DE102017110509A1 - Hybridgetriebe mit Parksperre sowie Fahrzeug mit dem Hybridgetriebe - Google Patents
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Abstract
Bei modernen Antriebsarchitekturen für Fahrzeuge werden als Traktionsmotoren parallel Elektromotoren und Verbrennungsmotoren eingesetzt.Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Hybridgetriebe für ein Fahrzeug vorzuschlagen, welches eine ausgewogene Lösung in dem Spannungsfeld zwischen Fahrkomfort und Komplexität des Hybridgetriebes bereitstellt.Es wird ein Hybridgetriebe 2 mit einer neuartigen Getriebestruktur vorgeschlagen.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Hybridgetriebe für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug mit diesem Hybridgetriebe.
- Bei modernen Antriebsarchitekturen für Fahrzeuge werden als Traktionsmotoren parallel Elektromotoren und Verbrennungsmotoren eingesetzt. Die Traktionsmomente der Motoren werden über einen gemeinsamen Antriebsstrang zu den angetriebenen Rädern geleitet. In diesen Antriebsarchitekturen ist es somit möglich, das Fahrzeug ausschließlich mit dem Elektromotor, ausschließlich mit dem Verbrennungsmotor oder als Hybrid parallel mit dem Elektromotor und dem Verbrennungsmotor anzutreiben. Diese Funktionen müssen getriebetechnisch umgesetzt werden. Als weitere Herausforderungen für derartige Antriebsarchitekturen ergibt sich, dass für die Elektromotoren und die Verbrennungsmotoren unterschiedliche Drehzahlbereiche der Motoren genutzt werden müssen. Neben den rein funktionellen Anforderungen ergibt sich bei der Auslegung der jeweiligen Getriebe zudem ein Spannungsfeld zwischen einem größtmöglichen Komfort beim Fahren des Hybridfahrzeugs und zugleich dem Wunsch nach einem einfachen und kostengünstigen Aufbau des Getriebes.
- Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Hybridgetriebe für ein Fahrzeug vorzuschlagen, welches eine ausgewogene Lösung in dem Spannungsfeld zwischen Fahrkomfort und Komplexität des Hybridgetriebes bereitstellt.
- Diese Aufgabe wird durch ein Hybridgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie dem beigefügten Figuren.
- Der Gegenstand der Erfindung ist somit ein Hybridgetriebe, welches für ein Fahrzeug geeignet und/oder ausgebildet ist. Das Fahrzeug ist beispielsweise als ein Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Bus, etc. ausgebildet. Vorzugsweise ist das Hybridgetriebe das einzige Antriebsgetriebe in dem Fahrzeug.
- Das Hybridgetriebe ist ausgebildet, mindestens oder genau einen Elektromotor - auch elektrische Maschine zu nennen - und mindestens oder genau eine Verbrennungskraftmaschine - auch Verbrennungsmotor zu nennen - anzukoppeln, um deren Drehmoment als Traktionsmoment zu angetriebenen Rädern des Fahrzeugs zu leiten.
- Das Hybridgetriebe weist eine erste Eingangswelle zur Kopplung mit der Verbrennungskraftmaschine auf. Optional bildet die Verbrennungskraftmaschine einen Bestandteil des Hybridgetriebes. Zwischen der ersten Eingangswelle und der Verbrennungskraftmaschine können beispielsweise Dämpfer oder auch ein Zwischengetriebe angeordnet sein. Optional ist zwischen der ersten Eingangswelle und der Verbrennungskraftmaschine eine Trennkupplung angeordnet. Alternativ ist die erste Eingangswelle mit einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine stets und/oder dauerhaft drehfest wirkverbunden.
- Das Hybridgetriebe weist eine zweite Eingangswelle zur Kopplung mit dem Elektromotor auf. Optional bildet der Elektromotor einen Bestandteil des Hybridgetriebes. Der Elektromotor kann koaxial zu der zweiten Eingangswelle angeordnet sein, es ist jedoch auch möglich, dass der Elektromotor parallel versetzt oder in einem anderen Winkel zu der zweiten Eingangswelle ausgerichtet ist. In diesen Fällen sind jeweilige Zwischengetriebe vorgesehen. Vorzugsweise ist der Elektromotor stets und/oder dauerhaft drehfest mit der zweiten Eingangswelle wirkverbunden.
- Die erste und die zweite Eingangswelle sind, insbesondere in Bezug auf deren Rotationsachse, zueinander koaxial ausgerichtet. Insbesondere sind die erste und die zweite Eingangswelle in Flucht zueinander positioniert. Die erste und die zweite Eingangswelle sind vorzugsweise nebeneinander angeordnet.
- Ferner weist das Hybridgetriebe eine Ausgangswelle auf, wobei die Ausgangswelle beispielsweise mit einer Differentialeinrichtung zur Verteilung des durchgeleiteten Antriebsdrehmoments an die angetriebenen Räder wirkverbunden oder getriebetechnisch gekoppelt sein kann. Die Ausgangswelle, insbesondere die Rotationsachse der Ausgangswelle, ist parallel, insbesondere parallel versetzt, zu der ersten und/oder zweiten Eingangswelle angeordnet. In dieser Anordnung ergibt sich ein sehr kompakter Aufbau des Hybridgetriebes.
- Es ist darauf hinzuweisen, dass nachfolgend die Bezeichnung „Sx“, wobei x eine beliebige Indexzahl sein kann, ausschließlich zur Zuordnung und Identifikation der jeweiligen Komponenten verwendet wird. Unter getriebetechnisch verbinden wird insbesondere eine Wirkverbindung verstanden, über die ein Drehmoment von der einen Welle zu der anderen Welle übertragen werden kann.
- Das Hybridgetriebe weist eine
S1 -Doppelgetriebestufe und eineS1 -Schalteinrichtung auf. DieS1 -Doppelgetriebestufe weist eine erste und eine zweiteS1 -Getriebestufe auf, wobei bevorzugt ist, dass diese unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse haben. DieS1 -Schalteinrichtung kann wahlweise, insbesondere gesteuert und/oder selektiv, die zweite Eingangswelle über die ersteS1 -Getriebestufe oder die zweite Eingangswelle über die zweiteS1 -Getriebestufe mit der Ausgangswelle getriebetechnisch verbinden. Besonders bevorzugt ist es, dass dieS1 -Schalteinrichtung eine Neutralstellung einnehmen kann, sodass weder über die erste noch über die zweiteS1 -Getriebestufe eine Wirkverbindung zwischen der zweiten Eingangswelle und der Ausgangswelle hergestellt ist. Insbesondere sind die erste und die zweiteS1 -Getriebestufe parallel zueinander angeordnet. - Das Hybridgetriebe weist eine
S2 -Getriebestufe und eineS2 -Schalteinrichtung auf. DieS2 -Schalteinrichtung kann wahlweise die zweite Eingangswelle mit derS2 -Getriebestufe oder alternativ hierzu die zweite Eingangswelle mit der ersten Eingangswelle getriebetechnisch verbinden. Besonders bevorzugt kann dieS2 -Schalteinrichtung eine Neutralstellung einnehmen. - Das Hybridgetriebe weist eine
S3 -Stufe mit einerS3 -Schalteinrichtung auf. DieS3 -Stufe weist eineS3 -Getriebestufe auf. DieS3 -Schalteinrichtung ermöglicht es, selektiv die erste Eingangswelle über dieS3 -Getriebestufe mit der Ausgangswelle getriebetechnisch zu verbinden. Besonders bevorzugt kann die S3-Schalteinrichtung zudem eine Neutralstellung einnehmen. - Das Hybridgetriebe weist ein Doppelzahnrad auf, welches auch als ein zweispuriges, genau zweispuriges oder mindestens zweispuriges Zahnrad bezeichnet werden kann. Das Doppelzahnrad weist einen
S2 -Zahnradabschnitt und einenS3 -Zahnradabschnitt auf, wobei die beiden Zahnradabschnitte miteinander drehfest gekoppelt sind. Jeder der Zahnradabschnitte ist als ein Rad, vorzugsweise als ein Zahnrad, insbesondere mit einer Geradverzahnung oder Schrägverzahnung, ausgebildet. Es ist vorgesehen, dass derS2 -Zahnradabschnitt einen Teil derS2 -Getriebestufe und derS3 -Zahnradabschnitt einen Teil derS3 -Getriebestufe bildet. Insbesondere bildet der jeweilige Zahnradabschnitt ein drehmomentübertragendes Rad in einer der Getriebestufen derS2 -Getriebestufe oder in derS3 -Getriebestufe. - Es ist eine Überlegung der Erfindung, ein Hybridgetriebe vorzuschlagen, welches mindestens oder genau fünf verbrennungsmotorische Gänge (unterschiedlich Übersetzungen) und mindestens oder genau zwei elektromotorische Gänge aufweist, wobei verbrennungsmotorischen Gänge auch hybridtechnisch betrieben werden können, und zugleich einen einfachen konstruktiven Aufbau mit wenigen Komponenten hat. Somit sind eine Vielzahl von Funktionen in dem Hybridgetriebe umgesetzt, ohne dass die Anzahl der Komponenten zu hoch ist.
- Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die
S3 -Stufe als eineS3 -Zweifachstufe ausgebildet und weist eine Parkstufe auf, wobei dieS3 -Schalteinrichtung die Ausgangswelle stationär, insbesondere gestellfest setzen kann. Vorzugsweise weist das Hybridgetriebe eine Sperrkontur, insbesondere eine Parksperrenkontur auf, wobei dieS3 -Schalteinrichtung die Ausgangswelle drehfest mit der Sperrkontur koppelt. Vorzugsweise ist die Sperrkontur gestellfest angeordnet. Beispielsweise ist die Sperrkontur mit einem Gehäuse des Hybridgetriebes fest, insbesondere starr, verbunden. Ein besonderer Vorteil ergibt sich dadurch, dass durch die S3-Schalteinrichtung die Ausgangswelle stationär, insbesondere gestellfest, gesetzt zu werden kann und dadurch eine Parksperre für das Fahrzeug umgesetzt ist. - Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das Hybridgetriebe eine Kupplungseinrichtung auf, welche zur An- und/oder Abkopplung der Verbrennungskraftmaschine an die erste Eingangswelle ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist die Kupplungseinrichtung als eine Reibkupplung, insbesondere als eine Lamellenkupplung, ausgebildet. In einer möglichen konstruktiven Ausgestaltung ist eine Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine koaxial zu der ersten Eingangswelle ausgerichtet. Die Kupplungseinrichtung, insbesondere die Reibkupplung, kann in einfacher Weise zwischen der Verbrennungskraftmaschine und der ersten Eingangswelle angeordnet werden. Durch die Kupplungseinrichtung wird erreicht, dass nicht nur mindestens oder genau fünf hybridtechnische Gänge umgesetzt werden können, sondern dass in jedem der fünf Gänge die Verbrennungskraftmaschine in Abhängigkeit des Betriebszustands der Kupplungseinrichtung (offen / geschlossen) angekoppelt oder abgekoppelt werden kann. Somit können die fünf Gänge auch als rein elektromotorische Gänge betrieben oder gestützt werden.
- Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das Doppelzahnrad als ein Losrad auf der Ausgangswelle ausgebildet. Dadurch wird es ermöglicht, dass das Doppelzahnrad als ein Brückenglied zwischen Komponenten der ersten und der zweiten Eingangswelle angeordnet werden kann.
- Bei einer bevorzugten konstruktiven Realisierung ist die
S1 -Schalteinrichtung auf der Ausgangswelle angeordnet. DieS1 -Schalteinrichtung kann wahlweise ein Losrad der erstenS1 -Getriebestufe oder ein Losrad der zweitenS1 -Getriebestufe mit der Ausgangswelle drehfest setzen. Ferner ist es bevorzugt, dass die erste und die zweiteS1 -Getriebestufe jeweils ein Festrad auf der zweiten Eingangswelle aufweisen. Wird dieS1 -Schalteinrichtung zur drehfesten Kopplung mit dem Losrad der erstenS1 -Getriebestufe geschaltet, so ergibt sich eine getriebetechnische Verbindung zwischen der zweiten Eingangswelle über die ersteS1 -Getriebestufe mit der Ausgangswelle. Wird durch dieS1 -Schalteinrichtung das Losrad der zweitenS1 -Getriebestufe mit der Ausgangswelle drehfest gesetzt, so ergibt sich eine getriebetechnische Verbindung der zweiten Eingangswelle über die zweiteS1 -Getriebestufe mit der Ausgangswelle. Optional kann dieS1 -Schalteinrichtung eine Neutralstellung einnehmen, so dass die Losräder der ersten und der zweiten S1-Getriebestufe mit der Ausgangswelle ungekoppelt sind. - In Weiterbildung der Erfindung ist es bevorzugt, dass die
S2 -Schalteinrichtung auf der ersten und/oder der zweiten Eingangswelle angeordnet ist und ein Losrad derS2 -Getriebestufe mit der zweiten Eingangswelle drehfest setzen kann, wobei das Losrad mit demS2 -Zahnradabschnitt des Doppelzahnrads kämmt. In der einen Schaltstellung werden somit die erste und zweite Eingangswelle drehfest miteinander gesetzt, in der anderen Schaltstellung wird das Losrad drehfest mit der zweiten Eingangswelle gesetzt, sodass ein Momentenweg über das Doppelzahnrad gebildet ist. In dieser zweiten Schaltstellung sind Komponenten der ersten und der zweiten Eingangswelle über das Doppelzahnrad miteinander getriebetechnisch verbunden. - In Weiterbildung der Erfindung ist die
S3 -Schalteinrichtung auf der Ausgangswelle angeordnet und kann wahlweise ein Losrad derS3 -Getriebestufe und/oder den S3-Zahnradabschnitt oder alternativ eine Sperrkontur, insbesondere die Parksperrenkontur mit der Ausgangswelle drehfest setzen. DieS3 -Getriebestufe weist ein Festrad auf der ersten Eingangswelle auf. Somit kann in der ersten Schaltstellung eine getriebetechnische Verbindung über dieS3 -Getriebestufe und in der zweiten Schaltstellung eine Parksperre umgesetzt werden. Optional ergänzend kann die S3-Schalteinrichtung in eine Neutralposition gesetzt werden. - Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Schalteinrichtungen, insbesondere die
S1 -Schalteinrichtung, dieS2 -Schalteinrichtung und/oder die S3-Schalteinrichtung, als ausschließlich formschlüssige Schalteinrichtung ausgebildet. Insbesondere sind diese als unsynchronisierende oder unsynchronisierte Schalteinrichtung realisiert. Beispielsweise sind diese als Schiebemuffeneinrichtung ausgebildet. Nachdem das Hybridgetriebe über die Ankopplung von zwei Motoren, nämlich der Verbrennungskraftmaschine und dem Elektromotor, verfügt, kann jeder Schaltvorgang der Schalteinrichtungen durch die Motoren so gestützt werden, dass zunächst eine Drehzahlanpassung erfolgt und nachfolgend ohne Synchronisierungseinrichtungen in den Schalteinrichtungen der Schaltvorgang durchgesetzt werden kann. Ein weiterer Vorteil dieser Ausgestaltung ist, dass das Hybridgetriebe auch lastschaltfähig und/oder zugkraftunterbrechungsfrei schaltbar ist. -
- Damit kann das Hybridgetriebe fünf unterschiedliche Übersetzungen für die Verbrennungskraftmaschine und zwei unterschiedliche Übersetzungen für den Elektromotor einnehmen. Besonders hervorzuheben ist, dass jeder Wechsel der Übersetzung für die Verbrennungskraftmaschine durch den Elektromotor gestützt werden kann. Die Auskopplung der Verbrennungskraftmaschine kann durch die Kupplungseinrichtung erfolgen. Damit kann das Hybridgetriebe zugkraftunterbrechungsfrei geschaltet werden.
- Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben des Hybridgetriebes, wie dies zuvor beschrieben wurde beziehungsweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Es ist vorgesehen, dass im Rahmen des Verfahrens mindestens eine der Schalteinrichtungen geschaltet wird.
- Vorzugsweise umfasst das Verfahren einen Verfahrensschritt, wobei ausgehend von einem der Vorwärtsgänge ICE1, ICE2, ICE3, ICE4, ICE5 über die Kupplungseinrichtung die Verbrennungskraftmaschine abgekoppelt wird, um das Fahrzeug rein elektrisch anzutreiben. Somit ist es möglich, jeden beliebigen der Vorwärtsgänge zwischen einer hybridtechnischen Betriebsweise und einer rein elektrischen Betriebsweise zu schalten.
- Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit dem Hybridgetriebe, wie dies zuvor beschrieben wurde beziehungsweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche und/oder zur Ausführung des Verfahrens, wie dies zuvor beschrieben wurde.
- Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
-
1 einen schematischen Aufbau eines Hybridgetriebes als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
2 -10 unterschiedliche Betriebszustände des Hybridgetriebes in der1 ; -
11 einen schematischen Aufbau eines weiteren Hybridgetriebes als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
12 einen schematischen Aufbau eines weiteren Hybridgetriebes als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
13 einen schematischen Aufbau eines weiteren Hybridgetriebes als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. - Die
1 zeigt in einer schematisierten Darstellung ein Fahrzeug1 mit einem Hybridgetriebe2 als ein Ausführungsbeispiel der Findung. Das Fahrzeug1 bzw. das Hybridgetriebe2 weist eine Verbrennungskraftmaschine3 sowie einen Elektromotor4 als Traktionsmotoren auf. Der Elektromotor4 kann auch als Generator eingesetzt werden. Das Hybridgetriebe2 bildet einen Antriebsstrang, welcher die Antriebsdrehmomente der Verbrennungskraftmaschine3 und/oder des Elektromotors4 zu angetriebenen Rädern5 des Fahrzeugs1 leitet. Dabei kann die Verteilung der Antriebsdrehmomente über eine Differentialeinrichtung6 erfolgen. - Das Hybridgetriebe
2 weist eine erste Eingangswelle7 auf, welche mit der Verbrennungskraftmaschine3 wirkverbunden ist. Zwischen der Verbrennungskraftmaschine3 und der ersten Eingangswelle7 ist eine Kupplungseinrichtung K0 angeordnet, welche eine Trennung eines Momentenpfad zwischen Verbrennungskraftmaschine3 und erster Eingangswelle7 ermöglicht. Die Kupplungseinrichtung K0 ist beispielsweise als eine Reibkupplung ausgebildet. Optional können zwischen der ersten Eingangswelle7 und der Verbrennungskraftmaschine3 ein Dämpfer, ein Umlenkgetriebe etc. angeordnet sein. - Das Hybridgetriebe
2 umfasst ferner eine zweite Eingangswelle8 , wobei die zweite Eingangswelle8 mit dem Elektromotor4 wirkverbunden ist. Optional kann der Elektromotor4 koaxial zu der zweiten Eingangswelle8 angeordnet sein, wobei die Rotorwelle des Elektromotors4 drehfest mit der zweiten Eingangswelle8 verbunden ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Elektromotor4 , insbesondere die Rotorwelle des Elektromotors4 parallel versetzt zu der zweiten Eingangswelle8 angeordnet. Der Elektromotor4 ist über einen Zwischengetriebeabschnitt mit der zweiten Eingangswelle8 wirkverbunden. - Die erste Eingangswelle
7 und die zweite Eingangswelle8 sind koaxial und in Flucht zueinander und/oder nebeneinander angeordnet. - Das Hybridgetriebe
2 weist eine Ausgangswelle9 auf, welche parallel zu der ersten und/oder zu der zweiten Eingangswelle7 ,8 , jedoch versetzt zu diesen, angeordnet ist. Die Ausgangswelle9 bildet einen Eingang in die Differentialeinrichtung6 . Das Hybridgetriebe2 weist einenS1 -Abschnitt, einenS2 -Abschnitt und einenS3 -Abschnitt auf, welche in axialer Richtung zu den Wellen7 ,8 ,9 nebeneinander angeordnet sind. - In dem
S1 -Abschnitt sind eineS1 -Schalteinrichtung (bezeichnet mit S1) sowie eineS1 -Doppelgetriebestufe10 angeordnet. DieS1 -Doppelgetriebestufe 10 weist eine erste S1-Getriebestufe11 sowie eine zweiteS1 -Getriebestufe12 auf. Die ersteS1 -Getriebestufe11 weist ein Festrad11.1 auf, welches auf der zweiten Eingangswelle8 drehfest angeordnet ist, sowie ein Losrad11.2 , welches auf der Ausgangswelle9 angeordnet ist und welches mit dem Festrad11.1 kämmt. - Die zweite
S1 -Getriebestufe12 weist ein Festrad12.1 , welches auf der zweiten Eingangswelle8 angeordnet ist, sowie ein Losrad12.2 , welches auf der Ausgangswelle9 angeordnet ist. Das Losrad12.2 kämmt mit dem Festrad12.1 . - Die
S1 -Schalteinrichtung ist auf der Ausgangswelle9 angeordnet und beispielsweise als eine Schiebemuffeneinrichtung ausgebildet. DieS1 -Schalteinrichtung ermöglicht es, wahlweise in einer SchaltstellungC das Losrad11.2 der erstenS1 -Getriebestufe11 oder in einer SchaltstellungB das Losrad12.2 mit der Ausgangswelle9 drehfest zu setzen. Zusätzlich kann dieS1 -Schalteinrichtung eine Neutralstellung einnehmen. - In dem
S2 -Abschnitt sind eineS2 -Getriebestufe14 sowie eineS2 -Schalteinrichtung (bezeichnet mitS2 ) angeordnet. DieS2 -Getriebestufe14 weist ein Losrad14.1 auf, welches auf der zweiten Eingangswelle8 drehbar angeordnet ist. Ferner weist dieS2 -Getriebestufe14 einenS2 -Zahnradabschnitt14.2 auf, welcher einen Teil eines Doppelzahnrads13 bildet. DieS2 -Schalteinrichtung ist auf der zweiten Eingangswelle8 angeordnet und kann analog zu derS1 -Schalteinrichtung ausgebildet sein, sodass auf die diesbezügliche Beschreibung verwiesen wird. In einer SchaltstellungA kann dieS2 -Schalteinrichtung das Losrad14.1 mit der zweiten Eingangswelle8 drehfest setzen. Die SchalteinrichtungS2 kann in einer SchaltstellungB die erste Eingangswelle7 und die zweite Eingangswelle8 miteinander drehfest setzen. Ferner kann dieS2 -Schalteinrichtung eine Neutralstellung einnehmen. - Der
S3 -Abschnitt weist eineS3 -Zweifachstufe15 mit einerS3 -Getriebestufe16 und einer Parkstufe17 auf. Ferner weist derS3 -Abschnitt eineS3 -Schalteinrichtung (bezeichnet mitS3 ) auf welche auf der Ausgangswelle9 angeordnet ist. Die Ausbildung derS3 -Schalteinrichtung kann wie zuvor bei derS1 -Schalteinrichtung beschrieben realisiert sein. DieS3 -Getriebestufe16 weist ein Festrad16.1 auf, welches auf der ersten Eingangswelle7 angeordnet ist. Ferner weist die ersteS3 -Getriebestufe16 einen Zahnradabschnitt16.2 des Doppelzahnrads auf, welcher drehbar auf der Ausgangswelle9 angeordnet ist. Der Zahnradabschnitt16.2 kämmt mit dem Festrad16.1 . Die Parkstufe17 umfasst eine Sperrkontur18 , insbesondere eine Parksperrenkontur, welche stationär und/oder gestellfest und/oder starr mit einem Gehäuse des Hybridgetriebes2 verbunden ist. In einer SchalterstellungE der S3-Schalteinrichtung ist der Zahnradabschnitt16.2 derS3 -Getriebestufe mit der Ausgangswelle9 drehfest gekoppelt. In der SchalterstellungE sind die erste Eingangswelle7 und die Ausgangswelle9 über dieS3 -Getriebestufe16 miteinander wirkverbunden. In einer SchaltstellungF ist die Sperrkontur18 drehfest mit der Ausgangswelle9 gekoppelt, sodass das Fahrzeug1 in einem Parkzustand und/oder Sperrzustand ist. - Das Doppelzahnrad
13 ist drehbar auf der Ausgangswelle9 angeordnet und bildet mit dem Zahnradabschnitt14.2 einen Teil derS2 -Getriebestufe und mit dem Zahnradabschnitt16.2 einen Teil derS2 -Getriebestufe. - Anhand der nachfolgenden Figuren werden die unterschiedlichen Betriebszustände des Hybridgetriebes
2 erläutert. Als Zusammenfassung der Betriebszustände wird auf die Tabelle in der vorhergehenden Erfindungsbeschreibung verwiesen. - Betriebszustand: N / EM Laden
- In der
2 ist der Betriebszustand N / EM Laden gezeigt. Durch das Schließen der S2-Schalteinrichtung in den SchaltzustandB , wobei dieS1 -Schalteinrichtung und die S3- Schalteinrichtung jeweils in Neutralstellung sind, kann das Hybridgetriebe2 in einem Generatorbetrieb betrieben werden, wobei über einen ersten MomentenpfadM1 ein Drehmoment von der Verbrennungskraftmaschine3 zu dem Elektromotor4 geleitet werden kann, um diesen als Generator zu betreiben. Optional ist es möglich, dass ein Drehmoment in der Gegenrichtung von dem Elektromotor4 zu der Verbrennungskraftmaschine3 geleitet wird, um diese zu starten. - Betriebszustand: EM1/Rückwärtsgang
- In der
3 ist der Betriebszustand EM1/Rückwärtsgang gezeigt. DieS1 -Schalteinrichtung nimmt den SchaltzustandC ein, dieS2 -Schalteinrichtung und dieS3 -Schalteinrichtung befinden sich in Neutralstellung. In diesem Betriebszustand wird über einen zweiten MomentenpfadM2 ein Drehmoment von dem Elektromotor4 über die ersteS1 -Getriebestufe zu der Ausgangswelle9 geführt. In diesem Betriebszustand ist es möglich, das Fahrzeug insbesondere ohne Einsatz einer Reibkupplung und/oder der Kupplungseinrichtung K0 anzufahren oder rückwärts zu fahren. - Betriebszustand: EM1 + ICE 1
- In der
4 ist der Betriebszustand EM1 + ICE1 gezeigt. DieS1 -Schalteinrichtung nimmt den SchaltzustandC ein, dieS2 -Schalteinrichtung nimmt den SchaltzustandA und dieS3 -Schalteinrichtung den Neutralzustand ein. Ein erster MomentenpfadM1 verläuft von dem Verbrennungsmotor3 von der ersten Eingangswelle7 über das Doppelzahnrad13 zu der zweiten Eingangswelle8 und dann über die ersteS1 -Getriebestufe zur Ausgangswelle9 . Ein zweiter MomentenpfadM2 verläuft von dem Elektromotor4 über die erste S1-Getriebestufe zu der Ausgangswelle9 . Dieser Betriebszustand ist als ein Hybridbetriebszustand ausgebildet. Es ist jedoch möglich, durch das Öffnen der Kupplungseinrichtung K0 einen rein elektromotorischen Betriebszustand herzustellen. - Betriebszustand: EM1 + ICE2
- in der
5 ist der Betriebszustand EM1 + ICE2 gezeigt. DieS1 -Schalteinrichtung nimmt den SchaltzustandC , dieS2 -Schalteinrichtung nimmt den SchaltzustandB und die S3-Schalteinrichtung nimmt den Neutralzustand ein. Ein erster MomentenpfadM1 verläuft von dem Verbrennungsmotor3 über die erste Eingangswelle7 , die S2-Schalteinrichtung zu der zweiten Eingangswelle8 über die erste S1-Getriebestufe zu der Ausgangswelle9 . Ein zweiter MomentenpfadM2 verläuft von dem Elektromotor4 über die ersteS1 -Getriebestufe zu der Ausgangswelle9 . Dieser Betriebszustand ist als ein Hybridbetriebszustand ausgebildet. Es ist jedoch möglich, durch das Öffnen der Kupplungseinrichtung K0 einen rein elektromotorischen Betriebszustand herzustellen. - Betriebszustand: EM1 + ICE3
- In der
6 ist der Betriebszustand EM1 + ICE3 gezeigt. DieS1 -Schalteinrichtung nimmt den SchaltzustandC , dieS2 -Schalteinrichtung nimmt den Neutralzustand und dieS3 -Schalteinrichtung nimmt den SchaltzustandE ein. Ein erster MomentenpfadM1 verläuft von dem Verbrennungsmotor3 über die erste Eingangswelle7 und dieS3 Getriebestufe zu der Ausgangswelle9 . Ein zweiter MomentenpfadM2 verläuft von dem Elektromotor4 , die erste S1-Getriebestufe zu der Ausgangswelle9 . Dieser Betriebszustand ist als ein Hybridbetriebszustand ausgebildet. Es ist jedoch möglich, durch das Öffnen der Kupplungseinrichtung K0 einen rein elektromotorischen Betriebszustand herzustellen. - Betriebszustand: EM2 + ICE3
- In der
7 ist der Betriebszustand EM2 + ICE3 gezeigt. DieS1 -Schalteinrichtung nimmt den SchaltzustandD , die S2-Schalteinrichtung den Neutralzustand und die S3 Schalteinrichtung den SchaltzustandE ein. Ein erster MomentenpfadM1 verläuft von dem Verbrennungsmotor3 , über die erste Eingangswelle7 , dieS3 -Getriebestufe zu der Ausgangswelle9 . Ein zweiter MomentenpfadM2 verläuft von dem Elektromotor4 , über die zweite Eingangswelle8 , die zweite S1-Getriebestufe zu der Ausgangswelle9 . Dieser Betriebszustand ist als ein Hybridbetriebszustand ausgebildet. Es ist jedoch möglich, durch das Öffnen der Kupplungseinrichtung K0 einen rein elektromotorischen Betriebszustand herzustellen. - Betriebszustand: EM2+ ICE4
- In der
8 ist der Betriebszustand EM2+ ICE4 gezeigt. DieS1 -Schalteinrichtung nimmt den SchaltzustandD , die S2-Schalteinrichtung nimmt den SchaltzustandA und dieS3 -Schalteinrichtung nimmt den Neutralzustand ein. Ein erster MomentenpfadM1 verläuft von dem Verbrennungsmotor3 über die erste Eingangswelle7 , das Doppelzahnrad13 , die zweite Eingangswelle8 , die2 .S1 -Getriebestufe zu der Ausgangswelle9 . Ein zweiter MomentenpfadM2 verläuft von dem Elektromotor4 über die zweite Eingangswelle8 , die zweiteS1 -Getriebestufe zu der Ausgangswelle9 . Dieser Betriebszustand ist als ein Hybridbetriebszustand ausgebildet. Es ist jedoch möglich, durch das Öffnen der Kupplungseinrichtung K0 einen rein elektromotorischen Betriebszustand herzustellen. - Betriebszustand: EM2 + ICE5
- In der
9 ist der Betriebszustand EM2 + ICE5 gezeigt. DieS1 -Schalteinrichtung ist in dem SchaltzustandD , die S2-Schalteinrichtung ist im SchaltzustandB und die S3-Schalteinrichtung ist in dem Neutralzustand. Ein erster MomentenpfadM1 verläuft von dem Verbrennungsmotor3 über die erste Eingangswelle7 , die zweite Eingangswelle8 , die zweiteS1 - Getriebestufe zu der Ausgangswelle9 . Ein zweiter MomentenpfadM2 verläuft von dem Elektromotor4 über die zweite Eingangswelle8 , die zweiteS1 -Getriebestufe zu der Ausgangswelle9 . Dieser Betriebszustand ist als ein Hybridbetriebszustand ausgebildet. Es ist jedoch möglich, durch das Öffnen der Kupplungseinrichtung K0 einen rein elektromotorischen Betriebszustand herzustellen. - Betriebszustand: Parksperre
- In der
10 ist der Betriebszustand Parksperre gezeigt. DieS1 -Schalteinrichtung und dieS2 -Schalteinrichtung sind jeweils in der Neutralstellung. DieS3 -Schalteinrichtung ist im SchaltzustandF . Optional ist es möglich, die S2-Schalteinrichtung in den SchaltzustandB zu setzen, um den Elektromotor4 als Generator durch den Verbrennungsmotor3 anzutreiben und/oder ein Starten durch den Elektromotor4 des Verbrennungsmotors3 zu realisieren. - Es ist hervorzuheben, dass das Hybridgetriebe lastschaltfähig ist. Insbesondere kann in der Reihenfolge ICE1, ICE2, ICE3, ICE4, ICE5 und in Gegenrichtung ein Gangwechsel durchgeführt werden, wobei bei dem Gangwechsel ein Drehmoment von dem Elektromotor
4 als Stützmoment bereitgestellt wird. - Während in den
1 -10 der Elektromotor4 in die ersteS1 -Getriebestufe eingekoppelt wird, ist bei dem Hybridgetriebe2 in der11 ein zusätzliches Festrad auf der zweite Eingangswelle8 vorgesehen, welches mit einem Zwischenrad kämmt, wobei das Zwischenrad mit einem Ausgangsritzel des Elektromotors4 kämmt. Anders ausgedrückt wird Elektromotor4 über ein separates Zwischengetriebe an der zweiten Eingangswelle8 angekoppelt. Die Betriebszustände können jedoch in gleicher Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel eingenommen werden. - In der
12 ist dagegen ein Ausführungsbeispiel gezeigt, wobei der Elektromotor4 koaxial zu der ersten und/oder zweiten Eingangswelle7 ,8 angeordnet ist, wobei eine Rotorwelle des Elektromotors4 mit der zweiten Eingangswelle8 drehfest verbunden ist. Die Betriebszustände können jedoch in gleicher Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel eingenommen werden.
In der13 ist dagegen ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, wobei der Elektromotor4 über das Losrad11.2 der erstenS1 -Getriebestufe eingekoppelt wird. Die Betriebszustände können jedoch in gleicher Weise wie bei dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel eingenommen werden. - Insbesondere beschreibt die vorliegende Erfindung ein lastschaltfähiges Hybridgetriebe für Hybridfahrzeuge mit seiner Schaltstrategie. An den Eingangswellen greift jeweils eine Verbrennungskraftmaschine und eine E-Maschine an. Die Momente der beiden Antriebsmaschinen können einzeln aber auch parallel durch das Getriebe an die Ausgangswelle geführt werden. Das Hybridgetriebe ermöglicht ebenso einen „reinen“ Generatorbetrieb, bei dem die Verbrennungskraftmaschine die E-Maschine antreibt und die somit erzeugte Energie z.B. in einer Batterie speichert.
- Die Schaltevents sollen möglichst einfach, schnell und komfortabel ablaufen, dass heißt es werden zeitliche Abläufe und stufensprungbedingte Drehzahländerungen mittels Schaltreihenfolge/Schaltstrategie optimiert. Der
VKM -Start kann durch einen optimierten Schleppstart komfortabler angelassen werden. Zudem werden die erforderlichen Schaltelemente optimal ausgenutzt, da über wechselseitige Schaltelemente alle Schaltzustände für den Fahrzeugbetrieb dargestellt werden und zusätzlich eine Parksperre aktuiert werden kann. Damit Entfall eines zusätzlichen Parksperrenaktors. - Ein Hybridgetriebe mit einer ersten (ICE und K0) und zweiten Eingangswelle (
EM ) und einer Abtriebswelle, mit mind. einer zur Abtriebsseite koaxialen Hohlwelle mit zwei Verzahnungen (Doppellosrad über die Ebenen III und IV), wobei die erste Verzahnung (Ebene IV) zwischen dem Festrad der ersten Eingangswelle mit dem Doppellosrad auf der Ausgangswelle kämmt, und die zweite Verzahnung (Ebene III) zwischen dem ersten Losrad auf der zweiten Eingangswelle und dem Doppellosrad kämmt, mit einer Schalteinrichtung (S2 ) zur Verbindung des ersten Losrads mit der zweiten Eingangswelle mit einer zweiten Schalteinrichtung (S3 ) zur Verbindung der Hohlwelle mit der Abtriebswelle in der einen Endlage (vorzugsweise Gang3) und in der anderen Endlage eine Parksperre geschaltet und mit mindestens zwei zusätzlichen Radebenen zur schaltbaren Verbindung (S1 ) der zweiten Eingangswelle mit der Ausgangswelle. Die Schalteinrichtung (S2 ) weist eine dritte Schaltstellung auf, in der die zweite Eingangswelle mit der ersten Eingangswelle unübersetzt verbunden wird (statt mit dem Losrad). Einer Übersetzung/Untersetzung (Ebene III) zwischen dem ersten Losrad auf der zweiten Eingangswelle und dem Doppellosrad auf der Abtriebswelle im Bereich von 0,8 bis 1,25. Die Radebenen I und II können getauscht sein. Die elektrische Maschine kann alternativ koaxial zur zweiten Eingangswelle oder achsparallel zur zweiten Eingangswelle über eine Räderkette und/ oder eine Zugmitteltrieb an die zweite Eingangswelle angebunden sein. Die elektrische Maschine kann achsparallel zur zweiten Eingangswelle über das Losrad auf der Abtriebswelle der Ebenen I oder II an die erste Eingangswelle angebunden sein. - Das Hybridgetriebe
2 ist eine neue Getriebestruktur mit zwei Getriebeeingangswellen und einer achsparallel angeordneten Getriebeausgangswelle, siehe1 . In der obigen Tabelle sind die wesentlichen Fahrzustände abgebildet für i3 in Ebene IV. Das Getriebe ist in zwei Teilgetriebe unterteilt, TeilgetriebeEM mit den Zahnradpaaren, die über die SchiebemuffeS1 ankoppelbar sind. Dieser Getriebeteil beinhaltet ein Zwischenübersetzungselement, welches als LosradA auf der Eingangswelle des TeilgetriebesEM sitzt und mit einer der Doppellosradverzahnungen kämmt. Der GetriebeteilVKM umfasst eine direkte Übersetzung, die über das Fest-Doppellosrad (kämmender Teil in diesem Teilgetriebe) ankoppelbar an die Abtriebswelle mittels SchiebemuffeS3 in PositionE . Die SchiebemuffeS3 PositionF dient zur Aktuierung der Parksperre. Auf der Eingangswelle des TeilgetriebeVKM befindet sich eine Kupplung (Reibkupplung) zum an/abkoppeln desVKM . Zwischen den TeilgetriebenEM und -VKM befindet sich auf deren Eingangswelle eine Koppelvorrichtung, die einerseits die beiden Eingangswellen ankoppeln kann (S2 B ) und im abgekoppelten Zustand der beiden Eingangswellen das LosradA an die Eingangswelle TeilgetriebeEM ankoppeln kann. Das Doppellosrad auf der Ausgangswelle besteht aus einem kämmenden Teil je im TeilgetriebeEM undVKM . Die Zähnezahlen sind vorzugsweise unterschiedlich. Die Losräder der beiden Teilgetriebe sind gelagert auf einer gemeinsamen Ausgangswelle, die mit dem Differential angebunden ist. Gangabhängigkeiten: Das Hybridgetriebe ermöglicht5 VKM Gänge. Im TeilgetriebeVKM liegt vorzugsweise i3. Direkte Übersetzung heißt hier das keine zwischen Über/Untersetzung über das Doppellosrad erfolgt. Das TeilgetriebeEM beinhaltet eine direkte Übersetzung die kleiner als i3 und eine die größer als i4 ist. Diese direkte Übersetzung entspricht vorzugsweise entweder den direkten Übersetzung i1 und i4 oder i2 und i5. DieseVKM Gänge werden durchS2 (A oderB ) geschaltet undS1 auf C oder D. Das Zwischenübersetzungselement weist eine direkte Übersetzung /Untersetzung zwischen 0,5 und 2 bzw. vorzugsweise zwischen 0,8 und 1,25 auf. - Position der elektrischen Maschine
11 -13 Die elektrische Maschine kann koaxial oder achsparallel angebunden sein. Ebenso kann die elektrische Maschine an die Eingangswelle direkt kämmend über das Festrad in der Zahnradreihe schaltbar über C bzw. kämmend über das Losrad dieser Zahnradreihe erfolgen. Ein Zwischenrad zwischen dem Ritzel der EM und dem kämmenden Rad der Zahnradreihe ist ebenso denkbar. Die Anbindung kann in gleicher Weise auch an der Zahnradreihe schaltbar über D erfolgen. Ebenso wäre eine Anbindung über eine Zahnkette oder Laschenkette denkbar mit entsprechenden Kettenrädern. - VKM Start: Entweder über Ritzelstarter oder falls nicht vorhanden über die Reibkupplung und in i3 während der Fahrt ggf. mit Momentenvorhalt durch die elektrischen Maschine oder in Neutral über die elektrische Maschine.
- Bezugszeichenliste
-
- 1
- Fahrzeug
- 2
- Hybridgetriebe
- 3
- Verbrennungskraftmaschine
- 4
- Elektromotor
- 5
- Räder
- 6
- Differentialeinrichtung
- 7
- erste Eingangswelle
- 8
- zweite Eingangswelle
- 9
- Ausgangswelle
- 10
- Doppelgetriebestufe
- 11
- erste S1-Getriebestufe
- 11.1
- Festrad
- 11.2
- Losrad
- 12
- zweite S1-Getriebestufe
- 12.1
- Festrad
- 12.2
- Losrad
- 13
- Doppelzahnrad
- 14
- S2-Getriebestufe
- 14.1
- Losrad
- 14.2
- Zahnradabschnitt
- 15
- S3-Zweifachstufe
- 16
- S3-Getriebestufe
- 16.1
- Festrad
- 16.2
- Zahnradabschnitt
- 17
- Parkstufe
- 18
- Sperrkontur
- A
- Schaltzustand
- B
- Schaltzustand
- C
- Schaltzustand
- D
- Schaltzustand
- E
- Schaltzustand
- F
- Schaltzustand
- S1
- Schalteinrichtung
- S2
- Schalteinrichtung
- S3
- Schalteinrichtung
- M1
- erster Momentenpfad
- M2
- zweiter Momentenpfad
Claims (10)
- Hybridgetriebe (2) für ein Fahrzeug (1) mit einer ersten Eingangswelle (7) zur Kopplung mit einer Verbrennungskraftmaschine (3), mit einer zweiten Eingangswelle (8) zur Kopplung mit einem Elektromotor (4), wobei die erste und die zweite Eingangswelle (7,8) koaxial zueinander ausgerichtet sind, mit einer Ausgangswelle (9), wobei die Ausgangswelle (9) parallel zu der ersten und/oder zweiten Eingangswelle (7,8) angeordnet ist, mit einer S1-Doppelgetriebestufe (10) und mit einer S1-Schalteinrichtung, wobei die S1-Doppelgetriebestufe (10) eine erste und eine zweite S1-Getriebestufe (11,12) aufweist und wobei die S1-Schalteinrichtung wahlweise die zweite Eingangswelle (8) über die erste S1 -Getriebestufe (11) oder die zweite Eingangswelle (8) über die zweite S1-Getriebestufe (12) mit der Ausgangswelle (9) getriebetechnisch verbinden kann, mit einer S2-Getriebestufe (14) und mit einer S2-Schalteinrichtung, wobei die S2-Schalteinrichtung wahlweise die zweite Eingangswelle (8) mit der S2-Getriebestufe (14) oder die zweite Eingangswelle (8) mit der ersten Eingangswelle (7) getriebetechnisch verbinden kann, mit einer S3-Stufe (15) und mit einer S3-Schalteinrichtung, wobei die S3-Stufe (15) eine S3-Getriebestufe (16) aufweist und wobei die S3-Schalteinrichtung die erste Eingangswelle (7) über die S3-Getriebestufe (16) mit der Ausgangswelle (9) getriebetechnisch verbinden kann und mit einem Doppelzahnrad (13) mit einem S2-Zahnradabschnitt (14.2) und einem S3-Zahnradabschnitt (16.2), wobei der S2-Zahnradabschnitt (14.2) einen Teil der S2-Getriebestufe (14) und der S3-Zahnradabschnitt (16.2) einen Teil der S3-Stufe (16) bildet.
- Hybridgetriebe nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die S3-Stufe als eine S3-Zweifachstufe ausgebildet ist und eine Parkstufe (17) aufweist, wobei die S3-Schalteinrichtung die Ausgangswelle (9) stationär setzen kann. - Hybridgetriebe nach
Anspruch 1 oder2 , gekennzeichnet durch eine Kupplungseinrichtung (K0) zur An- und/oder Abkopplung der Verbrennungskraftmaschine (3) an die erste Eingangswelle (7). - Hybridgetriebe (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Doppelzahnrad (13) als ein Losrad auf der Ausgangswelle (9) ausgebildet ist.
- Hybridgetriebe (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die S1-Schalteinrichtung auf der Ausgangswelle (9) angeordnet ist und ein Losrad (11.2) der ersten S1-Getriebestufe mit der Ausgangswelle (9) drehfest setzen kann, um die zweite Eingangswelle (8) über die erste S1-Getriebestufe (11) mit der Ausgangswelle (9) getriebetechnisch zu verbinden und/oder ein Losrad (12.2) der zweiten S1-Getriebestufe mit der Ausgangswelle (9) drehfest setzen kann, um die zweite Eingangswelle (8) über die zweite S1-Getriebestufe (12) mit der Ausgangswelle (9) getriebetechnisch zu verbinden.
- Hybridgetriebe (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die S2-Schalteinrichtung auf der ersten und/oder der zweiten Eingangswelle (8) angeordnet ist und ein Losrad (14.1) der S2-Getriebestufe mit der zweiten Eingangswelle (8) drehfest setzen kann, wobei das Losrad (14.1) mit dem S2-Zahnradabschnitt (14.2) kämmt oder die erste und die zweite Eingangswelle (7,8) miteinander drehfest setzen kann.
- Hybridgetriebe (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die S3-Schalteinrichtung auf der Ausgangswelle (9) angeordnet ist und wahlweise ein Losrad (16.2) der S3-Getriebestufe (16) drehfest setzen kann, um die erste Eingangswelle (7) über die erste S3-Getriebestufe (16) mit der Ausgangswelle (9) getriebetechnisch zu verbinden, oder die Ausgangswelle mit einer Sperrkontur (18) drehfest setzen kann, um die Ausgangswelle (9) zu sperren.
- Verfahren zum Betreiben des Hybridgetriebes (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Änderung der Schaltstellung der S1-Schalteinrichtung, der S2-Schalteinrichtung und/oder der der S3-Schalteinrichtung der Betriebszustand geändert wird.
- Fahrzeug (1), gekennzeichnet durch ein Hybridgetriebe (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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