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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeuggetriebe mit drei Planetengetrieberadsätzen gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs, derartige Getriebe sind aus dem Stand der Technik, insbesondere aus der
EP 1 396 369 A2 , bekannt.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines PKW Hybridantriebsstrangs beschrieben, dies ist nicht als eine Einschränkung der Erfindung zu verstehen.
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Aktuelle Hybridgetriebe basieren in der Regel auf konventionellen Automatikgetrieben, die für einen rein verbrennungsmotorischen Antriebsstrang ausgelegt sind. Für eine Hybridisierung wird in den ohnehin schon begrenzten Bauraum noch zusätzlich ein elektromechanischer Energiewandler integriert. Daraus kann sich der Nachteil ergeben, dass aufgrund des beschränkten Bauraums meistens nur eine eingeschränkte Elektrifizierung, insbesondere bezogen auf die elektrisch darstellbare Antriebsleistung, erreichen lässt, d.h. es sind nur relativ geringe Antriebs-/Fahrleistung über den rein elektrischen Fahrantrieb ermöglicht. Zudem ist ein derartiges herkömmliches, zum Hybridgetriebe weiterentwickeltes Automatikgetriebe nicht gezielt für einen hybriden Antriebsstrang ausgelegt.
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Die
EP 1 396 369 A2 schlägt ein Hybridgetriebe zur Koppelung von zwei Elektromotoren und einem Verbrennungsmotor vor. Die von diesen Antriebsmaschinen bereitstellbare Antriebsleistung ist mittels eines Umlaufgetriebes mit mehreren Planetengetrieberadsätzen, wobei zwei Sonnenräder dieser Planetengetrieberadsätze drehfest verbunden sind, übertragbar. Zudem weist das vorgeschlagene Hybridgetriebe zu mindestens einen weiteren Planetengetrieberadsatz auf.
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Die
DE 10 2012 214 743 A1 befasst sich mit einem Verfahren zum zugkraftunterbrechungsfreien Schalten eines Automatikhybridgetriebes sowie mit einem Automatikhybridgetriebe. Die
DE 10 2012 024 173 A1 befasst sich mit einer Hybridantriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug. Die US 2012 / 0 270 691 A1 befasst sich mit einer Hybridantriebsordnung mit einer Vielzahl von Betriebsmodi.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein, bezogen auf das Übersetzungsverhältnis, in diskreten Stufen schaltbares Mehrstufengetriebe für einen Hybridantrieb mit geringem Bauraumbedarf, anzugeben. Diese Aufgabe wird durch ein Mehrstufen-Hybridgetriebe gemäß dem ersten Patentanspruch sowie durch einen Hybridantriebsstrang gemäß Patentanspruch 15 gelöst. Zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Im . Sinne der Erfindung ist unter einem Mehrstufen-Hybridgetriebe ein Geschwindigkeitswechselgetriebe zu verstehen, welches eine Getriebeeingangswelle zur Aufnahme einer Antriebsleistung von einer Antriebsmaschine, vorzugsweise einer Verbrennungskraftmaschine und bevorzugt einem Verbrennungsmotor in Hubkolbenbauweise, aufweist. Weiter weist dieses Getriebe eine Getriebeausgangswelle auf, welche zur Abgabe der aufgenommenen Antriebsleistung in Richtung zu einer oder vorzugsweise mehreren antreibbaren Kraftfahrzeugachsen mit einem oder mehreren antreibbaren Rädern zur Übertragung der Antriebsleistung auf die Fahrbahnoberfläche koppelbar ist. Vorzugsweise ist eine solche antreibbare Kraftfahrzeugachse als eine Vorderachse und bevorzugt eine Hinterachse eingerichtet, insbesondere sogenannte Allradkraftfahrzeuge weisen sowohl eine antreibbare Vorder- und Hinterachse auf.
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Vorzugsweise ist das Mehrstufen-Hybridgetriebe als schaltbares Getriebe ausgebildet und die Antriebsleistung ist vorzugsweise in unterschiedlichen, vorzugsweise diskreten, Übersetzungsverhältnissen von der Getriebeeingangswelle auf die Getriebeausgangswelle übertragbar. Ein derartiges Übersetzungsverhältnis ist insbesondere als sogenannter Gang oder als sogenannte Schaltstufe zu verstehen.
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Weiter weist das Mehrstufen-Hybridgetriebe ein Getriebegehäuse auf. Dieses Getriebegehäuse ist insbesondere zur drehbaren Lagerung der Getriebeeingangswelle und der Getriebeausgangswelle eingerichtet.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einem Planetengetrieberadsatz ein Umlaufgetrieberadsatz zu verstehen, welcher ein Sonnenritzel, ein Hohlrad und ein Planetenrad, welches drehbar auf einer Stegwelle gelagert ist, aufweist. Vorzugsweise weist der Planetengetrieberadsatz eine Vielzahl von Planetenrädern auf. Das Planetenrad steht insbesondere sowohl mit dem Hohlrad, wie auch mit dem Sonnenritzel in Eingriff. Ein derartiger Umlaufgetrieberadsatz ist aus dem Stand der Technik als sogenannter Minusradsatz bekannt.
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Vorzugsweise weist der Umlaufgetrieberadsatz ein Planetenrad und ein Plusplanetenrad auf, vorzugsweise eine Vielzahl von solchen Planetenrädern und Plusplanetenrädern, welche jeweils drehbar auf der Stegwelle gelagert sind und in Eingriff miteinander stehen. Insbesondere das Planetenrad steht in Eingriff mit dem Sonnenritzel und das Plusplanetenrad steht in Eingriff mit dem Hohlrad. Ein derartiger Umlaufgetrieberadsatz ist aus dem Stand der Technik als sogenannter Plusradsatz beziehungsweise Plusplanetengetrieberadsatz bekannt.
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Das Mehrstufen-Hybridgetriebe weist drei solcher Planetengetrieberadsätze auf. Der erste Planetengetrieberadsatz weist demnach ein erstes Sonnenritzel, ein erstes Hohlrad und eine erste Stegwelle mit darauf drehbar gelagertem Planetenrad oder Planetenrädern auf. Der zweite Planetengetrieberadsatz weist ein zweites Sonnenritzel, ein zweites Hohlrad und eine zweite Stegwelle mit darauf drehbar gelagertem Planetenrad oder Planetenrädern auf. Der dritte Planetengetrieberadsatz weist ein drittes Sonnenritzel, ein drittes Hohlrad und eine dritte Stegwelle mit darauf drehbar gelagertem Planetenrad oder Planetenrädern auf.
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Vorzugsweise sind diese drei Planetengetrieberadsätze konzentrisch zueinander angeordnet, insbesondere zu einer gemeinsamen Zentralachse konzentrisch angeordnet und weiter vorzugsweise sind diese drei Planetengetrieberadsätze entlang dieser Zentralachse axial voneinander beabstandet angeordnet.
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Vorzugsweise sind diese drei Planetengetrieberadsätze in Richtung von der Getriebeeingangswelle zu der Getriebeausgangswelle geometrisch in der Reihenfolge erster, dritter, zweiter Planetengetrieberadsatz angeordnet. Insbesondere mittels einer solchen Anordnung der Planetengetrieberadsätze ist ein Mehrstufen-Hybridgetriebe mit geringem Bauraumbedarf darstellbar.
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Vorzugsweise sind alle diese Planetengetrieberadsätze als sogenannte Plusradsätze ausgebildet, bevorzugt sind alle Planetengetrieberadsätze als sogenannte Minusradsätze ausgebildet und besonders bevorzugt ist einer der Planetengetrieberadsätze als sogenannter Plusradsatz und die anderen Planetengetrieberadsatz sind als sogenannte Minusradsätze ausgebildet oder umgekehrt.
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Zwei dieser drei Sonnenritzel (erstes, zweites, drittes Sonnenritzel) sind vorzugsweise drehfest miteinander verbunden oder bevorzugt drehfest miteinander verbindbar. Vorzugsweise ist das zweite Sonnenritzel mit dem dritten Sonnenritzel mittels einer Sonnen-Welleneindchtung drehfest verbunden beziehungsweise sind diese mittels der Sonnen-Welleneinrichtung selektiv drehfest verbindbar. Insbesondere mittels der Verbindung der beiden Sonnenritzel sind zwei der drei Planetengetrieberadsätze kinematische miteinander gekoppelt und eine Leistungsübertragung von einem auf den anderen dieser Planetengetrieberadsätze ist auf einfache Art ermöglicht.
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Weiter ist die dritte Stegwelle, also die Stegwelle des dritten Planetengetrieberadsatzes mit dem zweiten Hohlrad, also dem Hohlrad des zweiten, Planetengetrieberadsatzes, selektiv drehfest verbindbar oder ist bevorzugt drehfest mit diesem verbunden. Weiter vorzugsweise ist das dritte Hohlrad mittels einer selektiv schaltbaren Bremse mit dem Getriebegehäuse drehfest verbindbar. Weiter vorzugsweise ist die dritte Stegwelle mit einer selektiv schaltbaren Kupplung mit dem zweiten Hohlrad drehfest verbindbar, wobei diese Kupplung als vierte Kupplung bezeichnet wird.
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Die dritte Stegwelle, also die Stegwelle des dritten Planetengetrieberadsatzes, ist mit der Getriebeausgangswelle drehfest verbunden oder bevorzugt sind diese drehfest miteinander verbindbar. Vorzugsweise ist die dritte Stegwelle mit der Getriebeausgangswelle mittels einer Steg-Welleneinrichtung drehfest verbunden beziehungsweise sind diese mittels der Steg-Welleneinrichtung selektiv drehfest miteinander verbindbar. Insbesondere mittels der Verbindung der dritten Stegwelle mit der Getriebeausgangswelle ist einer der Planetengetrieberadsätze kinematische mit der Getriebeausgangswelle gekoppelt und eine Leistungsübertragung von diesem, insbesondere von der dritten Stegwelle, auf die Getriebeausgangswelle ist auf einfache Art ermöglicht.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einer Welleneinrichtung (Steg-Welleneinrichtung, Sonnen-Welleneinrichtung) eine Einrichtung, vorzugsweise eine Getriebewelle und bevorzugt eine Getriebewelle mit einer Kupplung, zu verstehen, welche zur, vorzugsweise wenigstens zeitweisen oder bevorzugt zur dauerhaften, drehfesten Verbindung von zwei der drei Sonnenritzel, vorzugsweise des zweiten mit dem dritten Sonnenritzels, eingerichtete ist oder welche zur, vorzugsweise wenigstens zeitweisen oder bevorzugt zur dauerhaften, drehfesten Verbindung der dritten Stegwelle mit der Getriebeausgangswelle eingerichtet ist.
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Das Mehrstufen-Hybridgetriebe weist insbesondere die Steg-Welleneinrichtung und die Sonnen-Welleneinrichtung auf. Vorzugsweise ist höchstens eine dieser beiden Welleneinrichtungen als Einrichtung zum Ausbilden einer dauerhaften drehfesten Verbindung eingerichtet, insbesondere also als Welleneinrichtung ohne selektiv schaltbare Kupplung. Vorzugsweise weist somit wenigstens eine dieser beiden Welleneinrichtungen eine selektiv schaltbare Kupplung auf und ist so zum Ausbilden einer selektiv schaltbaren drehfesten Verbindung eingerichtet.
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Vorzugsweise weisen beide Welleneinrichtungen (Sonnen-Welleneinrichtung, Steg-Welleneinrichtung) eine selektiv schaltbare Kupplung, eine solche, diese Kupplung aufweisende Welleneinrichtung, ist als sogenannte Schalt-Welleneinrichtung zu verstehen. Insbesondere bei geöffneter Kupplung der Schalt-Welleneinrichtung ist mit dieser Schalt-Welleneinrichtung keine Drehmoment übertragbar. Wird die Kupplung der Schalt-Welleneinrichtung geschlossen, sind die beiden Getriebeelemente (zweites Sonnenritzel mit drittem Sonnenritzel oder dritte Stegwelle,mit Getriebeausgangswelle) drehfest mittels der Schalt-Welleneinrichtung verbunden. Insbesondere die Ausgestaltung des Mehrstüfen-Hybridgetriebes mit dieser Kombination der zwei Welleneinrichtungen, von welchen mindestens eine als Schalt-Welleneinrichtung ausgebildet ist, ergibt ein Mehrstufen-Hybridgetriebe mit einer gleichmäßigen Verteilung der Stufensprünge zwischen den unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen und ist daher als Getriebe für ein Hybridfahrzeug besonders geeignet.
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In einer bevorzugt Ausführungsform der Erfindung ist die Getriebeeingangswelle mittels einer selektiv schaltbaren Kupplung, insbesondere mittels einer ersten Kupplung, mit der ersten Stegwelle selektiv drehfest verbindbar, vorzugsweise ist die Getriebeeingangswelle drehfest mit der ersten Stegwelle verbunden. Insbesondere mittels der selektiven Verbindung ist die Leistungsübertragung von der Getriebeeingangswelle auf den ersten Planetengetrieberadsatz ermöglicht und vorzugsweise selektiv steuerbar, insbesondere mittels einer dauerhaften Verbindung ist ein vereinfachter Aufbau des Mehrstufen-Hybridgetriebes ermöglicht. Vorzugsweise ist eine Bremse zum selektiv drehfesten Verbinden des ersten Hohlrads mit dem Getriebegehäuse vorgesehen, insbesondere für den Fall, dass die Getriebeeingangswelle drehfest mit der ersten Stegwelle verbunden ist.
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Weiter vorzugsweise ist die Getriebeeingangswelle mit der zweiten Stegwelle, also der Stegwelle des zweiten Planetengetrieberadsatzes, drehfest verbunden. In einer bevorzugt Ausführungsform der Erfindung ist die Getriebeeingangswelle mittels einer selektiv schaltbaren Kupplung, insbesondere mittels einer zweiten Kupplung, mit der zweiten Stegwelle selektiv drehfest verbindbar. Insbesondere mittels dieser Verbindung ist die Leistungsübertragung von der Getriebeeingangswelle auf den zweiten Planetengetrieberadsatz, insbesondere selektiv, ermöglicht.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einer drehfesten Verbindung zu verstehen, dass bei der Drehmomentübertragung von einem ersten Bauteil auf ein zweites Bauteil das zweite Bauteil die gleiche Drehzahl aufweist, wie das erste Bauteil, mit welchem dieses drehfest verbunden ist. Vorzugsweise kontaktieren sich drehfest miteinander verbundene Bauteile unmittelbar oder sind mittelbar mittels einer Welle/Welleneinrichtung und somit ohne Drehzahlunterschied bei der Leistungsübertragung, miteinander verbunden. Bevorzugt ist zur selektiv drehfesten Verbindung der beiden Bauteile miteinander zwischen diesen (bezogen auf die Leistungsübertragung) eine selektiv schaltbare Drehmomentübertragungseinrichtung, vorzugsweise eine Bremse, bevorzugt eine Kupplung, angeordnet. Mittels einer solchen Drehmomentübertragungseinrichtung ist die Möglichkeit geschaffen, die beiden Bauteile selektiv drehfest miteinander zu verbinden.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einem selektiven Verbinden zweier Bauteile zu verstehen, dass eine solche Verbindung zur Drehmomentübertragung wahlweise herstellbar und wieder aufhebbar ist. Vorzugsweise ist zum Herstellen einer solchen selektiven Verbindung eine Drehmomentübertragungseinrichtung der zuvor genannten Art, beziehungsweise ein Schaltelement, vorgesehen.
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Vorzugsweise ist unter einer Drehmomentübertragungseinrichtung eine Einrichtung zum selektiven Herstellen einer drehmomentleitenden Verbindung zu verstehen, vorzugsweise also eine selektiv schaltbare Kupplung oder eine selektiv schaltbare Bremse. Im Sinne der Erfindung ist unter einer solchen Kupplung auch eine Synchronisierung, vorzugsweise eine Ein- oder Mehrfachkonussysnchronisierung, wie diese aus schaltbaren Getrieben im Automobilbau bekannt sind, zu verstehen. Mit einer Kupplung sind insbesondere zwei rotierbar gelagerte Bauteile miteinander verbindbar, mit einer Bremse sind insbesondere ein rotierbar gelagertes Bauteil und ein dauerhaft stillstehendes Bauteil, insbesondere das Getriebegehäuse, miteinander verbindbar. Vorzugsweise ist eine solche Drehmomentübertragungseinrichtung als eine formschlüssige oder reibschlüssige und bevorzugt als eine reibformschlüssige Einrichtung ausgebildet. Als eine reibformschlüssige Einrichtung ist insbesondere die zuvor genannte Synchronisierung zu verstehen.
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Insbesondere mittels derartiger selektiv schaltbarer Verbindungen ist das Mehrstufen-Hybridgetriebe in unterschiedliche Zustände, insbesondere unterschiedliche Übersetzungsstufen und vorzugsweise in unterschiedliche Betriebszustände zur Leistungsübertragung schaltbar. Insbesondere reibschlüssige Drehmomentübertragungseinrichtungen haben sich als gut steuerbare Einrichtungen zu diesem Zweck erwiesen, mit welchen ein Drehmoment zwischen Bauteilen selbst dann übertragbar ist, wenn diese Bauteile zunächst noch keinen Gleichlauf (gleiche Drehzahl der miteinander zu koppelnden Bauteile) aufweisen. Insbesondere formschlüssige Drehmomentübertragungseinrichtungen haben sich als besonders vorteilhaft für die Übertragung großer Drehmomente auf kleinem Bauraum, im Vergleich zu reibschlüssigen Drehmomentübertragungseinrichtungen, erwiesen.
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Vorzugsweise weisen drehfest miteinander verbundene Bauteile die gleiche Rotationsachse bei der Leistungsübertragung auf. Insbesondere beim Sonderfall einer drehfesten Verbindung eines Bauteils mit dem Getriebegehäuse (Getriebegehäuse steht still), ist diesem mit dem Getriebegehäuse verbundenen Bauteil, die Drehzahl Null vorgegeben, das Bauteil steht still und eine Leistungsübertragung ist nicht möglich.
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Vorzugsweise sind das erste Sonnenritzel, also das Sonnenritzel des ersten Planetengetrieberadsatzes, und das dritte Hohlrad, also das Hohlrad des dritten Planetengetrieberadsatzes, jeweils selektiv drehfest mit einer Bremse mit dem Getriebegehäuse verbindbar. Mittels dieser Ausgestaltung ist somit sowohl für das erste Sonnenritzel wie auch für das dritte Hohlrad, jeweils unabhängig voneinander, die Drehzahl Null, für den Fall der Verbindung dieser mit dem Getriebegehäuse, vorgebbar. Insbesondere durch diese Verbindung ist auf einfache Weise das Übersetzungsverhältnis zwischen der Getriebeeingangswelle und der Getriebeausgangswelle veränderbar. Weiter vorzugsweise ist das erste Sonnenritzel drehbar gegenüber dem Getriebegehäuse gelagert und insbesondere nicht selektiv drehfest mit diesem verbindbar. Vorzugsweise ist das dritte Hohlrad drehfest mit dem Getriebegehäuse verbunden. Insbesondere durch das Ersetzen der selektiv drehfesten Verbindung der ersten Stegwelle mit der Getriebeeingangswelle durch eine „nicht selektive“ also eine dauerhaft drehfeste Verbindung oder durch Weglassen der selektiv drehfesten Verbindung zwischen dem ersten Sonnenritzel und dem Getriebegehäuse, reduzierte sich einerseits die Anzahl der schaltbaren Übersetzungsstufen des Mehrstufigen-Hybridgetriebes, andererseits vereinfacht sich dessen Aufbau und ein besonders einfaches Mehrstufen-Hybridgetriebe ist somit darstellbar.
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Weiter vorzugsweise weisen der erste, der zweite und der dritte Planetengetrieberadsatz die gleiche Standübersetzung auf. Vorzugsweise weisen zwei, bevorzugt aber die drei, Planetengetrieberadsätze gleiche Bauteile, insbesondere bezogen auf Verzahnungsbauteile (Sonnenritzel, Hohlrad, Planetenrad), auf. Insbesondere mittels gleicher Standübersetzungen der Planetengetrieberadsätze ist die Möglichkeit geschaffen, eine große Anzahl an Gleichteilen für die Planetengetrieberadsätze zu verwenden. Dies ist insbesondere bei der vorgeschlagenen Getriebetopologie ermöglicht, da die drei Planetengetrieberadsätze derart miteinander gekoppelt sind, beziehungsweise selektiv miteinander koppelbar sind, dass eine hohe Anzahl unterschiedlicher Übersetzungsstufen mit diesen darstellbar ist und dass die Stufensprünge zwischen diesen Übersetzungsstufen für den Antrieb eines Kraftfahrzeugs günstig liegen.
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Vorzugsweise ist die Getriebeeingangswelle zur selektiv drehfesten Verbindung mit einer Verbrennungskraftmaschine eingerichtet und die Getriebeausgangswelle ist vorzugsweise zu Leistungsabgabe in Richtung zu einer antreibbaren Fahrzeugachse eingerichtet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind 2 Getriebeelemente des ersten Planetengetrieberadsatzes mit einer Kupplung drehfest miteinander verbindbar, dabei ist diese Kupplung als fünfte Kupplung zu verstehen. Vorzugsweise ist die fünfte Kupplung als eine selektiv schaltbare Kupplung ausgebildet. Unter den Getriebeelementen des ersten Planetengetrieberadsatzes sind insbesondere das erste Sonnenritzel, das erste Hohlrad und die erste Stegwelle zu verstehen. Insbesondere durch die drehfeste Verbindung von 2 dieser Getriebeelemente miteinander ist eine Leistungsübertragung mittels des ersten Planetengetrieberadsatzes ohne Wälzleistungsverluste ermöglicht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das erste Sonnenritzel mit einer ersten Bremse mit dem Getriebegehäuse drehfest verbindbar. Vorzugsweise ist diese erste Bremse als eine selektiv schaltbare Bremse ausgebildet. Insbesondere mittels dieser ersten Bremse ist das Übersetzungsverhältnis des Mehrstufen-Hybridgetriebes auf einfache Weise beeinflussbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die erste Stegwelle mit einer ersten Kupplung mit der Getriebeeingangswelle drehfest verbindbar. Vorzugsweise ist diese erste Kupplung als eine selektiv schaltbare Kupplung ausgebildet. Insbesondere mittels dieser ersten Kupplung ist einerseits das Übersetzungsverhältnis des Mehrstufen-Hybridgetriebes auf einfache Weise beeinflussbar und weiter ist besonders verlustarm Antriebsleistung von der Getriebeeingangswelle auf den ersten Planetengetrieberadsatz übertragbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das dritte Hohlrad mit einer zweiten Bremse drehfest mit dem Getriebegehäuse verbindbar. Vorzugsweise ist diese zweite Bremse als eine selektiv schaltbare Bremse ausgebildet. Insbesondere mittels dieser zweiten Bremse ist das Übersetzungsverhältnis des Mehrstufen-Hybridgetriebes auf besonders einfache Weise beeinflussbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das dritte Hohlrad dauerhaft drehfest mit dem Getriebegehäuse verbunden. Durch diese drehfeste Verbindung des dritten Hohlrads mit dem Getriebegehäuse ist eine besonders einfache Möglichkeit geschaffen, eine Drehzahl (in diesem Fall die Drehzahl Null) für ein Getriebeelement vorzugeben und es hat sich gezeigt, dass so die schaltbaren Übersetzungsverhältnisse des Mehrstufen-Hybridgetriebes in einem besonders günstigen Bereich für den Fahrzeugantrieb liegen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind das zweite und das dritte Sonnenritzel, also das Sonnenritzel des zweiten Planetengetrieberadsatzes und das Sonnenritzel des dritten Planetengetrieberadsatzes, mittels der Sonnen-Welleneinrichtung dauerhaft drehfest miteinander verbunden. Weiter vorzugsweise ist die dritte Stegwelle, also die Stegwelle des dritten Planetengetrieberadsatzes mittels der Steg-Welleneinrichtung mit der Getriebeausgangswelle selektiv drehfest verbindbar. Insbesondere weist also die Steg-Welleneinrichtung eine schaltbare Kupplung zum Ausbilden dieser selektiv schaltbaren Verbindung auf, diese Kupplung ist als dritte Kupplung zu verstehen. Untersuchungen haben gezeigt, dass sich bei einer derartigen Ausgestaltung des Mehrstufen-Hybridgetriebes eine besonders günstige Aufteilung der Stufensprünge, also der Unterschiede zwischen einzelnen schaltbaren Übersetzungsverhältnissen des Mehrstufen-Hybridgetriebes, für den Antrieb eines Fahrzeugs ergibt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind das zweite und das dritte Sonnenritzel, also das Sonnenritzel des zweiten Planetengetrieberadsatzes und das Sonnenritzel des dritten Planetengetrieberadsatzes mittels der Sonnen-Welleneinrichtung selektiv drehfest miteinander verbindbar. Und weiter vorzugsweise ist die dritte Stegwelle mittels der Steg-Welleneinrichtung mit der Getriebeausgangswelle drehfest verbunden. Vorzugsweise weist die Sonnen-Welleneinrichtüng zum Ausbilden dieser selektiven Verbindung eine selektiv schaltbare Kupplung auf, vorzugsweise ist diese selektiv schaltbare Kupplung als sechste Kupplung zu verstehen. Untersuchungen haben gezeigt, dass sich bei einer derartigen Ausgestaltung des Mehrstufen-Hybridgetriebes eine weitere besonders günstige Aufteilung der Stufensprünge, also der Unterschiede zwischen einzelnen schaltbaren Übersetzungsverhältnissen des Mehrstufen-Hybridgetriebes, für den Antrieb eines Fahrzeugs ergibt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das zweite Hohlrad mit einer vierten Kupplung mit der Getriebeausgangswelle selektiv drehfest verbindbar. Vorzugsweise ist diese vierte Kupplung als selektiv schaltbare Kupplung ausgebildet. Insbesondere mittels einer derartigen vierten Kupplung ist eine besonders einfache Übertragung von Antriebsleistung vom zweiten Planetengetrieberadsatz auf die Getriebeausgangswelle ermöglicht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das zweite Hohlrad mit der Getriebeausgangswelle drehfest verbunden. Insbesondere mit einer derartigen dauerhaften drehfesten Verbindung des zweiten Hohlrads mit der Getriebeausgangswelle ist eine besonders einfache Möglichkeit der Leisturigsübertragung vom zweiten Planetengetrieberadsatz auf die Getriebeausgangswelle geschaffen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die zweite Stegwelle mit einer zweiten Kupplung drehfest mit der Getriebeeingangswelle verbindbar. Vorzugsweise ist diese zweite Kupplung als eine selektiv schaltbare Kupplung ausgebildet. Insbesondere mittels dieser zweiten Kupplung ist eine besonders einfache Möglichkeit geschaffen, Leistung von der Getriebeeingangswelle und damit von einer ersten Antriebsmaschine, verlustarm auf den zweiten Planetengetrieberadsatz zu übertragen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die zweite Stegwelle dauerhaft drehfest mit der Getriebeeingangswelle verbunden. Insbesondere mittels einer derartigen dauerhaften drehfesten Verbindung ist ein besonders einfacher Aufbau des Mehrstufen-Hybridgetriebes ermöglicht.
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Weiter vorzugsweise ist die Getriebeausgangswelle mit dem zweiten Hohlrad drehfest verbunden. In einer bevorzugt Ausführungsform der Erfindung ist die Getriebeausgangswelle mit dem zweiten Hohlrad selektiv drehfest verbindbar, insbesondere mittels einer dritten Kupplung. Insbesondere mittels dieser Verbindung ist die Leistungsübertragung vom zweiten Hohlrad auf die Getriebeausgangswelle, insbesondere selektiv, ermöglicht.
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Vorzugsweise weist ein Mehrstufen-Hybridgetriebe zum Darstellen von sechs Vorwärtsgängen genau fünf Drehmomentübertragungseinrichtungen auf, von welchen wenigstens drei als Kupplung ausgebildet sind und wenigstens eine als Bremse. Insbesondere mit einer solchen Ausgestaltung ist eine große Anzahl von Gängen mit vergleichsweise geringem Aufwand darstellbar. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei welcher weniger als sechs Vorwärtsgänge mit dem Mehrstufen-Hybridgetriebe dargestellt werden, sind weniger als genau fünf Drehmomentübertragungseinrichtungen vorgesehen. Insbesondere bei einem höheren Grad an Elektrifizierung, wenn also der elektromechanische Energiewandler auch zum Bereitstellen größerer Antriebsleistungen eingerichtet ist, haben Untersuchungen gezeigt, dass dann eine geringere Anzahl an schaltbaren Gängen ausreichend ist.
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Vorzugsweise weist das vorgeschlagene Mehrstufen-Hybridgetriebe nur eine einzige der folgenden Kupplungen auf, zweite Kupplung (Kupplung zum selektiv drehfesten verbinden der Getriebeeingangswelle mit der Stegwelle des zweiten Planetengetrieberadsatzes), vierte Kupplung (Kupplung zum selektiv drehfesten verbinden der Getriebeausgangswelle mit dem Hohlrad des zweiten Planetengetrieberadsatzes) und sechste Kupplung (Kupplung zum selektiv drehfesten verbinden der Getriebeausgangswelle mit der Stegwelle des zweiten Planetengetrieberadsatzes).
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Weiter ist ein Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug vorgesehen, wobei in diesem Antriebsstrang das zuvor beschriebene Mehrstufen-Hybridgetriebe Anwendung findet. Weiter weist dieser Antriebsstrang eine Verbrennungskraftmaschine auf, welche zum Bereitstellen einer Antriebsleistung zum Überwinden von Fahrwiderständen des Hybridfahrzeugs eingerichtet ist. Diese Antriebsleistung der Verbrennungskraftmaschine ist vorzugsweise auf die Getriebeeingangswelle übertragbar. Vorzugsweise ist die Verbrennungskraftmaschine drehfest mit der Getriebeeingangswelle verbindbar oder ist mit dieser verbunden. Weiter weist der Antriebsstrang einen Triebstrang auf, vorzugsweise ist unter diesen Triebstrang eine Einrichtung zur Leistungsübertragung von diesem Mehrstufen-Hybridgetriebe zu wenigstens einem antreibbaren Rad des Hybridfahrzeugs zu verstehen. Vorzugsweise ist dieses antreibbare Rad als eine Radreifenkombination ausgebildet, die zur Leistungsübertragung von diesem Antriebsstrang auf eine Fahrbahnoberfläche eingerichtet ist. Vorzugsweise ist die Getriebeausgangswelle wenigstens zeitweise oder dauerhaft mit dem Triebstrang verbunden. Untersuchungen haben gezeigt, dass mit einem derartigen Antriebsstrang ein Antriebsstrang darstellbar ist, welcher einen vergleichsweise einfachen Aufbau und einen vergleichsweise hohen Wirkungsgrad gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Antriebssträngen aufweist.
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Vorzugsweise ist der vorgeschlagene Antriebsstrang besonders für eine so genannte Inline-Antriebsarchitektur geeignet und dafür ausgebildet. Unter einer solchen Antriebsarchitektur ist insbesondere die Anordnung der Verbrennungskraftmaschine, bezogen auf die Fahrtrichtung des Fahrzeugs, in Längsrichtung mit daran unmittelbar anschließendem Mehrstufen-Hybridgetriebe zu verstehen. Eine derartige Anordnung des Antriebsstrangs ist aus dem Stand der Technik allgemein als Front-Längs-Antrieb oder als Standardantrieb bekannt.
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Nachfolgend sind einzelne Merkmale und Ausführungsformen der Erfindung anhand der teilweise schematisierten Figuren näher erläutert, dabei zeigt:
- 1: eine schematisierte Teilschnittdarstellung einer ersten Variante eines Mehrstufen-Hybridgetriebes,
- 2: eine schematisierte Teilschnittdarstellung einer zweiten Variante eines Mehrstufen-Hybridgetriebes,
- 3: eine schematisierte Teilschnittdarstellung einer dritten Variante eines Mehrstufen-Hybridgetriebes,
- 4: eine schematisierte Teilschnittdarstellung einer vierten Variante eines Mehrstufen-Hybridgetriebes,
- 5: ein Schaltungsschema für ein Mehrstufen-Hybridgetriebe.
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In 1 ist eine schematisierte Teilschnittdarstellung einer ersten Variante des Mehrstufen-Hybridgetriebes dargestellt. In dem Getriebegehäuse 0 sind die Getriebeeingangswelle 1 und die Getriebeausgangswelle 2 drehbar gelagert. Durch die Vielzahl an Drehmomentübertragungseinrichtungen, welche die Kupplungen K15, K35, K37 und die Bremsen B04, B06 umfasst, sind für die Vorwärtsfahrt sechs Übersetzungsstufen selektiv schaltbar. Ein mögliches Schaltungsschema für ein solches Mehrstufen-Hybridgetriebe ist in 5 dargestellt.
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Mit der Getriebeeingangswelle 1 ist eine Verbrennungskraftmaschine koppelbar, diese ist zum Bereitstellen einer Antriebsleistung zum Überwinden von Fahrwiderständen des Hybridfahrzeugs, in welchem dieses Mehrstufen-Hybridgetriebe Anwendung findet, eingerichtet. Als zusätzliche Antriebsmaschine ist der elektromechanische Energiewandler EMA vorgesehen, dieser weist eine Antriebswelle 4 zum Abgeben und Aufnehmen von Antriebsleistung auf. Der elektromechanische Energiewandler ist als Elektromotor/-generator ausgebildet. Die Antriebswelle 4 ist mit dem Sonnenritzel S1 des ersten Planetengetrieberadsatzes PGS1 drehfest verbunden. Mittels der ersten Bremse B04 ist die Antriebswelle 4 mit dem Getriebegehäuse 0 selektiv verbindbar.
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Das erste Sonnenritzel S1 steht in Eingriff mit dem ersten Planetenrad P1, welches drehbar auf der ersten Stegwelle St1 gelagert ist. Weiter steht das erste Planetenrad P1 in Eingriff mit dem ersten Hohlrad H1.
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Das zweite Sonnenritzel S2 steht in Eingriff mit dem zweiten Planetenrad P2, welches drehbar auf der zweiten Stegwelle St2 gelagert ist. Weiter steht das zweite Planetenrad P2 in Eingriff mit dem zweiten Hohlrad H2.
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Das dritte Sonnenritzel S3 steht in Eingriff mit dem dritten Planetenrad P3, welches drehbar auf der dritten Stegwelle St3 gelagert ist. Weiter steht das dritte Planetenrad P3 in Eingriff mit dem dritten Hohlrad H3.
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Die Planetengetrieberadsätze PGS1, PGS2, PGS3 weisen jeweils eine Vielzahl von Planetenrädern P1 bis P3 auf, von welchen jeweils nur ein einziges dargestellt ist.
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Das erste Hohlrad H1 ist mit dem Sonnenritzel S3 des dritten Planetengetrieberadsatzes PGS3 drehfest verbunden. Die Sonnen-Welleneinrichtung Sw weist die sechsten Kupplung K37 auf und so ist das dritte Sonnenritzel S3 mit dem zweiten Sonnenritzel S2 selektiv drehfest verbindbar. Weiter ist die Getriebeausgangswelle 2 mittels der Steg-Welleneinrichtung Stw mit der Stegwelle St3 des dritten Planetengetrieberadsatzes PGS3 drehfest verbunden.
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Mit der ersten Kupplung K15 ist die erste Stegwelle St1 selektiv drehfest mit der Getriebeeingangswelle 1 verbindbar und mit der fünften Kupplung K35 ist die erste Stegwelle St1 mit dem ersten Hohlrad H1 selektiv drehfest verbindbar. Ist beim ersten Planetengetrieberadsatz PGS1 die drehfeste Verbindung zwischen der ersten Stegwelle St1 und dem Hohlrad H1 hergestellt, ist mit diesem Planetengetrieberadsatz Antriebsleistung ohne Wälzleistungsverluste übertragbar, da dieser „verblockt“ umläuft (keine Abwälzbewegung).
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Auch das Hohlrad H2 des zweiten Planetengetrieberadsatzes ist drehfest mit der Steg-Welleneinrichtung Stw verbunden. Die Stegwelle St2 des zweiten Planetengetrieberadsatzes PGS2, auf welcher das Planetenrad P2 drehbar gelagert ist, ist zudem drehfest mit der Getriebeeingangswelle 1 verbunden.
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Das Hohlrad H3 des dritten Planetengetrieberadsatzes PGS3 ist über die zweite Bremse B06 mit dem Getriebegehäuse selektiv drehfest verbindbar.
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Untersuchungen haben gezeigt, dass mit einer solchen Ausführungsform des Mehrstufen-Hybridgetriebes eine ausreichende Anzahl an Vorwärtsgängen, vorliegend sechs, auf kleinem Bauraum bei gutem Wirkungsgrad darstellbar sind.
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Bezüglich 2 wird nachfolgend wird im Wesentlichen auf die Unterschiede zu der in 1 dargestellten Ausführungsform des Mehrstufen-Hybridgetriebes eingegangen. Insbesondere der „vordere Teil“ des Mehrstufen-Hybridgetriebes, also die Anordnung der Getriebeeingangswelle 1, des elektromechanischen Energiewandlers EMA, der Kupplungen K35 und K15 ist bei den in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsformen des Mehrstufen-Hybridgetriebes zu mindestens ähnlich oder gleich. Im Wesentlichen unterscheiden sich die vier dargestellten Ausführungsformen des Mehrstufen-Hybridgetriebes durch die Ausgestaltung der Steg-Welleneinrichtung Stw und,der Sonnen-Welleneinrichtung Sw.
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Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform - des Mehrstufen-Hybridgetriebes ist das Hohlrad H3 des dritten Planetengetrieberadsatzes PGS3 drehfest mit dem Getriebegehäuse 0 verbunden. Durch die Vielzahl an Drehmomentübertragungseinrichtungen bei dieser Ausführungsform, welche die Kupplungen K15, K26, K35, K37 und die Bremse B04 umfasst, sind für die Vorwärtsfahrt sechs Übersetzungsstufen selektiv schaltbar. Die Steg-Welleneinrichtung Stw weist die selektiv schaltbare Kupplung K26 auf und so ist die Stegwelle St3 des dritten Planetengetrieberadsatzes PGS3 mit der Getriebeausgangswelle 2 selektiv drehfest verbindbar. Anstelle der Bremse B06, mit welcher bei der in 1 dargestellten Ausführungsform das Hohlrad H3 mit dem Getriebegehäuse 0 verbindbar ist, weist diese Ausführungsform die dritte Kupplung K26 auf und es ergeben sich auch bei dieser fünf Drehmomentübertragungseinrichtungen für sechs Vorwärtsgänge.
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Das zweite und das dritte Sonnenritzel S2, S3, sind über die Sonnen-Welleneinrichtung Sw sowie über die sechste Kupplung K37 selektiv drehfest miteinander verbindbar.
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Nachfolgend wird in Bezug auf die in 3 dargestellte Ausführungsform des Mehrstufen-Hybridgetriebes, im Wesentlichen auf die Unterschiede zu der in 1 dargestellten Ausführungsform eingegangen. Insbesondere der „vordere Teil“ des Mehrstufen-Hybridgetriebes, also die Anordnung der Getriebeeingangswelle 1, des elektromechanischen Energiewandlers EMA, der Kupplungen K35 und K15 ist bei den in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsformen des Mehrstufen-Hybridgetriebes zu mindestens ähnlich oder gleich.
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Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform des Mehrstufen-Hybridgetriebes ist das Hohlrad H3 des dritten Planetengetrieberadsatzes PGS3 drehfest mit dem Getriebegehäuse 0 verbunden. Durch die Vielzahl an Drehmomentübertragungseinrichtungen bei dieser Ausführungsform, welche die Kupplungen K15, K17, K26, K35 und die Bremse B04 umfasst, sind für die Vorwärtsfahrt sechs Übersetzungsstufen selektiv schaltbar.
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Anstelle der Bremse B06, mit welcher bei der in 1 dargestellten Ausführungsform das Hohlrad H3 mit dem Getriebegehäuse 0 verbindbar ist, weist diese Ausführungsform (3) also die dritte Kupplung K26 auf. Die Steg-Welleneinrichtung Stw weist die selektiv schaltbare Kupplung K26 auf. Weiter ist die als selektiv schaltbare Kupplung ausgebildete zweite Kupplung K17 anstelle der Kupplung K37 vorgesehen. Mit der Kupplung K17 ist die Getriebeeingangswelle 1 mit der Stegwelle St2 des zweiten Planetengetrieberadsatzes PGS2 verbindbar und es ergeben sich so auch bei diesem Mehrstufen-Hybridgetriebe fünf Drehmomentübertragungseinrichtungen für sechs Vorwärtsgänge.
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Nachfolgend wird in Bezug auf die in 4 dargestellte Ausführungsform des Mehrstufen-Hybridgetriebes, im Wesentlichen auf die Unterschiede zu der in 1 dargestellten Ausführungsform eingegangen. Insbesondere der „vordere Teil“ des Mehrstufen-Hybridgetriebes, also die Anordnung der Getriebeeingangswelle 1, des elektromechanischen Energiewandlers EMA, der Kupplungen K35 und K15 ist bei den in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsformen des Mehrstufen-Hybridgetriebes zu mindestens ähnlich oder gleich.
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Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform des Mehrstufen-Hybridgetriebes ist das Hohlrad H3 des dritten Planetengetrieberadsatzes PGS3 drehfest mit dem Getriebegehäuse 0 verbunden. Durch die Vielzahl an Drehmomentübertragungseinrichtungen bei dieser Ausführungsform, welche die Kupplungen K15, K26, K27, K35 und die Bremse B04 umfasst, sind für die Vorwärtsfahrt sechs Übersetzungsstufen selektiv schaltbar.
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Das zweite und das dritte Sonnenritzel S2, S3, sind über die Sonnen-Welleneinrichtung Sw dauerhaft drehfest miteinander verbunden.
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Anstelle der Bremse B06, mit welcher bei der in 1 dargestellten Ausführungsform das Hohlrad H3 mit dem Getriebegehäuse 0 verbindbar ist, weist diese Ausführungsform (4) also die dritte Kupplung K26 auf. Die Steg-Welleneinrichtung Stw weist die selektiv schaltbare Kupplung K26 auf. Weiter ist die als selektiv schaltbare Kupplung ausgebildete vierte Kupplung K27 vorgesehen, mit welcher die Getriebeausgangswelle 2 mit dem Hohlrad H2 des zweiten Planetengetrieberadsatzes PGS2 verbindbar ist und es ergeben sich, so auch bei diesem Mehrstufen-Hybridgetriebe fünf Drehmomentübertragungseinrichtungen für sechs Vorwärtsgänge.
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In 5 ist ein Schaltungsschema für die sechs Vorwärtsgänge des Mehrstufen-Hybridgetriebes gemäß einem der dargestellten Mehrstufen-Hybridgetriebe (1 bis 4) gezeigt. Es ist erkennbar, dass gemäß dem Schaltungsschema für einen Gang genau drei Drehmomentübertragungseinrichtungen betätigt beziehungsweise geschlossen sind. Geschlossen bedeutet in diesem Sinn, dass mittels dieser Drehmomentübertragungseinrichtung ein Drehmoment übertragbar ist, eine solche Drehmomentübertragungseinrichtung ist durch „X“ gekennzeichnet. Weiter hat es sich bei dem vorgeschlagenen Schaltungsschema als günstig erwiesen, dass für jeden Gangwechsel von einem bestimmten Gang in einem zu diesem benachbarten Gang (n nach n-1 oder n nach n+1) zwei Drehmomentübertragungseinrichtungen im geschlossenen Zustand verbleiben und nur eine Drehmomentübertragungseiririchtung geöffnet und eine andere dafür geschlossen wird, hierdurch ergibt sich eine gute Steuerbarkeit der Gangwechsel.
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Bezugszeichenliste
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- 0
- Getriebegehäuse
- 1
- Getriebeeingangswelle
- 2
- Getriebeausgangswelle
- 4
- Antriebswelle von EMA
- 6, 7
- Getriebewellen
- PGS1
- Erster Planetengetrieberadsatz
- S1
- Sonnenritzel von PGS1
- St1
- Stegwelle von PGS1
- H1
- Hohlrad von PGS1
- P1
- Planetenrad von PGS1
- PGS2
- zweiter Planetengetrieberadsatz
- S2
- Sonnenritzel von PGS2
- St2
- Stegwelle von PGS2
- H2
- Hohlrad von PGS2
- P2
- Planetenrad von PGS2
- PGS3
- dritter Planetengetrieberadsatz
- S3
- Sonnenritzel von PGS3
- St3
- Stegwelle von PGS3
- H3
- Hohlrad von PGS3
- P3
- Planetenrad von PGS3
- Stw
- Steg-Welleneinrichtung
- Sw
- Sonnen-Welleneinrichtung
- B04, B06
- Bremsen
- K15, K17, K26, K27, K35, K37
- Kupplungen
