DE102006033087A1

DE102006033087A1 - Hybridantrieb für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102006033087A1
Application number: DE102006033087A
Authority: DE
Inventors: Markus Hoher; Linus Eschenbeck
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2006-07-14
Filing date: 2006-07-14
Publication date: 2008-01-24
Anticipated expiration: 2026-07-15
Also published as: JP2008024298A; JP5818772B2; US20080011529A1; JP2013049419A; US7828096B2; DE102006033087B4

Abstract

Es wird ein Hybridantrieb für ein Fahrzeug mit einem Antriebsstrang vorgeschlagen, welcher zwischen einem Verbrennungsmotor (1) und einem Fahrzeuggetriebe (2) mit veränderbarer Übersetzung eine mit einer Antriebswelle (3) des Fahrzeuggetriebes (2) permanent verbundene elektrische Maschine (4), welche als Motor und als Generator betreibbar ist, und eine Hydraulikpumpe (5) für das Fahrzeuggetriebe (2) aufweist, wobei zwischen dem Verbrennungsmotor (1) und dem Fahrzeuggetriebe (2) zumindest eine erste schaltbare Kupplungseinrichtung (7) angeordnet ist und wobei die Hydraulikpumpe (5) drehfest mit der Antriebswelle (3) des Fahrzeuggetriebes (2) verbunden ist. Ferner wird ein Hybridantrieb vorgeschlagen, bei dem alternativ die Hydraulikpumpe (5) mit einem Drehmomentwandler verbunden ist. Darüber hinaus wird ein Hybridantrieb vorgeschlagen, der zwei elektrische Maschinen umfasst, wobei die Hydraulikpumpe (5) über zumindest ein Element zur Kraftübertragung mit der Antriebswelle (3) des Fahrzeuggetriebes (2) gekoppelt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hybridantrieb für ein Fahrzeug gemäß der jeweils im Oberbegriff des Patentanspruches 1, 2 und 3 näher definierten Art.
Aus der Druckschrift DE 199 17 665 A1 ist ein Hybridantrieb für ein Kraftfahrzeug bekannt. Der bekannte Hybridantrieb bildet einen Antriebsstrang, welcher zwischen einem Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeuges und einem Fahrzeuggetriebe eine erste elektrische Maschine und eine mit einer Antriebswelle des Fahrzeuggetriebes direkt und permanent verbundene zweite elektrische Maschine aufweist. Zwischen den elektrischen Maschinen, welche jeweils als Motor und als Generator betreibbar sind, und dem Verbrennungsmotor ist jeweils eine schaltbare Kupplung angeordnet. Ferner ist zur Bereitstellung eines erforderlichen Öldrucks zum Steuern und Regeln des Fahrzeuggetriebes eine den Öldruck aufbauende Hydraulikpumpe vorgesehen. Die Hydraulikpumpe ist einerseits direkt mit der ersten elektrischen Maschine und andererseits mit einer zwischen den beiden Kupplungen angeordneten Zwischenwelle verbunden. Die Hydraulikpumpe wird elektrisch mit der ersten elektrischen Maschine oder mechanisch mit dem Verbrennungsmotor über die geschlossene erste Kupplung angetrieben.
Bei dem bekannten Hybridantrieb wird aufgrund der Anordnung der beiden elektrischen Maschinen, der Hydraulikpumpe sowie der Antriebswelle des Fahrzeuggetriebes ein nicht unerheblicher Bauraum benötigt.
Demnach liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Hybridantrieb für ein Fahrzeug derartig zu verbessern, dass der Hybridantrieb geringeren Bauraum benötigt und somit kostengünstiger herzustellen ist.
Diese Aufgabe wird bei der vorliegenden Erfindung z. B. durch einen Hybridantrieb für ein Fahrzeug mit einem Antriebsstrang gelöst, welcher zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Fahrzeuggetriebe mit veränderbarer Übersetzung eine mit einer Antriebswelle des Fahrzeuggetriebes permanent verbundene elektrische Maschine, welche als Motor und Generator betreibbar ist, und eine Hydraulikpumpe für das Fahrzeuggetriebe aufweist, wobei zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Fahrzeuggetriebe zumindest eine erste schaltbare Kupplung angeordnet ist und wobei die Hydraulikpumpe drehfest mit der Antriebswelle des Fahrzeuggetriebes verbunden ist.
Auf diese Weise wird ein Hybridantrieb mit nur einer elektrischen Maschine realisiert, da die Hydraulikpumpe direkt mit der Antriebswelle des Fahrzeuggetriebes verbunden ist und somit keinen separaten Antrieb benötigt. Dies ermöglicht eine bauraumsparende Anordnungsmöglichkeit des Hybridantriebes und reduziert die Herstellungskosten.
Für den Anfahrvorgang kann zuerst die elektrische Maschine auf eine bestimmte Drehzahl eingestellt werden, bei der durch den damit verbundenen Antrieb der Hydraulikpumpe ein ausreichender Öldruck zum Schließen z. B. der ersten Kupplung aufgebaut werden kann. Sobald die erste Kupplung geschlossen ist, kann die Hydraulikpumpe weiter über den Verbrennungsmotor angetrieben werden. Der Anfahrvorgang findet somit im Standardfall über die elektrische Maschine statt, wobei eine zweite Kupplung in Kraftflussrichtung hinter der ersten Kupplung als Anfahrkupplung genutzt wird.
Bei Sonderfahrzuständen, wie z. B. beim Kriechen des Fahrzeuges am Berg, kann der Fall eintreten, dass bei permanenter Nutzung der elektrischen Maschine die gespeicherte elektrische Energie nicht mehr zum weiteren elektrischen Antrieb des Fahrzeuges ausreicht. In diesem Fall kann rechtzeitig der Verbrennungsmotor gestartet werden, so dass dann ohne weitere Maßnahmen der Verbrennungsmotor als primäre Antriebsquelle dient.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch einen Hybridantrieb gelöst, bei dem zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Fahrzeuggetriebe neben der Kupplung ein Drehmomentwandler angeordnet ist, der mit der Hydraulikpumpe verbunden ist. Somit kann die Hydraulikpumpe durch den Drehmomentwandler angetrieben werden. Vorzugsweise kann bei dieser Ausführungsvariante als elektrische Maschine ein Kurbelwellenstartergenerator in dem Antriebsstrang angeordnet sein.
Darüber hinaus kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe durch einen Hybridantrieb gelöst werden, bei dem die Hydraulikpumpe mit einer zweiten elektrischen Maschine drehfest verbunden ist, wobei die Hydraulikpumpe über zumindest ein Element zur Kraftübertragung mit der Antriebswelle des Fahrzeuggetriebes gekoppelt ist. Vorzugsweise kann als Element zur Kraftübertragung ein Freilauf oder dergleichen vorgesehen sein. Es können aber auch andere Elemente, wie z. B. Ketten oder dergleichen, verwendet werden, die beliebige Anordnungsorte zu lassen, so dass die Hydraulikpumpe auch nicht koaxial zur Antriebswelle des Fahrzeuggetriebes angeordnet sein kann.
Bei der Verwendung eines Freilaufes ist es auch möglich, dass der Freilauf mit der Welle der Hydraulikpumpe verbunden ist. Der Freilauf kann auch koaxial oder dergleichen zur Antriebswelle des Fahrzeuggetriebes angeordnet sein.
Bei dieser vorgeschlagenen Ausführungsvariante kann in vorteilhafter Weise der erforderliche Öldruck für das Fahrzeuggetriebe zum Steuern und Regeln desselben durch die z. B. kleiner ausgelegte zweite elektrische Maschine erzeugt werden. Somit kann beim elektrischen Anfahren des Fahrzeuges die Ölpumpe des Fahrzeuggetriebes schon vorher den erforderlichen Öldruck bereitstellen. Sobald der Verbrennungsmotor zugeschaltet wird oder die Drehzahl der ersten elektrischen Maschine größere als die der zweiten kleineren elektri schen Maschine ist, kann die zweite elektrische Maschine abgeschaltet werden, da nun die Hydraulikpumpe entweder über den klemmenden Freilauf von dem Verbrennungsmotor oder von der ersten elektrischen Maschine angetrieben werden kann.
Im Rahmen einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Hydraulikpumpe und die zweite elektrische Maschine koaxial zur Antriebswelle des Fahrzeuggetriebes oder auch achsparallel oder dergleichen angeordnet sind. Die konstruktive Anordnung der Hydraulikpumpe und der zweiten elektrischen Maschine kann an die jeweils zur Verfügung stehende mechanische Verbindung angepasst werden.
Bei bestimmten Anwendungen mit bestimmten Vorgaben hinsichtlich des benötigten Öldruckes für das Fahrzeuggetriebe kann es gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorteilhaft sein, dass zwischen der Antriebswelle des Fahrzeuggetriebes und der Pumpenwelle der Hydraulikpumpe eine geeignete Übersetzung angeordnet ist. Die jeweils verwendete Übersetzung kann entsprechend der Auslegungsvorgaben gewählt werden.
Insbesondere bei der Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung, bei der zwei elektrische Maschinen vorgesehen werden ist es denkbar, dass die zweite elektrische Maschine als Antrieb in die Hydraulikpumpe integriert wird. Auf diese Weise kann die Hydraulikpumpe und die zweite elektrische Maschine als ein gemeinsames Bauteil zusammengefasst werden, welches kostengünstiger und bauraumsparender für den vorgeschlagenen Hybridantrieb ist.
Unabhängig von der vorgeschlagenen Lösung kann der erfindungsgemäße Hybridantrieb anstelle oder zusätzlich eine elektrisch angetriebene Hydraulikpumpe für das Fahrzeuggetriebe umfassen. Vorzugsweise kann diese Variante bei einem Hybridantrieb eingesetzt werden, bei dem nur eine elektrische Maschine vorgesehen ist.
Insbesondere bei dem vorgeschlagenen Hybridantrieb mit zwei elektrischen Maschinen ergibt sich der Vorteil, dass durch die zweite elektrische Maschine der erforderliche Öldruck für das Fahrzeuggetriebe bereits vor dem Losfahren aufgebaut werden kann. Es sind verschiedene Anfahrkonstellationen bei dieser Ausführungsvariante denkbar. Beispielsweise kann der Anfahrvorgang ausschließlich über die erste elektrische Maschine stattfinden. In dem Fall, in dem das Anfahren über den Verbrennungsmotor erfolgen soll, kann z. B. bei schwacher Batterieladung, der Verbrennungsmotor mit der ersten elektrischen Maschine bei geschlossener ersten Kupplung gestartet werden. Als Anfahrkupplung dient in diesem Fall die zweite Kupplung, die entsprechend ausgelegt wird.
Ferner ist auch ein so genannter Boostbetrieb möglich, bei dem z. B. bei starken Beschleunigungen die Antriebskraft des Verbrennungsmotors mit der Antriebskraft der ersten elektrischen Maschine über die erste schaltbare Kupplung aufsummiert werden, um eine maximale Beschleunigung zu erreichen.
Die nun folgenden weiteren Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung können beliebig mit den vorgeschlagenen Ausführungsvarianten des Hybridantriebes kombiniert werden, unabhängig davon, ob nun eine elektrische Maschine oder auch zwei elektrische Maschinen bei dem Hybridantrieb verwendet werden.
Zum Reduzieren der möglicherweise von dem Verbrennungsmotor übertragenen Schwingungen kann ein Torsionsschwingungsdämpfer zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Fahrzeuggetriebe im Antriebsstrang angeordnet sein. Als Torsionsschwingungsdämpfer kann beispielsweise ein Zweimassenschwungrad mit einer ersten Masse als Primärmasse und einer zweiten Masse als Sekundärmasse, aber auch jedes andere geeignete Dämpfungselement eingesetzt werden. Der Torsionsschwingungsdämpfer kann bei dem vorge schlagenen Hybridantrieb über eine so genannte drive plate indirekt aber auch direkt mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbunden sein.
Eine nächste vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann vorsehen, dass als Einbaulage bei dem Fahrzeug die Abtriebswelle quer im Fahrzeuggetriebe vorgesehen wird. Bei dieser Art der Anordnung kann die Abtriebswelle zwischen dem Torsionsschwingungsdämpfer und dem Verbrennungsmotor angeordnet sein. Es ist ebenso möglich, dass die Abtriebswelle zwischen dem Torsionsschwingungsdämpfer und dem Fahrzeuggetriebe angeordnet wird. Insbesondere bei der Verwendung eines Zweimassenschwungrades als Torsionsschwingungsdämpfer kann gemäß einer nächsten Variante die Primärmasse des Zweimassenschwungrades zwischen dem Verbrennungsmotor und der quer zur Antriebswelle des Fahrzeuggetriebes angeordneten Abtriebswelle angeordnet sein, wobei die Sekundärmasse des Zweimassenschwungrades zwischen der Abtriebswelle und dem Fahrzeuggetriebe angeordnet ist. Es sind auch andere Anordnungsmöglichkeiten denkbar, um eine optimale Bauraumausnutzung bei dem Fahrzeug zu realisieren.
Eine weitere besonders vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann vorsehen, dass der vorgeschlagene Hybridantrieb als Fahrzeuggetriebe ein automatisch schaltendes Mehrstufen-Fahrzeuggetriebe in Planetenbauweise mit zumindest acht Vorwärtsgängen und wenigstens einem Rückwärtsgang aufweist.
Vorzugsweise kann als Fahrzeuggetriebe ein automatisch schaltendes 8-Gang Getriebe eingesetzt werden, welches neben der Antriebswelle und der Abtriebswelle, zumindest vier Planetenradsätze, mindestens acht drehbare Wellen sowie zumindest fünf Schaltelemente umfasst, deren selektives Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle bewirkt, so dass acht Vorwärtsgänge und zumindest ein Rückwärtsgang realisierbar sind.
In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Anmeldung den gesamten Inhalt der älteren Anmeldung DE 10 2005 002 337.1 der Anmelderin mit umfasst.
Insbesondere kann als zweite Kupplungseinrichtung eine Kupplung oder Bremse des Fahrzeuggetriebes verwendet werden. Dadurch wird insbesondere in axialer Richtung Bauraum eingespart, da eine der Kupplungen des seriell angeordneten Hybridantriebes entfällt, da die Funktion dieser zweiten Kupplungseinrichtung von der bereits vorhandenen Kupplung oder Bremse des Automatikgetriebes übernommen wird.
Bei sämtlichen beschriebenen Ausführungsvarianten ist es auch denkbar, dass die erste Kupplungseinrichtung zum Anfahren verwendet wird und somit als Anfahrkupplung ausgelegt wird. Die im Getriebe integrierte Kupplungseinrichtung muss dann nicht die Reibarbeit des Anfahrvorganges aufnehmen. Somit sind in vorteilhafter Weise keine zusätzlichen Kühleinrichtungen in dem Automatikgetriebe erforderlich. Die für die Hybridfunktion ohnehin zusätzlich notwendige erste Kupplungseinrichtung wird in diesem Fall dann so ausgelegt, dass eine ausreichende Kühlleistung zur Verfügung steht.
Unabhängig von den jeweiligen Ausführungsvarianten können die Kupplungseinrichtungen normalerweise geschlossene oder auch normalerweise geöffnete Kupplungen sein. Es können trockne oder nasse Einscheiben- oder Mehrscheibenkupplungen eingesetzt werden. Beispielsweise können auch so genannte HCC-Kupplungen eingesetzt werden.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der dazugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Gleich Bauteile werden mit gleichen Bezugszeichen in den Figuren bezeichnet.
Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines ersten möglichen Ausführungsbeispiels eines Hybridantriebes für ein Fahrzeug;
2 eine schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des Hybridantriebes für ein Fahrzeug;
3 eine schematische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels des Hybridantriebes für ein Kraftfahrzeug;
4 eine schematische Ansicht einer Variante des ersten Ausführungsbeispiels gemäß 1 und
5 eine schematische Ansicht eines möglichen Ausführungsbeispiels einer Planetenradsatzanordnung eines 8-Gang-Automatikgetriebes.
In den 1 bis 4 werden verschiedene Ausführungsbeispiele eines Hybridantriebes dargestellt. Bei sämtlichen Ausführungsbeispielen umfasst der Hybridantrieb für ein Kraftfahrzeug einen Antriebsstrang, bei dem zwischen einem Verbrennungsmotor 1 und einem Fahrzeuggetriebe 2 mit veränderbarer Übersetzung eine mit einer Antriebswelle 3 des Fahrzeuggetriebes 2 permanent verbundene erste elektrische Maschine 4 angeordnet ist. Die erste elektrische Maschine 4 kann als Motor zum Antrieb des Kraftfahrzeuges und als Generator zum Aufladen der Batterien betrieben werden. Des Weiteren ist eine Hydraulikpumpe 5 für das Fahrzeuggetriebe 2 vorgesehen. Die Kurbelwelle 6 des Verbrennungsmotors 1 ist über eine erste Kupplungseinrichtung 7 mit der Antriebswelle 3 des Fahrzeuggetriebes 2 verbunden, so dass der Verbrennungsmotor 1 bei geöffneter erster Kupplungseinrichtung 7 von der Antriebswelle 3 des Fahrzeuggetriebes 2 getrennt ist. Des Weiteren ist eine zweite Kupplungseinrichtung 8 an der Antriebswelle 3 vorgesehen, die eine Kupplung oder Bremse des Fahrzeuggetriebes 2 ist.
Bei den Ausführungsbeispielen gemäß der 1, 3 und 4 ist zudem zwischen dem Verbrennungsmotor 1 und der ersten Kupplungseinrichtung 7 ein Torsionsschwingungsdämpfer als Zweimassenschwungrad 9 zur Schwingungsdämpfung an der Kurbelwelle 6 angeordnet.
Bei dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel des Hybridantriebes ist die Hydraulikpumpe 5 zum Erzeugen des erforderlichen Öldruckes zum Steuern und Regeln des Fahrzeuggetriebes 2 drehfest mit der Antriebswelle 3 des Fahrzeuggetriebes 2 und somit auch mit der ersten elektrischen Maschine 4 verbunden.
Für einen Anfahrvorgang bei dem hier gezeigten Hybridantrieb wird zunächst die erste elektrische Maschine 4 auf eine Drehzahl gebracht, bei der ein ausreichender Öldruck durch die Hydraulikpumpe 5 erzeugt wird, um die erste Kupplungseinrichtung 7 bzw. die zweite Kupplungseinrichtung 8 zum Antrieb des Fahrzeuggetriebes 2 zu schließen. Der Anfahrvorgang findet dann im Standardfall über die erste elektrische Maschine 4 statt, wobei die zweite Kupplungseinrichtung 8 in dem Fahrzeuggetriebe 2 bei jedem Anfahrvorgang schlupfen muss. Damit ist eine thermisch robustere Auslegung der zweiten Kupplungseinrichtung 8 erforderlich, es sei denn, die erste Kupplungseinrichtung 7 wird als Anfahrkupplung ausgelegt.
Beispielsweise beim Kriechen am Berg kann der Fall eintreten, dass bei permanenter Nutzung der ersten elektrischen Maschine 4 die gespeicherte elektrische Energie nicht mehr ausreicht, um einen weiteren Antrieb zu ermöglichen. In diesem Fall kann rechtzeitig vor der kompletten Entleerung des Energiespeichers der Verbrennungsmotor 1 gestartet werden.
Ein zweites Ausführungsbeispiel ist in 2 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Hydraulikpumpe 5 mit einem Drehmomentwandler 12 verbunden. Somit wird die Hydraulikpumpe 5 durch den mit der An triebswelle 3 des Fahrzeuggetriebes 2 verbundenen Drehmomentwandler 12 angetrieben. Im Gegensatz zu den anderen Ausführungsbeispielen ist hier die elektrische Maschine als Kurbelwellenstartergenerator 13 ausgebildet. Ferner kann eine elektrische Hydraulikpumpe MSA am Fahrzeuggetriebe 2 angeordnet sein, um eine schnellere bzw. durchgängige Ölversorgung sicherzustellen.
In 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel des Hybridantriebes dargestellt. Bei dieser Ausführungsform wird der erforderliche Öldruck zum elektrischen Anfahren durch eine kleinere zweite elektrische Maschine 10 erzeugt. Die zweite elektrische Maschine 10 ist drehfest mit der Hydraulikpumpe 5 des Fahrzeuggetriebes 2 verbunden. Die Hydraulikpumpe 5 ist wiederum über einen Freilauf 11 mit der Antriebswelle 3 des Fahrzeuggetriebes 2 verbunden.
Auf diese Weise kann bei einem elektrischen Anfahren die Hydraulikpumpe 5 über die zweite elektrische Maschine 10 angetrieben werden. Sobald der Verbrennungsmotor 1 zugeschaltet wird oder die Drehzahl der ersten elektrischen Maschine 4 größer ist als die Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine 10 kann die zweite elektrische Maschine 10 abgeschaltet werden. Dies ist deshalb möglich, da die Hydraulikpumpe 5 über den klemmenden Freilauf 11 von dem Verbrennungsmotor 1 bzw. der ersten elektrischen Maschine 4 angetrieben wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ergibt sich der Vorteil, dass durch die zweite elektrische Maschine 10 bereits vor dem Losfahren des Fahrzeuges der ausreichende Öldruck zum Steuern und Regeln des Fahrzeuggetriebes 2 aufgebaut ist. In dieser Anfahrkonstellation wird die interne Kupplung bzw. Bremse des Fahrzeuggetriebes 2 geschlossen. Der Anfahrvorgang findet ausschließlich über die erste elektrische Maschine 4 statt. Bei einer nicht ausreichenden Energieversorgung für die erste elektrische Maschine 4 wird das Fahrzeug über den Verbrennungsmotor 1 angefahren, der mit der ersten elektrischen Maschine 4 bei geschlossener ersten Kupplungseinrichtung 7 gestartet wird. Bei sehr starken Beschleunigungen wird die Antriebskraft des Verbrennungsmotors 1 und der ersten elektrischen Maschine 4 über die erste Kupplungseinrichtung 7 aufsummiert.
In 4 zeigt eine Variante des ersten Ausführungsbeispiels des Hybridantriebes gezeigt, welche im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 eine andere Einbaulage des Hybridantriebes vorsieht. Bei dieser Variante ist die Antriebswelle 14 quer zur Antriebswelle 3 des Fahrzeuggetriebes 2 angeordnet, wobei die Abtriebswelle 14 zwischen dem Verbrennungsmotor 1 und dem Zweimassenschwungrad 9 angeordnet ist.
In 5 ist beispielhaft ein mögliches Ausführungsbeispiel eines 8-Gang Fahrzeuggetriebes 2 dargestellt, welches im Antriebsstrang des erfindungsgemäßen Hybridantriebes angeordnet ist. Das Fahrzeuggetriebe 2 umfasst die Antriebswelle 3 und eine Abtriebswelle 14, sowie vier Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 und fünf Schaltelemente A, B, C, D, E die alle in einem Gehäuse GG des Getriebes angeordnet sind. Alle vier Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 sind als einfache Minus-Planetenradsätze ausgebildet und in diesem Ausführungsbeispiel in axialer Richtung in der Reihenfolge RS2, RS4, RS1, RS3 koaxial hintereinander angeordnet. Ein Minus-Planetenradsatz weist bekanntlich Planetenräder auf, die mit dem Sonnen- und dem Hohlrad dieses Planetensatzes kämmen. Die Hohlräder der vier Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 sind mit H01, H02, H03 und H04 bezeichnet, die Sonnenräder mit S01, S02, S03 und S04, die Planetenräder mit PL1, PL2, PL3 und PL4, und die Stege, an denen die genannten Planetenräder rotierbar gelagert sind, mit ST1, ST2, ST3 und ST4. Die Schaltelemente A und B sind als Bremsen ausgebildet, die im dargestellten Ausführungsbeispiel beide als reibschlüssig schaltbare Lamellenbremse ausgeführt sind, die auch in einer anderen Ausgestaltung als reibschlüssig schaltbare Bandbremse oder beispielsweise auch als formschlüssig schaltbare Klauen- oder Konusbremse ausgeführt sein können. Die Schaltelemente C, D und E sind als Kupplungen ausgebildet, die im dargestellten Ausführungsbeispiel alle als reibschlüssig schaltbare Lamellenkupplungen ausgeführt sind, welche auch in einer anderen Ausgestaltung beispielsweise als formschlüssig schaltbare Klauen- oder Konuskupplungen ausgeführt sein können.
Mit diesen fünf Schaltelementen A bis E ist ein selektives Schalten von acht Vorwärtsgängen und zumindest einem Rückwärtsgang realisierbar. Dieses beispielhaft für den erfindungsgemäßen Hybridantrieb ausgewählte Fahrzeuggetriebe 2 weist insgesamt zumindest acht drehbare Wellen auf, die mit römisch I bis VIII bezeichnet sind.
Hinsichtlich der Kopplung der einzelnen Elemente der vier Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 untereinander und zur Antriebs- und Abtriebswelle 3, 14 ist bei dem Mehrstufen Fahrzeuggetriebe 2 gemäß 5 folgendes vorgesehen Der Steg ST4 des vierten Planetenradsatzes RS4 und die Antriebswelle 3 sind verdrehfest miteinander verbunden und bilden die erste Welle I des Getriebes 2. Der Steg ST3 des dritten Planetenradsatzes RS3 und die Abtriebswelle 14 sind drehfest miteinander verbunden und bilden die zweite Welle II des Getriebes 2. Das Sonnenrad S01 des ersten Planetenradsatzes RS1 und das Sonnenrad S04 des vierten Planetenradsatzes RS4 sind verdrehfest miteinander verbunden und bilden die dritte Welle III des Getriebes 2. Das Hohlrad H01 des ersten Planetenradsatzes RS1 bildet die vierte Welle IV des Getriebes 2. Das Hohlrad H02 des zweiten Planetenradsatzes RS2 und das Sonnenrad S03 des dritten Planetenradsatzes RS3 sind verdrehfest miteinander verbunden und bilden die fünfte Welle V des Getriebes 2. Der Steg ST1 des ersten Planetenradsatzes RS1 und das Hohlrad H03 des dritten Planetenradsatzes RS3 sind verdrehfest miteinander verbunden und bilden die sechste Welle VI des Getriebes 2. Das Sonnenrad S02 des zweiten Planetenradsatzes RS2 und das Hohlrad H04 des vierten Planetenradsatzes RS4 sind verdrehfest miteinander verbunden und bilden die siebte Wel le VII des Getriebes 2. Der Steg ST2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 bildet die achte Welle VIII des Getriebes 2.
Hinsichtlich der Kopplung der fünf Schaltelemente A bis E an die so beschriebenen Wellen I bis VIII ist bei dem Mehrstufengetriebe 2 gemäß 5 folgendes vorgesehen. Das erste Schaltelement A ist im Kraftfluss zwischen der dritten Welle III und dem Getriebegehäuse GG angeordnet. Das zweite Schaltelement B ist im Kraftfluss zwischen der vierten Welle IV und dem Getriebegehäuse GG angeordnet. Das dritte Schaltelement C ist im Kraftfluss zwischen der fünften Welle V und der ersten Welle I angeordnet. Das vierte Schaltelement D ist im Kraftfluss zwischen der achten Welle VIII und der zweiten Welle II angeordnet ist. Das fünfte Schaltelement E schließlich ist im Kraftfluss zwischen der siebten Welle VII und der fünften Welle V angeordnet.
Bei dem in 5 dargestellten Fahrzeuggetriebe 2 für den vorgeschlagenen Hybridantrieb ist der zweite Planetenradsatz RS2 der antriebsnahe Radsatz des Fahrzeuggetriebes 2 und der dritte Planetenradsatz RS3 der abtriebsnahe Radsatz des Fahrzeuggetriebes 2, wobei die Antriebswelle 3 und Abtriebswelle 14 beispielhaft koaxial zueinander angeordnet sind.
Es ist ebenfalls möglich, dass die Antriebswelle 3 und die Abtriebswelle 14 nicht koaxial zueinander angeordnet werden, sondern beispielsweise achsparallel oder winklig zueinander vorgesehen sind. Bei einer derartigen Anordnung kann bei Bedarf auch der Antrieb des Getriebes 2 nahe dem dritten Planetenradsatz RS3, also auf der dem ersten Planetenradsatz RS1 abgewandten Seite des dritten Planetenradsatzes RS3, angeordnet sein.
Entsprechend der räumlichen Anordnung der vier Radsätze in der Folge "RS2, RS4, RS1, RS3" (in axialer Richtung gesehen) verläuft die zweite Welle II des Getriebes 2 abschnittsweise zentrisch innerhalb der dritten Welle III und abschnittsweise zentrisch innerhalb der siebten Welle VII. Dabei ver läuft die fünfte Welle V einerseits abschnittsweise zentrisch innerhalb dieser zweiten Welle II, andererseits umgreift ein Abschnitt der fünften Welle V die Kupplung D und den zweiten Planetenradsatz RS2 in axialer und radialer Richtung vollständig. Die erste Welle I des Fahrzeuggetriebes 2 übergreift den zweiten und vierten Planetenradsatz RS2, RS4 sowie die Kupplungen D, C, E in axialer und radialer Richtung vollständig. Die Kupplungen D, C, E sind also innerhalb eines Zylinderraums angeordnet, der durch die Welle I gebildet wird.
Wie aus 5 weiterhin ersichtlich ist, sind die beiden Bremsen A, B im dargestellten Ausführungsbeispiel räumlich gesehen axial unmittelbar nebeneinander in einem Bereich radial oberhalb der Planetenradsätze RS1 und RS4 angeordnet, wobei die Bremse B zumindest teilweise radial über dem ersten Planetenradsatz RS1 angeordnet ist, und wobei die Bremse A zumindest teilweise in einem Bereich axial zwischen den beiden Planetenradsätzen RS4 und RS1 angeordnet ist. Die kinematische Anbindung der beiden Bremsen A, B an die beiden Planetenradsätzen RS4 und RS1 bedingt, dass die Bremse B näher am dritten Planetenradsatz RS3 bzw. näher am Abtrieb des Getriebes 2 angeordnet ist als die Bremse A. Diese räumliche Anordnung der beiden Bremsen A, B in 5 ist nur beispielhaft. So kann die Bremse A beispielsweise auch zumindest teilweise radial über dem vierten Planetenradsatz RS4 angeordnet sein. Je nach dem zur Verfügung stehenden Bauraum für das Getriebegehäuse GG im Fahrzeug kann in einer anderen Ausgestaltung beispielsweise auch vorgesehen sein, dass die beiden Bremsen A, B – ausgehend von der Darstellung in 5 – axial verschoben in einem Bereich radial über den Planetenradsätzen RS2 und RS4 oder radial über den Planetenradsätzen RS3 und RS1 oder axial vollständig zwischen den Planetenradsätzen RS4 und RS1 angeordnet sind. Je nach dem zur Verfügung stehenden Bauraum kann die Bremse A auch beispielsweise radial innerhalb eines Zylinderraums angeordnet sein, der durch die Bremse B gebildet wird.
Wie aus 5 weiterhin ersichtlich ist, sind die beiden Kupplungen C und E radial betrachtet im Wesentlichen übereinander und axial betrachtet zwischen dem zweiten Planetenradsatz RS2 und dem vierten Planetenradsatz RS4 angeordnet, wobei das Lamellenpaket der Kupplung C zumindest überwiegend radial über dem Lamellenpaket der Kupplung E angeordnet ist. Zweckmäßigerweise kann für beide Kupplungen C, E ein gemeinsamer Lamellenträger vorgesehen sein, der beispielsweise als Innenlamellenträger für das radial äußere Lamellenpaket der Kupplung C und als Außenlamellenträger für das radial innere Lamellenpaket der Kupplung E ausgeführt ist. Zur Vereinfachung der nicht dargestellten Servoeinrichtungen der beiden Kupplungen C, E können diese beispielsweise zusammen mit dem genannten gemeinsamen Lamellenträger und den beiden genannten Lamellenpaketen zu einer vormontierbaren Baugruppe zusammengefasst werden, sodass beide Servoeinrichtungen dann stets mit der Drehzahl des Hohlrads H02 des zweiten Planetenradsatzes RS2 rotieren. Beide Servoeinrichtungen können einen dynamischen Druckausgleich zur Kompensation des rotatorischen Drucks ihrer rotierenden Druckräume aufweisen. Beispielsweise kann die Servoeinrichtung der Kupplung C aber auch separat an dem für die beiden Kupplungen C, E gemeinsamen Lamellenträger und die Servoeinrichtung der Kupplung E separat an dem Sonnenrad S02 des zweiten Planetenradsatzes RS2 axial verschiebbar gelagert sein. Beispielsweise kann die Servoeinrichtung der Kupplung C auch an der Antriebswelle 3 axial verschiebbar gelagert sein, sodass sie stets mit der Antriebsdrehzahl des Getriebes 2 rotiert.
Ferner ist aus 5 weiterhin ersichtlich, dass die Kupplung D räumlich betrachtet auf der dem vierten Planetenradsatz RS4 abgewandten Seite des zweiten Planetenradsatzes RS2 angeordnet ist, axial unmittelbar angrenzend an den zweiten Planetenradsatzes RS2. Im dargestellten Beispiel weist das Lamellenpaket der Kupplung D einen vergleichsweise kleinen Durchmesser auf, entsprechend der kinematischen Anbindung der Kupplung D an den Steg ST2 des zweiten Planetenradsatzes RS2. Es ist auch möglich, dass die Kupplung D in einer anderen Ausgestaltung des Getriebes 2 durch einfache Umgestaltung auch einen größeren Durchmesser aufweisen kann, beispielsweise axial neben dem Hohlrad H02 des zweiten Planetenradsatzes RS2 oder auch axial zwischen dem ersten und dritten Planetenradsatz RS1, RS3. Eine zur Vereinfachung nicht dargestellte Servoeinrichtung der Kupplung D kann derart angeordnet sein, dass sie stets mit Drehzahl des Stegs ST2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 rotiert, oder dass sie stets mit der Drehzahl des Stegs ST3 des dritten Planetenradsatzes RS3 rotiert. Möglicherweise kann auch die Servoeinrichtung der Kupplung D einen dynamischen Druckausgleich zur Kompensation des rotatorischen Drucks Ihres rotierenden Druckraums aufweisen.

1: Verbrennungsmotor
2: Fahrzeuggetriebe
3: Antriebswelle des Fahrzeuggetriebes
4: elektrische Maschine
5: Hydraulikpumpe
6: Kurbelwelle
7: erste Kupplungseinrichtung
8: zweite Kupplungseinrichtung
9: Zweimassenschwungrad
10: zweite elektrische Maschine
11: Freilauf
12: Drehmomentwandler
13: Kurbelwellenstartergenerator
14: Abtriebswelle
MSA: elektrische Hydraulikpumpe
I: erste Welle
II: zweite Welle
III: dritte Welle
IV: vierte Welle
V: fünfte Welle
VI: sechste Welle
VII: siebte Welle
VIII: achte Welle
A: erstes Schaltelement
B: zweites Schaltelement
C: drittes Schaltelement
D: viertes Schaltelement
E: fünftes Schaltelement
GG: Gehäuse des Fahrzeuggetriebes
RS1: erster Planetenradsatz
H01: Hohlrad des ersten Planetenradsatzes
S01: Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes
ST1: Steg des ersten Planetenradsatzes
PL1: Planetenräder des ersten Planetenradsatzes
RS2: zweiter Planetenradsatz
H02: Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes
S02: Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes
ST2: Steg des zweiten Planetenradsatzes
PL2: Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes
RS3: dritter Planetenradsatz
H03: Hohlrad des dritten Planetenradsatzes
S03: Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes
ST3: Steg des dritten Planetenradsatzes
PL3: Planetenräder des dritten Planetenradsatzes
RS4: vierter Planetenradsatz
H04: Hohlrad des vierten Planetenradsatzes
S04: Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes
ST4: Steg des vierten Planetenradsatzes
PL4: Planetenräder des vierten Planetenradsatzes

Claims

Hybridantrieb für ein Fahrzeug mit einem Antriebsstrang, welcher zwischen einem Verbrennungsmotor (1) und einem Fahrzeuggetriebe (2) mit veränderbarer Übersetzung eine mit einer Antriebswelle (3) des Fahrzeuggetriebes (2) permanent verbundene elektrische Maschine (4), welche als Motor und als Generator betreibbar ist, und eine Hydraulikpumpe (5) für das Fahrzeuggetriebe (2) aufweist, wobei zwischen dem Verbrennungsmotor (1) und dem Fahrzeuggetriebe (2) zumindest eine erste schaltbare Kupplungseinrichtung (7) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikpumpe (5) drehfest mit der Antriebswelle (3) des Fahrzeuggetriebes (2) verbunden ist.
Hybridantrieb für ein Fahrzeug mit einem Antriebsstrang, welcher zwischen einem Verbrennungsmotor (1) und einem Fahrzeuggetriebe (2) mit veränderbarer Übersetzung eine mit einer Antriebswelle (3) des Fahrzeuggetriebes (2) permanent verbundene elektrische Maschine (4), welche als Motor und als Generator betreibbar ist, und eine Hydraulikpumpe (5) für das Fahrzeuggetriebe (2) aufweist, wobei zwischen dem Verbrennungsmotor (1) und dem Fahrzeuggetriebe (2) zumindest eine schaltbar Kupplungseinrichtung (7) und ein Drehmomentwandler (12) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikpumpe (5) mit dem Drehmomentwandler (12) verbunden ist.
Hybridantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als elektrische Maschine (4) ein Kurbelwellenstartergenerator (13) vorgesehen ist.
Hybridantrieb für ein Fahrzeug mit einem Antriebsstrang, welcher zwischen einem Verbrennungsmotor (1) und einem Fahrzeuggetriebe (2) mit veränderbarer Übersetzung eine erste mit einer Antriebswelle (3) des Fahrzeuggetriebes (2) permanent verbundene elektrische Maschine (4), welche als Motor und als Generator betreibbar ist, und eine Hydraulikpumpe (5) für das Fahrzeuggetriebe (2) aufweist, die mit einer zweiten elektrischen Maschine (10) drehfest verbunden ist, wobei zwischen dem Verbrennungsmotor (1) und dem Fahrzeuggetriebe (2) zumindest eine schaltbar Kupplung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikpumpe (5) über zumindest ein Element zur Kraftübertragung mit der Antriebswelle (3) des Fahrzeuggetriebes (2) gekoppelt ist.
Hybridantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Element zur Kraftübertragung ein Freilauf (11) vorgesehen ist.
Hybridantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikpumpe (5) über den verklemmbaren Freilauf (11) von dem Verbrennungsmotor (1) und/oder von der ersten elektrischen Maschine (4) antreibbar ist.
Hybridantrieb nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (11) mit der Pumpenwelle der Hydraulikpumpe (5) verbunden ist.
Hybridantrieb nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (11) koaxial zur Antriebswelle (3) des Fahrzeuggetriebes (2) angeordnet ist.
Hybridantrieb nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, dass die Hydraulikpumpe (5) und die zweite elektrische Maschine (10) koaxial oder achsparallel zur Antriebswelle (3) des Fahrzeuggetriebes (2) angeordnet sind.
Hybridantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Antriebswelle (3) des Fahrzeuggetriebes (2) und der Pumpenwelle der Hydraulikpumpe (5) eine Übersetzung angeordnet ist.
Hybridantrieb nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch ge kennzeichnet, dass die zweite elektrische Maschine (10) als Antrieb in die Hydraulikpumpe (5) integriert ist.
Hybridantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche elektrisch angetriebene Hydraulikpumpe (MSA) an dem Fahrzeuggetriebe (2) angeordnet ist.
Hybridantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Torsionsschwingungsdämpfer zwischen dem Verbrennungsmotor (1) und dem Fahrzeuggetriebe (2) angeordnet ist.
Hybridantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Torsionsschwingungsdämpfer indirekt oder direkt mit der Kurbelwelle (6) des Verbrennungsmotor (1) verbunden ist.
Hybridantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnett, dass eine quer zur Antriebswelle (3) des Fahrzeuggetriebes (2) angeordnete Abtriebswelle (14) zwischen dem Torsionsschwingungsdämpfer und dem Verbrennungsmotor (1) angeordnet ist.
Hybridantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine quer zur Antriebswelle (3) des Fahrzeuggetriebes (2) angeordnete Abtriebswelle (14) zwischen dem Torsionsschwingungsdämpfer und dem Fahrzeuggetriebe (2) angeordnet ist.
Hybridantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Masse eines als Torsionsschwingungsdämpfer vorgesehenen Zweimassenschwungrades (9) zwischen dem Verbrennungsmotor (1) und einer quer zur Antriebswelle (3) des Fahrzeuggetriebes (2) angeordneten Abtriebswelle (14) angeordnet ist und dass eine zweite Masse des Zweimassenschwungrades (9) zwischen der quer angeordneten Abtriebswelle (14) und dem Fahrzeuggetriebe (2) angeordnet ist.
Hybridantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als zweite Kupplungseinrichtung (8) eine Kupplung oder Bremse eines automatisch schaltenden Mehrstufen-Fahrzeuggetriebes in Planetenbauweise mit zumindest 8-Vorwärtsgängen und wenigstens einem Rückwärtsganges vorgesehen ist.
Hybridantrieb nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrstufen-Fahrzeuggetriebe (2) eine Antriebswelle (3) und eine Abtriebswelle (14), zumindest vier Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3, RS4) mindestens acht drehbare Wellen (I, II, III, IV, V, VI, VII, VIII) sowie zumindest fünf Schaltelemente (A, B, C, D, E) umfasst, deren selektives Eingreifen verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle (3) und der Abtriebswelle (14) bewirkt, so dass acht Vorwärtsgänge und zumindest ein Rückwärtsgang realisierbar sind, wobei ein Steg (ST4) des vierten Planetenradsatzes (RS4) und die Antriebswelle (3) drehfest miteinander verbunden sind und die erste Welle (I) bilden, ein Steg (ST3) des dritten Planetenradsatzes (RS3) und die Abtriebswelle (14) drehfest miteinander verbunden sind und die zweite Welle (II) bilden,
Hybridantrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kupplungseinrichtung (7) als Anfahrkupplung ausgelegt ist.
Hybridantrieb nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch ge kennzeichnet, dass die erste Kupplungseinrichtung und/oder die zweite Kupplungseinrichtung als normalerweise geöffnete oder normalerweise geschlossene Kupplung ausgeführt sind.