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Die Erfindung betrifft ein Hybridantriebssystem und ein Verfahren zum Betrieb eines Hybridantriebssystems.
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Es sind bereits Antriebsmodulbaukästen für elektrische Fahrzeuge bekannt, von denen sich Antriebsmodule für Hybridfahrzeuge oder für Range-Extended-Fahrzeuge ableiten lassen. Dabei sind eine elektrische Maschine und ein Verbrennungsmotor an verschiedenen Achsen angeordnet, typischerweise die elektrische Maschine an einer Hinterachse und der Verbrennungsmotor an einer Vorderachse. Um einen großen Bauraum für Batterien bereitzustellen, ist ein Quereinbau der elektrischen Maschine und/oder des Verbrennungsmotors erwünscht. Vorhandene Fahrzeugarchitekturen, welche ursprünglich für einen Längseinbau von Verbrennungsmotoren konzipiert wurden, bieten für einen Quereinbau jedoch oftmals nur sehr geringen Bauraum, so dass ein Getriebe gegenüber herkömmlichen Schaltgetrieben deutlich kompakter gebaut sein muss.
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Beispielsweise sind das Toyota Hybrid Synergy Drive und das Hybridgetriebe des Chevrolet-Volt und des Opel Ampera bekannt, welche einen Verbrennungsmotor und zwei elektrische Maschinen aufweisen. Die elektrischen Maschinen sind an einer selben Achse angeordnet und benötigen somit einen großen zusammenhängenden Bauraum. Ferner sind keine rein mechanischen Gänge bei hohen Geschwindigkeiten vorhanden. Im Falle des Toyota Hybrid Synergy Drive ist zudem eine an einem Planetenradsatz angeordnete elektrische Maschine in einem elektrischen Fahrmodus nicht nutzbar.
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Ferner ist aus der
DE 10 2015 016 939 A1 bereits ein als elektrisches Antriebssystem oder als Hybridantriebssystem ausgebildetes Antriebssystem bekannt, welches ein Planetengetriebe aufweist, das zwei Schalteinheiten umfasst und das zur Schaltung von zwei Vorwärtsgetriebegängen vorgesehen ist.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein kompaktes Hybridantriebssystem mit einer hohen Effizienz bereitzustellen. Sie wird durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung entsprechend dem Anspruch 1 und durch ein erfindungsgemäßes Verfahren entsprechend dem Anspruch 2 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Die Erfindung geht aus von einem Hybridantriebssystem mit einem Verbrennungsmotor, welcher eine Kurbelwelle aufweist, mit einer elektrischen Maschine, welche einen Rotor aufweist, mit einem Gehäuse, mit einem Planetengetriebe, welches ein Sonnenrad, einen Planetenradträger, zumindest ein Planetenrad, ein Hohlrad, eine erste Schalteinheit, welche zu einer drehfesten Verbindung des Sonnenrads und des Gehäuses vorgesehen ist, und eine Abtriebswelle aufweist, und mit einem Achsgetriebe, wobei der Rotor permanent drehfest mit dem Hohlrad verbunden ist und wobei der Planetenradträger zur Übertragung eines Abtriebsmoments an das Achsgetriebe permanent drehfest mit der Abtriebswelle verbunden ist.
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Es wird vorgeschlagen, dass das Planetengetriebe eine zweite Schalteinheit, welche zu einer drehfesten Verbindung der Kurbelwelle und des Sonnenrads vorgesehen ist, und eine dritte Schalteinheit, welche zu einer drehfesten Verbindung der Kurbelwelle und des Hohlrads vorgesehen ist, aufweist. Durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung des Hybridantriebssystems kann eine hohe Effizienz, insbesondere Baumraumeffizienz und/oder Energieeffizienz, erreicht werden. Vorteilhaft kann eine kompakte Bauweise und besonders vorteilhaft ein Quereinbau ermöglicht werden. Es kann vorteilhaft ein hoher Wirkungsgrad, insbesondere durch Nutzung mechanischer Gänge bei hohen Geschwindigkeiten, realisiert werden. Ferner kann eine vorteilhafte Erschließung einer verbrennungsmotorischen Leistung über einen gesamten Geschwindigkeitsbereich erreicht werden. Bevorzugt kann ein hohes Abtriebsmoment ermöglicht werden, insbesondere durch Summation von Momenten einer elektrischen Maschine und eines Verbrennungsmotors in einem Planetenradsatz.
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Insbesondere ist das Hybridantriebssystem zu einem Antrieb eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Vorteilhaft ist das Hybridantriebssystem zu einem Quereinbau in das Kraftfahrzeug vorgesehen. Besonders vorteilhaft ist die Kurbelwelle parallel zu zumindest einer Radachse angeordnet. Die elektrische Maschine ist insbesondere als ein Elektromotor und/oder als ein Motorgenerator ausgebildet. Vorteilhaft weist die elektrische Maschine einen Stator auf. Besonders vorteilhaft ist der Rotor radial innerhalb des Stators angeordnet. Vorzugsweise ist der Stator permanent drehfest mit dem Gehäuse verbunden. Insbesondere ist das Gehäuse in einem montierten Zustand positionsfest und drehfest in dem Kraftfahrzeug verbaut. Ferner ist insbesondere das Achsgetriebe dazu vorgesehen, das Abtriebsmoment von der Abtriebswelle auf zumindest eine weitere Abtriebswelle, welche vorteilhaft permanent drehfest mit zumindest einem Rad des Kraftfahrzeugs verbunden ist, zu übertragen. Vorteilhaft könnte das Achsgetriebe als ein Kegelradgetriebe ausgebildet sein. Besonders vorteilhaft ist das Achsgetriebe jedoch als ein Stirnradgetriebe ausgebildet. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell ausgelegt und/oder speziell ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.
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Insbesondere sind das Sonnenrad, der Planetenradträger, das zumindest eine Planetenrad und das Hohlrad in einer ersten Zahnradebene angeordnet. Vorteilhaft ist die erste Schalteinheit außerhalb, besonders vorteilhaft abtriebsseitig, der ersten Zahnradebene angeordnet. Ferner sind vorteilhaft die zweite Schalteinheit und/oder die dritte Schalteinheit außerhalb, besonders vorteilhaft antriebsseitig, der ersten Zahnradebene angeordnet. Das Planetengetriebe kann insbesondere zumindest ein weiteres Sonnenrad, zumindest einen weiteren Planetenradträger, zumindest ein weiteres Planetenrad, zumindest ein weiteres Hohlrad und/oder zumindest eine weitere Schalteinheit aufweisen. Bevorzugt können das weitere Sonnenrad, der weitere Planetenradträger, das weitere Planetenrad und das weitere Hohlrad in zumindest einer von der Zahnradebene verschiedenen weiteren Zahnradebene angeordnet sein. Alternativ können bevorzugt das weitere Sonnenrad, der weitere Planetenradträger, das weitere Planetenrad und das weitere Hohlrad in der Zahnradebene, vorzugsweise gestapelt, angeordnet sein. Besonders bevorzugt ist das Planetengetriebe jedoch frei von weiteren Sonnenrädern, weiteren Planetenradträgern, weiteren Hohlrädern und/oder weiteren Schalteinheiten. Unter einer „Zahnradebene“ soll insbesondere eine Getriebeebene verstanden werden, die zumindest eine Zahnradpaarung mit zumindest zwei miteinander kämmenden Zahnrädern aufweist, die in zumindest einem Getriebegang zur Übertragung eines Leistungsflusses vorgesehen sind. Vorzugsweise sind innerhalb einer Zahnradebene sämtliche Zahnräder jeweils paarweise miteinander wirkverbunden.
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Insbesondere ist die erste Schalteinheit als eine Bremse ausgebildet. Ferner ist insbesondere die zweite Schalteinheit und/oder die dritte Schalteinheit als eine Kupplung ausgebildet. Die Schalteinheiten können grundsätzlich reibschlüssig oder formschlüssig ausgebildet sein. Ferner weist eine jede der Schalteinheiten insbesondere zumindest zwei Kopplungselemente auf, welche vorteilhaft in einem geschlossenen Zustand miteinander drehfest verbunden und/oder in einem geöffneten Zustand zueinander drehbar angeordnet sind. Unter einer „reibschlüssig ausgebildeten Schalteinheit“ soll dabei insbesondere eine Schalteinheit verstanden werden, die zur Verbindung ihrer Kopplungselemente und/oder zur Anbindung ihres Kopplungselements zumindest zwei Reibpartner aufweist, die zur Herstellung einer drehfesten Verbindung reibschlüssig aneinander anliegen, wobei eine Übertragung eines Leistungsflusses in einem vollständig geschlossenen Zustand zumindest hauptsächlich durch Reibung erfolgt. Eine reibschlüssig ausgebildete Schalteinheit ist vorzugsweise als eine Lamellenschalteinheit ausgebildet. Eine reibschlüssig ausgebildete Kupplungseinheit ist dabei vorzugsweise als eine Lamellenkupplungseinheit und eine reibschlüssig ausgebildete Bremseinheit ist vorzugsweise als eine Lamellenbremseinheit ausgebildet. Unter einer „formschlüssig ausgebildeten Schalteinheit“ soll ferner insbesondere eine Schalteinheit verstanden werden, die zur Verbindung ihrer Kopplungselemente und/oder zur Anbindung ihres Kopplungselements eine Verzahnung und/oder Klauen aufweist, die zur Herstellung einer drehfesten Verbindung formschlüssig ineinandergreifen, wobei eine Übertragung eines Leistungsflusses in einem vollständig geschlossenen Zustand zumindest hauptsächlich durch einen Formschluss erfolgt. Eine formschlüssig ausgebildete Schalteinheit ist vorzugsweise als eine Klauenschalteinheit ausgebildet und bevorzugt über eine Schiebemuffe schaltbar. Eine formschlüssig ausgebildete Kupplungseinheit ist dabei vorzugsweise als eine Klauenkupplungseinheit und eine formschlüssig ausgebildete Bremseinheit ist vorzugsweise als eine Klauenbremseinheit ausgebildet. 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.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Hybridantriebssystems, insbesondere des zuvor genannten Hybridantriebssystems. Durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verfahrens zum Betrieb eines Hybridantriebssystems kann eine hohe Effizienz, insbesondere Bauraumeffizienz und/oder Energieeffizienz, erreicht werden. Vorteilhaft kann eine kompakte Bauweise und besonders vorteilhaft ein Quereinbau ermöglicht werden. Es kann vorteilhaft ein hoher Wirkungsgrad, insbesondere durch Nutzung mechanischer Gänge bei hohen Geschwindigkeiten, realisiert werden. Ferner kann eine vorteilhafte Erschließung einer verbrennungsmotorischen Leistung über einen gesamten Geschwindigkeitsbereich erreicht werden. Bevorzugt kann ein hohes Abtriebsmoment ermöglicht werden, insbesondere durch Summation von Momenten einer elektrischen Maschine und eines Verbrennungsmotors in einem Planetenradsatz.
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Es wird vorgeschlagen, dass zur Darstellung einer ersten mechanischen Gangstufe die erste Schalteinheit und die dritte Schalteinheit geschlossen sind. Insbesondere ist in einem geschlossenen Zustand der ersten Schalteinheit und in einem geschlossenen Zustand der dritten Schalteinheit und vorteilhaft in einem geöffneten Zustand der zweiten Schalteinheit die erste mechanische Gangstufe eingestellt. Ferner wird vorgeschlagen, dass zur Darstellung einer zweiten mechanischen Gangstufe die zweite Schalteinheit und die dritte Schalteinheit geschlossen sind. Insbesondere ist in einem geschlossenen Zustand der zweiten Schalteinheit und in einem geschlossenen Zustand der dritten Schalteinheit und vorteilhaft in einem geöffneten Zustand der ersten Schalteinheit die zweite mechanische Gangstufe eingestellt. Unter einer „mechanischen Gangstufe“ soll insbesondere eine Gangstufe verstanden werden, in welcher der Verbrennungsmotor zur Bereitstellung einer Antriebsleistung vorgesehen ist. Vorteilhaft ist die elektrische Maschine in der mechanischen Gangstufe zum Boosten vorgesehen. Darunter, dass eine Schalteinheit „geschlossen“ ist, soll insbesondere verstanden werden, dass sich die Schalteinheit in einem geschlossenen Zustand befindet. Unter einem „geschlossenen Zustand“ einer Schalteinheit soll insbesondere ein Zustand der Schalteinheit verstanden werden, in welchem die Schalteinheit zu einer, vorteilhaft verlustfreien, Übertragung eines Drehmoments vorgesehen ist. Darunter, dass eine Schalteinheit „geöffnet“ ist, soll insbesondere verstanden werden, dass sich die Schalteinheit in einem geöffneten Zustand befindet. Unter einem „geöffneten Zustand“ einer Schalteinheit soll insbesondere ein Zustand der Schalteinheit verstanden werden, in welchem die Schalteinheit zu einer, vorteilhaft vollständigen, Unterbrechung eines Momentenflusses vorgesehen ist. Dadurch kann vorteilhaft eine hohe Energieeffizienz bereitgestellt werden. Vorzugsweise kann ein hoher Wirkungsgrad, insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten, erreicht werden. Bevorzugt kann eine vorteilhafte Erschließung einer verbrennungsmotorischen Leistung über einen gesamten Geschwindigkeitsbereich erreicht werden.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass zur Darstellung einer elektrischen Gangstufe die erste Schalteinheit und die zweite Schalteinheit geschlossen sind. Insbesondere ist in einem geschlossenen Zustand der ersten Schalteinheit und in einem geschlossenen Zustand der zweiten Schalteinheit und vorteilhaft in einem geöffneten Zustand der dritten Schalteinheit die elektrische Gangstufe eingestellt. Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass zur Darstellung einer leistungsverzweigten Gangstufe die zweite Schalteinheit geschlossen ist. Insbesondere ist in einem geschlossenen Zustand der zweiten Schalteinheit und vorteilhaft in einem geöffneten Zustand der ersten Schalteinheit und in einem geöffneten Zustand der dritten Schalteinheit die leistungsverzweigte Gangstufe eingestellt. Unter einer „elektrischen Gangstufe“ soll insbesondere eine Gangstufe verstanden werden, in welcher ausschließlich die elektrische Maschine zur Bereitstellung einer Antriebsleistung vorgesehen ist. Unter einer „leistungsverzweigten Gangstufe“ soll insbesondere eine Gangstufe verstanden werden, in welcher sowohl der Verbrennungsmotor als auch die elektrische Maschine zur Bereitstellung einer Antriebsleistung vorgesehen sind. Vorteilhaft ist in der leistungsverzweigten Gangstufe zusätzlich eine Hinterachse elektrisch angetrieben. Hierdurch kann eine vorteilhafte Hybridfunktionalität bereitgestellt werden. Vorzugsweise kann ein hohes Abtriebsmoment ermöglicht werden, insbesondere durch Summation von Momenten einer elektrischen Maschine und eines Verbrennungsmotors in einem Planetenradsatz.
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Die Begriffe „axial“ und „radial“ sind insbesondere auf eine Hauptrotationsachse des Planetengetriebes bezogen, so dass der Ausdruck „axial“ insbesondere eine Achse bezeichnet, die parallel oder koaxial zu der Hauptrotationsachse verläuft. Ferner bezeichnet der Ausdruck „radial“ im Folgenden insbesondere eine Achse, die senkrecht zu der Hauptrotationsachse und durch die Hauptrotationsachse verläuft. Unter einem „Festrad“ soll im Folgenden insbesondere ein Zahnrad, vorteilhaft ein Stirnrad, verstanden werden, welches koaxial zu einer Welle angeordnet ist und unmittelbar permanent drehfest mit der Welle verbunden ist.
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Das Hybridantriebssystem und das Verfahren zum Betrieb des Hybridantriebssystems sollen hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann das Hybridantriebssystem zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.
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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.
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Dabei zeigen:
- 1 ein Hybridantriebssystem mit einem Planetengetriebe in einer schematischen Darstellung und
- 2 ein Schaltschema des Planetengetriebes.
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1 zeigt ein Hybridantriebssystem 10 eines nicht näher gezeigten Kraftfahrzeugs in einer schematischen Darstellung. Das Hybridantriebssystem 10 ist zu einem Antrieb des Kraftfahrzeugs vorgesehen. Ferner ist das Hybridantriebssystem 10 zu einem Quereinbau in das Kraftfahrzeug vorgesehen.
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Das Hybridantriebssystem 10 umfasst ein Gehäuse 18. Das Hybridantriebssystem 10 umfasst einen Verbrennungsmotor 12. Der Verbrennungsmotor 12 weist eine Kurbelwelle auf.
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Das Hybridantriebssystem 10 umfasst ein Planetengetriebe 20. Das Planetengetriebe 20 weist ein Sonnenrad 22 auf. Das Planetengetriebe 20 weist einen Planetenradträger 24 auf. Das Planetengetriebe 20 weist zumindest ein Planetenrad 26 auf. Das zumindest eine Planetenrad 26 ist auf dem Planetenradträger 24 gelagert. Der Planetenradträger 24 führt das zumindest eine Planetenrad 26 auf einer Kreisbahn um das Sonnenrad 22. Das Planetengetriebe 20 weist ein Hohlrad 28 auf. Das Hohlrad 28 ist radial außerhalb des Sonnenrads 22 und des zumindest einen Planetenrads 26 angeordnet. Das Hohlrad 28 kämmt mit dem zumindest einen Planetenrad 26.
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Das Planetengetriebe 20 umfasst einen Planetenradsatz 38. Das Planetengetriebe 20 umfasst genau einen Planetenradsatz 38. Das Sonnenrad 22, der Planetenradträger 24, das zumindest eine Planetenrad 26 und das Hohlrad 28 bilden den Planetenradsatz 38 aus. Der Planetenradsatz 38 ist als Einfachplanetenradsatz ausgebildet. Das Sonnenrad 22, der Planetenradträger 24, das zumindest eine Planetenrad 26 und das Hohlrad 28 sind in einer ersten Zahnradebene Z1 angeordnet. Alternativ könnte ein Planetengetriebe zumindest einen weiteren Planetenradsatz und/oder zumindest ein weiteres Sonnenrad, zumindest einen weiteren Planetenradträger, zumindest ein weiteres Planetenrad und/oder zumindest ein weiteres Hohlrad aufweisen. Grundsätzlich könnte ein Planetenradsatz auch als ein Doppelplanetenradsatz ausgebildet sein.
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Das Planetengetriebe 20 weist eine Abtriebswelle 30 auf. Die Abtriebswelle 30 ist als eine Hohlwelle ausgebildet. Die Abtriebswelle 30 ist permanent drehfest mit dem Planetenradträger 24 verbunden.
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Das Hybridantriebssystem 10 umfasst eine elektrische Maschine 16. Die elektrische Maschine 16 ist als ein Elektromotor ausgebildet. Die elektrische Maschine 16 ist als ein Generator ausgebildet. Die elektrische Maschine 16 ist als ein Motorgenerator ausgebildet. Die elektrische Maschine 16 weist einen Stator auf. Die elektrische Maschine 16 weist einen Rotor auf. Der Rotor ist radial innerhalb des Stators angeordnet. Der Rotor ist permanent drehfest mit dem Hohlrad 28 verbunden.
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Das Hybridantriebssystem 10 umfasst eine Mehrzahl an Antriebsrädern, wovon beispielhaft ein Antriebsrad 14 dargestellt ist. Das Hybridantriebssystem 10 umfasst eine weitere Abtriebswelle 40. Die weitere Abtriebswelle 40 ist parallel zu der Abtriebswelle 30 angeordnet. Ferner ist die weitere Abtriebswelle 40 parallel zu der Kurbelwelle angeordnet. Die weitere Abtriebswelle 40 ist permanent drehfest mit dem Antriebsrad 14 verbunden. Die weitere Abtriebswelle 40 ist dazu vorgesehen, ein Drehmoment an das Antriebsrad 14 zu übertragen.
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Das Hybridantriebssystem 10 umfasst ein Achsgetriebe 32. Das Achsgetriebe 32 ist dazu vorgesehen, ein Abtriebsmoment von der Abtriebswelle 30 auf die weitere Abtriebswelle 40 zu übertragen. Der Planetenradträger 24 ist permanent drehfest mit der Abtriebswelle 30 verbunden. Der Planetenradträger 24 ist zur Übertragung des Abtriebsmoments an das Achsgetriebe 32 permanent drehfest mit der Abtriebswelle 30 verbunden.
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Das Achsgetriebe 32 ist als Stirnradgetriebe ausgebildet. Das Achsgetriebe 32 weist eine Mehrzahl an Zahnrädern 34, 36 auf. Das Achsgetriebe 32 weist zwei Zahnräder 34, 36 auf. Die Zahnräder 34, 36 sind in einer zweiten Zahnradebene Z2 angeordnet. Die Zahnräder 34, 36 weisen eine Verzahnung auf. Ein erstes Zahnrad 34 der Zahnräder 34, 36 ist an der Abtriebswelle 30 angeordnet. Das erste Zahnrad 34 ist als Stirnrad ausgebildet. Das erste Zahnrad 34 ist als Festrad ausgebildet. Das erste Zahnrad 34 ist permanent drehfest mit dem Planetenradträger 24 verbunden. Ein zweites Zahnrad 36 der Zahnräder 34, 36 ist an der weiteren Abtriebswelle 40 angeordnet. Das zweite Zahnrad 36 ist als Stirnrad ausgebildet. Das zweite Zahnrad 36 ist als Festrad ausgebildet. Das zweite Zahnrad 36 ist permanent drehfest dem Antriebsrad 14 verbunden. Alternativ könnte ein Achsgetriebe mehrere Zahnradebenen und/oder mehr als zwei Stirnräder aufweisen. Grundsätzlich ist auch denkbar, dass ein Achsgetriebe als Kegelradgetriebe ausgebildet ist und/oder zumindest ein Kegelzahnrad aufweist.
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Das Planetengetriebe 20 weist eine erste Schalteinheit S1 auf. Die erste Schalteinheit S1 ist außerhalb der ersten Zahnradebene Z1 angeordnet. Die erste Schalteinheit S1 ist abtriebsseitig der ersten Zahnradebene Z1 angeordnet. Die erste Schalteinheit S1 ist als eine Bremse ausgebildet. Die erste Schalteinheit S1 ist zu einer drehfesten Verbindung des Sonnenrads 22 und des Gehäuses 18 vorgesehen.
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Die erste Schalteinheit S1 weist ein erstes Kopplungselement S11 auf. Das erste Kopplungselement S11 der ersten Schalteinheit S1 ist gehäusefest angeordnet. Ferner weist die erste Schalteinheit S1 ein zweites Kopplungselement S12 auf. Das zweite Kopplungselement S12 der ersten Schalteinheit S1 ist drehbar gelagert. Das zweite Kopplungselement S12 der ersten Schalteinheit S1 ist permanent drehfest mit dem Sonnenrad 22 verbunden.
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Das erste Kopplungselement S11 der ersten Schalteinheit S1 und das zweite Kopplungselement S12 der ersten Schalteinheit S1 sind zu einer drehfesten Verbindung vorgesehen. In einem geöffneten Zustand der ersten Schalteinheit S1 ist ihr zweites Kopplungselement S12 gegenüber ihrem ersten Kopplungselement S11 beweglich angeordnet. In einem geschlossenen Zustand der ersten Schalteinheit S1 ist ihr zweites Kopplungselement S12 drehfest mit ihrem ersten Kopplungselement S11 verbunden.
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Das Planetengetriebe 20 umfasst eine zweite Schalteinheit S2. Die zweite Schalteinheit S2 ist außerhalb der ersten Zahnradebene Z1 angeordnet. Die zweite Schalteinheit S2 ist antriebsseitig der ersten Zahnradebene Z1 angeordnet. Die zweite Schalteinheit S2 ist als eine Kupplung ausgebildet. Die zweite Schalteinheit S2 ist zu einer drehfesten Verbindung der Kurbelwelle und des Sonnenrads 22 vorgesehen. Die erste Schalteinheit S1 und die zweite Schalteinheit S2 sind zu einer gehäusefesten Verbindung der Kurbelwelle vorgesehen.
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Die zweite Schalteinheit S2 weist ein erstes Kopplungselement S21 auf. Das erste Kopplungselement S21 der zweiten Schalteinheit S2 ist drehbar gelagert. Das erste Kopplungselement S21 der zweiten Schalteinheit S2 ist permanent drehfest mit der Kurbelwelle verbunden. Ferner weist die zweite Schalteinheit S2 ein zweites Kopplungselement S22 auf. Das zweite Kopplungselement S22 der zweiten Schalteinheit S2 ist drehbar gelagert. Das zweite Kopplungselement S22 der zweiten Schalteinheit S2 ist permanent drehfest mit dem Sonnenrad 22 verbunden.
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Das erste Kopplungselement S21 der zweiten Schalteinheit S2 und das zweite Kopplungselement S22 der zweiten Schalteinheit S2 sind zu einer drehfesten Verbindung vorgesehen. In einem geöffneten Zustand der zweiten Schalteinheit S2 ist ihr zweites Kopplungselement S22 gegenüber ihrem ersten Kopplungselement S21 beweglich angeordnet. In einem geschlossenen Zustand der zweiten Schalteinheit S2 ist ihr zweites Kopplungselement S22 drehfest mit ihrem ersten Kopplungselement S21 verbunden.
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Das Planetengetriebe 20 umfasst eine dritte Schalteinheit S3. Die dritte Schalteinheit S3 ist außerhalb der ersten Zahnradebene Z1 angeordnet. Die dritte Schalteinheit S3 ist antriebsseitig der ersten Zahnradebene Z1 angeordnet. Die dritte Schalteinheit S3 ist als eine Kupplung ausgebildet. Die zweite Schalteinheit S2 und die dritte Schalteinheit S3 sind in einer selben Ebene angeordnet. Die zweite Schalteinheit S2 ist radial innerhalb der dritten Schalteinheit S3 angeordnet. Die dritte Schalteinheit S3 ist zu einer drehfesten Verbindung der Kurbelwelle und des Hohlrads 28 vorgesehen. Die dritte Schalteinheit S3 ist zu einer drehfesten Verbindung der Kurbelwelle und des Rotors vorgesehen. Zusätzlich könnte ein Planetengetriebe auch weitere Schalteinheiten aufweisen.
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Die dritte Schalteinheit S3 weist ein erstes Kopplungselement S31 auf. Das erste Kopplungselement S31 der dritten Schalteinheit S3 ist drehbar gelagert. Das erste Kopplungselement S31 der dritten Schalteinheit S3 ist permanent drehfest mit der Kurbelwelle verbunden. Ferner weist die dritte Schalteinheit S3 ein zweites Kopplungselement S32 auf. Das zweite Kopplungselement S32 der dritten Schalteinheit S3 ist drehbar gelagert. Das zweite Kopplungselement S32 der dritten Schalteinheit S3 ist permanent drehfest mit dem Hohlrad 28 verbunden.
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Das erste Kopplungselement S31 der dritten Schalteinheit S3 und das zweite Kopplungselement S32 der dritten Schalteinheit S3 sind zu einer drehfesten Verbindung vorgesehen. In einem geöffneten Zustand der dritten Schalteinheit S3 ist ihr zweites Kopplungselement S32 gegenüber ihrem ersten Kopplungselement S31 beweglich angeordnet. In einem geschlossenen Zustand der dritten Schalteinheit S3 ist ihr zweites Kopplungselement S32 drehfest mit ihrem ersten Kopplungselement S31 verbunden.
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2 zeigt ein Schaltschema des Hybridantriebssystems 10. Dabei sind alle möglichen Schaltzustandskombinationen K1-K8 der Schalteinheiten S1, S2, S3 dargestellt. Aus dem Schaltschema ist ein Verfahren zum Betrieb des Hybridantriebssystems 10 ableitbar.
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Die erste Schaltzustandskombination K1 ist durch einen geöffneten Zustand der ersten Schalteinheit S1, der zweiten Schalteinheit S2 und der dritten Schalteinheit S3 definiert. Die erste Schaltzustandskombination K1 entspricht einem neutralen Modus. In der ersten Schaltzustandskombination K1 ist ein Momentenfluss des Planetengetriebes 20 unterbrochen.
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Die dritte Schaltzustandskombination K3 ist durch einen geschlossenen Zustand der ersten Schalteinheit S1 und der zweiten Schalteinheit S2 und durch einen geöffneten Zustand der dritten Schalteinheit S3 definiert. Die dritte Schaltzustandskombination K3 entspricht einem elektrischen Fahrmodus, insbesondere einem rein elektrischen Fahrmodus. Die dritte Schaltzustandskombination K3 entspricht einer elektrischen Gangstufe. Zur Darstellung der elektrischen Gangstufe sind die erste Schalteinheit S1 und die zweite Schalteinheit S2 geschlossen. In der elektrischen Gangstufe ist die elektrische Maschine 16 zur Bereitstellung einer Antriebsleistung vorgesehen. In der elektrischen Gangstufe ist die Kurbelwelle festgebremst.
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Die zweite Schaltzustandskombination K2 ist durch einen geschlossenen Zustand der ersten Schalteinheit S1 und durch einen geöffneten Zustand der zweiten Schalteinheit S2 und der dritten Schalteinheit S3 definiert. Die zweite Schaltzustandskombination K2 entspricht einem weiteren elektrischen Fahrmodus. In der zweiten Schaltzustandskombination K2 ist die Kurbelwelle beweglich angeordnet.
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Die vierte Schaltzustandskombination K4 ist durch einen geöffneten Zustand der ersten Schalteinheit S1 und der zweiten Schalteinheit S2 und durch einen geschlossenen Zustand der dritten Schalteinheit S3 definiert. Die vierte Schaltzustandskombination K4 entspricht einem Standmodus. Die vierte Schaltzustandskombination K4 entspricht einem, insbesondere seriellen, Lademodus. Der Lademodus ist zu einem Aufladen der Batterie mit der elektrischen Maschine 16 vorgesehen. Der Lademodus ist zu einer Versorgung des Fahrzeugs mit elektrischer Energie insbesondere während des Fahrzeugstillstands vorgesehen. Der Lademodus ist zu einem Betreiben einer nicht gezeigten weiteren elektrischen Maschine an einer Hinterachse vorgesehen. In der vierten Schaltzustandskombination K4 ist ein Momentenfluss zu dem Antriebsrad 14 unterbrochen.
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Die fünfte Schaltzustandskombination K5 ist durch einen geschlossenen Zustand der ersten Schalteinheit S1 und der dritten Schalteinheit S3 und durch einen geöffneten Zustand der zweiten Schalteinheit S2 definiert. Die fünfte Schaltzustandskombination K5 entspricht einer ersten mechanischen Gangstufe. Zur Darstellung der ersten mechanischen Gangstufe sind die erste Schalteinheit S1 und die dritte Schalteinheit S3 geschlossen. In der ersten mechanischen Gangstufe ist der Verbrennungsmotor 12 zur Bereitstellung einer Antriebsleistung vorgesehen. In der ersten mechanischen Gangstufe kann die elektrische Maschine 16 zum Boosten vorgesehen sein.
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Die sechste Schaltzustandskombination K6 ist durch einen geöffneten Zustand der ersten Schalteinheit S1 und durch einen geschlossenen Zustand der zweiten Schalteinheit S2 und der dritten Schalteinheit S3 definiert. Die sechste Schaltzustandskombination K6 entspricht einer zweiten mechanischen Gangstufe. Zur Darstellung der zweiten mechanischen Gangstufe sind die zweite Schalteinheit S2 und die dritte Schalteinheit S3 geschlossen. Die zweite mechanische Gangstufe ist länger übersetzt als die erste mechanische Gangstufe. In der zweiten mechanischen Gangstufe ist der Verbrennungsmotor 12 zur Bereitstellung einer Antriebsleistung vorgesehen. In der zweiten mechanischen Gangstufe kann die elektrische Maschine 16 zum Boosten vorgesehen sein.
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Die siebte Schaltzustandskombination K7 ist durch einen geöffneten Zustand der ersten Schalteinheit S1 und der dritten Schalteinheit S3 und durch einen geschlossenen Zustand der zweiten Schalteinheit S2 definiert. Die siebte Schaltzustandskombination K7 entspricht einer leistungsverzweigten Gangstufe. Zur Darstellung der leistungsverzweigten Gangstufe ist die zweite Schalteinheit S2 geschlossen. In der leistungsverzweigten Gangstufe sind der Verbrennungsmotor 12 und die elektrische Maschine 16 zur Bereitstellung einer Antriebsleistung vorgesehen. Ferner ist in der leistungsverzweigten Gangstufe die nicht dargestellte Hinterachse elektrisch angetrieben.
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Die achte Schaltzustandskombination K8 ist durch einen geschlossenen Zustand der ersten Schalteinheit S1, der zweiten Schalteinheit S2 und der dritten Schalteinheit S3 definiert. Die erste Schaltzustandskombination K1 entspricht einem verblockten Planetengetriebe 20. In der achten Schaltzustandskombination K8 ist ein Momentenfluss des Planetengetriebes 20 unterbrochen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Hybridantriebssystem
- 12
- Verbrennungsmotor
- 14
- Antriebsrad
- 16
- elektrische Maschine
- 18
- Gehäuse
- 20
- Planetengetriebe
- 22
- Sonnenrad
- 24
- Planetenradträger
- 26
- Planetenrad
- 28
- Hohlrad
- 30
- Abtriebswelle
- 32
- Achsgetriebe
- 34
- Zahnrad
- 36
- Zahnrad
- 38
- Planetenradsatz
- 40
- Abtriebswelle
- K1
- Schaltkombination
- K2
- Schaltkombination
- K3
- Schaltkombination
- K4
- Schaltkombination
- K5
- Schaltkombination
- K6
- Schaltkombination
- K7
- Schaltkombination
- K8
- Schaltkombination
- S1
- Schalteinheit
- S11
- Kopplungselement
- S12
- Kopplungselement
- S2
- Schalteinheit
- S21
- Kopplungselement
- S22
- Kopplungselement
- S3
- Schalteinheit
- S31
- Kopplungselement
- S32
- Kopplungselement
- Z1
- Zahnradebene
- Z2
- Zahnradebene
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015016939 A1 [0004]
