DE102019105004B3 - Vehicle drive with power split transmission - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fahrzeugantrieb mit leistungsverzweigtem Getriebe. Der Fahrzeugantrieb umfasst in einem Gehäuse ein erstes Umlaufrädergetriebe mit einem ersten Sonnenrad, einem mehrere erste Planetenräder tragenden ersten Steg und einem ersten Hohlrad, ein zweites Umlaufrädergetriebe mit einem zweiten Sonnenrad, einem mehrere zweite Planetenräder tragenden zweiten Steg und einem zweiten Hohlrad, wobei der zweite Steg mittels einer ersten Kupplung mit dem ersten Sonnenrad schaltbar verbunden oder nicht verbunden ist und mittels einer ersten Bremse mit dem Gehäuse schaltbar verbunden oder nicht verbunden ist, das zweite Sonnenrad mittels einer zweiten Bremse mit dem Gehäuse schaltbar verbunden oder nicht verbunden ist, und weiter das zweite Hohlrad mit dem ersten Steg verbunden ist, ein drittes Umlaufrädergetriebe mit einem dritten Sonnenrad, einem mehrere dritte Planetenräder tragenden dritten Steg und einem dritten Hohlrad, wobei der dritte Steg mittels einer zweiten Kupplung mit dem ersten Steg schaltbar verbunden oder nicht verbunden ist, und weiter das dritte Hohlrad mit dem Gehäuse verbunden ist, ein erstes Antriebsaggregat, welches mittels einer dritten Kupplung mit dem ersten Sonnenrad schaltbar verbunden oder nicht verbunden ist, ein zweites Antriebsaggregat, welches mit dem zweiten Sonnenrad verbunden ist, ein drittes Antriebsaggregat, welches mit dem dritten Sonnenrad verbunden ist, und einen Getriebeausgang, welcher durch den Steg gebildet wird.The present invention relates to a vehicle drive with a power-split transmission. The vehicle drive comprises in a housing a first epicyclic gear with a first sun gear, a first web carrying several first planet gears and a first ring gear, a second epicyclic gear with a second sun gear, a second web carrying several second planet gears and a second ring gear, the second web is switchably connected or not connected to the first sun gear by means of a first clutch and is switchably connected or not connected to the housing by means of a first brake, the second sun gear is switchably connected or not connected to the housing by means of a second brake, and further the second Ring gear is connected to the first web, a third epicyclic gear with a third sun gear, a third web carrying a plurality of third planet gears and a third ring gear, the third web being switchably connected or not connected to the first web by means of a second coupling, and the like nd further the third ring gear is connected to the housing, a first drive unit which is connected or not connected to the first sun wheel by means of a third clutch, a second drive unit which is connected to the second sun wheel, a third drive unit which is connected to the third sun gear is connected, and a transmission output, which is formed by the web.
Description
Technisches GebietTechnical field
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fahrzeugantrieb mit leistungsverzweigtem Getriebe für Hybridfahrzeuge, welcher drei Antriebsaggregate, insbesondere eine Brennkraftmaschine und zwei elektrische Maschinen aufweist.The present invention relates to a vehicle drive with a power-split transmission for hybrid vehicles, which has three drive units, in particular an internal combustion engine and two electrical machines.
Stand der TechnikState of the art
Fahrzeuge werden mit einem Hybridantrieb im Antriebsstrang ausgestattet, um den Wirkungsgrad des Antriebs zu verbessern. Dazu werden vorrangig Brennkraftmaschinen mit elektrischen Maschinen über ein gemeinsames Getriebe miteinander kombiniert.Vehicles are equipped with a hybrid drive in the drive train to improve the efficiency of the drive. For this purpose, primarily internal combustion engines with electrical machines are combined with one another via a common gear.
Der Hybridantrieb kann dabei als serieller Hybridantrieb ausgeführt sein, bei welchem die Brennkraftmaschine eine elektrische Maschine als Generator antreibt und die dadurch bereitgestellte elektrische Energie von einer weiteren elektrischen Maschine als Motor zum Antrieb des Fahrzeugs genutzt wird.The hybrid drive can be designed as a serial hybrid drive, in which the internal combustion engine drives an electrical machine as a generator and the electrical energy provided thereby is used by another electrical machine as a motor to drive the vehicle.
Alternativ kann der Hybridantrieb als paralleler Hybridantrieb ausgeführt werden, bei welchem die Brennkraftmaschine und die elektrische Maschine mit dem Antriebsstrang gekoppelt sind und unabhängig voneinander auf den Antriebsstrang wirken und somit beide zum Antrieb des Fahrzeugs zur Verfügung stehen.Alternatively, the hybrid drive can be designed as a parallel hybrid drive, in which the internal combustion engine and the electrical machine are coupled to the drive train and act independently of one another on the drive train and both are therefore available for driving the vehicle.
Weiter stehen Hybridantriebe zur Verfügung, welche die Eigenschaften eines seriellen Hybridantriebs und eines parallelen Hybridantriebs miteinander verbinden. Durch diese Kombination können verschiedene Betriebsarten bereitgestellt werden, bei welchen die Brennkraftmaschine für einen seriellen Hybridantrieb nur mit der elektrischen Maschine als Generator zur Bereitstellung von elektrischer Energie gekoppelt ist, so dass diese dann von der weiteren elektrischen Maschine als Motor zum Antrieb genutzt werden kann, oder für einen parallelen Hybridantrieb mit dem Antriebsstrang mechanisch gekoppelt ist. Zudem wird dadurch auch ein leistungsverzweigter Hybridantrieb zur Verfügung gestellt, bei welchem die Brennkraftmaschine mechanisch mit dem Antriebsstrang gekoppelt ist und zusätzlich die elektrischen Maschinen als Motor-Generator-Einheit betrieben werden. Zusammen mit einem Differentialgetriebe werden dann kontinuierlich variable Getriebeübersetzungen ermöglicht. Als Differentialgetriebe werden dazu vorrangig Umlaufrädergetriebe verwendet, wobei diese Umlaufrädergetriebe unterschiedliche Strukturen und unterschiedliche Schaltmöglichkeiten aufweisen.Hybrid drives are also available that combine the properties of a serial hybrid drive and a parallel hybrid drive. This combination can be used to provide different operating modes in which the internal combustion engine for a serial hybrid drive is only coupled to the electrical machine as a generator for providing electrical energy, so that it can then be used by the further electrical machine as a motor for driving, or is mechanically coupled to the drive train for a parallel hybrid drive. This also provides a power-split hybrid drive, in which the internal combustion engine is mechanically coupled to the drive train and the electrical machines are additionally operated as a motor-generator unit. Together with a differential gear, continuously variable gear ratios are then made possible. To this end, epicyclic gears are primarily used as differential gears, these epicyclic gears having different structures and different shifting options.
In Automatikgetrieben für Kraftfahrzeuge kommen verschiedene Umlaufrädergetriebe zum Einsatz. So ist beispielsweise der Simpson-Planetenradsatz bekannt, welcher für drei Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang zwei miteinander gekoppelte Umlaufrädergetriebe aufweist. Die gekoppelten Umlaufrädergetriebe verfügen über ein gemeinsames Sonnenrad und jeweils einen Planetenräder aufnehmenden Steg, welcher mit einem Hohlrad des jeweils anderen Umlaufrädergetriebes verbunden ist.Various epicyclic gears are used in automatic transmissions for motor vehicles. For example, the Simpson planetary gear set is known, which for two forward gears and one reverse gear has two epicyclic gears coupled to one another. The coupled epicyclic gears have a common sun gear and each have a planet gear-receiving web, which is connected to a ring gear of the other epicyclic gear.
Aus der Patentschrift
Aus der Veröffentlichung
Aus der Offenlegungsschrift
Aus der Offenlegungsschrift
Aus der Offenlegungsschrift
Aus der Offenlegungsschrift
Aus der Patentschrift
Aus der Offenlegungsschrift
Aus der Offenlegungsschrift
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen verbesserten Fahrzeugantrieb mit leistungsverzweigtem Getriebe für Hybridfahrzeuge bereitzustellen.The object of the invention is to provide an improved vehicle drive with a power-split transmission for hybrid vehicles.
Lösung der AufgabeSolution of the task
Die Aufgabe wird durch einen Fahrzeugantrieb mit leistungsverzweigtem Getriebe für Hybridfahrzeuge mit drei Antriebsaggregaten nach den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und dem Ausführungsbeispiel.The object is achieved by a vehicle drive with a power-split transmission for hybrid vehicles with three drive units according to the features of
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Die Erfindung stellt einen erfindungsgemäß vorteilhaften Fahrzeugantrieb mit leistungsverzweigtem Getriebe bereit. Der Fahrzeugantrieb ist besonders für Hybridfahrzeuge geeignet. Der Fahrzeugantrieb weist drei Antriebsaggregate, insbesondere eine Brennkraftmaschine und zwei elektrische Maschinen, sowie drei miteinander kombinierte Umlaufrädergetriebe mit einem Getriebeausgang, mit drei schaltbaren Kupplungen und zwei schaltbaren Bremsen in einem Gehäuse auf.The invention provides a vehicle drive which is advantageous according to the invention and has a power-split transmission. The vehicle drive is particularly suitable for hybrid vehicles. The vehicle drive has three drive units, in particular an internal combustion engine and two electrical machines, and three combined planetary gearboxes with a gearbox output, with three switchable clutches and two switchable brakes in one housing.
Ein erstes Umlaufrädergetriebe weist ein erstes Sonnenrad, einen mehrere erste Planetenräder tragenden ersten Steg und ein erstes Hohlrad auf. Ein zweites Umlaufrädergetriebe weist ein zweites Sonnenrad, einen mehrere zweite Planetenräder tragenden zweiten Steg und ein zweites Hohlrad auf, wobei der zweite Steg mit dem ersten Hohlrad, das zweite Hohlrad mit dem ersten Steg verbunden ist. Weiter ist der zweite Steg mittels einer ersten Kupplung mit dem ersten Sonnenrad schaltbar verbunden oder nicht verbunden. Noch weiter ist der zweite Steg mittels einer ersten Bremse mit dem Gehäuse schaltbar verbunden oder nicht verbunden. Das zweite Sonnenrad ist mittels einer zweiten Bremse mit dem Gehäuse schaltbar verbunden oder nicht verbunden. Ein drittes Umlaufrädergetriebe weist ein drittes Sonnenrad, einen mehrere dritte Planetenräder tragenden dritten Steg und ein drittes Hohlrad auf, wobei der dritte Steg mittels einer zweiten Kupplung mit dem ersten Steg schaltbar verbunden oder nicht verbunden ist. Weiter ist das dritte Hohlrad mit dem Gehäuse verbunden. Der dritte Steg bildet zudem den Getriebeausgang. Die Verbindung zwischen drittem Steg und erstem Steg kann über eine zusätzliche Übersetzungsstufe erfolgen. Weiter kann die zusätzliche Übersetzungsstufe zudem ein zusätzliches Zwischenrad aufweisen. Der Getriebeausgang kann weiter mit einem Achsdifferential verbunden sein.A first epicyclic gear has a first sun gear, a first web carrying several first planet gears and a first ring gear. A second epicyclic gear has a second sun gear, a second web which carries a plurality of second planet gears and a second ring gear, the second web being connected to the first ring gear and the second ring gear being connected to the first web. Furthermore, the second web is switchably connected or not connected to the first sun gear by means of a first clutch. Still further, the second web is switchably connected or not connected to the housing by means of a first brake. The second sun gear is switchably connected or not connected to the housing by means of a second brake. A third epicyclic gear has a third sun gear, a third web, which carries a plurality of third planet gears, and a third ring gear, the third web being switchably connected or not connected to the first web by means of a second clutch. The third ring gear is also connected to the housing. The third bridge also forms the transmission output. The connection between the third web and the first web can take place via an additional transmission stage. Furthermore, the additional gear ratio can also have an additional intermediate gear. The transmission output can also be connected to an axle differential.
Weiter sind die Sonnenräder jeweils mit einem separaten Antriebsaggregat verbunden. Ein erstes Antriebsaggregat ist mittels einer dritten Kupplung mit dem ersten Sonnenrad des ersten Umlaufrädergetriebes schaltbar verbunden oder nicht verbunden. Weiter ist ein zweites Antriebsaggregat mit dem zweiten Sonnenrad des zweiten Umlaufrädergetriebes verbunden. Weiter ist ein drittes Antriebsaggregat mit dem dritten Sonnenrad des dritten Umlaufrädergetriebes verbunden.The sun gears are each connected to a separate drive unit. A The first drive unit is switchably connected or not connected to the first sun gear of the first epicyclic gear by means of a third clutch. Furthermore, a second drive unit is connected to the second sun gear of the second epicyclic gear. Furthermore, a third drive unit is connected to the third sun gear of the third epicyclic gear.
Die Antriebsaggregate können durch Brennkraftmaschinen und / oder elektrische Maschinen gebildet werden. Beim Einsatz von mehreren Brennkraftmaschinen als separate Antriebsaggregate kommen auch mit unterschiedlichen Kraftstoffen betriebene Brennkraftmaschinen in Betracht. Für rein elektromotorischen Antrieb wird die dafür notwendige Energie durch einen zusätzlichen Energiespeicher bereitgestellt. In besonders vorteilhafter Weise ist das erste Antriebsaggregat als Brennkraftmaschine und die weiteren Antriebsaggregate als elektrische Maschinen ausgebildet. Wenigstens eine der Kupplungen ist in erfindungsgemäß vorteilhafter Weise in axialer Richtung zwischen dem ersten Umlaufrädergetriebe und dem zweiten Umlaufrädergetriebe angeordnet. Wenigstens eine der Kupplungen ist in erfindungsgemäß vorteilhafter Weise in axialer Richtung zwischen dem ersten Umlaufrädergetriebe und dem dritten Umlaufrädergetriebe angeordnet. Die Kupplungen und Bremsen sind als schaltbare Reibschlusselemente, insbesondere als Lamellenkupplung beziehungsweise Lamellenbremse ausgeführt.The drive units can be formed by internal combustion engines and / or electrical machines. When using several internal combustion engines as separate drive units, internal combustion engines operated with different fuels can also be considered. For purely electric motor drive, the energy required for this is provided by an additional energy store. In a particularly advantageous manner, the first drive unit is designed as an internal combustion engine and the further drive units as electrical machines. At least one of the clutches is advantageously arranged in the axial direction between the first epicyclic gear and the second epicyclic gear. At least one of the clutches is advantageously arranged in the axial direction between the first epicyclic gear and the third epicyclic gear. The clutches and brakes are designed as switchable frictional engagement elements, in particular as a multi-plate clutch or multi-plate brake.
Mittels der drei Kupplungen und der zwei Bremsen sowie der drei Umlaufrädergetriebe mit den drei Antriebsaggregaten werden acht unterschiedliche lastschaltbare Schaltzustände realisiert. Durch die Ausführung der Kupplungen und Bremsen als schaltbare Reibschlusselemente wird eine Lastschaltbarkeit der Schaltzustände realisiert. Diese Schaltzustände ermöglichen verschiedene Betriebsarten, welche den alleinigen Antrieb mittels eines Antriebsaggregates, den parallelen Antrieb mittels wenigstens zwei Antriebsaggregaten und einen seriellen Antrieb mittels wenigstens drei Antriebsaggregaten umfassen. Dabei ergeben sich sieben Schaltzustände, in welchen sich die beiden Umlaufrädergetriebe mit den Antriebsaggregaten im Zwangslauf befinden und sich somit zwischen den Antriebsaggregaten und Getriebeausgang eine feste Übersetzung ergibt. Weiter ergibt sich ein Schaltzustand, in welchen sich die beiden Umlaufrädergetriebe mit den Antriebsaggregaten nicht im Zwangslauf befinden und die Umlaufrädergetriebe durch den unabhängigen Betrieb von wenigstens zwei Antriebsaggregaten als Summier- oder Verteilergetriebe arbeiten. Dadurch ist eine kontinuierlich variable Übersetzung zwischen den Antriebsaggregaten und dem Getriebeausgang darstellbar. Beim Betrieb als Verteilergetriebe kann mittels eines Antriebsaggregates ein anderes Antriebsaggregat angetrieben werden, so das im Falle einer elektrischen Maschine als angetriebenes Antriebsaggregat die elektrische Maschine generatorisch betrieben wird und im Falle einer Brennkraftmaschine als angetriebenes Antriebsaggregat die Brennkraftmaschine geschleppt, insbesondere gestartet wird.The three clutches and the two brakes as well as the three epicyclic gears with the three drive units are used to implement eight different power-shiftable switching states. The design of the clutches and brakes as switchable frictional engagement elements enables the switching states to be switched under load. These switching states enable different operating modes, which include the sole drive by means of a drive unit, the parallel drive by means of at least two drive units and a serial drive by means of at least three drive units. This results in seven switching states in which the two epicyclic gears with the drive units are in forced operation and thus there is a fixed gear ratio between the drive units and transmission output. There is also a switching state in which the two epicyclic gears with the drive units are not in forced operation and the epicyclic gears operate as summing or transfer gears due to the independent operation of at least two drive units. As a result, a continuously variable transmission ratio can be represented between the drive units and the transmission output. When operating as a transfer case, another drive unit can be driven by means of a drive unit, so that in the case of an electrical machine as a driven drive unit the electrical machine is operated as a generator and in the case of an internal combustion engine as a driven drive unit the internal combustion engine is towed, in particular started.
AusführungsbeispielEmbodiment
Beispielhaft wird hier eine Ausführung eines erfindungsgemäßen Fahrzeugantriebs
-
1A : eine schematische Darstellung des Fahrzeugantriebs1 und -
1B : eine Schaltlogik für verschiedene Betriebsarten.
-
1A : a schematic representation of thevehicle drive 1 and -
1B : a switching logic for different operating modes.
Der Fahrzeugantrieb
Ein erstes Antriebsaggregat ist als Brennkraftmaschine
Die erste Kupplung
Mittels der drei Kupplungen
In einem ersten Schaltzustand sind die erste Bremse
In einem zweiten Schaltzustand sind die zweite Bremse
In einem dritten Schaltzustand sind die erste Kupplung
In einem vierten Schaltzustand sind die erste Bremse
In einem fünften Schaltzustand sind alle Schaltelemente geöffnet, um einen zweiten rein elektromotorischen Antrieb
In einem sechsten Schaltzustand sind die erste Kupplung
In einem siebenten Schaltzustand sind die zweite Kupplung
In einem achten Schaltzustand sind die erste Bremse
BezugszeichenlisteReference list
- 11
- FahrzeugantriebVehicle drive
- 22nd
- erstes Antriebsaggregat, Brennkraftmaschinefirst drive unit, internal combustion engine
- 33rd
- zweites Antriebsaggregat, erste elektrische Maschinesecond drive unit, first electrical machine
- 44th
- drittes Antriebsaggregat, zweite elektrische Maschinethird drive unit, second electrical machine
- 55
- erstes Umlaufrädergetriebefirst epicyclic gear
- 66
- erstes Sonnenradfirst sun gear
- 77
- erster Stegfirst footbridge
- 88th
- erstes Hohlradfirst ring gear
- 99
- zweites Umlaufrädergetriebesecond epicyclic gear
- 1010th
- zweites Sonnenradsecond sun gear
- 1111
- zweiter Stegsecond bridge
- 1212th
- zweites Hohlradsecond ring gear
- 1313
- drittes Umlaufrädergetriebethird epicyclic gear
- 1414
- drittes Sonnenradthird sun gear
- 1515
- dritter Stegthird bridge
- 1616
- drittes Hohlradthird ring gear
- 1717th
- erste Kupplungfirst clutch
- 1818th
- erste Bremsefirst brake
- 1919th
- Gehäusecasing
- 2020th
- zweite Bremsesecond brake
- 2121
- zweite Kupplungsecond clutch
- 2222
- ÜbersetzungsstufeTranslation level
- 2323
- ZwischenradIdler gear
- 2424th
- GetriebeausgangGearbox output
- 2525th
- AchsdifferentialAxle differential
- 2626
- dritte Kupplungthird clutch
- ICE1ICE1
- erster verbrennungsmotorischer Antriebfirst combustion engine drive
- ICE2ICE2
- zweiter verbrennungsmotorischer Antriebsecond internal combustion engine drive
- ICE3ICE3
- dritter verbrennungsmotorischer Antriebthird combustion engine drive
- HEV1HEV1
- erster parallelhybrider Antriebfirst parallel hybrid drive
- HEV2HEV2
- zweiter parallelhybrider Antriebsecond parallel hybrid drive
- HEV3HEV3
- dritter parallelhybrider Antriebthird parallel hybrid drive
- EV1EV1
- erster elektromotorischer Antriebfirst electric motor drive
- EV2EV2
- zweiter elektromotorischer Antriebsecond electromotive drive
- EV3EV3
- dritter elektromotorischer Antriebthird electromotive drive
- ECVT1ECVT1
- vierter parallelhybrider Antriebfourth parallel hybrid drive
- SER1SER1
- seriellerhybrider Antriebserial hybrid drive
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