WO2013060431A1 - Antriebsanordnung für einen hybridantrieb für kraftfahrzeuge - Google Patents

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WO2013060431A1
WO2013060431A1 PCT/EP2012/004365 EP2012004365W WO2013060431A1 WO 2013060431 A1 WO2013060431 A1 WO 2013060431A1 EP 2012004365 W EP2012004365 W EP 2012004365W WO 2013060431 A1 WO2013060431 A1 WO 2013060431A1
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Johann Märkl
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Audi Ag
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    • B60K2006/4833—Step up or reduction gearing driving generator, e.g. to operate generator in most efficient speed range
    • B60K2006/4841—Step up or reduction gearing driving generator, e.g. to operate generator in most efficient speed range the gear provides shifting between multiple ratios
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Definitions

  • the present invention relates to a drive arrangement for a hybrid drive for motor vehicles according to the preamble of patent claim 1.
  • the object of the invention is to develop the drive arrangement of the generic type and in particular to provide an even simpler and structurally more favorable transmission design.
  • the fixed gears on the output shaft and the detachable over the switching elements loose gears are arranged on the input shafts of the transmission and that in each case two idler gears mesh with a common fixed gear on the output shaft.
  • the proposed arrangement concentrates the gear stages of one prime mover and the other prime mover not only on a common output shaft but also on common output shaft fixed gears, resulting in considerable simplification (fewer gears for an equal number of gear ratios) and associated therewith leads to a shortening of the overall length of the gearbox.
  • the drive machines can preferably be arranged side by side with the axis-parallel input shafts on a uniform input side of the transmission and thus form a very compact drive unit. In principle, however, the drive machines can also be positioned on either side of the change gear.
  • three drive machines can be provided, of which the first drive machine is an internal combustion engine which is coaxially coupled to a first electric machine and which can drive off together on the first input shaft, while a second electric machine drives off on the second input shaft ,
  • the electric machines may preferably be designed so that the combined with the internal combustion engine electric machine is switchable and also can start the engine, while the second electric machine may have a higher power and the motor vehicle can also drive separately in electric mode.
  • Such a version of the hybrid drive also allows a transmission design in which two idler gears are provided per input shaft of the transmission, which cooperate with only two fixed gears on the output shaft.
  • two gear ratios can be used for both or the three prime movers, which can be adapted to drive specific.
  • the respective ratios defined between the idler gears and the fixed gears can be designed for the optimum rotational speed ranges of the drive machines driving the two input shafts with regard to the efficiency.
  • the two fixed gears can be supplemented by at least one additional fixed gear.
  • one of the idler gears of an input shaft can optionally be driven off on its own fixed gear.
  • an internal combustion engine which is coupled to a first electric machine 12 and which abrades on a first input shaft 14 of a speed change gear 16.
  • a second electric machine 18 is arranged next to the internal combustion engine 10 and the electric machine 12 and drives on an axially parallel, second input shaft 20 of the transmission 16 from.
  • an output shaft 22 is rotatably mounted, which is connected in a manner not shown, customary driving with a front axle differential, a rear differential or with both axles of the motor vehicle.
  • Said units 10, 12, 16, 18 may optionally be assembled to form a drive unit, wherein the transmission shafts 14, 20, 22 are mounted rotatably in the only indicated gear housing 24 of the transmission 16.
  • the drive machines 10, 12, 18 are as shown is arranged on the same (left) input side of the transmission 16.
  • gear shafts 14, 20, 22 fixed gears 26, 28 and idler gears 30, 32 and 34, 36 are arranged, each of which are constantly engaged with each other.
  • the idler gears 30, 32, 34, 36 are alternately coupled via only indicated switching elements 38, 40 with the input shafts 14, 20, so that via the internal combustion engine 10 with the electric machine 12 two gear stages I and II and the electric machine 18 two gear ratios III and IV are switchable.
  • the gear ratio I can be switched.
  • the gear II is engaged.
  • the translation stages I and II are designed for the most favorable in terms of efficiency speed ratios for the internal combustion engine 10.
  • the gear ratio stage III is connected by coupling the idler gear 34 with the input shaft 20 and the gear stage IV is engaged by coupling the idler gear 36 to the input shaft 20.
  • the gear ratios III and IV are designed with regard to the efficiency of the optimal (higher) speed ratios of the electric machine 18.
  • the switching elements 38, 40 may be formed for example by known synchronizer clutches, which are operated manually or automatically via a switching device, not shown.
  • the switching elements 38, 40 may optionally also be formed by multi-plate clutches which are actuated electro-hydraulically via a corresponding transmission control.
  • a separating clutch (not shown) may be provided in a known manner.
  • the electric machine 18 and the input shaft 20 of the transmission 16 are separated by non-switched switching wheels 34, 36 from each other.
  • the operating modes of the drive arrangement described can be known per se as in hybrid drives.
  • a drive operation can be driven only via the internal combustion engine 10, optionally with connected electric machine 12.
  • the electric machine 12 can also be used as a generator be switched to generate electricity for the electrical system of the motor vehicle or for the traction batteries and / or start the internal combustion engine 10 at untranslated gear ratios I to IV.
  • the electric machine 18, which is designed for a higher output, can drive the motor vehicle separately or in a boost mode in addition to the internal combustion engine 10 and possibly recover energy in the recuperation mode.
  • the invention is not limited to the embodiment described. Instead of only two translation stages (I, II and III, IV) on the input shafts 14, 20 may optionally be provided as described, several translation stages. If necessary, the electric machine 18 can also be arranged on the side opposite the input side (on the left of the drawing) of the change gear 16, whereby a preferred weight distribution in the motor vehicle can be realized, if necessary, taking into account the greater overall length.
  • the drive arrangement can also be designed only with two drive machines, namely the internal combustion engine 10 and the electric machine 18.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für einen Hybridantrieb für Kraftfahrzeuge, mit zumindest zwei Antriebsmaschinen, die über je eine Eingangswelle (14, 20) eines nachgeschalteten Geschwindigkeits-Wechselgetriebes (16) auf eine gemeinsame Abtriebswelle (22) abtreiben, wobei zwischen den Eingangswellen und der Abtriebswelle mehrere Übersetzungsstufen (I, II, III, IV) mit Festzahnrädern, Loszahnrädern und Schaltelementen vorgesehen sind. Zur Erzielung einer konstruktiv einfachen und eine geringere Baulänge aufweisenden Antriebsanordnung wird vorgeschlagen, dass die Festzahnräder (26, 28) auf der Abtriebswelle (22) und die über die Schaltelemente (38, 40) kuppelbaren Loszahnräder (30, 32, 34, 36) auf den Eingangswellen (14, 20) angeordnet sind, wobei jedes der Loszahnräder (30, 32, 34, 36) mit einem eigenen Festzahnrad (26, 28) kämmt, und insbesondere möglichst jeweils zwei Loszahnräder (30, 32 bzw. 34, 36) mit einem gemeinsamen Festzahnrad (26 bzw. 28) auf der Abtriebswelle (22) kämmen.

Description

Beschreibung
Antriebsanordnunq
für einen Hvbridantrieb für Kraftfahrzeuge
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für einen Hybrid- antrieb für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine gattungsgemäße Anordnung eines Hybridantriebs für Kraftfahrzeuge mit einer Brennkraftmaschine und einem Elektromotor beschreibt die DE 10 2010 022 395 A1. Dabei treiben beide Antriebsmaschinen über separate Eingangswellen auf eine gemeinsame Abtriebswelle eines Geschwindigkeits- Wechselgetriebes, wodurch sich eine relativ einfache Antriebsanordnung ergibt, die in gewünschtem Maße alle möglichen Betriebsbereiche des Hybridantriebs, wie zum Beispiel Antrieb nur über die Brennkraftmaschine, nur elektromotorisch oder über beide Antriebsmaschinen, sowie von Nebentrieben über die Elektromaschine, etc. abdeckt.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Antriebsanordnung der gattungsgemäßen Art weiterzubilden und insbesondere eine noch einfachere und baulich günstigere Getriebeauslegung bereitzustellen.
Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 erzielt. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Festzahnräder auf der Abtriebswelle und die über die Schaltelemente kuppelbaren Loszahnräder auf den Eingangswellen des Wechselgetriebes angeordnet sind und dass jeweils zwei Loszahnräder mit einem gemeinsamen Festzahnrad auf der Abtriebswelle kämmen. Durch die vorgeschlagene Anordnung werden die Übersetzungsstufen der einen Antriebsmaschine und der anderen Antriebsmaschine nicht nur auf eine gemeinsame Abtriebswelle, sondern auch auf gemeinsame Festzahnräder der Abtriebswelle konzentriert, was zu einer beträchtlichen Vereinfachung (weniger Zahnräder bei einer gleichen Anzahl von Über- setzungsstufen) und damit verbunden zu einer Verkürzung der Baulänge des Wechselgetriebes führt.
Die Antriebsmaschinen können bevorzugt mit den achsparallelen Eingangswellen nebeneinander auf einer einheitlichen Eingangsseite des Wechselge- triebes angeordnet sein und damit eine sehr kompakte Antriebseinheit bilden. Grundsätzlich können aber die Antriebsmaschinen auch beiderseits des Wechselgetriebes positioniert sein.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können drei Antriebsma- schinen vorgesehen sein, von denen die erste Antriebsmaschine eine Brennkraftmaschine ist, die koaxial mit einer ersten Elektromaschine gekoppelt ist und die gemeinsam auf die erste Eingangswelle abtreiben können, während eine zweite Elektromaschine auf die zweite Eingangswelle abtreibt. Die Elektromaschinen können bevorzugt so ausgelegt sein, dass die mit der Brennkraftmaschine kombinierte Elektromaschine zuschaltbar ist und zudem die Brennkraftmaschine starten kann, während die zweite Elektromaschine eine höhere Leistung aufweisen kann und das Kraftfahrzeug auch separat im Elektrobetrieb antreiben kann. Eine derartige Version des Hybridantriebs ermöglicht zudem eine Getriebeauslegung, bei der je Eingangswelle des Wechselgetriebes zwei Loszahnräder vorgesehen sind, die mit nur zwei Festzahnrädern auf der Abtriebswelle zusammenwirken. Damit sind für beide oder die drei Antriebsmaschinen jeweils zwei Übersetzungsstufen nutzbar, die antriebsspezifisch angepasst sein können.
Insbesondere können die jeweils zwischen den Loszahnrädern und den Festzahnrädern definierten Übersetzungen auf die hinsichtlich des Wirkungs- grades optimalen Drehzahlbereiche der auf die beiden Eingangswellen treibenden Antriebsmaschinen ausgelegt sein.
Neben den oben definierten Übersetzungen können gegebenenfalls noch weitere, davon unterschiedliche Übersetzungsstufen angestrebt sein, die mit den beiden oben erwähnten Festzahnrädern nicht machbar sind. In diesem Fall können die beiden Festzahnräder durch zumindest ein weiteres Festzahnrad ergänzt werden. Zur Realisierung der weiteren Übersetzungsstufen kann gegebenenfalls eines der Loszahnräder einer Eingangswelle auf ein eigenes Festzahnrad abtreiben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, die skizzenhaft eine Antriebsanordnung für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs mit drei Antriebsmaschinen und einem Geschwindigkeits-Wechselgetriebe zeigt.
In der als Blockschaltbild ausgeführten Zeichnung ist mit 10 eine Brennkraftmaschine bezeichnet, die mit einer ersten Elektromaschine 12 gekoppelt ist und die auf eine erste Eingangswelle 14 eines Geschwindigkeits-Wechselgetriebes 16 abtreibt. Eine zweite Elektromaschine 18 ist neben der Brennkraftmaschine 10 und der Elektromaschine 12 angeordnet und treibt auf eine achsparallel angeordnete, zweite Eingangswelle 20 des Wechselgetriebes 16 ab. Ferner ist im Wechselgetriebe 16 eine Abtriebswelle 22 drehbar gelagert, die in nicht weiter dargestellter, üblicher Weise trieblich mit einem Vorder- achsdifferenzial, einem Hinterachsdifferenzial oder mit beiden Achsen des Kraftfahrzeuges verbunden ist. Die besagten Aggregate 10, 12, 16, 18 können gegebenenfalls zu einem Antriebsaggregat zusammengebaut sein, wobei die Getriebewellen 14, 20, 22 in dem nur angedeuteten Getriebegehäuse 24 des Wechselgetriebes 16 entsprechend drehbar gelagert sind. Die Antriebsmaschinen 10, 12, 18 sind wie ersichtlich ist auf der gleichen (linken) Eingangsseite des Wechselgetriebes 16 angeordnet.
Auf den Getriebewellen 14, 20, 22 sind Festzahnräder 26, 28 und Loszahnräder 30, 32 bzw. 34, 36 angeordnet, die jeweils miteinander ständig in Eingriff sind. Die im Querschnitt betrachtet räumliche Anordnung der Getriebewellen 14, 20, 22 zueinander ist nicht dargestellt.
Die Loszahnräder 30, 32, 34, 36 sind über nur angedeutete Schaltelemente 38, 40 mit den Eingangswellen 14, 20 alternierend kuppelbar, so dass über die Brennkraftmaschine 10 mit der Elektromaschine 12 zwei Übersetzungsstufen I und II und über die Elektromaschine 18 zwei Übersetzungsstufen III und IV schaltbar sind.
So kann durch Kuppeln des Loszahnrades 30 mit der Eingangswelle 14 die Übersetzungsstufe I geschaltet werden. Durch Kuppeln des Loszahnrades 32 mit der Eingangswelle 14 ist die Gangstufe II eingelegt. Die Übersetzungs- stufen I und II sind auf die hinsichtlich des Wirkungsgrades günstigsten Drehzahlverhältnisse für die Brennkraftmaschine 10 ausgelegt.
Im elektromotorischen Betrieb ist durch Kuppeln des Loszahnrades 34 mit der Eingangswelle 20 die Übersetzungsstufe III geschaltet und durch Kuppeln des Loszahnrades 36 mit der Eingangswelle 20 die Übersetzungsstufe IV eingelegt. Die Übersetzungsstufen III und IV sind hinsichtlich des Wirkungsgrades auf die optimalen (höheren) Drehzahlverhältnisse der Elektromaschine 18 ausgelegt.
Durch Kuppeln jeweils beider Loszahnräder 30, 34 oder 32, 36 sind alle drei Antriebsmaschinen 10, 12, 18 trieblich zusammengeschaltet und treiben gemeinsam über die Abtriebswelle 22 das Kraftfahrzeug an. Die Schaltelemente 38, 40 können zum Beispiel durch bekannte Synchronkupplungen gebildet sein, die über eine nicht dargestellte Schalteinrichtung manuell oder automatisiert betätigt sind. Die Schaltelemente 38, 40 können gegebenenfalls auch durch Lamellenkupplungen gebildet sein, die elektrohydraulisch über eine entsprechende Getriebesteuerung betätigbar sind.
Zwischen der Brennkraftmaschine 10 und der Elektromaschine 12 kann in bekannter Weise eine Trennkupplung (nicht dargestellt) vorgesehen sein. Die Elektromaschine 18 und die Eingangswelle 20 des Wechselgetriebes 16 sind durch nicht geschaltete Schalträder 34, 36 voneinander trennbar.
Die Betriebsmodi der beschriebenen Antriebsanordnung können wie bei Hybridantrieben an sich bekannt sein. So kann ein Antriebsbetrieb nur über die Brennkraftmaschine 10, gegebenenfalls mit zugeschalteter Elektromaschine 12 gefahren werden. Die Elektromaschine 12 kann dabei auch als Generator zur Stromerzeugung für das elektrische Bordnetz des Kraftfahrzeuges bzw. für die Traktionsbatterien geschaltet sein und/oder bei nicht geschalteten Übersetzungsstufen I bis IV die Brennkraftmaschine 10 starten. Die auf eine höhere Leistung ausgelegte Elektromaschine 18 kann separat oder in einem Boostbetrieb zusätzlich zur Brennkraftmaschine 10 das Kraftfahrzeug antreiben und gegebenenfalls im Rekuperationsbetrieb Energie zurückgewinnen. Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Anstelle von nur zwei Übersetzungsstufen (I, II und III, IV) an den Eingangswellen 14, 20 können gegebenenfalls auch mehrere Übersetzungsstufen wie beschrieben vorgesehen sein. Die Elektromaschine 18 kann gegebenenfalls auch auf der der Eingangsseite (auf der Zeichnung links) des Wechselgetriebes 16 gegenüberliegenden Seite angeordnet sein, wodurch sich gegebenenfalls unter Inkaufnahme der größeren Baulänge eine bevorzugte Gewichtsverteilung im Kraftfahrzeug verwirklichen lässt.
Die Antriebsanordnung kann gegebenenfalls auch nur mit zwei Antriebsmaschinen, nämlich der Brennkraftmaschine 10 und der Elektromaschine 18 ausgeführt sein.

Claims

Ansprüche
Antriebsanordnung für einen Hybridantrieb für Kraftfahrzeuge, mit zumindest zwei Antriebsmaschinen, die über je eine Eingangswelle (14, 20) eines nachgeschalteten Geschwindigkeits-Wechselgetriebes (16) auf eine gemeinsame Abtriebswelle (22) abtreiben, wobei zwischen den Eingangswellen (14, 20) und der Abtriebswelle (22) mehrere Übersetzungsstufen (I, II, III, IV) mit Festzahnrädern, Loszahnrädern und Schaltelementen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Festzahnräder (26, 28) auf der Abtriebswelle (22) und die über die Schaltelemente (38, 40) kuppelbaren Loszahnräder (30, 32, 34, 36) auf den Eingangswellen (14, 20) angeordnet sind und dass, wobei jedes der Loszahnräder (30, 32, 34, 36) mit einem eigenen Festzahnrad (26, 28) kämmt, und insbesondere möglichst jeweils zwei Loszahnräder (30, 32 bzw. 34, 36) mit einem gemeinsamen Festzahnrad (26 bzw. 28) auf der Abtriebswelle (22) kämmen.
Antriebsanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmaschinen (10, 12, 18) mit den achsparallelen Eingangswellen (14, 20) nebeneinander auf einer einheitlichen Eingangsseite des Wechselgetriebes (16) angeordnet sind.
Antriebsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass drei Antriebsmaschinen (10, 12, 18) vorgesehen sind, von denen die erste Antriebsmaschine eine Brennkraftmaschine (10) ist, die koaxial mit einer ersten Elektromaschine (12) gekoppelt ist und die auf die erste Eingangswelle (14) abtreiben und dass eine zweite Elektromaschine (18) auf die zweite Eingangswelle (20) treibt.
Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass je Eingangswelle (14, 20) des Wechselgetriebes (16) zwei Loszahnräder (30, 32 bzw. 34, 36) vorgesehen sind, die mit möglichst nur zwei Festzahnrädern (26, 28) auf der Abtriebswelle (22) zusammenwirken.
Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils zwischen den Loszahnrädern (30, 32, 34, 36) und den Festzahnrädern (26, 28) definierten Übersetzungen (I bis IV) auf die hinsichtlich des Wirkungsgrades optimalen Drehzahlbereiche der auf die beiden Eingangswellen (14, 20) treibenden Antriebsmaschinen (10, 18) ausgelegt sind.
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