DE102013211591A1

DE102013211591A1 - Anordnung aus einem Getriebe und einer elektrischen Maschine für einen Hybridantrieb und Hybridantrieb

Info

Publication number: DE102013211591A1
Application number: DE201310211591
Authority: DE
Inventors: Johannes Kaltenbach; Timo WEHLEN; Michael Roske
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2013-06-20
Filing date: 2013-06-20
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2033-06-21
Also published as: DE102013211591B4; CN104228542B; CN104228542A; US9776498B2; US20140373675A1

Abstract

Anordnung aus einem Getriebe (4) und einer elektrischen Maschine (3) für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs, wobei das Getriebe (4) als mehrstufiges Schaltgetriebe mit zwei Teilgetrieben (5, 6), die jeweils eine separate Eingangswelle (7, 8) und eine gemeinsame Ausgangswelle (9) aufweisen, ausgebildet ist, wobei beide Eingangswellen (7, 8) über formschlüssige Schaltelemente der Teilgetriebe (5, 6) mit der gemeinsamen Ausgangswelle (9) koppelbar sind, wobei einer ersten Eingangswelle (7) eines ersten Teilgetriebes (5) eine erste schaltbare Kupplung (12) derart zugeordnet ist, dass der Verbrennungsmotor (2) über die erste schaltbare Kupplung (12) an die erste Eingangswelle (7) des ersten Teilgetriebes (5) koppelbar ist, wobei einer zweiten Eingangswelle (8) eines zweiten Teilgetriebes (6) eine zweite schaltbare Kupplung (13) derart zugeordnet ist, dass die elektrische Maschine (3) über die zweite schaltbare Kupplung (13) an die zweite Eingangswelle (8) des zweiten Teilgetriebes (6) koppelbar ist, und wobei die elektrische Maschine (3) über eine dritte schaltbare Kupplung (14) an den Verbrennungsmotor (2) und über eine vierte schaltbare Kupplung (15) an die erste Eingangswelle (7) des ersten Teilgetriebes (5) koppelbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung aus einem Getriebe und einer elektrischen Maschine für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs.
Aus der DE 198 50 549 A1 ist ein Kraftfahrzeug mit einem Hybridantrieb bekannt, wobei der Hybridantrieb einen Verbrennungsmotor, eine oder mehrere elektrische Maschinen und ein als Doppelkupplungsgetriebe ausgebildetes Getriebe umfasst. Das Getriebe des Hybridantriebs der DE 198 50 549 A1 verfügt über zwei Teilgetriebe, die jeweils eine separate Eingangswelle und eine gemeinsame Ausgangswelle aufweisen. Die Teilgetriebe verfügen über formschlüssige Schaltelemente, über die beide Eingangswellen selektiv mit der gemeinsamen Ausgangswelle gekoppelt werden können. Nach diesem Stand der Technik ist jeder Eingangswelle eine reibschlüssige, schaltbare Kupplung zugeordnet ist, um den Verbrennungsmotor an die jeweilige Eingangswelle des jeweiligen Teilgetriebes anzukoppeln.
Aus der DE 10 2005 035 328 A1 ist ein weiteres Kraftfahrzeug mit einem Hybridantrieb bekannt, wobei der Hybridantrieb einen Verbrennungsmotor, mehrere elektrische Maschinen und ein als Doppelkupplungsgetriebe ausgestaltetes Getriebe umfasst. Auch nach diesem Stand der Technik ist jeder der beiden Eingangswellen des Doppelkupplungsgetriebes eine reibschlüssige, schaltbare Kupplung zugeordnet.
Nach der DE 198 50 549 A1 und der DE 10 2005 035 328 A1 sind die beiden Teilgetriebe des jeweiligen als Doppelkupplungsgetriebe ausgebildeten Getriebes in allen Gängen entkoppelt. Demgegenüber ist aus der DE 10 2009 002 354 A1 ein als Doppelkupplungsgetriebe ausgebildetes Getriebe bekannt, dessen Teilgetriebe unter Bereitstellung mindestens eines Windungsgangs über ein als Windungsschaltelement ausgebildetes Schaltelement verkoppelbar sind.
Mit den aus dem Stand der Technik bekannten Hybridantrieben bzw. Anordnungen aus einem Getriebe und einer elektrischen Maschine für einen Hybridantrieb sind bereits in gewissem Umfang antriebsseitige Funktionen realisierbar.
Es besteht jedoch Bedarf daran, eine Anordnung aus einem Getriebe und einer elektrischen Maschine für einen Hybridantrieb sowie einen Hybridantrieb mit einer solchen Anordnung so zu verbessern, dass mit nur einer einzigen elektrischen Maschine die Anzahl und Art der bereitstellbaren Funktionen erhöht werden kann, so dass sich ein komfortabler und dynamischer Fahrbetrieb und ein guter Wirkungsgrad realisieren lassen. Insbesondere soll auch dann, wenn ein mit der elektrischen Maschine zusammenwirkender elektrischer Energiespeicher entladen ist, eine gute Funktionsfähigkeit gewährleistet sein.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine neuartige Anordnung aus einem Getriebe und einer elektrischen Maschine für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs und einen neuartigen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung aus einem Getriebe und einer elektrischen Maschine für einen Hybridantrieb gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist die elektrische Maschine über eine dritte schaltbare Kupplung an den Verbrennungsmotor und über eine vierte schaltbare Kupplung an die erste Eingangswelle des ersten Teilgetriebes koppelbar.
Die erfindungsgemäße Anordnung aus einem Getriebe und einer elektrischen Maschine für einen Hybridantrieb ermöglicht es, mit nur einer einzigen elektrischen Maschine die Anzahl und Art der an einem Hybridfahrzeug bereitstellbaren Funktionen zu erhöhen, so dass sich ein komfortabler und dynamischer Fahrbetrieb und ein guter Wirkungsgrad realisieren lassen, und zwar auch dann, wenn ein mit der elektrischen Maschine zusammenwirkender elektrischer Energiespeicher entladen ist.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäße Anordnung aus einem Getriebe und einer elektrischen Maschine für einen Hybridantrieb besteht darin, dass die Erfindung sowohl bei einen Getriebe, dessen beiden Teilgetriebe in allen Gängen entkoppelt sind, als auch bei einem Getriebe, dessen Teilgetriebe unter Bereitstellung mindestens eines Windungsgangs über ein als Windungsschaltelement ausgebildetes Schaltelement verkoppelbar sind, genutzt werden kann.
Vorzugsweise ist die erste schaltbare Kupplung, über welche der Verbrennungsmotor an die erste Eingangswelle des ersten Teilgetriebes koppelbar ist, als reibschlüssige Kupplung ausgebildet, wohingegen die dritte schaltbare Kupplung, über welche die elektrische Maschine an den der Verbrennungsmotor koppelbar ist, als formschlüssige Kupplung ausgebildet ist. Diese Ausführung der erste Kupplung und der dritten Kupplung ist zur Vergrößerung der Anzahl der bereitstellbaren antriebsseitigen Funktionen bei möglichst geringen Schleppverlusten und möglichst geringem Bauraumbedarf von Vorteil.
Nach einer ersten, besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die zweite schaltbare Kupplung, über welche die elektrische Maschine an die zweite Eingangswelle des zweiten Teilgetriebes koppelbar ist, als reibschlüssige Kupplung ausgebildet, wohingegen die vierte schaltbare Kupplung, über welche die elektrische Maschine an die erste Eingangswelle des ersten Teilgetriebes koppelbar ist, als formschlüssige Kupplung ausgebildet ist, wobei die dritte Kupplung und die vierte Kupplung vorzugsweise als Doppelschaltelement ausgebildet sind.
Mit dieser ersten Weiterbildung der Erfindung, die zwei formschlüssige Kupplungen und zwei reibschlüssige Kupplungen nutzt, kann die Anzahl der bereitstellbaren antriebsseitigen Funktionen bei möglichst geringen Schleppverlusten und möglichst geringem Bauraumbedarf maximiert werden.
Nach einer zweiten, alternativen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die zweite schaltbare Kupplung, über welche die elektrische Maschine an die zweite Eingangswelle des zweiten Teilgetriebes koppelbar ist, und die vierte schaltbare Kupplung, über welche die elektrische Maschine an die erste Eingangswelle des ersten Teilgetriebes koppelbar ist, jeweils als reibschlüssige Kupplungen ausgebildet sind.
Mit dieser zweiten Weiterbildung der Erfindung, die eine formschlüssige Kupplungen und drei reibschlüssige Kupplungen nutzt, kann die Anzahl der bereitstellbaren antriebsseitigen Funktionen ebenfalls maximiert werden, gegenüber der ersten Weiterbildung der Erfindung bestehen jedoch erhöhte Schleppverluste und erhöhter Bauraumbedarf.
Nach einer dritten, ebenfalls alternativen vorteilhaften Weiterbildung sind die zweite schaltbare Kupplung, über welche die elektrische Maschine an die zweite Eingangswelle des zweiten Teilgetriebes koppelbar ist, und die vierte schaltbare Kupplung, über welche die elektrische Maschine an die erste Eingangswelle des ersten Teilgetriebes koppelbar ist, jeweils als formschlüssige Kupplungen ausgebildet, wobei die dritte Kupplung und die vierte Kupplung vorzugsweise als Doppelschaltelement ausgebildet sind.
Mit dieser dritten Weiterbildung der Erfindung, die eine reibschlüssige Kupplungen und drei formschlüssige Kupplungen nutzt, können zwar Schleppverluste und Bauraumbedarf weiter reduziert werden, die Anzahl der bereitstellbaren antriebsseitigen Funktionen ist jedoch im Vergleich zu ersten Weiterbildung und zweiten Weiterbildung verringert.
Vorzugsweise sind das erste Teilgetriebe und das zweite Teilgetriebe des Getriebes unter Bereitstellung mindestens eines Windungsgangs über ein Windungsschaltelement verkoppelbar, wobei das erste Teilgetriebe und das zweite Teilgetriebe über das Windungsschaltelement insbesondere im ersten Vorwärtsgang verkoppelt sind. Durch die Nutzung von in mindestens einem Windungsgang verkoppelbaren Teilgetrieben kann die Anzahl der bereitstellbaren antriebsseitigen Funktionen weiter erhöht werden.
Der erfindungsgemäße Hybridantrieb ist in Anspruch 13 definiert.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1 ein Schema eines ersten erfindungsgemäßen Hybridantriebs eines Kraftfahrzeugs bzw. einer ersten erfindungsgemäßen Anordnung aus einem Getriebe und einer elektrischen Maschine für einen Hybridantrieb zusammen mit einem Verbrennungsmotor;
2 ein Schema eines zweiten erfindungsgemäßen Hybridantriebs eines Kraftfahrzeugs bzw. einer zweiten erfindungsgemäßen Anordnung aus einem Getriebe und einer elektrischen Maschine für einen Hybridantrieb zusammen mit einem Verbrennungsmotor;
3 ein Schema eines dritten erfindungsgemäßen Hybridantriebs eines Kraftfahrzeugs bzw. einer dritten erfindungsgemäßen Anordnung aus einem Getriebe und einer elektrischen Maschine für einen Hybridantrieb zusammen mit einem Verbrennungsmotor;
4 ein Schema eines vierten erfindungsgemäßen Hybridantriebs eines Kraftfahrzeugs bzw. einer vierten erfindungsgemäßen Anordnung aus einem Getriebe und einer elektrischen Maschine für einen Hybridantrieb zusammen mit einem Verbrennungsmotor; und
5 ein Schema eines fünften erfindungsgemäßen Hybridantriebs eines Kraftfahrzeugs bzw. einer fünften erfindungsgemäßen Anordnung aus einem Getriebe und einer elektrischen Maschine für einen Hybridantrieb zusammen mit einem Verbrennungsmotor.
1 bis 5 zeigen bevorzugte Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Hybridantriebs 1 eines Kraftfahrzeugs bzw. einer erfindungsgemäßen Anordnung für einen Hybridantrieb 1, wobei die Anordnungen zumindest jeweils ein Getriebe 4 und eine elektrische Maschine 3 umfassen, und wobei der jeweilige Hybridantrieb 1 zusätzlich zur jeweiligen Anordnung aus dem Getriebe 4 und der elektrischen Maschine 3 weiterhin einen Verbrennungsmotor 2 aufweist.
Das Getriebe 4 ist als mehrstufiges Schaltgetriebe mit zwei Teilgetrieben 5, 6 ausgebildet, wobei die beiden Teilgetriebe 5, 6 jeweils eine separate Eingangswelle 7, 8 und eine gemeinsame Ausgangswelle 9 aufweisen. Die Ausgangswelle 9 ist über ein Differentialrad 10 mit den Teilgetrieben 5 und 6 gekoppelt. Das Getriebe 4 verfügt gemäß 1 über mehrere zu Schaltpaketen 11 zusammengefasste, formschlüssige Schaltelemente A, B, C, D, E, F, G und H, über die jede der beiden Eingangswellen 7 und 8 an die Ausgangswelle 9 angekoppelt werden kann.
Bei dem in 1 bis 5 gezeigten Getriebe 4 mit den beiden Teilgetrieben 5 und 6 handelt es sich um ein Doppelkupplungsgetriebe, bei welchem das erste Teilgetriebe 5 und das zweite Teilgetriebe 6 unter Bereitstellung mindestens eines Windungsgangs über ein Windungsschaltelement verkoppelbar sind.
So können mit dem in 1 bis 5 gezeigten Getriebe 4 insgesamt sieben Vorwärtsgänge und zwei Rückwärtsgänge bereitgestellt werden, wobei es sich beim ersten Vorwärtsgang und beim ersten Rückwärtsgang jeweils um einen sogenannten Windungsgang handelt, in welchen die beiden Teilgetriebe 5, 6 über das Schaltelement G verkoppelt sind.
Die Funktionsweise und der Aufbau eines solchen Getriebes 4 mit Windungsgängen ist aus der DE 10 2009 002 354 A1 bekannt und bedarf daher keiner detaillierten Erläuterung.
Obwohl die Erfindung besonders bevorzugt in Kombination mit einem solchen Getriebe 4 genutzt werden kann, kann die Erfindung auch an einem Getriebe 4 mit zwei Teilgetrieben 5, 6 genutzt werden, die in allen Gängen entkoppelt sind.
Bei dem in 1 bis 4 gezeigten Getriebe 4 mit den beiden Teilgetrieben 5 und 6 handelt es sich lediglich um ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass im gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel die beiden Eingangswellen 7 und 8 der beiden Teilgetriebe 5 und 6 koaxial zueinander angeordnet sind. Dabei ist die zweite Eingangswelle 8 als Hohlwelle ausgeführt, welche die erste Eingangswelle 7 abschnittsweise konzentrisch umgibt. Im Unterscheid hierzu ist es jedoch auch möglich, dass die elektrische Maschine nicht koaxial angebunden ist, sondern achsversetzt zum Beispiel mit mindestens einer Stirnradstufe.
Es sei ferner an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die gezeigte Verteilung der Gänge auf die Teilgetriebe 5 und 6 sowie die verwendeten Radsätze im Getriebe rein exemplarischer Natur sind. Im Unterschied zu den gezeigten Ausführungsbeispielen kann das Getriebe auch Planetenradsätzen oder Planetenradsätze in Kombination mit Stirnradsätzen aufweisen.
Ferner sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass der Verbrennungsmotor 2 und die elektrische Maschine 3 auch an unterschiedlichen, sich gegenüberliegenden Seiten des Getriebes 4 positioniert sein können, wobei dann das Getriebe 4 zwischen der elektrischen Maschine 3 und dem Verbrennungsmotor 2 positioniert ist. Hierzu muss jedoch eine der Getriebeeingangswellen auf die andere Seite des Getriebes 4 geführt werden.
Der ersten Eingangswelle 7 des ersten Teilgetriebes 5 des Getriebes 4 ist eine erste schaltbare Kupplung 12 zugeordnet, nämlich derart, dass der Verbrennungsmotor 2 über die erste schaltbare Kupplung 12 an die erste Eingangswelle 7 des ersten Teilgetriebes 5 koppelbar ist. Bei dieser ersten schaltbaren Kupplung 12, über welche der Verbrennungsmotor 2 an die erste Eingangswelle 7 des ersten Teilgetriebes 5 koppelbar ist, handelt es sich um eine reibschlüssige Kupplung.
Der zweiten Eingangswelle 8 des zweiten Teilgetriebes 6 ist eine zweite schaltbare Kupplung 13 zugeordnet, nämlich derart, dass die elektrische Maschine 3 über die zweite schaltbare Kupplung 13 an die zweite Eingangswelle 8 des zweiten Teilgetriebes 6 koppelbar ist. In den besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen der 1 und 2 handelt es sich bei dieser zweiten schaltbaren Kupplung 13 ebenfalls um eine reibschlüssige Kupplung.
Zusätzlich zu der ersten schaltbaren Kupplung 12 und der zweiten schaltbaren Kupplung 13 sind erfindungsgemäß zwei weitere schaltbare Kupplungen vorgesehen, wobei die elektrische Maschine 3 über eine dritte schaltbare Kupplung 14 in den Verbrennungsmotor 2 und über eine vierte schaltbare Kupplung 15 an die erste Eingangswelle 7 des ersten Teilgetriebes 5 koppelbar ist.
In den besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen der 1 und 2 sind die dritte schaltbare Kupplung 14 und die vierte schaltbare Kupplung 15 jeweils als formschlüssige Kupplungen ausgebildet, sodass demnach in den besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen der 1 und 2 die erfindungsgemäße Anordnung zwei formschlüssige Kupplungen 14 und 15 und zwei reibschlüssige Kupplungen 12 und 13 aufweist.
Die Anordnung 1 für einen Hybridantrieb 1 weist demnach ein Getriebe 4 mit zwei Teilgetrieben 5 und 6, einer elektrische Maschine 3 sowie vier schaltbarne Kupplungen 12, 13, 14 und 15 auf, über welche die elektrische Maschine 3 und der Verbrennungsmotor 2 an die beiden Eingangswellen 7 und 8 der beiden Teilgetriebe 5 und 6 des Getriebes 4 sowie untereinander koppelbar sind.
Bei den bevorzugten Ausführungsbeispielen der 1 und 2 sind zwei schaltbare Kupplungen, nämlich die erste schaltbare Kupplung 12 und die zweite schaltbare Kupplung 13, jeweils als reibschlüssige Kupplungen und die beiden anderen schaltbaren Kupplungen, nämlich die dritte schaltbare Kupplung 14 und die vierte schaltbare Kupplung 15, jeweils als formschlüssige Kupplungen ausgeführt, wobei gemäß 1 und 2 die beiden formschlüssigen Kupplungen, also die dritte Kupplung 14 und die vierte Kupplung 15, als Doppelschaltelement 16 ausgeführt sind. Ein solches Doppelschaltelement verfügt über drei Schaltstellungen und kann über einen einzigen Aktuator betätigt werden.
Die beiden Ausführungsbeispiele der 1 und 2 unterscheiden sich dadurch, dass im Ausführungsbeispiel der 1 der erste Vorwärtsgang vom ersten Teilgetriebe 5 und der zweite Vorwärtsgang vom zweiten Teilgetriebe 6 des Getriebes 4 bereitgestellt wird, wohingegen im Ausführungsbeispiel der 2 das erste Teilgetriebe 5 den zweiten Vorwärtsgang und das zweite Teilgetriebe 6 den ersten Vorwärtsgang bereitstellt. Hierzu sind die Radsätze in den Teilgetrieben 4, 5 des Getriebes 4 gespiegelt.
Mit den Varianten der 1 und 2, können, wie nachfolgend noch im Detail beschrieben wird, die Anzahl der bereitstellbaren antriebsseitigen Funktionen maximiert werden, und zwar unter Reduzierung von Schleppverlusten im Getriebe sowie unter Minimierung des benötigten Bauraumbedarfs des Getriebes. Die Varianten der 1 und 2 sind daher besonders bevorzugt.
4 und 5 zeigen zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung, mit welchen ebenfalls die Anzahl der bereitstellbaren antriebsseitigen Funktionen maximiert werden kann, bei welchen jedoch im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 drei reibschlüssige, schaltbare Kupplungen und lediglich eine formschlüssige, schaltbare Kupplung Verwendung finden.
So sind in den Varianten der 4 und 5 in Übereinstimmung zu den Varianten der 1 und 2 die erste schaltbare Kupplung 12 und die zweite schaltbare Kupplung 13 jeweils als reibschlüssige Kupplungen und die dritte schaltbare Kupplung 14 jeweils als formschlüssige Kupplung ausgeführt, im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 ist jedoch die vierte schaltbare Kupplung 15, über welche die elektrische Maschine 3 an die erste Eingangswelle 7 des ersten Teilgetriebes 5 des Getriebes 4 koppelbar ist, als weitere reibschlüssige Kupplung ausgebildet.
Dadurch, dass in den Ausführungsbeispielen der 4 und 5 demnach drei reibschlüssige Kupplungen 12, 13 und 15 und lediglich eine formschlüssige Kupplung 14 der Anbindung des Verbrennungsmotors 2 und der elektrischen Maschine 3 an die Eingangswellen 7, 8 der beiden Teilgetriebe 5, 6 des Getriebes 4 sowie der Verkopplung von Verbrennungsmotor 2 und elektrischer Maschine 3 dient, verfügen die Ausführungsbeispiele der 4 und 5 im Vergleich zu den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 über erhöhte Schleppverluste und über einen erhöhten Bauraumbedarf.
Die Ausführungsbeispiele der 4 und 5 unterscheiden sich, wie die Ausführungsbeispiele der 1 und 2, lediglich dadurch, dass die Radsätze der Teilgetriebe 5 und 6 gespiegelt sind, sodass demnach im Ausführungsbeispiel der 4 das erste Teilgetriebe 5 den ersten Vorwärtsgang und das zweite Teilgetriebe 6 den zweiten Vorwärtsgang bereitstellt, wohingegen in der Variante der 5 das erste Teilgetriebe 5 den zweiten Vorwärtsgang und das zweite Teilgetriebe 6 den ersten Vorwärtsgang bereitstellt.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung zeigt 3, wobei im Ausführungsbeispiel der 3 die erste schaltbare Kupplung 12, über welche der Verbrennungsmotor 2 an die erste Eingangswelle 7 des ersten Teilgetriebes 5 koppelbar ist, als reibschlüssige Kupplung ausgeführt ist, wohingegen in 3 die zweite Kupplung 13, über welche die elektrische Maschine 3 an die zweite Eingangswelle 8 des zweiten Teilgetriebes 6 ankoppelbar ist, ebenso wie die dritte schaltbare Kupplung 14, über welche die elektrische Maschine 3 an den Verbrennungsmotor 2 ankoppelbar ist, sowie die vierte schaltbare Kupplung 15, über welche die elektrische Maschine 3 an die erste Eingangswelle 7 des ersten Teilgetriebes 5 ankoppelbar ist, jeweils als formschlüssige Kupplungen ausgeführt sind.
Im Ausführungsbeispiel der 3 werden demnach drei formschlüssige Kupplungen 13, 14 und 15 und eine reibschlüssige Kupplung 12 genutzt, um Verbrennungsmotor 2 und elektrische Maschine 3 an die Eingangswellen 7, 8 der Teilgetriebe 5, 6 des Getriebes 4 sowie Verbrennungsmotor 2 und elektrische Maschine 3 untereinander zu koppeln. Dabei sind die dritte schaltbare Kupplung 14 und die vierte schaltbare Kupplung 15 wieder als Doppelschaltelement 16 mit drei Schaltstellungen ausgeführt, welches von einem Aktuator betätigt werden kann.
Allen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen der 1 bis 5 ist gemeinsam, dass ein Getriebe 4 mit zwei Teilgetrieben 5 und 6 zum Einsatz kommt, wobei die beiden Teilgetriebe 5 und 6 getrennte Eingangswellen 7 und 8 und eine gemeinsame Ausgangswelle 9 aufweisen. Der Verbrennungsmotor 2 ist über eine erste schaltbare Kupplung 12, die jeweils als reibschlüssige Kupplung ausgebildet ist, an die erste Eingangswelle 7 des ersten Teilgetriebes 5 ankoppelbar, wobei eine antriebsseitige Kupplungshälfte dieser ersten Kupplung 12 an den Verbrennungsmotor 2 und eine abtriebsseitige Kupplungshälfte dieser Kupplung 12 an die erste Getriebeeingangswelle 7 des ersten Teilgetriebes 5 angebunden ist. Zwischen die antriebsseitige Kupplungshälfte der ersten Kupplung 12 und den Verbrennungsmotor 2 kann noch ein Schwingungsdämpfer geschaltet sein. Eine dritte schaltbare Kupplung 13 dient der Ankopplung der elektrischen Maschine 3 unmittelbar an den Verbrennungsmotor 2, wobei diese dritte schaltbare Kupplung 14 in allen Ausführungsbeispielen als formschlüssige Kupplung ausgebildet ist. Ferner sind in allen Ausführungsbeispielen die zweite schaltbare Kupplung 13, die der Anbindung der elektrischen Maschine 3 an die zweite Eingangswelle 8 des zweiten Teilgetriebes 6 dient, sowie die vierte schaltbare Kupplung 15, die der Anbindung der elektrischen Maschine 3 an die erste Eingangswelle 7 des ersten Teilgetriebes 5 dient, vorhanden, wobei die zweite schaltbare Kupplung 13 und die vierte schaltbare Kupplung 15 abhängig von den gezeigten Ausführungsbeispielen entweder als formschlüssige Kupplung oder als reibschlüssige Kupplung ausgebildet ist. Eine antriebsseitige Kupplungshälfte der zweiten schaltbaren Kupplung 13 ist stets an die elektrische Maschine 3 und eine abtriebsseitige Kupplungshälfte der zweiten schaltbaren Kupplung 13 ist stets an die zweite Getriebeeingangswelle 8 des zweiten Teilgetriebes 6 angebunden. Über die dritte schaltbare Kupplung 14 kann die antriebsseitige Kupplungshälfte der ersten schaltbaren Kupplung 12 an die antriebsseitige Kupplungshälfte der zweiten schaltbaren Kupplung 13 gekoppelt werden. Über die vierte schaltbare Kupplung 15 kann die antriebsseitige Kupplungshälfte der zweiten schaltbaren Kupplung 13 an die abtriebsseitige Kupplungshälfte der ersten schaltbaren Kupplung 12 angebunden werden.

Nachfolgend sei auf die in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellten Funktionalitäten, die in der jeweiligen Ausführungsform der Erfindung vollständig oder teilweise bereitgestellt werden können, kurz eingegangen. Ein x zeigt an, dass die jeweilige Funktion bereitgestellt werden kann.

	Variante Fig. 1	Variante Fig. 2	Variante Fig. 3	Variante Fig. 4	Variante Fig. 5
EM als Lastschaltelement	x	x	x	x	x
E-Fahren ohne Schleppverluste	x	x	x	-	-
Anfahren aus Ladebetrieb im ersten Gang	x	x	x	x	x
TowStart	x	x	x	x	x
Towstart mit Übersetzung zum VM	x	x	x	x	x
DriveStart	x	x	-	x	x
E-Lastschaltung Varainte 1	x	x	-	x	x
E-Lastschaltung Varainte 2	-	-	-	x	x
Abwürgeschutz Notbremsung	x	x	x	x	x
VM-Anfahren	x	x	x	x	x
VM-Notbetrieb ohne mitdrehende EM	x	x	x	x	x
E-Fahren über rutschende Kupplung	x	x	-	x	x
VM-Lastschaltung	x	x	-	x	x
Gangwahl VM und EM unabhängig	x	x	x	x	x

Bei der Funktion "EM als Lastschaltelement" kann im Hybridantrieb, also dann, wenn mit dem Verbrennungsmotor 2 und der elektrischen Maschine (EM) 3 gefahren wird, eine Lastschaltung mit wechselseitiger Stützung des Abtriebsmoments ausgeführt werden. Wenn im ersten Teilgetriebe 5 geschaltet wird, kann die elektrische Maschine 3 das Abtriebsmoment über das zweite Teilgetriebe 6 stützen. Dann, wenn im zweiten Teilgetriebe 6 eine Schaltung ausgeführt wird, kann der Verbrennungsmotor 2 das Abtriebsmoment über das erste Teilgetriebe 5 stützen. Während der Ausführung dieser Schaltungen fällt an Reibschaltelementen kein Energieverlust infolge einer Reibleistung an.
Bei der Funktion "E-Fahren ohne Schleppverluste" sollen beim rein elektrischen Fahren über die elektrische Maschine (EM) 3 bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor 2 keine Schleppverluste an einer Reibkupplung auftreten. Dies ist dann möglich, wenn zum Abtrennen des Verbrennungsmotors 2 eine formschlüssige Kupplung vorhanden ist. Die Schaltelemente innerhalb der beiden Teilgetriebe 5 und 6 sind in den gezeigten Ausführungsbeispielen formschlüssig ausgeführt. Die Funktion "E-Fahren ohne Schleppverluste" ist insbesondere bei sogenannten Plug-In-Hybriden mit hohem elektrischen Fahranteil von Bedeutung.
In der Funktion "Anfahren aus Ladebetrieb im ersten Gang" muss die elektrische Maschine 3 bei leerem Energiespeicher generatorisch arbeiten, um elektrische Leistung für elektrische Verbraucher des Hybridfahrzeugs bereitzustellen, wie zum Beispiel für eine elektrisch betriebene Klimaanlage. In diesem Fall müssen Verbrennungsmotor 2 und elektrische Maschine 3 gekoppelt sein. Ist dies im Stillstand des Hybridfahrzeugs oder nahe des Stillstands erforderlich, muss trotzdem eine verzögerungsfreie Anfahrt gewährleistet werden können. Hierzu ist zwischen dem Verbund aus Verbrennungsmotor 2 und elektrischer Maschine 3 und einem der Teilgetriebe 5, 6 des Getriebes 4 eine reibschlüssige Kupplung erforderlich, über die dann verzögerungsfrei ein Anfahrmoment aufgebracht werden kann.
Bei der Funktion "Anfahren aus Ladebetrieb im ersten Gang" ist in den Varianten der 1, 3, 4 die elektrische Maschine 3 über die dritte Kupplung 14 mit dem Verbrennungsmotor 2 gekoppelt, wobei im ersten Teilgetriebe 5 der erste Gang und damit im zweiten Teilgetriebe 5 in Folge dessen, dass der erste Gang ein Windungsgang ist, im zweiten Teilgetriebe 6 der zweite Gang eingelegt. Daher ist die elektrische Maschine 3 vom zweiten Teilgetriebe 6 durch geöffnete zweite Kupplung 13 abgekoppelt, wobei das Anfahren über die erste Kupplung 12 erfolgt. In den Varianten der 2, 5 ist hierbei im zweiten Teilgetriebe 6 der erste Gang und damit im ersten Teilgetriebe 6 der zweite Gang eingelegt.
Bei der Funktion "Towstart" wird während elektrischer Fahrt der Verbrennungsmotor 2 über eine reibschlüssige Kupplung angeschleppt. Über die elektrische Maschine 3 kann dieses Anschleppmoment ausgeglichen werden, so dass dann der Towstart am Abtrieb nicht spürbar ist.
Bei der Funktion "Towstart mit Übersetzung zum VM" ist der Verbrennungsmotor (VM) 2 zum Abtrieb hin länger übersetzt als die elektrische Maschine 3. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die elektrische Maschine 3 und der Verbrennungsmotor 2 beim Anschleppen des Verbrennungsmotors 2 nicht an dasselbe Teilgetriebe angekoppelt sind, sondern unterschiedliche Teilgetriebe nutzen. Bei dem Teilgetriebe, welches der Verbrennungsmotor nutzt, ist dann ein höherer Gang bzw. eine kleinere Übersetzung eingelegt als in dem Teilgetriebe, welches die elektrische Maschine 3 nutzt. Dies verfügt über den Vorteil, dass an der Kupplung, mit welcher der Verbrennungsmotor 2 gestartet wird, eine geringere Drehzahldifferenz vorliegt. Dadurch kann die Verlustleistung an dieser Kupplung reduziert werden. Die elektrische Maschine 3 muss dann weniger Moment ausgleichen, weil die elektrische Maschine 3 zum Abtrieb hin höher übersetzt ist.
Die Funktion "Drivestart" verhält sich grundsätzlich wie die Funktion "Towstart", jedoch mit einer zusätzlichen Drehmomententkopplung zum Abtrieb 9. Die Drehmomententkopplung zum Antrieb erfolgt mit einer im Schlupf betriebenen reibschlüssigen Kupplung. Die Drehzahldifferenz an dieser Reibkupplung wird mit der elektrischen Maschine 3 geregelt. Für Funktion "Drivestart" ist eine reibschlüssige Kupplung zwischen der elektrischen Maschine 3 und dem Verbrennungsmotor 2 sowie eine reibschlüssige Kupplung zwischen der elektrischen Maschine 3 und dem ersten Teilgetriebe 5 erforderlich.
In den Funktionen "E-Lastschaltung Variante 1" und "E-Lastschaltung Variante 2" sind bei rein elektrischer Fahrt und demnach bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor 2 Lastschaltungen über reibschlüssige Kupplungen möglich. Dadurch können Gänge des Getriebes 4 auch im rein elektrischen Betrieb ohne Zugkraftunterbrechung geschaltet werden.
In der Funktion "E-Lastschaltung Variante 1" ist nur ein Gangwechsel als Lastschaltung möglich, nämlich dann, wenn für die elektrische Maschine nur eine Lastschaltkupplung verfügbar ist. In der Funktion "E-Lastschaltung Variante 2" sind alle Gänge lastschaltbar, nämlich dann, wenn für die elektrische Maschine zwei Lastschaltkupplungen verfügbar sind.
Die Funktion "E-Lastschaltung Variante 2" ist in den Varianten der 4 und 5 nutzbar, wobei in der Variante der 4 die erste Kupplung 12 und die dritte Kupplung 14 geöffnet sind sowie die zweite Kupplung 13 und die vierte Kupplung 15 als Doppelkupplung für die elektrische Maschine 3 wirken, wobei dann alle Gänge im rein elektrischen Betrieb voll lastschaltbar sind. In der Variante der 5 sind hierzu die zweite Kupplung 13 und die dritte Kupplung 14 geöffnet, wobei die erste Kupplung 12 und die vierte Kupplung 15 als Doppelkupplung für die elektrische Maschine 3 wirken, wobei dann wiederum alle Gänge im rein elektrischen Betrieb voll lastschaltbar sind.
Die Funktion "Abwürgeschutz bei Notbremsung" kann nur dann realisiert werden, wenn im Kraftschluss vom Verbrennungsmotor 2 zum Abtrieb hin eine reibschlüssige Kupplung vorgesehen ist, da eine reibschlüssige Kupplung auch unter Last geöffnet werden kann. Eine formschlüssige Kupplung ließe sich in diesem Fall nicht ohne weiteres Öffnen und der Verbrennungsmotor 2 könnte abgewürgt werden.
Bei der Funktion "VM-Anfahren" ist ein verbrennungsmotorisches Anfahren über eine reibschlüssige Kupplung ohne Unterstützung über die elektrische Maschine 3 möglich. Das Anfahrmoment des Verbrennungsmotors (VM) 2 und der elektrischen Maschine 3 kann so bei einem leistungsorientierten Betrieb summiert bzw. kumuliert werden. Hierzu ist eine reibschlüssige Kupplung in Kraftfluss vom Verbrennungsmotor 2 zu einem der beiden Teilgetriebe 5 bzw. 6 erforderlich. Diese Funktion ist auch als Notbetrieb hilfreich, zum Beispiel dann, wenn eine Leistungselektronik der elektrischen Maschine ausfällt.
Die Funktion "VM-Notbetrieb ohne mitdrehende EM" ermöglicht ein rein verbrennungsmotorisches Anfahren bzw. Fahren. Diese Funktion ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die elektrische Maschine 3 in ihrem Rotor Permanentmagneten aufweist, da ansonsten bei mitdrehendem Rotor eine Spannung induziert werden würde.
Die Funktion "E-Fahren über rutschende Kupplung" ist zur Vermeidung des sogenannten Derating bei stillstehender elektrischer Maschine 3 bzw. bei sehr niedrigen Drehzahlen der elektrischen Maschine 3 von Vorteil. Dann, wenn die Drehzahl des Rotors der elektrischen Maschine 3 zu gering ist, werden insbesondere bei Synchronmaschinen im Wechselrichter Leistungshalbteiler immer mit derselben Phase belastet, so dass das Drehmoment aus thermischen Gründen nach einer bestimmten Zeit abgeregelt werden muss. Dieser Effekt des Deratings kann vermieden werden.
Über die Funktion "VM-Lastschaltung" können konventionelle Lastschaltungen im Hybridbetrieb über die Reibkupplungen dargestellt werden. In den Varianten der 1, 2, 4, 5 ist hierzu die dritte Kupplung 14 dauerhaft geschlossen, wobei dann die ersten Kupplung 12 und die zweite Kupplung 13 wie eine konventionelle Doppelkupplung für den Verbrennungsmotor 2 wirken.
In der Funktion "Gangwahl VM und EM unabhängig" können im Hybridbetrieb für Verbrennungsmotor (VM) 2 und elektrische Maschine (EM) 3 teilweise andere Übersetzungen gewählt werden, nämlich der Art, dass sowohl Verbrennungsmotor 2 und elektrische Maschine 3 in ihrem optimalen Betriebspunkt betrieben werden.
Die formschlüssigen, getriebeinternen Schaltelemente A, B, C, D, E, F, G, H sowie die getriebeexternen Kupplungen 13, 14 und 15 im Falle einer formschlüssigen Ausgestaltung derselben müssen zum Schließen synchronisiert werden, wobei ein formschlüssiges Schaltelement zum Beispiel mit einer eigenen konventionellen Synchronisierung über Synchronringe ausgestattet sein kann. Alternativ ist es möglich, eine Zentralsynchronisierung vorzusehen, zum Beispiel durch Abbremsen einer entsprechenden Welle über eine Getriebebremse, durch Beschleunigen einer entsprechenden Welle über einen Motoreingriff des Verbrennungsmotors 2 oder über eine Zentralsynchronisierung mit Hilfe der elektrischen Maschine 3. Grundsätzlich können in den Varianten der 1 bis 5 sämtliche bekannten Synchronisierungsverfahren bzw. Synchronisierungsmethoden zum Einsatz kommen.
In der Variante der 2 ist es von Vorteil, die Schaltelemente C und D sowie die dritte Kupplung 14 ohne Synchronisierung als Klauenkupplungen auszuführen, die aktiv mit der elektrischen Maschine 3 synchronisiert werden.
Das Schaltelement G ist in 2 synchronisiert auszuführen, da mit dem Schaltelement G der erste Vorwärtsgang sowie der erste Rückwärtsgang geschaltet wird. Daher kann die elektrische Maschine 3 das Schaltelement G nicht während eines Ladebetriebs bzw. Generatorbetriebs bei geschlossener dritter Kupplung 14 synchronisieren.
Das Schaltelement H ist in 2 ebenfalls vorteilhaft synchronisiert auszuführen, da beim rein elektrischen Fahren im zweiten Gang, bei welchem das Schaltelement A und die vierte Kupplung 15 geschlossen sind, zur Vorwahl des dritten Gangs bei geöffneter erster Kupplung 12 das Schaltelement H geschlossen werden muss. Über die erste Kupplung 12 kann anschließend eine konventionelle Zughoch-Lastschaltung in den dritten Gang durchgeführt werden.
Alle anderen formschlüssigen Schaltelemente sind in 2 ebenfalls vorteilhaft synchronisiert auszuführen, da bei Zugkraftunterstützung durch die elektrische Maschine 3 während der Ausführung einer Schaltung die elektrische Maschine 3 diese Schaltelemente nicht gleichzeitig synchronisieren kann.
Bezugszeichenliste

1: Hybridantrieb
2: Verbrennungsmotor
3: elektrische Maschine
4: Getriebe
5: erstes Teilgetriebe
6: zweites Teilgetriebe
7: erste Eingangswelle
8: zweite Eingangswelle
9: Ausgangswelle
10: Differentialrad
11: Schaltpaket
12: erste schaltbare Kupplung
13: zweite schaltbare Kupplung
14: dritte schaltbare Kupplung
15: vierte schaltbare Kupplung
16: Doppelschaltelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19850549 A1 [0002, 0002, 0004]
DE 102005035328 A1 [0003, 0004]
DE 102009002354 A1 [0004, 0031]

Claims

Anordnung aus einem Getriebe (4) und einer elektrischen Maschine (3) für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs, wobei das Getriebe (4) als mehrstufiges Schaltgetriebe mit zwei Teilgetrieben (5, 6), die jeweils eine separate Eingangswelle (7, 8) und eine gemeinsame Ausgangswelle (9) aufweisen, ausgebildet ist, wobei beide Eingangswellen (7, 8) über formschlüssige Schaltelemente der Teilgetriebe (5, 6) mit der gemeinsamen Ausgangswelle (9) koppelbar sind, wobei einer ersten Eingangswelle (7) eines ersten Teilgetriebes (5) eine erste schaltbare Kupplung (12) derart zugeordnet ist, dass der Verbrennungsmotor (2) über die erste schaltbare Kupplung (12) an die erste Eingangswelle (7) des ersten Teilgetriebes (5) koppelbar ist, und wobei einer zweiten Eingangswelle (8) eines zweiten Teilgetriebes (6) eine zweite schaltbare Kupplung (13) derart zugeordnet ist, dass die elektrische Maschine (3) über die zweite schaltbare Kupplung (13) an die zweite Eingangswelle (8) des zweiten Teilgetriebes (6) koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (3) über eine dritte schaltbare Kupplung (14) an den Verbrennungsmotor (2) und über eine vierte schaltbare Kupplung (15) an die erste Eingangswelle (7) des ersten Teilgetriebes (5) koppelbar ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste schaltbare Kupplung (12), über welche der Verbrennungsmotor (2) an die erste Eingangswelle (7) des ersten Teilgetriebes (5) koppelbar ist, als reibschlüssige Kupplung ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte schaltbare Kupplung (14), über welche die elektrische Maschine (3) an den der Verbrennungsmotor (2) koppelbar ist, als formschlüssige Kupplung ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite schaltbare Kupplung (13), über welche die elektrische Maschine (3) an die zweite Eingangswelle (8) des zweiten Teilgetriebes (6) koppelbar ist, und die vierte schaltbare Kupplung (14), über welche die elektrische Maschine (3) an die erste Eingangswelle (7) des ersten Teilgetriebes (5) koppelbar ist, jeweils als formschlüssige Kupplungen ausgebildet sind.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teilgetriebe (5) einen ersten Vorwärtsgang und das zweite Teilgetriebe (6) einen zweiten Vorwärtsgang bereitstellt.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite schaltbare Kupplung (13), über welche die elektrische Maschine (3) an die zweite Eingangswelle (8) des zweiten Teilgetriebes (6) koppelbar ist, als reibschlüssige Kupplung ausgebildet ist, und dass die vierte schaltbare Kupplung (15), über welche die elektrische Maschine (3) an die erste Eingangswelle (7) des ersten Teilgetriebes (5) koppelbar ist, als formschlüssige Kupplung ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teilgetriebe (5) einen ersten Vorwärtsgang und das zweite Teilgetriebe (6) einen zweiten Vorwärtsgang oder alternativ das erste Teilgetriebe (5) den zweiten Vorwärtsgang und das zweite Teilgetriebe (6) den ersten Vorwärtsgang bereitstellt.
Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte schaltbare Kupplung (14) und die vierte schaltbare Kupplung (15), die jeweils als formschlüssige Kupplungen ausgebildet sind, als Doppelschaltelement (16) ausgebildet sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite schaltbare Kupplung (13), über welche die elektrische Maschine (3) an die zweite Eingangswelle (8) des zweiten Teilgetriebes (6) koppelbar ist, und die vierte schaltbare Kupplung (15), über welche die elektrische Maschine (3) an die erste Eingangswelle (7) des ersten Teilgetriebes (5) koppelbar ist, jeweils als reibschlüssige Kupplungen ausgebildet sind.
Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teilgetriebe (5) einen ersten Vorwärtsgang und das zweite Teilgetriebe (6) einen zweiten Vorwärtsgang oder alternativ das erste Teilgetriebe (5) den zweiten Vorwärtsgang und das zweite Teilgetriebe (6) den ersten Vorwärtsgang bereitstellt.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teilgetriebe (5) und das zweite Teilgetriebe (6) unter Bereitstellung mindestens eines Windungsgangs verkoppelbar sind.
Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teilgetriebe (5) und das zweite Teilgetriebe (6) über ein Windungsschaltelement (G) zumindest im ersten Vorwärtsgang verkoppelt sind.
Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs, mit einem Verbrennungsmotor (2) und einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12.