DE102020203790A1

DE102020203790A1 - Hybridgetriebe mit Vorgetriebe für Verbrennungsmaschine

Info

Publication number: DE102020203790A1
Application number: DE102020203790.6A
Authority: DE
Inventors: Stefan Beck; Martin Brehmer; Johannes Kaltenbach; Michael Wechs; Fabian Kutter; Peter Ziemer; Oliver BAYER; Thomas Martin; Matthias Horn; Thomas Kroh; Max Bachmann; Juri Pawlakowitsch
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2020-03-24
Filing date: 2020-03-24
Publication date: 2021-09-30

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybridgetriebe (18) für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) eines Kraftfahrzeugs (10), mit: einer Getriebeeingangswelle (32) zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer Verbrennungsmaschine (16) des Kraftfahrzeugs; einer Getriebeantriebswelle (34), die mittels einer Eingangsverbindung mit der Getriebeeingangswelle antriebswirksam verbindbar ist, um einen verbrennungsmotorischen Kraftpfad im Hybridgetriebe einzurichten; einer Vorgelegewelle (36); in mehreren Radsatzebenen angeordneten Losrädern und Festrädern zum Bilden von Gangstufen; mehreren Gangschaltvorrichtungen mit Schaltelementen (A, B, C, D, E, F) zum Einlegen der Gangstufen; einem Abtrieb (26) zum Übertragen von Antriebsleistung aus dem Hybridgetriebe, wobei ein erstes gangbildendes Zahnradpaar und ein zweites gangbildendes Zahnradpaar mit einer ersten elektrischen Antriebsmaschine (14) des Kraftfahrzeugs antriebswirksam verbindbar ist, um einen elektromotorischen Kraftpfad im Hybridgetriebe einzurichten; und die Eingangsverbindung ein Vorgetriebe (24) umfasst, zum Einrichten von mindestens zwei schaltbaren Vorübersetzungsstufen im verbrennungsmotorischen Kraftpfad. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang mit einem solchen Hybridgetriebe und ein Kraftfahrzeug (10) mit einem solchen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybridgetriebe, einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang mit einem solchen Hybridgetriebe sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang.
Fahrzeuge werden zunehmend mit Hybridantrieben, d. h. mit wenigstens zwei verschiedenen Antriebsquellen ausgestattet. Hybridantriebe können zur Verminderung des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemissionen beitragen. Es haben sich weitgehend Antriebsstränge mit einem Verbrennungsmotor und einem oder mehreren Elektromotoren als Parallelhybrid oder als Mischhybrid durchgesetzt. Derartige Hybridantriebe weisen im Kraftfluss eine im Wesentlichen parallele Anordnung des Verbrennungsmotors und des Elektroantriebs auf. Hierbei können sowohl eine Überlagerung der Antriebsmomente als auch eine Ansteuerung mit rein verbrennungsmotorischem Antrieb oder rein elektromotorischem Antrieb ermöglicht werden. Da sich die Antriebsmomente des Elektroantriebs und des Verbrennungsmotors je nach Ansteuerung addieren können, ist eine vergleichsweise kleinere Auslegung des Verbrennungsmotors und/oder dessen zeitweise Abschaltung möglich. Hierdurch kann eine signifikante Reduzierung der CO₂-Emissionen ohne nennenswerte Leistungs- bzw. Komforteinbußen erreicht werden. Die Möglichkeiten und Vorteile eines Elektroantriebs können somit mit den Reichweiten-, Leistungs- und Kostenvorteilen von Brennkraftmaschinen verbunden werden.
Ein Nachteil der oben genannten Hybridantriebe besteht in einem im Allgemeinen komplexeren Aufbau, da beide Antriebsquellen vorzugsweise mit nur einem Getriebe Antriebsleistung auf eine Antriebswelle übertragen. Hierdurch sind derartige Getriebe meist aufwendig und kostenintensiv in der Produktion. Eine Reduzierung der Komplexität im Aufbau eines Hybridgetriebes geht meistens mit einer Einbuße an Variabilität einher.
Dieser Nachteil kann zumindest teilweise mittels dedizierter Hybridgetriebe oder „Dedicated Hybrid Transmissions“ (DHT) überwunden werden, bei denen eine elektrische Maschine in das Getriebe integriert wird, um den vollen Funktionsumfang darzustellen. Beispielsweise kann im Getriebe insbesondere der mechanische Getriebeteil vereinfacht werden, etwa durch Entfall des Rückwärtsgangs, wobei stattdessen mindestens eine elektrische Maschine genutzt wird.
Dedizierte Hybridgetriebe können aus bekannten Getriebekonzepten hervorgehen, also aus Doppelkupplungsgetrieben, Wandler-Planetengetrieben, stufenlosen Getrieben (CVT) oder automatisierten Schaltgetrieben. Die elektrische Maschine wird dabei zum Teil des Getriebes.
Die Druckschrift DE 10 2012 205 319 A1 offenbart einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs, der einen Verbrennungsmotor mit einer Triebwelle, eine als Motor und als Generator betreibbare Elektromaschine mit einem Rotor sowie ein mehrstufiges Hauptgetriebe mit zwei Eingangswellen und einer gemeinsamen, achsparallel zu den Eingangswellen angeordneten Ausgangswelle aufweist. Die erste Eingangswelle ist über eine zweistufige Vorschaltgruppe mit der Triebwelle des Verbrennungsmotors verbindbar. Die zweite Eingangswelle steht mit dem Rotor der Elektromaschine in Triebverbindung. Beide Eingangswellen sind koaxial sowie axial benachbart zueinander angeordnet und mittels eines ein- und ausrückbaren Koppel-Schaltelements drehfest miteinander verbindbar und jeweils über mindestens eine schaltbare Stirnradstufe mit der Ausgangswelle in Triebverbindung bringbar. Der Hybridantrieb weist außerdem eine einzige Stirnradstufe auf mit mittlerer Übersetzung zur schaltbaren Verbindung der ersten Eingangswelle mit der Ausgangswelle mit einer Anordnung des betreffenden Losrades und des zugeordneten Gang-Schaltelements auf der ersten Eingangswelle. Das Gang-Schaltelement der Stirnradstufe der ersten Eingangswelle und das Koppel-Schaltelement sind in einem ersten Doppelschaltelement zusammengefasst.
Vor diesem Hintergrund stellt sich einem Fachmann die Aufgabe, ein axial kompaktes, hocheffizientes und variables Hybridgetriebe zu schaffen, das insbesondere eine beliebige Kombinierbarkeit der Verbrennungs-Gangstufen und Elektro-Gangstufen erlaubt.
Die obige Aufgabe wird gelöst durch ein Hybridgetriebe für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit:

einer Getriebeeingangswelle zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer Verbrennungsmaschine des Kraftfahrzeugs;
einer Getriebeantriebswelle, die mittels einer Eingangsverbindung mit der Getriebeeingangswelle antriebswirksam verbindbar ist, um einen verbrennungsmotorischen Kraftpfad im Hybridgetriebe einzurichten;
einer Vorgelegewelle;
in mehreren Radsatzebenen angeordneten Losrädern und Festrädern zum Bilden von Gangstufen;
mehreren Gangschaltvorrichtungen mit Schaltelementen zum Einlegen der Gangstufen; und
einem Abtrieb zum Übertragen von Antriebsleistung aus dem Hybridgetriebe, wobei
ein erstes gangbildendes Zahnradpaar und ein zweites gangbildendes Zahnradpaar mit einer ersten elektrischen Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs antriebswirksam verbindbar ist, um einen elektromotorischen Kraftpfad im Hybridgetriebe einzurichten; und
die Eingangsverbindung ein Vorgetriebe umfasst, zum Einrichten von mindestens zwei schaltbaren Vorübersetzungsstufen im verbrennungsmotorischen Kraftpfad.

Die obige Aufgabe wird ferner gelöst durch einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit:

einem Hybridgetriebe wie zuvor beschrieben;
einer Verbrennungsmaschine, die mit der Getriebeantriebswelle verbindbar ist; und
einer ersten elektrischen Antriebsmaschine, die mit dem ersten gangbildenden Zahnradpaar antriebswirksam verbindbar ist und die mit dem zweiten gangbildenden Zahnradpaar antriebswirksam verbindbar ist.

Die obige Aufgabe wird schließlich gelöst durch ein Kraftfahrzeug mit:

einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang wie zuvor beschrieben; und
einem Energiespeicher zum Speichern von Energie zum Versorgen der ersten elektrischen Antriebsmaschine und vorzugsweise der zweiten elektrischen Antriebsmaschine.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Insbesondere können der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang und das Kraftfahrzeug entsprechend den für das Hybridgetriebe in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Ausgestaltungen ausgeführt sein.
Durch eine Eingangsverbindung, die ein Vorgetriebe zum Einrichten von mindestens zwei schaltbaren Vorübersetzungen im verbrennungsmotorischen Kraftpfad umfasst, kann ein Gruppengetriebe für die Verbrennungsmaschine geschaffen werden. Durch das Einrichten eines elektromotorischen Kraftpfads durch ein erstes gangbildendes Zahnradpaar und ein zweites gangbildendes Zahnradpaar, die jeweils mit einer ersten elektrischen Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs antriebswirksam verbindbar sind, kann ein kompaktes Hybridgetriebe geschaffen werden, bei dem insbesondere alle Elektro-Gangstufen beliebig mit allen Verbrennungs-Gangstufen kombiniert werden können. Vorzugsweise kann das zweite gangbildende Zahnradpaar sowohl im elektromotorischen als auch im verbrennungsmotorischen Kraftpfad eingebunden werden und kann sowohl Antriebsleistung der ersten elektrischen Antriebsmaschine als auch der Verbrennungsmaschine übertragen. Dadurch, dass das Hybridgetriebe mit nur einer einzigen Vorgelegewelle aufgebaut ist, kann ein kompaktes Hybridgetriebe geschaffen werden, das insbesondere mit wenigen Bauteilen aufgebaut ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst eine Vorübersetzung des Vorgetriebes eine direkte Übersetzung. Ergänzend oder alternativ umfasst der verbrennungsmotorische Kraftpfad im Hybridgetriebe vier Gangstufen. Weiterhin ergänzend oder alternativ umfasst der elektromotorische Kraftpfad im Hybridgetriebe zwei Gangstufen. Dadurch kann ein kompaktes und leichtes Hybridgetriebe geschaffen werden, das eine ausreichende Spreizung für die Verbrennungsmaschine aufweist. Eine Vorübersetzung kann technisch einfach mit dem Vorgetriebe eingerichtet werden, beispielsweise durch Überbrücken des Vorgetriebes. Somit kann eine Übersetzung durch Schalten eines einzigen Schaltelements eingerichtet werden. Das Hybridgetriebe baut folglich technisch einfach.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Vorgetriebe einen Planetenradsatz mit Planetenradsatzelementen umfassend ein Hohlrad, ein Planetenrad mit einem Planetenradträger und ein Sonnenrad. Hierdurch kann ein technisch einfach und insbesondere axial kompakt bauendes Vorgetriebe geschaffen werden. Zudem ist die Einrichtung einer Direktübersetzung mit einem Planetenradsatz vorteilhaft einrichtbar, da zwei Möglichkeiten bestehen, eine Direktübersetzung einzurichten. Der Planetenradsatz kann beispielsweise verblockt werden. Ebenso ist es denkbar, das Vorgetriebe also den Planetenradsatz zu überbrücken.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das zweite gangbildende Zahnradpaar dazu ausgebildet, antriebswirksam mit der Verbrennungsmaschine und/oder der ersten elektrischen Antriebsmaschine verbunden zu werden. Ergänzend sind alle Gangstufen für die Verbrennungsmaschine unabhängig von den Gangstufen für die erste elektrische Antriebsmaschine schaltbar. Hierdurch kann ein hochvariables und dennoch kompaktes Hybridgetriebe geschaffen werden. Insbesondere erlaubt es die Doppelnutzung des zweiten gangbildenden Zahnradpaars, ein Getriebe mit weniger Bauteilen und geringerem Bauraumbedarf zu schaffen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein sechstes Schaltelement zum Verblocken oder Überbrücken des Planetenradsatzes ausgebildet. Ergänzend ist ein fünftes Schaltelement zum Einrichten einer Übersetzung mittels des Planetenradsatzes ausgebildet. Hierdurch kann technisch einfach ein Schalten des Planetenradsatzes erfolgen. Vorzugsweise kann der Planetenradsatz mit einem Doppelschaltelement geschaltet werden, wobei ein Schaltelement des Doppelschaltelements eine Überbrückung des Planetenradsatzes bewirkt und ein Schaltelement des Doppelschaltelements das Einrichten einer Übersetzung mittels des Planetenradsatzes bewirkt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Planetenradsatz drei Kopplungen. Die erste Kopplung ist einem ersten Planetenradsatzelement und der Getriebeeingangswelle zugeordnet. Die zweite Kopplung ist einem zweiten Planetenradsatzelement und der Getriebeantriebswelle zugeordnet. Die dritte Kopplung ist einem dritten Planetenradsatzelement und einem gehäusefesten Bauteil zugeordnet. Ergänzend ist eine dieser Kopplungen mittels eines fünften Schaltelements schaltbar und die beiden anderen Kopplungen sind als permanent feste Verbindung ausgeführt. Durch eine derartige Anbindung kann der Planetenradsatz des Vorgetriebes technisch einfach in den verbrennungsmotorischen Kraftpfad eingebunden werden, da wenigstens zwei der Verbindungen als permanent feste Verbindungen ausgeführt sind, also keine schaltbaren Anbindungen benötigen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Getriebeantriebswelle als Hohlwelle ausgebildet und umgibt die Getriebeeingangswelle zumindest abschnittsweise. Hierdurch kann eine Kompaktheit des Hybridgetriebes weiter verbessert werden. Es kann ein Hybridgetriebe geschaffen werden, das insbesondere axial kurz baut.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Schaltelemente als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet. Ergänzend oder alternativ sind zwei der Schaltelemente als Doppelschaltelement ausgebildet und von einem doppeltwirkenden Aktor betätigbar. Ein Doppelschaltelement ermöglicht es, das Hybridgetriebe mit wenigen Bauteilen aufzubauen, da zur Betätigung eines Doppelschaltelements, also beispielsweise zum Einlegen von zwei Gangstufen, nur ein Aktor verwendet werden muss. Ferner ist die Ansteuerung des Hybridgetriebes vereinfacht. Zudem baut das Hybridgetriebe kompakt, also mit weniger Bauraumbedarf. Durch die Verwendung von formschlüssigen Schaltelementen kann das Hybridgetriebe mit weniger Verlust, also effizienter ausgeführt sein. Insbesondere führen formschlüssige Schaltelemente zu einem kosteneffizienteren Hybridgetriebe.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Getriebeeingangswelle dazu ausgebildet, antriebswirksam mit einer zweiten elektrischen Antriebsmaschine verbunden zu werden. Hierdurch kann die Funktionalität des Hybridgetriebes erweitert werden. Insbesondere ist mit dem Hybridgetriebe ein Start der Verbrennungsmaschine aus einer rein elektrischen Fahrt möglich. Ferner kann die zweite elektrische Antriebsmaschine generatorisch von der Verbrennungsmaschine betrieben werden und so Funktionen wie Bordnetzversorgung oder ein serielles Kriechen und/oder Fahren sowohl vorwärts als auch rückwärts ermöglichen. Ferner kann die zweite elektrische Antriebsmaschine die Verbrennungsmaschine bei einer Drehzahlregelung beispielsweise zum Ankoppeln oder bei Schaltungen unterstützen. Zudem ist es möglich, dass die Zugkraftunterstützung mittels der zweiten elektrischen Antriebsmaschine erfolgt, wenn die erste elektrische Antriebsmaschine den Gang wechselt. Hierdurch kann insbesondere ein effizienter rein elektromotorischer Fahrbetrieb eingerichtet werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste elektrische Antriebsmaschine als Koaxialmaschine ausgebildet. Ergänzend sind der Planetenradsatz und vorzugsweise zwei Schaltelemente axial und/oder radial innerhalb der ersten elektrischen Antriebsmaschine angeordnet. Hierdurch kann ein hocheffizienter und insbesondere kompakt bauender Antriebsstrang geschaffen werden. Der zur Verfügung stehende Bauraum kann vorteilhaft ausgenutzt werden. Insbesondere kann eine große elektrische Antriebsmaschine Anwendung finden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die in mehreren Radsatzebenen angeordneten Losräder und Festräder zum Bilden von Gangstufen axial zwischen der Verbrennungsmaschine und der ersten elektrischen Antriebsmaschine angeordnet. Ergänzend weist der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang vorzugsweise eine zweite elektrische Antriebsmaschine auf, die antriebswirksam mit der Getriebeantriebswelle verbunden ist. Hierdurch kann der zur Verfügung stehende Bauraum verbessert genutzt werden. Die Kompaktheit des Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs kann erhöht werden. Insbesondere kann durch eine zweite elektrische Antriebsmaschine eine Bordnetzversorgung, ein Start der Verbrennungsmaschine aus rein elektrischer Fahrt und/oder ein serielles Kriechen bzw. Fahren vorwärts und/oder rückwärts ermöglicht werden. Die Variabilität des Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs wird erhöht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die zweite elektrische Antriebsmaschine als Startergenerator zum Starten der Verbrennungsmaschine ansteuerbar. Ergänzend oder alternativ ist die zweite elektrische Antriebsmaschine als Ladegenerator zum Laden eines Energiespeichers ansteuerbar. Hierdurch kann der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang effizient betrieben werden. Der Kraftstoffverbrauch kann reduziert werden. Insbesondere kann auf einen zusätzlichen Anlasser für die Verbrennungsmaschine verzichtet werden. Ferner ist es möglich, sowohl die zweite elektrische Antriebsmaschine als auch die Verbrennungsmaschine kleiner zu dimensionieren, da beide kombiniert Antriebsleistung zur Verfügung stellen können.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste elektrische Antriebsmaschine als ein Stützkraftmittel bei Gangwechseln der Verbrennungsmaschine und vorzugsweise der zweiten elektrischen Antriebsmaschine ansteuerbar. Ergänzend oder alternativ ist die Verbrennungsmaschine und vorzugsweise die zweite elektrische Antriebsmaschine als ein Stützkraftmittel bei Gangwechseln der ersten elektrischen Antriebsmaschine ansteuerbar. Weiter ergänzend oder alternativ sind alle Gangstufen der ersten elektrischen Antriebsmaschine unabhängig von den Gangstufen der Verbrennungsmaschine schaltbar. Weiterhin ergänzend oder alternativ sind alle Gangstufen der Verbrennungsmaschine unabhängig von den Gangstufen der ersten elektrischen Antriebsmaschine schaltbar. Hierdurch kann der Fahrkomfort erhöht werden. Es kann ein höchst variabler Kraftfahrzeug-Antriebsstrang geschaffen werden, der es erlaubt, beide Antriebsmaschinen, also die elektrische Antriebsmaschine und die Verbrennungsmaschine, in einem optimalen Betriebsbereich zu betreiben, und zwar insbesondere unabhängig von der für die Antriebsmaschine eingelegten Gangstufe. Zudem kann die zur Verfügung stehende Antriebsleistung des Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs erhöht werden.
Ein Festsetzen eines Elements eines Planetenradsatzes ist insbesondere als ein Blockieren einer Drehung des Elements um seine Rotationsachse zu verstehen. Vorzugsweise wird dabei das Element mittels eines Schaltelements drehfest mit einem statischen Bauteil wie einem Rahmen und/oder einem Getriebegehäuse verbunden. Es ist auch denkbar, das Element bis zu einem Stillstand zu bremsen.
Ein Verblocken eines Planetenradsatzes umfasst ein antriebswirksames Verbinden zweier Zahnräder und/oder des Planetenradträgers und eines Zahnrads des Planetenradsatzes, sodass diese gemeinsam mit der gleichen Umdrehungszahl um denselben Punkt, vorzugsweise den Mittelpunkt des Planetenradsatzes, rotieren. Beim Verblocken zweier Zahnräder und/oder eines Planetenradträgers und eines Zahnrads des Planetenradsatzes wirkt der Planetenradsatz vorzugsweise wie eine Welle, es findet insbesondere keine Übersetzung im Planetenradsatz statt.
Unter Standladen bzw. Laden in Neutral ist insbesondere das Betreiben der elektrischen Antriebsmaschine als Generator zu verstehen, vorzugsweise bei einem Stillstand mit laufender Verbrennungsmaschine, um einen Energiespeicher zu befüllen und/oder eine Bordelektronik zu speisen.
Ein Aktor ist vorliegend insbesondere ein Bauteil, das ein elektrisches Signal in eine mechanische Bewegung umsetzt. Vorzugsweise führen Aktoren, die mit Doppelschaltelementen verwendet werden, Bewegungen in zwei entgegengesetzte Richtungen aus, um in der ersten Richtung ein Schaltelement des Doppelschaltelements zu schalten und in der zweiten Richtung das andere Schaltelement zu schalten.
Ein Gangstufenwechsel erfolgt insbesondere durch Abschalten eines Schaltelements und/oder einer Kupplung und gleichzeitiges Aufschalten des Schaltelements und/oder der Kupplung für die nächsthöhere oder -niedrigere Gangstufe. Das zweite Schaltelement und/oder die zweite Kupplung übernimmt also Stück für Stück das Drehmoment vom ersten Schaltelement und/oder der ersten Kupplung, bis am Ende des Gangstufenwechsels das gesamte Drehmoment vom zweiten Schaltelement und/oder der zweiten Kupplung übernommen wird. Bei vorheriger Synchronisation kann ein Gangwechsel schneller erfolgen, vorzugsweise können dabei formschlüssige Schaltelemente Anwendung finden.
Eine Verbrennungsmaschine kann insbesondere jede Maschine sein, die durch Verbrennen eines Antriebsmittels, wie Benzin, Diesel, Kerosin, Ethanol, Flüssiggas, Autogas etc. eine Drehbewegung erzeugen kann. Eine Verbrennungsmaschine kann beispielsweise ein Ottomotor, ein Dieselmotor, ein Wankelmotor oder ein Zweitaktmotor sein.
Beim seriellen Fahren oder Kriechen wird eine elektrische Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs generatorisch von einer Verbrennungsmaschine des Kraftfahrzeugs betrieben. Die so erzeugte Energie wird dann einer weiteren elektrischen Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs zur Verfügung gestellt, um Antriebsleistung bereitzustellen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang;
2 eine schematische vereinfachte Darstellung eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
3a, 3b schematisch die Schaltzustände des Hybridgetriebes gemäß der 2;
4 eine erste Variante einer Anordnung der Schaltelemente eines Vorgetriebes des Hybridgetriebes;
5 eine weitere Variante einer Anordnung der Schaltelemente eines Vorgetriebes des Hybridgetriebes;
6 eine weitere Variante der Anordnung von Schaltelementen eines Vorgetriebes;
7 eine erste Variante einer möglichen Anbindung eines Vorgetriebes im Hybridgetriebe;
8 eine weitere Variante einer möglichen Anbindung eines Vorgetriebes im Hybridgetriebe;
9 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
10 eine vereinfachte schematische Darstellung des Hybridgetriebes gemäß der 9;
11 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
12 eine vereinfachte schematische Darstellung des Hybridgetriebes gemäß der 11;
13 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
14 eine vereinfachte schematische Darstellung des Hybridgetriebes gemäß der 13;
15 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
16 eine vereinfachte schematische Darstellung des Hybridgetriebes gemäß der 15;
17 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes; und
18 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes.

In 1 ist schematisch ein Kraftfahrzeug 10 mit einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 gezeigt. Der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 weist eine erste elektrische Antriebsmaschine 14 und eine Verbrennungsmaschine 16 auf, die mittels eines Hybridgetriebes 18 mit einer Hinterachse des Kraftfahrzeugs 10 verbunden sind. Ferner ist eine optionale zweite elektrische Antriebsmaschine 20 gestrichelt dargestellt. Die zweite elektrische Antriebsmaschine 20 ist ebenfalls mittels des Hybridgetriebes 18 mit einer Hinterachse des Kraftfahrzeugs 10 verbindbar. Es versteht sich, dass auch eine Verbindung mit einer Vorderachse des Kraftfahrzeugs 10 möglich ist. Mittels des Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs 12 wird Antriebsleistung der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14, der Verbrennungsmaschine 16 und der optionalen zweiten elektrischen Antriebsmaschine 20 den Rädern des Kraftfahrzeugs 10 zugeführt. Das Kraftfahrzeug 10 weist ferner einen Energiespeicher 22 auf, um Energie zu speichern, die zum Versorgen der ersten und/oder zweiten elektrischen Antriebsmaschine 14, 20 dient.
In 2 ist schematisch eine Übersicht eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 in Form einer Art Schaltplan gezeigt. Die einzelnen im Hybridgetriebe 18 vorhandenen Wellen sind mit „w“ und entsprechendem Index durchnummeriert, um später eine leichtere Identifikation der Wellen in weiteren folgenden Darstellungen zu ermöglichen. Ferner sind insgesamt drei Hauptübersetzungen mit i₁ bis i₃ bezeichnet. Diese Übersetzungen werden vorzugsweise durch Zahnradpaare eingerichtet. Zudem sind im Hybridgetriebe 18 Schaltelemente A bis F nach Art eines Schalters gezeigt. Eine Abtriebsübersetzung, die vorzugsweise über ein kämmendes Zahnradpaar eingerichtet wird, ist mit i_ab bezeichnet.
Das Hybridgetriebe 18 weist ferner ein Vorgetriebe 24 auf, das mittels eines fünften Schaltelements E und eines sechsten Schaltelements F schaltbar ist. Das Vorgetriebe 24 ist mit der Verbrennungsmaschine 16 verbunden und kann eine Vorübersetzung der Antriebsleistung der Verbrennungsmaschine 16 einrichten. Vorzugsweise ist das Vorgetriebe 24 als Zweiganggetriebe ausgebildet. Die vorübersetzte Antriebsleistung der Verbrennungsmaschine 16 kann dann durch Schließen eines ersten Schaltelements A über die Hauptübersetzung i₃ und die Abtriebsübersetzung i_ab mit einem Abtrieb 26 verbunden werden. Durch Schließen eines zweiten Schaltelements B kann die vorübersetzte Antriebsleistung der Verbrennungsmaschine 16 mittels der Hauptübersetzung i₂ und der Abtriebsübersetzung i_ab mit dem Abtrieb 26 verbunden werden. Das Zweigangvorgetriebe und die Hauptübersetzungen i₂ und i₃ sowie die Abtriebsübersetzung können folglich als verbrennungsmotorischer Kraftpfad bezeichnet werden.
Die erste elektrische Antriebsmaschine 14 kann durch Schließen eines dritten Schaltelements C antriebswirksam mit dem Abtrieb 26 verbunden werden, wobei hierbei die Hauptübersetzung i₁ und die Abtriebsübersetzung i_ab die Antriebsleistung der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 übersetzen. Ferner kann die erste elektrische Antriebsmaschine 14 durch Schließen eines vierten Schaltelements D antriebswirksam über die zweite Hauptübersetzung i₂ und die Abtriebsübersetzung i_ab mit dem Abtrieb 26 verbunden werden. Die Hauptübersetzungen i₁ und i₂ sowie die Abtriebsübersetzung bilden folglich einen elektromotorischen Kraftpfad.
Die Hauptübersetzung i₂ ist demnach ebenso wie die Abtriebsübersetzung i_ab beiden Kraftpfaden zuordenbar. Das Hybridgetriebe 18 hat also im Wesentlichen zwei Kraftpfade, einen verbrennungsmotorischen und einen elektromotorischen Pfad. Der verbrennungsmotorische Pfad hat insgesamt vier Übersetzungen, die sich aus dem Vorgetriebe, das vorzugsweise als Zweigang-Vorgetriebe 24 ausgebildet sein kann und das insbesondere in Planetenbauweise ausgeführt sein kann, und zwei nachgeschalteten Stirnradstufen mit den Übersetzungen i₂ und i₃ ergeben. Insbesondere können die beiden Stirnradstufen von einer gemeinsamen Getriebewelle aus auf eine Vorgelegewelle geschaltet werden, die beispielsweise mit einem Differenzialrad kämmt. Der elektromotorische Kraftpfad hat zwei Übersetzungen, die sich aus zwei schaltbaren Stirnradstufen mit den Übersetzungen i₂ und i₃ ergeben.
An den verbrennungsmotorischen Kraftpfad kann eine optionale zweite elektrische Antriebsmaschine 20 angebunden sein, die in der Zeichnung gestrichelt dargestellt ist. Vorzugsweise wird die zweite elektrische Antriebsmaschine 20 in Kraftflussrichtung nach dem Vorgetriebe 24 an den verbrennungsmotorischen Kraftpfad angebunden.
In den 3a und 3b sind schematisch die Schaltzustände des Hybridgetriebes 18 gemäß der 2 gezeigt. In einer Schaltmatrix 28 sind die Schaltzustände bezüglich der Verbrennungs-Gangstufen V1 bis V4 gezeigt. In einer Schaltmatrix 30 sind die Schaltzustände bezüglich der beiden Elektro-Gangstufen E1 und E2 gezeigt. Es versteht sich, dass die Verbrennungs-Gangstufen kombinatorisch mit den Elektro-Gangstufen gefahren werden können, um einen Hybridmodus einzurichten.
In der ersten Spalte der Schaltmatrix 28 sind die Verbrennungs-Gangstufen V1 bis V4 der Verbrennungsmaschine 16 gezeigt. In der zweiten bis siebten Spalte sind die Schaltzustände der Schaltelemente A bis F gezeigt, wobei „X“ bedeutet, dass das jeweilige Schaltelement geschlossen ist, also die ihm zugeordneten Getriebebauteile antriebswirksam miteinander verbindet. Solange kein Eintrag vorhanden ist, ist davon auszugehen, dass das entsprechende Schaltelement offen ist, also keine Antriebsleistung überträgt. Die Schaltmatrizen 28 und 30 gelten auch für die nun folgenden Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Hybridgetrieben 18.
Zum Einrichten der ersten Verbrennungs-Gangstufe V1 sind das dritte Schaltelement C und das fünfte Schaltelement E zu schließen. Ein Schließen des vierten Schaltelements D und des fünften Schaltelements E richtet die zweite Verbrennungs-Gangstufe V2 ein. Die dritte Verbrennungs-Gangstufe V3 kann durch Einlegen des dritten Schaltelements C und des sechsten Schaltelements F eingerichtet werden. Ein Einlegen des vierten Schaltelements D und des sechsten Schaltelements F richtet die vierte Verbrennungs-Gangstufe V4 ein.
Durch Einlegen des ersten Schaltelements A kann die erste Elektro-Gangstufe E1 eingerichtet werden. Ein Einlegen des zweiten Schaltelements B bewirkt ein Einrichten der zweiten Elektro-Gangstufe E2.
Das Vorgetriebe 24 ist vorzugsweise als Planetenradsatz ausgebildet. Ein Planetenradsatz hat immer drei Kopplungen, wobei in den gezeigten Beispielen eine erste Kopplung ein erstes Planetenradsatzelement mit einer Antriebswelle, die im Schema mit W_An bezeichnet ist, verbindet. Eine zweite Kopplung verbindet ein zweites Planetenradsatzelement mit der Welle, die im Schema mit W_An1 bezeichnet ist, und die Antriebsleistung in das Hauptgetriebe, also das Getriebe mit den Übersetzungen i₁ bis i₃ , leitet. Eine dritte Kopplung verbindet ein drittes Planetenradsatzelement mit dem Gehäuse. Eine dieser Kopplungen ist immer über das fünfte Schaltelement E schaltbar, wobei die anderen beiden Kopplungen als permanent feste Verbindungen ausgeführt sind. Das fünfte Schaltelement E kann beispielsweise gehäuseseitig angeordnet sein, wie in den folgenden 4 bis 6 gezeigt.
In 4 ist eine Variante gezeigt, bei der ein Sonnenrad des Planetenradsatzes mit einem Hohlrad durch Schließen des sechsten Schaltelements F verbindbar ist. Hierdurch wird der Planetenradsatz des Vorgetriebes 24 verblockt und richtet eine Übersetzung von 1 ein.
In 5 ist eine Variante gezeigt, bei der das sechste Schaltelement F das Sonnenrad und einen Planetenradträger des Planetenradsatzes antriebswirksam verbindet und so für eine Verblockung des Planetenradsatzes sorgt. In den Ausführungsformen gemäß den 4 und 5 können das fünfte Schaltelement E und das sechste Schaltelement F zu einem Doppelschaltelement kombiniert werden.
In 6 ist eine weitere Variante gezeigt, bei der ein Doppelschaltelement nicht möglich ist. Hierbei verbindet das fünfte Schaltelement E ein Planetenradsatzelement antriebswirksam mit einem gehäusefesten Bauteil, wobei das sechste Schaltelement F dazu ausgebildet ist, die den Planetenradsatz antreibende Welle mit einer aus dem Planetenradsatz Antriebsleistung übertragenden Welle zu verbinden. Ein Schließen des sechsten Schaltelements F überbrückt folglich den Planetenradsatz.
In den 7 und 8 sind verschiedene Anordnungsvarianten des fünften Schaltelements E und des sechsten Schaltelements F gezeigt. In 7 ist eine so genannte antriebsseitige Anordnung des fünften Schaltelements E und des sechsten Schaltelements F gezeigt, bei der das fünfte Schaltelement E und das sechste Schaltelement F in Kraftflussrichtung zwischen der Verbrennungsmaschine 16 und dem Planetenradsatz des Vorgetriebes 24 angeordnet sind.
In 8 ist eine so genannte abtriebsseitige Anordnung des fünften Schaltelements E und des sechsten Schaltelements F gezeigt, bei der das fünfte Schaltelement E und das sechste Schaltelement F in Kraftflussrichtung nach der Verbrennungsmaschine 16 und nach dem Planetenradsatz angeordnet sind.
In 9 ist eine erste detaillierte Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Die Verbrennungsmaschine 16 ist mittels einer Getriebeeingangswelle 32 antriebswirksam mit einem Vorgetriebe in Form eines Planetenradsatzes RS verbunden. Der Planetenradsatz RS weist ein Sonnenrad, einen Planetenradträger und ein Hohlrad auf, wobei das Hohlrad antriebswirksam mit der Getriebeeingangswelle 32 verbunden ist und der Planetenradträger antriebswirksam mit einer Getriebeantriebswelle 34 verbunden ist. Das Sonnenrad des Planetenradsatzes RS kann durch Schließen des fünften Schaltelements E antriebswirksam mit einem gehäusefesten Bauteil verbunden werden und durch Schließen des sechsten Schaltelements F antriebswirksam mit dem Hohlrad verbunden werden. Mit anderen Worten bewirkt ein Schließen des Schaltelements E ein Einrichten einer Übersetzung mittels des Planetenradsatzes RS und ein Schließen des Schaltelements F ein Verblocken des Planetenradsatzes RS. Das fünfte Schaltelement E und das sechste Schaltelement F sind zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst und zumindest teilweise radial und axial innerhalb der als Koaxialmaschine ausgebildeten ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 angeordnet.
Ferner ist der Planetenradsatz RS axial und radial innerhalb der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 angeordnet. An der Getriebeantriebswelle 34 sind zwei Losräder angeordnet, die mit an einer Vorgelegewelle 36 angeordneten Festrädern kämmen und die Übersetzungsstufen i₂ und i₃ einrichten. Das erste Schaltelement A und das zweite Schaltelement B sind zu einem Doppelschaltelement kombiniert, wobei ein Schließen des ersten Schaltelements A die Übersetzungsstufe i₃ einrichtet, also das entsprechende Losrad antriebswirksam mit der Getriebeantriebswelle 34 verbindet. Ein Schließen des zweiten Schaltelements B richtet die Übersetzungsgangstufe i₂ ein, verbindet also das entsprechende Losrad antriebswirksam mit der Getriebeantriebswelle 34. Durch Schließen des vierten Schaltelements D kann die erste elektrische Antriebsmaschine 14 antriebswirksam mit dem Losrad der Übersetzungsgangstufe i₂ verbunden werden. Durch Schließen des dritten Schaltelements C kann die erste elektrische Antriebsmaschine 14 antriebswirksam mit einem Losrad verbunden werden, das die Übersetzungsgangstufe i₁ einrichtet und mit einem an der Vorgelegewelle 36 angeordneten Festrad kämmt.
An der Vorgelegewelle 36 ist zudem ein optionales Parksperrenrad gestrichelt dargestellt und mit P bezeichnet. Ferner ist über ein kämmendes Zahnradpaar, bestehend aus Festrädern, die an der Vorgelegewelle 36 und an einem Differential des Abtriebs 26 angeordnet sind, eine Ausgangsübersetzung i_ab eingerichtet. Die optionale zweite elektrische Antriebsmaschine 20 kann antriebswirksam mit der Getriebantriebswelle 34 verbunden werden, beispielsweise über ein kämmendes Zahnradpaar, ein Zugmittelgetriebe oder eine andere allgemein im Stand der Technik bekannte Anbindungsvariante.
Die Getriebeeingangswelle 32 ist als Vollwelle ausgebildet. Die Getriebeantriebswelle 34 ist als Hohlwelle ausgebildet und umgibt die Getriebeeingangswelle 32 zumindest abschnittsweise. Das Losrad der Übersetzungsgangstufe i₂ ist ebenfalls auf einer Hohlwelle angeordnet, die die Getriebeantriebswelle 34 zumindest abschnittsweise umgibt. Das Losrad der Übersetzungsgangstufe i₁ ist auf einer Hohlwelle angeordnet, die die dem Losrad der Übersetzungsgangstufe i₂ zugeordnete Hohlwelle zumindest abschnittsweise umgibt.
Die zuvor beschriebenen Wellen sind auf einer ersten Getriebeachse A1 angeordnet. Die Vorgelegewelle 36 ist auf einer Getriebeachse A2 angeordnet. Der Abtrieb 26 und insbesondere ein Differential des Abtriebs 26 sind auf einer Getriebeachse A3 angeordnet. Die zweite elektrische Antriebsmaschine 20 ist auf einer Getriebeachse A4 angeordnet. Die dem Losrad der zweiten Übersetzungsstufe i₂ zugeordnete Hohlwelle ist mit W₂ bezeichnet. Entsprechend ist die dem Losrad der ersten Übersetzungsgangstufe i₁ zugeordnete Welle als w₁ bezeichnet und die dem Losrad der Übersetzungsgangstufe i₃ zugeordnete Welle mit w₃ bezeichnet, um eine leichtere Identifizierung der einzelnen Wellen mit den vereinfachten schematischen Darstellungen zu ermöglichen. Die Getriebeeingangswelle 32 ist alternativ beim Schema mit W_an bezeichnet und die Getriebeantriebswelle 34 ist alternativ mit W_an1 bezeichnet.
Das Vorgetriebe 24 in Form eines Planetenradsatzes RS realisiert in der gezeigten Variante vorzugsweise eine Übersetzung ins Langsame.
In 10 ist eine vereinfachte schematische Darstellung des Hybridgetriebes 18 gemäß der 9 gezeigt. Wie bereits oben beschrieben ist ein Sonnenrad So des Planetenradsatzes RS durch Schließen des fünften Schaltelements E antriebswirksam mit einem gehäusefesten Bauteil verbindbar. Ein Schließen des sechsten Schaltelements F bewirkt eine Verbindung des Sonnenrads So des Planetenradsatzes RS mit einem Hohlrad Ho des Planetenradsatzes RS. Der Planetenradsatz RS wird verblockt. Im verbrennungsmotorischen Kraftpfad kann durch Schließen des ersten Schaltelements A die Übersetzung i₃ eingerichtet werden und durch Schließen des zweiten Schaltelements B die Übersetzung i2. Ein Schließen des vierten Schaltelements D bewirkt eine Einrichtung der Übersetzung i2 im elektromotorischen Kraftpfad. Ein Schließen des dritten Schaltelements C bewirkt eine Übersetzung i₁ im elektromotorischen Kraftpfad. Alle diese Übersetzungen werden anschließend über die Abtriebsübersetzung i_ab dem Abtrieb 26 zugeführt.
In 11 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 9 gezeigten Variante ist das Doppelschaltelement umfassend das fünfte Schaltelement E und das sechste Schaltelemente F abtriebsseitig am Planetenradsatz RS angeordnet. Die Anbindung der Planetenradsatzelemente des Planetenradsatzes RS an die einzelnen Getriebebauteile ist analog zu der in 9, wobei das sechste Schaltelement F eine Verbindung des Sonnenrads So des Planetenradsatzes RS mit einem Planetenradträger oder Steg St des Planetenradsatzes RS bewirkt.
In 12 ist eine vereinfachte schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gemäß der 11 nach der Form eines Schaltplans gezeigt. Die Darstellung der 12 entspricht dabei im Wesentlichen der Darstellung in 10. Wie bereits oben beschrieben ist das Doppelschaltelement umfassend das fünfte Schaltelement E und das sechste Schaltelement F bezüglich des Planetenradsatzes RS abtriebsseitig angeordnet. Die antriebsseitige Verbindung ist also permanent fest ausgeführt und die abtriebsseitige Verbindung ist schaltbar ausgeführt.
In 13 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Das Doppelschaltelement umfassend das fünfte Schaltelement E und das sechste Schaltelement F ist in dieser Ausführungsform antriebsseitig bezüglich des Planetenradsatzes RS angeordnet, wobei die Getriebeeingangswelle 32 antriebswirksam mit einem Hohlrad des Planetenradsatzes RS verbindbar ist. Das Sonnenrad des Planetenradsatzes ist mit einem gehäusefesten Bauteil verbunden. Die Getriebeantriebswelle 34 ist antriebswirksam mit dem Planetenradträger oder Steg des Planetenradsatzes RS verbunden. Durch die gehäusefeste Anbindung des Sonnenrads des Planetenradsatzes RS ist eine Verblockung des Planetenradsatzes RS nicht möglich. Daher ist das sechste Schaltelement F dazu ausgebildet, die Getriebeeingangswelle 32 antriebswirksam mit der Getriebeantriebswelle 34 zu verbinden. In anderen Worten wird durch Schließen des sechsten Schaltelements F der Planetenradsatz RS überbrückt.
In 14 ist eine vereinfachte schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gemäß der 13 gezeigt. Wie bereits oben beschrieben, ist das Doppelschaltelement umfassend das fünfte Schaltelement E und das sechste Schaltelement F antriebsseitig bezüglich des Planetenradsatzes RS angeordnet, wobei ein Hohlrad Ho des Planetenradsatzes RS durch Schließen des fünften Schaltelements E antriebswirksam mit der Verbrennungsmaschine 16 verbindbar ist. Das Sonnenrad So des Planetenradsatzes RS ist antriebswirksam mit einem gehäusefesten Bauteil verbunden. Ein Planetenradträger oder Steg St des Planetenradsatzes RS ist antriebswirksam mit einem Eingang des Hauptgetriebes umfassend die Übersetzungsgangstufen i₁ , i₂ und i₃ verbunden und kann durch Schließen des sechsten Schaltelements F antriebswirksam mit der Verbrennungsmaschine 16 verbunden werden. Wie bereits oben beschrieben führt ein Schließen des sechsten Schaltelements F zu einer Überbrückung des Planetenradsatzes RS.
In 15 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Das Doppelschaltelement umfassend das fünfte Schaltelement E und das sechste Schaltelement F ist hierbei abtriebsseitig angeordnet. Die Getriebeeingangswelle 32 ist antriebswirksam mit einem Hohlrad des Planetenradsatzes RS verbunden. Die Getriebeantriebswelle 34 ist durch Schließen des fünften Schaltelements E antriebswirksam mit einem Planetenradträger oder Steg des Planetenradsatzes RS verbindbar. Das Sonnenrad des Planetenradsatzes RS ist mit einem gehäusefesten Bauteil verbunden. Ein Schließen des sechsten Schaltelements F bewirkt eine Überbrückung des Planetenradsatzes RS, also ein antriebswirksames Verbinden der Getriebeeingangswelle 32 mit der Getriebeantriebswelle 34.
In 16 ist eine vereinfachte schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gemäß der 15 in der Form eines Schaltplans gezeigt. Wie bereits oben beschrieben, ist ein Hohlrad Ho des Planetenradsatzes RS antriebswirksam mit der Verbrennungsmaschine 16 verbunden. Ein Planetenradträger oder Steg St des Planetenradsatzes RS kann durch Schließen des fünften Schaltelements E antriebswirksam mit dem Hauptgetriebe verbunden werden. Ein Schließen des sechsten Schaltelements F bewirkt eine Überbrückung des Planetenradsatzes RS. Das Sonnenrad So des Planetenradsatzes ist mit einem gehäusefesten Bauteil verbunden.
In 17 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu den vorher gezeigten Varianten an Hybridgetrieben 18 ist der Planetenradsatz RS als sogenannter Plusradsatz ausgebildet. Grundsätzlich ist ein Minusplanetenradsatz, also wie in den vorherigen Ausführungsformen gezeigt, gegenüber dem Plusradsatz vorteilhaft, da dieser kosteneffizienter ist und im Allgemeinen einen besseren Wirkungsgrad aufweist. Es ist allgemein bekannt, dass einige Übersetzungen besser und/oder ausschließlich mit einem Plusplanetenradsatz dargestellt werden können. Im Allgemeinen kann ein Minusplanetenradsatz in einen Plusplanetenradsatz überführt werden, indem die Steganbindung und die Hohlradanbindung getauscht werden und der Betrag der Standübersetzung um 1 erhöht wird.
In der gezeigten Variante ist die Getriebeeingangswelle 32 antriebswirksam mit einem Planetenradträger des Planetenradsatzes RS verbunden. Die Getriebeantriebswelle 34 ist antriebswirksam mit einem Hohlrad des Planetenradsatzes RS verbunden. Die Anordnung des Doppelschaltelements umfassend das fünfte Schaltelement E und das sechste Schaltelement F ist abtriebsseitig bezüglich des Planetenradsatzes. Ein Sonnenrad des Planetenradsatzes RS ist durch Schließen des fünften Schaltelements E antriebswirksam mit einem gehäusefesten Bauteil verbindbar. Ein Schließen des sechsten Schaltelements F bewirkt ein antriebswirksames Verbinden des Sonnenrads des Planetenradsatzes RS mit dem Hohlrad des Planetenradsatzes RS. Mit anderen Worten wird durch Schließen des Schaltelements F der Planetenradsatz RS verblockt.
In 18 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 11 gezeigten Variante eines Hybridgetriebes 18 ist der Abtrieb 26 nicht mehr zwischen den die Übersetzungsstufen i₂ und i₃ bildenden Radsatzebenen angeordnet sondern an einem axialen Ende der Vorgelegewelle 36. Insbesondere sind die eine Abtriebsübersetzung i_ab bildenden Zahnräder in einer Zahnradebene zusammen mit den Anbindungszahnrädern der zweiten elektrischen Antriebsmaschine 20 angeordnet.
Es versteht sich, dass eine derartige alternative Anbindung des Abtriebs für jede der zuvor gezeigten Ausführungsformen von Hybridgetrieben 18 Anwendung finden kann.
Vorteile der Anordnung des Abtriebs 26 können insbesondere weitere geometrische Beschränkungen im Antriebsstrang und/oder im Motorraum eines Kraftfahrzeugs sein.
Mit den gezeigten Ausführungsformen von Hybridgetrieben 18 sind insbesondere die folgenden Funktionen möglich. Die Verbrennungs-Gangstufen V1 bis V4 und die Elektro-Gangstufen E1 und E2 sind unabhängig voneinander schaltbar. Folglich kann jede der Elektro-Gangstufen E1 und E2 mit jeder Verbrennungs-Gangstufen V1 bis V4 kombiniert werden.
Bei Schaltungen zwischen den Verbrennungs-Gangstufen V1 bis V4 kann die erste elektrische Antriebsmaschine 14 die Zugkraft über die Elektro-Gangstufen E1 oder E2 stützen. Während zwischen den Elektro-Gangstufen E1 und E2 geschaltet wird, kann die Verbrennungsmaschine 16 die Zugkraft über eine der Verbrennungs-Gangstufen V1 bis V4 stützen.
Das vorzugsweise als Zweiganggetriebe ausgeführte Vorgetriebe dient als Splitgruppe für die Stirnradstufen, die die Übersetzungsstufen i₂ und i₃ bilden.
Bei der Schaltung von der Verbrennungs-Gangstufe V1 in die Verbrennungs-Gangstufe V2 ist ein Schaltelementwechsel im Vorgetriebe 24 erforderlich und zwar vom fünften Schaltelement E auf das sechste Schaltelement F. Eine Synchronisation kann hierbei beispielsweise durch eine Drehzahlregelung der Verbrennungsmaschine 16 erfolgen.
Die Schaltung von der Verbrennungs-Gangstufe V2 in die Verbrennungs-Gangstufe V3 ist eine sogenannte Gruppenschaltung. Hierbei wird sowohl ein Wechsel der Schaltelemente des Vorgetriebes 24, und zwar vom sechsten Schaltelement F auf das fünfte Schaltelement E, als auch ein Wechsel in der Hauptgruppe von der Übersetzungsgangstufe i₂ auf die Übersetzungsgangstufe i₃ , was einem Wechsel vom zweiten Schaltelement B auf das erste Schaltelement A entspricht, durchgeführt. Ein Schalten kann dabei wie folgt ablaufen. Zunächst erfolgt ein Lastabbau an der Verbrennungsmaschine 16. Danach wird das zweite Schaltelement B und das sechste Schaltelement F geöffnet und das fünfte Schaltelement E synchronisiert und geschlossen. Danach erfolgt eine Synchronisation des ersten Schaltelements A, das anschließend geschlossen wird. Ist eine zweite elektrische Antriebsmaschine 20 vorhanden, kann diese bei der Synchronisation unterstützen. Ist keine zweite elektrische Antriebsmaschine 20 vorhanden, sind konventionelle Synchronisierungen an mindestens einem der bei Gruppenschaltungen jeweils zu schaltenden Schaltelemente nötig.
Bei einer Schaltung von der Verbrennungs-Gangstufe V3 in die Verbrennungs-Gangstufe V4 ist ein Schaltelementwechsel des Vorgetriebes 24 erforderlich, und zwar vom fünften Schaltelement E auf das sechste Schaltelement F. Die Synchronisation erfolgt hierbei ebenfalls beispielsweise durch eine Drehzahlregelung der Verbrennungsmaschine 16.
Mit einer zweiten elektrischen Antriebsmaschine 20 können insbesondere die folgenden Funktionen abgedeckt werden. Ein Start der Verbrennungsmaschine 16 aus rein elektrischer Fahrt ist möglich. Dabei ist vorzugsweise das fünfte Schaltelement E oder das sechste Schaltelement F geschlossen. Vorteilhafterweise ist dasjenige Schaltelement zu schließen, welches für eine nachfolgende vorgesehene Verbrennungs-Gangstufe geschlossen sein muss. Folglich ist das fünfte Schaltelement E für die Verbrennungs-Gangstufe V1 und die Verbrennungs-Gangstufe V3 und das sechste Schaltelement F für die Verbrennungs-Gangstufe V2 bzw. V4 zu schließen. Ferner kann mit einer generatorisch betriebenen zweiten elektrischen Antriebsmaschine 20 eine Bordnetzversorgung sowie eine Stromerzeugung für serielles Kriechen oder Fahren vorwärts und rückwärts erfolgen. Wie bereits oben beschrieben kann die zweite elektrische Antriebsmaschine 20 eine Drehzahlregelung der Verbrennungsmaschine 16 beim Ankoppeln und/oder bei Schaltungen unterstützen. Zudem kann die zweite elektrische Antriebsmaschine 20 Zugkraftunterstützung über die Übersetzungsstufen i₂ oder i₃ leisten, wenn die erste elektrische Antriebsmaschine 14 den Gang wechselt. Ferner ist ein rein elektrischer Antrieb über die Übersetzungsstufen i₂ oder i₃ möglich, wobei die erste elektrische Antriebsmaschine 14 zusätzlich optional über die Elektro-Gangstufen E1 oder E2 antreiben kann.
Die Erfindung wurde anhand der Zeichnungen und der Beschreibung umfassend beschrieben und erklärt. Die Beschreibung und Erklärung sind als Beispiel und nicht einschränkend zu verstehen. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer genauen Analyse der Zeichnungen, der Offenbarung und der nachfolgenden Patentansprüche.
In den Patentansprüchen schließen die Wörter „umfassen“ und „mit“ nicht das Vorhandensein weiterer Elemente oder Schritte aus. Der undefinierte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt nicht das Vorhandensein einer Mehrzahl aus. Ein einzelnes Element oder eine einzelne Einheit kann die Funktionen mehrerer der in den Patentansprüchen genannten Einheiten ausführen. Die bloße Nennung einiger Maßnahmen in mehreren verschiedenen abhängigen Patentansprüchen ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht ebenfalls vorteilhaft verwendet werden kann. Bezugszeichen in den Patentansprüchen sind nicht einschränkend zu verstehen.
Bezugszeichenliste

10: Kraftfahrzeug
12: Kraftfahrzeug-Antriebsstrang
14: erste elektrische Antriebsmaschine
16: Verbrennungsmaschine
18: Hybridgetriebe
20: zweite elektrische Antriebsmaschine
22: Energiespeicher
24: Vorgetriebe
26: Abtrieb
28: Schaltmatrix
30: Schaltmatrix
32: Getriebeeingangswelle
34: Getriebeantriebswelle
36: Vorgelegewelle
RS: Planetenradsatz
St: Steg
So: Sonnenrad
Ho: Hohlrad
w*: Getriebewellen
i1-i3: Hauptübersetzungen
iab: Abtriebsübersetzung
A-F: Schaltelemente
V1-V4: Verbrennungs-Gangstufen
E1, E2: Elektro-Gangstufen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012205319 A1 [0006]

Claims

Hybridgetriebe (18) für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) eines Kraftfahrzeugs (10), mit: einer Getriebeeingangswelle (32) zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer Verbrennungsmaschine (16) des Kraftfahrzeugs; einer Getriebeantriebswelle (34), die mittels einer Eingangsverbindung mit der Getriebeeingangswelle antriebswirksam verbindbar ist, um einen verbrennungsmotorischen Kraftpfad im Hybridgetriebe einzurichten; einer Vorgelegewelle (36); in mehreren Radsatzebenen angeordneten Losrädern und Festrädern zum Bilden von Gangstufen; mehreren Gangschaltvorrichtungen mit Schaltelementen (A, B, C, D, E, F) zum Einlegen der Gangstufen; einem Abtrieb (26) zum Übertragen von Antriebsleistung aus dem Hybridgetriebe, wobei ein erstes gangbildendes Zahnradpaar und ein zweites gangbildendes Zahnradpaar mit einer ersten elektrischen Antriebsmaschine (14) des Kraftfahrzeugs antriebswirksam verbindbar ist, um einen elektromotorischen Kraftpfad im Hybridgetriebe einzurichten; und die Eingangsverbindung ein Vorgetriebe (24) umfasst, zum Einrichten von mindestens zwei schaltbaren Vorübersetzungsstufen im verbrennungsmotorischen Kraftpfad.
Hybridgetriebe (18) nach Anspruch 1, wobei eine Vorübersetzung des Vorgetriebes (24) eine Direktübersetzung umfasst; der verbrennungsmotorische Kraftpfad im Hybridgetriebe vier Gangstufen (V1, V2, V3, V4) umfasst; und/oder der elektromotorische Kraftpfad im Hybridgetriebe zwei Gangstufen (E1, E2) umfasst.
Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Vorgetriebe (24) einen Planetenradsatz (RS) mit Planetenradsatzelementen, umfassend ein Hohlrad (Ho), ein Planetenrad mit einem Planetenradträger und ein Sonnenrad (So), umfasst.
Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das zweite gangbildende Zahnradpaar dazu ausgebildet ist, antriebswirksam mit der Verbrennungsmaschine (16) und/oder mit der ersten elektrischen Antriebsmaschine (14) verbunden zu werden; und alle Gangstufen für die Verbrennungsmaschine unabhängig von den Gangstufen für die erste elektrische Antriebsmaschine schaltbar sind.
Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein sechstes Schaltelement (F) zum Verblocken oder Überbrücken des Planetenradsatzes (RS) ausgebildet ist; und ein fünftes Schaltelement (E) zum Einrichten einer Übersetzung mittels des Planetenradsatzes ausgebildet ist.
Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Planetenradsatz (RS) drei Kopplungen umfasst; die erste Kopplung einem ersten Planetenradsatzelement und der Getriebeeingangswelle (32) zugeordnet ist; die zweite Kopplung einem zweiten Planetenradsatzelement und der Getriebeantriebswelle (34) zugeordnet ist; die dritte Kopplung einem dritten Planetenradsatzelement und einem gehäusefesten Bauteil zugeordnet ist; und eine dieser Kopplungen mittels eines fünften Schaltelementes (E) schaltbar ist und die anderen beiden Kopplungen als permanent feste Verbindungen ausgeführt sind.
Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Getriebeantriebswelle (34) als Hohlwelle ausgebildet ist und die Getriebeeingangswelle (32) zumindest abschnittsweise umgibt.
Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schaltelemente (A, B, C, D, E, F) als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet sind; und/oder zwei der Schaltelemente als Doppelschaltelemente ausgebildet sind und von einem doppeltwirkenden Aktor betätigbar sind.
Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Getriebeeingangswelle (32), dazu ausgebildet ist, antriebswirksam mit einer zweiten elektrischen Antriebmaschine (20) wirkverbunden zu werden.
Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) für ein Kraftfahrzeug (10), mit: einem Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche; einer Verbrennungsmaschine (16), die mit der Getriebeantriebswelle (34) verbindbar ist; und einer ersten elektrischen Antriebsmaschine (14), die mit dem ersten gangbildenden Zahnradpaar antriebswirksam verbindbar ist und die mit dem zweiten gangbildenden Zahnradpaar antriebswirksam verbindbar ist.
Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach Anspruch 10, wobei die erste elektrische Antriebsmaschine (14) als Koaxialmaschine ausgebildet ist; und der Planetenradsatz (RS) und vorzugsweise zwei Schaltelemente (F, E) axial und/oder radial innerhalb der ersten elektrischen Antriebsmaschine angeordnet sind.
Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach Anspruch 10 oder 11, wobei die in mehreren Radsatzebenen angeordneten Losräder und Festräder zum Bilden von Gangstufen axial zwischen der Verbrennungsmaschine (16) und der ersten elektrischen Antriebsmaschine (14) angeordnet sind; und der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang vorzugsweise eine zweite elektrische Antriebsmaschine (20) aufweist, die antriebswirksam mit der Getriebeantriebswelle (34) verbunden ist.
Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach Anspruch 12, wobei die zweite elektrische Antriebsmaschine (20) als Startergenerator zum Starten der Verbrennungsmaschine (16) ansteuerbar ist; und/oder als Ladegenerator zum Laden eines Energiespeichers (22) ansteuerbar ist.
Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste elektrische Antriebsmaschine (14) als ein Stützkraftmittel bei Gangwechseln der Verbrennungsmaschine (16) und vorzugsweise der zweiten elektrischen Antriebsmaschine (20) ansteuerbar ist; die Verbrennungsmaschine (16) und vorzugsweise die zweite elektrische Antriebsmaschine als ein Stützkraftmittel bei Gangwechseln der ersten elektrischen Antriebsmaschine ansteuerbar ist; alle Gangstufen (E1, E2) der ersten elektrische Antriebsmaschine unabhängig von den Gangstufen (V1, V2, V3, V4) der Verbrennungsmaschine schaltbar sind; und/oder alle Gangstufen der Verbrennungsmaschine unabhängig von den Gangstufen der ersten elektrische Antriebsmaschine schaltbar sind.
Kraftfahrzeug (10) mit: einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach einem der Ansprüche 11 bis 14; und einem Energiespeicher (22) zum Speichern von Energie zum Versorgen der ersten elektrischen Antriebsmaschine (14) und vorzugsweise zweiten elektrischen Antriebsmaschine (20).