DE102007060943A1 - Powertrain module and drive train for a motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt ein Antriebsstrangmodul für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und einem Fahrzeuggetriebe bereit. Das Antriebsstrangmodul umfasst ein Planetengetriebe mit einer ersten, zweiten und dritten Planetengetriebewelle, wobei die erste Planetengetriebewelle zur drehfesten Verbindung mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und die zweite Planetengetriebewelle zur drehfesten Verbindung mit einer Eingangswelle des Fahrzeuggetriebes ausgebildet ist. Weiterhin umfasst das Antriebsstrangmodul eine elektrische Maschine, die mit der zweiten Planetengetriebewelle drehfest verbunden ist, sowie eine Bremse, welche bei Betätigung die dritte Planetengetriebewelle abbremst. Unter weiteren Gesichtspunkten stellt die Erfindung einen Antriebsstrang mit einem derartigen Antriebsstrangmodul und ein Kraftfahrzeug mit einem solchermaßen gebildeten Antriebsstrang bereit.The present invention provides a powertrain module for a motor vehicle having an internal combustion engine and a vehicle transmission. The powertrain module includes a planetary gear with a first, second and third planetary gear shaft, wherein the first planetary gear shaft for rotationally fixed connection with a crankshaft of the internal combustion engine and the second planetary gear shaft for rotationally fixed connection with an input shaft of the vehicle transmission is formed. Furthermore, the drive train module comprises an electrical machine which is non-rotatably connected to the second planetary gear shaft, and a brake which brakes the third planetary gear shaft when actuated. In other aspects, the invention provides a powertrain having such a powertrain module and a motor vehicle having a powertrain thus formed.

Description

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebsstrangmodul und einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, sowie ferner ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Antriebsstrang.The The present invention relates to a powertrain module and a Drive train for a motor vehicle, and also a motor vehicle with such Powertrain.

Der Antriebsstrang konventionell angetriebener Kraftfahrzeuge umfasst typischerweise eine Brennkraftmaschine, die an einer Kurbelwelle durch Verbrennen von Kraftstoff gewonnene mechanische Leistung bereitstellt, und ein Fahrzeuggetriebe, das die Drehzahl der Kurbelwelle auf die zur Bewegung der Räder benötigte Antriebsdrehzahl übersetzt und manuell oder automatisch zwischen unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen umschaltbar ist. Drehzahlunterschiede beim Anfahren und während eines Schaltvorgangs werden durch Reibkupplungen bzw. – typischerweise bei Automatikgetrieben – Drehmomentwandler ausgeglichen, die als weitere Bestandteile im Antriebsstrangs enthalten sind.Of the Powertrain conventionally powered vehicles includes typically an internal combustion engine attached to a crankshaft provides mechanical power obtained by burning fuel, and a vehicle transmission that reduces the speed of the crankshaft to the to move the wheels needed Drive speed translates and manually or automatically between different gear ratios is switchable. Speed differences when starting and during a Shifting are by friction clutches or - typically in automatic transmissions - torque converter balanced, which contain as further components in the drive train are.

Sogenannte parallele Hybridantriebe erweitern den konventionellen Antriebsstrang um eine elektrische Maschine, die entweder in sequentieller Anordnung mit einem Anfahrelement fest im Antriebsstrang integriert ist (P1-Hybrid) oder über eine zusätzliche Reibkupplung mit der Brennkraftmaschine verbunden werden kann (P2-Hybrid). Eine geeignete Steuervorrichtung steuert im P2-Hybrid die zusätzliche Reibkupplung z. B. so, dass in ausgewählten Fahrsituationen auch ein rein elektrisches Fahren oder rein elektrisches Bremsen möglich ist, bei stillstehender und durch die geöffnete zusätzliche Reibkupplung von der elektrischen Maschine abgekoppelten Brennkraftmaschine. Die zusätzliche Reibkupplung wird dann wieder geschlossen, wenn die Brennkraftmaschine wieder gestartet werden soll.So-called Parallel hybrid drives expand the conventional powertrain to an electric machine, either in a sequential order with a starting element firmly integrated in the drive train (P1 hybrid) or over an additional Friction clutch can be connected to the internal combustion engine (P2 hybrid). A suitable control device controls the additional in the P2 hybrid Friction clutch z. B. so that in selected driving situations too a purely electric driving or purely electric braking is possible at a standstill and by the open additional friction clutch of the electrical machine decoupled internal combustion engine. The additional Friction clutch is then closed again when the internal combustion engine should be restarted.

Da Hybridantriebe im Vergleich zu konventionellen Kraftfahrzeugantrieben ein beträchtliches Potenzial zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs wie auch zur Leistungssteigerung insbesondere im niedrigen Drehzahlbereich aufweisen, erscheint es wünschenswert, eine Vielzahl unterschiedlicher Kraftfahrzeuge mit derartigen Antrieben auszurüsten. Um Entwicklungs- und Herstellungskosten möglichst niedrig zu halten, versucht man z. B. ein Kraftfahrzeug mit Hybridantrieb auf der Grundlage eines existierenden Fahrzeugtyps mit konventionellem Antrieb zu entwickeln und die dabei notwendigen konstruktiven Veränderungen möglichst gering zu halten.There Hybrid drives compared to conventional motor vehicle drives a considerable potential to reduce fuel consumption as well as to increase performance especially at low speed, it seems desirable to a variety of different vehicles with such drives equip. Around Development and development Production costs as low as possible to hold, one tries z. B. a motor vehicle with hybrid drive based on an existing vehicle type with conventional To develop drive and the necessary structural changes preferably to keep low.

Um jedoch in den konventionellen Antriebsstrang eines gegebenen Fahrzeugtyps eine elektrische Maschine und eine zusätzliche Reibkupplung einzufügen und auf dieser Grundlage einen P2-Hybridantriebsstrang zu erhalten, muss im Antriebsstrang entsprechend großer Bauraum vorhanden sein oder durch aufwändige Veränderungen der übrigen Bestandteile des Antriebsstrangs geschaffen werden, was die Anwendbarkeit einer solchen Konstruktion erheblich einschränkt bzw. erhöhte Entwicklungs- und Herstellungskosten verursacht.Around however, in the conventional powertrain of a given vehicle type to insert an electric machine and an additional friction clutch and to get a P2 hybrid powertrain on this basis, must be present in the drive train correspondingly large space or by elaborate changes the rest Components of the powertrain are created, what the applicability of such a construction considerably restricts or increases development and manufacturing costs.

VORTEILE DER ERFINDUNGADVANTAGES OF THE INVENTION

Demgemäß vorgesehen ist ein Antriebsstrangmodul für ein Kraftfahrzeug, das eine Brennkraftmaschine und ein Fahrzeuggetriebe umfasst. Das Antriebsstrangmodul umfasst ein Planetengetriebe mit einer ersten, zweiten und dritten Planetengetriebewelle. wobei die erste Planetengetriebewelle zur drehfesten Verbindung mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ausgebildet ist, und die zweite Planetengetriebewelle zur drehfesten Verbindung mit einer Eingangswelle des Fahrzeuggetriebes ausgebildet ist. Die Eingangswelle kann dabei insbesondere auch als Eingangswelle eines am Eingang des Fahrzeuggetriebes vorgesehenen Anfahrelements ausgebildet sein. Weiterhin umfasst das Antriebsstrangmodul eine elektrische Maschine, die mit der zweiten Planetengetriebewelle drehfest verbunden ist, sowie eine Bremse, welche bei Betätigung die dritte Planetengetriebewelle abbremst.Accordingly provided is a powertrain module for a motor vehicle, an internal combustion engine and a vehicle transmission includes. The powertrain module includes a planetary gear with a first, second and third planetary gear shaft. the first planetary gear shaft for non-rotatable connection with a Crankshaft of the internal combustion engine is formed, and the second planetary gear shaft for the rotationally fixed connection with an input shaft of the vehicle transmission is trained. The input shaft can in particular also as an input shaft provided at the entrance of the vehicle transmission Be formed starting element. Furthermore, the drive train module comprises an electrical machine working with the second planetary gear shaft rotatably connected, and a brake, which when actuated the third Planet gear shaft decelerates.

Das erfindungsgemäße Antriebsstrangmodul ermöglicht, in Verbindung mit einer Brennkraftmaschine und einem Fahrzeuggetriebe einen Parallelhybrid-Antriebsstrang bereitzustellen, der gegenüber herkömmlichen Hybridantriebssträngen einen vorteilhaft geringeren Bauraum benötigt. Ein derartiges Antriebsstrangmodul kann mit unterschiedlichen Brennkraftmaschinentypen wie z. B. Diesel- oder Ottomotoren und Fahrzeuggetriebetypen wie z. B. Auto matikgetrieben, automatisierten Schaltgetrieben, Doppelkupplungsgetrieben oder CVT-Getrieben eingesetzt werden. Es ermöglicht, die mechanische Komplexität des Antriebsstrangs zu verringern, da weniger Bauteile im drehenden Antriebsstrang translatorisch bewegt werden müssen, um Kraftschluss herzustellen.The Drive train module according to the invention allows in conjunction with an internal combustion engine and a vehicle transmission to provide a parallel hybrid powertrain over conventional Hybrid powertrains requires an advantageously smaller space. Such a powertrain module can with different types of internal combustion engines such. Eg diesel or gasoline engines and vehicle transmission types such. B. Auto matic, automated manual transmissions, dual-clutch transmissions or CVT transmissions used become. Allows, the mechanical complexity reduce the driveline, as fewer components in the rotating Drive train must be moved translationally to produce adhesion.

Im Einzelnen ermöglicht das Planetengetriebe in Verbindung mit der Bremse, bei Verwendung in einem Antriebsstrang die Brennkraftmaschine trennbar an die elektrische Maschine zu koppeln: Bei betätigter Bremse wird die dritte Planetengetriebewelle festgehalten, so dass die erste und die zweite Planetengetriebewelle mit festem Übersetzungsverhältnis aneinander gekoppelt sind. Da mit der ersten Planetengetriebewelle die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und mit der zweiten Planetengetriebewelle die elektrische Maschine jeweils drehfest verbunden sind, entspricht dies einer Kopplung von Brennkraftmaschine und elektrischer Maschine. Bei unbetätigter Bremse hingegen kann die dritte Planetengetriebewelle frei rotieren, wodurch die erste und zweite Planetengetriebewelle und damit auch die Brennkraftmaschine und die elektrische Maschine jeweils voneinander entkoppelt sind. Da hierdurch auch die Brennkraftmaschine vom Fahrzeuggetriebe entkoppelt wird, ermöglicht das erfindungsgemäße Antriebsstrangmodul, die Funktion von in konventionellen Antriebssträngen üblicherweise vorgesehenen Anfahrelementen wie Drehmomentwandlern oder Anfahrkupplungen zu ersetzen, wodurch Bauraum und Herstellungskosten eingespart werden.Specifically, the planetary gear in conjunction with the brake, when used in a powertrain, releasably couple the engine to the electric machine: With the brake applied, the third planetary gear shaft is locked so that the first and second fixed gear ratio planetary gear shafts are coupled together. Since with the first planetary gear shaft, the crankshaft of the internal combustion engine and the second planetary gear shaft, the electric machine are each rotatably connected, this corresponds to a coupling of internal combustion engine and electric machine. When the brake is unoperated, however, the third planetary gear can rotate freely rotating, whereby the first and second planetary gear shaft and thus also the internal combustion engine and the electric machine are each decoupled from each other. Since this also decouples the internal combustion engine from the vehicle transmission, the drive train module according to the invention makes it possible to replace the function of starting elements conventionally provided in conventional drive trains, such as torque converters or starting clutches, thereby saving installation space and manufacturing costs.

Das Planetengetriebe in Verbindung mit der Bremse erfüllt daher eine Funktion analog zur Funktion der zusätzlichen Reibkupplung in einem herkömmlichen P2-Hybridantriebsstrang. Im Gegensatz zu einer herkömmlichen Kupplung ermöglicht die Kombination aus Planetengetriebe und Bremse jedoch das Lösen und Schließen der betreffenden Verbindung ohne Bewegung eines Bauteils in einer Richtung, die parallel zur Richtung der Kraftübertragung verläuft, d. h. im vorliegenden Fall parallel zur Kurbelwelle und Eingangswelle des Fahrzeuggetriebes. Das erfindungsgemäße Antriebsstrangmodul erfordert daher einen geringeren Bauraum und besonders eine geringere Baulänge in der Hauptausdehnungsrichtung des Antriebsstrangs als ein vergleichbares herkömmliches Modul, was eine breitere Anwendung bei geringen Entwicklungs- und Herstellungskosten ermöglicht.The Therefore, planetary gear in conjunction with the brake meets a function analogous to the function of the additional friction clutch in one usual P2 hybrid powertrain. Unlike a conventional one Coupling possible the combination of planetary gear and brake but the release and Shut down the relevant compound without moving a component in one Direction parallel to the direction of the transmission, d. H. in the present case parallel to the crankshaft and input shaft of the vehicle transmission. The drive train module according to the invention requires Therefore, a smaller space and especially a shorter overall length in the Main expansion direction of the drive train as a comparable conventional Module, which is a broader application at low development and Production costs allows.

Ein Vorteil besteht schon in geringeren Herstellungskosten einer Kombination aus Planetengetriebe und Bremse selbst im Vergleich zu den Herstellungskosten einer herkömmlichen Kupplung wie z. B. einer Reibkupplung. Die vergleichsweise geringeren Kosten wie auch eine geringere Störanfälligkeit und bessere Wärmeableitung sind u. a. dadurch bedingt, dass eine Reibkupplung eine Vorrichtung zum Trennen und Koppeln zweier rotierender Elemente erfordert, während die Bremse des erfindungsgemäßen Antriebsstrangmoduls in einfacher, robuster Weise unbewegt montierbar ist.One Advantage already exists in lower production costs of a combination from planetary gear and brake itself compared to the manufacturing cost a conventional one Clutch such. B. a friction clutch. The comparatively smaller Cost as well as a lower susceptibility and better heat dissipation are u. a. due to the fact that a friction clutch is a device for Separating and coupling two rotating elements required while the Brake of the drive train module according to the invention in a simple, robust way is immobile mountable.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die erste Planetengetriebewelle mit einem Sonnenrad des Planetengetriebes drehfest verbunden. Dies ermöglicht vorteilhaft, die Welle, mit der das Antriebsstrangmodul an die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angeschlossen wird, in einfacher Weise als massive, d. h. nicht hohle Welle auszuführen.According to one preferred development is the first planetary gear shaft with a sun gear of the planetary gear rotatably connected. This allows advantageous the shaft that drives the powertrain module to the crankshaft Internal combustion engine is connected, in a simple way as massive, d. H. do not execute hollow shaft.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die zweite Planetengetriebewelle mit einem Hohlrad des Planetengetriebes drehfest verbunden. Dies ermöglicht vorteilhaft, die elektrische Maschine Bauraum sparend konzentrisch mit dem Planetengetriebe auszubilden. Vorzugsweise umfasst die elektrische Maschine einen Rotor, der an einem äußeren Umfang des Hohlrads ausgebildet ist. Hierdurch kann eine hohe Stabilität erreicht sowie weiterer Bauraum und Fahrgewicht eingespart werden, und zwar insbesondere dadurch, dass ermöglicht wird, die zweite Planetengetriebewelle lediglich implizit durch die direkte Verbindung von Rotor und Hohlrad auszubilden.According to one preferred development is the second planetary gear shaft with a ring gear of the planetary gear rotatably connected. This allows advantageous The electric machine saves space concentrically with the planetary gear train. Preferably, the electric machine comprises a Rotor attached to an outer circumference of the ring gear is formed. This can achieve a high stability as well as further installation space and driving weight are saved, in particular in that allows is, the second planetary gear shaft only implicitly by the form direct connection of rotor and ring gear.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die dritte Planetengetriebewelle mit einem Planetenradträger des Planetengetriebes drehfest verbunden.According to one preferred development is the third planetary gear shaft with a planet carrier the planetary gear rotatably connected.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist weiterhin ein Torsionsschwingungsdämpfer vorgesehen, der insbesondere mit der ersten Planetengetriebewelle drehfest verbunden ist. Hierdurch wird ein Schutz vor Verschleiß und Vibrationen erreicht. Vorzugsweise ist die Bremse als Lamellen-, Keil-, Scheiben- oder Bandbremse ausgebildet. Die Verwendung herkömmlicher Bremsentechnologien ermöglicht hier geringe Herstellungskosten.According to one preferred development, a torsional vibration damper is further provided in particular rotatably connected in particular with the first planetary gear shaft is. This provides protection against wear and vibration. Preferably, the brake as a lamellar, wedge, disc or Band brake trained. The use of conventional brake technologies allows here low production costs.

ZEICHNUNGENDRAWINGS

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:The Invention will be described below with reference to the schematic figures the drawings specified embodiments explained in more detail. Show it attended:

1 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit P1-Hybridantrieb; 1 a schematic representation of a conventional powertrain of a motor vehicle with P1 hybrid drive;

2 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit P2-Hybridantrieb; 2 a schematic representation of a conventional powertrain of a motor vehicle with P2 hybrid drive;

3 eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs mit einem Antriebsstrangmodul gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und 3 a schematic representation of a drive train with a drive train module according to an embodiment of the invention; and

4 eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs mit einem Antriebsstrangmodul gemäß einer weiteren Ausführungsform. 4 a schematic representation of a drive train with a drive train module according to another embodiment.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS

In allen Figuren der Zeichnungen sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente – sofern nichts Anderes angegeben ist – mit gleichen Bezugszeichen versehen worden. Vorteile und Merkmale der in 3 und 4 gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsformen werden im Folgenden anhand einer Kontrastierung mit den Vergleichsbeispielen aus 1 und 2 erläutert.In all figures of the drawings, identical or functionally identical elements - unless otherwise stated - have been provided with the same reference numerals. Advantages and characteristics of in 3 and 4 embodiments of the invention shown below are based on a contrasting with the comparative examples 1 and 2 explained.

1 zeigt als Vergleichsbeispiel in schematischer Darstellung einen herkömmlichen Antriebsstrangs 80 eines Kraftfahrzeugs mit P1-Hybridantrieb. Die Kurbelwelle 44 einer Brennkraftmaschine 2 ist mittels einer Reibkupplung 40 an die Welle 82 einer elektrischen Maschine 10 gekoppelt. Die Welle 82 der elektrischen Maschine 10 setzt sich in deren Innerem fort und ist auf der der Kupplung 40 abgewandten Seite fest mit einer Eingangswelle 46 eines Fahrzeuggetriebes 16 verbunden. Das Fahrzeuggetriebe 16 ist z. B. als Automatikgetriebe ausgebildet. Eine Ausgangswelle 50 des Fahrzeuggetriebes 16 verbindet dieses mit einem Differenzialgetriebe 20, das das Antriebsdrehmoment über paarweise vorgesehene Radachsen 48 auf ein Paar sich gegenüber liegender Räder 18 überträgt. 1 shows a comparative example in a schematic representation of a conventional drive train 80 a motor vehicle with P1 hybrid drive. The crankshaft 44 an internal combustion engine ne 2 is by means of a friction clutch 40 to the wave 82 an electric machine 10 coupled. The wave 82 the electric machine 10 continues in its interior and is on the clutch 40 opposite side fixed to an input shaft 46 a vehicle transmission 16 connected. The vehicle transmission 16 is z. B. formed as an automatic transmission. An output shaft 50 of the vehicle transmission 16 connects this with a differential gear 20 , the driving torque via pairwise provided axles 48 on a pair of opposing wheels 18 transfers.

2 zeigt als weiteres Vergleichsbeispiel in schematischer Darstellung einen herkömmlichen Antriebsstrangs 80 eines Kraftfahrzeugs mit P2-Hybridantrieb. Wie beim P1-Hybridantrieb ist die Kurbelwelle 44 einer Brennkraftmaschine 2 mittels einer Reibkupplung 40 an eine Welle 82 einer elektrischen Maschine 10 gekoppelt. Die Welle 82 setzt sich ebenfalls im Inneren der elektrischen Maschine 10 fort und ist auf der der Kupplung 40 abgewandten Seite mit einer Eingangswelle 46 eines Fahrzeuggetriebes 16 verbunden. Im Unterschied zum P1-Hybridantrieb ist jedoch zwischen der elektrischen Maschine 10 und dem Fahrzeuggetriebe 16 ein Anfahrelement, z. B. eine Anfahrkupplung oder ein Drehmomentwandler als Startkupplung 42 eingefügt, so dass die Verbindung zwischen der elektrischen Maschine 10 und dem Fahrzeuggetriebe 16 getrennt werden kann. Das Fahrzeuggetriebe 16 kann als Schalt-, GVT-, ASG-, DKG- oder Automatikgetriebe ausgeführt sein. Wie bei dem in 1 gezeigten P1-Hybridantrieb verbindet eine Ausgangswelle 50 des Fahrzeuggetriebes 16 dieses mit einem Differenzialgetriebe 20, das das Antriebsdrehmoment über paarweise vorgesehene Radachsen 48 auf ein Paar sich gegenüber liegender Räder 18 überträgt. 2 shows as a further comparative example in a schematic representation of a conventional drive train 80 a motor vehicle with P2 hybrid drive. As with the P1 hybrid drive is the crankshaft 44 an internal combustion engine 2 by means of a friction clutch 40 to a wave 82 an electric machine 10 coupled. The wave 82 also sits inside the electric machine 10 away and is on the clutch 40 opposite side with an input shaft 46 a vehicle transmission 16 connected. In contrast to the P1 hybrid drive, however, is between the electric machine 10 and the vehicle transmission 16 a starting element, for. B. a starting clutch or a torque converter as a starting clutch 42 inserted so that the connection between the electric machine 10 and the vehicle transmission 16 can be separated. The vehicle transmission 16 Can be designed as a shift, GVT, ASG, DKG or automatic transmission. As with the in 1 P1 hybrid drive shown connects an output shaft 50 of the vehicle transmission 16 this with a differential gear 20 , the driving torque via pairwise provided axles 48 on a pair of opposing wheels 18 transfers.

3 zeigt einen Antriebsstrang 80 eines Kraftfahrzeugs mit einem Antriebsstrangmodul 52 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Der Antriebsstrang 80 umfasst wie das in 2 gezeigte Vergleichsbeispiel eine Brennkraftmaschine 2 mit einer Kurbelwelle 44. Auf der Kurbelwelle 44 befindet sich ein Torsionsschwingungsdämpfer 4 wie z. B. ein Zweimassenschwungrad 4. Weiterhin übereinstimmend mit dem in 2 gezeigten Vergleichsbeispiel umfasst der Antriebsstrang ein Fahrzeuggetriebe 16 mit einer Eingangswelle 46 und einer Ausgangswelle 50, wobei die letztere 50 über ein Differenzialgetriebe 20 zwei Radachsen 48 und an diesen jeweils angeordnete Räder 18 antreibt. Die Zahl der gezeigten Räder 18 ist dabei rein beispielhaft gemeint; das Kraftfahrzeug kann weitere angetriebene und nicht angetriebene Räder aufweisen. 3 shows a drive train 80 a motor vehicle with a powertrain module 52 according to an embodiment of the invention. The powertrain 80 includes like that in 2 Comparative example shown an internal combustion engine 2 with a crankshaft 44 , On the crankshaft 44 there is a torsional vibration damper 4 such as B. a dual mass flywheel 4 , Furthermore, in accordance with the in 2 Comparative example shown, the drive train comprises a vehicle transmission 16 with an input shaft 46 and an output shaft 50 , the latter being 50 via a differential gear 20 two wheel axles 48 and at these respectively arranged wheels 18 drives. The number of wheels shown 18 is meant purely as an example; the motor vehicle may have further driven and non-driven wheels.

Zwischen der mit dem Torsionsschwingungsdämpfer 4 versehenen Kurbelwelle 44 der Brennkraftmaschine 2 und der Eingangswelle 46 des Fahrzeuggetriebes 16 ist im Antriebsstrang 80 das Antriebsstrangmodul 52 angeordnet, welches Planetengetriebe 8, eine zugehörige Bremse 6 und eine elektrische Maschine 10 umfasst.Between the with the torsional vibration damper 4 provided crankshaft 44 the internal combustion engine 2 and the input shaft 46 of the vehicle transmission 16 is in the powertrain 80 the powertrain module 52 arranged, which planetary gear 8th , an associated brake 6 and an electric machine 10 includes.

Das Planetengetriebe 8 umfasst ein Sonnenrad 26, ein um das Sonnenrad 26 konzentrisch angeordnetes Hohlrad 70, sowie drei oder mehr zwischen dem Sonnenrad 26 und dem Hohlrad 70 angeordnete Planetenräder 22, die von einem Planetenträger 74 getragen werden. Eine erste 54, zweite 56 und dritte 58 Eingangsplanetengetriebewelle sind jeweils drehfest mit dem Sonnenrad 26, dem Hohlrad 70 bzw. dem Planetenträger 74 des Planetengetriebes verbunden.The planetary gear 8th includes a sun wheel 26 , one around the sun wheel 26 concentrically arranged ring gear 70 , as well as three or more between the sun gear 26 and the ring gear 70 arranged planet wheels 22 coming from a planet carrier 74 be worn. A first 54 , second 56 and third 58 Input planetary gear shaft are each rotationally fixed with the sun gear 26 , the ring gear 70 or the planet carrier 74 connected to the planetary gear.

In alternativen Ausführungsformen können die inneren Elemente 26, 74, 70 des Planetengetriebes 8 den jeweiligen Planetengetriebewellen 54, 56, 58 auf andere Weise zugeordnet sein.In alternative embodiments, the inner elements 26 . 74 . 70 of the planetary gear 8th the respective planetary gear shafts 54 . 56 . 58 be assigned in a different way.

Die Bremse 6 ist an einem gegenüber der Karosserie des Kraftfahrzeugs im Wesentlichen unbeweglichen Rahmen 86 befestigt, z. B. an einem das Antriebsstrangmodul 52 einschließenden Gehäuse 86. Die Bremse 6 ist dabei derart an der dritten Planetengetriebewelle 58 angeordnet, dass sie in geschlossenem Zustand die dritte Planetengetriebewelle 58 gegenüber dem Rahmen 86 festhält und in geöffnetem Zustand eine freie Rotation der dritten Planetengetriebewelle 58 zulässt.The brake 6 is on a relation to the body of the motor vehicle substantially immovable frame 86 attached, z. B. on a the powertrain module 52 enclosing housing 86 , The brake 6 is so at the third planetary gear shaft 58 arranged that in the closed state, the third planetary gear shaft 58 opposite the frame 86 holds and in the open state, a free rotation of the third planetary gear shaft 58 allows.

Die zweite Planetengetriebewelle 56 ist mit der elektrischen Maschine 10 drehfest verbunden, z. B. indem wie schematisch gezeigt die zweite Planetengetriebewelle 56 in die Welle 82 der elektrischen Maschine 10 übergeht. Alternativ kann z. B. die elektrische Maschine 10 konzentrisch mit dem Planetengetriebe 8 ausgebildet sein, wobei zweckmäßiger Weise das Hohlrad 70 den Rotor der elektrischen Maschine 10 trägt.The second planetary gear shaft 56 is with the electric machine 10 rotatably connected, z. B. by schematically shown as the second planetary gear shaft 56 into the wave 82 the electric machine 10 passes. Alternatively, z. B. the electric machine 10 concentric with the planetary gear 8th be formed, expediently the ring gear 70 the rotor of the electric machine 10 wearing.

Das beschriebene Antriebsstrangmodul 52 ist zwischen dem Torsionsschwingungsdämpfer 4 und dem Fahrzeuggetriebe 16 in den Antriebsstrang 80 des Kraftfahrzeugs eingefügt, wobei einerseits die Kurbelwelle 44 der Brennkraftmaschine 2 mit der ersten Planetengetriebewelle 54 und andererseits die Eingangswelle 46 des Fahrzeuggetriebes 16 über die Welle 82 der elektrischen Maschine 10 mit der zweiten Planetengetriebewelle 56 drehfest verbunden sind.The described powertrain module 52 is between the torsional vibration damper 4 and the vehicle transmission 16 in the drive train 80 the motor vehicle inserted, on the one hand, the crankshaft 44 the internal combustion engine 2 with the first planetary gear shaft 54 and on the other hand, the input shaft 46 of the vehicle transmission 16 over the wave 82 the electric machine 10 with the second planetary gear shaft 56 are rotatably connected.

Der in dieser Weise aufgebaute Antriebsstrang 80 ermöglicht in Abhängigkeit vom Betätigungsstatus der Bremse 6 die hauptsächlichen Betriebsarten eines Hybridantriebs, d. h. rein elektrisches Fahren, Fahren ausschließlich mit der Brennkraftmaschine 2, hybridisches Fahren mit elektrischer Maschine 10 und Brennkraftmaschine 2, freies Rollen und elektrisches Bremsen, bei dem Bewegungsenergie rückgewonnen („rekuperiert”) wird.The drive train constructed in this way 80 allows depending on the operating status of the brake 6 the main modes of a hybrid drive, ie purely electric driving, driving exclusively with the internal combustion engine 2 , hybrid driving with electric machine 10 and internal combustion engine 2 , free Rolling and electric braking, in which kinetic energy is recovered ("recuperated").

Im Betrieb ist z. B. beim elektrischen Fahren die Bremse 6 geöffnet. Damit sind die Freiheitsgrade der Brennkraftmaschine 2 und der elektrischen Maschine 10 vollständig entkoppelt. Die Brennkraftmaschine 2 braucht somit nicht von der elektrischen Maschine 10 mitgeschleppt zu werden.In operation z. B. in electric driving the brake 6 open. Thus, the degrees of freedom of the internal combustion engine 2 and the electric machine 10 completely decoupled. The internal combustion engine 2 thus does not need the electric machine 10 to be dragged along.

Ein Anfahrelement wie die in 2 gezeigte Kupplung 42 ist nicht erforderlich, da die elektrische Maschine 10 keine Mindestdrehzahl besitzt und aus dem Stand ihr maximales Drehmoment abgeben kann. Dies ermöglicht es, das Kraftfahrzeug im rein elektrischen Betriebszustand aus dem Stand anfahren zu lassen. Es ist weiterhin auch möglich, das Kraftfahrzeug bei laufender Brennkraftmaschine 2 anfahren zu lassen, indem eine geeignete (nicht gezeigte) Steuervorrichtung die Bremse 6 entsprechend ansteuert. Während des elektrischen Fahrens kann der Verbrennungsmotor 2 durch Schließen der Bremse 6 gestartet werden. Er wird so von der rotierenden elektrischen Maschine 10 angeschleppt, bis er eine Drehzahl erreicht hat, die das Zünden des Kraftstoffs erlaubt.A starting element like the one in 2 shown coupling 42 is not necessary because the electric machine 10 has no minimum speed and can deliver its maximum torque from the state. This makes it possible to start the motor vehicle from a standstill in the purely electrical operating state. It is also possible, the motor vehicle with the internal combustion engine running 2 Approach by a suitable (not shown) control device, the brake 6 controls accordingly. During electric driving, the internal combustion engine can 2 by closing the brake 6 to be started. He gets so from the rotating electric machine 10 dragged until it reaches a speed that allows the ignition of the fuel.

Beim Fahren ausschließlich mit der Brennkraftmaschine 2 wird die Bremse 6 geschlossen, wodurch zwischen der Brennkraftmaschine 2 und dem Fahrzeuggetriebe eine feste Verbindung bei konstantem Übersetzungsverhältnis entsteht. Das Fahrzeug kann dann auf herkömmliche Art betrieben werden. Beim Schalten des Fahrzeuggetriebes 16 wird die Bremse 6 zwischenzeitlich gelöst. Auch das Anfahren aus dem Stand kann mit der Brennkraftmaschine 2 realisiert werden, indem zunächst die Bremse 6 gelöst wird, so dass die Brennkraftmaschine 2 im Leerlauf dreht. Durch allmähliches, schlupfendes Schließen der 6 Bremse lässt sich ein gewünschtes Anfahrdrehmoment an der Eingangswelle 46 des Fahrzeuggetriebes 16 einstellen.When driving exclusively with the internal combustion engine 2 gets the brake 6 closed, whereby between the internal combustion engine 2 and the vehicle transmission a fixed connection at constant gear ratio arises. The vehicle can then be operated in a conventional manner. When switching the vehicle transmission 16 gets the brake 6 solved in the meantime. Even starting from a stand can with the internal combustion engine 2 be realized by first applying the brake 6 is solved, so that the internal combustion engine 2 idle. By gradual, slipping closing the 6 Brake can be a desired starting torque on the input shaft 46 of the vehicle transmission 16 to adjust.

Beim hybridischen Fahren sowohl mit der elektrischen 10 als auch der Brennkraftmaschine 2 ermöglichen eine geschlossene Bremse 6 das Zusammenwirken der beiden Antriebsaggregate 2, 10, die bei konstantem Übersetzungsverhältnis über das Planetengetriebe 8 verbunden sind.When hybrid driving with both the electric 10 as well as the internal combustion engine 2 allow a closed brake 6 the interaction of the two drive units 2 . 10 at constant gear ratio via the planetary gear 8th are connected.

Beim Rekuperieren ist die Bremse 6 geöffnet, um die gesamte über die Räder 18 und das Fahrzeuggetriebe 16 aufgenommene mechanische Leistung von der elektrischen Maschine 10 in elektrische Leistung umwandeln und in eine nicht gezeigte Batterie einspeisen zu können. Es geht keine Leistung durch Mitschleppen der Brennkraftmaschine 2 verloren.When Rekuperieren is the brake 6 open to the entire over the wheels 18 and the vehicle transmission 16 absorbed mechanical power from the electric machine 10 convert into electrical power and to be able to feed into a battery, not shown. There is no performance by Entrainment of the internal combustion engine 2 lost.

4 zeigt einen Antriebsstrang 80 mit einem Antriebsstrangmodul 52 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Der gezeigte Antriebsstrang 80 unterscheidet sich von der in 3 gezeigten Ausführungsform einerseits dadurch, dass auf der Kurbelwelle 44 der Brennkraftmaschine rein beispielhaft kein Torsionsschwingungsdämpfer 4 vorgesehen ist. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass wie bei dem in 2 gezeigten herkömmlichen P2- Hybridantriebsstrang zwischen der elektrischen Maschine 10 und dem Fahrzeuggetriebe 16 ein Anfahrelement, z. B. eine weitere Kupplung eingefügt ist, die die drehfeste Verbindung zwischen der Welle 82 der elektrischen Maschine und der Eingangswelle 46 des Fahrzeuggetriebes 16 (und damit auch die drehfeste Verbindung zwischen der zweiten Planetengetriebewelle 56 und der Eingangswelle 46) somit lösbar ausgeführt ist. 4 shows a drive train 80 with a powertrain module 52 according to a further embodiment of the invention. The drivetrain shown 80 is different from the one in 3 shown embodiment on the one hand the fact that on the crankshaft 44 the internal combustion engine purely by way of example no torsional vibration damper 4 is provided. Another difference is that as with the in 2 shown conventional P2 hybrid powertrain between the electric machine 10 and the vehicle transmission 16 a starting element, for. B. a further coupling is inserted, which is the rotationally fixed connection between the shaft 82 the electric machine and the input shaft 46 of the vehicle transmission 16 (And thus the non-rotatable connection between the second planetary gear shaft 56 and the input shaft 46 ) is thus carried out detachable.

Die zusätzliche Startkupplung ermöglicht unter anderem, eine (nicht gezeigte) Batterie des Kraftfahrzeugs bei stillstehendem Fahrzeug aufzuladen, indem die Bremse 6 geschlossen und die Kupplung 42 geöffnet wird. Laden im Stand ist auch möglich, wenn Getriebe in Stellung "neutral". Beim Anfahren können die Bremse 6 und die Kupplung 42 gleichzeitig und unabhängig voneinander gelöst bzw. ganz oder teilweise geschlossen werden, um ein gewünschtes Drehmoment an der Eingangswelle 46 des Fahrzeuggetriebes zu erzielen. Ein unerwünschter Einfluss des Starts der Brennkraftmaschine 2 auf das auf die Räder 18 übertragene Drehmoment kann durch vollständiges oder teilweises Lösen der Kupplung vermieden werden. Insbesondere bei schleifendem Betrieb der Bremse 6 und der Kupplung 42 lässt sich die entstehende Reibungswärme leichter abführen, da sie in zwei voneinander getrennten Funktionselementen 6, 42 verteilt entsteht.Among other things, the additional starting clutch makes it possible to charge a battery (not shown) of the motor vehicle when the vehicle is stationary by applying the brake 6 closed and the clutch 42 is opened. Charging in the state is also possible when transmission in position "neutral". When starting the brakes can 6 and the clutch 42 be solved simultaneously and independently or completely or partially closed to a desired torque on the input shaft 46 to achieve the vehicle transmission. An undesirable influence of the start of the internal combustion engine 2 on the wheels 18 transmitted torque can be avoided by complete or partial release of the clutch. Especially when grinding the brake 6 and the clutch 42 The resulting frictional heat can be removed more easily, as they are in two separate functional elements 6 . 42 spread arises.

Das gezeigte Antriebstrangmodul 52, das wahlweise auch den Torsionsschwingungsdämpfer 4 mit umfassen kann, zeichnet sich durch eine äußerst kleine Baugröße und insbesondere durch eine äußerst kurze Baulänge in Richtung des Kraftflusses aus. Es ermöglicht daher eine breite Anwendung zur Konstruktion von Hybridantrieben auf der Grundlage existierender oder gleichzeitig zu entwickelnder konventioneller Antriebsstränge. Das Antriebsstrangmodul 52 kann dabei sowohl – wie in der vorliegenden Ausführungsform – mit einem z. B. vom zugrundeliegenden konventionellen Antriebsstrang übernommenen Anfahrelement 42 kombiniert werden, als auch eine Startkupplung oder einen Drehmomentwandler, die im zugrundeliegenden konventionellen Antriebsstrang vorgesehen sind, ersetzen. Die kurze Baulänge des Antriebsstrangmoduls 52 ermöglicht dabei, den durch die entfallende Startkupplung oder den entfallenden Drehmomentwandler freigewordenen Bauraum zur Bereitstellung eines Kraftfahrzeugs mit Hybridantrieb zu nutzen.The shown powertrain module 52 , which optionally also the torsional vibration damper 4 can include, is characterized by an extremely small size and in particular by an extremely short length in the direction of the power flow. It therefore allows a wide application for the design of hybrid drives based on existing or simultaneously developing conventional powertrains. The powertrain module 52 can both - as in the present embodiment - with a z. B. inherited from the underlying conventional powertrain starting element 42 be combined, as well as a starting clutch or a torque converter, which are provided in the underlying conventional drive train replace. The short length of the powertrain module 52 makes it possible to use the space freed by the attributable starting clutch or the torque converter omitted space to provide a motor vehicle with hybrid drive.

Claims (10)

Antriebsstrangmodul (52) für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (2) und einem Fahrzeuggetriebe (16), wobei das Antriebsstrangmodul (52) umfasst: – ein Planetengetriebe (8) mit einer ersten (54), zweiten (56) und dritten (58) Planetengetriebewelle, wobei die erste Planetengetriebewelle (54) zur drehfesten Verbindung mit einer Kurbelwelle (44) der Brennkraftmaschine (2) und die zweite Planetengetriebewelle (56) zur drehfesten Verbindung mit einer Eingangswelle (46) des Fahrzeuggetriebes (16) ausgebildet ist; – eine elektrischen Maschine (10), welche mit der zweiten Planetengetriebewelle (56) drehfest verbunden ist; und – eine Bremse (6), welche bei Betätigung die dritte Planetengetriebewelle (58) abbremst.Powertrain module ( 52 ) for a motor vehicle with an internal combustion engine ( 2 ) and a vehicle transmission ( 16 ), wherein the powertrain module ( 52 ) comprises: - a planetary gear ( 8th ) with a first ( 54 ), second ( 56 ) and third ( 58 ) Planetary gear shaft, wherein the first planetary gear shaft ( 54 ) for non-rotatable connection with a crankshaft ( 44 ) of the internal combustion engine ( 2 ) and the second planetary gear shaft ( 56 ) for the rotationally fixed connection with an input shaft ( 46 ) of the vehicle transmission ( 16 ) is trained; An electric machine ( 10 ), which with the second planetary gear shaft ( 56 ) is rotatably connected; and - a brake ( 6 ), which actuates the third planetary gear shaft ( 58 ) decelerates. Antriebsstrangmodul (52) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Planetengetriebewelle (54) mit einem Sonnenrad (26) des Planetengetriebes (8) drehfest verbunden ist.Powertrain module ( 52 ) according to claim 1, characterized in that the first planetary gear shaft ( 54 ) with a sun wheel ( 26 ) of the planetary gear ( 8th ) is rotatably connected. Antriebsstrangmodul (52) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Planetengetriebewelle (56) mit einem Hohlrad (70) des Planetengetriebes (8) drehfest verbunden ist.Powertrain module ( 52 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the second planetary gear shaft ( 56 ) with a ring gear ( 70 ) of the planetary gear ( 8th ) is rotatably connected. Antriebsstrangmodul (52) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (10) einen Rotor (30) umfasst, welcher an einem äußeren Umfang des Hohlrads (70) ausgebildet ist.Powertrain module ( 52 ) according to claim 3, characterized in that the electric machine ( 10 ) a rotor ( 30 ), which on an outer circumference of the ring gear ( 70 ) is trained. Antriebsstrangmodul (52) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Planetengetriebewelle (58) mit einem Planetenradträger (74) des Planetengetriebes (8) drehfest verbunden ist.Powertrain module ( 52 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the third planetary gear shaft ( 58 ) with a planet carrier ( 74 ) of the planetary gear ( 8th ) is rotatably connected. Antriebsstrangmodul (52) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin ein Torsionsschwingungsdämpfer (4) vorgesehen ist, welcher insbesondere mit der ersten Planetengetriebewelle (54) drehfest verbunden ist.Powertrain module ( 52 ) according to one of the preceding claims, characterized in that furthermore a torsional vibration damper ( 4 ) is provided, which in particular with the first planetary gear shaft ( 54 ) is rotatably connected. Antriebsstrangmodul (52) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (6) als Lamellenbremse, Keilbremse, Scheibenbremse oder Bandbremse ausgebildet ist.Powertrain module ( 52 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the brake ( 6 ) is designed as a multi-disc brake, wedge brake, disc brake or band brake. Antriebsstrang (80) für ein Kraftfahrzeug, mit: – einer Brennkraftmaschine (2), welche eine Kurbelwelle (44) aufweist; – einem Fahrzeuggetriebe (16), welches eine Eingangswelle (46) aufweist; und – einem Antriebsstrangmodul (52) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; wobei die erste Planetengetriebewelle (54) drehfest mit der Kurbelwelle (44) und die zweite Planetengetriebewelle (64) drehfest mit der Eingangswelle (46) verbunden ist.Powertrain ( 80 ) for a motor vehicle, comprising: - an internal combustion engine ( 2 ), which a crankshaft ( 44 ) having; A vehicle transmission ( 16 ), which has an input shaft ( 46 ) having; and a powertrain module ( 52 ) according to any one of the preceding claims; the first planetary gear shaft ( 54 ) rotatably with the crankshaft ( 44 ) and the second planetary gear shaft ( 64 ) rotatably with the input shaft ( 46 ) connected is. Antriebsstrang (80) für ein Kraftfahrzeug, mit: – einer Brennkraftmaschine (2), welche eine Kurbelwelle (44) aufweist; – einem Fahrzeuggetriebe (16), welches eine Eingangswelle (46) aufweist; – einer Kupplung (42), welche eine erste (90) und eine zweite (92) Kupplungswelle aufweist; und – einem Antriebsstrangmodul (52) nach einem der Ansprüche 1 bis 7; wobei die erste Planetengetriebewelle (54) drehfest mit der Kurbelwelle (44), die zweite Planetengetriebewelle (64) drehfest mit der ersten Kupplungswelle (90), und die zweite Kupplungswelle (92) drehfest mit der Eingangswelle (46) verbunden ist.Powertrain ( 80 ) for a motor vehicle, comprising: - an internal combustion engine ( 2 ), which a crankshaft ( 44 ) having; A vehicle transmission ( 16 ), which has an input shaft ( 46 ) having; - a coupling ( 42 ), which is a first ( 90 ) and a second ( 92 ) Has coupling shaft; and a powertrain module ( 52 ) according to any one of claims 1 to 7; the first planetary gear shaft ( 54 ) rotatably with the crankshaft ( 44 ), the second planetary gear shaft ( 64 ) rotatably with the first clutch shaft ( 90 ), and the second coupling shaft ( 92 ) rotatably with the input shaft ( 46 ) connected is. Kraftfahrzeug mit einem Antriebsstrang (80) nach Anspruch 8 oder 9.Motor vehicle with a drive train ( 80 ) according to claim 8 or 9.
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