DE102022106552A1

DE102022106552A1 - Hybridgetriebe sowie Antriebsstrang mit Hybridgetriebe

Info

Publication number: DE102022106552A1
Application number: DE102022106552.9A
Authority: DE
Inventors: Steffen Lehmann; Laurent Bayoux
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2021-05-03
Filing date: 2022-03-21
Publication date: 2022-11-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hybridgetriebe (1) für ein Hybridfahrzeug, mit einem ersten Drehmomentantriebsstrang, der eine mit einer Verbrennungskraftmaschine (2) verbindbare Eingangswelle (3) und eine mit der Eingangswelle (3) drehmomentübertragend verbundene erste Elektromaschine (4) aufweist, einem zweiten Drehmomentantriebsstrang, der eine zweite Elektromaschine (5) aufweist, einer Abtriebswelle (6), die mit dem ersten Drehmomentantriebsstrang und/oder mit dem zweiten Drehmomentantriebsstrang drehmomentübertragend verbindbar oder verbunden ist, und einer ersten Trennkupplung (7), die den ersten Drehmomentantriebsstrang mit der Abtriebswelle (6) drehmomentübertragend verbindet oder trennt, wobei das Hybridgetriebe (1) eine zweite Trennkupplung (8) aufweist, die den zweiten Drehmomentantriebsstrang mit der Abtriebswelle (6) drehmomentübertragend verbindet oder trennt. Ferner betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang (25) für ein Hybridfahrzeug, mit einem solchen Hybridgetriebe (1) und einer Verbrennungskraftmaschine (2), die mit der Eingangswelle (3) des Hybridgetriebes (1) drehmomentübertragend verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hybridgetriebe für ein Hybridfahrzeug, mit einem ersten Drehmomentantriebsstrang, der eine mit einer Verbrennungskraftmaschine verbindbare Eingangswelle und eine mit der Eingangswelle drehmomentübertragend verbindbare oder verbundene erste Elektromaschine/elektrische Maschine/E-Maschine aufweist, einem zweiten Drehmomentantriebsstrang, der eine zur ersten Elektromaschine unterschiedliche zweite Elektromaschine/elektrische Maschine/E-Maschine aufweist, einer Abtriebswelle/Antriebsachse, die mit dem ersten Drehmomentantriebsstrang und/oder mit dem zweiten Drehmomentantriebsstrang drehmomentübertragend verbindbar oder verbunden ist, und mit einer zweiten Trennkupplung, die den zweiten Drehmomentantriebsstrang in einem ersten Schaltzustand mit der Abtriebswelle drehmomentübertragend verbindet und in einem zweiten Schaltzustand von der Abtriebswelle drehmomentübertragend trennt. Ferner weist das Hybridgetriebe eine erste Trennkupplung auf, die den ersten Drehmomentantriebsstrang in einem ersten Schaltzustand mit der Abtriebswelle drehmomentübertragend verbindet und in einem zweiten Schaltzustand von der Abtriebswelle drehmomentübertragend trennt. Zudem betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang mit einem solchen Hybridgetriebe.
Aus dem Stand der Technik sind bereits solche Hybridgetriebe mit zwei Elektromaschinen und einer Verbrennungskraftmaschine bekannt. Zum Beispiel offenbart die DE 10 2018 103 245 A1 eine Antriebseinheit für einen Antriebsstrang eines Hybridkraftfahrzeuges, mit einer Verbrennungskraftmaschine, einer ersten elektrischen Maschine, einer hinsichtlich ihres Rotors koaxial zu einer Drehachse eines Rotors der ersten elektrischen Maschine angeordneten zweiten elektrischen Maschine, einer ersten Übersetzungsstufe angeordnet zwischen einem drehfest mit einer Ausgangswelle der Verbrennungskraftmaschine gekoppelten oder koppelbaren Antriebsbestandteil und einer Triebwelle der ersten elektrischen Maschine und/oder der zweiten elektrischen Maschine, sowie einer Getriebeteileinheit, über die die Triebwelle der jeweiligen elektrischen Maschine mit Radantriebswellen gekoppelt oder koppelbar ist.
Auch aus den Patentanmeldungen US 2016/0218584 A1 , DE 11 2015 006 071 T5 und WO 2019/101 264 A1 sind verschiedene Getriebestrukturen eines solchen Hybridgetriebes bekannt.
Solche Hybridgetriebe werden auch als dedizierte Hybridgetriebe („Dedicated Hybrid Transmissions“ (DHT)) bezeichnet. Bei diesen wird der mechanische Getriebeteil vereinfacht, etwa durch Entfall des Rückwärtsgangs, und stattdessen mindestens eine in das Getriebe integrierte elektrische Maschine genutzt, um den vollen Funktionsumfang darzustellen. Dedizierte Hybridgetriebe können aus bekannten Getriebekonzepten hervorgehen, also aus Doppelkupplungsgetrieben, Wandler-Planetengetrieben, stufenlosen Getrieben (CVT) oder automatisierten Schaltgetrieben. Die elektrische Maschine wird dabei ein Teil des Getriebes, wobei ihre Anbindung auf verschiedenen Getriebewellen erfolgen kann. Neben den parallelen und/oder seriellen Hybridmodi können in Kombination mit einem Planetengetriebe auch ein oder mehrere leistungsverzweigte Betriebszustände erzeugt werden.
Unter einem seriellen Hybridmodus wird dabei verstanden, dass die Verbrennungskraftmaschine keine mechanische/drehmomentübertragende Verbindung zu der Antriebsachse/Abtriebswelle mehr besitzt. Die Verbrennungskraftmaschine treibt die erste, hauptsächlich als Generator fungierende Elektromaschine ein, die wiederum die hauptsächliche als Fahrmotor/Antriebsmotor fungierende zweite Elektromaschine mit Strom versorgt oder einen Akku auflädt. Die Antriebsachse wird durch die zweite Elektromaschine angetrieben. Unter einem parallelen Hybridmodus wird dabei verstanden, dass die Verbrennungskraftmaschine eine mechanische/drehmomentübertragende Verbindung zu der Antriebsachse/Abtriebswelle besitzt. Die zweite Elektromaschine kann leer mitlaufen, boosten oder rekuperieren.
Der Stand der Technik hat jedoch immer den Nachteil, dass bei den bisher bekannten Hybridgetriebekonzepten in dem parallelen Hybridmodus oftmals die zweite Elektromaschine leer mitläuft, wodurch aufgrund von Induktion ein entsprechender Widerstand generiert wird und die zweite Elektromaschine aktiv mitgedreht werden muss. Das heißt, dass ein aktiver Kurzschluss entsteht und durch die erste Elektromaschine Energie dafür erzeugt werden muss. Dies hat zur Folge, dass der Getriebewirkungsgrad sinkt, so dass das Hybridgetriebe in bestimmten Betriebspunkten, insbesondere im parallelen Hybridmodus, weniger effizient ist.
Es ist also die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu mildern. Insbesondere soll ein Hybridgetriebe sowie ein Antriebsstrang mit einem Hybridgetriebe bereitgestellt werden, das ohne Einschränkung der Funktionalität einen hohen Getriebewirkungsgrad hat und effizient ist.
Die Aufgabe wird durch ein Hybridgetriebe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Insbesondere wird diese Aufgabe bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Hybridgetriebe eine zweite Trennkupplung aufweist, die den zweiten Drehmomentantriebsstrang in einem ersten Schaltzustand mit der Abtriebswelle drehmomentübertragend verbindet und in einem zweiten Schaltzustand von der Abtriebswelle drehmomentübertragend trennt. Dies hat den Vorteil, dass es möglich ist, die zweite Elektromaschine abzukoppeln und nicht mehr mitzuschleppen zu müssen. Insbesondere in dem parallelen Hybridmodus lässt sich so die Effizienz des Hybridgetriebes verbessern. Durch das über die zweite Trennkupplung schaltbare Koppeln der zweiten Elektromaschine/des zweiten Drehmomentantriebsstrangs kann die zweite Elektromaschine, etwa bei Beschleunigungsvorgängen, schnell wiederangekoppelt werden. Somit kann durch die erste Trennkupplung, die sich üblicherweise zwischen der Verbrennungskraftmaschine und der Antriebsachse/Abtriebswelle oder zwischen der ersten Elektromaschine und der zweiten Elektromaschine befindet, im offenen Zustand das serielle Fahren/der serielle Hybridmodus und im geschlossenen Zustand das parallele Fahren/der parallele Hybridmodus ermöglicht werden, und durch die zweite Trennkupplung, das Abkoppeln der zweiten Elektromaschine (insbesondere in dem parallelen Betrieb) ermöglicht werden. Eine solche optionale Abkopplung der zweiten Elektromaschine bei einem zwischen seriellen und parallel umschaltbaren Hybridgetriebe ist bisher nicht bekannt. Des Weiteren ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Rotor der ersten Elektromaschine drehfest auf der Eingangswelle angebracht, wobei dieser Rotor übersetzungsfrei mit der Eingangswelle verbunden ist. Weiter ist ein Rotor der zweiten Elektromaschine drehfest auf einer Rotorwelle angeordnet, die koaxial zur Eingangswelle angeordnet. Die Rotorwelle ist dabei über eine erste Übersetzungsstufe mit einer Zwischenwelle drehmomentübertragend verbunden oder verbindbar. Gleiches gilt für die Eingangswelle oder einen zweiten Eingangswellenabschnitt, welcher über eine zweite Übersetzungsstufe mit der Zwischenwelle drehmomentübertragend verbunden oder verbindbar ist. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass alle Zahnräder, sowohl der ersten Übersetzungsstufe als auch der zweiten Übersetzungsstufe axial zwischen der ersten und der zweiten Elektromaschine angeordnet sind. Auf diese Weise lässt sich eine kompakte Anordnung des Hybridgetriebes finden.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können die erste Trennkupplung und die zweite Trennkupplung eine wechselseitig wirkende Kupplungseinheit bilden und/oder einen gemeinsamen Betätigungsaktor zum wechselseitigen Betätigen aufweisen, so dass eine der beiden Trennkupplungen in ihrem ersten Schaltzustand ist und die andere der beiden Trennkupplungen in ihrem zweiten Schaltzustand ist. Mit anderen Worten können die erste Trennkupplung und die zweite Trennkupplung eine in wechselnde Richtungen wirkende Kupplung/Kupplungseinheit, beispielsweise eine Klauenkupplungseinheit, bilden, bei der durch das wechselseitige Schließen/Öffnen der Kupplungseinheit zugleich ein Umschalten von seriellem und parallelen Hybridmodus sowie eine Ankopplung/Abkopplung der zweiten Elektromaschine erfolgt. Alternativ können die erste Trennkupplung und die zweite Trennkupplung als zwei separate Kupplungen ausgebildet sein, vorzugsweise als Klauenkupplungen, die über ein gemeinsames Betätigungselement/einen gemeinsamen Betätigungsaktor, wie eine Schaltgabel, wechselseitig geschlossen werden können. So wird sichergestellt, dass immer eine der beiden Trennkupplungen geöffnet ist und die jeweils andere der beiden Trennkupplungen geschlossen ist. Dabei wird die Klauenkupplungseinheit bzw. die beiden Klauenkupplung nach Synchronisieren der Differenzdrehzahlen über die Elektromaschinen mit nur geringer Drehzahldifferenz betätigt.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die erste Trennkupplung auf der Eingangswelle und die zweite Trennkupplung auf der Zwischenwelle angeordnet ist.
Alternativ kann das Hybridgetriebe eine Zwischenwelle aufweisen, auf der die erste Trennkupplung und die zweite Trennkupplung angeordnet sind. Mit anderen Worten kann die Kupplungseinheit auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sein. So lässt sich die Kupplungseinheit kompakt ausbilden und einfach betätigen.
Gemäß der alternativen bevorzugten Ausführungsform kann das Hybridgetriebe eine Zwischenwelle aufweisen, auf der die zweite Trennkupplung angeordnet ist, wobei die die erste Trennkupplung auf der Eingangswelle angeordnet ist. Das heißt also, dass die beiden Trennkupplungen auf unterschiedlichen, beispielsweise achsversetzten Wellen angeordnet sind. Dies hat den Vorteil, dass auf einfache Weise unterschiedliche Übersetzungen realisiert werden können. Zudem kann das Hybridgetriebe durch die Anordnung auf den beiden Wellen axial kürzer und mit weniger Zahnrädern ausgebildet werden.
Weiter ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die Zwischenwelle über eine dritte Übersetzungsstufe mit der Abtriebswelle verbunden ist. Hierüber kann die Anzahl der notwendigen Übersetzungsstufen begrenzt werden. Dies hat den Vorteil, dass das Drehmoment des ersten Drehmomentantriebsstrangs bzw. des zweiten Drehmomentantriebsstrangs jeweils über insgesamt zwei Übersetzungsstufen zu der Abtriebswelle hin übersetzt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann ein Rotor der zweiten Elektromaschine drehfest auf einer Rotorwelle angebracht sein. Die Rotorwelle ist koaxial zu der Eingangswelle angeordnet sein. Alternativ und nicht beansprucht kann die Rotorwelle auch achsparallel zu der Eingangswelle angeordnet sein. Die Rotorwelle kann vorzugsweise eine erste Übersetzungsstufe mit der Zwischenwelle drehmomentübertragend verbunden sein. So kann eine geeignete Übersetzung eingestellt werden.
Erfindungsgemäß ist ein Rotor der ersten Elektromaschine drehfest auf der Eingangswelle angebracht. Die Eingangswelle kann vorzugsweise über eine zweite Übersetzungsstufe mit der Zwischenwelle drehmomentübertragend verbunden sein. So kann eine geeignete Übersetzung eingestellt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann die erste Übersetzungsstufe ein kleineres Übersetzungsverhältnis als die zweite Übersetzungsstufe aufweisen. Das heißt, dass die Antriebsleistung über den zweiten Drehmomentantriebsstrang (mit der zweiten Elektromaschine) im Vergleich zu dem ersten Drehmomentantriebsstrang (mit der Verbrennungskraftmaschine) zu der Abtriebswelle mit höheren Drehzahlen übersetzt wird.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass auf der Rotorwelle der zweiten Elektromaschine genau ein Zahnrad der ersten Übersetzungsstufe und auf der Eingangswelle, bzw. einem zweiten Eingangswellenabschnitt davon, genau ein Zahnrad der zweiten Übersetzungsstufe vorgesehen ist.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass auf der Zwischenwelle genau zwei Zahnräder der ersten und zweiten Übersetzungsstufen vorgesehen sind. Bevorzugt handelt es sich dabei um ein Losrad und ein Festrad. So ist ein platzsparender und einfacher Aufbau möglich.
Eine bevorzugte Weiterbildung sieht vor, dass das Zahnrad der zweiten Übersetzungsstufe, welches sich auf der Zwischenwelle befindet, gleichzeitig ein Zahnrad der dritten Übersetzungsstufe ist und so die Verbindung der Zwischenwelle mit der Abtriebswelle darstellt. Bevorzugt handelt es sich hierbei um ein Festrad, so dass einzig die Verbindung des Losrads auf der Eingangswelle mit dieser notwendig ist, um eine Rekuperation zu ermöglichen.
Weiter kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass genau ein Zahnrad auf der Zwischenwelle und genau ein Zahnrad auf der Eingangswelle als Losräder ausgebildet sind. Die erste und zweite Kupplung ist dann jeweils diesen Losrädern zum Synchronisieren mit der Eingangswelle oder Zwischenwelle zugeordnet. Bei dem einzigen Zahnrad auf der Rotorwelle der zweiten Elektromaschine handelt es sich entsprechend um ein Festrad.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die erste Elektromaschine von der Verbrennungskraftmaschine im Wesentlichen als Generator betrieben werden und die zweite Elektromaschine kann im Wesentlichen als ein Antriebsmotor fungieren. Vorzugsweise dient die erste Elektromaschine als Generator zum Versorgen der zweiten Elektromaschine mit Strom. Das heißt, dass die erste Elektromaschine vorzugsweise mit der zweiten Elektromaschine elektrisch verbunden ist. Auch kann die erste Elektromaschine als ein Generator zum Aufladen eines Akkus dienen. Zusätzlich kann die erste Elektromaschine als ein Antriebsmotor/Fahrmotor, insbesondere zum Boosten im seriellen Hybridmodus dienen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Hybridgetriebe einen Torsionsschwingungsdämpfer aufweisen, der auf der Eingangswelle angeordnet ist. Das heißt, dass die Eingangswelle zwei relativ zueinander drehbare Eingangswellenabschnitte aufweist, die über den Torsionsschwingungsdämpfer miteinander verbunden sind. Dabei ist einer der Eingangswellenabschnitte mit der Verbrennungskraftmaschine verbindbar und der andere der Eingangswellenabschnitte mit der ersten Elektromaschine verbindbar oder verbunden.
Insbesondere kann der Torsionsschwingungsdämpfer dabei in den Rotor der ersten Elektromaschine integriert sein. Dies hat den Vorteil, dass das Hybridgetriebe besonders kompakt ausgestaltet werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Hybridgetriebe eine Rutschkupplung aufweisen, die auf der Eingangswelle angeordnet ist. So kann der Antriebsstrang durch die Rutschkupplung als Überlastschutz gegen Impactmomente geschützt werden.
Gemäß einer Ausführungsform können die erste Elektromaschine und die zweite Elektromaschine koaxial angeordnet sein. Durch die koaxiale Anordnung lässt sich der Bauraumbedarf des Hybridgetriebes weiter optimieren. Vorzugsweise können die erste Trennkupplung, die zweite Trennkupplung, die Rutschkupplung, die erste Übersetzungsstufe und/oder die zweite Übersetzungsstufe axial zwischen der ersten und der zweiten Elektromaschine angeordnet sein. Alternativ können die erste Elektromaschine und die zweite Elektromaschine axial benachbart angeordnet sein. Gemäß einer alternativen Ausführungsform können die erste Elektromaschine und die zweite Elektromaschine achsparallel angeordnet sein. Je nach Bauraumanforderung kann eine achsparallele Anordnung vorteilhaft sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Hybridgetriebe ein Differenzial aufweisen, das im Drehmomentfluss zwischen dem ersten Drehmomentantriebsstrang und den zweiten Drehmomentantriebsstrang einerseits und der Abtriebswelle andererseits angeordnet ist. Dadurch kann das Drehmoment der Drehmomentantriebsstränge auf die Abtriebswelle bzw. auf zwei Abtriebswellen übertragen.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch einen Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug gelöst. Der Antriebsstrang weist ein erfindungsgemäßes Hybridgetriebe und eine Verbrennungskraftmaschine auf, die mit der Eingangswelle des Hybridgetriebes drehmomentübertragend verbunden ist. Vorzugsweise kann die erste Elektromaschine axial zwischen der zweiten Elektromaschine und der Verbrennungskraftmaschine angeordnet sein.
Mit anderen Worten betrifft die Erfindung ein 2-E-Maschinen-Hybridgetriebe, welches serielles Fahren bzw. serielles/paralleles Fahren (d.h. eine Umschaltung zwischen seriell und parallel) ermöglicht und zusätzliche die Abkopplung der zweiten Elektromaschine (d.h. der Fahrmaschine) ermöglicht. Gleichzeitig kann das Getriebekonzept leicht von der umschaltbaren Ausbildung zwischen seriell/parallel auf ein rein serielles Getriebekonzept umkonstruiert werden, bei dem die Elektromaschinen, die Leistungselektronik und/oder die Kühl-/Schmierkomponenten beibehalten werden können.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes und eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs mit einem solchen Hybridgetriebe in einer ersten Ausführungsform,
1A eine schematische Darstellung des Hybridgetriebes und dessen Antriebsleistungsfluss in einem ersten Schaltzustand,
1B eine schematische Darstellung des Hybridgetriebes und dessen Antriebsleistungsfluss in einem zweiten Schaltzustand,
2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Hybridgetriebes und des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs mit einem solchen Hybridgetriebe in einer zweiten Ausführungsform,
2A eine schematische Darstellung des Hybridgetriebes und dessen Antriebsleistungsfluss in einem ersten Schaltzustand,
2B eine schematische Darstellung des Hybridgetriebes und dessen Antriebsleistungsfluss in einem zweiten Schaltzustand,
3 eine schematische Darstellung des Hybridgetriebe, das zu einem seriellen Hybridgetriebe umgerüstet ist, und
3A eine schematische Darstellung des Hybridgetriebes und dessen Antriebsleistungsfluss.

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen können beliebig miteinander kombiniert werden.
1 und 2 zeigen zwei Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 1 für ein Hybridfahrzeug. Das Hybridgetriebe 1 weist einen ersten Drehmomentantriebsstrang, der eine mit einer Verbrennungskraftmaschine 2 verbindbare Eingangswelle 3 und eine mit der Eingangswelle 3 drehmomentübertragend verbindbare oder verbundene erste Elektromaschine 4 aufweist. Das Hybridgetriebe 1 weist einen zweiten Drehmomentantriebsstrang auf, der eine zur ersten Elektromaschine 4 unterschiedliche zweite Elektromaschine 5 aufweist. Das Hybridgetriebe 1 weist eine Abtriebswelle 6 auf, die mit dem ersten Drehmomentantriebsstrang und/oder mit dem zweiten Drehmomentantriebsstrang drehmomentübertragend verbindbar oder verbunden ist.
Das Hybridgetriebe 1 weist eine erste Trennkupplung 7 auf. Die erste Trennkupplung 7 verbindet den ersten Drehmomentantriebsstrang in einem ersten Schaltzustand/in einem geschlossenen Zustand drehmomentübertragend/mechanisch mit der Abtriebswelle 6 und trennt den ersten Drehmomentantriebsstrang in einem zweiten Schaltzustand/in einem geöffneten Zustand drehmomentübertragend/mechanisch von der Abtriebswelle 6. Die erste Trennkupplung 7 kann im Drehmomentfluss zwischen der Verbrennungskraftmaschine 2 und der Abtriebswelle 6 oder zwischen der ersten Elektromaschine 4 und der zweiten Elektromaschine 5 angeordnet sein. Somit kann je nach Schaltstellung der ersten Trennkupplung 7 zwischen einem seriellen Hybridmodus, in dem die Verbrennungskraftmaschine 2 mechanisch abgekoppelt ist, und einem parallelen Hybridmodus umgeschaltet werden. In der dargestellten Ausführungsform ist die erste Trennkupplung 7 zwischen der Verbrennungskraftmaschine 2 und der Abtriebswelle 6 angeordnet.
Das Hybridgetriebe 1 weist eine zweite Trennkupplung 8 auf. Die zweite Trennkupplung 8 verbindet den zweiten Drehmomentantriebsstrang in einem ersten Schaltzustand/in einem geschlossenen Zustand drehmomentübertragend/mechanisch mit der Abtriebswelle 6 und trennt den zweiten Drehmomentantriebsstrang in einem zweiten Schaltzustand/in einem geöffneten Zustand drehmomentübertragend/mechanisch von der Abtriebswelle 6. Somit kann die zweite Elektromaschine 5 durch die zweite Trennkupplung 8, insbesondere in dem parallelen Hybridmodus, d.h. bei geöffneter erster Trennkupplung 7, abgekoppelt werden. Durch das über die zweite Trennkupplung 8 schaltbare Koppeln der zweiten Elektromaschine 5/des zweiten Drehmomentantriebsstrangs kann die zweite Elektromaschine 5, etwa bei Beschleunigungsvorgängen, schnell wiederangekoppelt werden.
Vorzugsweise können die erste Trennkupplung 7 und die zweite Trennkupplung 8 eine wechselseitig wirkende Kupplungseinheit 9 bilden (vgl. 1). Das heißt, dass die erste Trennkupplung 7 und die zweite Trennkupplung 8 eine in wechselnde Richtungen wirkende Kupplung/Kupplungseinheit 9, beispielsweise eine Klauenkupplungseinheit, bilden, bei der durch das wechselseitige Schließen/Öffnen der Kupplungseinheit 9 zugleich ein Umschalten von seriellem und parallelen Hybridmodus sowie eine Ankopplung/Abkopplung der zweiten Elektromaschine 5 erfolgt. Alternativ können die erste Trennkupplung 7 und die zweite Trennkupplung 8 einen (nicht dargestellten) gemeinsamen Betätigungsaktor zum wechselseitigen Betätigen aufweisen (vgl. 2). Das heißt, dass die erste Trennkupplung 7 und die zweite Trennkupplung 8 als zwei separate Kupplungen (beispielsweise auf zwei unterschiedlichen Wellen) ausgebildet sind, vorzugsweise als Klauenkupplungen, die über ein gemeinsames Betätigungselement/einen gemeinsamen Betätigungsaktor, wie eine Schaltgabel, wechselseitig geschlossen werden können. Somit ist immer eine der beide Trennkupplungen 7, 8 geöffnet und die jeweils andere der beiden Trennkupplungen 7, 8 geschlossen.
Zudem kann das Hybridgetriebe 1 eine Zwischenwelle 10 aufweisen. In der ersten Ausführungsform sind die erste Trennkupplung 7 und die zweite Trennkupplung 8 auf der Zwischenwelle 10 (d.h. einer gemeinsamen Welle) angeordnet (vgl. 1). Insbesondere ist somit die wechselseitig wirkende Kupplungseinheit 9 auf der Zwischenwelle 10 angeordnet. Alternativ kann (nur) die zweite Trennkupplung 8 auf der Zwischenwelle 10 angeordnet sein und die erste Trennkupplung 7 auf der Eingangswelle 3 angeordnet sein (vgl. 2). Das heißt also, dass die beiden Trennkupplungen 7, 8 auf unterschiedlichen, hier auf achsversetzten Wellen angeordnet sein können und vorzugsweise über den gemeinsames (nicht dargestellten) Betätigungsaktor wechselseitig betätigt werden.
Die zweite Elektromaschine 5 weist einen Stator 11 und einen drehbar innerhalb des Stators 11 gelagerten Rotor 12 auf. Ferner kann der Rotor 12 der zweiten Elektromaschine 5 drehfest auf einer Rotorwelle 13 angebracht sein. Die Rotorwelle 13 kann insbesondere koaxial zu der Eingangswelle 3 angeordnet sein (vgl. 1 und 2). Alternativ kann die Rotorwelle 13 auch achsparallel zu der Eingangswelle 3 angeordnet sein, auch wenn dies nicht dargestellt ist. Die Rotorwelle 13 kann vorzugsweise eine erste Übersetzungsstufe 14 mit der Zwischenwelle 10 drehmomentübertragend verbunden sein. Die erste Elektromaschine 4 weist einen Stator 15 und einen drehbar innerhalb des Stators 15 gelagerten Rotor 16 auf. Ferner kann der Rotor 16 der ersten Elektromaschine 4 drehfest auf der Eingangswelle 3 angebracht sein. Die Eingangswelle 3 kann vorzugsweise über eine zweite Übersetzungsstufe 17 mit der Zwischenwelle 10 drehmomentübertragend verbunden sein. Zudem kann die Zwischenwelle 10 über eine dritte Übersetzungsstufe 18 mit der Abtriebswelle 6 verbunden sein.
In einer bevorzugten Weiterbildung kann die erste Übersetzungsstufe 14 ein kleineres Übersetzungsverhältnis als die zweite Übersetzungsstufe 17 aufweisen. Das heißt, dass die Antriebsleistung über den zweiten Drehmomentantriebsstrang (mit der zweiten Elektromaschine 5) im Vergleich zu dem ersten Drehmomentantriebsstrang (mit der Verbrennungskraftmaschine 3 bzw. der ersten Elektromaschine 4) zu der Abtriebswelle 6 mit höheren Drehzahlen übersetzt wird.
Insbesondere kann die erste Elektromaschine 4 im Wesentlichen als ein Generator fungieren. Die zweite Elektromaschine 5 kann im Wesentlichen als ein Antriebsmotor fungieren. Vorzugsweise dient die erste Elektromaschine 4 als Generator zum Versorgen der zweiten Elektromaschine 5 mit Strom. Das heißt, dass die erste Elektromaschine 4 vorzugsweise mit der zweiten Elektromaschine 5 elektrisch verbunden ist. Auch kann die erste Elektromaschine 4 als ein Generator zum Aufladen eines Akkus/einer Batterie (für die zweite Elektromaschine 5) dienen. Zusätzlich kann die erste Elektromaschine 4 als ein Antriebsmotor/Fahrmotor dienen.
Darüber hinaus kann das Hybridgetriebe 1 einen Torsionsschwingungsdämpfer 19 aufweisen, der auf der Eingangswelle 3 angeordnet ist. Das heißt, dass die Eingangswelle 3 zwei relativ zueinander drehbare Eingangswellenabschnitte 20, 21 aufweist, die über den Torsionsschwingungsdämpfer 19 miteinander verbunden sind. Dabei ist ein erster Eingangswellenabschnitt 20 mit der Verbrennungskraftmaschine 2 verbindbar und ein zweiter Eingangswellenabschnitt 21 mit der ersten Elektromaschine 4 verbindbar oder verbunden. Insbesondere kann der Torsionsschwingungsdämpfer 19 in den Rotor 16 der ersten Elektromaschine 4 integriert sein. Insbesondere ist die erste Elektromaschine 4 drehfest über den Torsionsschwingungsdämpfer 19 mit einem Schwungrad 22 der Verbrennungskraftmaschine 2 verbunden.
Zudem kann das Hybridgetriebe 1 eine Rutschkupplung 23 aufweisen (vgl. 1), die auf der Eingangswelle 3, bzw. auf dem zweiten Eingangswellenabschnitt 21, angeordnet ist.
Ferner können die erste Elektromaschine 4 und die zweite Elektromaschine 5 koaxial angeordnet sein. Alternativ können die erste Elektromaschine 4 und die zweite Elektromaschine 5 achsparallel angeordnet sein, auch wenn dies nicht dargestellt ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Hybridgetriebe 1 ein Differenzial 24 aufweisen, das im Drehmomentfluss zwischen dem ersten Drehmomentantriebsstrang und den zweiten Drehmomentantriebsstrang einerseits und der Abtriebswelle 6 andererseits angeordnet ist. In der dargestellten Ausführungsform überträgt das Differenzial das Drehmoment von der Zwischenwelle 10 an die Abtriebswelle 6 bzw. die beiden Abtriebswellen 6.
Zudem betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang 25 für ein Hybridfahrzeug, der das Hybridgetriebe 1 und die mit der Eingangswelle 3 des Hybridgetriebes 1 drehmomentübertragend verbindbare oder verbundene Verbrennungskraftmaschine 2 aufweist.
1A und 1B zeigen einen Antriebsleistungsfluss 26 in einem ersten bzw. zweiten Schaltzustand der Kupplungseinheit 9 für das Hybridgetriebe 1 in der ersten Ausführungsform. In 1A ist die zweite Trennkupplung 8 auf der Zwischenwelle 10 geschlossen (und die erste Trennkupplung 7 geöffnet). Ein serieller Hybridmodus wird ermöglicht. Die erste Elektromaschine 4 dient als Generator. Von der Verbrennungskraftmaschine 2 wird Drehmoment für den Generatorbetrieb der ersten Elektromaschine 4 bereitgestellt. In 1 B ist die erste Trennkupplung 7 geschlossen (und die zweite Trennkupplung 8 geöffnet). Ein paralleler Hybridmodus wird ermöglicht. Die zweite Elektromaschine 5 bleibt stehen/ist von der Abtriebswelle 6 abgekoppelt. Die erste Elektromaschine kann als Generator sowie als Antriebsmotor beim Boosten dienen. Für ein schnelles Umschalten von dem parallelen auf den seriellen Hybridmodus dreht die zweite Elektromaschine 5 lastfrei auf eine Synchrondrehzahl der Zwischenwelle 10, und die erste Trennkupplung 7 wird geöffnet und die zweite Trennkupplung 8 geschlossen.
2A und 2B zeigen einen Antriebsleistungsfluss 26 in einem ersten bzw. zweiten Schaltzustand der Trennkupplungen 7, 8 für das Hybridgetriebe 1 in der zweiten Ausführungsform. In 2A ist die zweite Trennkupplung 8 auf der Zwischenwelle 10 geschlossen (und die erste Trennkupplung 7 auf der Eingangswelle 3 geöffnet). Ein serieller Hybridmodus wird ermöglicht. Die erste Elektromaschine 4 dient als Generator. Von der Verbrennungskraftmaschine 2 wird Drehmoment für den Generatorbetrieb der ersten Elektromaschine 4 bereitgestellt. In 2B ist die erste Trennkupplung 7 auf der Eingangswelle 3 geschlossen (und die zweite Trennkupplung 8 auf der Zwischenwelle 10 geöffnet). Ein paralleler Hybridmodus wird ermöglicht. Die zweite Elektromaschine 5 bleibt stehen/ist von der Abtriebswelle 6 abgekoppelt. Die erste Elektromaschine kann als Generator sowie als Antriebsmotor beim Boosten dienen. Für ein schnelles Umschalten von dem parallelen auf den seriellen Hybridmodus dreht die zweite Elektromaschine 5 lastfrei auf eine Synchrondrehzahl der Zwischenwelle 10, und die erste Trennkupplung 7 wird geöffnet und die zweite Trennkupplung 8 geschlossen.
3 und 3A zeigen eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 1, das zu einem seriellen Hybridgetriebe umgerüstet wurde, bzw. dessen Antriebsleistungsfluss. D.h., dass bei dem umgerüsteten Hybridgetriebe auf den Direktantrieb durch die Verbrennungskraftmaschine 2 verzichtet wurde, was für bestimmte Batteriekonfigurationen (Range-Extender, PHEV) wünschenswert ist. Somit lässt sich das erfindungsgemäße Hybridgetriebe 1 bei Beibehaltung der Elektromaschinen 4, 5, einer nicht dargestellten Leistungselektronik und nicht dargestellten Kühl-/Schmierkomponenten leicht von einem zwischen parallel und seriell umschaltbaren Hybridgetriebe 1 auf ein serielles Hybridgetriebe umkonstruieren.
Bezugszeichenliste

1: Hybridgetriebe
2: Verbrennungskraftmaschine
3: Eingangswelle
4: erste Elektromaschine
5: zweite Elektromaschine
6: Abtriebswelle
7: erste Trennkupplung
8: zweite Trennkupplung
9: Kupplungseinheit
10: Zwischenwelle
11: Stator
12: Rotor
13: Rotorwelle
14: erste Übersetzungsstufe
15: Stator
16: Rotor
17: zweite Übersetzungsstufe
18: dritte Übersetzungsstufe
19: Torsionsschwingungsdämpfer
20: erster Eingangswellenabschnitt
21: zweiter Eingangswellenabschnitt
22: Schwungrad
23: Rutschkupplung
24: Differenzial
25: Antriebsstrang
26: Antriebsleistungsfluss

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102018103245 A1 [0002]
US 2016/0218584 A1 [0003]
DE 112015006071 T5 [0003]
WO 2019/101264 A1 [0003]

Claims

Hybridgetriebe (1) für ein Hybridfahrzeug, mit einem ersten Drehmomentantriebsstrang, der eine mit einer Verbrennungskraftmaschine (2) verbindbare Eingangswelle (3) und eine mit der Eingangswelle (3) drehmomentübertragend verbundene erste Elektromaschine (4) aufweist, einem zweiten Drehmomentantriebsstrang, der eine zweite Elektromaschine (5) aufweist, einer Abtriebswelle (6), die mit dem ersten Drehmomentantriebsstrang und/oder mit dem zweiten Drehmomentantriebsstrang drehmomentübertragend verbindbar oder verbunden ist, einer ersten Trennkupplung (7), die den ersten Drehmomentantriebsstrang in einem ersten Schaltzustand mit der Abtriebswelle (6) drehmomentübertragend verbindet und in einem zweiten Schaltzustand von der Abtriebswelle (6) drehmomentübertragend trennt, und wobei das Hybridgetriebe (1) eine zweite Trennkupplung (8) aufweist, die den zweiten Drehmomentantriebsstrang in einem ersten Schaltzustand mit der Abtriebswelle (6) drehmomentübertragend verbindet und in einem zweiten Schaltzustand von der Abtriebswelle (6) drehmomentübertragend trennt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rotor (16) der ersten Elektromaschine (4) drehfest auf der Eingangswelle (3) angebracht ist, der Rotor (16) übersetzungsfrei mit der Eingangswelle (3) verbunden ist, ein Rotor (12) der zweiten Elektromaschine (5) drehfest auf einer Rotorwelle (13) angebracht ist, die Rotorwelle (13) koaxial zur Eingangswelle (3) angeordnet ist, die Rotorwelle (13) über eine erste Übersetzungsstufe (14) mit einer Zwischenwelle (10) drehmomentübertragend verbunden oder verbindbar ist, die Eingangswelle (3) über eine zweite Übersetzungsstufe (17) mit der Zwischenwelle (10) drehmomentübertragend verbunden oder verbindbar ist, und die Zahnräder sowohl der ersten, als auch der zweiten Übersetzungsstufe (14, 17) axial zwischen der ersten Elektromaschine (4) und der zweiten Elektromaschine (5) angeordnet sind.
Hybridgetriebe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, die erste Trennkupplung (7) auf der Eingangswelle (3) angeordnet ist und die zweite Trennkupplung (8) auf der Zwischenwelle (10) angeordnet ist.
Hybridgetriebe (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwelle (10) über eine dritte Übersetzungsstufe (18) mit der Abtriebswelle (6) verbunden ist.
Hybridgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Rotorwelle (13) genau ein Zahnrad der ersten Übersetzungsstufe (14) und auf der Eingangswelle (3), insbesondere auf einem zweiten Eingangswellenabschnitt (21) genau ein Zahnrad der zweiten Übersetzungsstufe (17) vorgesehen ist.
Hybridgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Zwischenwelle (10) genau zwei Zahnräder der ersten und zweiten Übersetzungsstufen (14, 17) vorgesehen sind.
Hybridgetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad auf der Zwischenwelle (10), welches der zweiten Übersetzungsstufe (17) zugeordnet ist, auch ein Zahnrad der dritten Übersetzungsstufe (18) ist und die Zwischenwelle (10) mit der Abtriebswelle (6) verbindet.
Hybridgetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass genau ein Zahnrad auf der Zwischenwelle (10) als Losrad ausgebildet und genau ein Zahnrad auf der Eingangswelle (3), vorzugsweise auf dem zweiten Eingangswellenabschnitt (21) als Losrad ausbildet ist und die ersten und zweiten Trennkupplung (7, 8) jeweils zur Synchronisation genau eines Losrades mit der Eingangswelle (3), bzw. der Zwischenwelle (10) eingerichtet sind.
Hybridgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektromaschine (4) von der Verbrennungskraftmaschine (2) im Wesentlichen als Generator betrieben wird und die zweite Elektromaschine (5) im Wesentlichen als ein Antriebsmotor fungiert.
Hybridgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Hybridgetriebe (1) einen Torsionsschwingungsdämpfer (19) aufweist, der auf der Eingangswelle (3) angeordnet ist, und in den Rotor (16) der ersten Elektromaschine (4) integriert ist.
Hybridgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Hybridgetriebe (1) eine Rutschkupplung (23) aufweist, die auf der Eingangswelle (3) angeordnet ist.
Antriebsstrang (25) für ein Hybridfahrzeug, mit einem Hybridgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, und einer Verbrennungskraftmaschine (2), die mit der Eingangswelle (3) des Hybridgetriebes (1) drehmomentübertragend verbunden ist.