WO2016134710A1 - Hybridgetriebe für ein fahrzeug sowie fahrzeug mit dem hybridgetriebe - Google Patents

Hybridgetriebe für ein fahrzeug sowie fahrzeug mit dem hybridgetriebe Download PDF

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WO2016134710A1
WO2016134710A1 PCT/DE2016/200039 DE2016200039W WO2016134710A1 WO 2016134710 A1 WO2016134710 A1 WO 2016134710A1 DE 2016200039 W DE2016200039 W DE 2016200039W WO 2016134710 A1 WO2016134710 A1 WO 2016134710A1
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gear
output
coupling
input
shaft
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PCT/DE2016/200039
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English (en)
French (fr)
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Thomas Mehlis
Bastian Krüger
Andreas Kinigadner
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the invention relates to a novel hybrid transmission for a vehicle having a first input shaft for coupling a first traction motor, with a second input shaft for coupling a second traction motor, with an output shaft for coupling an output, with a first gear stage section, wherein the first gear stage section, a first input gear, a first idler gear and a first output gear, wherein the first input gear is non-rotatably mounted on the first input shaft, wherein the first output gear is arranged as a loose wheel on the output shaft, wherein the intermediate gear is in operative connection with the first input gear and with the first output gear, with a planetary gear portion, wherein the planetary gear portion comprises a sun gear, a planetary carrier, a plurality of planetary gears and a ring gear, wherein the planet gears are rotatably mounted on the planet carrier and with the sun gear and with the ring gear combing, wherein the sun gear is rotatably connected to the second input shaft, with a second gear stage portion, wherein the second gear
  • Hybrid vehicles have both an electric motor and an internal combustion engine as traction motors. These two traction motors can be alternatively or jointly used in different operating states of the hybrid vehicle in order to provide a drive torque for the hybrid vehicle.
  • a drive train for a hybrid vehicle is shown.
  • the powertrain has an input shaft for an electric motor, an input shaft for an internal combustion engine, and an output shaft for coupling to a differential device, wherein the shafts can be brought into communication with each other via a plurality of gear stages, so that a plurality of operating states of the drive train is possible.
  • the DE 10 201 1 089 708 A1 describes a hybrid drive of a motor vehicle with a planetary gear having a non-rotatably connected to an input shaft input element, an alternately fixed housing via gearshift elements lockable or otherwise connectable to the planetary gear intermediate element and an output element.
  • DE 10 2013 214 950 A1 describes a torque superposition device for a hybrid drive, wherein a positive and / or frictional clutch for alternatively selectable torque-fixed connection with a translation device is arranged on a planetary gear.
  • the subject of the invention is a hybrid transmission which is suitable and / or designed for a vehicle.
  • the hybrid transmission forms part of the drive train of the vehicle and serves to direct a drive torque from exactly or at least one electric motor and / or from an internal combustion engine to an output and, if necessary, to translate, in particular to translate or set.
  • the vehicle is preferably designed as a passenger car, truck, bus, etc.
  • the transmitted via the hybrid transmission drive torque is used to drive the vehicle, for example, in traffic.
  • the vehicle can be accelerated by the transmitted via the hybrid transmission drive torque to a speed greater than 50 km / h.
  • the hybrid transmission has a first input shaft for coupling a first traction motor. Furthermore, the hybrid transmission has a second input shaft for coupling a second traction motor.
  • One of the traction motors is designed as the electric motor, the other than the internal combustion engine.
  • the first traction motor is designed as the electric motor and the second traction motor as the internal combustion engine.
  • the two traction motors in particular the electric motor and the internal combustion engine, form part of the hybrid transmission.
  • the hybrid transmission comprises an output shaft for coupling the output.
  • the output is formed by a differential device.
  • the Differential device may be formed in particular as a longitudinal differential device or as a transverse differential device.
  • the first input shaft, the second input shaft and the output shaft are arranged parallel to one another.
  • the hybrid transmission has a first gear stage portion which includes a first input gear, a first idler gear, and a first output gear.
  • said wheels are formed as spur gears.
  • the first input gear is non-rotatably arranged on the first input shaft.
  • the first output gear is arranged as a loose wheel on the output shaft, which thus can rotate relative to the output shaft.
  • the idler gear is in operative connection with the first input gear and with the first output gear.
  • the intermediate gear meshes with the first input gear and the first output gear.
  • the planetary gear section includes a sun gear, a planetary carrier, a plurality of planetary gears and a ring gear.
  • the planet gears are rotatably mounted on the planet carrier. It is envisaged that the axes of rotation of the planet gears are distributed on a common pitch circle about the axis of rotation of the planet carrier.
  • the planetary gears mesh on the one hand with the sun gear and on the other hand with the ring gear.
  • the sun gear is rotatably connected to the second input shaft.
  • the hybrid transmission has a second gear stage section, which comprises a second input gear and a second output gear.
  • the second input gear and the second output gear are in operative connection with each other, in particular, these two wheels mesh directly with each other.
  • the second Input wheel is rotatably connected to the planet carrier so that it rotates with the planet carrier.
  • the second output gear is arranged as a loose wheel on the output shaft, so that it can rotate independently of the output shaft.
  • this has a plurality of coupling devices.
  • the coupling devices are configured to couple together two elements or components of the hybrid transmission.
  • coupling means that these components can be set against rotation with each other and can be released from each other again.
  • the coupling devices are used in particular for the detachable coupling of two components.
  • the hybrid transmission has a first coupling device, which is designed for coupling of the first intermediate gear and the ring gear.
  • a second coupling device is designed for coupling the second input shaft and the planet carrier.
  • a third coupling device is designed for coupling the first output gear to the output shaft.
  • a fourth coupling device is designed for coupling the second output gear to the output shaft.
  • the hybrid transmission has a control device for controlling the coupling devices so that they can be opened and closed.
  • the control device may be formed as a separate control device, but it is also possible that this is realized as a functional module of a central control of the vehicle.
  • the hybrid transmission can take a variety of operating conditions, which are described below.
  • the hybrid transmission is a total solution, which is a variety of optional benefits depending on the realized operating conditions, such as:
  • the hybrid transmission is in particular designed to occupy at least one, some, any selection or all of the operating states in the following table.
  • the position (Pos) designates the switching state of the respective operating state.
  • the letters are assigned as follows:
  • the fifth coupling device is optional and will be explained later. If the fifth coupling device is present, it will be switched as shown in the table. If this does not happen, the corresponding column is omitted. "1" means that the respective coupling device is closed and a torque is transmitted via the coupling device or at least is transferable. “0” means that the coupling device is open and no torque can be transmitted.
  • this operating state forms a starting state for an internal combustion engine starting.
  • an internal combustion engine starting without friction elements and / or other starting elements is possible.
  • the electric motor When starting, the electric motor is first operated or entrained in a rotational direction, so that an electric power is subtracted from the power of the internal combustion engine in the planetary gear section acting as a transfer case.
  • the electric motor is set in a generator mode.
  • a braking torque can be applied by generator operation, in the opposite / negative direction of rotation.
  • the generator speed of the electric motor or the first input shaft With increasing speed of the vehicle, the generator speed of the electric motor or the first input shaft is reduced.
  • a holding torque of the electric motor is applied.
  • the positive direction of rotation of the electric motor is used as a traction motor and the planetary gear section acts as a summation gear.
  • Position 4 Power Shift 0
  • the torque path between the first input shaft or the electric motor and the output shaft, as established in the operating position position 3 is maintained, so that traction interruption-free indexing is possible.
  • a torque path between the internal combustion engine and the output shaft is established, with this torque path running via the second coupling device B. If now switched from the operating state position 3 with the aim of the operating state position 5, the sun gear and the planet carrier are brought to the same speed by the speed between the first input shaft and the second input shaft or between the electric motor and the engine is adjusted so that the coupling device B can be closed.
  • This operating state is a purely internal combustion engine operating state, wherein the drive torque is generated exclusively by the internal combustion engine.
  • the torque path between the electric motor or the first input shaft and the output shaft is opened by opening the coupling device A.
  • This operating state thus represents a mixed operating state or hybrid state.
  • the first coupling device comprises an intermediate shaft, wherein the first intermediate gear is arranged as idler gear on the intermediate shaft and the ring gear is rotatably connected to the intermediate shaft.
  • the first coupling device is designed to couple the first intermediate gear to the intermediate shaft.
  • the first idler gear is disposed as a fixed gear on the intermediate shaft and the ring gear forms a idler gear with respect to the intermediate shaft, wherein the first coupling device is configured to couple the ring gear to the intermediate shaft.
  • this embodiment is technically complex, it is preferred that this is rotatably connected to the intermediate shaft, so that the bearing of the ring gear can take place via the intermediate shaft and is thereby simplified.
  • the coupling devices is designed as a form-locking coupling and in particular as a dog clutch.
  • frictionally engaged coupling devices are dispensed with so that a particularly low-friction operation is possible in the operating states.
  • the hybrid transmission has a freewheel device for the rotational direction-dependent decoupling of the internal combustion engine from the second input shaft.
  • the internal combustion engine has a starter device, in particular a pinion starter or a belt starter.
  • the hybrid transmission has a third gear stage section, which comprises a third input gear and a third output gear.
  • the third input gear is rotatably coupled to the ring gear, the third output gear is arranged as a loose wheel on the output shaft.
  • the third input gear is in operative connection with the third output gear, particularly preferably these two wheels mesh directly with each other.
  • the hybrid transmission has a fifth coupling device, which is designated in the table with E, which is designed to couple the third output gear to the output shaft.
  • the fifth coupling device can also be designed as a form-locking coupling, in particular a dog clutch.
  • the comparatively small complement of the third gear stage section makes it possible to achieve up to three further operating states, wherein the hybrid transmission can implement one, some, any selection or all operating states.
  • the operating conditions are shown with the same nomenclature as before in the following table:
  • This operating state corresponds to the operating state in position 7, so reference is made to the description in this regard.
  • This operating state is a mixed operating state, wherein a torque path extends from the first input shaft via the first transmission section to the output shaft and, moreover, a torque path extends from the second input shaft via the planetary gear section and the third gear step section to the output shaft.
  • the first input shaft is coupled to the output shaft via the planetary gear portion and the third gear stage portion.
  • a mixed operating state or hybrid operating state is present again.
  • the fourth and the fifth coupling device are jointly designed as an exchangeable coupling device, in particular a reciprocal coupling device, in particular a coaxially alternating switching device, wherein a central coupling element (exclusively) alternatively the fourth coupling device or the fifth Can close coupling device.
  • the interchangeable coupling device further reduces the number of components of the hybrid transmission.
  • the actuation of the coupling devices can take place via a central electromechanical or hydraulic gear regulator.
  • Another object of the invention relates to a vehicle having an electric motor and an internal combustion engine and the hybrid transmission as described above.
  • the electric motor is connected to the first input shaft, the internal combustion engine is in operative connection with the second input shaft.
  • Another possible object of the invention relates to a method for switching the hybrid transmission and / or the vehicle, being changed from a first operating state in a second operating state.
  • FIGS. 1 - 12 different operating states of a hybrid transmission as an embodiment of the invention
  • FIG 13 is a schematic representation of the hybrid transmission of the preceding figures, wherein the individual components are provided with reference numerals.
  • FIG. 13 shows a hybrid transmission 1, which is designed as part of a drive train of a vehicle 2.
  • the vehicle 2 or the hybrid transmission 1 has as traction motors an electric motor 3 and an internal combustion engine 4.
  • a drive torque of the electric motor 3 and / or the internal combustion engine 4 can be passed to an output 5, wherein the output 5 is formed in this example as a differential device 6 and the Antnebsfelnnonnent example, distributed to two driven wheels of an axle of the vehicle 2.
  • the electric motor 3 is operatively connected to a first input shaft 7.
  • a rotor of the electric motor 3 is rotatably connected to the first input shaft 7.
  • the internal combustion engine 4 is connected via an optional freewheel device 8 to a second input shaft 9 in at least one direction of rotation such that a drive torque can be conducted from the internal combustion engine 4 to the second input shaft 9.
  • the output 5 is set via an output shaft 10 in operative connection.
  • the output shaft 10 has a driven wheel 1 1, which meshes with a drive wheel 12 of the output 5 or the differential device 6.
  • the hybrid transmission 1 has a first gear stage section 13, which comprises a first input gear 13.1, a first intermediate gear 13.2 and a first output gear 13.3.
  • the first gear stage portion 13 is formed as a spur gear stage portion.
  • the first input gear 13.1 meshes with the first intermediate 13.2.
  • the first intermediate gear 13.2 meshes with the first output gear 13.3.
  • the first input gear 13.1 is mounted as a fixed gear on the first input shaft 7.
  • the first output gear 13.3 sits as a loose wheel on the output shaft 10.
  • the first intermediate 13.2 is formed as a loose wheel.
  • Between the first input gear 13.1 and the first intermediate 13.2 a translation i4 is provided. Between the first intermediate gear 13.2 and the first output gear 13.3 is a translation i1 before.
  • the hybrid transmission 1 has a planetary gear section 14, which includes a sun gear 14.1, a planet carrier 14.2 - also called web - a plurality of planetary gears 14.3 and a ring gear 14.4.
  • the sun gear 14.1 is rotatably connected to the second input shaft 9.
  • the planet gears 14.3 sit with their axes of rotation spaced from the second input shaft 9 rotatably mounted on the Planet carrier 14.2 and comb with the sun gear 14.1.
  • the ring gear 14.4 also meshes with the planetary gears 14.3.
  • a first coupling device A is provided between the planetary gear portion 14 and the first gear stage section 13, which - seen functionally - allows a releasable coupling between the ring gear 14.4 and the first intermediate 13.2.
  • the first coupling device A comprises an intermediate shaft 15, to which the first intermediate gear 13.2 is placed as a loose wheel.
  • the first coupling device A allows a releasable, non-rotatable coupling between the intermediate shaft 15 and the first intermediate 13.2.
  • the first coupling device A on a jaw clutch for a positive coupling of said components.
  • the hybrid transmission 1 has a second coupling device B, which is functionally designed for releasable, rotationally fixed coupling between the second input shaft 9 and the planet carrier 14.2.
  • the second coupling device B can also be designed as a dog clutch.
  • the planet carrier 14.2 can be divided into a support section 14.5 and a bearing section 14.6, wherein the bearing section 14.6 has a smaller outer diameter than the support section 14.5.
  • the planet carrier 14.2 is stepped.
  • the second coupling device B couples the second input shaft 9 to the bearing section 14.6.
  • the hybrid transmission 1 has a second gear stage section 16, which comprises a second input gear 16.1 and a second output gear 16.2.
  • the second input gear 16.1 is rotatably connected to the planet carrier 14.2 and placed in particular on the bearing section 14.6.
  • the second output gear 16.2 is placed as a loose wheel on the output shaft 10.
  • the hybrid transmission 1 has a third coupling device C, wherein the third coupling device C is - seen functionally - designed to releasably, the output shaft 10, rotatably coupled to the first output gear 13.3.
  • the third coupling device C is formed as a dog clutch.
  • the hybrid transmission 1 further has a third gear stage section 17, wherein the third gear stage section 17 has a third input gear 17.1 and a third output gear 17.2.
  • the third input gear 17.1 is rotatably connected to the ring gear 14.4 and formed as an external toothing to this.
  • the third output gear 17.2, however, is designed as a loose wheel on the output shaft 10.
  • the hybrid transmission 1 has a fourth coupling device D, wherein the fourth coupling device D - seen functionally - is designed to releasably rotatably couple the output shaft 10 with the second output gear 16.2 or decouple. Furthermore, the hybrid transmission 1 has a fifth coupling device E, which - seen functionally - is designed to releasably rotatably couple the output shaft 10 with the third output gear 17.2 or decouple.
  • the fourth coupling device D and the fifth coupling device E as an exchange coupling device, in particular a mutual coupling device, in particular a coaxially mutual switching device is formed, which has a common coupling element, which alternatively coupling the output shaft 10 with the second output gear 16.2 or can implement with the third output 17.2 (either or).
  • the fourth coupling device D and / or the fifth coupling device E can be designed as a dog clutch.
  • the second gear stage section 16 has the gear ratio i3, the third gear stage section 17 has the gear ratio i2.
  • the amounts of the translations i1, i2, i3, i4 are different.
  • the hybrid transmission 1 has a control device 18, which is designed to switch the coupling devices A, B, C, D, E and thus to set different operating states.
  • the fifth coupling device E and the third gear stage section 17 are omitted.
  • FIGS. 1 to 12 the switching states of the coupling devices A, B, C, D, E are each visualized by squares.
  • a black-colored square here means that the respective coupling device is closed, a white square means that the respective coupling device is open.
  • the torque path M runs from the internal combustion engine 4 or the second input shaft 9, via the second coupling device B, the planetary gear section 14, via the first gear stage section 13, via the first coupling device A to the electric motor 3 or to the first input shaft 7
  • the position 1 is thus shown in FIG. 1, the torque path M being from the internal combustion engine 4, to the second input shaft 9, via the second coupling device B, via the planet carrier 14.2, via the ring gear 14.4, via the first coupling device A the first intermediate gear 13.2, via the first input gear 13.1, via the first input shaft 7 to the electric motor 3 runs.
  • the position 2 is shown, wherein a torque path M is passed from the electric motor 3 and the first input shaft 7 via the first gear stage section 13 and the third coupling device C to the output shaft 10.
  • FIG. 4 shows a torque path M originating from the electric motor 3 or the input shaft 7, via the first gear stage section 13, the first coupling device A, the planetary gear section 14, the second gear step section 16 to the output shaft 10.
  • a second torque path M which leads from the internal combustion engine 4 and the second input shaft 9 via the second coupling device B, the second gear stage section 16 to the output shaft 10.
  • the position 5 is shown in FIG. 5, wherein the first torque path M in FIG. 4 is deactivated by opening the first coupling device A.
  • the second torque path M of Figure 4 / position 4 is closed.
  • the position 6 of the hybrid transmission 1 is shown, wherein by activation of the third coupling device C, a torque path M between the electric motor 3 and the first input shaft 7 and the output shaft 10 is formed, which extends over the first gear stage section 13.
  • the second torque path M of Figure 4 / position 4 is closed.
  • FIG. 7 with the position 7 the torque path M between the internal combustion engine 4 and the second input shaft 9 to the output shaft 10 is deactivated in comparison with FIG.
  • the figure 8 with the position 8 of the runs Torque path M of the position 7.
  • a torque path M between the engine 4 and the first transmission portion 13 is formed.
  • FIG. 9 with the position 9, the state according to FIG. 7 / position 7 is assumed again.
  • FIG. 10 a torque path M from the internal combustion engine 4 or the second input shaft 9 via the second coupling device B, the planetary gear section 14, the third gear step section 17 to the output shaft 10 is formed.
  • Another torque path M is closed between the electric motor 3, the first transmission section 13 and the output shaft 10. 1 1, the position 1 1 of the hybrid transmission 1 is shown, wherein the torque path M between the electric motor 3 and the first input shaft 7 and the output shaft 10 has been deactivated by deactivating the third coupling device C compared to the position 10 in FIG ,
  • a new torque path M is formed between the electric motor 3 or the first input shaft 7 and the output shaft 10, which runs via the first gear stage section 13, the first coupling device A, the planetary gear section 14 and the third gear step section 17 to the output shaft 10 ,
  • a torque of one of the traction motors ie the electric motor 3 or the internal combustion engine 4 is routed to the output shaft 10 at any time by an upshifting and / or downshifting and / or switching of the positions 1-12.
  • a traction interruption-free operation can always be provided.

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Abstract

Hybridgetriebe (1) für ein Fahrzeug (2), mit einer ersten Eingangswelle (7) zur Ankopplung eines ersten Traktionsmotors (3), mit einer zweiten Eingangswelle (9) zur Ankopplung eines zweiten Traktionsmotors (4), mit einer Ausgangswelle (10) zur Ankopplung eines Abtriebs (5), mit einem ersten Getriebestufenabschnitt (13), der ein erstes Eingangsrad (13.1), ein erstes Zwischenrad (13.2) und ein erstes Ausgangsrad (13.3) aufweist, wobei das erste Eingangsrad (13.1) drehfest auf der ersten Eingangswelle (7) angeordnet ist, wobei das erste Ausgangsrad (13.3) als ein Losrad auf der Ausgangswelle (10) angeordnet ist, wobei das Zwischenrad (13.2) mit dem ersten Eingangsrad (13.1) und mit dem ersten Ausgangsrad (13.3) in Wirkverbindung steht, mit einem Planetengetriebeabschnitt (14), der ein Sonnenrad (14.1), einen Planetenträger (14.2), eine Mehrzahl von Planetenrädern (14.3) und ein Hohlrad (14.4) aufweist, wobei die Planetenräder (14.3) auf dem Planetenträger (14.2) drehbar angeordnet sind und mit dem Sonnenrad (14.1 ) und mit dem Hohlrad (14.4) kämmen, wobei das Sonnenrad (14.1) mit der zweiten Eingangswelle (9) drehfest verbunden ist, mit einem zweiten Getriebestufenabschnitt (16), der ein zweites Eingangsrad (16.1) und ein zweites Ausgangsrad (16.2) aufweist, wobei das zweite Eingangsrad (16.1) und das zweite Ausgangsrad (16.2) miteinander in Wirkverbindung stehen, wobei das zweite Eingangsrad (16.1) drehfest mit dem Planetenträger (14.2) verbunden ist und das zweite Ausgangsrad (16.2) als Losrad auf der Ausgangswelle (10) angeordnet ist, mit einer ersten Kopplungseinrichtung (A) zur Kopplung von dem ersten Zwischenrad (13.2) und dem Hohlrad (14.4), mit einer zweiten Kopplungseinrichtung (B) zur Kopplung der zweiten Eingangswelle (9) und dem Planetenträger (14.2), mit einer dritten Kopplungseinrichtung (C) zur Kopplung des ersten Ausgangsrads (13.3) mit der Ausgangswelle (10) und mit einer vierten Kopplungseinrichtung (D) zur Kopplung des zweiten Ausgangsrads (16.2) mit der Ausgangswelle (10) sowie mit einer Steuereinrichtung (18) zur Steuerung der Kopplungseinrichtungen (A, B, C, D).

Description

Hybridgetriebe für ein Fahrzeug sowie Fahrzeug mit dem Hybridgetriebe
Die Erfindung betrifft ein neuartiges Hybridgetriebe für ein Fahrzeug mit einer ersten Eingangswelle zur Ankopplung eines ersten Traktionsmotors, mit einer zweiten Eingangswelle zur Ankopplung eines zweiten Traktionsmotors, mit einer Ausgangswelle zur Ankopplung eines Abtriebs, mit einem ersten Getriebestufenabschnitt, wobei der erste Getriebestufenabschnitt ein erstes Eingangsrad, ein erstes Zwischenrad und ein erstes Ausgangsrad aufweist, wobei das erste Eingangsrad drehfest auf der ersten Eingangswelle angeordnet ist, wobei das erste Ausgangsrad als ein Losrad auf der Ausgangswelle angeordnet ist, wobei das Zwischenrad mit dem ersten Eingangsrad und mit dem ersten Ausgangsrad in Wirkverbindung steht, mit einem Planetengetriebeabschnitt, wobei der Planetengetriebeabschnitt ein Sonnenrad, einen Planetenträger, eine Mehrzahl von Planetenrädern und ein Hohlrad aufweist, wobei die Planetenräder auf dem Planetenträger drehbar angeordnet sind und mit dem Sonnenrad und mit dem Hohlrad kämmen, wobei das Sonnenrad mit der zweiten Eingangswelle drehfest verbunden ist, mit einem zweiten Getriebestufenabschnitt, wobei der zweite Getriebestufenabschnitt ein zweites Eingangsrad und ein zweites Ausgangsrad aufweist, wobei das zweite Eingangsrad und das zweite Ausgangsrad miteinander in Wirkverbindung stehen, wobei das zweite Eingangsrad drehfest mit dem Planetenträger verbunden ist und das zweite Ausgangsrad als Losrad auf der Ausgangswelle angeordnet ist, mit einer ersten Kopplungseinrichtung zur Kopplung von dem ersten Zwischenrad und dem Hohlrad, mit einer zweiten Kopplungseinrichtung zur Kopplung der zweiten Eingangswelle und dem Planetenträger, mit einer dritten Kopplungseinrichtung zur Kopplung des ersten Ausgangsrads mit der Ausgangswelle und mit einer vierten Kopplungseinrichtung zur Kopplung des zweiten Ausgangsrads mit der Ausgangswelle sowie mit einer Steuereinrichtung zur Steuerung der Kopplungseinrichtungen. Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug mit diesem Hybridgetriebe.
Hybridfahrzeuge weisen als Traktionsmotoren sowohl einen Elektromotor als auch einen Verbrennungsmotor auf. Diese beiden Traktionsmotoren können in unterschiedlichen Betriebszustanden des Hybridfahrzeugs wahlweise alternativ oder gemeinsam genutzt werden, um ein Antriebsdrehmoment für das Hybridfahrzeug zur Verfügung zu stellen.
Beispielsweise ist in der Druckschrift DE 10 2013 210 012 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, ein Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug gezeigt. Der Antriebsstrang weist eine Eingangswelle für einen Elektromotor, eine Eingangswelle für einen Verbrennungsmotor sowie eine Ausgangswelle zur Kopplung mit einer Differentialeinrichtung auf, wobei die Wellen über eine Mehrzahl von Getriebestufen miteinander in Wirkverbindung gebracht werden können, sodass eine Vielzahl von Betriebszustanden des Antriebsstrangs möglich ist.
Die DE 10 201 1 089 708 A1 beschreibt einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs mit einem Planetengetriebe, das ein drehfest mit einer Eingangswelle verbundenes Eingangselement, ein über Gangschaltelemente wechselweise gehäusefest arretierbares oder anderweitig mit dem Planetengetriebe verbindbares Zwischenelement und ein Ausgangselement aufweist.
Die DE 10 2013 214 950 A1 beschreibt eine Drehmomentüberlagerungseinrichtung für einen Hybridantrieb, wobei auf einem Planetenradsatz eine form- und/oder reibschlüssige Kupplung zur alternativ anwählbaren drehmomentfesten Verbindung mit einer Übersetzungseinrichtung angeordnet ist.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Hybridgetriebe für ein Fahrzeug vorzuschlagen, welches eine Alternative zu den bekannten Getriebekonzepten bildet. Diese Aufgabe wird durch ein Hybridgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Der Gegenstand der Erfindung ist ein Hybridgetriebe, welches für ein Fahrzeug geeignet und/oder ausgebildet ist. Das Hybridgetriebe bildet einen Teil des Antriebsstrangs des Fahrzeugs und dient dazu, ein Antriebsdrehmoment von genau oder mindestens einem Elektromotor und/oder von einem Verbrennungsmotor zu einem Abtrieb zu leiten und gegebenenfalls umzusetzen, insbesondere zu übersetzen oder zu untersetzen.
Das Fahrzeug ist vorzugsweise als ein Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Bus, etc. ausgebildet. Das über das Hybridgetriebe übertragene Antriebsdrehmoment dient für den Antrieb des Fahrzeugs, zum Beispiel im Straßenverkehr. Insbesondere kann das Fahrzeug durch das über das Hybridgetriebe übertragene Antriebsdrehmoment auf eine Geschwindigkeit größer als 50 km/h beschleunigt werden.
Das Hybridgetriebe weist eine erste Eingangswelle zur Ankopplung eines ersten Traktionsmotors auf. Ferner weist das Hybridgetriebe eine zweite Eingangswelle zur Ankopplung eines zweiten Traktionsmotors auf. Einer der Traktionsmotoren ist als der Elektromotor, der andere als der Verbrennungsmotor ausgebildet. Vorzugsweise ist der erste Traktionsmotor als der Elektromotor und der zweite Traktionsmotor als der Verbrennungsmotor ausgebildet. Optional bilden die zwei Traktionsmotoren, insbesondere der Elektromotor und der Verbrennungsmotor, einen Bestandteil des Hybridgetriebes.
Ferner umfasst das Hybridgetriebe eine Ausgangswelle zur Ankopplung des Abtriebs. Optional wird der Abtrieb durch eine Differentialeinrichtung gebildet. Die Differentialeinrichtung kann insbesondere als eine Längsdifferentialeinrichtung oder als eine Querdifferentialeinrichtung ausgebildet sein.
Besonders bevorzugt sind die erste Eingangswelle, die zweite Eingangswelle und die Ausgangswelle parallel zueinander angeordnet.
Das Hybridgetriebe weist einen ersten Getriebestufenabschnitt auf, welcher ein erstes Eingangsrad, ein erstes Zwischenrad und ein erstes Ausgangsrad umfasst. Vorzugsweise sind die genannten Räder als Stirnzahnräder ausgebildet. Das erste Eingangsrad ist drehfest auf der ersten Eingangswelle angeordnet. Das erste Ausgangsrad ist als ein Losrad auf der Ausgangswelle angeordnet, welches somit relativ zu der Ausgangswelle rotieren kann. Das Zwischenrad steht mit dem ersten Eingangsrad und mit dem ersten Ausgangsrad in Wirkverbindung. Insbesondere kämmt das Zwischenrad mit dem ersten Eingangsrad und mit dem ersten Ausgangsrad.
Einen weiteren Bestandteil des Hybridgetriebes bildet ein Planetengetriebeabschnitt, wobei der Planetengetriebeabschnitt besonders bevorzugt als ein Stirnradplanetengetriebeabschnitt ausgebildet ist. Der Planetengetriebeabschnitt umfasst ein Sonnenrad, einen Planetenträger, eine Mehrzahl von Planetenrädern sowie ein Hohlrad. Die Planetenräder sind auf dem Planetenträger drehbar angeordnet. Es ist vorgesehen, dass die Drehachsen der Planetenräder auf einem gemeinsamen Teilkreis um die Drehachse des Planetenträgers verteilt sind. Die Planetenräder kämmen zum einen mit dem Sonnenrad und zum anderen mit dem Hohlrad. Das Sonnenrad ist mit der zweiten Eingangswelle drehfest verbunden.
Ferner weist das Hybridgetriebe einen zweiten Getriebestufenabschnitt auf, welcher ein zweites Eingangsrad und ein zweites Ausgangsrad umfasst. Das zweite Eingangsrad und das zweite Ausgangsrad stehen miteinander in Wirkverbindung, insbesondere kämmen diese beiden Räder unmittelbar miteinander. Das zweite Eingangsrad ist drehfest mit dem Planetenträger verbunden, sodass dieses mit dem Planetenträger rotiert. Das zweite Ausgangsrad ist als ein Losrad auf der Ausgangswelle angeordnet, sodass dieses unabhängig von der Ausgangswelle rotieren kann.
Zur Steuerung des Hybridgetriebes weist dieses eine Mehrzahl von Kopplungseinrichtungen auf. Die Kopplungseinrichtungen sind ausgebildet, zwei Elemente oder Komponenten des Hybridgetriebes miteinander zu koppeln. Insbesondere bedeutet koppeln, dass diese Komponenten miteinander drehfest gesetzt werden können und wieder voneinander gelöst werden können. Somit dienen die Kopplungseinrichtungen insbesondere zur lösbaren Kopplung von zwei Komponenten.
Das Hybridgetriebe weist eine erste Kopplungseinrichtung auf, welche zur Kopplung von dem ersten Zwischenrad und dem Hohlrad ausgebildet ist. Eine zweite Kopplungseinrichtung ist zur Kopplung der zweiten Eingangswelle und dem Planetenträger ausgebildet. Eine dritte Kopplungseinrichtung ist zur Kopplung des ersten Ausgangsrads mit der Ausgangswelle ausgebildet. Eine vierte Kopplungseinrichtung ist zur Kopplung des zweiten Ausgangsrads mit der Ausgangswelle ausgebildet.
Das Hybridgetriebe weist eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Kopplungseinrichtungen auf, sodass diese geöffnet und geschlossen werden können. Die Steuereinrichtung kann als eine separate Steuereinrichtung ausgebildet sein, es ist jedoch auch möglich, dass diese als Funktionsmodul einer zentralen Steuerung des Fahrzeugs realisiert ist.
Durch die beschriebene Architektur ist es möglich, dass das Hybridgetriebe eine Vielzahl von Betriebszuständen einnehmen kann, welche nachfolgend beschrieben werden. Damit stellt das Hybridgetriebe eine Gesamtlösung dar, welche eine Vielzahl von optionalen Vorteilen in Abhängigkeit der realisierten Betriebszustände vereinen kann, wie zum Beispiel:
■ mindestens ein neutraler Betriebszustand
■ mindestens ein elektrisch-verbrennungsmotorischer, und somit gemischter Betriebszustand
■ mindestens ein rein elektrischer Betriebszustand
■ mindestens ein rein verbrennungsmotorischer Betriebszustand
■ mindestens ein Zwischenzustand für ein Zugkraftunterbrechungsfreies Schalten zwischen den Betriebszuständen
■ mindestens ein Anfahrbetriebszustand für ein rein elektromotorisches Anfahren
■ mindestens ein Anfahrbetriebszustand für ein verbrennungsmotorisches Anfahren
Das Hybridgetriebe ist insbesondere ausgebildet, mindestens einen, einige, eine beliebige Auswahl oder alle der Betriebszustände in der nachfolgenden Tabelle einzunehmen. Dabei bezeichnet die Position (Pos) den Schaltzustand des jeweiligen Betriebszustands. Die Buchstaben sind wie folgt zugeordnet:
A erste Kopplungseinrichtung
B zweite Kopplungseinrichtung
C dritte Kopplungseinrichtung
D vierte Kopplungseinrichtung
E fünfte Kopplungseinrichtung
Die fünfte Kopplungseinrichtung ist optional und wird später erläutert. Sollte die fünfte Kopplungseinrichtung vorhanden sein, wird sie wie in der Tabelle dargestellt geschaltet. Ist diese nicht vorgehen, entfällt die entsprechende Spalte. "1 " bedeutet, dass die jeweilige Kopplungseinrichtung geschlossen ist und ein Drehmoment über die Kopplungseinrichtung übertragen wird oder zumindest übertragbar ist. "0" bedeutet, dass die Kopplungseinrichtung geöffnet ist und kein Drehmoment übertragen werden kann.
Figure imgf000009_0001
Position 1 : Neutraler Betriebszustand oder Generatorbetriebszustand
In dem Betriebszustand gemäß Position 1 ist ein Momentenweg zwischen der ersten und der zweiten Eingangswelle geschlossen, sodass der Verbrennungsmotor den Elektromotor als Generator antreiben kann. Vorteilhaft in diesem Betriebszustand ist die Möglichkeit, den Elektromotor als Generator zu nutzen.
Position 2: Betriebszustand EM I
In diesem Betriebszustand ist ein Momentenpfad zwischen der ersten Eingangswelle und der Ausgangswelle geschlossen, wohingegen ein Momentenpfad zwischen dem Verbrennungsmotor und der Ausgangswelle geöffnet ist. Dieser Betriebszustand bildet damit einen Anfahrbetriebszustand für ein rein elektromotorisches Anfahren und/oder einen ersten rein elektrischen Betriebszustand, wobei das Fahrzeug ausschließlich elektrisch vorangetrieben wird. Position 3: Betriebszustand eCVT
In diesem Betriebszustand ist ein Momentenpfad zwischen der zweiten Eingangswelle und der Ausgangswelle über den Planetengetriebeabschnitt geschlossen. Ferner ist ein Momentenweg von der ersten Eingangswelle zu dem Planetengetriebeabschnitt geschlossen. Der Planetengetriebeabschnitt wirkt beim Anfahren als Verteilergetriebe, wobei der Elektromotor in Abhängigkeit seines Drehmoments ein Drehmoment auf den Abtrieb in Abhängigkeit des Drehmoments des Verbrennungsmotors aufbringt und/oder der Verbrennungsmotor auf den Abtrieb ein Drehmoment in Abhängigkeit seines Drehmoments und in Abhängigkeit des Drehmoments des Elektromotors aufbringt. Damit bildet dieser Betriebszustand einen Anfahrzustand für ein verbrennungsmotorisches Anfahren. Insbesondere ist ein verbrennungsmotorisches Anfahren ohne Reibelemente und/oder andere Anfahrelemente möglich. Bei dem Anfahren wird zunächst der Elektromotor in einer Drehrichtung betrieben oder mitgeschleppt, sodass eine elektrische Leistung von der Leistung des Verbrennungsmotors in dem als Verteilergetriebe wirkenden Planetengetriebeabschnitt abgezogen wird. Hierbei wird der Elektromotor in einen Generatorbetrieb gesetzt. Damit ist es möglich, das an der Ausgangswelle anliegende Gesamtdrehmoment zunächst zu reduzieren oder sogar auf 0 zu setzen und dann langsam zu steigern, um ein verbrennungsmotorisches Anfahren zu erreichen. Beispielsweise kann mit der elektrischen Maschine ein Bremsmoment durch Generatorbetrieb aufgebracht werden, bei gegenläufiger/negativer Drehrichtung. Mit zunehmender Geschwindigkeit des Fahrzeugs wird die Generatordrehzahl des Elektromotors beziehungsweise der ersten Eingangswelle reduziert. Im Punkt der Drehrichtungsumkehr der ersten Eingangswelle wird ein Haltemoment des Elektromotors aufgebracht. Bei positiver Drehrichtung wird der Elektromotor als Traktionsmotor genutzt und der Planetengetriebeabschnitt wirkt als Summationsgetriebe.
Position 4: Power Shift 0 ln diesem Betriebszustand bleibt der Momentenpfad zwischen der ersten Eingangswelle beziehungsweise dem Elektromotor und der Ausgangswelle, wie dieser in dem Betriebszustand Position 3 etabliert wurde, erhalten, sodass ein Zugkraftunterbrechungsfreies Weiterschalten möglich ist. Zudem wird ein Momentenpfad zwischen den Verbrennungsmotor und der Ausgangswelle etabliert, wobei dieser Momentenpfad über die zweite Kopplungseinrichtung B läuft. Wird nun aus dem Betriebszustand Position 3 mit dem Ziel des Betriebszustands Position 5 geschalten, werden das Sonnenrad und der Planetenträger auf die gleiche Drehzahl gebracht, indem die Drehzahl zwischen der ersten Eingangswelle und der zweiten Eingangswelle beziehungsweise zwischen Elektromotor und Verbrennungsmotor angepasst wird, damit die Kopplungseinrichtung B geschlossen werden kann.
Position 5: Betriebszustand VKM I
Dieser Betriebszustand ist ein rein verbrennungsmotorischer Betriebszustand, wobei das Antriebsdrehmoment ausschließlich vom Verbrennungsmotor erzeugt wird. Der Momentenpfad zwischen dem Elektromotor beziehungsweise die erste Eingangswelle und der Ausgangswelle ist durch Öffnen der Kopplungseinrichtung A geöffnet.
Position 6: EM l/VKM I
In diesem Betriebszustand wird ein Momentenpfad zwischen der ersten Eingangswelle und der Ausgangswelle über den ersten Getriebestufenabschnitt gebildet, sodass dieser Betriebszustand einen elektrisch-verbrennungsmotorischen und somit gemischten Betriebszustand oder Hybridbetriebszustand bildet.
Position 7: Power Shift I
In diesem Betriebszustand wird der Momentenpfad zwischen der zweiten Eingangswelle beziehungsweise dem Verbrennungsmotor und der Ausgangswelle geöffnet, sodass ein rein elektromotorischer Betriebszustand vorliegt. Zugleich bildet dieser Betriebszustand einen Zugkraftunterbrechungsfreien Übergangszustand zu dem Betriebszustand Position 8. Position 8: EM l/VKM II
In diesem Betriebszustand wird das Antriebsdrehmoment der zweiten Eingangswelle über den Planetengetriebeabschnitt zu dem ersten Getriebestufenabschnitt geleitet und dort mit dem Antriebsdrehmoment der ersten Eingangswelle beziehungsweise des Elektromotors zusammengeführt, sodass über den ersten Getriebestufenabschnitt sowohl ein Momentenpfad von dem Elektromotor als auch von dem Verbrennungsmotor zu der Ausgangswelle führt. Dieser Betriebszustand stellt somit einen gemischten Betriebszustand beziehungsweise Hybridzustand dar.
In einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung umfasst die erste Kopplungseinrichtung eine Zwischenwelle, wobei das erste Zwischenrad als Losrad auf der Zwischenwelle angeordnet ist und das Hohlrad mit der Zwischenwelle drehfest verbunden ist. Die erste Kopplungseinrichtung ist ausgebildet, das erste Zwischenrad mit der Zwischenwelle zu koppeln. Alternativ wäre es möglich, dass das erste Zwischenrad als ein Festrad auf der Zwischenwelle angeordnet ist und das Hohlrad ein Losrad in Bezug auf die Zwischenwelle bildet, wobei die erste Kopplungseinrichtung ausgebildet ist, das Hohlrad mit der Zwischenwelle zu koppeln. Nachdem diese Ausgestaltung technisch aufwändiger ist, ist es bevorzugt, dass dieses mit der Zwischenwelle drehfest verbunden ist, sodass die Lagerung des Hohlrads über die Zwischenwelle erfolgen kann und dadurch vereinfacht ist.
Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens eine, einige oder alle der Kopplungseinrichtungen als eine Formschlusskupplung und insbesondere als eine Klauenkupplung ausgebildet. In dieser Weise wird auf reibschlüssige Kupplungseinrichtungen verzichtet, sodass in den Betriebszuständen ein besonders reibungsarmer Betrieb möglich ist. Durch die besondere Architektur des Hybridgetriebes ist es auch möglich - wie bereits beschrieben -, Betriebszustände zum Anfahren bereitzustellen, ohne dass auf Reibschlusselemente als Anfahrelemente zurückgegriffen werden muss. Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das Hybridgetriebe eine Freilaufeinrichtung zur drehrichtungsabhängigen Entkopplung des Verbrennungsmotors von der zweiten Eingangswelle auf. Allgemein und in dieser Weiterbildung besonders bevorzugt weist der Verbrennungsmotor eine Anlassereinrichtung, insbesondere einen Ritzelstarter oder einen Riemenstarter, auf.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das Hybridgetriebe einen dritten Getriebestufenabschnitt auf, welcher ein drittes Eingangsrad und ein drittes Ausgangsrad umfasst. Das dritte Eingangsrad ist mit dem Hohlrad drehfest gekoppelt, das dritte Ausgangsrad ist als ein Losrad auf der Ausgangswelle angeordnet. Das dritte Eingangsrad steht mit dem dritten Ausgangsrad in Wirkverbindung, besonders bevorzugt kämmen diese beiden Räder unmittelbar miteinander. Ferner weist das Hybridgetriebe eine fünfte Kopplungseinrichtung auf, welche in der Tabelle mit E bezeichnet wird, welche zur Kopplung des dritten Ausgangsrads mit der Ausgangswelle ausgebildet ist. Die fünfte Kopplungseinrichtung kann ebenfalls als eine Formschlusskupplung, insbesondere Klauenkupplung, ausgebildet sein.
Durch die vergleichsweise kleine Ergänzung des dritten Getriebestufenabschnitts wird es möglich, bis zu drei weitere Betriebszustände zu erreichen, wobei das Hybridgetriebe einen, einige, eine beliebige Auswahl oder alle Betriebszustände umsetzen kann. Die Betriebszustände sind mit der gleichen Nomenklatur wie zuvor in der nachfolgenden Tabelle dargestellt:
Betriebszustand Pos A B c D E
Powershift I 9 0 1 1 0 0
EM l/VKM III 10 0 1 1 0 1
Powershift II 1 1 0 1 0 0 1 EM ll / VKM III 12 1 1 0 0 1
Position 9: Power Shift I
Dieser Betriebszustand entspricht dem Betriebszustand in der Position 7, sodass auf die diesbezügliche Beschreibung verwiesen wird.
Position 10: EM l/VKM III
Dieser Betriebszustand ist ein gemischter Betriebszustand, wobei ein Momentenpfad von der ersten Eingangswelle über den ersten Getriebeabschnitt zu der Ausgangswelle verläuft und zudem ein Momentenpfad von der zweiten Eingangswelle über den Planetengetriebeabschnitt und den dritten Getriebestufenabschnitt zu der Ausgangswelle verläuft.
Position 1 1 : Power Shift II
In diesem Betriebszustand wird der Momentenpfad zwischen der ersten Eingangswelle und der Ausgangswelle über den ersten Getriebeabschnitt geöffnet, sodass ein rein verbrennungsmotorischer Betriebszustand erreicht ist.
Position 12: EM IIA/KM III
In diesem Betriebszustand wird die erste Eingangswelle über den Planetengetriebeabschnitt und den dritten Getriebestufenabschnitt an die Ausgangswelle gekoppelt. Damit liegt in diesem Betriebszustand wieder ein gemischter Betriebszustand beziehungsweise Hybridbetriebszustand vor.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die vierte und die fünfte Kopplungseinrichtung gemeinsam als eine Wechselkopplungseinrichtung, insbesondere eine wechselseitige Kopplungseinrichtung, im Speziellen eine koaxial wechselseitige Schaltvorrichtung ausgebildet, wobei ein zentrales Kupplungselement (exklusiv) alternativ die vierte Kopplungseinrichtung oder die fünfte Kopplungseinrichtung schließen kann. Durch die Wechselkopplungseinrichtung wird die Anzahl der Komponenten des Hybridgetriebes weiter verringert. Die Aktuierung der Kopplungseinrichtungen kann über einen zentralen elektromechanischen oder hydraulischen Gangsteller erfolgen.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, welches einen Elektromotor und einen Verbrennungsmotor sowie das Hybridgetriebe wie es zuvor beschrieben wurde aufweist. Der Elektromotor steht mit der ersten Eingangswelle, der Verbrennungsmotor steht mit der zweiten Eingangswelle in Wirkverbindung. Ein weiterer möglicher Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schalten des Hybridgetriebes und/oder des Fahrzeugs, wobei von einem ersten Betriebszustand in einem zweiten Betriebszustand gewechselt wird.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
Figuren 1 - 12 unterschiedliche Betriebszustände eines Hybridgetriebes als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 13 eine schematische Darstellung des Hybridgetriebes der vorhergehenden Figuren, wobei die einzelnen Komponenten mit Bezugsziffern versehen sind.
Die Figur 13 zeigt ein Hybridgetriebe 1 , welches als ein Teil eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs 2 ausgebildet ist. Das Fahrzeug 2 oder das Hybridgetriebe 1 weist als Traktionsmotoren einen Elektromotor 3 sowie einen Verbrennungsmotor 4 auf. Über das Hybridgetriebe 1 kann ein Antriebsdrehmoment des Elektromotors 3 und/oder des Verbrennungsmotors 4 zu einem Abtrieb 5 geleitet werden, wobei der Abtrieb 5 in diesem Beispiel als eine Differentialeinrichtung 6 ausgebildet ist und das Antnebsdrehnnonnent zum Beispiel an zwei angetriebene Räder einer Achse des Fahrzeugs 2 verteilt.
Der Elektromotor 3 ist mit einer ersten Eingangswelle 7 wirkverbunden. Insbesondere ist ein Rotor des Elektromotors 3 mit der ersten Eingangswelle 7 drehfest verbunden. Der Verbrennungsmotor 4 ist über eine optionale Freilaufeinrichtung 8 mit einer zweiten Eingangswelle 9 zumindest in einer Drehrichtung derart verbunden, sodass ein Antriebsdrehmoment von dem Verbrennungsmotor 4 auf die zweite Eingangswelle 9 geleitet werden kann. Der Abtrieb 5 ist über eine Ausgangswelle 10 in Wirkverbindung gesetzt. Dafür weist die Ausgangswelle 10 ein Abtriebsrad 1 1 auf, welches mit einem Antriebsrad 12 des Abtriebs 5 beziehungsweise der Differentialeinrichtung 6 kämmt.
Das Hybridgetriebe 1 weist einen ersten Getriebestufenabschnitt 13 auf, welcher ein erstes Eingangsrad 13.1 , ein erstes Zwischenrad 13.2 und ein erstes Ausgangsrad 13.3 umfasst. Der erste Getriebestufenabschnitt 13 ist als ein Stirnradgetriebestufenabschnitt ausgebildet. Das erste Eingangsrad 13.1 kämmt mit dem ersten Zwischenrad 13.2. Das erste Zwischenrad 13.2 kämmt mit dem ersten Ausgangsrad 13.3. Das erste Eingangsrad 13.1 ist als ein Festrad auf der ersten Eingangswelle 7 aufgesetzt. Das erste Ausgangsrad 13.3 sitzt als ein Losrad auf der Ausgangswelle 10. Das erste Zwischenrad 13.2 ist als ein Losrad ausgebildet. Zwischen dem ersten Eingangsrad 13.1 und dem ersten Zwischenrad 13.2 ist eine Übersetzung i4 vorgesehen. Zwischen dem ersten Zwischenrad 13.2 und dem ersten Ausgangsrad 13.3 liegt eine Übersetzung i1 vor.
Ferner weist das Hybridgetriebe 1 einen Planetengetriebeabschnitt 14 auf, welcher ein Sonnenrad 14.1 , einen Planetenträger 14.2 - auch Steg zu nennen -, eine Mehrzahl von Planetenrädern 14.3 sowie ein Hohlrad 14.4 umfasst. Das Sonnenrad 14.1 ist drehfest mit der zweiten Eingangswelle 9 verbunden. Die Planetenräder 14.3 sitzen mit ihren Drehachsen beabstandet zu der zweiten Eingangswelle 9 drehbar auf dem Planetenträger 14.2 und kämmen mit dem Sonnenrad 14.1 . Das Hohlrad 14.4 kämmt ebenfalls mit den Planetenrädern 14.3.
Zwischen dem Planetengetriebeabschnitt 14 und dem ersten Getriebestufenabschnitt 13 ist eine erste Kopplungseinrichtung A vorgesehen, welche - funktional betrachtet - eine lösbare Kopplung zwischen dem Hohlrad 14.4 und dem ersten Zwischenrad 13.2 ermöglicht. In dieser konstruktiven Ausgestaltung umfasst die erste Kopplungseinrichtung A eine Zwischenwelle 15, auf die das erste Zwischenrad 13.2 als Losrad aufgesetzt ist. Die erste Kopplungseinrichtung A erlaubt eine lösbare, drehfest Kopplung zwischen der Zwischenwelle 15 und dem ersten Zwischenrad 13.2. Beispielsweise weist die erste Kopplungseinrichtung A eine Klauenkupplung für eine formschlüssige Kopplung der genannten Komponenten auf.
Das Hybridgetriebe 1 weist eine zweite Kopplungseinrichtung B auf, welche funktional betrachtet zur lösbaren, drehfesten Kopplung zwischen der zweiten Eingangswelle 9 und dem Planetenträger 14.2 ausgebildet ist. Die zweite Kopplungseinrichtung B kann ebenfalls als eine Klauenkupplung ausgebildet sein. Konstruktiv betrachtet kann der Planetenträger 14.2 in einen Trägerabschnitt 14.5 und in einen Lagerabschnitt 14.6 unterteilt werden, wobei der Lagerabschnitt 14.6 einen kleineren Außendurchmesser als der Trägerabschnitt 14.5 aufweist. Somit ist der Planetenträger 14.2 gestuft ausgebildet. Die zweite Kopplungseinrichtung B koppelt die zweite Eingangswelle 9 mit dem Lagerabschnitt 14.6.
Das Hybridgetriebe 1 weist einen zweiten Getriebestufenabschnitt 16 auf, welcher ein zweites Eingangsrad 16.1 und ein zweites Ausgangsrad 16.2 umfasst. Das zweite Eingangsrad 16.1 ist drehfest mit dem Planetenträger 14.2 verbunden und insbesondere auf den Lagerabschnitt 14.6 aufgesetzt. Das zweite Ausgangsrad 16.2 ist als ein Losrad auf der Ausgangswelle 10 aufgesetzt. Das Hybridgetriebe 1 weist eine dritte Kopplungseinrichtung C auf, wobei die dritte Kopplungseinrichtung C - funktional betrachtet - ausgebildet ist, die Ausgangswelle 10 lösbar, drehfest mit dem ersten Ausgangsrad 13.3 zu koppeln. Beispielsweise ist die dritte Kopplungseinrichtung C als eine Klauenkupplung ausgebildet.
Das Hybridgetriebe 1 weist ferner einen dritten Getriebestufenabschnitt 17 auf, wobei der dritte Getriebestufenabschnitt 17 ein drittes Eingangsrad 17.1 sowie ein drittes Ausgangsrad 17.2 aufweist. Das dritte Eingangsrad 17.1 ist drehfest mit dem Hohlrad 14.4 verbunden und als eine Außenverzahnung zu diesem ausgebildet. Das dritte Ausgangsrad 17.2 ist dagegen als ein Losrad auf der Ausgangswelle 10 ausgebildet.
Das Hybridgetriebe 1 weist eine vierte Kopplungseinrichtung D auf, wobei die vierte Kopplungseinrichtung D - funktional betrachtet - ausgebildet ist, die Ausgangswelle 10 lösbar drehfest mit dem zweiten Ausgangsrad 16.2 zu koppeln beziehungsweise zu entkoppeln. Ferner weist das Hybridgetriebe 1 eine fünfte Kopplungseinrichtung E auf, welche - funktional betrachtet - ausgebildet ist, die Ausgangswelle 10 lösbar drehfest mit dem dritten Ausgangsrad 17.2 zu koppeln beziehungsweise zu entkoppeln. In der gezeigten Darstellung ist die vierte Kopplungseinrichtung D und die fünfte Kopplungseinrichtung E als eine Wechselkopplungseinrichtung, insbesondere eine wechselseitige Kopplungseinrichtung, im Speziellen eine koaxial wechselseitige Schaltvorrichtung ausgebildet, welche ein gemeinsames Koppelelement aufweist, welches alternativ eine Kopplung der Ausgangswelle 10 mit dem zweiten Ausgangsrad 16.2 oder mit dem dritten Ausgangsrad 17.2 umsetzen kann (entweder oder). Die vierter Kopplungseinrichtung D und/oder die fünfte Kopplungseinrichtung E können als eine Klauenkupplung ausgebildet sein.
Der zweite Getriebestufenabschnitt 16 hat die Übersetzung i3, der dritte Getriebestufenabschnitt 17 hat die Übersetzung i2. Vorzugsweise sind die Beträge der Übersetzungen i1 , i2, i3, i4 unterschiedliche ausgebildet. Ferner weist das Hybridgetriebe 1 eine Steuereinrichtung 18 auf, welche ausgebildet ist, die Kopplungseinrichtungen A, B, C, D, E zu schalten und damit unterschiedliche Betriebszustände einzustellen. Bei einer kleinen Ausführungsform der Erfindung entfallen die fünfte Kopplungseinrichtung E sowie der dritte Getriebestufenabschnitt 17.
Über die Steuereinrichtung 18 können unterschiedliche Betriebszustände eingestellt werden, welche bereits in den vorhergehenden Tabellen eingeführt wurden und welche mit den Figuren 1 bis 12 erläutert werden. Zur Übersichtlichkeit wurden in den Figuren 1 bis 12 jedoch die Bezugszeichen der einzelnen Komponenten weggelassen, sodass gegebenenfalls die Zuordnung zwischen den Komponenten und den Bezugszeichen über die Figur 13 erfolgen kann.
In den Figuren 1 bis 12 sind die Schaltzustände der Kopplungseinrichtungen A, B, C, D, E jeweils durch Quadrate visualisiert. Ein schwarz gefärbtes Quadrat bedeutet hierbei, dass die jeweilige Kopplungseinrichtung geschlossen ist, ein weißes Quadrat bedeutet, dass die jeweilige Kopplungseinrichtung geöffnet ist.
In der Figur 1 läuft der Momentenpfad M von dem Verbrennungsmotor 4 bzw. der zweiten Eingangswelle 9, über die zweite Kopplungseinrichtung B, den Planetengetriebeabschnitt 14, über den ersten Getriebestufenabschnitt 13, über die erste Kopplungseinrichtung A zu dem Elektromotor 3 beziehungsweise zu der ersten Eingangswelle 7. In der Figur 1 ist somit die Position 1 gezeigt, wobei der Momentenpfad M von dem Verbrennungsmotor 4, zu der zweiten Eingangswelle 9, über die zweite Kopplungseinrichtung B, über den Planetenträger 14.2, über das Hohlrad 14.4, über die erste Kopplungseinrichtung A, über das erste Zwischenrad 13.2, über das erste Eingangsrad 13.1 , über die erste Eingangswelle 7 zu dem Elektromotor 3 läuft. In der Figur 2 ist die Position 2 dargestellt, wobei ein Momentenpfad M von dem Elektromotor 3 beziehungsweise der ersten Eingangswelle 7 über den ersten Getriebestufenabschnitt 13 und die dritte Kopplungseinrichtung C zu der Ausgangswelle 10 geleitet wird. Der Verbrennungsmotor 4 ist dagegen von der Ausgangswelle 10 entkoppelt. In der Figur 3 mit der Position 3 läuft ein Momentenpfad M von der zweiten Eingangswelle 9 über den Planetengetriebeabschnitt 14, den zweiten Getriebestufenabschnitt 16 zu der Ausgangswelle 10. Zudem ist der Elektromotor 3 beziehungsweise die erste Eingangswelle 7 über den ersten Getriebestufenabschnitt 13, die erste Kopplungseinrichtung A mit dem Hohlrad 14.4 des Planetengetriebeabschnitts 14 gekoppelt, sodass der Elektromotor 3 eine Bremse bilden kann. Die Figur 4 mit der Position 4 zeigt einen Momentenpfad M ausgehend von dem Elektromotor 3 beziehungsweise der Eingangswelle 7, über den ersten Getriebestufenabschnitt 13, die erste Kopplungseinrichtung A, den Planetengetriebeabschnitt 14, den zweiten Getriebestufenabschnitt 16 zu der Ausgangswelle 10. Ferner ist ein zweiter Momentenpfad M dargestellt, welcher von dem Verbrennungsmotor 4 beziehungsweise der zweiten Eingangswelle 9 über die zweite Kopplungseinrichtung B, den zweiten Getriebestufenabschnitt 16 zu der Ausgangswelle 10 führt.
In der Figur 5 ist die Position 5 dargestellt, wobei der erste Momentenpfad M in der Figur 4 durch Öffnen der ersten Kopplungseinrichtung A deaktiviert ist. Zudem ist der zweite Momentenpfad M der Figur 4/Position 4 geschlossen. In der Figur 6 ist die Position 6 des Hybridgetriebes 1 dargestellt, wobei durch Aktivierung der dritten Kopplungseinrichtung C ein Momentenpfad M zwischen dem Elektromotor 3 beziehungsweise der ersten Eingangswelle 7 und der Ausgangswelle 10 gebildet ist, welche über den ersten Getriebestufenabschnitt 13 verläuft. Zudem ist der zweite Momentenpfad M der Figur 4/Position 4 geschlossen. In der Figur 7 mit der Position 7 ist im Vergleich zu der Figur 6 der Momentenpfad M zwischen dem Verbrennungsmotor 4 beziehungsweise der zweiten Eingangswelle 9 zu der Ausgangswelle 10 deaktiviert. In der Figur 8 mit der Position 8 verläuft der Momentenpfad M der Position 7. Zudem ist ein Momentenpfad M zwischen dem Verbrennungsmotor 4 und dem ersten Getriebeabschnitt 13 gebildet. In der Figur 9 mit der Position 9 ist wieder der Zustand gemäß der Figur 7/Position 7 eingenommen. In der Figur 10 ist ein Momentenpfad M von dem Verbrennungsmotor 4 beziehungsweise der zweiten Eingangswelle 9 über die zweite Kopplungseinrichtung B, den Planetengetriebeabschnitt 14, den dritten Getriebestufenabschnitt 17 zu der Ausgangswelle 10 gebildet. Ein weiterer Momentenpfad M ist zwischen dem Elektromotor 3, dem ersten Getriebeabschnitt 13 und der Ausgangswelle 10 geschlossen. In der Figur 1 1 ist die Position 1 1 des Hybridgetriebes 1 dargestellt, wobei im Vergleich zu der Position 10 in der Figur 10 der Momentenpfad M zwischen dem Elektromotor 3 beziehungsweise der ersten Eingangswelle 7 und der Ausgangswelle 10 durch Deaktivierung der dritten Kopplungseinrichtung C deaktiviert wurde. In der Figur 12 ist ein neuer Momentenpfad M zwischen dem Elektromotor 3 beziehungsweise der ersten Eingangswelle 7 und der Ausgangswelle 10 gebildet, wobei dieser über den ersten Getriebestufenabschnitt 13, die erste Kopplungseinrichtung A, den Planetengetriebeabschnitt 14 und den dritten Getriebestufenabschnitt 17 zu der Ausgangswelle 10 läuft.
Es ist zu unterstreichen, dass durch ein Hochschalten und/oder Rückschalten und/oder Umschalten der Positionen 1 -12 jederzeit ein Drehmoment von einem der Traktionsmotoren, also dem Elektromotor 3 oder dem Verbrennungsmotor 4, zu der Ausgangswelle 10 geleitet wird. Somit kann mit der gezeigten Architektur des Hybridgetriebes stets ein zugkraftunterbrechungsfreier Betrieb bereitgestellt werden.
Bezugszeichenliste
Hybridgetriebe
Fahrzeug
Elektromotor
Verbrennungsmotor/Verbrennungskraftmotor (VKM)
Abtrieb
Differentialeinrichtung
erste Eingangswelle
Freilaufeinrichtung
zweite Eingangswelle
Ausgangswelle
Abtriebsrad
Antriebsrad
erster Getriebestufenabschnitt
erstes Eingangsrad
erstes Zwischenrad
erstes Ausgangsrad
Planetengetriebeabschnitt
Sonnenrad
Planetenträger
Planetenräder
Hohlrad
Trägerabschnitt
Lagerabschnitt
Zwischenwelle
zweiter Getriebestufenabschnitt
zweites Eingangsrad 16.2 zweites Ausgangsrad
17 dritter Getriebestufenabschnitt
17.1 drittes Eingangsrad
17.2 drittes Ausgangsrad
18 Steuereinrichtung
A erste Kopplungseinrichtung
B zweite Kopplungseinrichtung
C dritte Kopplungseinrichtung
D vierte Kopplungseinrichtung
E fünfte Kopplungseinrichtung
M Momentenpfad
i1 , \2, \3 i4 Übersetzungen

Claims

Patentansprüche
1 . Hybridgetriebe (1 ) für ein Fahrzeug (2) mit einer ersten Eingangswelle (7) zur Ankopplung eines ersten Traktionsmotors (3), mit einer zweiten Eingangswelle (9) zur Ankopplung eines zweiten Traktionsmotors (4), mit einer Ausgangswelle (10) zur Ankopplung eines Abtriebs (5), mit einem ersten Getriebestufenabschnitt (13), wobei der erste Getriebestufenabschnitt (13) ein erstes Eingangsrad (13.1 ), ein erstes Zwischenrad (13.2) und ein erstes Ausgangsrad (13.3) aufweist, wobei das erste Eingangsrad (13.1 ) drehfest auf der ersten Eingangswelle (7) angeordnet ist, wobei das erste Ausgangsrad (13.3) als ein Losrad auf der Ausgangswelle (10) angeordnet ist, wobei das Zwischenrad (13.2) mit dem ersten Eingangsrad (13.1 ) und mit dem ersten Ausgangsrad (13.3) in Wirkverbindung steht, mit einem Planetengetriebeabschnitt (14), wobei der Planetengetriebeabschnitt (14) ein Sonnenrad (14.1 ), einen Planetenträger (14.2), eine Mehrzahl von Planetenrädern (14.3) und ein Hohlrad (14.4) aufweist, wobei die Planetenräder (14.3) auf dem Planetenträger (14.2) drehbar angeordnet sind und mit dem Sonnenrad (14.1 ) und mit dem Hohlrad (14.4) kämmen, wobei das Sonnenrad (14.1 ) mit der zweiten Eingangswelle (9) drehfest verbunden ist, mit einem zweiten Getriebestufenabschnitt (16), wobei der zweite Getriebestufenabschnitt (16) ein zweites Eingangsrad (16.1 ) und ein zweites Ausgangsrad (16.2) aufweist, wobei das zweite Eingangsrad (16.1 ) und das zweite Ausgangsrad (16.2) miteinander in Wirkverbindung stehen, wobei das zweite Eingangsrad (16.1 ) drehfest mit dem Planetenträger (14.2) verbunden ist und das zweite Ausgangsrad (16.2) als Losrad auf der Ausgangswelle (10) angeordnet ist, mit einer ersten Kopplungseinrichtung (A) zur Kopplung von dem ersten Zwischenrad (13.2) und dem Hohlrad (14.4), mit einer zweiten Kopplungseinrichtung (B) zur Kopplung der zweiten Eingangswelle (9) und dem Planetenträger (14.2), mit einer dritten Kopplungseinrichtung (C) zur Kopplung des ersten Ausgangsrads (13.3) mit der Ausgangswelle (10) und mit einer vierten Kopplungseinrichtung (D) zur Kopplung des zweiten Ausgangsrads (16.2) mit der Ausgangswelle (10) sowie mit einer Steuereinrichtung (18) zur Steuerung der Kopplungseinrichtungen (A, B, C, D).
2. Hybridgetriebe (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in einem verbrennungsmotorischen Anfahrtsbetriebszustand (Pos 3) die erste und die vierte Kopplungseinrichtung (A, D) geschlossen und die zweite und dritte Kopplungseinrichtung (B,C) geöffnet ist.
3. Hybridgetriebe (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine fünfte Kopplungseinrichtung (E) zur Kopplung der Ausgangswelle (10) mit dem dritten Ausgangsrad (17.2) umfasst einen oder mehrere der folgenden Betriebszustände einnehmen kann:
Betriebszustand Pos A B c D E
Neutral/Generator 1 1 1 0 0 0
EM I 2 1/0 0 1 0 0 eCVT 3 1 0 0 1 0
Powershift 0 4 1 1 0 1 0
VKM I 5 0 1 0 1 0 EM 1 / VKM 1 6 0 1 1 1 0
Powershift 1 7 0 1 1 0 0
EM l / VKM II 8 1 1 1 0 0
4. Hybridgetriebe (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kopplungseinrichtung (A) eine Zwischenwelle (15) aufweist, wobei das erste Zwischenrad (13.2) als Losrad auf der Zwischenwelle (15) angeordnet ist und das Hohlrad (14.4) mit der Zwischenwelle (15) drehfest verbunden ist, wobei die erste Kopplungseinrichtung (A) das erste Zwischenrad (13.2) mit der Zwischenwelle (15) koppelt.
5. Hybridgetriebe (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine, einige oder alle Kopplungseinrichtungen (A, B, C, D) eine Formschlusskupplung, insbesondere eine Klauenkupplung aufweisen.
6. Hybridgetriebe (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Freilaufeinrichtung (8) zur drehrichtungsabhängigen
Entkopplung des Verbrennungskraftmotors (4) von der zweiten Eingangswelle (9).
7. Hybridgetriebe (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen dritten Getriebestufenabschnitt (17), wobei der dritte Getriebestufenabschnitt (17) ein drittes Eingangsrad (17.1 ) und ein drittes Ausgangsrad (17.2) aufweist, wobei das dritte Eingangsrad (17.1 ) mit dem Hohlrad (14.4) drehfest gekoppelt und das dritte Ausgangsrad (17.2) als ein Losrad auf der Ausgangswelle (10) angeordnet ist und wobei das dritte Eingangsrad (17.1 ) mit dem dritten Ausgangsrad (17.2) in Wirkverbindung stehen, sowie durch eine fünfte Kopplungseinrichtung (E) zur Kopplung des dritten Ausgangsrads (17.2) mit der Ausgangswelle (10).
8. Hybridgetriebe (1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die vierte und die fünfte Kopplungseinrichtung (D,E) als eine Wechselkopplungseinrichtung ausgebildet ist.
9. Hybridgetriebe (1 ) nach einem Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass dieses einen oder mehrere der folgenden Betriebszustände einnehmen kann:
Figure imgf000027_0001
10. Fahrzeug (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen Elektromotor (3) und einen Verbrennungskraftmotor (4), gekennzeichnet durch ein Hybridgetriebe (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Elektromotor (3) mit der ersten Eingangswelle (7) und der Verbrennungskraftmotor (4) mit der zweiten Eingangswelle (9) in Wirkverbindung steht.
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