-
Die Erfindung betrifft ein Hybrid-Mehrstufengetriebe für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Aus der
WO 2009/077097 A1 ist bereits ein Hybrid-Mehrstufengetriebe für ein Kraftfahrzeug mit drei entlang einer Hauptrotationsachse hintereinander angeordneten Planetenradstufen, mit einer Getriebeeingangswelle zur Anbindung eines Verbrennungsmotors, mit einer Getriebeausgangswelle zur Anbindung eines Achsantriebs, mit einer ersten Zwischenwelle zur Anbindung eines ersten Elektromotors, mit einer zweiten Zwischenwelle zur Anbindung eines zweiten Elektromotors und mit fünf Schalteinheiten bekannt, wobei die dritte Planetenradstufe des Hybrid-Mehrstufengetriebes einen Doppelplanetenradsatz aufweist.
-
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein kompaktes Hybrid-Mehrstufengetriebe zur Ausbildung eines Hybridantriebsmoduls mit hoher Flexibilität und hohem Wirkungsgrad bereitzustellen. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
Erfindungsgemäß wird ein Hybrid-Mehrstufengetriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Getriebeeingangswelle zur drehfesten Anbindung eines Verbrennungsmotors, mit einer Getriebeausgangswelle zur drehfesten Anbindung eines Achsantriebs, mit einer ersten Zwischenwelle zur Anbindung eines ersten Elektromotors, mit einer zweiten Zwischenwelle zur Anbindung eines zweiten Elektromotors, mit einer ersten Planetenradstufe, einer zweiten Planetenradstufe und einer dritten Planetenradstufe, die wirkungsmäßig miteinander verbunden sind, sowie zumindest mit fünf, insbesondere sechs, Schalteinheiten, die jeweils zwei zur Schaltung der Planetenradstufen vorgesehene Kopplungselemente aufweisen und die zumindest konstruktiv zur Schaltung von zumindest fünf, insbesondere sechs, verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegängen, zumindest zwei elektromotorischen Vorwärtsgetriebegängen und zumindest vier EVT-Fahrbereichen vorgesehen sind, wobei die zweite Planetenradstufe einen Doppelplanetenradsatz aufweist, vorgeschlagen.
-
Dadurch kann ein Hybrid-Mehrstufengetriebe mit einer sehr hohen Flexibilität bereitgestellt werden, da zum einen eine hohe Lastschaltbarkeit und zum anderen ein hoher Wirkungsgrad, insbesondere auch in Verbindung mit den Elektromotoren, erreicht werden kann. Zudem können durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung Übersetzungsverhältnisse insbesondere in den EVT-Fahrbereichen und den elektromotorischen Vorwärtsgetriebegängen besser dargestellt werden. Bauteilbelastungen in dem Hybrid-Mehrstufengetriebe können durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung zumindest teilweise gesenkt werden, wodurch insbesondere ein Leichtbau vereinfacht werden kann. Zudem können Belastungen für die Elektromotoren durch die verbesserten Übersetzungsverhältnisse reduziert werden, wodurch kleinere Elektromotoren verwendet werden können. Dadurch können insbesondere Kosten reduziert werden. Weiter kann durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung insbesondere bei einer leistungsneutralen Fahrt ein geringer Leistungsfluss zwischen den beiden Elektromotoren erreicht werden, wodurch elektrische Übertragungsverluste gesenkt und somit der Wirkungsgrad weiter verbessert werden können.
-
Unter einer „Schalteinheit” soll dabei im Folgenden insbesondere sowohl eine Kupplungseinheit als auch eine Bremseinheit verstanden werden. Unter einer „Kupplungseinheit” soll insbesondere eine Schalteinheit verstanden werden, die in einem Leistungsfluss zwischen zwei der Planetenradstufen angeordnet ist und die dazu vorgesehen ist, ihre zwei drehbar angeordneten Kopplungselemente, die in einem geöffneten Zustand unabhängig voneinander verdrehbar sind, in einem geschlossenen Zustand drehfest miteinander zu verbinden. Unter einer „Bremseinheit” soll insbesondere eine Schalteinheit verstanden werden, die wirkungsmäßig zwischen einer der Planetenradstufen und einem Getriebegehäuse angeordnet ist und die dazu vorgesehen ist, ihr drehbares Kopplungselement in einem geschlossenen Zustand mit ihrem feststehenden Kopplungselement zu verbinden, wobei das feststehende Kopplungselement drehfest mit dem Getriebegehäuse verbunden und/oder einstückig mit dem Getriebegehäuse ausgeführt sein kann. Unter „drehfest verbunden” soll insbesondere eine Verbindung verstanden werden, bei der ein Leistungsfluss über eine vollständige Umdrehung gemittelt mit einem unveränderten Drehmoment, einer unveränderten Drehrichtung und/oder einer unveränderten Drehzahl übertragen wird.
-
Unter einer Schalteinheit, die zwei „wirkungsmäßig zwischen den Planetenradstufen angeordnete Kopplungselemente” aufweist, soll im Folgenden insbesondere eine Schalteinheit verstanden werden, durch deren Schließen zumindest zwei Getriebeelemente der Planetenradstufen miteinander oder zumindest ein Getriebeelement der Planetenradstufen mit einem Getriebegehäuse verbunden wird. Unter einer solchen Schalteinheit soll insbesondere keine Schalteinheit verstanden werden, die der ersten Planetenradstufe vorgeschaltet oder der dritten Planetenradstufe nachgeschaltet ist. Unter einer „der ersten Planetenradstufe vorgeschaltete Schalteinheit” soll insbesondere eine Schalteinheit verstanden werden, die in zumindest einem Getriebegang in einem Leistungsfluss zwischen der Getriebeeingangswelle und der ersten Planetenradstufe oder dem Verbrennungsmotor und der Getriebeeingangswelle angeordnet ist. Unter einer „der dritten Planetenradstufe nachgeschaltete Schalteinheit” soll insbesondere eine Schalteinheit verstanden werden, die in zumindest einem Getriebegang in einem Leistungsfluss zwischen der Getriebeausgangswelle und einem Achsantrieb angeordnet ist, wie beispielsweise eine Allradkupplung. Grundsätzlich kann eine Schaltbarkeit des Hybrid-Mehrstufengetriebes durch eine der ersten Planetenradstufe vorgeschaltete und/oder der dritten Planetenradstufe nachgeschaltete Schalteinheiten erhöht werden.
-
Unter „konstruktiv zur Schaltung eines Getriebegangs vorgesehen” soll insbesondere verstanden werden, dass mittels der Schalteinheiten mechanisch ein entsprechender Getriebegang grundsätzlich bildbar ist, unabhängig davon, ob im Rahmen einer Schaltstrategie auf die Schaltung des Getriebegangs verzichtet wird oder nicht. Beispielsweise sind bei einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung die Schalteinheiten konstruktiv zur Schaltung von mehr EVT-Fahrbereichen vorgesehen, als es sinnvoll sein kann, sie im Rahmen einer Betriebsstrategie für das Hybrid-Mehrstufengetriebe vorzusehen. Beispielsweise ist es denkbar, in einer Betriebsstrategie lediglich zwei oder sogar nur einen der konstruktiv schaltbaren EVT-Fahrbereiche zu nutzen. Unter „vorgesehen” soll insbesondere speziell programmiert, ausgestattet und/oder ausgelegt verstanden werden.
-
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind dabei zumindest drei der Schalteinheiten als rein formschlüssig schließende Schalteinheiten ausbildbar. Dadurch kann ein Leistungsverlust innerhalb des Hybrid-Mehrstufengetriebes vorteilhaft verringert werden. Unter einer „formschlüssig schließenden Schalteinheit” soll dabei insbesondere eine Schalteinheit verstanden werden, die zur Verbindung ihrer Kopplungselemente bzw. zur Anbindung ihres Kopplungselements eine Verzahnung und/oder Klauen aufweist, die zur Herstellung einer drehfesten Kopplung formschlüssig ineinander greifen, wie insbesondere eine über eine Schiebemuffe schaltbare Klauenschalteinheit. Die Schalteinheiten können grundsätzlich jeweils als reibschlüssige Schalteinheiten, beispielsweise als Lamellenschalteinheiten, als rein formschlüssige Schalteinheiten, beispielsweise als unsynchronisierte Klauenschalteinheiten, oder reib- und formschlüssige Schalteinheiten, beispielsweise als synchronisierte Klauenschalteinheiten, ausgeführt werden. Vorzugsweise umfasst das Hybrid-Mehrstufengetriebe Aktuatoren zur automatisierten Schaltung der Schalteinheiten. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, die Schalteinheiten zumindest teilweise als selbstständig schaltende Schalteinheiten, insbesondere als Freiläufe, auszubilden.
-
Unter „einer ersten, einer zweiten und einer dritten Planetenradstufe” soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Anordnung von drei Planetenradstufen verstanden werden, die zur Schaltung der Getriebegänge wirkungsmäßig miteinander verbunden sind. Vorzugsweise sind die Planetenradstufen entlang einer Hauptrotationsachse hintereinander angeordnet, wobei vorteilhafterweise die erste Planetenradstufe der Getriebeeingangswelle zugewandt ist. Grundsätzlich ist aber auch eine räumliche Umordnung der Planetenradstufen, beispielsweise in einer gestapelten Anordnung, denkbar. Ebenfalls ist grundsätzlich eine räumliche Umordnung durch eine geänderte Anordnung der Schalteinheiten oder eine geänderte Anordnung der Zwischenwellen zur Anbindung der Elektromotoren denkbar.
-
Zur Vereinfachung sollen weiter unter einem „ersten, zweiten oder dritten Planetenradträger” ein der ersten, zweiten oder dritten Planetenradstufe zugeordneter Planetenradträger verstanden werden. Entsprechend sollen unter einem „ersten, zweiten oder dritten Sonnenrad” und einem „ersten, zweiten oder dritten Hohlrad” ein der ersten, zweiten oder dritten Planetenradstufe zugeordnetes Sonnenrad oder ein der ersten, zweiten oder dritten Planetenradstufe zugeordnetes Hohlrad verstanden werden. Beispielsweise soll unter dem ersten Planetenradträger ein Planetenradträger der ersten Planetenradstufe verstanden werden.
-
Unter dem „Verblocken einer Planetenradstufe” soll insbesondere verstanden werden, dass das Sonnenrad, der Planetenradträger und das Hohlrad einer einzelnen Planetenradstufe drehfest miteinander verbunden sind, wodurch sie in einem solchen Betriebszustand stets eine gleiche Drehzahl und eine gleiche Drehrichtung aufweisen. Unter einer „Schalteinheit zum Verblocken einer Planetenradstufe” soll eine einzelne Schalteinheit mit zwei Kopplungselementen verstanden werden, mittels der durch Schließen dieser einen Schalteinheit die entsprechende Planetenradstufe verblockt werden kann.
-
Die im Folgenden beschriebene Ausgestaltung eines Hybrid-Mehrstufengetriebes stellt ein spezielles Ausführungsbeispiel dar, zu dem es grundsätzlich noch weitere kinematisch gleichwertige Ausführungsbeispiele gibt. Beispielsweise können insbesondere die erste Planetenradstufe und die dritte Planetenradstufe durch Einfachplanetenradsätze ausgebildet werden, wie es im Folgenden dargestellt ist. In kinematisch äquivalenter Weise können die erste Planetenradstufe und/oder die dritte Planetenradstufe aber auch durch einen Doppelplanetenradsatz ausgebildet werden, wodurch für eine gleiche Wirkweise lediglich eine Standübersetzung der Planetenradstufe angepasst werden muss. Zudem kann auch eine Anbindung von einem Sonnenrad und einem Planetenradträger oder von einem Hohlrad und einem Planetenradträger getauscht werden, ohne dass sich eine Kinematik des Hybrid-Mehrstufengetriebes ändert.
-
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Figurenbeschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
-
Dabei zeigen:
-
1 ein Getriebeschema eines erfindungsgemäßen Hybrid-Mehrstufengetriebes und
-
2 ein Schaltschema für das Hybrid-Mehrstufengetriebe.
-
Die 1 und 2 zeigen ein Getriebeschema eines erfindungsgemäßen Hybrid-Mehrstufengetriebes sowie ein Schaltschema für das in 1 gezeigte Getriebeschema. Das Hybrid-Mehrstufengetriebe ist als ein Kraftfahrzeuggetriebe ausgestaltet. Es weist genau drei Planetenradstufen P1, P2, P3 auf. Die erste Planetenradstufe P1, die zweite Planetenradstufe P2 und die dritte Planetenradstufe P3 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel entlang einer Hauptrotationsachse hintereinander angeordnet. Die erste Planetenradstufen P1 und die dritte Planetenradstufe P3 des Hybrid-Mehrstufengetriebes weisen jeweils einen Einfachplanetenradsatz auf. Die zweite Planetenradstufe P2 weist einen Doppelplanetenradsatz auf.
-
Das Hybrid-Mehrstufengetriebe ist zur Anbindung von zwei Elektromotoren EM1, EM2 vorgesehen. In Verbindung mit den zwei Elektromotoren EM1, EM2 und einem nicht näher dargestellten Verbrennungsmotor bildet das Hybrid-Mehrstufengetriebe ein Hybridantriebsmodul, welches zur Schaltung unterschiedlicher Fahrmodi vorgesehen ist, in denen Leistungsflüsse aus dem Verbrennungsmotor und/oder den Elektromotoren EM1, EM2 unterschiedlich kombiniert oder geleitet werden. Das Hybrid-Mehrstufengetriebe weist genau sechs Schalteinheiten S1, S2, S3, S4, S5, S6 auf, die zur Schaltung der Planetenradstufen P1, P2, P3 vorgesehen sind. Die Schalteinheiten S1, S2, S3, S4, S5, S6 sind wirkungsmäßig in den durch die Planetenradstufe P1, P2, P3 ausgebildeten Zahnradsatzes integriert, d. h. die Schalteinheiten S1–S6 sind dazu vorgesehen, unterschiedliche Wirkverbindungen zwischen den Planetenradstufen P1, P2, P3 untereinander und/oder einem Getriebegehäuse 12 herzustellen.
-
Das Hybrid-Mehrstufengetriebe ist konstruktiv dazu vorgesehen, zumindest sechs verbrennungsmotorische Vorwärtsgetriebegänge V1–V6, zumindest zwei elektromotorische Vorwärtsgetriebegänge E1, E2 und zumindest vier leistungsverzweigte EVT-Fahrbereiche EVT1–EVT4 zu schalten. Ein Rückwärtsgetriebegang ist insbesondere mittels eines der EVT-Fahrbereiche EVT1–EVT4 oder mittels eines der elektromotorischen Vorwärtsgetriebegänge E1, E2 darstellbar. Eine Anzahl der tatsächlich verwendeten verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegänge V1–V6, der tatsächlich verwendeten elektromotorischen Vorwärtsgetriebegänge E1, E2 und der tatsächlich verwendeten leistungsverzweigten EVT-Fahrbereiche EVT1–EVT4 kann dabei in Abhängigkeit von einer Betriebsstrategie eingeschränkt sein, beispielsweise elektronisch durch eine entsprechend programmierte Steuer- und Regeleinheit.
-
Die elektromotorischen Vorwärtsgetriebegänge E1, E2 sind untereinander sequentiell mit Lastunterbrechung schaltbar. Mögliche Lastschaltungen zwischen den elektromotorischen Vorwärtsgetriebegängen E1, E2 und den verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegängen V1–V6 ergeben sich unmittelbar aus dem Schaltschema in 2. Eine Lastschaltung ist dabei insbesondere immer dann möglich, wenn ein Leistungsfluss von genau einer an genau eine andere der Schalteinheiten S1–S6 übergeben wird oder wenn ein Schaltzustand von lediglich einer der Schalteinheiten S1–S6 verändert wird. Schaltvorgänge, bei denen der Leistungsfluss von einer an eine andere Schalteinheit S1–S6 übergeben wird, sind dabei insbesondere Schaltvorgänge, in denen lediglich eine der Schalteinheiten S1–S6 geschlossen wird, während gleichzeitig eine andere der Schalteinheiten S1–S6 geöffnet wird.
-
Die EVT-Fahrbereiche EVT1–EVT4 sind sequentiell lastschaltbar. Mögliche Fahrbereichspaarungen mit jeweils zwei untereinander lastschaltbaren EVT-Fahrbereichen EVT1–EVT4 ergeben sich unmittelbar aus dem in 2 dargestellten Schaltschema. Zudem ergeben sich aus dem in 2 dargestellten Schaltschema und/oder dem in 1 dargestellten Getriebeschema noch weitere mögliche Lastschaltungen jeweils zwischen den verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegängen V1–V6, den elektromotorischen Vorwärtsgetriebegängen E1, E2 und den EVT-Fahrbereichen EVT1–EVT4.
-
Das Hybrid-Mehrstufengetriebe ist dazu vorgesehen, den nicht näher dargestellten Verbrennungsmotor und die Elektromotoren EM1, EM2 mit zumindest einem nicht näher dargestellten Achsantrieb für einen Antrieb von Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs zu verbinden. Mittels des Hybrid-Mehrstufengetriebes kann ein Übersetzungsverhältnis zwischen dem Verbrennungsmotor, den Elektromotoren EM1, EM2 und dem Achsantrieb eingestellt werden.
-
Das Hybrid-Mehrstufengetriebe weist eine Getriebeeingangswelle 10 auf, die dazu vorgesehen ist, ein Antriebsmoment in das Hybrid-Mehrstufengetriebe einzuleiten. Die Getriebeeingangswelle 10 ist in montiertem Zustand drehfest mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbunden. Grundsätzlich kann der Getriebeeingangswelle 10 ein Schwingungsdämpfer vorgeschalten sein. Zur Anbindung der Elektromotoren EM1, EM2 umfasst das Hybrid-Mehrstufengetriebe zwei Rotoranbindungselemente 13, 14, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils permanent drehfest mit einem Rotor des entsprechenden Elektromotors EM1, EM2 verbunden sind oder die zumindest teilweise einstückig mit dem Rotor ausgebildet sind. Die Rotoranbindungselemente 13, 14 können auch abkoppelbar ausgestaltet sein, beispielsweise durch eine Kupplung oder einen Freilauf. Insbesondere ist es auch denkbar, zwischen den Rotoren der Elektromotoren EM1a, EM2a und den Rotoranbindungselementen 13a, 14a jeweils eine Übersetzungsstufe vorzusehen, beispielsweise in Form eines Stirnradantriebs, eines Planetenradsatzes, einer Kette oder eines Riementriebs. Grundsätzlich ist es weiter denkbar, dass an das Hybrid-Mehrstufengetriebe lediglich ein einzelner Elektromotor angebunden ist, oder dass auf eine Anbindung von Elektromotoren verzichtet wird.
-
Weiter weist das Hybrid-Mehrstufengetriebe eine Getriebeausgangswelle 11 auf, die dazu vorgesehen ist, ein Antriebsmoment aus dem Hybrid-Mehrstufengetriebe auszuleiten. Die Getriebeausgangswelle 11 ist permanent drehfest mit dem Achsantrieb des Kraftfahrzeugs verbunden. Der Getriebeausgangswelle 11 können unterschiedliche Module nachgeschaltet werden, mittels deren das aus dem Hybrid-Mehrstufengetriebe ausgeleitete Moment auf die Antriebsräder verteilt werden kann, wie beispielsweise ein Differentialgetriebe, das für einen Drehzahlausgleich zwischen den Antriebsrädern vorgesehen ist, oder ein Allradantriebsmodul, das das Antriebsmoment auf zwei verschiedene Antriebsachsen verteilt. Die Getriebeeingangswelle 10 und die Getriebeausgangswelle 11 können grundsätzlich beliebig zueinander angeordnet sein. Dabei ist insbesondere eine koaxiale Anordnung auf gegenüberliegenden Seiten des Hybrid-Mehrstufengetriebes vorteilhaft. Aber auch eine Anordnung auf der gleichen Seite des Hybrid-Mehrstufengetriebes ist denkbar. Beispielsweise kann durch eine Umordnung der Planetenradstufen P1, P2, P3 das Hybrid-Mehrstufengetriebe für einen Front-Quer-Einbau vorgesehen werden, bei dem ein Abtrieb zwischen den einzelnen Planetenradstufen P1, P2, P3 liegt.
-
Die erste Planetenradstufe P1 ist entlang der Hauptrotationsachse eingangsseitig angeordnet. Die erste Planetenradstufe P1 weist einen Einfachplanetenradsatz auf und umfasst ein erstes Sonnenrad P11, ein erstes Hohlrad P13 und einen ersten Planetenradträger P12. Der Planetenradträger P12 führt Planetenräder P14 auf einer Kreisbahn. Die Planetenräder P14 kämmen mit dem Sonnenrad P11 und mit dem Hohlrad P13. Die Planetenräder P14 sind drehbar auf dem Planetenradträger P12 gelagert.
-
Die zweite Planetenradstufe P2 ist entlang der Hauptrotationsachse mittig angeordnet. Die zweite Planetenradstufe P2 weist einen Doppelplanetenradsatz auf und umfasst ein zweites Sonnenrad P21, ein zweites Hohlrad P23 und einen zweiten Planetenradträger P22. Der Planetenradträger P22 führt Planetenräder P24, P25 auf einer Kreisbahn. Die paarweise angeordneten Planetenräder P24, P25 kämmen jeweils miteinander. Das innere Planetenrad P24 kämmt zudem mit dem Sonnenrad P21. Das äußere Planetenrad P25 kämmt zudem mit dem Hohlrad P23. Die Planetenräder P24, P25 sind drehbar auf dem Planetenradträger P22 gelagert, der für die zwei miteinander kämmenden Planetenräder P24, P25 vorgesehen ist.
-
Die dritte Planetenradstufe P3 ist entlang der Hauptrotationsachse ausgangsseitig angeordnet. Die dritte Planetenradstufe P3 weist einen Einfachplanetenradsatz auf und umfasst ein drittes Sonnenrad P31, ein drittes Hohlrad P33 und einen dritten Planetenradträger P32. Der Planetenradträger P32 führt Planetenräder P34 auf einer Kreisbahn. Die Planetenräder P34 kämmen mit dem Sonnenrad P31 und mit dem Hohlrad P33. Die Planetenräder P34 sind drehbar auf dem Planetenradträger P32 gelagert.
-
Die Schalteinheiten S2, S3, S4 sind als Kupplungen ausgebildet. Sie weisen jeweils zwei drehbar gelagerte Kopplungselemente S21, S22, S31, S32, S41, S42 auf. Die drei Schalteinheiten S2, S3, S4 sind jeweils dazu vorgesehen, ihr erstes Kopplungselement S21, S31, S41 und ihr zweites Kopplungselement S22, S32, S42 drehfest miteinander zu verbinden. Beide Kopplungselemente S21, S22, S31, S32, S41, S42 der jeweiligen Schalteinheit S2, S3, S4 sind dabei mit zumindest einem der Sonnenräder P11, P21, P31, einem der Planetenradträger P12, P22, P32 und/oder einem der Hohlräder P13, P23, P33 verbunden.
-
Die drei Schalteinheiten S1, S5, S6 sind als Bremsen ausgebildet. Sie weisen jeweils ein drehbar gelagertes erstes Kopplungselement S11, S51, S61 und ein drehfest mit dem Getriebegehäuse 12 verbundenes zweites Kopplungselement S12, S52, S62 auf. Die Schalteinheiten S1, S5, S6 sind jeweils dazu vorgesehen, ihr drehbares Kopplungselement S11, S51, S61 zu fixieren, indem sie es drehfest mit dem permanent drehfest angeordneten Kopplungselement S12, S52, S62 verbinden. Das erste Kopplungselement S11, S51, S61 der jeweiligen Schalteinheit S1, S5, S6 ist dabei mit zumindest einem der Sonnenräder P11, P21, P31, einem der Planetenradträger P12, P22, P32 und/oder einem der Hohlräder P13, P23, P33 verbunden. Das zweite Kopplungselement S12, S52, S62 der jeweiligen Schalteinheit S1, S5, S6 ist permanent drehfest mit dem Getriebegehäuse 12 verbunden.
-
In dem Ausführungsbeispiel sind drei der insgesamt sechs Schalteinheiten S1–S6 reibschlüssig ausgeführt. Sie weisen jeweils ein nicht näher dargestelltes Kupplungslamellenpaket auf, das zur Herstellung der drehfesten Verbindung zwischen den beiden Kopplungselementen S11–S62 der entsprechenden Schalteinheit S1–S6 vorgesehen ist. Die drei restlichen der insgesamt sechs Schalteinheiten S1–S6 sind dann rein formschlüssig ausgeführt. Sie umfassen jeweils eine nicht näher dargestellte Schiebemuffe, die zur Herstellung der drehfesten Verbindung zwischen jeweils zwei Kopplungselementen S11–S62 der entsprechenden Schalteinheit S1–S6 vorgesehen ist.
-
Grundsätzlich kann aber auch eine andere Anzahl der Schalteinheiten S1–6 rein reibschlüssig, rein formschlüssig oder reib- und formschlüssig ausgeführt sein. Insbesondere ist es auch denkbar, alle Schalteinheiten S1–S6 rein formschlüssig oder rein reibschlüssig auszuführen.
-
Die Schalteinheit S1 ist eingangsseitig der ersten Planetenradstufe P1 angeordnet. Die Schalteinheiten S2, S3, S4 sind zwischen der zweiten Planetenradstufe P2 und der dritten Planetenradstufe P3 angeordnet. Die Schalteinheit S5 ist in Höhe der dritten Planetenradstufe P3 angeordnet. Die Schalteinheit S6 ist im Bereich der ersten Planetenradstufe P1 angeordnet, kann aber auch entlang der Hauptrotationsachse verschoben werden. Die Schalteinheiten S1, S3, S4, S5, S6 sind außenliegend angeordnet. Die Schalteinheit S2 ist innenliegend angeordnet.
-
Zur Verbindung der Planetenradstufen P1, P2, P3 umfasst das Hybrid-Mehrstufengetriebe vier Zwischenwellen 15, 16, 17, 18. Die Zwischenwellen 15, 16, 17, 18 sind zur Übertragung eines Leistungsflusses zwischen den Planetenradstufen P1, P2, P3 vorgesehen. Sie sind jeweils mit zumindest zwei der Sonnenräder P11, P21, P31, Planetenradträger P12, P22, P32, Hohlräder P13, P23, P33 und/oder Kopplungselemente S11, S21, S22, S31, S32, S41, S42, S51, S61 permanent drehfest verbunden.
-
Die Getriebeeingangswelle 10 ist permanent drehfest mit dem ersten Hohlrad P13 und dem zweiten Hohlrad P23 verbunden. Die erste Zwischenwelle 15 verbindet das erste Sonnenrad P11, das erste Rotoranbindungselement 13 und das erste Kopplungselement S11 der ersten Schalteinheit S1 miteinander. Die zweite Zwischenwelle 16 verbindet den ersten Planetenradträger P12, das erste Kopplungselement S61 der sechsten Schalteinheit S6, das zweite Kopplungselement S22 der zweiten Schalteinheit S2, das zweite Kopplungselement S32 der dritten Schalteinheit S3 und das zweite Rotoranbindungselement 14 permanent drehfest miteinander. Die dritte Zwischenwelle 17 verbindet das zweite Sonnenrad P21, das erste Kopplungselement S31 der dritten Schalteinheit S3 und das erste Kopplungselement S41 der vierten Schalteinheit S4 permanent drehfest miteinander. Die vierte Zwischenwelle 18 verbindet das erste Kopplungselement S21 der zweiten Schalteinheit S2, den zweiten Planetenradträger P22 und das dritte Sonnenrad P31 permanent drehfest miteinander. Das dritte Hohlrad P33 ist permanent drehfest mit dem ersten Kopplungselement S51 der fünften Schalteinheit S5 verbunden. Die Getriebeausgangswelle 11 ist permanent drehfest mit dem zweiten Kopplungselement S42 der vierten Schalteinheit S4 und dem dritten Planetenradträger P32 verbunden. Das zweite Kopplungselement S12 der ersten Schalteinheit S1, das zweite Kopplungselement S52 der fünften Schalteinheit S5 und das zweite Kopplungselement S62 der sechsten Schalteinheit S6 sind permanent drehfest mit dem Getriebegehäuse 12 verbunden.
-
Die erste Zwischenwelle 15 ist insbesondere zur Anbindung des Rotoranbindungselements 13 für den ersten Elektromotor EM1 und zur Anbindung des Kopplungselements S41 eingangsseitig der ersten Planetenradstufe P1 radial nach außen geführt. Die zweite Zwischenwelle 16 ist eingangsseitig der ersten Planetenradstufe P1 an den ersten Planetenradträger P12 angebunden. Insbesondere zur Anbindung der Kopplungselemente S22, S32 ist die zweite Zwischenwelle 16 radial außen um die erste Planetenradstufe P1 und die zweite Planetenradstufe P2 herumgeführt. Die dritte Zwischenwelle 16 ist zur Anbindung des ersten Kopplungselements S31 der dritten Schalteinheit S3 axial zwischen der zweiten Planetenradstufe P2 und der dritten Planetenradstufe P3 radial nach außen geführt. Die vierte Zwischenwelle 18 ist zur Anbindung des ersten Kopplungselements S21 der zweiten Schalteinheit S2 zwischen der zweiten Planetenradstufe P2 und der dritten Planetenradstufe P3 radial nach außen geführt. Zur Anbindung des dritten Sonnenrads P31 ist die vierte Zwischenwelle 18 zwischen der ersten Planetenradstufe P1 und der zweiten Planetenradstufe P2 radial nach innen geführt und durchsetzt das zweite Sonnenrad P21. Die Getriebeausgangswelle 11 durchsetzt zur Anbindung des zweiten Kopplungselements S42 der vierten Schalteinheit S4 den dritten Planetenradträger P32.
-
In 2 ist dargestellt, durch Schließen welcher der einzelnen Schalteinheiten S1–S6 die verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegänge V1–V6, die elektromotorischen Vorwärtsgetriebegänge E1, E2 und die EVT-Fahrbereiche EVT1–EVT4 geschaltet werden können. Die verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegänge V1, V3, V4, V5, V6 werden durch Schließen von jeweils drei der sechs Schalteinheiten S1–S6 gebildet. Der verbrennungsmotorische Vorwärtsgetriebegange V2 wird durch Schließen von zwei der sechs Schalteinheiten S1–S6 gebildet. Die elektromotorischen Vorwärtsgetriebegänge E1, E2 werden jeweils durch Schließen zwei der sechs Schalteinheiten S1–S6 gebildet. Die Schalteinheiten S1, S6 sind in sämtlichen elektromotorischen Vorwärtsgetriebegängen E1, E2 geöffnet. Die EVT-Fahrbereiche EVT1–EVT4 werden jeweils durch Schließen von zwei der sechs Schalteinheiten S1–S6 gebildet. Die Schalteinheiten S1, S6 sind in sämtlichen EVT-Fahrbereichen EVT1–EVT4 geöffnet. In dem verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegang V2 kann zusätzlich zu den erforderlichen Schalteinheiten S4, S5 noch eine weitere der Schalteinheiten S1, S2, S3, S6 geschlossen werden, beispielsweise um in einer entsprechenden Schaltstrategie eine Schaltflexibilität zu erhöhen.
-
Zur Erhöhung einer Schaltflexibilität sind zusätzlich zu den verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegängen V1–V6 drei weitere verbrennungsmotorische Vorwärtsgetriebegänge V0, V1', V2' bildbar. Eine Getriebegangübersetzung des verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegangs V0 ist größer als eine Getriebegangübersetzung des ersten verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegangs V1. Eine Getriebegangübersetzung des verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegangs V1' liegt zwischen der Getriebegangübersetzung des ersten verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegangs V1 und einer Getriebegangübersetzung des zweiten verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegangs V2. Eine Getriebegangübersetzung des verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegangs V2' liegt zwischen der Getriebegangübersetzung des zweiten verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegangs V2 und einer Getriebegangübersetzung des dritten verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegangs V3.
-
In den verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegängen V1–V6, den elektromotorischen Vorwärtsgetriebegängen E1, E2 und den EVT-Fahrbereichen EVT1–EVT4 hängen Drehzahlen und Leistungsflüsse von einem aktuell vorliegenden Betriebspunkt ab. In den verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegängen V1–V6 sind die Elektromotoren EM1, EM2 für eine Boost-Funktion und eine Rekuperation vorgesehen. Weiter ist in den verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegängen V1–V6 eine rein verbrennungsmotorische Fahrt möglich. In den elektrischen Vorwärtsgetriebegängen E1, E2 ist insbesondere der zweite Elektromotor EM2 als Antriebsmotor vorgesehen. In den elektromotorischen Vorwärtsgetriebegängen E1, E2 ist zudem ein Start des Verbrennungsmotors möglich. Der Start des Verbrennungsmotors kann in den elektromotorischen Vorwärtsgetriebegängen E1, E2 rückwirkungsfrei erfolgen, indem lediglich ein Teil der von dem oder den Elektromotoren EM1, EM2 abgegebenen Leistung an den Verbrennungsmotor geleitet wird.
-
In den EVT-Fahrbereichen EVT1–EVT4 stellen sich Drehzahlen und Leistungsflüsse insbesondere in Abhängigkeit von einer Leistung ein, die von den Elektromotoren EM1, EM2 abgegeben oder aufgenommen wird. In den EVT-Fahrbereichen EVT1–EVT4 ist ein Drehzahlverhältnis zwischen der Getriebeeingangswelle 10 und der Getriebeausgangswelle 11 mittels der Elektromotoren EM1, EM2 zumindest in Teilbereichen stufenlos verstellbar. Dazu wird in den EVT-Fahrbereichen EVT1–EVT4 vorzugsweise jeweils einer der Elektromotoren EM1, EM2 als Generator betrieben, während der andere Elektromotor EM1, EM2 eine Antriebsleistung bereitstellt. In den EVT-Fahrbereichen EVT1–EVT4 wird je nach Betriebszustand eine elektrische Leistung aus einer Batterie entnommen oder es wird der Batterie elektrische Leistung zugeführt. Die EVT-Fahrbereiche EVT1–EVT4 ermöglichen zudem zumindest teilweise ein Anfahren aus einem Fahrzeugstillstand bei laufendem Verbrennungsmotor, d. h. bei geeigneter Drehzahl der Rotoranbindungselemente 13, 14 weist die Getriebeeingangswelle 10 eine Drehzahl ungleich Null auf, während gleichzeitig die Getriebeausgangswelle 11 eine Drehzahl von Null aufweist. Durch eine Veränderung der Drehzahlen der Rotoranbindungselemente 13, 14 kann dann die Drehzahl der Getriebeausgangswelle 11 verändert werden. Zudem sind die EVT-Fahrbereiche EVT1–EVT4 zumindest teilweise für eine leistungsneutrale Fahrt vorgesehen, d. h. einer der Elektromotoren EM1, EM2 läuft in einem Generatorbetrieb und stellt dabei eine Leistung, die von dem anderen der Elektromotoren EM1, EM2 aufgenommen wird, vollständig bereit. Mittels zumindest eines Teils der EVT-Fahrbereiche EVT1–EVT4 ist zudem ein Rückwärtsgetriebegang darstellbar. Die EVT-Fahrbereiche EVT1–EVT4 sind dabei zum Teil insbesondere ohne Drehzahlsprünge und/oder Leistungssprünge schaltbar, was sich positiv auf einen Schaltkomfort auswirkt.
-
Auf die Schalteinheit S6 kann grundsätzlich auch verzichtet werden. Die Schalteinheit S6 ist insbesondere zur Bildung des verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegangs V6 vorgesehen. In einer Ausgestaltung ohne die Schalteinheit S6 wären somit zumindest die fünf verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegänge V1–V5, die zwei elektromotorischen Vorwärtsgetriebegänge E1, E2 und die vier EVT-Fahrbereiche EVT1–EVT4 bildbar.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Getriebeeingangswelle
- 11
- Getriebeausgangswelle
- 12
- Getriebegehäuse
- 13
- Rotoranbindungselement
- 14
- Rotoranbindungselement
- 15
- Zwischenwelle
- 16
- Zwischenwelle
- 17
- Zwischenwelle
- 18
- Zwischenwelle
- P1
- Planetenradstufe
- P11
- Sonnenrad
- P12
- Planetenradträger
- P13
- Hohlrad
- P14
- Planetenrad
- P2
- Planetenradstufe
- P21
- Sonnenrad
- P22
- Planetenradträger
- P23
- Hohlrad
- P24
- Planetenrad
- P25
- Planetenrad
- P3
- Planetenradstufe
- P31
- Sonnenrad
- P32
- Planetenradträger
- P33
- Hohlrad
- P34
- Planetenrad
- S1
- Schalteinheit
- S11
- Kopplungselement
- S12
- Kopplungselement
- S2
- Schalteinheit
- S21
- Kopplungselement
- S22
- Kopplungselement
- S3
- Schalteinheit
- S31
- Kopplungselement
- S32
- Kopplungselement
- S4
- Schalteinheit
- S41
- Kopplungselement
- S42
- Kopplungselement
- S5
- Schalteinheit
- S51
- Kopplungselement
- S52
- Kopplungselement
- S6
- Schalteinheit
- S61
- Kopplungselement
- S62
- Kopplungselement
- EM1
- Elektromotor
- EM2
- Elektromotor
- E1, E2
- Vorwärtsgetriebegang
- V0–V6
- Vorwärtsgetriebegang
- EVT1–EVT4
- EVT-Fahrbereich
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
