DE102009024625A1 - Antriebsstrang - Google Patents

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DE102009024625A1
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Abstract

Der erfindungsgemäße Antriebsstrang sieht eine Verbrennungskraftmaschine (1) und eine mit dieser drehfest verbundene, zumindest als Generator betreibbare erste Elektromaschine (2) vor, welche mit einem als Antriebselement dienenden Planetengetriebeelement (5) eines Planetengetriebes (6) verbindbar ist. Das Planetengetriebe (6, 106) weist als Planetengetriebeelemente mindestens ein erstes Sonnenrad (5), einen Planetenträger (7) mit mindestens einem Planetenradsatz Planetenräder (8, 9), welche in mindestens einer Planetenradebene auf dem Planetenträger (7) gelagert sind, und mindestens ein erstes Hohlrad (10) auf. Ein Planetengetriebeelement (7), welches nicht als Antriebselement des Planetengetriebes (6, 106) ausgeführt ist, ist als Abtriebselement des Planetengetriebes (6) ausgeführt, mit welchem ein Kraftfahrzeug antreibbar ist. Eine zweite zumindest als Elektromotor betreibbare Elektromaschine (11) ist ebenfalls drehfest mit dem Antriebselement oder dem Abtriebselement des Planetengetriebes (6) verbunden, so dass mittels des Planetengetriebes (6, 106) keine Leistungsverzweigung bewirkbar ist. Des Weiteren weist der erfindungsgemäße Antriebsstrang drei Schaltelemente (4, 14, 15) auf, wobei zwei der Schaltelemente (14, 15) als Bremsen ausgeführt sind, mittels welchen jeweils ein Planetengetriebeelement (10, 17) an einem Gehäuse (13) festbremsbar ist. Mittels mindestens eines der Schaltelemente (4, 14, 15) ist ein Mitdrehen der Verbrennungskraftmaschine (1) und der mit ...

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Der erfindungsgemäße Antriebsstrang ist in allen Kraftfahrzeugen einsetzbar, unter anderem in Personenkraftfahrzeugen, Lastkraftwagen, Bussen und Nutzfahrzeugen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Vorteilhaft an dieser Ausgestaltung ist der kostengünstige, technisch einfache Aufbau des Planetengetriebes, wie in 1 ersichtlich.
  • 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.
  • 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.
  • Vorteilhaft an dieser Ausgestaltung der Erfindung ist die Realisierung von zwei Fahrgängen mit einer hohen Spreizung, welche mit zwei Bremsen darstellbar sind.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in den Figuren anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben.
  • Dabei zeigen:
  • 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),
  • 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),
  • 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),
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102005057607 B3 [0001, 0004]

Claims (6)

  1. Antriebsstrang mit – einer Verbrennungskraftmaschine (1) und – einer mit dieser drehfest verbundenen zumindest als Generator betreibbaren ersten Elektromaschine (2), welche mit einem als Antriebselement eines Planetengetriebes (6, 106) dienenden Planetengetriebeelement (5, 105) drehfest verbindbar ist, wobei – das Planetengetriebe (6, 106) als Planetengetriebeelemente über – mindestens ein erstes Sonnenrad (5, 105), – mindestens einen Planetenträger (7, 107) mit mindestens einem Planetenradsatz Planetenräder (8, 108, 9, 109) aufweist, welche in mindestens einer Planetenradebene auf dem Planetenträger (7, 107) gelagert sind und – mindestens ein erstes Hohlrad (10, 110) verfügt, wobei ein Planetengetriebeelement (110, 7), welches nicht als Antriebselement des Planetengetriebes ausgeführt ist als Abtriebselement des Planetengetriebes ausgeführt ist, mit welchem ein Kraftfahrzeug antreibbar ist, – mit einer zumindest als Elektromotor betreibbaren zweiten Elektromaschine (11), welche drehfest mit dem Antriebselement (5, 105) oder dem Abtriebselement (7, 110) des Planetengetriebes (6, 106) verbindbar ist, so dass mittels des Planetengetriebes (6, 106) keine Leistungsverzweigung bewirkbar ist, – mit drei Schaltelementen (4, 204, 404, 14, 15), wobei zwei der Schaltelemente als Bremsen (14, 15) ausgeführt sind, mittels welchen jeweils ein Planetengetriebeelement (10, 17, 107, 118) an einem Gehäuse (13) festbremsbar ist und wobei mittels mindestens einem der Schaltelemente (4, 204, 404, 14, 15) ein Mitdrehen der Verbrennungskraftmaschine (1) und der mit der Verbrennungskraftmaschine (1) drehfest verbundenen ersten Elektromaschine (2) mit der zweiten Elektromaschine (11) unterbindbar ist.
  2. Antriebsstrang nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (6) über den Planetenträger (7) mit jeweils einem einfachen Planetenradsatz Planetenräder (8, 9) in zwei Planetenradebenen verfügt, wobei die Planetenräder (8, 9) der beiden Planetenradebenen mit dem gemeinsamen ersten Sonnenrad (5) und mit dem ersten und einem zweiten Hohlrad (10, 17) kämmen, wobei die beiden Hohlräder (10, 17) von jeweils einem als Bremse ausgeführten Schaltelement (14, 15) an dem Gehäuse (13) festbremsbar sind, das gemeinsame erste Sonnenrad (5) als Antriebselement des Planetengetriebes (6) und der Planetenträger (7) als Abtriebselement des Planetengetriebes (6) ausgeführt ist, die zweite Elektromaschine (11) mit dem ersten Sonnenrad (5) verbunden ist und mittels dem dritten Schaltelement (4), welches als Kupplung ausgeführt ist, die Verbrennungskraftmaschine (1) und die mit der Verbrennungskraftmaschine drehfest verbundene erste Elektromaschine (2) mit dem ersten Sonnenrad (5) verbindbar sind.
  3. Antriebsstrang nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (6) über den Planetenträger (7) mit jeweils einem einfachen Planetenradsatz Planetenräder (8, 9) in zwei Planetenradebenen verfügt, wobei die Planetenräder (8, 9) der beiden Planetenradebenen mit dem gemeinsamen ersten Sonnenrad (5) und mit dem ersten und einem zweiten Hohlrad (10, 17) kämmen, wobei die beiden Hohlräder (10, 17) von jeweils einem als Bremse ausgeführten Schaltelement (14, 15) an dem Gehäuse (13) festbremsbar sind, das gemeinsame erste Sonnenrad (5) als Antriebselement des Planetengetriebes (6) und der Planetenträger (7) als Abtriebselement des Planetengetriebes (6) ausgeführt ist, die zweite Elektromaschine (11) mit dem als Abtriebselement des Planetengetriebes (6) ausgeführten Planetenträger (7) verbunden ist und mittels dem dritten Schaltelement (204), welches als Kupplung ausgeführt ist, die Verbrennungskraftmaschine (1) und die mit der Verbrennungskraftmaschine drehfest verbundene erste Elektromaschine (2) mit dem Planetenträger (7) verbindbar sind.
  4. Antriebsstrang nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (106) über zwei Sonnenräder (105, 118) und über den Planetenträger (107) verfügt, auf welchem zwei Planetenradsätze gelagert sind, wobei der erste Planetenradsatz Planeten (108) aufweist, welche mit dem ersten Sonnenrad (105) und den Planetenrädern (109) des zweiten Planetenradsatzes kämmen und der zweite Planetenradsatz Planetenräder (109) aufweist, welche mit den Planetenrädern des ersten Planetenradsatzes, mit dem zweiten Sonnenrad (118) und mit dem ersten Hohlrad (110) kämmen, wobei das zweite Sonnenrad (118) und der Planetenträger (107) von jeweils einem als Bremse ausgeführten Schaltelement (14, 15) an dem Gehäuse (13) festbremsbar ist, das erste Sonnenrad (105) als Antriebselement und das erste Hohlrad (110) als Abtriebselement des Planetengetriebes (106) ausgeführt ist, die zweite Elektromaschine (11) mit dem Sonnenrad (105) verbunden ist und mittels dem dritten Schaltelement (4), welches als Kupplung ausgeführt ist, die Verbrennungskraftmaschine (1) und die mit der Verbrennungskraftmaschine drehfest verbundene erste Elektromaschine (2) mit dem erste Sonnenrad (105) verbindbar sind.
  5. Antriebsstrang nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (106) über zwei Sonnenräder (105, 118) und über den Planetenträger (107) verfügt, auf welchem zwei Planetenradsätze gelagert sind, wobei der erste Planetenradsatz Planeten (108) aufweist, welche mit dem ersten Sonnenrad (105) und den Planetenrädern (109) des zweiten Planetenradsatzes kämmen und der zweite Planetenradsatz Planetenräder (109) aufweist, welche mit den Planetenrädern des ersten Planetenradsatzes, mit dem zweiten Sonnenrad (118) und mit dem ersten Hohlrad (110) kämmen, wobei das zweite Sonnenrad (118) und der Planetenträger (107) von jeweils einem als Bremse ausgeführten Schaltelement (14, 15) an dem Gehäuse (13) festbremsbar ist, das erste Sonnenrad (105) als Antriebselement und das erste Hohlrad (110) als Abtriebselement des Planetengetriebes (106) ausgeführt ist, die zweite Elektromaschine (11) mit dem als Abtriebselement des Planetengetriebes (106) ausgeführten ersten Hohlrad (110) verbunden ist und mittels dem dritten Schaltelement (404), welches als Kupplung ausgeführt ist, die Verbrennungskraftmaschine (1) und die mit der Verbrennungskraftmaschine drehfest verbundene erste Elektromaschine (2) mit dem zweiten Sonnenrad (118) verbindbar sind.
  6. Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (6, 106) mit dem als Abtriebselement ausgeführten Planetengetriebeelement (7, 110) axial zwischen den beiden Elektromaschinen (2, 11) angeordnet ist.
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