DE10116989A1 - Anfahrelement und Momentenwandler für Arbeitsmaschinen mit Energierückgewinnung - Google Patents

Anfahrelement und Momentenwandler für Arbeitsmaschinen mit Energierückgewinnung

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DE10116989A1
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Universitaet Karlsruhe
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Abstract

Ein mechanisch-elektrisches System ermöglicht als Anfahr- oder Anlaufelement und Momentenwandler für Fahrzeuge oder Arbeitsmaschinen Energierückgewinnung während Anfahr-/Anlauf- und Bremsvorgängen. DOLLAR A Es besteht aus einer von einem Verbrennungsmotor 1 angetriebenen Antriebswelle 2, auf der ein Sonnenrad 3 angebracht ist, das ein Planetenrad 4 einen Steg 5 an, auf dem Steg 5 auch ein umlaufender Planetenrädersatz 6 mit drei unterschiedlich großen Planetenrädern (7, 8, 9), die starr miteinander verbunden sind. Die Planetentäder (7-9) wälzen jeweils in einem Hohlrad (10, 11, 12) ab, die jeweils durch eine Bremse (13, 14, 15) mit einem feststehenden Gehäuse verblockt werden können. Das Planetenrad (8) wälzt zusätzlich auf einem Sonnenrad (25) (s. korr. Bild 1) ab, das durch eine Bremse (16) festgesetzt werden kann. Das Planetenrad (7) treibt ein Sonnenrad (17) an, das auf der Abtriebswelle befestigt ist. DOLLAR A Das Planetenrad (4) wälzt in einem Hohlrad (18), das durch eine Bremse (19) mit einem Gehäuse (26) festgesetzt werden kann. Wenn die Bremse (19) geöffnet ist, überträgt das Hohlrad 18 ein Moment auf eine elektrische Maschine (20), die sowohl als Generator als auch als Motor arbeiten kann. Die elektrische Energie wird von einem elektrischen Speicher (21) aufgenommen bzw. bereitgestellt.

Description

Insbesondere Fahrzeuge oder Arbeitsmaschinen mit einem Verbrennungsmotor als Antriebsaggregat benötigen immer ein Anfahr- bzw. Anlaufelement, da Verbrennungs­ motoren unterhalb einer bestimmten Drehzahl kein ausreichendes Drehmoment zur Ver­ fügung stellen. Durch das beschränkte nutzbare Drehzahlband der Verbrennungskraft­ maschinen ist außerdem ein Momentenwandler mit mehreren Übersetzungsstufen not­ wendig. Im Serieneinsatz sind heute entweder Trockenkupplungen mit nachgeschalteten Vorgelegegetriebe oder hydrodynamische Strömungswandler mit nachgeschalteten Umlaufgetrieben (Planetengetriebe) im Einsatz.
Bekannt sind die im folgenden beschriebenen Systeme, die sich derzeit in der Erpro­ bungsphase befinden oder nur in kleinen Stückzahlen hergestellt werden.
Mechanische Geared-Neutral-Getriebe bestehen aus einem stufenlos verstellbaren Getriebe (CVT-Getriebe), einem parallel angeordneten Vorgelegegetriebe und einem Umlaufgetriebe als Überlagerungsgetriebe. Sie ermöglichen das Anfahren und Rück­ wärtsfahren ohne weiteres Anfahrelement. Zur Kraftübertragung im CVT-Getriebe werden in der Regel Zug- oder Schubgliederketten verwendet, die reibschlüssig zwischen zwei verstellbaren Kegelscheibenpaaren laufen.
Besonders nachteilig erweist sich, dass Geared-Neutral-Getriebe beim Anfahren aus dem Stand wegen der Leistungsverzweigung über CVT- und Stirnradgetriebe kein Moment aufbringen. Durch die bei Geared-Neutral-Getrieben notwendige Anordnung heben sich die Momente zwischen dem Sonnenrad und den Planetenträger auf, so dass kein Moment auf das Hohlrad als Abtrieb übertragen werden kann. Dementsprechend ist der Wirkungsgrad von Geared-Neutral-Getrieben beim Anfahren gering. Um eine sichere Beherrschung des Fahrzeugstillstands sowie des Anfahrens und Anhaltens zu gewähr­ leisten, ist bei Geared-Neutral-Getriebe ein erheblicher Steuer- und Regelaufwand nötig.
Außerdem weisen Geared-Neutral-Getriebe im normalen Regelbetrieb einen ungünstigen Wirkungsgrad auf, weil die Hauptleistung vom CVT-Getriebe übertragen wird. CVT- Getriebe haben einerseits hohe Verluste durch Reibschlupf zwischen den Kegelscheiben und der Zug- oder Schubgliederkette, andererseits treten Pumpverluste für die hydrauli­ sche Verstelleinrichtung der Kegelscheiben auf, weil sehr hohe Anpresskräfte notwendig sind. Geared-Neutral-Getriebe müssen ohne zusätzliches elektrisches Aggregat auf Funktionen wie Rekuperation, Booster etc. verzichten.
Stufenlose Koppelgetriebe mit elektrischer Leistungsverzweigung benutzen ein oder meh­ rere Umlaufgetriebegetriebe zur Leistungsverzweigung und ein elektrisches Stellgetriebe mit zwei elektrischen Maschinen. Ein Teil der Leistung wird mechanisch, der andere Teil elektrisch übertragen. Dieses System wird, wie in P. Tenberge, W. Hofmann: "Mechanisch-elektrische Fahrzeuggetriebe im Vergleich" VDI-Berichte 1393, Düsseldorf (1998) 551-577 beschrieben, als "TOYOTA-Hybridsystem" auf dem japanischen Markt bereits in Serienfahrzeugen angeboten. Die beiden elektrischen Maschinen wirken direkt bzw. über ein dreiwelliges Planetengetriebe auf die Abtriebsachse. Der Verbrennungsmotor ist per­ manent mit dem Getriebe verbunden, ein weiteres Anfahr- oder Anlaufelement ist nicht erforderlich.
Systeme, die wie das TOYOTA-Hybridsystem nur ein Umlaufgetriebe verwenden, erlau­ ben einen Fahrbereich mit stufenloser Übersetzung. Ein großer Teil der Leistung wird durch das elektrische Stellgetriebe übertragen, um einen breiten Übersetzungsbereich zu ermöglichen, der alle Fahrzustände abdeckt. Lösungen mit mehrstufigen Umlaufgetrieben ermöglichen mehrere Fahrbereiche mit stufenloser Übersetzung, so dass der elektrische Leistungsfluss geringer ausfällt. Beispiele hierzu sind in P. Tenberge, W. Hofmann: "Elektromechanische Hybridgetriebe" VDI-Berichte 1459, Düsseldorf (1999) 307-330 und in DE 199 09 424 A1 beschrieben.
Die Vorteile dieser Getriebe sind:
Energierückgewinnung beim Bremsen (Rekuperation) ermöglichen im Stadtverkehr Verbrauchseinsparungen bis zu 20%. Die elektrischen Maschinen können im Booster­ betrieb kurzzeitige Leistungsspitzen abdecken. Dadurch kann der Verbrennungsmotor auf eine geringere Spitzenlast ausgelegt werden. Rangiervorgänge können komfortabel mit Elektroantrieb bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor durchgeführt werden. Anlasser und Lichtmaschine für den Verbrennungsmotor können entfallen.
Der wesentliche Nachteil von stufenlosen Koppelgetrieben mit elektrischer Leistungs­ verzweigung besteht darin, dass immer zwei elektrische Maschinen notwendig sind. Dadurch erhöhen sich Bauaufwand und Fertigungskosten, außerdem ist eine aufwendige Regelung der Betriebszustände notwendig.
Koppelgetriebe mit einfachem mechanischen Aufbau, die nur ein Umlaufgetriebe verwen­ den, haben den Nachteil, dass ein Großteil der Leistung vom elektrischen Stellgetriebe übertragen wird, um eine breite Übersetzungsspreizung zu erreichen. Dadurch fließt ein großer Teil der Leistung über den elektrischen Strang, was den Wirkungsgrad verringert. Koppelgetriebe mit mehrstufigen Umlaufgetriebesätzen und einem hohen Anteil an mechanischer Leistungsübertragung haben allerdings einen hohen mechanischen Bauaufwand.
Rückwärtsfahrt ist nur mit elektrischem Antrieb bei abgestelltem Verbrennungsmotor möglich. Das kann dazu führen, dass das Fahrzeug unterhalb eines bestimmten Batte­ rieladungsgrades manövrierunfähig wird. Eine Energierückgewinnung während des Anfahrvorgangs ist nicht möglich.
Koppelgetriebesysteme, bei denen sich Verbrennungsmotor und Getriebe durch eine zusätzliche schaltbare Reibkupplung voneinander trennen lassen, weisen dieselben Nachteile wie die im folgenden beschriebenen Systeme mit Trockenkupplungen auf.
Mit einer zusätzlichen Trennkupplung zwischen Getriebe und Verbrennungsmotor, die z. B. als Einscheibentrockenkupplung ausgeführt werden kann, wie in P. Tenberge, W. Hofmann: "Stufenloses Fahrzeuggetriebe mit elektrischer Leistungsverzweigung" VDI- Berichte 1346, Düsseldorf (1997) 83-114 und in DE 197 39 906 A1 beschrieben, erfolgt der Anfahrvorgang über eine der elektrischen Maschinen und den Verbrennungsmotor bei schlupfender Trennkupplung, wodurch die Belastung des elektrischen Getriebestrangs beim Anfahren reduziert wird.
Die Nachteile von Trockenkupplungen sind im Wesentlichen geringe mechanische und thermische Belastbarkeit, hoher Verschleiß und unkomfortable Momentendosierung. Der momentane Wirkungsgrad von Trockenkupplungen beträgt beim Anfahren unter der Voraussetzung einer lineare Drehzahlanpassung beim Anfahren der Wirkungsgrad bei maximal 50%.
Die wesentlichen Nachteile von hydrodynamischen Strömungswandlern mit nachge­ schalteten Umlaufgetriebesätzen sind der geringe Wirkungsgrad durch die Schlupf­ verluste während des regulären Fahrbetriebs, der hohe Bauaufwand und die damit ver­ bundenen hohen Kosten. Prinzipbedingt geht bei den heutigen Serienanfahrelementen während des Anfahrens immer Energie verloren. Deshalb wird in der Automobilindustrie an Systemen mit Energierückgewinnung gearbeitet.
Geared-Neutral- und Stufenlose Koppelgetriebe mit elektrischer Leistungsverzweigung erlauben eine nahezu vollvariable Übersetzung. Das bringt theoretisch Verbrauchs­ vorteile, weil der Verbrennungsmotor immer in einem verbrauchoptimalen Betriebspunkt läuft. Allerdings hat sich herausgestellt, dass bei modernen Motoren mit einem hohen und konstanten Drehmoment der Verbrauchsvorteil marginal ist. Bei einem stufenlosen Koppelgetriebe mit elektrischer Leistungsverzweigung liegt die mögliche Einsparung durch den stufenlosen Betrieb zwischen 1,6% bei Dieselmotoren und 3,5% bei Ottomo­ toren. Außerdem kommt hinzu, dass die Kundenakzeptanz von stufenlosen Getrieben, die auf völlige Verbrauchsoptimierung ausgelegt sind, gering ist. Das liegt zum einen daran, dass es die Fahrer gewohnt sind, dass mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit die Motordrehzahl steigt. So werden heute bei stufenlosen Getrieben in der Regel elektro­ nisch gesteuerte Übersetzungsstufen festgelegt, die dem Fahrer "Gänge" vortäuschen. Außerdem sind die Leistungsreserven des Verbrennungsmotors im verbrauchsgünstigen Bereich sehr gering. Das bedeutet, dass das Getriebe beim Beschleunigen sehr schnell in andere Übersetzungsstufen schalten muss. Der Schaltvorgang dauert jedoch länger als das direkte Abrufen vorhandener Motorleistungsreserven und beeinträchtigt somit den Fahrkomfort und gegebenenfalls die Sicherheit in Notsituationen, bei der spontane Leis­ tungsanforderungen erforderlich sind. Wegen diesen Randbedingungen kann das Verbrauchspotenzial stufenloser Getriebe in der Praxis nicht ausgeschöpft werden. Im Vergleich zur Bremsenergierückgewinnung mit Einsparpotenzialen von bis zu 20% ist die Verbrauchsreduzierung durch stufenlose Getriebe marginal. Der technische Aufwand für stufenlose Getriebe ohne Rekuperationsmöglichkeit steht in den meisten Fällen in keinem Verhältnis zu den tatsächlichen Einsparungen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein mechanisch-elektrisches System als Anfahr- oder Anlaufelement und Momentenwandler für Fahrzeuge oder Arbeitsmaschinen vorzu­ schlagen, das während den Anfahr- bzw. Anlaufvorgängen und bei Bremsvorgängen Energie zurückgewinnt, einfach aufgebaut ist, ohne Schlupfverluste im regulären Fahr­ betrieb arbeitet, ein geringes Gewicht besitzt, einen hohen Gesamtwirkungsgrad hat und einfach gesteuert werden kann.
Funktionsweise eines Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung:
Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel für ein mechanisch-elektrisches System ist in Bild 1 dargestellt. Es besteht aus einer von einem Verbrennungsmotor 1 angetriebenen Antriebswelle 2, auf der ein Sonnenrad 3 angebracht ist. Das Sonnenrad 3 treibt über ein Planetenrad 4 einen Steg 5 an. Auf dem Steg 5 ist auch ein umlaufender Planeten­ rädersatz 6 gelagert. Der Planetenrädersatz 6 besteht aus drei unterschiedlich großen Planetenrädern (7, 8, 9), die starr miteinander verbunden sind. Die Planetenräder 7-9 wälzen jeweils in einem Hohlrad (10, 11, 12) ab. Jedes der Hohlräder 10-12 kann jeweils durch eine Bremse (13, 14, 15) mit einem feststehenden Gehäuse 26 verblockt werden. Das Planetenrad 8 wälzt zusätzlich auf einem Sonnenrad 25 ab, das durch eine Bremse 16 festgesetzt werden kann. Das Planetenrad 7 treibt ein Sonnenrad 17 an, das auf der Abtriebswelle 23 befestigt ist.
Das Planetenrad 4 wälzt in einem Hohlrad 18, das durch eine Bremse 19 mit dem Gehäuse 26 festgesetzt werden kann. Wenn die Bremse 19 geöffnet ist, überträgt das Hohlrad 18 ein Moment auf eine elektrische Maschine 20, die sowohl als Generator als auch als Motor arbeiten kann. Die elektrische Energie wird von einem elektrischen Spei­ cher 21 aufgenommen bzw. bereitgestellt.
Durch eine Kupplung 22, die den Planetensteg mit der Antriebswelle 2 verblockt, wird die Anzahl der vorhandenen Übersetzungsstufen (Gänge) verdoppelt.
Durch Öffnen oder Schließen der Bremsen oder der Kupplung und Verwendung der Elektrischen Maschine als Generator oder Motor lassen sich die in Bild 2 dargestellten Betriebszustände erreichen. Die Betriebszustände des in Bild 2 dargestellten erfindungs­ gemäßen Lösungsbeispiels sind wie folgt definiert: (x) = Bremse/Kupplung geschlossen, (x)* = jeweils alternativ zu 13, (x)** = abhängig von der Fahrstufe, + = 20 wirkt als Gene­ rator, - = 20 wirkt als Motor)
Um einen rein elektromotorischen Antrieb bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor 1 zu ermöglichen, z. B. für komfortable Rangiervorgänge, kann der Verbrennungsmotor 1 durch eine mechanische Bremse 24 festgestellt werden.
Zusätzliche Vorwärtsgänge sind möglich, in dem der Planetenrädersatz 6 um zusätzliche Planetenradübersetzungen, die mit separaten feststellbaren Hohlrädern gepaart sind, erweitert wird.
Mehrere Rückwärtsgänge sind durch zusätzliche abbremsbare Sonnenräder möglich, die analog 25 und 16 mit den weiteren Planetenrädern des Planetenrädersatzes 6 im Eingriff sind.
Die Zahnräder des Umlaufgetriebes können auch in anderen Zahnradpaarungen (z. B. als Kegelradpaarung) ausgeführt werden.
Wenn die Kupplung 22 geschlossen ist, muss zwangsläufig die Bremse 19 geöffnet sein, damit das Getriebe nicht blockiert; zwischen der elektrischen Maschine 20 und dem Hohl­ rad 18 liegt dann permanent Schlupf an. Die Funktionen "elektrisch Bremsen" und "Booster" sind damit weiter vorhanden, jedoch kann in diesen Übersetzungsstufen nicht mehr angefahren werden.
Eine Parksperre lässt sich abweichend von Bild 2 auch erreichen, indem mindestens zwei der Bremsen 13, 14, 15 und 16 geschlossen sind.
Dadurch ergeben sich folgende Vorteile gegenüber dem bekannten Stand der Technik Energierückgewinnung während der Schlupfphase beim Anfahren; Energierückgewin­ nung beim Bremsen in jeder Übersetzungsstufe; hoher Wirkungsgrad im regulären Fahr­ betrieb; die elektrische Maschine kann kurzzeitige Leistungsspitzen abdecken, dadurch kann der Verbrennungsmotor auf eine geringere Spitzenlast ausgelegt werden; Hybrid­ betrieb ist möglich, so können Rangiervorgänge komfortabel mit Elektroantrieb bei aus­ geschaltetem Verbrennungsmotor durchgeführt werden; kombiniert Anfahrelement und Momentenwandler in einem System; komfortable Momentendosierung; einfacher, modu­ larer Aufbau der Getriebestufen; nur eine elektrische Maschine notwendig.
Dadurch benötigen Antrieb und Kupplungssystem nur einfache Steuerungen, Raum­ bedarf und Gewicht werden geringer und bei Verbrennungsmotoren können Anlasser und Lichtmaschine entfallen.

Claims (5)

1. Anfahrelement und Momentenwandler für Arbeitsmaschinen mit Energierückgewin­ nung bestehend aus einer Anordnung von einem oder mehreren Umlaufgetrieben, die zwischen einem mechanischen Antrieb und einem mechanischen Abtrieb angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine der Einzelwellen des Umlaufgetriebes oder der Umlaufgetriebe unabhängig von den übrigen Zwangsbedingungen im System von einer elektrischen Maschine, die mit einem elektrischen Energiespeicher verbunden ist, bremsen oder antreiben lässt, so dass eine Momenten- und Drehzahlanpassung zwischen dem Antrieb und dem Abtrieb möglich ist.
2. Anfahrelement und Momentenwandler für Arbeitsmaschinen mit Energierückgewin­ nung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch gezieltes Koppeln oder Blockieren weiterer Einzelwellen im Umlaufgetriebe verschiedene Übersetzungsstufen möglich sind.
3. Anfahrelement und Momentenwandler für Arbeitsmaschinen mit Energierückgewin­ nung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die von der elektrischen Maschine gebremste oder angetriebene Einzelwelle zum Festsetzen von einer zusätzli­ chen mechanischen Bremse gehalten wird, um das Haltemoment der elektrischen Maschine zu begrenzen.
4. Anfahrelement und Momentenwandler für Arbeitsmaschinen mit Energierückgewin­ nung gemäß Anspruch einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine so im System angeordnet wird, dass sie für den mechanischen Antrieb die Funktion als Starter und für den Abtrieb die Funktionen als Booster und Retarder in allen Übersetzungsstufen übernimmt.
5. Anfahrelement und Momentenwandler für Arbeitsmaschinen mit Energierückgewin­ nung gemäß Anspruch einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle der elektrischen Maschine und dem elektrischen Energiespeicher eine hydraulische oder pneumatische Maschine mit einem hydraulischen oder pneumatischen Energiespeicher verwendet wird.
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003047898A1 (en) * 2001-12-06 2003-06-12 Van Druten Roell Marie Transmission system and method for driving a vehicle
WO2006117492A1 (fr) * 2005-05-02 2006-11-09 Peugeot Citroen Automobiles Sa Procede de blocage de roues d'un vehicule hybride a l'arret et dispositif de transmission associe
FR2907720A1 (fr) * 2006-10-25 2008-05-02 Renault Sas Transmission a derivation de puissance et blocage de l'arbre d'entree de la transmission entraine par le moteur thermique d'un vehicule.
WO2008122862A1 (en) * 2007-04-05 2008-10-16 Bordini Engineering Srl Hybrid traction system
WO2009077262A2 (de) * 2007-12-18 2009-06-25 Robert Bosch Gmbh Antriebsstrangmodul und antriebsstrang für ein kraftfahrzeug
US7918756B2 (en) 2005-06-30 2011-04-05 Daimler Ag Hybrid transmission
US7967714B2 (en) 2004-10-20 2011-06-28 Van Druten Marie Roell Drive and transmission module with a layout adapted for a vehicle
DE102011003830A1 (de) * 2011-02-09 2012-08-09 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Hybridantrieb
AT512942A4 (de) * 2012-08-24 2013-12-15 Avl List Gmbh Antriebseinheit
DE102004007026B4 (de) * 2003-02-12 2014-03-20 Mitsubishi Jidosha Kogyo K.K. Hybridfahrzeug
DE102016219618A1 (de) * 2016-10-10 2018-04-12 Audi Ag Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3625141C2 (de) * 1986-07-25 1990-08-30 Man Nutzfahrzeuge Ag, 8000 Muenchen, De
DE19632855A1 (de) * 1995-08-15 1997-02-20 Aisin Aw Co Steuerungssystem für Fahrzeugantriebseinheit
US5730675A (en) * 1994-11-04 1998-03-24 Kabushikikaisha Equos Research Transmission for vehicle
DE69510897T2 (de) * 1994-12-13 1999-11-11 Gen Motors Corp Hybridantriebs-Getriebe
DE19941705A1 (de) * 1998-09-09 2000-03-16 Luk Lamellen & Kupplungsbau Antriebsstrang

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3625141C2 (de) * 1986-07-25 1990-08-30 Man Nutzfahrzeuge Ag, 8000 Muenchen, De
US5730675A (en) * 1994-11-04 1998-03-24 Kabushikikaisha Equos Research Transmission for vehicle
DE69510897T2 (de) * 1994-12-13 1999-11-11 Gen Motors Corp Hybridantriebs-Getriebe
DE19632855A1 (de) * 1995-08-15 1997-02-20 Aisin Aw Co Steuerungssystem für Fahrzeugantriebseinheit
DE19941705A1 (de) * 1998-09-09 2000-03-16 Luk Lamellen & Kupplungsbau Antriebsstrang

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7410436B2 (en) 2001-12-06 2008-08-12 Van Druten Roell M Transmission system and method for driving a vehicle
WO2003047898A1 (en) * 2001-12-06 2003-06-12 Van Druten Roell Marie Transmission system and method for driving a vehicle
DE102004007026B4 (de) * 2003-02-12 2014-03-20 Mitsubishi Jidosha Kogyo K.K. Hybridfahrzeug
US7967714B2 (en) 2004-10-20 2011-06-28 Van Druten Marie Roell Drive and transmission module with a layout adapted for a vehicle
WO2006117492A1 (fr) * 2005-05-02 2006-11-09 Peugeot Citroen Automobiles Sa Procede de blocage de roues d'un vehicule hybride a l'arret et dispositif de transmission associe
JP4909345B2 (ja) * 2005-05-02 2012-04-04 プジョー シトロエン オートモビル エス アー 停車時のハイブリッド車両の車輪の制止方法および関連する伝達装置
US8055415B2 (en) 2005-05-02 2011-11-08 Peugeot Citroen Automobiles Sa Method for blocking wheels of a hybrid vehicle when stopped and associated transmission device
JP2008540213A (ja) * 2005-05-02 2008-11-20 プジョー シトロエン オートモビル エス アー 停車時のハイブリッド車両の車輪の制止方法および関連する伝達装置
US7918756B2 (en) 2005-06-30 2011-04-05 Daimler Ag Hybrid transmission
WO2008050010A3 (fr) * 2006-10-25 2008-09-12 Renault Sa Transmission a derivation de puissance et blocage de l'arbre d'entree de la transmission entraine par le moteur thermique d'un vehicule
WO2008050010A2 (fr) * 2006-10-25 2008-05-02 Renault S.A.S Transmission a derivation de puissance et blocage de l'arbre d'entree de la transmission entraine par le moteur thermique d'un vehicule
FR2907720A1 (fr) * 2006-10-25 2008-05-02 Renault Sas Transmission a derivation de puissance et blocage de l'arbre d'entree de la transmission entraine par le moteur thermique d'un vehicule.
WO2008122862A1 (en) * 2007-04-05 2008-10-16 Bordini Engineering Srl Hybrid traction system
WO2009077262A3 (de) * 2007-12-18 2010-05-27 Robert Bosch Gmbh Antriebsstrangmodul und antriebsstrang für ein kraftfahrzeug
WO2009077262A2 (de) * 2007-12-18 2009-06-25 Robert Bosch Gmbh Antriebsstrangmodul und antriebsstrang für ein kraftfahrzeug
DE102011003830A1 (de) * 2011-02-09 2012-08-09 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Hybridantrieb
DE102011003830B4 (de) * 2011-02-09 2015-07-30 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Hybridantrieb
AT512942A4 (de) * 2012-08-24 2013-12-15 Avl List Gmbh Antriebseinheit
AT512942B1 (de) * 2012-08-24 2013-12-15 Avl List Gmbh Antriebseinheit
DE102016219618A1 (de) * 2016-10-10 2018-04-12 Audi Ag Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung
US10427516B2 (en) 2016-10-10 2019-10-01 Audi Ag Drive device for a motor vehicle and method for operating a drive device

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