Ausgestaltung des Parksperrensensors sind verschiedene Möglichkeiten denkbar. Beispielsweise kann der Parksperrensensor in dem Gangwahlhebel integriert sein oder es kann sich um ein anderer fahrzeugspezifischer Schalter handeln.
Der Schaltvorgang zum Feststellen des Antriebsstrangs erfolgt mit der erfindungsgemäßen Parksperrenanordnung vorzugsweise folgendermaßen. Wenn der Parksperrensensor die Absicht des Fahrers registriert, dass das Fahrzeug geparkt bzw. dass der Antriebsstrang festgesetzt werden soll, wird ein Parksperrensignal erzeugt, welches den Sperrmechanismus im Schließsinn aktiviert.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein Geschwindigkeitssensor vorgesehen, der ein die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs repräsentierendes Geschwindigkeitssignal erzeugt und an die elektronische Steuereinheit weitergibt. Dabei ist vorgesehen, dass die elektronische Steuereinheit den Sperrmechanismus erst dann aktiviert, wenn das Geschwindigkeitssignal unter einem vorbestimmten Grenzwert liegt. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass keine hohen dynamischen Lasten auftreten. In Ergänzung oder alternativ kann auch ein Geschwindigkeitssensor vorgesehen sein, der ein die Geschwindigkeit der Welle repräsentierendes Geschwindigkeitssignal erzeugt und an die elektronische Steuereinheit weitergibt. Es ist auch denkbar, dass die Drehzahl der Welle aus der Fahrzeuggeschwindigkeit errechnet wird.
Vorzugsweise erfolgt das Feststellen des Antriebsstrangs durch formschlüssigen Eingriff eines Sperrglieds in eine entsprechende Sperrausnehmung, wobei eines der beiden Bauteile dem Sperrmechanismus und das andere der beiden Bauteile der Welle zugeordnet ist.
Ist beim Aktuieren des Sperrmechanismus die Drehstellung der Welle derart, dass das Sperrglied einer Sperrausnehmung gegenübersteht, erfolgt entsprechend der formschlüssige Eingriff des Sperrglieds in die Sperrausnehmung, so dass die Welle blockiert ist. Diese Schaltstellung wird nach einer bevorzugten Ausgestaltung von dem Sperrsensor erfasst und an die elektronische Steuereinheit weitergegeben. Hiermit ist eine Redundanz bezüglich der Sperrenposition gegeben, womit ein besonders zuverlässiges Sperren der Parksperrenanordnung gewährleistet wird. Steht beim Aktuieren des Sperrmechanismus das Sperrglied nicht einer Sperrausnehmung gegenüber, wird das Sperrglied durch Aktuierung des Sperrmechanismus durch Federmittel vorgespannt. Sobald dann eine Drehposition erreicht wird, in der sich das Sperrglied und eine Sperrausnehmung gegenüberstehen, wird das Sperrglied aufgrund der Federkraft der Federmittel in die Sperrausnehmung gedrückt, so dass die Welle blockiert ist.
Eine Aktuierung des Sperrmechanismus bei noch rollendem Fahrzeug führt, sobald der formschlüssige Eingriff erfolgt, zu einem abrupten Abbremsen des Kraftfahrzeugs und einer entsprechenden Stoßbelastung im Antriebsstrang und im Getriebe. Diese Faktoren sind für die Auslegung der maximal zulässigen Sperrendrehzahl bzw. Fahrzeuggeschwindigkeit, bei der die Parksperre aktiviert werden kann, maßgeblich und werden bei der Definition eines entsprechenden Grenzwerts für das Geschwindigkeitssignal entsprechend berücksichtigt. Bei Aktuierung im Stillstand kann sich das Fahrzeug, beispielsweise aufgrund einer Straßenneigung, so weit bewegen, bis das Sperrglied einer Sperrausnehmung gegenübersteht. Für ein sicheres Eingreifen wird bei der Auslegung die sich aus größter Hangneigung und Fahrzeugmasse ergebende Geschwindigkeit berücksichtigt.
Der Schaltvorgang zum Freigeben des Antriebsstrangs ist mit der erfindungsgemä-ßen Parksperrenanordnung vorzugsweise folgendermaßen gestaltet. Wenn der Parksperrensensor die Absicht des Fahrers registriert, dass das Fahrzeug bewegt bzw. dass der Antriebsstrang wieder freigegeben werden soll, wird ein entsprechendes Parksperrensignal erzeugt, welches den Sperrmechanismus im Öffnungssinn aktiviert.
Wenn das Fahrzeug dabei auf einem Untergrund mit keiner oder nur geringer Neigung steht, liegen keine oder nur geringe Kräfte zwischen dem Sperrglied und der Sperrausnehmung an. Durch Aktivieren des Sperrmechanismus im Öffnungssinn wird das Sperrglied durch ein Federelement aus der Sperrausnehmung bewegt, so dass der formschlüssige Eingriff aufgehoben und die Welle wieder freigegeben ist. Der Sperrsensor registriert, dass das Sperrglied nicht mehr in Eingriff mit der Sperrausnehmung ist und gibt ein entsprechendes Signal an die elektronische Steuereinheit weiter. Bei der Ausgestaltung des Sperrenmechanismus mit elektromagnetischem Aktuator, gibt auch dieser ein entsprechendes Signal an die elektronische Regeleinheit weiter. Damit kann der Betrieb des Fahrzeugs freigegeben werden.
Wenn das Fahrzeug allerdings an einem Hang bzw. auf einem Untergrund mit größerer Neigung steht, wirken erhebliche Kräfte zwischen dem Sperrglied und der entsprechenden Sperrausnehmung sowie zwischen Sperrglied und Druckelement. Diese Kräfte können so groß sein, dass bei aktiviertem Sperrmechanismus das Sperrglied nicht außer Eingriff aus der Sperrausnehmung gelangt oder das Druckelement von der Aktuatorkraft nicht bewegt werden kann. Dies wird vorzugsweise von dem Sperrsensor erfasst, der ein entsprechendes die Stellung des Sperrglieds repräsentierendes Signal an die elektronische Steuereinheit weitergibt. Gemäß der Erfindung ist für diesen Fall vorgesehen, dass der Elektroantrieb entsprechend angesteuert wird, um ein Drehmoment in den Antriebstrang bzw. auf die Abtriebswelle einzuleiten. Auf diese Weise werden die aufgrund des Gewichts des Fahrzeugs anliegenden Spannungen in der Parksperrenanordnung so weit reduziert, bis das Sperrglied außer Eingriff aus der entsprechenden Sperrausnehmung gelangt. Hierfür muss das in den Antriebsstrang eingeleitete Drehmoment entgegen der Lastrichtung, das heißt hangaufwärts wirken. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass das vom Elektroantrieb erzeugte und in den Antriebsstrang eingeleitete Drehmoment linear von Null solange gesteigert wird, bis der Sensor das Auslegen des Sperrglieds anzeigt.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein Neigungssensor vorgesehen, welcher ein die Neigung des Kraftfahrzeugs repräsentierendes Signal ermittelt, wobei der Elektroantrieb derart angesteuert wird, dass das auf die Abtriebswelle übertragene Drehmoment der neigungsbedingten Hangabtriebskraft des Kraftfahrzeugs bzw. der Vorspannkraft des Antriebsstrangs entgegenwirkt. Alternativ hierzu kann der Elektromotor von der elektronischen Steuereinheit auch nach Zufallsprinzip oder nach einer hinterlegten Logik bestromt werden, das heißt zunächst in eine erste Drehrichtung, und, wenn das Sperrglied bis zum Erreichen eines vorbestimmten maximalen Drehmoments nicht freigegeben wird, in die entgegengesetzte zweite Drehrichtung.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Sperrmechanismus ein Sperrenrad auf, das drehfest mit der Welle verbunden ist, sowie ein mit dem Sperrenrad zusammenwirkendes Sperrglied, wobei das Sperrglied in eine Sperrstellung überführbar ist, in der das Sperrglied mit dem Sperrenrad formschlüssig verbunden ist, so dass das Sperrenrad an einer Drehbewegung gehindert wird, und in eine Entriegelungsstellung, in der das Sperrenrad gegenüber dem Sperrglied frei drehen kann. Um das Sperrglied in die Entriegelungsstellung zu überführen ist vorzugsweise ein Federelement vorgesehen, welches das Sperrglied in Richtung von dem Sperrenrad weg beaufschlagt. Das Sperrglied ist vorzugsweise in Form einer Sperrklinke gestaltet, die um eine Schwenkachse schwenkbar gelagert ist, wobei die Sperrklinke einen Sperrzahn aufweist, der in umfangsverteilte Ausnehmungen des Sperrenrads einrasten kann.
Des Weiteren weist der Sperrmechanismus vorzugsweise ein bewegbares Druckelement auf, das mit der Sperrklinke zusammenwirkt, wobei das Druckelement in eine Schließstellung überführbar ist, in der das Druckelement die Sperrklinke in Richtung Sperrenrad beaufschlagt, und in eine Freigabestellung überführbar ist, in der die Sperrklinke freigegeben ist. Es sind erste Federmittel vorgesehen, welche das Druckelement in die Schließstellung beaufschlagen. Diese ersten Federmittel ermöglichen, dass das Druckelement vorgespannt wird, wenn das Sperrglied bei Aktuierung des Sperrmechanismus einem Steg zwischen zwei Sperrausnehmungen des Sperrenrads gegenüberliegt. Bei Weiterdrehen des Sperrenrads bewirken die vorgespannten Federmittel dann ein Einrasten des Sperrglieds in die nächste Sperrausnehmung. Vorzugsweise umfasst der Sperrmechanismus zweite Federmittel, welche das Druckelement in die Freigabestellung beaufschlagen, wobei die Federkraft der zweiten Federmittel kleiner ist, insbesondere um ein Vielfaches kleiner ist, als die Federkraft der ersten Federmittel. Diese zweiten Federmittel bewirken ein Rückstellen des Druckelements in die Freigabestellung und können daher auch als Rückstellfeder bezeichnet werden.
Für eine Zwangsentriegelung des Sperrmechanismus, z. B. bei einem Defekt der Elektronik der Parksperre oder des Kraftfahrzeugs, ist nach einer bevorzugten Ausgestaltung ein Rückstellmechanismus vorgesehen, mit dem das Druckelement entgegen der Federkraft der ersten Federmittel in die Freigabestellung beaufschlagt werden kann. Der Rückstellmechanismus kann beispielsweise ein Rückstellelement mit einem Gewinde umfassen, das mittels geeigneter Formeingriffsmittel in ein entsprechendes Gegengewinde des Sperrmechanismus entgegen der Federkraft der ersten Federmittel eingedreht werden kann. Die Freigabe des Sperrglieds aus der entsprechenden Sperrausnehmung kann bei verspanntem System, das heißt bei Hanglage, durch eine entsprechende Geometrie am Rückstellelement oder durch externes Bewegen des Kraftfahrzeugs erfolgen.
Die Lösung der obengenannten Aufgabe besteht weiter in einem Verfahren zum Betätigen einer Parksperrenanordnung für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einer mittels eines Elektroantriebs antriebbaren Antriebsachse, wobei die Parksperrenanordnung einen Sperrmechanismus für eine Welle im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs aufweist, mit den Verfahrensschritten: Erfassen eines Parksperrensignals, gemäß dem die Parksperrenanordnung betätigt werden soll; Betätigen des Sperrmechanismus bei anliegendem Parksperrensignal, um die Welle freizugeben; und Ansteuern des Elektroantriebs, um ein Drehmoment auf die Welle zu übertragen, wenn die Welle nicht freigegeben wird. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ergeben sich oben bereits genannten Vorteile, dass die Kraft des Elektroantriebs genutzt werden kann, um die zur Entriegelung der Welle erforderlichen Kräfte zu reduzieren.
Vorzugsweise weist der Sperrmechanismus ein Sperrglied auf, das in eine Sperrstellung überführbar ist, in der die Welle an einer Drehbewegung gehindert wird, und in eine Entriegelungsstellung, in der die Welle frei drehen kann, wobei als weiterer Verfahrensschritt vorgesehen ist: Ermitteln eines die Stellung des Sperrglieds repräsentierenden Sperrsignal, wobei die Ansteuerung des Elektroantriebs in Abhängigkeit von dem Sperrsignal des Sperrglieds erfolgt. Das Sperrsignal gewährleistet, dass der Elektroantrieb zuverlässig angesteuert wird, wenn das Sperrglied aufgrund von Kräften zwischen dem Sperrglied und der Antriebswelle bzw. einer mit der Antriebswelle drehfest verbundenen Sperrenrad daran gehindert ist, in die Entriegelungsstellung zu gelangen.
Der Elektroantrieb wird vorzugsweise derart angesteuert, dass das auf die Abtriebswelle übertragene Drehmoment einer zwischen dem Sperrglied und der Welle wirksamen Kraft entgegenwirkt. Hierfür umfasst die Parksperrenanordnung nach einer günstigen Ausgestaltung einen Neigungssensor, wobei dann als weiterer Verfahrensschritt vorgesehen ist: Ermittlung der Neigung des Kraftfahrzeugs, wobei der Elektroantrieb derart angesteuert wird, dass das auf die Welle übertragene Drehmoment einer neigungsbedingten Hangabtriebskraft des Kraftfahrzeugs entgegenwirkt.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung sind als weitere Verfahrensschritte vorgesehen: Erfassen eines die Geschwindigkeit der Welle repräsentierenden Geschwindigkeitssignals und Aktivieren des Sperrmechanismus erst dann, wenn das Geschwindigkeitssignal unter einem vorbestimmten Grenzwert liegt.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nachfolgend anhand der Zeichnungsfiguren erläutert. Hierin zeigt:

1 eine erfindungsgemäße Parksperrenanordnung in Axialansicht in Offenstellung;
2 die Parksperrenanordnung aus 1 in Schließstellung;
3 die Parksperrenanordnung nach 1 in Axialansicht in Offenstellung, wobei der Sperrzahn einem Steg des Sperrenrads gegenübersteht;
4 die Parksperrenanordnung aus 1 in Schließstellung;
5 die Parksperrenanordnung aus 4 mit eingedrehtem Halteelement; und
6 eine erfindungsgemäße Antriebsanordnung mit einer erfindungsgemäßen Parksperrenanordnung nach 1 in Axialansicht.

Die 1 bis 6 werden im Folgenden zunächst gemeinsam beschrieben. Es ist eine Parksperrenanordnung 2 für ein Kraftfahrzeug mit Elektroantrieb 3 erkennbar, wobei vom Elektroantrieb 3 nur das Gehäuse sichtbar ist. Der Elektroantrieb 3 dient zum Antreiben einer Antriebsachse 4 des Kraftfahrzeugs. Die Parksperrenanordnung 2 ist an einer Welle 5 im Drehmomentfluss zwischen dem Elektroantrieb 3 und der Antriebsachse 4 angeordnet. Die Parksperrenanordnung 2 umfasst neben der Welle 5 einen Sperrmechanismus 6, der auf die Welle 5 einwirkt. Da die Welle 5 im Antriebsstrang zwischen dem Elektroantrieb 3 und der Antriebsachse 4 liegt, kann diese auch als Abtriebswelle bezeichnet werden.
Der Sperrmechanismus 6 hat einen Aktuator 7, insbesondere einen elektromechanischen Aktuator, der von einer elektronischen Steuereinheit ansteuerbar ist. Es versteht sich jedoch, dass der Aktuator auch alternative Ausgestaltungen haben kann, beispielsweise in Form eines hydraulischen oder pneumatischen Aktuators. Der Sperrmechanismus 6 umfasst weiter ein Schiebeelement 8, welches über eine erste Feder 9 von dem Aktuator beaufschlagt werden kann, wobei das Schiebeelement 8 in eine erste Schiebestellung überführt werden kann, in der es vom Aktuator 7 entfernt ist, sowie in eine zweite Schiebestellung, in der es an den Aktuator 7 angenähert ist. Das Schiebeelement 8 wirkt auf ein Druckelement 10 ein, welches eine konische Druckfläche 12 aufweist, die mit einer entsprechenden Gegenfläche 13 eines Sperrglieds 14 zusammenwirkt. Zum Rückstellen des Druckelements 10 ist eine zweite Feder 11 vorgesehen, welche der Vorspannkraft der ersten Feder 9 entgegenwirkt. Die zweite Feder 11, die auch als Rückstellfeder bezeichnet werden kann, hat eine wesentlich geringere Federkraft als die erste Feder 9. Die zweite Feder 11 ist vorzugsweise in Form einer Schraubenfeder gestaltet, die auf einem Halteelement 22 angeordnet und gegenüber diesem axial abgestützt ist. Das Halteelement 22 ist vorzugsweise in Form eines Führungsstifts gestaltet und gegenüber dem Druckelement 10 axial abgestützt. Dabei ist das Halteelement 22 so mit dem Druckelement 10 bzw. dem Schiebeelement 8 verbunden, das es gegenüber diesem begrenzt axial beweglich ist. Als Anschlag dient eine Verdickung 37 am aktuatorseitigen Ende des Halteelements 22.
Das Sperrglied 14 ist in Form einer Sperrklinke gestaltet, die an einem Ende um eine Schwenkachse A schwenkbar gelagert ist. An ihrem entgegengesetzten freien Ende weist die Sperrklinke außen die Gegenfläche 13 auf, die von der Druckfläche 12 beaufschlagbar ist, sowie innen einen Sperrzahn 15 zum Festsetzen der Welle 5. Die Gegenfläche 13, welche auch als Funktionsfläche bezeichnet werden kann, ist gegenüber einer Senkrechten auf der Drehachse der Welle 5 durch den Kontaktpunkt zwischen Gegenfläche 13 und Druckfläche 12 geneigt. Auf diese Weise wird sicher gewährleistet, dass eine translatorische Bewegung des Schiebeelements 8 bzw. des Druckelements 10 in eine Schwenkbewegung der Sperrklinke umgesetzt wird. Zur Führung des Druckelements 10 ist eine Führungshülse 24 vorgesehen, gegen die sich das Druckelement 10 in Bezug auf die Drehachse der Welle 5 radial abstützen kann.
Die Sperrklinke dient dazu, die Welle 5 wahlweise festzusetzen, so dass der Antriebsstrang an der Drehbewegung gehindert wird, oder freizugeben, so dass die Komponenten des Antriebsstranges frei drehen können. Zum Überführen der Sperrklinke von der Sperrstellung in die Freigabestellung ist ein Federelement 17 vorgesehen. Das Federelement 17 ist in Form einer Schenkelfeder gestaltet, welche mit einem ersten Schenkel an einem stehenden Bauteil abgestützt ist und mit einem zweiten Schenkel an der Sperrklinke abgestützt ist.
Die Parksperrenanordnung 2 weist ferner ein Sperrenrad 20 auf, das drehfest mit der Welle 5 verbunden ist. Die drehfeste Verbindung kann beispielsweise durch eine Längsverzahnung oder eine Keilwellenverzahnung realisiert werden. Das Sperrenrad 20 weist an einer äußeren Umfangsfläche eine Vielzahl von über den Umfang verteilten Rastausnehmungen 21 auf, in die das Sperrglied 14 mit seinem Sperrzahn 16 formschlüssig eingreifen kann. Das Sperrglied 14 ist in eine Sperrstellung überführbar, in der es mit dem Sperrenrad 20 formschlüssig verbunden ist, so dass das Sperrenrad 20 an einer Drehbewegung gehindert wird. In der Entriegelungsstellung ist das Sperrglied 14 gegenüber dem Sperrenrad 20 nach außen verschwenkt, so dass das Sperrenrad 20 und damit der Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs frei drehbar ist.
Es ist ferner ein Sperrsensor 23 vorgesehen, der die Schaltstellung des Sperrglieds 14 erfasst und ein entsprechendes Sperrsignal an die elektronische Steuereinheit weitergibt. Der Sperrsensor 23 ist an einem stehenden Bauteil, beispielsweise dem Getriebegehäuse, befestigt und erkennt, ob das Sperrglied 14 in das Sperrenrad 20 formschlüssig eingreift, sich ein einer Zahn-auf-Zahn-Stellung befindet, oder vollständig von dem Sperrenrad 20 weggeschwenkt ist.
Die Parksperrenanordnung 2 umfasst außerdem einen Parksperrensensor 33 (nur in 6 dargestellt), der die Absicht des Fahrers erkennt, dass die Parksperrenanordnung 2 betätigt werden soll. Der Parksperrensensor 33 kann beispielsweise in dem Gangwahlhebel integriert sein, wobei der Parksperrensensor 33 erkennt, wenn der Fahrer den Gangwahlhebel auf Parkposition „P“ oder von der Parkposition „P“ in eine andere Position stellt, oder es kann ein anderer fahrzeugspezifischer Schalter vorgesehen sein.
Des Weiteren ist ein Geschwindigkeitssensor 35 (nur in 6 dargestellt) vorgesehen, der ein die Geschwindigkeit der Welle 5 repräsentierendes Geschwindigkeitssignal erzeugt und an die elektronische Steuereinheit weitergibt. Die Geschwindigkeit der Welle 5 kann beispielsweise unmittelbar an der Welle 5 gemessen werden oder durch Umrechnen aus der Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt werden.
Im Folgenden wird der Schaltvorgang zum Feststellen des Antriebsstrangs mittels der erfindungsgemäßen Parksperrenanordnung 2 anhand der 1 bis 3 erläutert.
Wenn der Parksperrensensor 33 die Absicht des Fahrers registriert, dass das Fahrzeug geparkt werden soll, wird von der elektronischen Steuereinheit ein Parksperrensignal erzeugt. Wenn bei anliegendem Parksperrensignal das Geschwindigkeitssignal, welches die Drehgeschwindigkeit der Welle 5 repräsentiert, unter einem vorbestimmten Grenzwert liegt, wird der Sperrmechanismus 6 im Schließsinn aktiviert. Dabei wird der Aktuator 7 durch die elektronische Steuereinheit entsprechend angesteuert, so dass die erste Feder 9 das Schiebeelement 8 bzw. das Druckelement 10 in Richtung Sperrglied 14 beaufschlagt.
Steht der Sperrzahn 16 beim Aktuieren des Sperrmechanismus 6 einer Rastausnehmung 21 des Sperrenrads 20 gegenüber, wie in 1 gezeigt, so erfolgt der formschlüssige Eingriff unmittelbar, so dass die Welle 5 blockiert ist. Der Zustand, bei dem der Sperrzahn 16 formschlüssig in eine entsprechende Ausnehmung 21 des Sperrenrads 20 eingreift, ist in 2 gezeigt.
Wenn beim Aktuieren des Sperrmechanismus 6 der Sperrzahn 16 einem zwischen zwei in Umfangrichtung benachbart Rastausnehmungen 21 gebildeten Steg 26 gegenüberliegt, wie es in 3 gezeigt ist, verbleibt das Schiebeelement 8 und das damit verbundene Druckelement 10 zunächst in seiner unveränderten Position. Dabei wird die erste Feder 9 durch die Kraft des Aktuators 7 gegen die Haltekraft des Druckelements 10, das gegen das Sperrglied 14 axial abgestützt ist, axial vorgespannt. Durch Weiterdrehen der Welle 5 wird eine Drehposition erreicht, in der sich der Sperrzahn 16 und eine Rastausnehmung 21 gegenüberstehen. Dabei wird das Sperrglied 14 aufgrund der Federkraft der vorgespannten ersten Feder 9 in die Rastausnehmung 21 gedrückt, so dass das Sperrenrad 20 an der Drehbewegung gehindert und die Welle 5 blockiert ist. Dieser Zustand ist in 2 gezeigt.
Im Folgenden wird der Schaltvorgang zum Freigeben des Antriebsstrangs mittels der erfindungsgemäßen Parksperrenanordnung anhand der 1 und 2 erläutert.
Ausgangspunkt ist der Zustand, bei dem der Sperrzahn 16 formschlüssig in eine entsprechende Ausnehmung 21 des Sperrenrads 20 eingreift, so dass die Welle 5 an einer Drehbewegung gehindert ist, wie in 2 gezeigt. Wenn der Parksperrensensor 33 nun die Absicht des Fahrers registriert, dass das Fahrzeug bewegt bzw. dass der Antriebsstrang wieder freigegeben werden soll, wird von der elektronischen Steuereinheit ein entsprechendes Parksperrensignal erzeugt, welches den Sperrmechanismus 6 im Öffnungssinn aktiviert. Der Parksperrensensor 33 kann beispielsweise in den Gangwahlhebel integriert sein und erkennen, wenn der Fahrer den Gangwahlhebel von der Parkposition „P“ in eine andere Position bewegt.
Wenn das Fahrzeug beim Aktivieren des Sperrmechanismus 6 auf einem Untergrund mit keiner oder nur geringer Neigung steht, liegen keine oder nur geringe Kräfte zwischen dem Sperrglied 14 und dem Sperrenrad 20 an. Durch Aktivieren des Sperrmechanismus 6 im Öffnungssinn wird das Stützelement 36, gegen das die erste Feder 9 axial abgestützt ist, in Richtung Aktuator 7 bewegt. Dabei werden das Druckelement 10 und das Schiebeelement 8 von der zweiten Feder 11 in Richtung Aktuator 7 bewegt, so dass die Sperrklinke aufgrund der Federkraft der Feder 17 von dem Sperrenrad 20 wegschwenken kann. Auf diese Weise ist der formschlüssige Eingriff zwischen dem Sperrglied 14 und der Sperrenrad 20 aufgehoben und die Welle 5 wieder freigegeben. Dieser Zustand ist in 1 gezeigt. Dabei registriert der Sperrsensor 23, dass das Sperrglied 14 nicht mehr in Eingriff mit dem Sperrenrad 20 ist und gibt ein entsprechendes Signal an die elektronische Steuereinheit weiter.
Wenn das Fahrzeug bei Aktivieren des Sperrmechanismus 6 auf einem Untergrund mit größerer Neigung steht, sind aufgrund der Hangabtriebskraft des Kraftfahrzeugs erhebliche Kräfte zwischen dem Sperrglied 14 und dem Sperrenrad 20 wirksam. Diese Kräfte können ab einem bestimmten Neigungswinkel so groß sein, dass das Sperrglied 14 trotz aktivierten Sperrmechanismus 6 in Eingriff mit dem Sperrenrad 20 bleibt, wie in 2 gezeigt. Dies wird von dem Sperrsensor 23 erfasst, der ein entsprechendes die Stellung des Sperrglieds 14 repräsentierendes Sperrsignal an die elektronische Steuereinheit weitergibt. Die elektronische Steuereinheit steuert den Elektroantrieb 5 an, so dass ein Drehmoment in den Antriebstrang bzw. auf die Welle 5 eingeleitet wird. Auf diese Weise werden die aufgrund des Gewichts des Fahrzeugs anliegenden Spannungen in der Parksperrenanordnung 2 so weit reduziert, bis das Sperrglied 14 außer Eingriff aus der entsprechenden Sperrausnehmung 21 gelangt, wie in 1 gezeigt. Damit sichergestellt ist, dass das vom Elektroantrieb 3 in den Antriebsstrang eingeleitete Drehmoment entgegen der Lastrichtung, das heißt hangaufwärts wirkt, kann ein Neigungssensor 34 (nur in 6 dargestellt) vorgesehen sein, welcher ein die Neigung des Kraftfahrzeugs repräsentierendes Neigungssignal an die elektronische Steuereinheit weitergibt. Hieraus ermittelt die Steuereinheit dann, in welche Drehrichtung der Elektroantrieb 3 anzutreiben ist, damit das erzeugte Drehmoment der Lastrichtung entgegenwirkt.
Der Sperrmechanismus 6 umfasst weiter ein Rückstellmechanismus 18, der an dem Halteelement 22 ausgebildet ist. Hierfür hat das Halteelement 22 an seinem dem Aktuator 7 entgegengesetzten Ende Mittel zur Drehmomenteinleitung 25. Der Rückstellmechanismus 18 dient dazu, den Sperrmechanismus 6 zwangsweise zu entriegeln, wenn die elektronische Steuerung der Parksperre oder des Kraftfahrzeugs au-ßer Betrieb ist. Hierfür weist das Halteelement 22 ein Außengewinde 19 auf, mit dem es in ein entsprechendes Innengewinde eines stehenden Bauteils, beispielsweise des Getriebegehäuses oder des Sperrmechanismus, eingedreht werden kann.
Wie in Die Funktionsweise des mechanischen Rückstellmechanismus 18 wird im Folgenden anhand der 4 und 5 erläutert. Ausgangspunkt ist, dass der Sperrzahn 16 formschlüssig in eine entsprechende Ausnehmung 21 des Sperrenrads 20 eingreift, so dass die Welle 5 an einer Drehbewegung gehindert ist, wie in 4 gezeigt. Durch Eindrehen des Halteelements 22 in ein entsprechendes stehendes Bauteil wird das Druckelement 10 entgegen der Federkraft der ersten Feder 9 in die Freigabestellung beaufschlagt. Das Druckelement 10 gibt die Sperrklinke frei, welche durch die Kraft des Federelements 17 nach außen schwenken kann, um die Welle 5 freizugeben. Dieser Zustand ist in 5 gezeigt.
In 6 ist eine erfindungsgemäße Antriebsanordnung 27 mit einer erfindungsgemäßen Parksperrenanordnung 2 gezeigt. Die Antriebsanordnung 27 umfasst neben der Parksperrenanordnung 2 ein im Antriebsstrang dem Elektroantrieb 3 nachgelagertes zweistufiges Stirnradgetriebe 28, welches die Antriebsachse 4 antreibt. Es ist das Antriebsrad 38 des Stirnradgetriebes 28 erkennbar, das einem Antriebsritzel des Elektroantriebs 3 in Verzahnungseingriff ist. Das Tellerrad 29 des Differentialgetriebes 30 bildet das Abtriebsrad des Stirnradgetriebes 28. Das Tellerrad 29 ist mit dem Differentialkorb 32 des Differentialgetriebes 30 fest verbunden, um ein Drehmoment in dieses einzuleiten. Von dem Differentialgetriebe 30 ist eines der Seitenwellenräder 31 erkennbar, in die eine Seitenwelle zur Drehmomentübertragung auf ein entsprechendes Rad drehfest eingesteckt werden kann.
Dadurch, dass die Parksperrenanordnung 2 im Antriebsstrang zwischen dem Elektroantrieb 3 und dem Differentialgetriebe 30 angeordnet ist, ergibt sich ein besonders kompakter Aufbau der Antriebsanordnung 27. Dabei bildet die Welle 5, an der die Parksperrenanordnung 2 angeordnet ist, die Zwischenwelle des Stirnradgetriebes 28. Es versteht sich in diesem Zusammenhang, dass das Stirnradgetriebe, in Abhängigkeit von der Anordnung des Elektromotors und der Gestalt der Bauraumverhältnissen, auch eine andere Ausgestaltung haben kann, beispielsweise ein oder mehr als zwei Stufen aufweisen oder als Kegelradgetriebe gestaltet sein kann. Die Eingangswelle des Stirnradgetriebes 28 ist mit der Ausgangswelle des Elektroantriebs 3 zur Übertragung eines Drehmoments antriebsverbunden. Eine Längsachse des Elektroantriebs 3, die Welle 5 des Stirnradgetriebes 28 und die Drehachse des Differentialkorbs 32 bzw. der Antriebsachse 4 sind parallel zueinander ausgerichtet.
Des Weiteren sind in 6 die elektronische Steuereinheit (ECU) erkennbar, welche zur Datenübertragung mit dem Aktuator 7 sowie mit dem Sperrsensor 23 verbunden ist. Außerdem sind der Parksperrensensor 33, der erkennt, wenn die Parksperrenanordnung 2 betätigt werden soll und ein entsprechendes Parksperrensignal an die elektronische Steuereinheit (ECU) weitergibt, der Neigungssensor 34, welcher eine die Neigung des Kraftfahrzeugs repräsentierendes Signal erzeugt, und der Geschwindigkeitssensor 35, der ein die Geschwindigkeit der Antriebswelle 5 repräsentierendes Geschwindigkeitssignal erzeugt, schematisch eingezeichnet. Es ist erkennbar, dass die Sensoren 33, 34, 35 zur Datenübertragung jeweils mit der elektronischen Steuereinheit (ECU) verbunden sind.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Parksperrenanordnung 2 ist, dass der Elektroantrieb 3 genutzt werden kann, um die zum Lösen des Sperrmechanismus 6 erforderlichen Aktuierungskräfte zu reduzieren. Auf diese Weise lassen sich verschiedene Bauteile und Komponenten des Sperrmechanismus 6 hinsichtlich der Fertigungsgenauigkeit grober auslegen. Außerdem können einzelne Bauteile, insbesondere der Aktuator 7 und die Rückstellfeder 17 für die Sperrklinke, hinsichtlich ihrer Dimensionierung verkleinert werden. Insgesamt ergibt sich dadurch ein vereinfachter Aufbau mit einer geringen Baugröße und entsprechend reduziertem Gewicht. Dies wirkt sich auch günstig auf eine entsprechende Antriebsanordnung 27 aus, welche mit einer erfindungsgemäßen Parksperrenanordnung 2 ausgestattet ist.

Claims

Antriebsanordnung zum Antreiben einer Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs, umfassend: einen Elektroantrieb (3) mit einer Längsachse, ein Stirnradgetriebe (28) mit einer Zwischenwelle (5), die vom Elektroantrieb (3) drehend antreibbar ist, ein Differentialgetriebe (30) mit einem Differentialkorb (32) mit einer Drehachse, wobei die Zwischenwelle (5) des Stirnradgetriebes (28) mit dem Differentialkorb (32) zur Übertragung eines Drehmoments antriebsverbunden ist, wobei die Längsachse des Elektroantriebs (3), die Zwischenwelle (5) des Stirnradgetriebes (28) und die Drehachse des Differentialkorbs (32) parallel zueinander angeordnet sind, eine Parksperrenanordnung (2) mit einem elektrisch steuerbaren Aktuator (7) und einem Sperrmechanismus (6) zum Hemmen oder Freigeben der Zwischenwelle (5), wobei der Sperrmechanismus (6) ein Sperrenrad (20) aufweist, das drehfest mit der Zwischenwelle (5) verbunden ist, sowie ein mit dem Sperrenrad (20) zusammenwirkendes Sperrglied (14), wobei das Sperrglied (14) in eine Sperrstellung überführbar ist, in der das Sperrglied (14) mit dem Sperrenrad (20) formschlüssig verbunden ist, so dass das Sperrenrad (20) an einer Drehbewegung gehindert wird, und in eine Entriegelungsstellung, in der das Sperrenrad (20) gegenüber dem Sperrglied (14) frei drehen kann, wobei der Sperrmechanismus (6) ein vom Aktuator (7) bewegbares Druckelement (10) aufweist, das mit dem Sperrglied (14) zusammenwirkt, um dieses in Richtung zum Sperrenrad (20) zu beaufschlagen oder freizugeben, und eine Führungshülse (24) zur Führung des bewegbaren Druckelements (10) quer zu einer Längsachse der Zwischenwelle (5), wobei das Druckelement (10) gegen die Führungshülse (24) in Bezug auf die Drehachse der Zwischenwelle (5) radial abgestützt ist.
Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektroantrieb (3) ansteuerbar ist, um ein Drehmoment auf die Zwischenwelle (5) zu übertragen, wenn die Zwischenwelle (5), trotz Ansteuerung des Sperrmechanismus (6) im Öffnungssinn, an einer Drehbewegung gehindert ist.
Antriebsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sperrsensor (23) vorgesehen ist, der ein die Schaltstellung des Sperrmechanismus (6) repräsentierendes Sperrsignal erzeugen und an eine elektronische Steuereinheit zum Steuern des Elektroantriebs (3) weitergeben kann.
Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Parksperrensensor (33) vorgesehen ist, der erkennt, wenn die Parksperrenanordnung (2) betätigt werden soll, wobei ein Parksperrensignal zum Aktivieren des Sperrmechanismus (6) erzeugt wird.
Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Geschwindigkeitssensor (35) vorgesehen ist, der ein die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs repräsentierendes Geschwindigkeitssignal erzeugen und an die elektronische Steuereinheit weitergeben kann, wobei die elektronische Steuereinheit den Sperrmechanismus (6) ansteuert, wenn das Geschwindigkeitssignal unter einem vorbestimmten Grenzwert liegt.
Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5 unter Rückbezug auf Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektroantrieb (3) von der elektronischen Steuereinheit zur Übertragung eines Drehmoments auf die Zwischenwelle (5) ansteuerbar ist, wenn das Parksperrensignal anliegt und der Sperrmechanismus (6) im Öffnungssinn angesteuert ist und der Sperrsensor (23) ein Sperrsignal erzeugt, dass die Zwischenwelle (5) an der Drehbewegung gehemmt ist.
Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwelle (5) derart vom Elektroantrieb (3) antreibbar ist, dass das auf die Zwischenwelle (5) übertragene Drehmoment einer neigungsbedingten Vorspannkraft in der Parksperrenanordnung (2) entgegenwirkt.
Antriebsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Neigungssensor (34) vorgesehen ist, welcher ein die Neigung des Kraftfahrzeugs repräsentierendes Neigungssignal erzeugt, das als Eingangssignal zum Ansteuern des Elektroantriebs (3) entgegen der neigungsbedingten Vorspannkraft dient.
Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrglied (14) in Form einer Sperrklinke gestaltet ist, die um eine Schwenkachse (A) schwenkbar gelagert ist, wobei die Sperrklinke mindestens einen Sperrzahn (16) aufweist, der in umfangsverteilte Ausnehmungen (21) des Sperrenrads (20) einrastbar ist.
Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass erste Federmittel (9) vorgesehen sind, welche das Druckelement (10) in die Schließstellung beaufschlagen.
Antriebsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zweite Federmittel (11) vorgesehen sind, welche das Druckelement (10) in die Freigabestellung beaufschlagen, wobei die Federkraft der zweiten Federmittel (11) kleiner ist als die Federkraft der ersten Federmittel (9).
Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Eingangswelle des Stirnradgetriebes (28) mit einer Ausgangswelle des Elektroantriebs (3) zur Übertragung eines Drehmoments antriebsverbunden ist.