DE102021206522A1 - Kompaktes Hybridgetriebe mit mechanischem einfachem Aufbau - Google Patents

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hybrid transmission
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English (en)
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Stefan Beck
Martin Brehmer
Matthias Horn
Johannes Kaltenbach
Fabian Kutter
Thomas Martin
Michael Wechs
Oliver BAYER
Thomas Kroh
Max Bachmann
Peter Ziemer
Juri Pawlakowitsch
Ingo Pfannkuchen
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ZF Friedrichshafen AG
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ZF Friedrichshafen AG
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    • B60K6/50—Architecture of the driveline characterised by arrangement or kind of transmission units
    • B60K6/54—Transmission for changing ratio
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    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/02—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion
    • F16H3/08—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts
    • F16H3/087—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears
    • F16H3/091—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears including a single countershaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
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    • F16H3/02—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion
    • F16H3/08—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts
    • F16H3/087—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears
    • F16H3/093—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears with two or more countershafts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
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    • B60K6/42—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
    • B60K6/48—Parallel type
    • B60K2006/4833—Step up or reduction gearing driving generator, e.g. to operate generator in most efficient speed range
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H2003/0803—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts with countershafts coaxial with input or output shaft
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    • F16H2003/0811—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts using unsynchronised clutches
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/02—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion
    • F16H3/08—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts
    • F16H3/087—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears
    • F16H3/093—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears with two or more countershafts
    • F16H2003/0931—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears with two or more countershafts each countershaft having an output gear meshing with a single common gear on the output shaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H2200/003—Transmissions for multiple ratios characterised by the number of forward speeds
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybridgetriebe (18) für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) eines Kraftfahrzeugs (10), mit: einer ersten Getriebeeingangswelle (24) zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer Verbrennungsmaschine (16) des Kraftfahrzeugs; einer zweiten Getriebeeingangswelle (26) zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer elektrischen Antriebsmaschine (14) des Kraftfahrzeugs; einem ersten Teilgetriebe und zweiten Teilgetriebe; einem Planetenradsatz (RS), mit drei Planetenradsatzelementen; einer ersten Vorgelegewelle (30); in mehreren Radsatzebenen angeordneten Losrädern und Festrädern zum Bilden von Gangstufen; und mehreren Gangschaltvorrichtungen mit Schaltelementen (A, B, C, D, E, F, R, K3) zum Einlegen der Gangstufen; wobei der Planetenradsatz mit der zweiten Getriebeeingangswelle antriebswirksam verbunden ist; mittels einer Zwischenwelle (28) antriebswirksam mit dem zweiten Teilgetriebe verbunden ist; und festsetzbar oder mit der ersten Getriebeeingangswelle verbindbar ist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang mit einem solchen Hybridgetriebe ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang sowie ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybridgetriebe, einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang mit einem solchen Hybridgetriebe, ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang sowie ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs.
  • 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 Offenlegungsschrift DE 10 2013 215 114 A1 betrifft einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs, der einen Verbrennungsmotor mit einer Triebwelle, eine als Motor und als Generator betreibbare Elektromaschine mit einem Rotor, ein in Vorgelegebauweise ausgeführtes automatisiertes Schaltgetriebe mit einer Eingangswelle und mindestens einer Ausgangswelle sowie ein in Planetenbauweise ausgebildetes Überlagerungsgetriebe mit zwei Eingangselementen und einem Ausgangselement aufweist. Bei diesem Hybridantrieb ist vorgesehen, dass das Überlagerungsgetriebe koaxial über einem freien Ende der Ausgangswelle angeordnet ist, und dass das erste Eingangselement des Überlagerungsgetriebes drehfest mit einer koaxial über der Ausgangswelle angeordneten Hohlwelle verbunden ist, die zur Ankopplung des Verbrennungsmotors über ein Koppelschaltelement drehfest mit einem Losrad der unmittelbar axial benachbarten Stirnradstufe des Schaltgetriebes sowie zur Überbrückung des Überlagerungsgetriebes über ein Überbrückungsschaltelement drehfest mit dem zweiten Eingangselement oder dem Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes verbindbar ist, dass das zweite Eingangselement des Überlagerungsgetriebes permanent mit dem Rotor der Elektromaschine in Triebverbindung steht, und dass das Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes drehfest mit der Ausgangswelle verbunden ist.
  • Vor diesem Hintergrund stellt sich einem Fachmann die Aufgabe ein kompaktes mechanisch einfach aufgebautes Hybridgetriebe zu schaffen. Insbesondere soll ein Hybridgetriebe mit einer ausreichend hohen Anzahl von Gängen für den verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb und mindestens zwei Gängen mit hohem Übertragungswirkungsgrad für den elektromotorischen Fahrbetrieb geschaffen werden.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Hybridgetriebe für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit:
    • einer ersten Getriebeeingangswelle zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer Verbrennungsmaschine des Kraftfahrzeugs;
    • einer zweiten Getriebeeingangswelle zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer elektrischen Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs;
    • einem ersten Teilgetriebe und zweiten Teilgetriebe;
    • einem Planetenradsatz, mit drei Planetenradsatzelementen;
    • einer ersten Vorgelegewelle;
    • in mehreren Radsatzebenen angeordneten Losrädern und Festrädern zum Bilden von Gangstufen; und
    • mehreren Gangschaltvorrichtungen mit Schaltelementen zum Einlegen der Gangstufen; wobei
    • der Planetenradsatz mit der zweiten Getriebeeingangswelle antriebswirksam verbunden ist, mittels einer Zwischenwelle antriebswirksam mit dem zweiten Teilgetriebe verbunden ist und festsetzbar oder mit der ersten Getriebeeingangswelle verbindbar ist.
  • Die obige Aufgabe wird ferner gelöst durch einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit:
    • einem Hybridgetriebe wie zuvor definiert;
    • einer Verbrennungsmaschine, die mit der ersten Getriebeeingangswelle verbindbar ist; und
    • einer elektrischen Antriebsmaschine, die mit der zweiten Getriebeeingangswelle antriebswirksam verbunden ist.
  • Die obige Aufgabe wird zudem gelöst von einem Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs wie zuvor definiert.
  • Die obige Aufgabe wird schließlich gelöst von einem Kraftfahrzeug mit einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang wie zuvor definiert und einem Energiespeicher zum Speichern von Energie zum Versorgen der 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, das Kraftfahrzeug sowie das Verfahren entsprechend den für das Hybridgetriebe in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Ausgestaltungen ausgeführt sein.
  • Durch eine erste Getriebeeingangswelle zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer Verbrennungsmaschine und eine zweite Getriebeeingangswelle zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer elektrischen Antriebsmaschine kann ein kompaktes und variables Hybridgetriebe geschaffen werden. Eine Wirkverbindung kann sowohl schaltbar als auch nicht schaltbar ausgeführt sein. Durch ein erstes Teilgetriebe und ein zweites Teilgetriebe kann ein mechanisch einfach aufgebautes Hybridgetriebe geschaffen werden, mit dem eine hohe Kombinierbarkeit der beiden Antriebsmaschinen erreicht werden kann. Mittels eines Planetenradsatzes kann ein effizienter EDA-Modus zum Anfahren eingerichtet werden, wobei vorzugsweise keine Reibkupplung zum Anfahren benötigt wird. Durch eine Festsetzbarkeit des Planetenradsatzes kann eine weitere Elektrogangstufe geschaffen werden. Ferner können zwei Modi Laden in Neutral mit unterschiedlichen Drehzahlverhältnissen der beiden Antriebsmaschinen zueinander eingerichtet werden.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Getriebeeingangswelle eingangsseitig verbrennungsmaschinenkupplungsfrei ausgebildet. Ergänzend ist in einer Radsatzebene ein Umkehrzahnrad angeordnet, um eine mechanische Rückwärtsgangstufe einzurichten. Durch eine mechanische Rückwärtsgangstufe kann ein EDA-Modus auch zum Rückwärtsanfahren genutzt werden. Durch eine verbrennungsmaschinenkupplungsfrei ausgestaltete Getriebeeingangswelle kann ein technisch einfaches und hocheffizientes Hybridgetriebe geschaffen werden. Insbesondere in Kombination mit dem Planetenradsatz, der ein elektrodynamisches Anfahren erlaubt, kann ein komfortables und kompaktes Hybridgetriebe mit einfachem mechanischem Aufbau und einfacher Ansteuerung geschaffen werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Sonnenrad des Planetenradsatzes festsetzbar oder mit der ersten Getriebeeingangswelle verbindbar. Ergänzend ist ein Planetenradträger des Planetenradsatzes antriebswirksam mit der Zwischenwelle verbunden. Weiterhin ergänzend ist ein Hohlrad des Planetenradsatzes antriebswirksam mit der zweiten Getriebeeingangswelle verbunden. Durch diese vorteilhafte Anbindung des Planetenradsatzes kann die elektrische Antriebsmaschine mit einer geringen Ausgleichsdrehzahl bei einem elektrodynamischen Anfahren oder bei elektrodynamischen Schaltungen betrieben werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Planetenradsatz durch Einlegen von zwei Schaltelementen verblockbar. Hierdurch kann ein Laden-in-Neutral-Modus eingerichtet werden, bei dem die Verbrennungsmaschine in einem festen Drehzahlverhältnis zur elektrischen Antriebsmaschine dreht und antriebswirksam mit dieser verbunden ist. Insbesondere kann erreicht werden, dass die elektrische Antriebsmaschine gleich schnell dreht wie die Verbrennungsmaschine.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Festsetzschaltelement der Schaltelemente zum Festsetzen des Planetenradsatzes ausgebildet. Hierdurch kann eine Vorübersetzung durch den Planetenradsatz erfolgen, die insbesondere eine weitere Elektrogangstufe sowie einen weiteren Modus Laden in Neutral ermöglichen kann.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein erstes Schaltelement, vorzugsweise ein zweites Schaltelement, ein drittes Schaltelement und ein viertes Schaltelement dazu ausgebildet, jeweils ein Zahnradpaar antriebswirksam zu schalten. Ergänzend oder alternativ ist ein fünftes Schaltelement dazu ausgebildet, den Planetenradsatz, insbesondere das Sonnenrad des Planetenradsatzes antriebswirksam mit der ersten Getriebeeingangswelle zu verbinden. Weiterhin ergänzend oder alternativ ist ein Verbindungsschaltelement dazu ausgebildet, die erste Getriebeeingangswelle antriebswirksam mit der Zwischenwelle zu verbinden. Weiterhin ergänzend oder alternativ ist ein Rückwärtsgangschaltelement dazu ausgebildet, ein Zahnradtriplett umfassend ein Umkehrzahnrad antriebswirksam zu schalten. Durch diese vorteilhafte Anbindung der Schaltelemente kann ein funktionsumfangreiches Hybridgetriebe geschaffen werden, wobei zur Einrichtung der Schaltzustände jeweils nur ein einziges oder zwei Schaltelemente zu schließen sind. Insbesondere kann ein hocheffizienter verbrennungsmotorischer Betriebsmodus eingerichtet werden, da zum Schalten von wenigstens zwei Verbrennungsgangstufen nur jeweils ein einziges Schaltelement zu schließen ist.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Hybridgetriebe eine zweite Vorgelegewelle auf. Ergänzend kämmt ein Zahnrad des ersten Teilgetriebes und vorzugsweise ein Zahnrad des zweiten Teilgetriebes jeweils mit einem Zahnrad auf der ersten Vorgelegewelle und einem Zahnrad auf der zweiten Vorgelegewelle. Weiterhin ergänzend sind die Losräder und Festräder zum Bilden von Gangstufen in genau drei Radsatzebenen angeordnet. Durch eine zweite Vorgelegewelle kann das Hybridgetriebe axial kompakt ausgeführt werden. Insbesondere sind durch zwei Vorgelegewellen sogenannte Doppelradebenen möglich, bei denen ein Zahnrad auf einer Eingangswelle mit jeweils einem Zahnrad auf der ersten Vorgelegewelle und einem Zahnrad auf der zweiten Vorgelegewelle in Eingriff steht. Hierdurch können Bauteile sowie Gewicht für das Hybridgetriebe eingespart werden. Durch eine Anordnung der Losräder und Festräder zum Bilden von Gangstufen in genau drei Radsatzebenen kann ein axial kurzes und dennoch funktionsumfangreiches Hybridgetriebe geschaffen werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst ein Abtrieb ein Differentialrad, das mit einem gangbildenden Zahnrad in Eingriff steht. Insbesondere ist das Differentialrad in einer Radsatzebene mit dem gangbildenden Zahnrad angeordnet. Hierdurch kann weiter Gewicht für das Hybridgetriebe eingespart werden. Ferner kann ein axialer Bauraumbedarf für das Hybridgetriebe verringert werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Schaltelemente als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet. Ergänzend oder alternativ sind wenigstens zwei der Schaltelemente, insbesondere alle Schaltelemente, als Doppelschaltelement ausgebildet und von einem doppeltwirkenden Aktor betätigbar. Hierdurch kann ein effizientes und kostengünstiges Hybridgetriebe geschaffen werden. Ein Doppelschaltelement ermöglicht es, das Hybridgetriebe mit weniger Bauteilen aufzubauen, da zur Betätigung eines Doppelschaltelements nur ein Aktor verwendet werden muss. Die Ansteuerung des Getriebes ist vereinfacht. Das Getriebe baut kompakt. Es versteht sich, dass zur Synchronisierung der Schaltelemente sowohl die elektrische Antriebsmaschine als auch die Verbrennungsmaschine verwendet werden kann.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die elektrische Antriebsmaschine als Koaxialmaschine ausgebildet. Ergänzend sind der Planetenradsatz und/oder wenigstens ein Schaltelement zumindest abschnittsweise axial und/oder radial innerhalb der elektrischen Antriebsmaschine angeordnet. Hierdurch kann ein hocheffizienter und insbesondere axial kompakt bauender Antriebsstrang geschaffen werden. Der zur Verfügung stehende Bauraum kann vorteilhaft ausgenutzt werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die elektrische Antriebmaschine unabhängig von der Verbrennungsmaschine mit dem Abtrieb des Hybridgetriebes verbindbar. Hierdurch kann die elektrische Antriebmaschine vorteilhaft eine Zugkraft aufrechthalten, wenn Schaltungen für die Verbrennungsmaschine durchgeführt werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die elektrische Antriebsmaschine als Startergenerator zum Starten der Verbrennungsmaschine ansteuerbar. Ergänzend oder alternativ ist die elektrische Antriebsmaschine als Ladegenerator zum Laden eines Energiespeichers ansteuerbar. Hierdurch kann der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang effizient betrieben werden. Der Kraftstoffverbrauch kann reduziert werden. Vorzugsweise kann auf einen zusätzlichen Anlasser für die Verbrennungsmaschine verzichtet 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 „antriebswirksam verbunden“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine nicht schaltbare Verbindung zwischen zwei Bauteilen verstanden werden, welche zu einer permanenten Übertragung einer Drehzahl, eines Drehmoments und/oder einer Antriebsleistung vorgesehen ist. Die Verbindung kann dabei sowohl direkt oder über eine Festübersetzung erfolgen. Die Verbindung kann beispielsweise über eine feste Welle, eine Verzahnung, insbesondere eine Stirnradverzahnung und/oder ein Umschlingungsmittel, insbesondere ein Zugmittelgetriebe, erfolgen.
  • Unter „antriebswirksam verbindbar“, „kann antriebswirksam verbunden werden“ oder „ist zum antriebswirksamen Verbinden ausgebildet“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein schaltbares Verbinden zwischen zwei Bauteilen verstanden werden, welches in einem geschlossenen Zustand zu einer temporären Übertragung einer Drehzahl, eines Drehmoments und/oder einer Antriebsleistung vorgesehen ist. In einem geöffneten Zustand überträgt das schaltbare Verbinden vorzugsweise temporär im Wesentlichen keine Drehzahl, kein Drehmoment und/oder keine Antriebsleistung.
  • 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 von 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.
  • Eine elektrische Fahrzeugachse, oder kurz elektrische Achse, ist vorzugsweise eine Nicht-Haupt-Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs, bei der mittels einer elektrischen Antriebsmaschine Antriebsleistung auf Räder des Kraftfahrzeugs übertragen werden kann. Es versteht sich, dass die elektrische Antriebsmaschine auch mittels eines Getriebes angebunden sein kann. Mittels einer elektrischen Achse kann ganz oder teilweise eine Zugkraft aufrechterhalten werden, wenn im Getriebe für eine Haupt-Antriebsachse ein Gangwechsel erfolgt. Ferner kann mittels einer elektrischen Achse zumindest teilweise eine Allrad-Funktionalität eingerichtet werden.
  • Ein elektrodynamisches Anfahrelement (EDA) bewirkt, dass über einen oder mehrere Planetenradsätze eine Drehzahlüberlagerung von Verbrennungsmaschinendrehzahl und elektrischer Antriebsmaschinendrehzahl stattfindet, sodass ein Anfahren eines Kraftfahrzeugs aus dem Stillstand bei laufender Verbrennungsmaschine, vorzugsweise ohne Reibkupplung, möglich ist. Dabei stützt die elektrische Antriebsmaschine ein Drehmoment ab. Vorzugsweise ist die Verbrennungsmaschine nicht mehr durch eine Anfahrkupplung oder dergleichen vom Getriebe trennbar. Durch Verwenden eines EDAs können vorzugsweise Anlasser, Generator und Anfahrkupplung beziehungsweise hydrodynamischer Wandler entfallen. Dabei baut ein EDA insbesondere so kompakt, dass alle Komponenten im serienmäßigen Kupplungsgehäuse ohne Verlängerung des Getriebes Platz finden. Das elektrodynamische Anfahrelement kann beispielsweise über einen weich abgestimmten Torsionsdämpfer fest mit einer Verbrennungsmaschine und insbesondere einem Schwungrad einer Verbrennungsmaschine verbunden sein. Somit können die elektrische Antriebsmaschine und die Verbrennungsmaschine wahlweise gleichzeitig oder alternativ betrieben werden. Hält das Kraftfahrzeug an, können elektrische Antriebsmaschine und Verbrennungsmaschine abgeschaltet werden. Aufgrund einer guten Regelbarkeit der elektrischen Antriebsmaschine wird eine sehr hohe Anfahrqualität erreicht, die der eines Antriebs mit Wandlerkupplung entsprechen kann.
  • Bei einer sogenannten elektrodynamischen Schaltung (EDS) findet wie beim EDA-Anfahren über einen oder mehrere Planetenradsätze eine Drehzahlüberlagerung von Verbrennungsmaschinendrehzahl und elektrischer Antriebsmaschinendrehzahl statt. Zum Schaltungsbeginn werden die Drehmomente der elektrischen Antriebsmaschine und der Verbrennungsmaschine angepasst, sodass das auszulegende Schaltelement lastfrei wird. Nach dem Öffnen dieses Schaltelements erfolgt eine Drehzahlanpassung unter Erhaltung der Zugkraft, sodass das einzulegende Schaltelement synchron wird. Nach dem Schließen des Schaltelements erfolgt die Lastaufteilung zwischen der Verbrennungsmaschine und der elektrischen Antriebsmaschine beliebig je nach Hybrid-Betriebsstrategie. Das elektrodynamische Schaltverfahren hat den Vorteil, dass das zu schaltende Schaltelement des Zielgangs durch das Zusammenspiel der elektrischen Antriebsmaschine und der Verbrennungsmaschine synchronisiert wird, wobei die elektrische Antriebsmaschine vorzugsweise präzise regelbar ist. Ein weiterer Vorteil des EDS-Schaltverfahrens ist, dass eine hohe Zugkraft erreicht werden kann, da sich die Drehmomente der Verbrennungsmaschine und der elektrischen Maschine im Hybridgetriebe summieren.
  • 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;
    • 3 schematisch die Schaltzustände des Hybridgetriebes gemäß der 2;
    • 4 eine Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 5 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 6 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 7 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 8 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 9 eine schematische vereinfachte Darstellung eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 10 schematisch die Schaltzustände des Hybridgetriebes gemäß der 9;
    • 11 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes; und
    • 12 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 elektrische Antriebsmaschine 14, eine Verbrennungsmaschine 16 und ein Hybridgetriebe 18 auf. Das Hybridgetriebe 18 ist mit einer Vorderachse des Kraftfahrzeugs 10 verbunden. Es versteht sich, dass das Hybridgetriebe 18 auch mit der Hinterachse des Kraftfahrzeugs 10 verbunden sein kann. Mittels des Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs 12 wird Antriebsleistung der elektrischen Antriebsmaschine 14 und/oder der Verbrennungsmaschine 16 den Rädern des Kraftfahrzeugs 10 zugeführt. Das Kraftfahrzeug 10 weist ferner einen Energiespeicher 22 auf, um Energie zu speichern, die zum Versorgen der elektrischen Antriebsmaschine 14 dient.
  • In 2 ist schematisch eine vereinfachte Darstellung eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 in einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 gezeigt. Die Darstellung entspricht dabei einer Art Schaltplan. Die einrichtbaren Übersetzungen sind in Vierecken dargestellt und mit einem „i“ mit Index bezeichnet. Diese Übersetzungen werden bevorzugt durch Zahnradpaare eingerichtet. Ferner sind acht Schaltelemente A-F, K3, R nach Art eines Schalters dargestellt.
  • Das Hybridgetriebe 18 weist eine erste Getriebeeingangswelle 24 und eine zweite Getriebeeingangswelle 26 auf. Die erste Getriebeeingangswelle 24 ist antriebswirksam mit der Verbrennungsmaschine 16 verbunden. Die zweite Getriebeeingangswelle 26 ist antriebswirksam mit der elektrischen Antriebsmaschine 14 verbunden und kann Antriebsleistung in einen schematisch dargestellten Planetenradsatz RS einbringen.
  • Der Planetenradsatz RS ist in der Darstellung als Kreis dargestellt, wobei die drei Planetenradsatzelemente, also das Hohlrad Ho, das Sonnenrad So und der Planetenradträger oder Steg S an der entsprechenden Stelle des Kreises mit Buchstaben markiert sind. Mittels des Planetenradsatzes RS kann eine Übersetzung i0 eingerichtet werden. Die zweite Getriebeeingangswelle 26 ist mit dem Hohlrad Ho des Planetenradsatzes RS verbunden. Der Planetenradträger oder Steg S des Planetenradsatzes RS ist mit einer Zwischenwelle 28 verbunden. Das Sonnenrad So des Planetenradsatzes RS ist festsetzbar oder mit der ersten Getriebeeingangswelle 24 verbindbar.
  • Das Hybridgetriebe 18 umfasst ferner eine erste Vorgelegewelle 30, die über eine Abtriebsübersetzung iab mit einem Abtrieb 32 und insbesondere einem Differential des Abtriebs 32 verbunden ist.
  • Durch Einlegen eines ersten Schaltelements A kann die Zwischenwelle 28 über eine Übersetzung iV1/E1 antriebswirksam mit der ersten Vorgelegewelle 30 verbunden werden.
  • Durch Einlegen eines zweiten Schaltelements B kann die erste Getriebeeingangswelle 24 antriebswirksam über eine Übersetzung iV2 antriebswirksam mit der ersten Vorgelegewelle 30 verbunden werden.
  • Ein drittes Schaltelement C richtet eine antriebswirksame Verbindung der ersten Getriebeeingangswelle 24 über eine Übersetzung iV3 mit der ersten Vorgelegewelle 30 ein.
  • Durch Einlegen eines vierten Schaltelements D kann die Zwischenwelle 28 über eine Übersetzung IE2 antriebswirksam mit der ersten Vorgelegewelle 30 verbunden werden.
  • Durch Einlegen eines Festsetzschaltelements E kann das Sonnenrad So des Planetenradsatzes RS antriebswirksam mit einem drehfesten Bauteil, beispielsweise einem Getriebegehäuse, verbunden werden und so der Planetenradsatz RS festgesetzt werden.
  • Ein sechstes Schaltelement F ist dazu ausgebildet, den Planetenradsatz RS, insbesondere das Sonnenrad So des Planetenradsatzes RS antriebswirksam mit der ersten Getriebeeingangswelle 24 zu verbinden.
  • Durch Einlegen eines Verbindungsschaltelements K3 kann die erste Getriebeeingangswelle 24 antriebswirksam mit einem Planetenradträger oder Steg S des Planetenradsatzes RS verbunden werden.
  • Durch Einlegen eines Rückwärtsgangschaltelements R kann die Zwischenwelle 28 antriebswirksam über eine Rückwärtsgangübersetzung IR mit der ersten Vorgelegewelle 30 verbunden werden.
  • Ein Basisradsatz des Hybridgetriebes 18 besteht folglich aus zwei Teilgetrieben, wobei das erste Teilgetriebe mit der Verbrennungsmaschine 16 verbunden ist und wenigstens zwei Gangstufen umfasst. Die Gangstufen sind über das zweite Schaltelement B und das dritte Schaltelement C einrichtbar.
  • Das zweite Teilgetriebe ist über den Planetenradsatz RS mit der elektrischen Antriebsmaschine 14 in Wirkverbindung und weist zwei Vorwärtsgangstufen und eine Rückwärtsgangstufe auf. Diese sind über das erste Schaltelement A, das vierte Schaltelement D oder das Rückwärtsgangschaltelement R einrichtbar. Zudem kann über das Verbindungsschaltelement K3 eine Verbindung zwischen beiden Teilgetrieben hergestellt werden. So kann beispielsweise eine erste Gangstufe des zweiten Teilgetriebes auch von der Verbrennungsmaschine 16 genutzt werden. Ferner ist durch das Verbindungsschaltelement K3 ein Laden in Neutral möglich.
  • Der Planetenradsatz RS kann im zweiten Teilgetriebe als Vorübersetzung dienen, wenn das Festsetzschaltelement E eingelegt ist. Ist das sechste Schaltelement F eingelegt, kann ein elektrodynamischer Überlagerungszustand bzw. ein EDX-Modus am Planetenradsatz RS realisiert werden, wobei sowohl vorwärts wie auch rückwärts elektrodynamisch angefahren werden kann. Hierdurch ist auch bei einem leeren Energiespeicher 22 ein Anfahren möglich.
  • Alle Schaltelemente A bis F, R, K3 können als formschlüssige Schaltelemente, beispielsweise Klauenschaltelemente, ausgeführt werden. Es versteht sich, dass eine Anbindung der elektrischen Antriebsmaschine 14 sowohl koaxial als auch achsparallel erfolgen kann.
  • Ferner sind folgende Kombinationen von Schaltelementen zu einem Doppelschaltelement möglich. Das erste Schaltelement A kann mit dem vierten Schaltelement D zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst werden. Das zweite Schaltelement B kann mit einem dritten Schaltelement C zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst werden. Das Festsetzschaltelement E kann mit einem sechsten Schaltelement F zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst werden. Zudem kann das Rückwärtsgangschaltelement R mit dem Verbindungsschaltelement K3 zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst werden.
  • Ist das fünfte Schaltelement F geschlossen, wird ein sogenannter EDA-Modus eingerichtet. In diesem dient der Planetenradsatz RS als Überlagerungsgetriebe, wobei die elektrische Antriebsmaschine 14 mit dem Hohlrad Ho des Planetenradsatzes RS verbunden ist und die Verbrennungsmaschine 16 mittels des sechsten Schaltelements F mit dem Sonnenrad So des Planetenradsatzes RS verbunden ist. Der Planetenradträger oder Steg S des Planetenradsatzes RS ist mit dem Abtrieb 32 über eine der Übersetzungsstufen iV1/E1, iE2 oder iR verbunden, wobei entsprechend ein EDA-V1-, ein EDA-V2- oder ein EDA-R-Modus eingerichtet wird. Hierdurch kann insbesondere auch bei leerem Energiespeicher 22 angefahren und gefahren werden.
  • In 3 sind schematisch die Schaltzustände des Hybridgetriebes 18 gemäß der 2 in einer Schaltmatrix 34 gezeigt.
  • In der ersten Spalte der Schaltmatrix sind die Verbrennungsgangstufen V1 bis V3, drei elektrodynamische Überlagerungszustände EDA-V1, EDA-V2, EDA-R, zwei Elektrogangstufen E1, E2 und zwei Zustände für Laden in Neutral LiN1, LiN2 gezeigt.
  • In der zweiten bis neunten Spalte sind die Schaltzustände der Schaltelemente A bis F, des Rückwärtsgangschaltelements R und des Verbindungsschaltelements K3 gezeigt, wobei ein „X“ bedeutet, dass das jeweilige Schaltelement geschlossen ist, also die zugeordneten Getriebebauteile antriebswirksam miteinander verbindet. Sofern kein Eintrag vorhanden ist, ist davon auszugehen, dass das entsprechende Schaltelement offen ist, also keine Antriebsleistung überträgt.
  • Zum Einrichten einer ersten Verbrennungsgangstufe V1 sind das erste Schaltelement A sowie das Verbindungsschaltelement K3 zu schließen.
  • Eine zweite Verbrennungsgangstufe V2 wird durch Schließen des zweiten Schaltelements B eingerichtet.
  • Ein Schließen des dritten Schaltelements C richtet eine dritte Verbrennungsgangstufe V3 ein.
  • Ein erster elektrodynamischer Überlagerungszustand EDA-V1 kann durch Schließen des ersten Schaltelements A und des sechsten Schaltelements F eingerichtet werden.
  • Ein zweiter elektrodynamischer Überlagerungszustand EDA-V2 kann durch Schlie-ßen des vierten Schaltelements D und des sechsten Schaltelements F eingerichtet werden.
  • Ein Schließen des sechsten Schaltelements F und des Rückwärtsgangschaltelements R richtet einen dritten, rückwärts gerichteten elektrodynamischen Überlagerungszustand EDA-R ein.
  • Eine erste Elektrogangstufe E1 kann durch Schließen des ersten Schaltelements A und des Festsetzschaltelements E eingerichtet werden.
  • Ein Schließen des vierten Schaltelements D und des Festsetzschaltelements E richtet eine zweite Elektrogangstufe E2 ein.
  • Ein erster Zustand Laden in Neutral LiN1 kann durch Schließen des Festsetzschaltelements E und des Verbindungsschaltelements K3 eingerichtet werden.
  • Ein Schließen des sechsten Schaltelements F und des Verbindungsschaltelements K3 richtet einen zweiten Zustand Laden in Neutral LiN2 ein.
  • Ein elektrisches Fahren ist in den Elektrogangstufen E1 oder E2 möglich. In diesen Zuständen ist die Verbrennungsmaschine 16 abgekoppelt, also das zweite Schaltelement B, das dritte Schaltelement C, das sechste Schaltelement F und das Verbindungsschaltelement K3 offen. Die erste Elektrogangstufe E1 dient als Hauptelektrogangstufe. Aus dieser ist ein direkter Übergang in die erste Verbrennungsgangstufe V1, die zweite Verbrennungsgangstufe V2 oder die dritte Verbrennungsgangstufe V3 möglich, indem das Verbindungsschaltelement K3 für die erste Verbrennungsgangstufe V1, das zweite Schaltelement B für die zweite Verbrennungsgangstufe V2 oder das dritte Schaltelement C für die dritte Verbrennungsgangstufe V3 geschlossen wird.
  • Aus der zweiten Elektrogangstufe E2 ist ein direkter Übergang in die zweite Verbrennungsgangstufe V2 oder die dritte Verbrennungsgangstufe V3 möglich, wobei das zweite Schaltelement B für einen Übergang in die zweite Verbrennungsgangstufe V2 oder das dritte Schaltelement C für einen Übergang in die dritte Verbrennungsgangstufe V3 geschlossen wird. Durch diese Schaltmöglichkeiten kann eine Schaltung zwischen der ersten Verbrennungsgangstufe V1, der zweiten Verbrennungsgangstufe V2 und der dritten Verbrennungsgangstufe V3 durch die elektrische Antriebsmaschine 14 zugkraftgestützt ausgeführt werden. In diesen Zuständen ist die elektrische Antriebsmaschine 14 in der ersten Elektrogangstufe E1 oder der zweiten Elektrogangstufe E2 unabhängig von der Verbrennungsmaschine 16 mit dem Abtrieb 32 verbunden. Eine Schaltung von der ersten Verbrennungsgangstufe V1 in die zweite Verbrennungsgangstufe V2 kann über die erste Elektrogangstufe E1 gestützt werden.
  • Zum verbrennungsmotorischen Fahren stehen die verbrennungsmotorischen Gangstufen V1 bis V3 zur Verfügung.
  • Eine Synchronisation der Schaltelemente kann durch eine Drehzahlregelung der elektrischen Antriebsmaschine 14 erfolgen. Alternativ kann auch eine Drehzahlregelung der Verbrennungsmaschine 16 erfolgen.
  • Es versteht sich, dass im verbrennungsmotorischen Betrieb die elektrische Antriebsmaschine 14 auch abgekoppelt werden kann, um Mitschleppverluste zu reduzieren.
  • In 4 ist eine detaillierte schematische Darstellung des Hybridgetriebes 18 gemäß der 2 gezeigt.
  • Die elektrische Antriebsmaschine 14 ist als achsparallele Antriebsmaschine ausgebildet und mittels eines Zugmittelgetriebes, einer Zahnradkette oder eines Kettengetriebes antriebswirksam mit der zweiten Getriebeeingangswelle 26 verbunden. Die nicht gezeigte Verbrennungsmaschine 16 ist mittels der vorzugsweise verbrennungsmaschinenkupplungsfrei ausgebildeten ersten Getriebeeingangswelle 24 mit dem Hybridgetriebe 18 verbunden.
  • Von der Anbindungsseite der nicht gezeigten Verbrennungsmaschine 16 aus gesehen sind die einzelnen Getriebebauteile wie folgt im Hybridgetriebe 18 angeordnet. Zuerst ein Zahnradpaar zum Einrichten der Übersetzung iV3, dann ein Doppelschaltelement umfassend das dritte Schaltelement C und das zweite Schaltelement B sowie in derselben Radsatzebene ein Abtriebszahnrad zum Einrichten der Abtriebsübersetzung iAb, das mit einem Differential des Abtriebs 32 kämmt. Dann ist das Zahnradpaar zur Einrichtung der Übersetzungsstufe iV2, ein Zahnradpaar zum Einrichten der Rückwärtsgangübersetzung iR sowie ein Doppelschaltelement umfassend das Rückwärtsgangschaltelement R und das Verbindungsschaltelement K3 im Hybridgetriebe 18 angeordnet. Benachbart hierzu ist ein Zahnradpaar zum Einrichten der Übersetzung iE2, dann das Doppelschaltelement umfassend das vierte Schaltelement D und das erste Schaltelement A sowie ein Zahnrad zum Einrichten der Übersetzung iV1/E1 im Hybridgetriebe 18 angeordnet. Benachbart hierzu ist der Planetenradsatz RS, dann ein Anbindungszahnrad zum Anbinden der elektrischen Antriebsmaschine 14 und das Doppelschaltelement umfassend das Festsetzschaltelement E und das sechste Schaltelement F im Hybridgetriebe 18 angeordnet.
  • Die Zwischenwelle 28 ist als Hohlwelle ausgebildet und umgibt die erste Getriebeeingangswelle 24 zumindest abschnittsweise. Die erste Vorgelegewelle 30 ist als Vollwelle ausgebildet und achsparallel zur ersten Getriebeeingangswelle 24 und zweiten Getriebeeingangswelle 26 angeordnet.
  • Die erste Getriebeeingangswelle 24 ist auf einer Getriebeachse A1 angeordnet. Die erste Vorgelegewelle 30 ist auf einer Getriebeachse A2 angeordnet und ein Abtrieb 32 und insbesondere ein Differential des Abtriebs 32 ist auf einer Getriebeachse A3 angeordnet. Das Doppelschaltelement umfassend das vierte Schaltelement D und das erste Schaltelement A sind auf der ersten Vorgelegewelle 30 angeordnet. Die übrigen Doppelschaltelemente sind auf der ersten Getriebeeingangswelle 24 angeordnet. Entsprechend sind auch die Los- und Festräder der Zahnradpaare an den Wellen 24, 30, 28 angeordnet, wobei die Losräder der Zahnradpaare immer auf derselben Welle wie das entsprechende Schaltelement angeordnet sind.
  • In 5 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 4 gezeigten Ausführungsform ist das Doppelschaltelement umfassend das vierte Schaltelement D und das erste Schaltelement A zwischen der Radsatzebene umfassend das Zahnradpaar zum Einrichten der Übersetzungsstufe iE2 und der Radsatzebene umfassend das Zahnradtriplett zum Einrichten der Rückwärtsgangübersetzung iR angeordnet. Hierdurch kann das Hybridgetriebe 18 axial kürzer bauen, da das Doppelschaltelement umfassend das Rückwärtsgangschaltelement R und das Verbindungsschaltelement K3 und das Doppelschaltelement umfassend das erste Schaltelement A und das vierte Schaltelement D in einer axialen Ebene angeordnet sind. Das Doppelschaltelement umfassend das erste Schaltelement A und das vierte Schaltelement D umfasst hierfür ein unkonventionelles Schaltelement mit einem Oberbegriff.
  • Die erste Vorgelegewelle 30 ist zweigeteilt, wobei ein Teil links vom Doppelschaltelement umfassend das erste Schaltelement A und das vierte Schaltelement D ausschließlich Festräder umfasst und ein Teil rechts vom Doppelschaltelement umfassend das erste Schaltelement A und das vierte Schaltelement D ein Losrad und ein Festrad umfasst. Das Losrad kann durch Schließen des vierten Schaltelements D antriebswirksam mit dem Teil links der ersten Vorgelegewelle 30 verbunden werden und das Festrad kann durch Schließen des ersten Schaltelements A antriebswirksam mit dem linken Teil der ersten Vorgelegewelle 30 verbunden werden.
  • In 6 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 4 gezeigten Ausführungsform ist das Doppelschaltelement umfassend das dritte Schaltelement C und das zweite Schaltelement B an der ersten Vorgelegewelle 30 angeordnet. Ferner ist das Doppelschaltelement umfassend das vierte Schaltelement D und das erste Schaltelement A an der Zwischenwelle 28 angeordnet. Es versteht sich, dass die den beiden vorgenannten Doppelschaltelementen zugeordneten Zahnradpaare bezüglich der Anordnung der Festräder und Losräder ebenfalls getauscht sind, sodass, wie bereits oben beschrieben, die Losräder der entsprechenden Zahnradpaare auf der Welle, der auch das Doppelschaltelement zugeordnet ist, angeordnet sind.
  • In 7 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 4 gezeigten Ausführungsform ist der Abtrieb 32 in Eingriff mit einem gangbildenden Zahnrad, insbesondere einem gangbildenden Festrad der Übersetzungsstufe iV3. Hierdurch kann ein Abtriebszahnrad eingespart werden. Jedoch kann die Übersetzung iAb des Abtriebs 32 nicht mehr unabhängig gewählt werden.
  • In 8 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu den bisher gezeigten Ausführungsformen umfasst das Hybridgetriebe 18 gemäß der 8 eine zweite Vorgelegewelle 36.
  • Ferner ist die elektrische Antriebsmaschine 14 als Koaxialmaschine ausgebildet und umgibt den Planetenradsatz RS sowie das Doppelschaltelement umfassend das Festsetzschaltelement E und das sechste Schaltelement F radial und/oder axial zumindest abschnittsweise.
  • Die Zahnräder zum Einrichten der Übersetzungsstufen iV2 und iV3 oder iV1/E1 und iE2 können auf unterschiedlichen Vorgelegewellen 30, 36 angeordnet werden und ein gemeinsames Festrad nutzen, also eine sogenannte Doppelradebene bilden. Bevorzugt werden die Zahnräder, die die kürzeren Gangstufen bilden, auf der ersten Vorgelegewelle 30 angeordnet, die in der gezeigten Ausführungsform eine kurze Endübersetzung iAb1 aufweist. Die Zahnräder zum Bilden der länger übersetzten Gangstufen werden auf der zweiten Vorgelegewelle 36 angeordnet, die im gezeigten Beispiel eine längere Endübersetzung iAb2 aufweist.
  • Folglich ist das Doppelschaltelement umfassend das vierte Schaltelement D und das erste Schaltelement A aufgelöst und umfasst zwei Einzelschaltelemente, wobei das erste Schaltelement A auf der ersten Vorgelegewelle 30 und das vierte Schaltelement D auf der zweiten Vorgelegewelle 36 angeordnet ist.
  • Zudem ist das Doppelschaltelement umfassend das dritte Schaltelement C und das zweite Schaltelement B aufgelöst, wobei das zweite Schaltelement B auf der ersten Vorgelegewelle 30 und das dritte Schaltelement C auf der zweiten Vorgelegewelle 36 angeordnet ist.
  • Die Zahnradpaare bzw. Zahnräder zum Bilden der Gangstufen sind folglich in drei Radsatzebenen angeordnet. Das Zahnradtriplett zum Einrichten einer Rückwärtsgangübersetzung iR ist der ersten Getriebeeingangswelle 24 und der ersten Vorgelegewelle 30 zugeordnet.
  • In 9 ist analog zu der 2 eine vereinfachte Darstellung eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes nach der Art eines Schaltplans dargestellt. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführungsform umfasst das Hybridgetriebe 18 gemäß der 9 kein zweites Schaltelement B. Die anderen Anbindungen sind identisch. Es versteht sich, dass durch Wegfall des zweiten Schaltelements B auch die Übersetzungsstufe iV2 entfällt.
  • In 10 sind in einer Schaltmatrix 38 analog zur Schaltmatrix 34 der 3 die Schaltzustände des Hybridgetriebes gemäß der 9 gezeigt. Der Übersicht halber wurden alle Schaltzustände aufgenommen, wobei die Schaltzustände sich nur im Schaltzustand für die zweite Verbrennungsgangstufe V2 unterscheiden. Diese wird durch Einlegen des vierten Schaltelements D und des Verbindungsschaltelements K3 eingerichtet. Folglich wird die Übersetzung iE3 auch zum Einrichten einer Verbrennungsgangstufe verwendet und ist in den 10, 11 und 12 konsequent mit iV2/E2 bezeichnet.
  • In 11 ist eine detaillierte schematische Darstellung des Hybridgetriebes 18 gemäß der 9 dargestellt. Im Unterschied zu der in 4 dargestellten Ausführungsform ist, wie bereits oben beschrieben, das Hybridgetriebe 18 ohne das zweite Schaltelement B und das zugehörige Zahnradpaar, das die Übersetzungsstufe iV2 einrichtet, ausgebildet. Die übrigen Anbindungen und Anordnungen der Getriebebauteile sind analog zu der in 4 gezeigten Ausführungsform.
  • In 12 ist eine detaillierte schematische Darstellung des Hybridgetriebes 18 gemäß der 9 gezeigt. Im Unterschied zu der in 8 gezeigten Ausführungsform umfasst das Hybridgetriebe 18 gemäß der 12 kein zweites Schaltelement B und kein zugehöriges Losrad an der ersten Vorgelegewelle 30. Folglich umfasst das Hybridgetriebe 18 gemäß der 12 nur noch eine Doppelradebene. Die übrigen Anordnungen und Ausgestaltungen der Getriebebauteile sind identisch zu der in 8 gezeigten Ausführungsform.
  • Durch Einsparung des zweiten Schaltelements B und des zugehörigen Zahnrads bzw. Zahnradpaars kann ein Bauraumbedarf für das Hybridgetriebe 18 sowie ein Bauaufwand weiter reduziert werden. Jedoch führt diese Reduzierung zu einer eingeschränkten Zustartbarkeit. Beispielsweise ist aus der ersten Elektrogangstufe E1 ein Zustart der Verbrennungsmaschine 16 in der zweiten Verbrennungsgangstufe V2 nicht mehr möglich.
  • 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. Ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs 12 kann beispielsweise in Form eines Computerprogramms realisiert werden, das auf einem Steuergerät für den Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs 12 ausgeführt wird. Ein Computerprogramm kann auf einem nichtflüchtigen Datenträger gespeichert/vertrieben werden, beispielsweise auf einem optischen Speicher oder auf einem Halbleiterlaufwerk (SSD). Ein Computerprogramm kann zusammen mit Hardware und/oder als Teil einer Hardware vertrieben werden, beispielsweise mittels des Internets oder mittels drahtgebundener oder drahtloser Kommunikationssysteme.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Kraftfahrzeug
    12
    Kraftfahrzeug-Antriebsstrang
    14
    elektrische Antriebsmaschine
    16
    Verbrennungsmaschine
    18
    Hybridgetriebe
    22
    Energiespeicher
    24
    erste Getriebeeingangswelle
    26
    zweite Getriebeeingangswelle
    28
    Zwischenwelle
    30
    erste Vorgelegewelle
    32
    Abtrieb
    34
    Schaltmatrix
    36
    zweite Vorgelegewelle
    38
    Schaltmatrix
    A1 - A4
    Getriebeachsen
    A - D
    Schaltelemente
    E
    Festsetzschaltelement
    F
    fünftes Schaltelement
    K3
    Verbindungsschaltelement
    R
    Rückwärtsgangschaltelement
    W
    Getriebewellen
    i
    einrichtbare Übersetzungen
  • 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 102013215114 A1 [0006]

Claims (15)

  1. Hybridgetriebe (18) für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) eines Kraftfahrzeugs (10), mit: einer ersten Getriebeeingangswelle (24) zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer Verbrennungsmaschine (16) des Kraftfahrzeugs; einer zweiten Getriebeeingangswelle (26) zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer elektrischen Antriebsmaschine (14) des Kraftfahrzeugs; einem ersten Teilgetriebe und zweiten Teilgetriebe; einem Planetenradsatz (RS), mit drei Planetenradsatzelementen; einer ersten Vorgelegewelle (30); in mehreren Radsatzebenen angeordneten Losrädern und Festrädern zum Bilden von Gangstufen; und mehreren Gangschaltvorrichtungen mit Schaltelementen (A, B, C, D, E, F, R, K3) zum Einlegen der Gangstufen; wobei der Planetenradsatz mit der zweiten Getriebeeingangswelle antriebswirksam verbunden ist; mittels einer Zwischenwelle (28) antriebswirksam mit dem zweiten Teilgetriebe verbunden ist; und festsetzbar oder mit der ersten Getriebeeingangswelle verbindbar ist.
  2. Hybridgetriebe (18) nach Anspruch 1, wobei die erste Getriebeeingangswelle (24) eingangsseitig verbrennungsmaschinenkupplungsfrei ausgebildet ist; und in einer Radsatzebene ein Umkehrzahnrad angeordnet ist, um eine mechanische Rückwärtsgangstufe einzurichten.
  3. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Sonnenrad des Planetenradsatzes (RS) festsetzbar oder mit der ersten Getriebeeingangswelle (24) verbindbar ist; ein Planetenradträger des Planetenradsatzes antriebswirksam mit der Zwischenwelle (28) verbunden ist; und ein Hohlrad des Planetenradsatzes antriebswirksam mit der zweiten Getriebeeingangswelle (26) verbunden ist.
  4. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Planetenradsatz durch Einlegen von zwei Schaltelementen (F, K3) verblockbar ist.
  5. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Festsetzschaltelement (E) der Schaltelemente zum Festsetzen des Planentenradsatzes (RS) ausgebildet ist.
  6. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein erstes Schaltelement (A), vorzugsweise ein zweites Schaltelement (B), ein drittes Schaltelement (C) und ein viertes Schaltelement (D) dazu ausgebildet sind, jeweils ein Zahnradpaar antriebswirksam zu schalten; ein fünftes Schaltelement (F) dazu ausgebildet ist, den Planetenradsatz (RS), insbesondere das Sonnenrad des Planetenradsatzes antriebswirksam mit der ersten Getriebeeingangswelle (24) zu verbinden; ein Verbindungsschaltelement (K3) dazu ausgebildet ist, die erste Getriebeeingangswelle antriebswirksam mit der Zwischenwelle (28) zu verbinden; und/oder ein Rückwärtsgangschaltelement (R) dazu ausgebildet ist, ein Zahnradtriplett umfassend ein Umkehrzahnrad antriebswirksam zu schalten.
  7. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Hybridgetriebe eine zweite Vorgelegewelle (36) aufweist; ein Zahnrad des ersten Teilgetriebes und vorzugsweise ein Zahnrad des zweiten Teilgetriebes jeweils mit einem Zahnrad auf der ersten Vorgelegewelle (30) und einem Zahnrad auf der zweiten Vorgelegewelle kämmt; und die Losräder und Festräder zum Bilden von Gangstufen in genau drei Radsatzebenen angeordnet sind.
  8. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Abtrieb (32) ein Differentialrad umfasst, das mit einem gangbildenden Zahnrad in Eingriff steht.
  9. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schaltelemente (A, B, C, D, E, F, R, K3) als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet sind; und/oder wenigstens zwei der Schaltelemente, insbesondere alle Schaltelemente, als Doppelschaltelement ausgebildet sind und von einem doppeltwirkenden Aktor betätigbar sind.
  10. Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) für ein Kraftfahrzeug (10), mit: einem Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche; einer Verbrennungsmaschine (16), die mit der ersten Getriebeeingangswelle (24) verbindbar ist; und einer elektrischen Antriebsmaschine (14), die mit der zweiten Getriebeeingangswelle (26) antriebswirksam verbunden ist.
  11. Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach Anspruch 10, wobei die elektrische Antriebsmaschine (14) als Koaxialmaschine ausgebildet ist; und der Planetenradsatz (RS) und/oder wenigstens ein Schaltelement (E, F) zumindest abschnittsweise axial und/oder radial innerhalb der elektrischen Antriebsmaschine angeordnet sind.
  12. Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei die elektrische Antriebsmaschine (14) unabhängig von der Verbrennungsmaschine (16) mit dem Abtrieb (32) des Hybridgetriebes (18) verbindbar ist.
  13. Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die elektrische Antriebsmaschine (14) als Startergenerator zum Starten der Verbrennungsmaschine (16) ansteuerbar ist; und/oder als Ladegenerator zum Laden eines Energiespeichers (22) ansteuerbar ist.
  14. Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs (12) nach einem der Ansprüche 10 bis 13.
  15. Kraftfahrzeug (10) mit: einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach einem der Ansprüche 10 bis 13; und einem Energiespeicher (22) zum Speichern von Energie zum Versorgen der elektrischen Antriebsmaschine (14).
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