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Die
Erfindung betrifft einen Antriebsstrang mit den Merkmalen des Anspruchs
1. Aus der
DE
10 2005 057 607 B3 ist ein Hybrid-Antriebsstrang für Kraftfahrzeuge
bekannt, bei welchem eine Verbrennungskraftmaschine drehfest mit
einem Generator verbunden ist und über eine erste Kupplung
und einen Elektromotor mit einem Sonnenrad eines einfachen Planetengetriebes.
Mittels einer Bremse ist ein Hohlrad des Planetengetriebes an einem
Gehäuse festbremsbar, mittels einer zweiten Kupplung ist
die Verbrennungskraftmaschine und der Generator mit dem Hohlrad
verbindbar. Über einen Planetenträger des Planentengetriebes
ist eine Antriebsleistung der Verbrennungskraftmaschine und des
Elektromotors auf eine Antriebswelle des Kraftfahrzeugs übertragbar.
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In
einer ersten Fahrstufe treibt die Verbrennungskraftmaschine gemeinsam
mit dem Elektromotor drehmomentüberlagert das Sonnenrad
des Planetengetriebes an. Mittels des Planetenträgers des Planetengetriebes
wird die Antriebsleistung vom Sonnenrad auf die Antriebswelle des
Kraftfahrzeugs übertragen. Das Hohlrad wird dabei mit der
Bremse am Gehäuse fest gebremst.
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In
einer zweiten, leistungsverzweigten Fahrstufe wird die Verbrennungskraftmaschine
alternativ über die zweite Trennkupplung mit dem Hohlrad
des Planetengetriebes verbunden, so dass die Verbrennungskraftmaschine über
das Hohlrad und der Elektromotor über das Sonnenrad entsprechend
dem Drehzahl-Überlagerungsprinzip gemeinsam den Planetenträger
des Planetengetriebes und damit die Antriebswelle des Kraftfahrzeugs
antreiben.
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Mit
der
DE 10 2005
057 607 B3 ist ein Hybrid-Antriebsstrang für Kraftfahrzeuge
bekannt, bei welchem durch die Addition der Drehmomente von Verbrennungskraftmaschine
und Elektromotor und die Drehmomentabstützung über
das fest gebremste Hohlrad am Gehäuse ein hohes Gesamtdrehmoment im
Anfahrvorgang bereitstellbar ist, ohne dass große elektrische
Antriebsmaschinen benötigt werden. In der zweiten Fahrstufe
addieren sich die Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine und des
Elektromotors zu einer Gesamtdrehzahl nach dem Überlagerungsprinzip
auf, wodurch eine hohe Ausgangsdrehzahl an der Antriebswelle des
Kraftfahrzeugs und damit eine hohe Fahrzeugendgeschwindigkeit einstellbar
ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kompakten Antriebsstrang
für ein Kraftfahrzeug, welches eine Verbrennungskraftmaschine
aufweist, im Vergleich zum Stand der Technik technisch weiter vereinfacht
mit einem elektrischen Antrieb zu hybridisieren.
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Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe durch einen Antriebsstrang mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst. Der erfindungsgemäße Antriebsstrang
sieht eine Verbrennungskraftmaschine und eine mit dieser drehfest
verbundene zumindest als Generator betreibbare erste Elektromaschine
vor, welche mit einem als Antriebselement dienenden Planetengetriebeelement
eines Planetengetriebes verbindbar ist. Das Planetengetriebe weist
als Planetengetriebeelemente mindestens ein erstes Sonnenrad, einen
Planetenträger mit mindestens einem Planetenradsatz Planetenräder,
welche in mindestens einer Planetenradebene auf dem Planetenträger
gelagert sind, und mindestens ein erstes Hohlrad auf. Ein Planetengetriebeelement,
welches nicht als Antriebselement des Planetengetriebes ausgeführt
ist, ist als Abtriebselement des Planetengetriebes ausgeführt,
mit welchem ein Kraftfahrzeug antreibbar ist. Eine zweite zumindest
als Elektromotor betreibbare Elektromaschine ist ebenfalls drehfest
mit dem Antriebselement oder dem Abtriebselement des Planetengetriebes
verbunden und nicht mit einem weiteren Planetengetriebeelement,
so dass mittels des Planetengetriebes keine Leistungsverzweigung
bewirkbar ist. Unter Leistungsverzweigung wird verstanden, dass
die Antriebsquellen des Antriebsstrangs zwei unterschiedliche Planetengetriebeelemente
antreiben und dass ein drittes Planetengetriebeelement dem Abtrieb
dient, so dass sich die Drehzahlen gemäß dem Überlagerungsprinzip
addieren. Des weiteren weist der erfindungsgemäße
Antriebsstrang drei Schaltelemente auf, wobei zwei der Schaltelemente als
Bremsen ausgeführt sind, mittels welchen jeweils ein Planetengetriebeelement
an einem Gehäuse, insbesondere am Getriebegehäuse,
welches zumindest das Planetengetriebe umschließt, festbremsbar ist.
Durch die Öffnung von mindestens einem der Schaltelemente
ist ein Mitdrehen der Verbrennungskraftmaschine und der mit dieser
verbundenen ersten Elektromaschine mit der zweiten Elektromaschine
unterbindbar, d. h. die Verbrennungskraftmaschine und die mit dieser
verbundenen ersten Elektromaschine weist eine Drehzahl von Null
oder nahe Null auf.
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Vorteilhaft
ist die zweite Elektromaschine mit der ersten Elektromaschine elektrisch
verbunden und eine elektrische Speichereinheit vorgesehen, welche
durch die beiden Elektromaschinen aufgeladen werden kann. Die gespeicherte
Energie der elektrischen Speichereinheit kann somit bevorzugt an
die zweite Elektromaschine abgegeben werden.
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Der
erfindungsgemäße Antriebsstrang ist in allen Kraftfahrzeugen
einsetzbar, unter anderem in Personenkraftfahrzeugen, Lastkraftwagen,
Bussen und Nutzfahrzeugen.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang sind die
bekannten Funktionen eines Hybridantriebs in einem Kraftfahrzeug
darstellbar, wie beispielsweise ein Start-Stopp-Betrieb, eine Boost-Funktion
und eine Rekuperation von Bremsenergie.
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Der
erfindungsgemäße Antriebsstrang kann vorteilhaft
in einem Plug-In-Hybrid-Kraftfahrzeug mit Reichweitenvergrößerer
eingesetzt werden, in welchem der Fahrbetrieb im Regelfall rein
elektrisch erfolgt und insbesondere die elektrische Speichereinheit
an externen Ladestationen aufladbar ist. Die Verbrennungskraftmaschine
dient lediglich einer Reichweitenvergrößerung
und kann im seriellen oder parallelen Hybridbetrieb als Antriebsquelle
hinzugeschaltet werden.
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In
einem Plug-In-Hybrid-Kraftfahrzeug mit Reichweitenvergrößerer
mit dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang erfolgt
das Anfahren und der Fahrbetrieb im unteren Geschwindigkeitsbereich
in der Regel rein elektrisch, d. h. die zweite Elektromaschine treibt
das Kraftfahrzeug an. Wenn der vorgegebene Mindestladezustand der
elektrischen Speichereinheit unterschritten ist wird der Antriebsstrang seriell
hybridisch betrieben. Hierbei wird der elektrische Strom, mit welchem
die zweite Elektromaschine angetrieben wird, von der Verbrennungskraftmaschine über
die als Generator betriebene erste Elektromaschine erzeugt.
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Wie
Simulationsrechnungen zeigen, ist ein serieller Hybridantrieb eines
Kraftfahrzeugs mit einem Hybridantriebsstrang im unteren Geschwindigkeitsbereich
(Stadtverkehr) im Vergleich zu einem Hybridantrieb mit mechanischem
Durchtrieb der Verbrennungskraftmaschine vorteilhaft, da durch die mechanische
Entkopplung der Verbrennungskraftmaschine vom Kraftfahrzeugantrieb
die Verbrennungskraftmaschine in einem optimalen Betriebsbereich
betrieben werden kann, unabhängig vom Betriebszustand und
von der Lastanforderung durch den Fahrer. Die Verbrennungskraftmaschine
kann beispielsweise phlegmatisiert, quasistationär oder
im Taktbetrieb betrieben werden.
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Der
Fahrbetrieb mit dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang
in einem Plug-In-Hybrid-Kraftfahrzeug mit Reichweitenvergrößerer
erfolgt im oberen Geschwindigkeitsbereich ebenfalls in der Regel rein
elektrisch. Wenn die elektrische Speichereinheit beim Fahrbetrieb
in diesem oberen Geschwindigkeitsbereich einen vorgegebenen unteren
Mindestladezustand unterschreitet, wird die Verbrennungskraftmaschine
zugeschaltet und der Antriebstrang wird parallel hybridisch betrieben,
insbesondere bei langen Überland- oder Autobahnfahrten.
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Hierbei
wird das Kraftfahrzeug gemeinsam von der Verbrennungskraftmaschine über
das Planetengetriebe mit mindestens zwei darstellbaren Übersetzungsstufen
und der zweiten Elektromaschine angetrieben, wobei die Verbrennungskraftmaschine ihre
Antriebsleistung mechanisch auf das Kraftfahrzeug überträgt.
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Da
die Verbrennungskraftmaschine in dem erfindungsgemäßen
Antriebsstrang in einem Plug-In-Hybrid-Kraftfahrzeug mit Reichweitenvergrößerer
erst im oberen Geschwindigkeitsbereich mit mechanischen Durchtrieb
betrieben wird, ist es lediglich erforderlich den Antriebsstrang
mit langen Gängen für diese hohen Geschwindigkeiten
ab ungefähr 50 km/h bis zur möglichen Endgeschwindigkeit
des Kraftfahrzeugs vorzusehen. Dies hat den Vorteil, dass ein leistungsverzweigtes
Getriebe zur Realisierung einer hohen Getriebespreizung zur Ermöglichung
eines Fahrbetriebs mit mechanischem Durchtrieb der Verbrennungskraftmaschine
im gesamten Geschwindigkeitsbereich von 0 km/h bis zur Fahrzeugendgeschwindigkeit
nicht notwendig ist. Bei der Festlegung des Getriebekonzepts kann
stattdessen der Fokus auf eine geringe Anzahl von Schaltelementen
gerichtet werden mit einem möglichst hohen Anteil von Bremsen.
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Es
ist vorteilhaft, ein Schaltelement nicht als Kupplung sondern als
Bremse auszuführen, mittels welcher ein Bauteil des Antriebsstrangs
am Gehäuse festbremsbar ist, weil der gehäusefeste
Teil einer Bremse nicht rotiert und eine Bremse damit technisch einfach
und kostengünstig mit einem elektrischen Aktuator betätigbar
ist. Eine aufwändige Hydraulik mit einer elektrohydraulischen
Steuereinheit, Ölleitungen und einem hydraulischen Kolben
kann entfallen. Werden zudem von den drei Schaltelementen bevorzugt
zwei als Bremsen ausgeführt und eines als Trockenkupplung,
so kann auf eine elektrohydraulische Steuereinheit im erfindungsgemäßen
Antriebsstrang vollständig verzichtet werden.
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Es
ist vorteilhaft beide Bremsen benachbart anzuordnen, wodurch eine
Betätigung beider Bremsen mit einem gemeinsamen Aktuator
möglich wäre und die Kosten sowie der Bauraum
für einen zweiten Aktuator entfallen könnten.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung verfügt das Planetengetriebe
des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs über
einen Planetenträger mit jeweils einem einfachen Planetenradsatz
Planetenräder in zwei Planetenradebenen. Die Planetenräder
der beiden Planetenradebenen kämmen mit dem gemeinsamen
ersten Sonnenrad und mit dem ersten und einem zweiten Hohlrad. Die
beiden Hohlräder weisen einen unterschiedlichen Durchmesser
zur Darstellung von zwei verschiedenen Übersetzungen auf
und sind von jeweils einer Bremse am Gehäuse festbremsbar.
Das gemeinsame erste Sonnenrad ist als Antriebselement des Planetengetriebes
und der Planetenträger als Abtriebselement des Planetengetriebes
ausgeführt. Die zweite Elektromaschine ist mit dem ersten
Sonnenrad drehfest verbunden und mittels dem dritten Schaltelement,
welches als Kupplung ausgeführt ist, sind die Verbrennungskraftmaschine
und die mit der Verbrennungskraftmaschine drehfest verbundene erste
Elektromaschine mit dem ersten Sonnenrad verbindbar.
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Vorteilhaft
an dieser Ausgestaltung ist der kostengünstige, technisch
einfache Aufbau des Planetengetriebes, wie in 1 ersichtlich.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung verfügt das
Planetengetriebe des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs über
den Planetenträger mit jeweils einem einfachen Planetenradsatz
Planetenräder in zwei Planetenradebenen. Die Planetenräder der
beiden Planetenradebenen kämmen mit dem gemeinsamen ersten
Sonnenrad und mit dem ersten und einem zweiten Hohlrad. Die beiden
Hohlräder sind von jeweils einer Bremse am Gehäuse
festbremsbar. Das gemeinsame erste Sonnenrad ist als Antriebselement
des Planetengetriebes, der Planetenträger als Abtriebselement
des Planetengetriebes ausgeführt. Die zweite Elektromaschine
ist mit dem als Abtriebselement des Planetengetriebes ausgeführten
Planetenträger verbunden. Mit dem dritten Schaltelement,
welches als Kupplung ausgeführt ist, sind die Verbrennungskraftmaschine
und die mit der Verbrennungskraftmaschine drehfest verbundene erste
Elektromaschine mit dem Planetenträger verbindbar. Damit
ist bei dieser Ausgestaltung der Erfindung mittels der Kupplung
ein zusätzlicher dritter Fahrgang darstellbar, wie 2 und
der zugehörigen Beschreibung entnommen werden kann.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung verfügt das
Planetengetriebe des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs über
das erste Hohlrad, über zwei Sonnenräder und über
den Planetenträger, auf welchem zwei Planetenradsätze
gelagert sind. Der erste Planetenradsatz weist Planeten auf, welche
mit dem ersten Sonnenrad und den Planetenrädern des zweiten
Planetenradsatzes kämmen und der zweite Planetenradsatz
weist Planetenräder auf, welche mit den Planetenrädern
des ersten Planetenradsatzes, mit dem zweiten Sonnenrad und mit
dem ersten Hohlrad kämmen. Ein Planetengetriebe mit einer
solchen Anordnung der Planetengetriebeelemente ist auch als Ravigneaux-Planetengetriebe
bekannt. Das zweite Sonnenrad und der Planetenträger sind
von jeweils einem als Bremse ausgeführten Schaltelement
am Gehäuse festbremsbar. Das erste Sonnenrad ist als Antriebselement
des Planetengetriebes und das erste Hohlrad als Abtriebselement
des Planetengetriebes ausgeführt. Die zweite Elektromaschine
ist mit dem Sonnenrad verbunden. Mit dem dritten Schaltelement,
welches als Kupplung ausgeführt ist, sind die Verbrennungskraftmaschine
und die mit der Verbrennungskraftmaschine drehfest verbundene erste
Elektromaschine mit dem ersten Sonnenrad verbindbar.
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Vorteilhaft
an dieser Ausgestaltung der Erfindung ist die Realisierung von zwei
Fahrgängen mit einer hohen Spreizung, welche mit zwei Bremsen
darstellbar sind.
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Vorteilhaft
sind die Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes gestuft
ausgeführt. Ein gestuftes Planetenrad weist zwei sich voneinander
unterscheidende Verzahnungen und/oder Durchmesser auf, wobei eine
erste Verzahnung eines gestuften Planetenrads mit einer Verzahnung
eines Planetenrads des ersten Planetenradsatzes und der Verzahnung
des ersten Hohlrads kämmt, eine zweite Verzahnung eines
gestuften Planetenrads mit dem zweiten Sonnenrad.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung verfügt das
Planetengetriebe des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs über
das erste Hohlrad, über zwei Sonnenräder und über
den Planetenträger, auf welchem zwei Planetenradsätze
gelagert sind. Der erste Planetenradsatz weist Planeten auf, welche
mit dem ersten Sonnenrad und den Planetenrädern des zweiten
Planetenradsatzes kämmen und der zweite Planetenradsatz
weist Planetenräder auf, welche mit den Planetenrädern
des ersten Planetenradsatzes, mit dem zweiten Sonnenrad und mit
dem ersten Hohlrad kämmen. Das zweite Sonnenrad und der Planetenträger
sind von jeweils einem als Bremse ausgeführten Schaltelement
am Gehäuse festbremsbar. Das erste Sonnenrad ist als Antriebselement
und das erste Hohlrad als Abtriebselement des Planetengetriebes
ausgeführt. Die zweite Elektromaschine ist mit dem als
Abtriebselement des Planetengetriebes ausgeführten ersten
Hohlrad verbunden. Mit dem dritten Schaltelement, welches als Kupplung
ausgeführt ist, sind die Verbrennungskraftmaschine und
die mit der Verbrennungskraftmaschine drehfest verbundene erste
Elektromaschine mit dem zweiten Sonnenrad verbindbar. Damit ist
bei dieser Ausgestaltung der Erfindung eine hohe Spreizung bei drei Fahrgängen
darstellbar, da mittels der Kupplung ein zusätzlicher dritter
Fahrgang schaltbar ist, wie 4 und der
zugehörigen Beschreibung entnommen werden kann.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung ist das Planetengetriebe des erfindungsgemäßen
Antriebsstrangs axial zwischen den beiden Elektromaschinen angeordnet.
Der Abtrieb auf das Kraftfahrzeug erfolgt über ein Element
des Planetengetriebes, d. h. der Abtrieb ist axial zwischen den
beiden Elektromaschinen angeordnet, was für eine Umsetzung
des erfindungsgemäßen Antriebsstranges in einem
Kraftfahrzeug mit Front-Quer-Anordnung vorteilhaft ist. Zudem baut
ein Planetengetriebe sehr kompakt, was für eine Front-Quer-Anordnung
des Antriebsstrangs im Kraftfahrzeug ebenfalls vorteilhaft ist.
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung werden in den Figuren anhand von schematisch
dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben.
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Dabei
zeigen:
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1 Antriebsstrang
mit Planetengetriebe mit zwei einfachen Planetenradsätzen
in 2 Planetenradebenen und einem gemeinsamen Sonnenrad, wobei die
zweite Elektromaschine mit dem Planetengetriebe-Antrieb (gemeinsames
Sonnenrad) verbunden ist (2 Fahrgänge sowohl für
die Verbrennungskraftmaschine mit der ersten Elektromaschine als auch
für die zweite Elektromaschine darstellbar),
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2 Antriebsstrang
mit Planetengetriebe mit zwei einfachen Planetenradsätzen
in 2 Planetenradebenen und einem gemeinsamen Sonnenrad, wobei die
zweite Elektromaschine direkt mit dem Planetengetriebe-Abtrieb (Planetenträger)
verbunden ist (3 Fahrgänge für die Verbrennungskraftmaschine
mit der ersten Elektromaschine darstellbar),
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3 Antriebsstrang
mit Ravigneaux-Planetengetriebe, wobei die zweite Elektromaschine
mit dem Planetengetriebe-Antrieb (erstes Sonnenrad) verbunden ist
(2 Fahrgänge sowohl für die Verbrennungskraftmaschine
mit der ersten Elektromaschine als auch für die zweite
Elektromaschine darstellbar),
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4 Antriebsstrang
mit Ravigneaux-Planetengetriebe, wobei die zweite Elektromaschine
direkt mit dem Planetengetriebe-Abtrieb (erstes Hohlrad) verbunden
ist (3 Fahrgänge für die Verbrennungskraftmaschine
mit der ersten Elektromaschine darstellbar).
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Gemäß 1 ist
eine Verbrennungskraftmaschine 1 mit einer zumindest als
Generator betreibbaren ersten Elektromaschine 2 drehfest
verbunden, welche über eine Kupplung 4 mit einem
ersten Sonnenrad 5 eines Planetengetriebes 6 drehfest
verbindbar ist. Das erste Sonnenrad 5 ist als Antriebselement
des Planetengetriebes 6 ausgeführt. Eine zweite
zumindest als Elektromotor betreibbare Elektromaschine 11 ist über
eine Untersetzungsstufe 16 ebenfalls drehfest mit dem ersten
Sonnenrad 5 verbunden. Das Planetengetriebe 6 weist
einen Planetenträger 7 mit jeweils einem einfachen
Planetenradsatz Planetenräder 8, 9 in
zwei Planetenradebenen auf. Die Planetenräder 8, 9 der
beiden Planetenradebenen kämmen mit dem gemeinsamen ersten
Sonnenrad 5 und mit einem ersten und einem zweiten Hohlrad 10, 17.
Die beiden Hohlräder 10, 17 sind von jeweils
einer Bremse 14, 15 an einem Gehäuse 13 festbremsbar.
Der Planetenträger 7 ist als Abtriebselement des
Planetengetriebes 6 ausgeführt. Der zweiten Elektromaschine 11 und
der ersten Elektromaschine 2 ist jeweils eine Leistungselektronik 18, 19 zugeordnet.
Die zweite Elektromaschine 11 ist elektrisch mit der ersten
Elektromaschine 2 verbunden und eine elektrische Speichereinheit 20 ist
von den beiden Elektromaschinen 2, 11 aufladbar.
Eine gespeicherte Energie der elektrischen Speichereinheit 20 kann
an die beiden Elektromaschine 2, 11 abgegeben
werden.
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Folgende
Antriebsvarianten sind mit dem in 1 dargestellten
Antriebsstrang möglich:
- 1. Die Kupplung 4 ist
geöffnet und das Kraftfahrzeug wird ausschließlich über
die als Elektromotor betriebene zweite Elektromaschine 11 mit
der Energie des Energiespeichers 20 angetrieben. Während
des Bremsvorgangs kann die von der als Generator betriebenen zweiten
Elektromaschine 11 rekuperierte Bremsenergie von der elektrischen Speichereinheit 20 aufgenommen
werden.
- 2. Die Kupplung 4 ist geöffnet und das Kraftfahrzeug
wird von der als Elektromotor betriebenen zweiten Elektromaschine 11 im
seriellen Hybridbetrieb betrieben. Hierbei treibt die Verbrennungskraftmaschine 1 die
als Generator arbeitende erste Elektromaschine 2 an. Diese
stellt ihre erzeugte elektrische Energie zum Laden der elektrischen Speichereinheit 20 oder
direkt für den Betrieb der zweiten Elektromaschine 11 als
Antriebsleistung zur Verfügung.
- 3. Die Kupplung 4 ist geschlossen und das Kraftfahrzeug
wird gemeinsam von der als Elektromotor betriebenen zweiten Elektromaschine 11 und der
Verbrennungskraftmaschine 1 betrieben, wobei die Verbrennungskraftmaschine 1 ihre
Antriebsleistung mechanisch auf das Kraftfahrzeug überträgt.
Zusätzlich kann die erste Elektromaschine 2 motorisch
betrieben werden.
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In
allen drei Betriebszuständen sind jeweils zwei Fahrgänge
für die Verbrennungskraftmaschine 1 mit der ersten
Elektromaschine 2 sowie für die zweite Elektromaschine 11 darstellbar:
- – In einem ersten Fahrgang ist die
erste Bremse 14 geschlossen, das erste Hohlrad 10 ist
fest gebremst und die zweite Bremse 15 geöffnet.
Das Übersetzungsverhältnis dieses Fahrgangs ergibt sich
aus den Zähnezahlen des ersten Hohlrads 10 und
des ersten Sonnenrads 5 des Planetengetriebes.
- – In einem zweiten Fahrgang ist die zweite Bremse 15 geschlossen,
das zweite Hohlrad 17 ist fest gebremst und die erste Bremse 14 ist
geöffnet. Die Übersetzung des Fahrgangs ergibt
sich aus den Zähnezahlen des zweiten Hohlrads 17 und des
ersten Sonnenrads 5 des Planetengetriebes 6.
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Gemäß 2 ist
eine Verbrennungskraftmaschine 1 mit der zumindest als
Generator betreibbaren ersten Elektromaschine 2 drehfest
verbunden, welche mit dem ersten Sonnenrad 5 des Planetengetriebes 6 drehfest
verbindbar ist. Das erste Sonnenrad 5 ist als Antriebselement
des Planetengetriebes 6 ausgeführt. Das Planetengetriebe 6 weist
den Planetenträger 7 mit jeweils einem einfachen
Planetenradsatz Planetenrädern 8, 9 in
zwei Planetenradebenen auf. Die Planetenräder 8, 9 der
beiden Planetenradebenen kämmen mit dem gemeinsamen ersten Sonnenrad 5 und
mit dem ersten und zweiten Hohlrad 10, 17. Die
beiden Hohlräder 10, 17 sind von den Bremsen 14, 15 an
dem Gehäuse 13 festbremsbar. Der Planetenträger 7 ist
als Antriebselement des Planetengetriebes ausgeführt. Eine
zweite als Elektromotor betreibbare Elektromaschine 11 ist über
die Untersetzungsstufe 16 drehfest mit dem Planetenträger 7 des
Planetengetriebes 6 verbunden. Mit der Kupplung 204 ist
die Verbrennungskraftmaschine 1 und die mit der Verbrennungskraftmaschine 1 drehfest
verbundene erste Elektromaschine 2 mit dem Planetenträger 7 verbindbar.
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Der
zweiten Elektromaschine 11 und der ersten Elektromaschine 2 ist
jeweils eine Leistungselektronik 18, 19 zugeordnet.
Die zweite Elektromaschine 11 ist elektrisch mit der ersten
Elektromaschine 2 verbunden und die elektrische Speichereinheit 20 ist
von den beiden Elektromaschinen 2, 11 aufladbar.
Die gespeicherte Energie der elektrischen Speichereinheit 20 kann
an die beiden Elektromaschine 2, 11 abgegeben
werden.
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Folgende
Antriebsvarianten sind mit dem in 2 dargestellten
Antriebsstrang möglich:
- 1. Die beiden
Bremsen 14, 15 und die Kupplung 204 sind
geöffnet und das Kraftfahrzeug wird ausschließlich über
die als Elektromotor betriebene zweite Elektromaschine 11 mit
der Energie des Energiespeichers 20 angetrieben. Sobald
alle drei Schaltelemente geöffnet sind, wird die abgeschaltete
Verbrennungskraftmaschine 1 nicht mitgeschleppt. Da die
Verbrennungskraftmaschine 1 eine höhere innere
Reibung im Vergleich zur Gesamtreibung in den geöffneten
Schaltelementen 14, 15, 204 aufweist,
drehen die beiden Hohlräder 10, 17 mit
den rotierenden Teilen der Bremsen 14, 15 mit
den Planetenrädern 8, 9 mit, das erste
Sonnenrad 5 steht still. Während des Bremsvorgangs kann
die von der als Generator betriebenen zweiten Elektromaschine 11 rekuperierte
Bremsenergie von der elektrischen Speichereinheit 20 aufgenommen
werden.
- 2. Die beiden Bremsen 14, 15 und die Kupplung 204 sind
geöffnet und das Kraftfahrzeug wird von der als Elektromotor
betriebenen zweiten Elektromaschine 11 im seriellen Hybridbetrieb
betrieben. Hierbei treibt die Verbrennungskraftmaschine 1 die
als Generator arbeitende erste Elektromaschine 2 an. Diese
stellt ihre erzeugte elektrische Energie zum Laden der elektrischen
Speichereinheit 20 oder direkt für den Betrieb
der zweiten Elektromaschine 11 als Antriebsleistung zur
Verfügung.
- 3. Das Kraftfahrzeug wird gemeinsam von der als Elektromotor
betriebenen zweiten Elektromaschine 11 und der Verbrennungskraftmaschine 1 betrieben,
wobei die Verbrennungskraftmaschine 1 ihre Antriebsleistung
mechanisch auf das Kraftfahrzeug überträgt. Zusätzlich
kann die erste Elektromaschine 2 motorisch betrieben werden.
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Hierbei
sind drei Fahrgänge für die Verbrennungskraftmaschine 1 darstellbar:
- – In einem ersten Fahrgang ist die
erste Bremse 14 geschlossen, das erste Hohlrad 10 ist
fest gebremst, die Bremse zweite 15 geöffnet und
die Kupplung 204 ist geöffnet. Das Übersetzungsverhältnis
dieses Fahrgangs ergibt sich aus den Zähnezahlen des ersten
Hohlrads 10 und des ersten Sonnenrads 5 des Planetengetriebes 6.
- – In einem zweiten Fahrgang ist die zweite Bremse 15 geschlossen,
das zweite Hohlrad 17 ist fest gebremst, die erste Bremse 14 ist
geöffnet und die Kupplung 204 ist geöffnet.
Die Übersetzung ergibt sich aus den Zähnezahlen
des zweiten Hohlrads 17, und des ersten Sonnenrads 5.
- – In einem dritten Fahrgang ist die Kupplung 204 geschlossen,
die beiden Bremsen 14, 15 sind geöffnet,
so dass die Verbrennungskraftmaschine 1 direkt den Abtrieb
des Planetengetriebes 6, d. h. den Planetenträger 7,
antreibt.
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Gemäß 3 ist
die Verbrennungskraftmaschine 1 mit der als Generator betreibbaren
ersten Elektromaschine 2 drehfest verbunden, welche über die
Kupplung 4 mit dem als Antriebselement eines Planetengetriebes 106 ausgeführten
ersten Sonnenrad 105 drehfest verbindbar ist. Die zumindest
als Elektromotor betreibbare zweite Elektromaschine 11 ist über
die Untersetzungsstufe 16 ebenfalls drehfest mit dem ersten
Sonnenrad 105 verbunden. Das Planetengetriebe 106 verfügt
neben dem ersten Sonnenrad 105 über ein zweites
Sonnenrad 118 sowie über einen Planetenträger 107,
auf welchem zwei Planetenradsätze gelagert sind. Der erste
Planetenradsatz weist Planeten 108 auf, welche mit dem
ersten Sonnenrad 105 und den Planetenrädern 109 des zweiten
Planetenradsatzes kämmen und der zweite Planetenradsatz
weist Planetenräder 109 auf, welche mit den Planetenrädern 108 des
ersten Planetenradsatzes, mit dem zweiten Sonnenrad 118 und
mit dem ersten Hohlrad 110 kämmen. Das zweite
Sonnenrad 118 und der Planetenträger 107 sind
von jeweils einer Bremse 14, 15 an dem Gehäuse 13 festbremsbar.
Das erste Hohlrad 110 ist als Abtriebselement des Planetengetriebes 106 ausgeführt.
Der zweiten Elektromaschine 11 und der ersten Elektromaschine 2 ist
jeweils eine Leistungselektronik 18, 19 zugeordnet.
Die zweite Elektromaschine 11 ist elektrisch mit der ersten
Elektromaschine 2 verbunden und die elektrische Speichereinheit 20 ist
von den beiden Elektromaschinen 2, 11 aufladbar.
Die gespeicherte Energie der elektrischen Speichereinheit 20 kann
an die beiden Elektromaschinen 2, 11 abgegeben
werden.
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Folgende
Antriebsvarianten sind mit dem in 3 dargestellten
Antriebsstrang möglich:
- 1. Die Kupplung 4 ist
geöffnet und das Kraftfahrzeug wird ausschließlich über
die als Elektromotor betriebene zweite Elektromaschine 11 mit
der Energie des Energiespeichers 20 angetrieben. Während
des Bremsvorgangs kann die von der als Generator betriebenen zweiten
Elektromaschine 11 rekuperierte Bremsenergie von der elektrischen Speichereinheit 20 aufgenommen
werden.
- 2. Die Kupplung 4 ist geöffnet und das Kraftfahrzeug
wird von der als Elektromotor betriebenen zweiten Elektromaschine 11 im
seriellen Hybridbetrieb betrieben. Hierbei treibt die Verbrennungskraftmaschine 1 die
als Generator arbeitende erste Elektromaschine 2 an. Diese
stellt ihre erzeugte elektrische Energie zum Laden der elektrischen Speichereinheit 20 oder
direkt für den Betrieb der zweiten Elektromaschine 11 als
Antriebsleistung zur Verfügung.
- 3. Die Kupplung 4 ist geschlossen und das Kraftfahrzeug
wird gemeinsam von der als Elektromotor betriebenen zweiten Elektromaschine 11 und der Verbrennungskraftmaschine 1 betrieben,
wobei die Verbrennungskraftmaschine 1 ihre Antriebsleistung
mechanisch auf das Kraftfahrzeug überträgt. Zusätzlich
kann die erste Elektromaschine 2 motorisch betrieben werden.
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In
allen drei Betriebszuständen sind jeweils zwei Fahrgänge
für die Verbrennungskraftmaschine 1 mit der ersten
Elektromaschine 2 sowie für die zweite Elektromaschine 11 darstellbar:
- – In einem ersten Fahrgang ist die
zweite Bremse 15 geschlossen, der Planetenträger 107 ist
festgebremst, die erste Bremse 14 ist geöffnet.
Das Übersetzungsverhältnis dieses Fahrgangs ergibt sich
aus den Zähnezahlen des ersten Hohlrads 110 und
des ersten Sonnenrads 105 des Planetengetriebes 106.
- – In einem zweiten Fahrgang ist die erste Bremse 14 geschlossen,
das zweite Sonnenrad 118 ist festgebremst, die zweite Bremse 15 ist
geöffnet. Die Übersetzung ergibt sich aus den
Zähnezahlen des ersten Hohlrads 110, des zweiten
Sonnenrads 118 und des ersten Sonnenrads 105.
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Gemäß 4 ist
die Verbrennungskraftmaschine 1 mit der zumindest als Generator
betreibbaren ersten Elektromaschine 2 drehfest verbunden, welche
mit dem als Antriebselement eines Planetengetriebes 106 ausgeführten
ersten Sonnenrad 105 drehfest verbindbar ist. Das Planetengetriebe 106 verfügt
neben dem ersten Sonnenrad 105 über ein zweites
Sonnenrad 118 sowie über einen Planetenträger 107,
auf welchem zwei Planetenradsätze gelagert sind. Der erste
Planetenradsatz weist Planeten 108 auf, welche mit dem
ersten Sonnenrad 105 und den Planetenrädern 109 des
zweiten Planetenradsatzes kämmen und der zweite Planetenradsatz weist
Planetenräder 109 auf, welche mit den Planetenrädern 108 des
ersten Planetenradsatzes, mit dem zweiten Sonnenrad 118 und
mit dem ersten Hohlrad 110 kämmen. Das zweite
Sonnenrad 118 und der Planetenträger 107 sind
von jeweils einer Bremse 14, 15 an dem Gehäuse 13 festbremsbar, das
erste Hohlrad 110 ist als Abtriebselement des Planetengetriebes 106 ausgeführt.
Die zumindest als Elektromotor betreibbare zweite Elektromaschine 11 ist über
die Untersetzungsstufe 16 drehfest mit dem ersten Hohlrad 110 verbunden.
Mit einer Kupplung 404 ist die Verbrennungskraftmaschine 1 und
die mit der Verbrennungskraftmaschine 1 drehfest verbundene
erste Elektromaschine 2 mit dem zweiten Sonnenrad 118 verbindbar.
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Der
zweiten Elektromaschine 11 und der ersten Elektromaschine 2 ist
jeweils eine Leistungselektronik 18, 19 zugeordnet.
Die zweite Elektromaschine 11 ist elektrisch mit der ersten
Elektromaschine 2 verbunden und die elektrische Speichereinheit 20 ist
von den beiden Elektromaschinen 2, 11 aufladbar.
Die gespeicherte Energie der elektrischen Speichereinheit 20 kann
an die beiden Elektromaschine 2, 11 abgegeben
werden.
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Folgende
Antriebsvarianten sind mit dem in 4 dargestellten
Antriebsstrang möglich:
- 1. Die beiden
Bremsen 14, 15 und die Kupplung 404 sind
geöffnet und das Kraftfahrzeug wird ausschließlich über
die als Elektromotor betriebene zweite Elektromaschine 11 mit
der Energie des Energiespeichers 20 angetrieben. Sobald
alle drei Schaltelemente geöffnet sind, wird die abgeschaltete
Verbrennungskraftmaschine 1 nicht mitgeschleppt. Da die
Verbrennungskraftmaschine 1 eine höhere innere
Reibung im Vergleich zur Gesamtreibung in den geöffneten
Schaltelementen 14, 15, 404 aufweist,
dreht das erste Hohlrad 110 und das zweite Sonnenrad 118 mit
den rotierenden Teilen der Bremsen 14, 15 mit
den Planetenrädern 108, 109 mit, das
erste Sonnenrad 105 steht still. Während des Bremsvorgangs
kann die von der als Generator betriebenen zweiten Elektromaschine 11 rekuperierte
Bremsenergie von der elektrischen Speichereinheit 20 aufgenommen
werden.
- 2. Die beiden Bremsen 14, 15 und die Kupplung 404 sind
geöffnet und das Kraftfahrzeug wird von der als Elektromotor
betriebenen zweiten Elektromaschine 11 im seriellen Hybridbetrieb
betrieben. Hierbei treibt die Verbrennungskraftmaschine 1 die
als Generator arbeitende erste Elektromaschine 2 an. Diese
stellt ihre erzeugte elektrische Energie zum Laden der elektrischen
Speichereinheit 20 oder direkt für den Betrieb
der zweiten Elektromaschine 11 als Antriebsleistung zur
Verfügung.
- 3. Das Kraftfahrzeug wird gemeinsam von der als Elektromotor
betriebenen zweiten Elektromaschine 11 und der Verbrennungskraftmaschine 1 betrieben,
wobei die Verbrennungskraftmaschine 1 ihre Antriebsleistung
mechanisch auf das Kraftfahrzeug überträgt. Zusätzlich
kann die erste Elektromaschine 2 motorisch betrieben werden.
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Hierbei
sind drei Fahrgänge für die Verbrennungskraftmaschine 1 darstellbar:
- – In einem ersten Fahrgang ist die
zweite Bremse 15 geschlossen, der Planetenträger 107 ist
fest gebremst, die erste Bremse 14 geöffnet und
die Kupplung 404 ist geöffnet. Das Übersetzungsverhältnis
dieses Fahrgangs ergibt sich aus den Zähnezahlen des ersten
Hohlrads 110 und des ersten Sonnenrads 105 des
Planetengetriebes 106.
- – In einem zweiten Fahrgang ist die erste Bremse 14 geschlossen,
das zweite Sonnenrad 118 ist fest gebremst, die zweite
Bremse 15 ist geöffnet und die Kupplung 404 ist
geöffnet. Die Übersetzung ergibt sich aus den
Zähnezahlen des ersten Hohlrads 110, des ersten
Sonnenrads 105 und des zweiten Sonnenrads 118.
- – In einem dritten Fahrgang ist die Kupplung 404 geschlossen,
die beiden Bremsen 14, 15 sind geöffnet,
so dass die Verbrennungskraftmaschine 1 das zweite Sonnenrad 118 und
das erste Sonnenrad 105 mit derselben Drehzahl antreibt
und das Planetengetriebe 106 im Block umläuft.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005057607
B3 [0001, 0004]