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Die
Erfindung betrifft einen leistungsverzweigten Hybrid-Antriebsstrang gemäß dem einteiligen
Vorrichtungsanspruch 1 und ein Schaltverfahren für einen solchen gemäß dem abhängigen Verfahrensanspruch
10.
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Hybrid-Antriebsstränge für Kraftfahrzeuge, die
mehrere leistungsverzweigte Fahrbereiche, diskrete Gangstufen und
neben einem Verbrennungsmotor zwei Elektromaschinen aufweisen, sind
beispielsweise aus den Druckschriften
US
5,904,631 ,
US
6,478,705 B1 ,
US
6,358,173 B1 ,
US 6,090,005 ,
US 6,743,135 B2 ,
US 6,551,208 B1 ,
EP 0 967 102 B1 ,
US 5,931,757 ,
US 6,022,287 bekannt. Ferner zeigt
die nicht vorveröffentlichten
Patentanmeldung der Anmelderin mit dem Aktenzeichen
DE 102004053044 .0 einen solchen
leistungsverzweigtes Hybrid-Antriebsstrang.
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Derartige
Hybrid-Antriebsstränge
ermöglichen
einen vorteilhaften Betrieb des Kraftfahrzeugs, insbesondere
- – eine
Rekuperation von Energie, beispielsweise im Schubbetrieb, durch
die elektrischen Antriebsaggregate,
- – einen
Boost-Betrieb,
- – eine
Verbrauchsminderung,
- – verringerte
Abgaswerte,
- – einen
Start-Stopp-Betrieb,
- – einen
Entfall eines separaten Starters und/oder eines Anfahrelements.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen weiteren komfortablen Hybrid-Antriebsstrang
zu schaffen.
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Der
Hybrid-Antriebsstrang umfasst dabei einen Verbrennungsmotor und
zwei Elektromaschinen. Zur Leistungsverteilung und Übersetzung
sind ein Überlagerungsgetriebe
und ein Übersetzungsgetriebe
vorgesehen. Das vordere Überlagerungsgetriebe kann
insbesondere mit einem Ravignaux-Satz ausgeführt sein, wohingegen das hintere Überlagerungsgetriebe
mit einem oder mehreren Planetensätzen oder einem Ravignaux-Satz
ausgeführt
sein kann. Über
Kupplungen bzw. Bremsen sind das Überlagerungsgetriebe und das Übersetzungsgetriebe
und das Getriebegehäuse
miteinander gekoppelt. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung ist diese Kopplung dabei derart, dass neun fest Gänge sowie
drei stufenlose Fahrbereiche entstehen. In besonders vorteilhafter
Weise kann die Koppelung derart sein, dass ein Wechsel bzw. eine
Schaltung zwischen stufenlosen Fahrbereichen und festen Gängen jederzeit
möglich
ist. Dabei können
die Geschwindigkeiten der Wellen derart aneinander angeglichen – d.h. synchronisiert – sein,
dass diese Schaltungen ruckfrei erfolgen.
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Gemäß einem
Vorteil der Erfindung bietet der Hybrid-Antriebsstrang die Möglichkeit der Bremsenergie-Rekuperation.
Dabei wird die Bremsenergie genutzt, um eine oder beide Elektromaschinen
beim Abbremsen des Fahrzeugs generatorisch zu betreiben, so dass
die durch das Abbremsen gewonnene Energie in einen Energiespeicher
eingespeist werden kann. Ein solcher Energiespeicher kann insbesondere
eine Batterie oder eine Kondensator sein.
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Ferner
kann gespeicherte Energie genutzt werden, um Anfahr- und Beschleunigungsvorgänge des
Verbrennungsmotors im so genannten Boost-Betrieb zu unterstützen.
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Der
Hybrid-Antriebsstrang ermöglicht
es, den Verbrennungsmotor ohne zusätzlichen Anlassermotor vom
Stillstand in den Betrieb zu setzen, so dass ein Start-Stop-Betrieb ohne Zusatzaufwand möglich ist.
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In
stufenlosen Fahrbereichen ist es möglich das Übersetzungsverhältnis stufenlos
zu verändern.
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Der
Antriebsstrang kann auch rein elektrisch von einem oder beiden Elektromaschinen
angetrieben werden.
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In
einer besonders kostengünstigen
und leichten Ausgestaltung der Erfindung sind im Übersetzungsgetriebe
mehrere Übersetzungen
vorgesehen, so dass drei stufenlose Fahrbereiche bereitgestellt
werden. Infolgedessen können
die Elektromaschinen und die Leistungselektronik entsprechend klein
ausgelegt werden. In dieser oder einer anderen Ausgestaltung können ferner
neun feste Gänge
vorgesehen sein, so dass bei konstanter Fahrt bzw. im Schleppbetrieb
die Leistungsübertragung
rein mechanisch – d.h.
nicht elektrisch – erfolgt,
so dass nur geringe elektrische Verluste auftreten. Damit ist auch die
abzuführende
Wärme des
Systems relativ gering. Der Wirkungsgrad kann ferner durch Verringerung des
elektrischen Anteils in der Leistungsverzweigung verbessert werden.
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Dabei
zeigen:
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1 schematisch
einen leistungsverzweigten Hybrid-Antriebsstrang,
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2a bis 29b Drehzahlleiterdiagramme für einen Hybrid-Antriebsstrang
gemäß 1,
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30 eine
Tabelle, welche den festen Gängen
des Hybrid-Antriebsstrang
gemäß 1
- – Übersetzungen,
- – Stufensprünge zum
jeweils folgenden Gang und
- – Schaltelementestellungen
zuordnet,
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31 schematisch
einen leistungsverzweigten Hybrid-Antriebsstrang in einer zweiten Ausgestaltungsform
und
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32 eine
Tabelle, welche den festen Gängen
des Hybrid-Antriebsstrang
gemäß 31
- – Übersetzungen,
- – Stufensprünge zum
jeweils folgenden Gang und
- – Schaltelementestellungen
zuordnet.
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1 zeigt
schematisch einen leistungsverzweigten Hybrid-Antriebsstrang mit einem vorderen Überlagerungsgetriebe 1,
in welches die Eingangsleistungen von einem Verbrennungsmotor VM,
einer ersten Elektromaschine E1 und einer zweiten Elektromaschine
E2 einleitbar sind. Das Überlagerungsgetriebe 1 ist
als Ravignaux-Radsatz ausgeführt.
Zur Vereinfachung wird im Folgenden nur ein Planetenrad pro Zahnradebene
des Ravignaux-Radsatzes betracht, obwohl bei einer technischen Umsetzung üblicherweise
drei Planetenräder
gleichmäßig am Umfang
verteilt sind. Der Ravignaux-Radsatz umfasst ein mittelgroßes vorderes
erstes Planetenrad 9 und ein großes hinteres zweites Planetenrad 10.
Das vordere erste Planetenrad 9 ist drehfest mit einem koaxial
hinter diesem angeordneten kleinen Planetenrad 11 verbunden.
Das hintere zweite Planetenrad 10 ist drehfest mit einem
koaxial vor diesem angeordneten kleinen Planetenrad 12 verbunden.
Die beiden kleinen Planetenräder 11, 12 kämmen miteinander und
sind koaxial drehbar auf Achsen 13, 14 gelagert, die über zwei
Stege 16, 17 bewegungsfest miteinander verbunden
sind. Diese beiden Achsen 13, 14 weisen unterschiedliche
radiale Abstände
zu einer Zentralachse 15 des Hybrid-Antriebsstrangs auf.
Die radial innere Achse 13 ist an deren vorderem Ende drehbar
auf einem Wälzlager 18 abgestützt, welches mit
dessen Innenring gehäusefest
gegenüber
einem Gehäuse 19 ist
und koaxial zur Zentralachse 15 angeordnet ist, so dass
die beiden Achsen 13, 14 einen ersten Planetenträger PT1
bilden, welcher um die Zentralachse 15 rotieren kann. Dieser
erste Planetenträger
PT1 ist an dessen hinterem Ende drehfest mit einer Getriebeeingangswelle 20 gekoppelt,
welche je nach Ausführungsform
- – über einen
Torsionsdämpfer
oder
- – ein
Zweimassenschwungrad oder
- – direkt
mit
einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors VM gekoppelt ist. Die erste
Elektromaschine E1 ist vor der zweiten Elektromaschine E2 angeordnet.
Ein Stator 5 der ersten Elektromaschine E1 ist gehäusefest
wohingegen ein Rotor 7 dieser Elektromaschine E1 über eine
erste Hohlwelle 24 drehfest mit einem Sonnenrad s1 verbunden
ist, welches mit dem großen
zweiten Planetenrad 10 des Überlagerungsgetriebes 1 kämmt. Ein
Stator 6 der zweiten Elektromaschine E2 ist gehäusefest
wohingegen ein Rotor 8 dieser Elektromaschine E2 über eine
zweite Hohlwelle 25 drehfest mit einem Sonnenrad s2 verbunden
ist, welches mit dem mittelgroßen
ersten Planetenrad 9 des Überlagerungsgetriebes 1 kämmt. Dabei
ist die letztgenannte Hohlwelle mittels eines Wälzlagers 21 drehbar
gegenüber
einem gehäusefesten
Radialsteg 22 abgestützt,
welcher bereits das Wälzlager 18 trägt.
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Zwischen
diesem Wälzlager 21 und
der zweiten Elektromaschine E2 ist eine erste Bremse B1 am gehäusefesten
Radialsteg 22 angeordnet. Somit ist mittels dieser Bremse
B1 der Stator 8 und das Sonnenrad s2 gegen das Gehäuse 19 abbremsbar und
festsetzbar.
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Das
vordere mittelgroße
Planetenrad 9 kämmt
mit der Innenverzahnung eines ersten Hohlrades h2. Dieses Hohlrad
h2 bildet ein erstes Ausgangsglied und ist drehfest mit einer ersten
Kupplungshälfte
H2 einer ersten Kupplung K1 und einer zweiten Kupplung K2 verbunden.
Diese erste Kupplungshälfte
H2 ist einerseits über
die erste Kupplung K1 mit einem vorderen Hohlrad H des hinteren Übersetzungsgetriebes 2 koppelbar.
Andererseits ist dieses erste Kupplungshälfte H2 über die zweite Kupplung K2
mit einem Sonnenrad S des hinteren Übersetzungsgetriebes 2 koppelbar.
Dieses Sonnenrad S bildet ein zweites Eingangsglied des hinteren Übersetzungsgetriebes 2 und
kämmt mit
einem hinteren großen
Planetenrad 26 des Übersetzungsgetriebes 2.
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Das
hintere große
Planetenrad 10 des vorderen Überlagerungsgetriebes kämmt mit
der Innenverzahnung eines zweiten Hohlrades h1. Dieses Hohlrad h1
bildet ein zweites Ausgangsglied und ist drehfest mit einer zweiten
Kupplungshälfte
H1 einer dritten Kupplung K3 und einer vierten Kupplung K4 verbunden.
Diese zweite Kupplungshälfte
H1 ist einerseits über
die dritte Kupplung K3 ebenfalls mit dem Sonnenrad S des Übersetzungsgetriebes 2 koppelbar.
Andererseits ist diese zweite Kupplungshälfte H1 über die vierte Kupplung K4
und eine mit dieser verbundene Hohlwelle 35 mit einem zweiten
Planetenträger
PT2 koppelbar. Dieser zweite Planetenträger PT2 ist dem hinteren Übersetzungsgetriebe 2 zugehörig. Dieser
Planetenträger
PT2 umfasst zwei Achsen 27, 28, welche unterschiedlichen
radialen Abstand zur Zentralachse 15 aufweisen. Diese beiden Achsen 27, 28 sind
mittels Stegen 29, 30 starr miteinander verbunden.
Koaxial auf der radial äußeren Achse 27 ist
das besagte große
Planetenrad 26 drehbar angeordnet und drehfest mit einem
kleinen Planetenrad 31 verbunden. Dieses kleine Planetenrad 31 ist
vor dem großen
Planetenrad 26 angeordnet und kämmt mit einem weiteren kleinen
Planetenrad 32, welches koaxial und drehbar auf der radial
inneren Achse 28 angeordnet ist. Das letztgenannte kleinen
Planetenrad 32 ist drehfest mit einem weiteren kleinen
Planetenrad 33 verbunden, welches mit dem vorderen Hohlrad
H des hinteren Übersetzungsgetriebes 2 kämmt.
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Das
hinterste große
Planetenrad 26 kämmt mit
einem Hohlrad 34, welches mittels einer zweiten Bremse
B2 gegenüber
dem Gehäuse 19 abbremsbar ist.
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Sowohl
das zweite Hohlrad h1 des Überlagerungsgetriebes 1 als
auch die mit dem Planetenträger PT2
des hinteren Übersetzungsgetriebes 2 drehfest gekoppelte
Hohlwelle 35 sind koaxial auf einem Fortsatz der Getriebeeingangswelle 20 des
Verbrennungsmotors VM gelagert. Dabei ist der Planetenträger PT2
mittels eines Wälzlagers 36 gegenüber dem Gehäuse 19 gelagert.
Der Planetenträger
PT2 ist ferner mit einer Getriebeausgangswelle 4 verbunden, die
ebenfalls mittels eines Wälzlagers 37 gegenüber dem
Gehäuse 19 gelagert
ist.
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2a bis 33b zeigen Drehzahlleiterdiagramme für den Hybrid-Antriebsstrang
gemäß 1.
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Dabei
zeigen die mit dem Buchstaben „a" indizierten Figuren
die Drehzahlverhältnisse
am vorderen Überlagerungsgetriebe.
Hingegen zeigen die mit dem Buchstaben „b" indizierten Figuren die Drehzahlverhältnisse
am hinteren Übersetzungsgetriebe.
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2a und 2b zeigen
den ersten Gang I. Dabei sind ausschließlich
- – die erste
Bremse B1,
- – die
zweite Bremse B2 und
- – die
dritte Kupplung K3
eingerückt. Die zweite Elektromaschine
E2 und das mit dieser verbundene Sonnenrad s2 ist somit mittels der
ersten Bremse B1 gehäusefest
abgebremst. Das große
Planetenrad 26 des Übersetzungsgetriebes 2 wälzt sich
im Hohlrad 34 gegenüber
dem Gehäuse 19 ab.
Die Antriebsleistung wird vom Verbrennungsmotor VM und der ersten
Elektromaschine E1 eingespeist und über die zweite Kupplungshälfte H1
auf das Sonnenrad S übertragen
und in das Übersetzungsgetriebe 2 eingeleitet.
Es ergibt sich ein Gesamtübersetzungsverhältnis von
6,78 zu 1.
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3a und 3b zeigen
den Übergang vom
ersten Gang I zum zweiten Gang II. Dabei wird die erste Bremse B1
geöffnet
und die zweite Kupplung K2 geschlossen. Der Hybrid-Antriebsstrang
befindet sich dabei im ersten Fahrbereich FB1.
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4a und 4b zeigen
den zweiten Gang II. Dabei sind ausschließlich
- – die zweite
Bremse B2,
- – die
zweite Kupplung K2 und
- – die
dritte Kupplung K3
eingerückt. Das große Planetenrad 26 des Übersetzungsgetriebes 2 wälzt sich
im Hohlrad 34 gegenüber dem
Gehäuse 19 ab.
Die Antriebsleistung wird vom Verbrennungsmotor VM und den beiden
Elektromaschinen E1, E2 eingespeist und über die beiden Kupplungshälften H1,
H2 auf das Sonnenrad S übertragen
und in das Übersetzungsgetriebe 2 eingeleitet.
Es ergibt sich ein Gesamtübersetzungsverhältnis von
4,88 zu 1.
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5a und 5b zeigen
den Übergang vom
zweiten Gang II zum dritten Gang III. Dabei wird die dritte Kupplung
K3 geöffnet
und die erste Bremse B1 geschlossen. Der Hybrid-Antriebsstrang befindet sich dabei im
ersten Fahrbereich FB1.
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6a und 6b zeigen
den dritten Gang III. Dabei sind ausschließlich
- – die erste
Bremse B1,
- – die
zweite Bremse B2 und
- – die
zweite Kupplung K2
eingerückt. Die zweite Elektromaschine
E2 und das mit dieser verbundene Sonnenrad s2 ist somit mittels der
ersten Bremse B1 gehäusefest
abgebremst. Das große
Planetenrad 26 des Übersetzungsgetriebes 2 wälzt sich
im Hohlrad 34 gegenüber
dem Gehäuse 19 ab.
Die Antriebsleistung wird vom Verbrennungsmotor VM und der ersten
Elektromaschine E1 eingespeist und über die erste Kupplungshälfte H2
auf das Sonnenrad S übertragen
und in das Übersetzungsgetriebe 2 eingeleitet.
Es ergibt sich ein Gesamtübersetzungsverhältnis von
3,59 zu 1.
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7a und 7b zeigen
den Übergang vom
dritten Gang III zum vierten Gang IV. Dabei wird die erste Bremse
B1 wieder geöffnet
und die vierte Kupplung K4 geschlossen. Der Hybrid-Antriebsstrang befindet
sich dabei im ersten Fahrbereich FB1.
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8a und 8b zeigen
den vierten Gang IV. Dabei sind ausschließlich
- – die zweite
Bremse 82,
- – die
zweite Kupplung K2 und
- – die
vierte Kupplung K4
eingerückt. Das große Planetenrad 26 des Übersetzungsgetriebes 2 wälzt sich
im Hohlrad 34 gegenüber
dem Gehäuse 19 ab.
Die Antriebsleistung wird vom Verbrennungsmotor VM und den beiden
Elektromaschinen E1, E2 eingespeist und über die zweite Kupplungshälften H1
auf die Getriebeausgangswelle 4 übertragen, wobei das Übersetzungsgetriebe 2 übergangen
wird. Es ergibt sich ein Gesamtübersetzungsverhältnis von
2,70 zu 1.
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Um
von dem vierten Gang IV aus den fünften Gang V zu erreichen,
gibt es zwei alternative Schaltmöglichkeiten
die in 9a/9b und 10a/10b dargestellte sind.
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9a und 9b zeigen
in der ersten Alternative den Übergang
vom vierten Gang IV zum fünften
Gang V. Dabei wird die zweite Kupplung K2 geöffnet und die erste Kupplung
K1 geschlossen. Der Hybrid-Antriebsstrang befindet sich dabei im
dritten Fahrbereich FB3.
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10a und 10b zeigen
in der zweiten Alternative den Übergang
vom vierten Gang IV zum fünften
Gang V. Dabei wird die vierte Kupplung K4 geöffnet und die erste Bremse
B1 geschlossen. Der Hybrid-Antriebsstrang befindet sich dabei im
zweiten Fahrbereich FB2.
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11a und 11b zeigen
den fünften Gang
V. Dabei sind ausschließlich
- – die
erste Bremse B1,
- – die
zweite Bremse B2 und
- – die
erste Kupplung K1
eingerückt. Die zweite Elektromaschine
E2 und das mit dieser verbundene Sonnenrad s2 ist somit mittels der
ersten Bremse B1 gehäusefest
abgebremst. Das große
Planetenrad 26 des Übersetzungsgetriebes 2 wälzt sich
im Hohlrad 34 gegenüber
dem Gehäuse 19 ab.
Die Antriebsleistung wird vom Verbrennungsmotor VM und der ersten
Elektromaschine E1 eingespeist und über die erste Kupplungshälfte H2
auf das Hohlrad H übertragen
und in das Übersetzungsgetriebe 2 eingeleitet.
Es ergibt sich ein Gesamtübersetzungsverhältnis von
2,09 zu 1.
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12a und 12b zeigen
den Übergang vom
fünften
Gang V zum sechsten Gang VI. Dabei wird die erste Bremse B1 geöffnet und
die vierte Kupplung K4 geschlossen. Der Hybrid-Antriebsstrang befindet sich dabei im
zweiten Fahrbereich FB2.
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13a und 13b zeigen
den sechsten Gang VI. Dabei sind ausschließlich
- – die zweite
Bremse B2,
- – die
erste Kupplung K1 und
- – die
vierte Kupplung K4
eingerückt. Das große Planetenrad 26 des Übersetzungsgetriebes 2 wälzt sich
im Hohlrad 34 gegenüber
dem Gehäuse 19 ab.
Die Antriebsleistung wird vom Verbrennungsmotor VM und den beiden
Elektromaschinen E1, E2 eingespeist und über die beiden Kupplungshälften H2,
H1 - – zum
einen Teil über
das Übersetzungsgetriebe 2 und
- – zum
anderen Teil direkt
auf die Getriebeausgangswelle 4 übertragen.
Es ergibt sich ein Gesamtübersetzungsverhältnis von
1,80 zu 1.
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14a und 14b zeigen
den Übergang vom
sechsten Gang VI zum siebten Gang VII. Dabei wird die erste Bremse
B1 wieder geschlossen und die erste Kupplung K1 geöffnet. Der
Hybrid-Antriebsstrang befindet sich dabei im zweiten Fahrbereich FB2.
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15a und 15b zeigen
den siebten Gang VII. Dabei sind ausschließlich
- – die erste
Bremse B1 und
- – die
vierte Kupplung K4
eingerückt. Die zweite Elektromaschine
E2 und das mit dieser verbundene Sonnenrad s2 ist somit mittels der
ersten Bremse B1 gehäusefest
abgebremst. Die Antriebsleistung wird vom Verbrennungsmotor VM und
der ersten Elektromaschine E1 eingespeist und über die zweite Kupplungshälfte H1
direkt auf die Getriebeausgangswelle 4 übertragen. Es ergibt sich ein Gesamtübersetzungsverhältnis von
1,39 zu 1.
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16a und 16b zeigen
den Übergang vom
siebten Gang VII zum achten Gang VIII. Dabei wird die erste Bremse
B1 wieder geöffnet,
die zweite Kupplung K2 geschlossen und die dritte Kupplung K3 ebenfalls
geschlossen. Der Hybrid-Antriebsstrang befindet
sich dabei im ersten Fahrbereich FB1.
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17a und 17b zeigen
den achten Gang VIII. Dabei sind ausschließlich
- – die zweite
Kupplung K2
- – die
dritte Kupplung K3 und
- – die
vierte Kupplung K4
eingerückt. Durch das Einrücken dieser
drei Kupplungen K2, K3 und K4 ist das vordere Überlagerungsgetriebe 1 und
das hintere Übersetzungsgetriebe verblockt.
Es entsteht ein direkter Gang mit einem Übersetzungsverhältnis 1 zu
1. Die Antriebsleistung kann vom Verbrennungsmotor VM allein eingespeist werden.
Alternativ kann die Antriebsleistung von einem oder beiden Elektromotoren
E1, E2 oder in Kombination mit dem Verbrennungsmotor VM eingeleitet
werden.
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18a und 18b zeigen
den Übergang vom
achten Gang VIII zum neunten Gang IX. Dabei wird die erste Kupplung
K1 geschlossen, die dritte Kupplung K3 und die vierte Kupplung K4
geöffnet und
die erste Bremse B1 geschlossen.
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19a und 19b zeigen
den neunten Gang IX. Dabei sind ausschließlich
- – die erste
Bremse B1,
- – die
erste Kupplung K1 und
- – die
zweite Kupplung K2
eingerückt. Die zweite Elektromaschine
E2 und das mit dieser verbundene Sonnenrad s2 ist somit mittels der
ersten Bremse B1 gehäusefest
abgebremst. Nur das hintere Übersetzungsgetriebe 2 ist
demzufolge verblockt. Die Antriebsleistung wird vom Verbrennungsmotor
VM und der ersten Elektromaschine E1 eingespeist und über die
erste Kupplungshälfte
H2 auf das im Block umlaufende Übersetzungsgetriebe 2 auf
die Getriebeausgangswelle 4 übertragen. Es ergibt sich ein
Gesamtübersetzungsverhältnis von
0,74 zu 1.
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20a und 20b zeigen
den Rückwärtsgang.
Dabei sind ausschließlich
- – die
zweite Bremse B2 und
- – die
zweite Kupplung K2
eingerückt. Die Leistung wird von
den beiden Elektromaschinen E1 und E2 aufgebracht, während der Verbrennungsmotor
still stehen kann.
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21a und 21b zeigen
das rein elektrische Anfahren im zweiten Fahrbereich FB2. Dabei sind
die zweite Bremse B2 und die zweite Kupplung K2 eingerückt. Während der
Verbrennungsmotor VM steht, bringen die beiden Elektromaschinen
E1 und E2 die Antriebsleistung auf, wobei die erste Elektromaschine
E1 elektromotorisch betrieben wird, wohingegen die zweite Elektromaschine
E2 generatorisch betrieben wird. Über eine entsprechende Leistungsschaltung
nimmt dabei die erste Elektromaschine E1 den Strom auf, welchen
die zweite Elektromaschine E2 produziert.
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22a und 22b zeigen
das Anlassen des Verbrennungsmotors VM im zweiten Fahrbereich FB2.
Dabei wird die Drehzahl des Verbrennungsmotors VM vom Stillstand
beispielsweise auf eine Drehzahl von 600 Umdrehungen pro Minute
angehoben. Ebenso, wie beim rein elektrische Anfahren im zweiten
Fahrbereich FB2, sind die zweite Bremse B2 und die zweite Kupplung
K2 eingerückt.
Jedoch ist gegenüber
diesem rein elektrischen Anfahren die Belastung der beiden Elektromaschinen
unterschiedlich. So werden beim Anlassen beide Elektromaschinen
E1 und E2 belastet bzw. elektromotorisch betrieben.
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23a und 23b zeigen
das rein elektrische Anfahren in einem alternativen Schaltzustand. Dabei
sind die zweite Bremse B2 und die dritte Kupplung K3 eingerückt. Es
ergibt sich ein Gesamtübersetzungsverhältnis von
4,88 zu 1. Während
der Verbrennungsmotor VM steht, bringen die beiden Elektromaschinen
E1 und E2 die Antriebsleistung auf, wobei die zweite Elektromaschine
E2 elektromotorisch betrieben wird, wohingegen die erste Elektromaschine
E1 generatorisch betrieben wird. Über eine entsprechende Leistungsschaltung
nimmt dabei die zweite Elektromaschine E2 den Strom auf, welchen die
erste Elektromaschine E1 produziert.
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24a und 24b zeigen
das Anlassen des Verbrennungsmotors VM im ersten Fahrbereich FB1.
Ebenso, wie beim rein elektrischen Anfahren gemäß 23a und 23b, sind die zweite Bremse B2 und die zweite
Kupplung K2 eingerückt.
Jedoch ist gegenüber
diesem rein elektrischen Anfahren die Belastung der beiden Elektromaschinen
unterschiedlich. So drehen sowohl die elektromotorische betriebene
zweite Elektromaschine E2 als auch die generatorisch betriebene
erste Elektromaschine E1 mit geringeren Drehzahlen als beim elektromotorischen
Anfahren. Es ergibt sich ein Gesamtübersetzungsverhältnis von
4,88 zu 1.
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25a und 25b zeigen
das Fahren im ersten Fahrbereich FB1 bei einer Übersetzung von 4,88 zu 1. Dabei
sind, ebenso wie beim
- – elektrischen Anfahren gemäß 23a und 23b und
- – Anlassen
gemäß 24a und 24b
die
zweite Bremse B2 und die zweite Kupplung K2 eingerückt. Beide
Elektromaschinen E1 und E2 sind elektromotorisch betrieben, wobei
die zweite Elektromaschine E2 schneller dreht, als die erste Elektromaschine
E1.
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26a und 26b zeigen
den Übergang vom
ersten Fahrbereich FB1 zum zweiten Fahrbereich FB2. Zu diesem Wechsel
des Fahrbereiches wird die erste Kupplung K1 geschlossen, wohingegen
die dritte Kupplung K3 geöffnet
wird.
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27a und 27b zeigen
das Fahren im zweiten Fahrbereich FB2. Dabei sind die erste Kupplung
K1 und die zweite Bremse B2 eingerückt. Es ergibt sich ein Gesamtübersetzungsverhältnis von
2,83 zu 1. Die Antriebsleistung wird von der ersten Elektromaschine
E1 und dem Verbrennungsmotor VM aufgebracht, wobei der Verbrennungsmotor
VM langsamer dreht, als die erste Elektromaschine E1. Die zweite
Elektromaschine E2 wird generatorisch betrieben.
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28a und 28b zeigen
den Übergang vom
zweiten Fahrbereich FB2 zum dritten Fahrbereich FB3. Zu diesem Wechsel
des Fahrbereiches wird die erste Kupplung K1 geöffnet, und die vierte Kupplung
K4 geöffnet.
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29a und 29b zeigen
das Fahren im dritten Fahrbereich FB3. Dabei ist ausschließlich die vierte
Kupplung K4 eingerückt.
Da das Übersetzungsgetriebe über die
Hohlwelle 35 übergangen wird,
ergibt sich ein Übersetzungsverhältnis von
1 zu 1. Die Antriebsleistung wird von beiden Elektromaschine E1,
E2 und dem Verbrennungsmotor VM aufgebracht, wobei der Verbrennungsmotor
VM langsamer als die erste Elektromaschine E1 und schneller als
die zweite Elektromaschine E2 dreht.
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Die
Tabelle 30 fasst für die zuvor genannten festen
Gänge I
bis IX die zugehörigen Übersetzungen
i und Schaltstellungen zusammen. Ferner wird der sich aus zwei aufeinander
folgenden Übersetzungen
ergebene Stufensprung angegeben. Aus den neun festen Übersetzungen
ergibt sich eine Gesamtspreizung von 9,251.
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In
einer weiteren Ausgestaltungsform dieses Hybrid-Antriebsstranges kann zusätzlich noch
die in 1 gestrichelt dargestellte Kupplung KH1 vorgesehen
sein.
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31 zeigt
schematisch einen leistungsverzweigten Hybrid-Antriebsstrang in einer zweiten Ausgestaltungsform.
Diese zweite Ausgestaltungsform ist bei verringertem Funktionsumfang
kleiner, leichter und kostengünstiger
aufgebaut, als die erste Ausgestaltungsform. Auf die analog der
ersten Ausgestaltungsform vorgesehenen Bauteile wird im Folgenden
nicht eingegangen. Diese Bauteile tragen die gleichen Bezugszeichen.
Im Gegensatz zur ersten Ausgestaltungsform ist ein hinteres Übersetzungsgetriebe 202 nicht
als Ravignaux-Radsatz ausgeführt, sondern
als einfacher Planetenradsatz. Anstelle des Kupplungspaketes mit
den vier Kupplungen K1 bis K4 sind ausschließlich drei Kupplungen K2 bis
K4 vorgesehen. Somit entfällt
eine Kupplung K1 gegenüber
der ersten Ausgestaltungsform. Anstelle von drei stufenlosen Fahrbereichen
sind nur zwei stufenlose Fahrbereiche vorgesehen. Anstelle von neun Gängen sind
nur sechs Gänge
I bis VI vorgesehen, wobei der vierte Gang IV ein Übersetzungsverhältnis aufweist,
das sehr nahe dem Übersetzungsverhältnis des
dritten Ganges III liegt, so dass sich zwischen dem dritten Gang
III und dem vierten Gang IV ein sehr kleiner Stufensprung ergibt.
Demzufolge kann in einer sequentiellen Schaltabfolge einer der beiden Gänge III,
IV auch übersprungen
werden. Dabei wird ein breiter Gestaltungsspielraum geboten. So
kann auch bei Hochschaltungen der eine Gang III bzw. IV übersprungen
werden, wohingegen bei Rückschaltungen
der andere Gang IV bzw. III übersprungen werden
kann. So bildet sich beispielsweise beim direkten Schalten vom dritten
Gang III in den fünften Gang
V ein Übersetzungssprung
von 1,441.
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In
einer gestrichelt dargestellten alternativen Ausführungsform
kann eine Kupplung KH2 vorgesehen sein. Mit dieser Kupplung KH2
ist das zweiten Hohlrades h1 des vorderen Überlagerungsgetriebes 1 mit
der ersten Kupplungshälfte
H2 der ersten Kupplung K1 koppelbar, ohne dass die ersten beiden Kupplungen
K1 und K2 eingerückt
sein müssen.
Das Sonnenrad S kann damit auch bei drehfester Kopplung zwischen
- – dem
zweiten Hohlrad h1 des vorderen Überlagerungsgetriebes 1 und
- – der
ersten Kupplungshälfte
H2 der ersten Kupplung K1
frei drehen.
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In
sämtlichen
Ausgestaltungsformen können die
Kupplungen und Bremsen als reibschlüssige Lamellenkupplung, als
formschlüssige
Klauenkupplung oder als Mischform entsprechend einer Synchronkupplung
eines Vorgelegegetriebes ausgeführt
sein.
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In
manchen Betriebeszuständen
kann das Fahren in einem stufenlosen Fahrbereiches sogar vom Wirkungsgrad
her günstiger
sein, als in einem festen Gang.
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Die
Gangabstufung der festen Gänge
ist konzeptbedingt geometrisch und damit nicht progressiv. Um diese
Abweichung von der für
PKW-Getriebe gewünschten
progressiven Gangabstufen zu kompensieren, wird der Hybrid-Antriebsstrang
nicht direkt von einem Gang in den nächsten geschaltet. Stattdessen
wird so lange stufenlos in einem der Fahrbereiche gefahren, bis
sich die Wellengeschwindigkeiten für den nächsten Gang angeglichen haben.
Somit ist auch ohne Schaltkomforteinbußen die Verwendung von Klauenkupplungen
möglich,
da durch die beiden Elektromaschinen die Wellengeschwindigkeiten
der wellen für
den nächsten
Gang bzw. den Fahrbereich angeglichen werden können. So ist ein völlig ruckloser
Schaltvorgang möglich.
Ferner ist ein zugkraftunterbrechungsfreies Schalten auch bei
- – der
Beschleunigung,
- – der
Konstantfahrt
möglich.
Auch ist ein rekuperatives Bremsen möglich.
-
In
einem möglichen
Radsatz weist das erste Hohlrad h2 104 Zähne und das zweite Hohlrad
h1 136 Zähne
auf. Dabei weist das große
Planetenrad 26 132 Zähne
auf, wohingegen das vordere Hohlrad H 72 Zähne aufweist. Das erste Sonnenrad
s1 und das Sonnenrad S können
jeweils 34 Zähne
aufweisen, wohingegen das zweite Sonnenrad s2 38 Zähne aufweist.
Das große
hintere zweite Planetenrad 10 weist 51 Zähne auf,
wohingegen das mittelgroße
vordere erste Planetenrad 9 33 Zähne aufweist. Das hintere große Planetenrad 26 weist
49 Zähne
auf, wohingegen das kleine Planetenrad 33 17 Zähne aufweist.
-
Bei
den beschriebenen Ausführungsformen handelt
es sich nur um beispielhafte Ausgestaltungen. Eine Kombination der
beschriebenen Merkmale für
unterschiedliche Ausführungsformen
ist ebenfalls möglich.
Weitere, insbesondere nicht beschriebene Merkmale der zur Erfindung
gehörenden
Vorrichtungsteile, sind den in den Zeichnungen dargestellten Geometrien
der Vorrichtungsteile zu entnehmen.