WO2012156041A1 - Hybridantrieb für kraftfahrzeuge - Google Patents

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WO2012156041A1
WO2012156041A1 PCT/EP2012/001965 EP2012001965W WO2012156041A1 WO 2012156041 A1 WO2012156041 A1 WO 2012156041A1 EP 2012001965 W EP2012001965 W EP 2012001965W WO 2012156041 A1 WO2012156041 A1 WO 2012156041A1
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WO
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clutch
drive
gear
input shaft
shaft
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PCT/EP2012/001965
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Inventor
Christian Meixner
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Audi Ag
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    • F16H2003/008—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion power being selectively transmitted by either one of the parallel flow paths comprising means for selectively driving countershafts
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the invention relates to a hybrid drive for motor vehicles with a first drive source, in particular an internal combustion engine and a second drive source, in particular an electric machine, according to the preamble of claim 1.
  • Hybrid drives of the generic type describe, for example, DE 195 30 231 A1 with a simple manual transmission or DE 199 60 621 B4 with reference to a dual-clutch transmission as a speed-change transmission. Both writings together is the arrangement of an electric motor as a second drive source on the side facing away from the engine front side of the transmission relative to the regular input shaft, wherein the electric machine abrades once from behind on the input shaft and the dual clutch transmission on a countershaft.
  • the object of the invention is to propose a hybrid drive of the generic type, the structurally compact and gear technology particularly favorable is executed and the additional constructive degrees of freedom in the design of the hybrid drive creates.
  • the second drive source by means of a further input shaft to the input side of the hybrid drive, in particular with the separating clutch, is drivably connectable, wherein the further input shaft extends coaxially through a designed as a hollow shaft gear shaft, and that the second drive source via a switchable ideasstrieb alternately at least on the further input shaft or directly on an output shaft of the transmission and, according to a preferred embodiment, optionally also in a decoupled from both shafts neutral position is switchable.
  • the switchable in the change gear power flows are partially conducted by means of the separating clutch and partially on the clutches in the transmission drive and allow numerous degrees of freedom in the translations itself and in the functions.
  • the electric machine can be used as a starter motor for the internal combustion engine, as a direct or indirect, electric motor drive, in boost mode, in recuperation and as a generator for charging the batteries or it can be completely decoupled from the gearbox.
  • Another advantage consists in the structurally largely unchanged design of the disconnect clutch without increasing the overall length, which allows especially in hybrid drives with laterally mounted axle differential favorable axle weight distributions between the front axle and the rear axle of the motor vehicle.
  • the switchable Thesstrieb by two gear sets in particular two StirnzahnradA be formed whose driving or abortion gears are formed by Losffycken which are coupled by means of a dog clutch or a synchronizer clutch alternately with their shafts or switchable into a neutral position ,
  • Such Stirnzahnradologie possibly with a double-acting synchronizer clutch are inexpensive to produce, allow for favorable translation interpretations and have a good transmission efficiency.
  • the switchable Thesstrieb is formed by two switchable couplings which are coupled to two Stirntechnikrad accountsn the Insstriebes and the driving coupling elements are connected to the second drive source. This allows faster switching operations, since the neutral position does not have to be traversed when switching from one spur gear set to the other.
  • the neutral position can be achieved here, for example, by opening both clutches.
  • At least one clutch of the transmission drive a friction clutch, in particular a wet-running multi-plate clutch can be represented by the particular grinding transitions when switching the Insstriebes or a connection of the second drive source (boost mode) to the first drive source without interruption of traction and is controlled without jerks.
  • the friction clutch may be switched into the drive train directly on the driven gear shaft; However, it is preferably proposed that the friction clutch on the one spur gear set of Translation drive is drivingly connected to the other input shaft of the transmission, since here run the predominantly in driving (switching) of the hybrid drive and run accordingly comfortable.
  • the electric machine can be constructed as a second drive source with an annular rotor, wherein at least one of the clutches of the transmission drive is disposed within the rotor.
  • this can produce a higher drive torque due to the design, as a result of which the rotor can be shorter in the axial extent;
  • the rotor can structurally advantageous directly drive the housing of the integrated friction clutch.
  • the second drive source can preferably be connected in terms of drive by means of the further input shaft to the driving clutch housing of the separating clutch adjacent to the first drive source.
  • the further input shaft via a gear drive, preferably a spur gear drive, be connected to the driving housing of the separating clutch to drive.
  • the separating clutch may be the dual clutch of a dual-clutch transmission, which drifts with two coaxially nested input shafts via gear wheels on two output shafts which are coupled via output gears and abort on at least one output shaft, wherein one of said output shafts is designed as a hollow shaft, in the coaxially the further input shaft is mounted, which is connected to the housing of the double clutch, preferably via a gear drive.
  • the gear drive can be arranged as a driving connection of the other input shaft to the housing of the separating clutch spatially between one of the input side facing the first and front housing wall of the gear housing of the gearbox and the adjacent thereto housing the separating clutch.
  • Fig. 1 is a simple block diagram of a hybrid drive for all-wheel drive vehicles with an internal combustion engine, a dual-clutch transmission and an electric machine as a second drive source, which drives indirectly via a transmission drive on the change gear directly or via a further input shaft to the housing of the double clutch; and
  • FIG. 2 likewise as a block diagram a modified hybrid drive according to FIG. 1, but with a transmission drive with a multi-plate clutch, which is integrated into the annular rotor of the electric machine.
  • the illustrated in Fig. 1 hybrid drive 10 for a motor vehicle is composed essentially of an only indicated internal combustion engine 12 as a first drive source, a downstream dual-clutch transmission 14th as a speed change gear and an electric machine 16 as a second drive source.
  • the electric machine 16 is switchable in a known manner as a motor (driving) or as a generator.
  • the dual-clutch transmission 14 has on the input side a dual clutch with two hydraulically controlled multi-plate clutches K1, K2, which are arranged in a common, driven by the internal combustion engine 12 via the power output shaft 18 optionally with the interposition of a torsional vibration damper housing 20.
  • the clutches K1 and K2 drive alternately on two input shafts 22, 24, which are arranged coaxially, wherein the input shaft 24 is designed here as a hollow shaft.
  • the two input shafts 22, 24 drive via gear sets with fixed gears (generally designated 26) and synchronous clutches (generally designated 30) switchable idler gears (generally designated 28) on two axially parallel output shafts 32, 34 from.
  • gear sets 26 with fixed gears
  • synchronous clutches generally designated 30
  • switchable idler gears generally designated 28
  • axle differential 48 drives.
  • a first of the cross-driving axle half shafts 50 extends axially behind the housing 20 of the dual clutch K1, K2 through the gear housing 36.
  • the output shaft 32 drives via a gear set 52, 53 to a second output shaft 54 of the dual-clutch transmission 14, for example, via a non illustrated viscous coupling aborts on a further axle differential of the motor vehicle.
  • the spatial position of the input shafts 22, 24 and the output shafts 32, 34 is shown in a single plane for better illustration; in fact, the output shafts 32, 34 are arranged so that the two fixed gears 38 constantly mesh with the fixed gear 40 and thus the output shaft 42 is constantly drivingly connected to the output shafts 32, 34.
  • the one output shaft 34 of the dual clutch transmission 14 is designed as a hollow shaft, through which a further, coaxially mounted input shaft 56 is passed, which drives via a transmission drive 58 with the the end wall 36d of the gear housing 36 mounted electric machine 16 is connectable.
  • the The The Thesstrieb 58 is composed of two Stirnzahnradaxen 60, 62 and 64, 66, of which the gears 60 and 64 are fixed gears, which are arranged on the other input shaft 56 and the other directly on the output shaft 34, while the counter gears as Losffygan 62, 66 are formed, which are rotatably mounted on the drive shaft 16a of the electric machine 16 and which are coupled via a synchronizer clutch 68 from a central neutral position of alternately with the fixed gears 60 or 64.
  • the synchronizer clutch 68 preferably has a conventional gearshift construction and is therefore not described in detail.
  • the further input shaft 56 extending through the output shaft 34 is further connected to the housing 20 of the double clutch K1, K2 via a gearwheel gear set 70, 72, for example, with the spur gear set 70, 72 preferably between the one shown in the image plane of FIG. 1 front and left housing wall 36a of the gear housing 36 and the subsequent housing 20 of the clutch K1, K2 is positioned.
  • spur gear 72 meshes another spur gear 74 which drives a drive shaft 76, for example, not shown, arranged in the gear housing 36 hydraulic pump of the hydraulic transmission control of the dual clutch transmission 14, which transmission control the dual clutch 20 and hydraulic actuators for Actuate the synchronizer clutches 30, 68, etc. supplied with hydraulic pressure.
  • the electric machine 16 via the synchronizer clutch 68 and the Stirnzahnradsatz 66, 64 drivingly connected to the other input shaft 56, this can by appropriate electrical control by means of the Stirnzahnradsatzes 70, 72 and the fixedly connected to the power output shaft 18 of the engine 12 housing 20 of the double clutch K1, K2 start the internal combustion engine 12 or it can be supplied with the internal combustion engine 12 and connected as a generator electric machine 16, the electrical system of the motor vehicle with power.
  • the electric machine 16 for example, at defined shift speeds and a closed clutch K1 or K2 on the other input shaft 56 turn on torque, for example, when engaged first gear by appropriate reversal form a reverse gear.
  • In other forward gears can be switched as a generator, for example, a recuperation in a circuit of the electric machine 16, by means of which, for example, energy is fed back when driving downhill of the motor vehicle.
  • the electric machine 16 In the neutral position of the synchronizer clutch 68, the electric machine 16 is switched off or, if appropriate speed sensors are arranged on the further input shaft 56 and on the output shaft 34, can effect a pre-synchronization on the synchronizer clutch 68.
  • Fig. 2 shows a modified form of the hybrid drive 10 of FIG. 1, which, however, is described only insofar as it differs significantly from the Fig. 1. Functionally identical parts are provided with the same reference numerals.
  • the change gear 14 ' seven forward gears and one reverse gear are shown in the change gear 14 ' , with correspondingly many fixed gears 26, idler gears 28 and synchronizer clutches 30.
  • the output shaft designed as a hollow shaft 34 is arranged in the drawing Fig. 2 below and drives over the spur gears 70, 72nd on the housing 20 of the double clutch K1, K2.
  • the output shaft 54 lies directly adjacent to the axle differential 48, which, depending on the arrangement of the entire unit 12, 14, 16 in the motor vehicle spatially and structurally can be beneficial.
  • the flanged to the end wall 36d of the gearbox 14 electric machine 16 ' is annularly formed with a radially outer stator 75 and an annular rotor 76, in which a further friction clutch or a hydraulically actuated multi-plate clutch K3 is integrated.
  • the housing 78 of the multi-plate clutch K3 forms a structural unit with the rotor 76 of the electric machine 16 ' .
  • the housing 78 of the multi-plate clutch K3 is fixedly connected via a first hollow shaft 80 to a clutch ring 82 of a synchronizer clutch 84 arranged outside the electric machine 16 ' .
  • the coupling body of Synchronous coupling 84 is seated on a coaxial to the hollow shaft 80, the first drive shaft 86 which is rotatably mounted in the gear housing 36 and the housing 87 of the electric machine 16 ' and on which the gear 62 of the Directsstriebes 58 is attached.
  • the second, driving gear 66 of the Insstriebes 58 is positioned on a led out of the rotor 76, another hollow shaft 88 which is coupled within the housing 78 of the multi-disc clutch K3 with the driving lamellae 90 (shown in simplified). Notwithstanding Fig. 1 of the drawing, all gears 60, 62, 64, 66 of the transmission drive 58 fixed gears.
  • the electric machine 16 ' on the gears 66, 64 on the other input shaft 56 and on the gears 70, 72 on the housing 20 of the dual clutch K1, K2 abort or in reverse power flow in recuperation or switched and driven in a charging operation as a generator.
  • a smooth, smooth engagement or even a defined slip operation switching without traction interruption
  • the housing 78 connected directly to the rotor 76 is connected to the hollow shaft 80 on the drive shaft 86 and drives now via the gears 62, 60 directly to the output shaft 34 from.
  • the functions of the hybrid drive 10 ' of FIG. 2 are functionally identical to those described in FIG. 1 and therefore not repeated here.
  • the further input shaft 56 can then be formed by one of the structurally offering transmission shafts of the gearbox as described above.
  • the further input shaft 56 extends centrally through a first input shaft designed as a hollow shaft (for example the input shaft 22), this can be directly connected to the housing 20 of the double clutch K1, K2 with the spur gear drive 70, 72 omitted.
  • the further input shaft 56 could optionally be formed directly by an existing there drive shaft of the hydraulic pump of the transmission control of the dual clutch transmission 14 by extending beyond the impeller axially extended and connected to the electric machine 16 drivably.
  • 16 ' may be used as drive sources, other combinations of a hybrid drive, for example, a fuel cell unit as the first drive source and a flywheel storage as a second drive source.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hybridantrieb für Kraftfahrzeuge, mit einer ersten Antriebsquelle, insbesondere einer Brennkraftmaschine, und einer zweiten Antriebsquelle, insbesondere einer Elektromaschine, wobei die erste Antriebsquelle über zumindest eine, eine Eingangskupplung ausbildende Trennkupplung auf zumindest eine Eingangswelle eines Geschwindigkeits-Wechselgetriebe abtreibt und die zweite Antriebsquelle von einer der Eingangswelle abgewandten oder gegenüberliegenden Seite des Wechselgetriebes auf eine der übrigen Getriebewellen abtreibt. Erfindungsgemäß ist die zweite Antriebsquelle (16; 16') mittels einer weiteren Eingangswelle (56) mit der Eingangsseite des Hybridantriebs, insbesondere mit der Trennkupplung (K1, K2), trieblich verbindbar, wobei sich die weitere Eingangswelle (56) koaxial durch eine als Hohlwelle ausgeführte Getriebewelle (34) erstreckt, und dass die zweite Antriebsquelle (16; 16') über einen umschaltbaren Übersetzungstrieb (58) alternierend wenigstens auf die weitere Eingangswelle (56) oder direkt auf eine Abtriebswelle (34) des Wechselgetriebes (14; 14') schaltbar ist.

Description

Beschreibung Hvbridantrieb für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung betrifft einen Hybridantrieb für Kraftfahrzeuge mit einer ersten Antriebsquelle, insbesondere einer Brennkraftmaschine und einer zweiten Antriebsquelle, insbesondere einer Elektromaschine, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Es sind zahlreiche Vorschläge zu Hybridantrieben bekannt, wobei zumeist die erste Antriebsquelle eine Brennkraftmaschine und die zweite Antriebsquelle ein Elektromotor bzw. eine Elektromaschine ist. Hybridantriebe der gattungsgemäßen Art beschreiben zum Beispiel die DE 195 30 231 A1 mit einem einfachen Schaltgetriebe oder die DE 199 60 621 B4 anhand eines Doppelkupplungsgetriebes als Geschwindigkeits-Wechselgetriebe. Beiden Schriften gemeinsam ist die Anordnung eines Elektromotors als zweite Antriebsquelle an der von der Brennkraftmaschine abgewandten Stirnseite der Getriebe gegenüber der regulären Eingangswelle, wobei die Elektromaschine einmal von hinten auf die Eingangswelle und bei dem Doppelkupplungsgetriebe auf eine Vorgelegewelle abtreibt. Beiden Konstruktionen ist ferner gemeinsam, dass die Elektromaschine zum Starten der Brennkraftmaschine, als Generator zum Laden der Batterien, zum autarken Antrieb des Kraftfahrzeuges oder in einem Boostbetrieb gemeinsam mit der Brennkraftmaschine einsetzbar ist. Aufgabe der Erfindung ist es, einen Hybridantrieb der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, der baulich kompakt und getriebetechnisch besonders günstig ausgeführt ist und der zusätzliche konstruktive Freiheitsgrade bei der Auslegung des Hybridantriebes schafft.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die zweite Antriebsquelle mittels einer weiteren Eingangswelle mit der Eingangsseite des Hybridantriebs, insbesondere mit der Trennkupplung, trieblich verbindbar ist, wobei sich die weitere Eingangswelle koaxial durch eine als Hohlwelle ausgeführte Getriebewelle erstreckt, und dass die zweite Antriebsquelle über einen umschaltbaren Übersetzungstrieb alternierend wenigstens auf die weitere Eingangswelle oder direkt auf eine Abtriebswelle des Wechselgetriebes sowie gemäß einer bevorzugten Ausführungsform gegebenenfalls auch in eine von beiden Wellen abgekoppelte Neutralstellung schaltbar ist. Die im Wechselgetriebe schaltbaren Kraftflüsse werden teilweise mittels der Trennkupplung und teilweise über die Kupplungen im Übersetzungstrieb geleitet und ermöglichen zahlreiche Freiheitsgrade in den Übersetzungen an sich als auch in den Funktionen. Die Elektromaschine kann als Startermotor für die Brennkraftmaschine, als direkter oder indirekter, elektromotorischer Antrieb, im Boostbetrieb, im Rekuperationsbetrieb und als Generator zum Laden der Batterien eingesetzt werden oder sie kann gänzlich vom Wechselgetriebe abgekoppelt werden. Ein weiterer Vorteil besteht in der baulich weitgehendst unveränderten Ausführung der Trennkupplung ohne Zunahme deren Baulänge, was insbesondere bei Hybridantrieben mit seitlich angebauten Achsdifferenzial günstige Achsgewichtsverteilungen zwischen der Vorderachse und der Hinterachse des Kraftfahrzeuges ermöglicht. In erster, vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann der umschaltbare Übersetzungstrieb durch zwei Zahnradsätze, insbesondere zwei Stirnzahnradsätze, gebildet sein, deren antreibende oder abtreibende Zahnräder durch Loszahnräder gebildet sind, die mittels einer Klauenkupplung oder einer Synchronkupplung alternierend mit deren Wellen kuppelbar oder in eine Neutralstellung schaltbar sind. Derartige Stirnzahnradsätze ggf. mit einer doppeltwirkenden Synchronkupplung sind kostengünstig herstellbar, ermöglichen günstige Übersetzungsauslegungen und weisen einen guten Getriebewirkungsgrad auf.
In einer vorteilhaften, alternativen Ausführung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der umschaltbare Übersetzungstrieb durch zwei schaltbare Kupplungen gebildet ist, die mit zwei Stirnzahnradsätzen des Übersetzungstriebes gekoppelt sind und deren antreibende Kupplungselemente mit der zweiten Antriebsquelle verbunden sind. Dies ermöglicht schnellere Schaltvorgänge, da beim Umschalten von dem einen Stirnzahnradsatz auf den anderen die Neutralstellung nicht durchfahren werden muss. Die Neutralstellung kann hier zum Beispiel durch Öffnen beider Kupplungen erreicht werden.
Dabei kann zumindest die eine Kupplung des Übersetzungstriebes eine Reibungskupplung, insbesondere eine nass laufende Lamellenkupplung sein, mittels der insbesondere schleifende Übergänge beim Umschalten des Übersetzungstriebes darstellbar sind oder eine Zuschaltung der zweiten Antriebsquelle (Boostbetrieb) zur ersten Antriebsquelle ohne Zugkraftunterbrechung und ruckfrei steuerbar ist.
Die Reibungskupplung kann in den Antriebszug direkt auf die abtreibende Getriebewelle eingeschaltet sein; bevorzugt wird jedoch vorgeschlagen, dass die Reibungskupplung über den einen Stirnzahnradsatz des Übersetzungstriebes trieblich mit der weiteren Eingangswelle des Wechselgetriebes verbunden ist, da hier die im Fahrbetrieb überwiegenden (häufigeren) Umschaltvorgänge des Hybridantriebes ablaufen und entsprechend komfortabel auslegbar sind.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die Elektromaschine als zweite Antriebsquelle mit einem ringförmigen Rotor aufgebaut sein, wobei zumindest eine der Kupplungen des Übersetzungstriebes innerhalb des Rotors angeordnet ist. Durch den größeren Durchmesser des Rotors der Elektromaschine kann diese konstruktionsbedingt ein höheres Antriebsdrehmoment erzeugen, wodurch der Rotor in axialer Erstreckung kürzer sein kann; ferner kann in wesentlichem Umfang Baulänge der elektrischen Antriebseinheit mit dem Übersetzungstrieb durch die Integration der zumindest einen Kupplung in den Rotor eingespart werden. Der Rotor kann dabei baulich vorteilhaft unmittelbar das Gehäuse der integrierten Reibungskupplung antreiben.
Die zweite Antriebsquelle kann bevorzugt mittels der weiteren Eingangswelle mit dem antreibenden Kupplungsgehäuse der der ersten Antriebsquelle benachbarten Trennkupplung trieblich verbindbar sein. Insbesondere kann dazu die weitere Eingangswelle über einen Zahnradtrieb, vorzugsweise einen Stirnzahnradtrieb, mit dem antreibenden Gehäuse der Trennkupplung trieblich verbunden sein. In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann die Trennkupplung die Doppelkupplung eines Doppelkupplungs-Wechselgetriebes sein, das mit zwei koaxial ineinander gelagerten Eingangswellen über Schaltzahnräder auf zwei Abtriebswellen abtreibt, die über Abtriebszahnräder miteinander gekoppelt sind und auf zumindest eine Ausgangswelle abtreiben, wobei eine der besagten Abtriebswellen als Hohlwelle ausgebildet ist, in der koaxial die weitere Eingangswelle gelagert ist, die mit dem Gehäuse der Doppelkupplung, vorzugsweise über einen Zahnradtrieb, verbunden ist. Daraus resultiert eine besonders kompakte Getriebekonstruktion eines Doppelkupplungsgetriebes, das mit relativ geringen Änderungsumfang auf einen Hybridantrieb umkonstruierbar ist.
Schließlich kann der Zahnradtrieb als triebliche Verbindung von der weiteren Eingangswelle zum Gehäuse der Trennkupplung räumlich zwischen einer der Eingangsseite zugewandten ersten bzw. vorderen Gehäusewand des Getriebegehäuses des Wechselgetriebes und dem dazu benachbarten Gehäuse der Trennkupplung angeordnet sein.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die anliegende, schematische Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 ein einfaches Blockschaltbild eines Hybridantriebs für allradgetriebene Kraftfahrzeuge mit einer Brennkraftmaschine, einem Doppelkupplungsgetriebe und einer Elektromaschine als zweite Antriebsquelle, die über einen Übersetzungstrieb auf das Wechselgetriebe direkt oder über eine weitere Eingangswelle auf das Gehäuse der Doppelkupplung indirekt abtreibt; und
Fig. 2 ebenfalls als Blockschaltbild einen modifizierten Hybridantrieb gemäß Fig. 1 , jedoch mit einem Übersetzungstrieb mit einer Lamellen- kupplung, die in den ringförmigen Rotor der Elektromaschine integriert ist.
Der in Fig. 1 dargestellte Hybridantrieb 10 für ein Kraftfahrzeug setzt sich im Wesentlichen zusammen aus einer nur angedeuteten Brennkraftmaschine 12 als erste Antriebsquelle, einem nachgeschalteten Doppelkupplungsgetriebe 14 als Geschwindigkeits-Wechselgetriebe und einer Elektromaschine 16 als zweite Antriebsquelle. Die Elektromaschine 16 ist in bekannter Weise als Motor (antreibend) oder als Generator schaltbar. Das Doppelkupplungsgetriebe 14 weist eingangsseitig eine Doppelkupplung mit zwei hydraulisch gesteuerten Lamellenkupplungen K1 , K2 auf, die in einem gemeinsamen, von der Brennkraftmaschine 12 über deren Kraftabgabewelle 18 gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Drehschwingungsdämpfers angetriebenen Gehäuse 20 angeordnet sind.
Die Kupplungen K1 und K2 treiben alternierend auf zwei Eingangswellen 22, 24 ab, die koaxial angeordnet sind, wobei die Eingangswelle 24 hier als Hohlwelle ausgeführt ist. Die zwei Eingangswellen 22, 24 treiben über Gangzahnradsätze mit Festzahnrädern (allgemein mit 26 bezeichnet) und über Synchronkupplungen (allgemein mit 30 bezeichnet) schaltbare Loszahnräder (allgemein mit 28 bezeichnet) auf zwei achsparallel angeordnete Abtriebswellen 32, 34 ab. Es sei bemerkt, dass der besseren Übersichtlichkeit wegen hier nur beispielhaft vier Gangzahnradsätze 26, 28 dargestellt sind, es sind aber durch die Aufteilung in zwei Ganggruppen ohne weiteres zum Beispiel 7 Vorwärtsgänge und gegebenenfalls ein Rückwärtsgang (vgl. Fig. 2) darstellbar, die in bekannter Weise so verteilt sind, dass mit dem Schalten eines Vorwärtsganges (zum Beispiel dem 2. Gang) bei geöffneter Kupplung (K1 oder K2) der nächste Vorwärtsgang (zum Beispiel der 3. Gang) der anderen Ganggruppe durch Umschalten einer der Synchronkupplungen 30 bereits vorwählbar ist. Die besagten Getriebewellen 22, 24, 32, 34 sowie das Gehäuse 20 der Doppelkupplung K1 , K2 sind in dem Getriebegehäuse 36 des Doppelkupplungsgetriebes 14 bzw. in den Getriebewänden 36a, 36b, 36c und in der Stirnwand 36d entsprechend drehbar gelagert.
Ferner sind an den Abtriebswellen 32, 34 Festzahnräder 38 (was mit Bezug auf die beiden Abtriebswellen nachfolgend noch näher erläutert wird) angeordnet, die beide mit einem Festzahnrad 40 auf einer ersten Ausgangswelle 42 kämmen, die wiederum über ein Zahnritzel 44 und ein Tellerrad 46 ein seitlich an das Getriebegehäuse 36 angebautes Achsdifferenzial 48 antreibt. Eine erste der quer abtreibenden Achshalbwellen 50 erstreckt sich dabei axial hinter dem Gehäuse 20 der Doppelkupplung K1 , K2 durch das Getriebegehäuse 36. Die Abtriebswelle 32 treibt über einen Zahnradsatz 52, 53 eine zweite Ausgangswelle 54 des Doppelkupplungsgetriebes 14 an, die zum Beispiel über eine nicht dargestellte Viscokupplung auf ein weiteres Achsdifferenzial des Kraftfahrzeuges abtreibt.
Die räumliche Lage der Eingangswellen 22, 24 und der Abtriebswellen 32, 34 ist der besseren Darstellung wegen in einer einheitlichen Ebene gezeigt; tatsächlich sind die Abtriebswellen 32, 34 so angeordnet, dass die beiden Festzahnräder 38 ständig mit dem Festzahnrad 40 kämmen und damit die Ausgangswelle 42 ständig trieblich mit den Abtriebswellen 32, 34 verbunden ist.
Die eine Abtriebswelle 34 des Doppelkupplungsgetriebes 14 ist als Hohlwelle ausgeführt, durch die hindurch eine weitere, koaxial gelagerte Eingangswelle 56 hindurchgeführt ist, die über einen Übersetzungstrieb 58 trieblich mit der an die Stirnwand 36d des Getriebegehäuses 36 angebauten Elektromaschine 16 verbindbar ist.
Der Übersetzungstrieb 58 setzt sich aus zwei Stirnzahnradsätzen 60, 62 und 64, 66 zusammen, von denen die Zahnräder 60 und 64 Festzahnräder sind, die zum einen auf der weiteren Eingangswelle 56 und zum anderen direkt auf der Abtriebswelle 34 angeordnet sind, während die Gegenzahnräder als Loszahnräder 62, 66 ausgebildet sind, die auf der Antriebswelle 16a der Elektromaschine 16 drehbar gelagert sind und die über eine Synchronkupplung 68 von einer mittleren Neutralstellung aus alternierend mit den Festzahnrädern 60 oder 64 kuppelbar sind. Die Synchronkupplung 68 weist bevorzugt eine bei Schaltgetrieben übliche Konstruktion auf und ist deshalb nicht näher beschrieben. Die sich durch die Abtriebswelle 34 erstreckende, weitere Eingangswelle 56 ist weiter über einen zum Beispiel Stirnzahnradsatz aus Zahnrädern 70, 72 trieblich mit dem Gehäuse 20 der Doppelkupplung K1 , K2 verbunden, wobei der Stirnzahnradsatz 70, 72 bevorzugt zwischen der in der Bildebene der Fig. 1 vorderen bzw. linken Gehäusewand 36a des Getriebegehäuses 36 und dem anschließenden Gehäuse 20 der Kupplung K1 , K2 positioniert ist.
Dabei kämmt mit dem an dem Gehäuse 20 fest angeordneten Stirnzahnrad 72 ein weiteres Stirnzahnrad 74, das über eine Antriebswelle 76 zum Beispiel eine nicht dargestellte, im Getriebegehäuse 36 angeordnete Hydraulikpumpe der hydraulischen Getriebesteuerung des Doppelkupplungsgetriebes 14 antreibt, welche Getriebesteuerung die Doppelkupplung 20 und hydraulische Aktuatoren zum Betätigen der Synchronkupplungen 30, 68, etc. mit Hydraulikdruck versorgt. Ist die Elektromaschine 16 über die Synchronkupplung 68 und den Stirnzahnradsatz 66, 64 mit der weiteren Eingangswelle 56 trieblich verbunden, so kann diese durch entsprechende elektrische Ansteuerung mittels des Stirnzahnradsatzes 70, 72 und das fest mit der Kraftabgabewelle 18 der Brennkraftmaschine 12 verbundene Gehäuse 20 der Doppelkupplung K1 , K2 die Brennkraftmaschine 12 starten oder es kann bei laufender Brennkraftmaschine 12 und bei als Generator geschalteter Elektromaschine 16 das Bordnetz des Kraftfahrzeuges mit Strom versorgt werden. Ferner kann die Elektromaschine 16 zum Beispiel bei definiert geschalteten Gangstufen und einer geschlossenen Kupplung K1 oder K2 über die weitere Eingangswelle 56 Drehmoment einsteuern, zum Beispiel bei eingelegter 1. Gangstufe durch entsprechende Umsteuerung einen Rückwärtsgang bilden. In anderen Vorwärtsgängen kann bei einer Schaltung der Elektromaschine 16 als Generator zum Beispiel auch ein Rekuperationsbetrieb geschaltet werden, mittels dem zum Beispiel bei einer Bergabfahrt des Kraftfahrzeuges Energie rückgespeist wird.
In der Neutralstellung der Synchronkupplung 68 ist die Elektromaschine 16 abgeschaltet oder kann bei Anordnung entsprechender Drehzahlsensoren an der weiteren Eingangswelle 56 und an der Abtriebswelle 34 eine Vorsynchronisierung an der Synchronkupplung 68 bewirken.
Wird die Elektromaschine 16 über die Synchronkupplung 68 und die Stirnzahnräder 62, 60 direkt trieblich auf die Abtriebswelle 34 geschaltet, so kann sie zum Beispiel mit vollem Drehmoment in einem Boostbetrieb bei höheren Geschwindigkeiten des Kraftfahrzeuges auf die Abtriebswelle 34 abtreiben; im umgekehrten Drehmomentfluss kann ein effizienter Rekuperationsbetrieb durchgeführt werden. Die Fig. 2 zeigt eine modifizierte Form des Hybridantriebs 10 der Fig. 1 , die jedoch nur soweit beschrieben ist, als sie sich wesentlich von der Fig. 1 unterscheidet. Funktionell gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Konkret sind in dem Wechselgetriebe 14' sieben Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang dargestellt, mit entsprechend vielen Festzahnrädern 26, Loszahnrädern 28 und Synchronkupplungen 30. Ferner ist die als Hohlwelle ausgebildete Abtriebswelle 34 in der Zeichnung Fig. 2 unten angeordnet und treibt über die Stirnzahnräder 70, 72 auf das Gehäuse 20 der Doppelkupplung K1 , K2 ab. Die obere Abtriebswelle 32 bildet wie vorbeschrieben den zweiten Getriebeausgang mit dem Zahnradsatz 52, 53 und der Ausgangswelle 54. Wie ersichtlich ist, liegt die Ausgangswelle 54 dabei unmittelbar benachbart zum Achsdifferenzial 48, was je nach Anordnung des gesamten Aggregates 12, 14, 16 im Kraftfahrzeug räumlich und baulich von Vorteil sein kann.
Die an die Stirnwand 36d des Wechselgetriebes 14 angeflanschte Elektromaschine 16' ist ringförmig mit einem radial äußeren Stator 75 und einem ringförmigen Rotor 76 ausgeführt, in den eine weitere Reibungskupplung bzw. eine hydraulisch betätigte Lamellenkupplung K3 integriert ist. Dabei bildet das Gehäuse 78 der Lamellenkupplung K3 eine Baueinheit mit dem Rotor 76 der Elektromaschine 16'.
Das Gehäuse 78 der Lamellenkupplung K3 ist über eine erste Hohlwelle 80 mit einem außerhalb der Elektromaschine 16' angeordneten Kupplungskranz 82 einer Synchronkupplung 84 fest verbunden. Der Kupplungskörper der Synchronkupplung 84 sitzt auf einer zur Hohlwelle 80 koaxialen, ersten Antriebswelle 86, die im Getriebegehäuse 36 und im Gehäuse 87 der Elektromaschine 16' drehbar gelagert ist und auf der das Zahnrad 62 des Übersetzungstriebes 58 befestigt ist.
Das zweite, antreibende Zahnrad 66 des Übersetzungstriebes 58 ist auf einer aus dem Rotor 76 herausgeführten, weiteren Hohlwelle 88 positioniert, die innerhalb des Gehäuses 78 der Lamellenkupplung K3 mit deren abtreibenden Lamellen 90 (vereinfacht dargestellt) gekoppelt ist. Abweichend zur Fig. 1 der Zeichnung sind alle Zahnräder 60, 62, 64, 66 des Übersetzungstriebes 58 Festzahnräder.
Bei geöffneter Lamellenkupplung K3 und nicht geschalteter Synchronkupplung 84 ist die Elektromaschine 16' vollständig vom Wechselgetriebe 14' getrennt bzw. in einer Neutralstelllung.
Wird die Lamellenkupplung K3 durch entsprechende hydraulische Ansteuerung geschlossen, so kann die Elektromaschine 16' über die Zahnräder 66, 64 auf die weitere Eingangswelle 56 und über die Zahnräder 70, 72 auf das Gehäuse 20 der Doppelkupplung K1 , K2 abtreiben oder im umgekehrten Kraftfluss im Rekuperationsbetrieb oder bei einem Ladebetrieb als Generator geschaltet und angetrieben werden. Über die Lamellenkupplung K3 kann dabei ein weiches, ruckfreies Einkuppeln oder sogar ein definierter Schlupfbetrieb (Umschalten ohne Zugkraftunterbrechung) gesteuert werden.
Mit dem Öffnen der Lamellenkupplung K3 und ggf. gleichzeitigem Schließen der Synchronkupplung 84 wird das unmittelbar mit dem Rotor 76 verbundene Gehäuse 78 mit der Hohlwelle 80 auf die Antriebswelle 86 geschaltet und treibt nunmehr über die Zahnräder 62, 60 direkt auf die Abtriebswelle 34 ab. Im übrigen sind die Funktionen des Hybridantriebs 10' der Fig. 2 funktionell gleich dem in der Fig. 1 beschriebenen und deshalb hier nicht nochmals wiederholt. Obwohl die Erfindung anhand eines Doppelkupplungsgetriebes 14, 14' beschrieben ist, ist sie sinngemäß auch bei einfachen Schaltgetrieben mit einer einfachen Trennkupplung verwirklichbar. Die weitere Eingangswelle 56 kann dann durch eine der baulich sich anbietenden Getriebewellen des Schaltgetriebes wie vorstehend beschrieben, gebildet sein.
Erstreckt sich die weitere Eingangswelle 56 zentral durch eine als Hohlwelle ausgeführte erste Eingangswelle (zum Beispiel die Eingangswelle 22), so kann diese unter Entfall des Stirnradtriebes 70, 72 mit dem Gehäuse 20 der Doppelkupplung K1 , K2 direkt verbunden sein. Die weitere Eingangswelle 56 könnte gegebenenfalls unmittelbar durch eine dort vorhandene Antriebswelle der Hydraulikpumpe der Getriebesteuerung des Doppelkupplungsgetriebes 14 gebildet sein, indem diese über das Pumpenrad hinaus axial verlängert und mit der Elektromaschine 16 trieblich verbunden wäre. Anstelle der angeführten Brennkraftmaschine 12 und der Elektromaschine 16, 16' können als Antriebsquellen auch andere Kombinationen eines Hybridantriebes verwendet sein, zum Beispiel eine Brennstoffzellen-Einheit als erste Antriebsquelle und ein Schwungradspeicher als zweite Antriebsquelle.

Claims

Patentansprüche
Hybridantrieb für Kraftfahrzeuge, mit einer ersten Antriebsquelle, insbesondere einer Brennkraftmaschine, und einer zweiten Antriebsquelle, insbesondere einer Elektromaschine, wobei die erste Antriebsquelle über zumindest eine, eine Eingangskupplung ausbildende Trennkupplung auf zumindest eine Eingangswelle eines Geschwindigkeits-Wechselgetriebe abtreibt und die zweite Antriebsquelle von einer der Eingangswelle abgewandten oder gegenüberliegenden Seite des Wechselgetriebes auf eine der übrigen Getriebewellen abtreibt, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Antriebsquelle (16; 16') mittels einer weiteren Eingangswelle (56) mit der Eingangsseite des Hybridantriebs, insbesondere mit der Trennkupplung (K1 , K2), trieblich verbindbar ist, wobei sich die weitere Eingangswelle (56) koaxial durch eine als Hohlwelle ausgeführte Getriebewelle (34) erstreckt, und dass die zweite Antriebsquelle (16; 16') über einen umschaltbaren Übersetzungstrieb (58) alternierend wenigstens auf die weitere Eingangswelle (56) oder direkt auf eine Abtriebswelle (34) des Wechselgetriebes (14; 14') schaltbar ist.
Hybridantrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Antriebswelle (16; 16') über den umschaltbaren Übersetzungstrieb (58) auch in eine Neutralstellung als von beiden Wellen (56, 34) abgekoppelte Stellung schaltbar ist.
Hybridantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der umschaltbare Übersetzungstrieb (58) durch zwei Zahnradsätze, insbesondere zwei Stirnzahnradsätze (60, 62 und 64, 66), gebildet ist, deren antreibende oder abtreibende Zahnräder durch Loszahnräder (62, 66) gebildet sind, die mittels einer Klauenkupplung oder einer Synchronkupplung (68) alternierend mit deren Wellen (56, 34) kuppelbar und/oder in eine Neutralstellung schaltbar sind.
Hybridantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der umschaltbare Übersetzungstrieb (58) durch zwei schaltbare Kupplungen (K3, 84) gebildet ist, die mit zwei Stirnzahnradsätzen (60, 62, 64, 66) des Übersetzungstriebes (58) gekoppelt sind und deren antreibende Kupplungselemente (82, 90) mit der zweiten Antriebsquelle (16') verbunden sind.
Hybridantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die eine Kupplung des Übersetzungstriebes (58) eine Reibungskupplung, insbesondere eine nass laufende Lamellenkupplung (K3) ist.
Hybridantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibungskupplung (K3) über den einen Stirnzahnradsatz (64, 66) des Übersetzungstriebes (58) trieblich mit der weiteren Eingangswelle (56) des Wechselgetriebes (14') verbunden ist.
Hybridantrieb nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (16') mit einem ringförmigen Rotor (76) aufgebaut ist und dass zumindest eine der Kupplungen (K3) des Übersetzungstriebes (58) innerhalb des Rotors (76) angeordnet ist.
8. Hybridantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Reibungskupplung (K3) des Übersetzungstriebes (58) innerhalb des Rotors (76) der Elektromaschine (16') angeordnet ist, wobei der Rotor (76) unmittelbar das Gehäuse (78) der Reibungskupplung (K3) antreibt.
Hybridantrieb nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Antriebsquelle (16; 16') mittels der weiteren Eingangswelle (56) mit dem antreibenden Kupplungsgehäuse (20) der der ersten Antriebsquelle (12) benachbarten Trennkupplung (K1 , K2) trieblich verbindbar ist.
Hybridantrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Eingangswelle (56) über einen Zahnradtrieb, vorzugsweise einen Stirnzahnradtrieb (70, 72), mit dem antreibenden Gehäuse (20) der Trennkupplung (K1 , K2) trieblich verbunden ist.
11. Hybridantrieb nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkupplung die Doppelkupplung (K1 , K2) eines Doppelkupplungs-Wechselgetriebes (14;
14') ist, das mit zwei koaxial ineinander gelagerten Eingangswellen (22, 24) über Schaltzahnräder (26, 28) auf zwei Abtriebswellen (32, 34) abtreibt, die über Abtriebszahnräder (38) miteinander gekoppelt sind und auf zumindest eine Ausgangswelle (42, 54) abtreiben, wobei eine der besagten Abtriebswellen (34) als Hohlwelle ausgebildet ist, in der koaxial die weitere Eingangswelle (56) gelagert ist, die mit dem Gehäuse (20) der Doppelkupplung (K1 , K2), vorzugsweise über einen Zahnradtrieb (70, 72), verbunden ist. Hybridantrieb nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnradtrieb (70, 72) als triebliche Verbindung von der weiteren Eingangswelle (56) zum Gehäuse (20) der Trennkupplung (K1 , K2) räumlich zwischen einer der Eingangsseite zugewandten ersten bzw. vorderen Gehäusewand (36a) des Getriebegehäuses (36) des Wechselgetriebes (14) und dem dazu benachbarten Gehäuse (20) der Trennkupplung (K1 , K2) angeordnet ist.
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