DE102010023135A1 - Hybridmodul zum Verbinden einer Maschine und eines Doppelkupplungsgetriebes - Google Patents

Hybridmodul zum Verbinden einer Maschine und eines Doppelkupplungsgetriebes Download PDF

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Abstract

Ein Hybridmodul verbindet eine Maschine und ein Doppelkupplungsgetriebe (DCT). Das Hybridmodul umfasst einen ersten Träger, einen zweiten Träger und eine erste Kupplung. Der erste Träger ist funktional mit dem DCT verbunden und ist um die Achse mit einer ersten Drehgeschwindigkeit drehbar. Der zweite Träger ist funktional mit der Maschine verbunden und ist um die Achse mit einer zweiten Drehgeschwindigkeit drehbar. Die erste Kupplung umgibt die Achse und verbindet den ersten Träger und den zweiten Träger funktional. Die erste Kupplung überholt, sodass sie unabhängig rotieren, wenn die erste Drehgeschwindigkeit des ersten Trägers geringer als die zweite Drehgeschwindigkeit des zweiten Trägers ist. Die erste Kupplung bringt auch die Träger in Eingriff und stellt einen Drehschluss her, wenn die zweite Drehgeschwindigkeit gleich der ersten Drehgeschwindigkeit ist, sodass der zweite Träger die Rotation des ersten Trägers um die Achse antreibt.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybridmodul, das ausgestaltet ist, um eine Maschine und ein Doppelkupplungsgetriebe für ein Fahrzeug zu verbinden.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • In modernen Fahrzeugen werden im Allgemeinen Mehrgang-Doppelkupplungsgetriebe (DCT von dual clutch transmissions) wegen ihres erhöhten mechanischen Wirkungsgrades im Vergleich mit typischen, mit einem Drehmomentwandler ausgestatteten Automatikgetrieben benutzt. Zusätzlich werden Mehrgang-Doppelkupplungsgetriebe häufig gegenüber typischen automatisierten Handschaltgetrieben wegen der Fähigkeit der DCT, Gangschaltvorgänge mit höherer Qualität vorzusehen, bevorzugt.
  • Ein typisches DCT wendet zwei Reibkupplungen zum Schalten zwischen seinen Vorwärtsübersetzungsverhältnissen an und bewerkstelligt derartige Schaltvorgänge durch abwechselnden Eingriff zwischen der einen und der anderen der beiden Reibkupplungen. Ein derartiges Mehrgang-Doppelkupplungsgetriebe kann in einem Hybridfahrzeug, d. h. in einem Fahrzeug, das zwei oder mehr unterschiedliche Leistungsquellen, wie etwa eine Maschine und einen Elektromotor anwendet, benutzt werden, um Antriebsenergie auf die angetriebenen Räder des betreffenden Fahrzeugs zu übertragen. Jedoch kann das Packen der Bauteile des DCT zusammen mit den mehreren Leistungsquellen in einem Hybridfahrzeug eine Herausforderung darstellen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Ein Hybridmodul ist ausgestaltet, um eine Maschine und ein Doppelkupplungsgetriebe (DCT von dual clutch transmission) zu verbinden. Das Hybridmodul umfasst einen ersten Träger, einen zweiten Träger, einen Elektromotor und eine erste Kupplung. Der erste Träger ist ausgestaltet, um funktional mit dem DCT verbunden zu sein, und ist um die erste Achse mit einer ersten Drehgeschwindigkeit drehbar. Der Elektromotor ist zur Rotation um die Achse mit der ersten Drehgeschwindigkeit ausgestaltet. Der erste Träger ist funktional mit dem Elektromotor zur gemeinsamen Rotation damit verbunden, sodass die erste Drehgeschwindigkeit des ersten Trägers zu dem DCT überführt wird. Der erste Träger ist ausgestaltet, um die erste Drehgeschwindigkeit des ersten Trägers zu dem DCT zu überführen. Der zweite Träger ist ausgestaltet, um funktional mit der Maschine verbunden zu sein, und ist um die Achse mit einer zweiten Drehgeschwindigkeit drehbar. Die erste Kupplung umgibt die Achse und verbindet den ersten Träger und den zweiten Träger funktional. Die erste Kupplung ist ausgestaltet, um zu überholen, sodass der erste Träger unabhängig von dem zweiten Träger rotiert, wenn die erste Drehgeschwindigkeit des ersten Trägers geringer als die zweite Drehgeschwindigkeit des zweiten Trägers ist. Die erste Kupplung ist auch ausgestaltet, um den ersten Träger mit dem zweiten Träger in Eingriff zu bringen und einen Drehschluss herzustellen, wenn die zweite Drehgeschwindigkeit im Wesentlichen gleich der ersten Drehgeschwindigkeit ist, sodass der zweite Träger die Rotation des ersten Trägers um die Achse antreibt.
  • Eine andere Ausführungsform der Erfindung umfasst einen Hybridantriebsstrang zum Vorantreiben eines Fahrzeugs. Der Hybridantriebsstrang umfasst eine Maschine, ein DCT und ein Hybridmodul. Das Hybridmodul verbindet die Maschine und das DCT. Das Hybridmodul umfasst einen ersten Träger, einen zweiten Träger, einen Elektromotor und eine erste Kupplung. Der erste Träger ist um die Achse mit einer ersten Drehgeschwindigkeit drehbar. Der Elektromotor ist zur Rotation um die Achse mit der ersten Drehgeschwindigkeit ausgestaltet. Der erste Träger ist funktional mit dem Elektromotor zur gemeinsamen Rotation damit verbunden, sodass die erste Drehgeschwindigkeit des ersten Trägers zu dem DCT überführt wird. Der erste Träger ist drehbar mit dem DCT verbunden, sodass der erste Träger eine Rotation des DCT antreibt. Der zweite Träger ist drehbar mit der Maschine verbunden und ist um die Achse mit einer zweiten Drehgeschwindigkeit drehbar. Die erste Kupplung umgibt die Achse und verbindet den ersten Träger und den zweiten Träger funktional. Die erste Kupplung ist ausgestaltet, um zu überholen, sodass der erste Träger unabhängig von dem zweiten Träger um die Achse rotiert, wenn die erste Drehgeschwindigkeit des ersten Trägers geringer als die zweite Drehgeschwindigkeit des zweiten Trägers ist. Die erste Kupplung ist auch ausgestaltet, um den ersten Träger mit dem zweiten Träger in Eingriff zu bringen und einen Drehschluss herzustellen, wenn die zweite Drehgeschwindigkeit im Wesentlichen gleich der ersten Drehgeschwindigkeit ist, sodass der zweite Träger die Rotation des ersten Trägers um die Achse antreibt.
  • Ein anderer Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridmoduls um ein DCT anzutreiben. Das Verfahren umfasst, dass ein Elektromotor betrieben wird, um einen ersten Träger und das DCT um eine Achse mit einer ersten Drehgeschwindigkeit zu rotieren. Ein zweiter Träger und ein Ausgang der Maschine werden um die Achse mit einer zweiten Drehgeschwindigkeit rotiert. Eine erste Kupplung, die den ersten Träger und den zweiten Träger verbindet, überholt, wenn die erste Drehgeschwindigkeit geringer als die zweite Drehgeschwindigkeit ist, sodass nur der erste Träger das DCT um die Achse antreibt. Die erste Kupplung wird eingerückt, um einen Drehschluss von dem ersten Träger an dem zweiten Träger herzustellen, wenn die zweite Drehgeschwindigkeit im Wesentlichen gleich der ersten Drehgeschwindigkeit ist, sodass der zweite Träger die Rotation des ersten Trägers und des DCT um die Achse antreibt.
  • Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Ausführungsarten der Erfindung, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen wird, leicht deutlich werden.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Nun unter Bezugnahme auf die Figuren, die beispielhafte Ausführungsformen sind, und in denen gleiche Elemente ähnlich nummeriert sind, ist:
  • 1 eine schematische Teilschnittansicht von der Seite eines Hybridantriebsstrangs zum Vorantreiben eines Fahrzeugs; und
  • 2 eine schematische Schnittansicht von der Seite eines Hybridmoduls und einer Doppelkupplungsanordnung des Hybridantriebsstrangs von 1.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen auf gleiche Bauteile verweisen, zeigt 1 ein Hybridmodul 10, das eine Maschine 12 und ein Doppelkupplungsgetriebe 14 (DCT) verbindet, um ein Fahrzeug (nicht gezeigt) voranzutreiben. Das Hybridmodul 10 umfasst einen Elektromotor 16, der um eine Achse A drehbar ist. Der Elektromotor 16 umfasst einen Rotor 18 und einen Stator 20, der den Rotor 18 um die Achse A radial umgibt, sodass der Rotor 18 um die Achse A relativ zu dem Stator 20 rotiert. Es ist festzustellen, dass andere Ausgestaltungen des Elektromotors 16 verwendet werden können, wie es Fachleuten bekannt ist. Zusätzlich ist der Elektromotor 16 funktional mit einer Energiespeichereinrichtung 22 und einem Controller 24 verbunden, wie es nachstehend ausführlicher beschrieben wird.
  • Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 umfasst das Hybridmodul 10 auch einen ersten Träger 26 und einen zweiten Träger 28. Der erste Träger 26 ist funktional mit dem Elektromotor 16 verbunden und ist um die Achse A mit einer ersten Drehgeschwindigkeit drehbar. Genauer ist der erste Träger 26 funktional mit dem Rotor 18 verbunden, sodass der erste Träger 26 und der zweite Träger 28 gemeinsam um die Achse A rotieren. Der zweite Träger 28 ist funktional mit einem Ausgang 30 der Maschine 12, wie etwa einer Maschinenkurbelwelle 30, verbunden und ist um die Achse A mit einer zweiten Drehgeschwindigkeit drehbar.
  • Wieder unter Bezugnahme auf die 1 und 2 verbindet eine erste Kupplung 32 den ersten Träger 26 und den zweiten Träger 28 funktional und kann auf der Achse A angeordnet sein. Die erste Kupplung 32 ist eine Einwegkupplung, die die Achse A umgibt, wie etwa eine Freilaufkupplung oder irgendeine andere Fachleuten bekannte Einwegkupplung. Die erste Kupplung 32 ist ausgestaltet, um zu überholen, wenn die erste Drehgeschwindigkeit des ersten Trägers 26 höher als die zweite Drehgeschwindigkeit des ersten Trägers 26 ist. Dies bedeutet, dass der erste Träger 26 ausgestaltet ist, um unabhängig von dem zweiten Träger 28 um die Achse A zu rotieren. Wenn die zweite Drehgeschwindigkeit des zweiten Trägers 28 zumindest gleich der ersten Drehgeschwindigkeit des ersten Trägers 26 ist, ist die erste Kupplung 32 ausgestaltet, um den ersten Träger 26 mit dem zweiten Träger 28 um die Achse A in Eingriff zu bringen und eine Drehschluss herzustellen. Wenn die erste Kupplung 32 in Eingriff steht, treibt eine Rotation des zweiten Trägers 28 die Rotation des ersten Trägers 26 und des Rotors 18 um die Achse A an. Wenn die erste Kupplung 32 in Eingriff steht, ist daher die Drehgeschwindigkeit des ersten Trägers 26 gleich der zweiten Drehgeschwindigkeit des zweiten Trägers 28.
  • Zusätzlich ist eine zweite Kupplung 34 in dem Hybridmodul 10 angeordnet, um eine Rotation des ersten Trägers 26 selektiv mit einer Rotation des zweiten Trägers 28 zu koppeln, wie es in den 1 und 2 gezeigt ist. Der erste Träger 26 umfasst zumindest eine erste Kupplungsplatte 36, und der zweite Träger 28 umfasst zumindest eine zweite Kupplungsplatte 38 in Gegenüberstellung zu der ersten Kupplungsplatte 36. Die zweite Kupplung 34 kann axial zwischen dem Elektromotor 16 und der Maschine 12 angeordnet sein. Genauer kann die zweite Kupplung 34 axial zwischen jedem der Träger 26, 28 und der Maschine 12 angeordnet sein. Jedoch ist festzustellen, dass die zweite Kupplung 34 an irgendeiner anderen, Fachleuten bekannten, geeigneten Stelle angeordnet sein kann. Die zweite Kupplung 34 kann eine elektrische Kupplung sein, die selektiv aktiviert wird. In einer Ausführungsform ist die elektrische Kupplung von einer 12 Volt Leistungsversorgung, wie etwa einer Batterie, betreibbar. Es ist jedoch festzustellen, dass die elektrische Kupplung nicht auf einen Betrieb ausgehend von einer 12 Volt Leitungsversorgung beschränkt ist, da andere Spannungen verwendet werden können, wie es Fachleuten bekannt ist. Wenn die zweite Kupplung 34 aktiviert ist, wird ein Magnetfeld erzeugt, um die erste Kupplungsplatte 36 in Eingriff mit der zweiten Kupplungsplatte 38 zu bringen. Wenn die erste und zweite Kupplungsplatte 36, 38 in Eingriff miteinander stehen, ist der erste Träger 26 mit dem zweiten Träger 28 drehschlüssig gekoppelt, sodass der erste Träger 26 und der zweite Träger 28 gemeinsam um die Achse A rotieren. In der vorliegenden Ausführungsform ist die zweite Kupplung 34 ausgestaltet, um den ersten Träger 26 selektiv zu aktivieren und mit dem zweiten Träger 28 in Eingriff zu bringen, wenn die erste Drehgeschwindigkeit des ersten Trägers 26 höher als die zweite Drehgeschwindigkeit des ersten Trägers 26 ist. Dementsprechend rotieren der erste Träger 26 und der zweite Träger 28 gemeinsam um die Achse A, um die erste Drehgeschwindigkeit des ersten Trägers 26 zu der Maschinenkurbelwelle 30 über Eingriff der Träger 26, 28 zu überführen, um einen Ausgang der Maschine 12 neu zu starten oder zu beschleunigen. Die zweite Kupplung 34 ist nicht darauf beschränkt, eine elektrische Kupplung zu sein, da jede andere Fachleuten bekannte Kupplung ebenfalls verwendet werden kann.
  • Das DCT 14 ist funktional mit dem ersten Träger 26 des Hybridmoduls 10 verbunden. Unter Bezugnahme auf 1 umfasst das DCT 14 eine Doppelkupplungsanordnung 40 und einen Getriebekasten 42. Die Doppelkupplungsanordnung 40 umfasst einen Kupplungsträger 44, der funktional mit dem ersten Träger 26 des Hybridmoduls 10 verbunden ist, wie es in den 1 und 2 gezeigt ist. Der Kupplungsträger 44 ist ausgestaltet, um in Ansprechen auf eine Rotation des ersten Trägers 26 des Hybridmoduls 10 um die Achse A zu rotieren. Eine innere Getriebewelle 46 erstreckt sich entlang der Achse A und ist funktional mit einem ersten Satz Zahnräder 48 verbunden, der in dem Getriebekasten 42 angeordnet ist. Eine erste Kupplungsanordnung 50 ist drehbar mit der inneren Getriebewelle 46 verbunden, sodass die erste Kupplungsanordnung 50 und die innere Getriebewelle 46 gemeinsam um die Achse A rotieren. Eine äußere Getriebewelle 52 erstreckt sich um die innere Getriebewelle 46 entlang der Achse A. Die äußere Getriebewelle 52 ist funktional mit einem zweiten Satz Zahnräder 54 verbunden, der in dem Getriebekasten 42 angeordnet ist. Eine zweite Kupplungsanordnung 56 ist drehbar mit der äußeren Getriebewelle 52 verbunden, sodass die zweite Kupplungsanordnung 56 und die äußere Getriebewelle 52 gemeinsam um die Achse A rotieren. Die erste Kupplungsanordnung 50 kann selektiv mit dem Kupplungsträger 44 in Eingriff gebracht werden, um um die Achse A zu rotieren und den ersten Satz Zahnräder 48 anzutreiben. Gleichermaßen kann die zweite Kupplungsanordnung 56 selektiv mit dem Kupplungsträger 44 in Eingriff gebracht werden, um um die Achse A zu rotieren und den zweiten Satz Zahnräder 54 anzutreiben. Es ist festzustellen, dass das DCT 14 als ein Handschaltgetriebe oder ein Automatikgetriebe ausgestaltet sein kann, wie es Fachleuten bekannt ist. Alternativ können die Wellen 52, 46 mit entweder geradzahligen oder ungeradzahligen Zahnradsätzen 48, 54 abhängig von der Gesamtarchitektur des DCT 14 verbunden sein.
  • Die selektive Einrückung und Ausrückung der ersten und zweiten Kupplung 32, 34 bedeutet, dass das Hybridmodul 10 ausgestaltet ist, um selektiv von dem Elektromotor 16 und/oder der Maschine 12 ausgehend zu arbeiten. Wenn die Maschinenkurbelwelle 30 der Maschine 12 den zweiten Träger 28 mit einer zweiten Drehgeschwindigkeit rotiert, die gleich der ersten Drehgeschwindigkeit des ersten Trägers 26 und des Rotors 18 ist, gelangt die erste Kupplung 32 in Eingriff, sodass der erste Träger 26 und der Rotor 18 durch den zweiten Träger 28 um die Achse A angetrieben werden. Wenn ein Ladezustand der Energiespeichereinrichtung 22 unter einem Schwellenniveau liegt, kann der Controller 24 als Wechselrichter arbeiten, um diese Rotation des Rotors 18 zu einem Wiederaufladen der Energiespeichereinrichtung 22 auf einen gewünschten Ladezustand umzuformen.
  • In einer anderen Ausführungsform arbeiten sowohl der Elektromotor 16 als auch die Maschinenkurbelwelle 30 der Maschine 12 zusammen, um das DCT 14 anzutreiben. In dieser Ausführungsform werden der erste Träger 26 und der zweite Träger 28 durch den Elektromotor 16 bzw. die Maschine 12 angetrieben, sodass die erste Drehgeschwindigkeit und die zweite Drehgeschwindigkeit im Wesentlichen gleich sind.
  • In einer nochmals anderen Ausführungsform treibt nur der Elektromotor 16 das DCT 14 an. In dieser Ausführungsform rotiert der Rotor 18 des Elektromotors 16 mit dem ersten Träger 26 um die Achse A mit einer ersten Drehgeschwindigkeit, die geringer als die zweite Drehgeschwindigkeit des ersten Trägers 26 ist. Da der erste Träger 26 um die Achse A rotiert, treibt der erste Träger 26 das DCT 14 an. Die zweite Kupplung 34 kann aktiviert werden, um den zweiten Träger 28 in Eingriff zu bringen und somit eine Rotation der Kurbelwelle 30 der Maschine 12 zu starten. In dieser Ausführungsform kann daher die zweite Drehgeschwindigkeit des zweiten Trägers 28 und der Maschinenkurbelwelle 30 erhöht werden, so dass sie zu der ersten Drehgeschwindigkeit des ersten Trägers 26 und des Rotors 18 des Elektromotors 16 passt. Dies kann zulassen, dass die Maschine 12 den Betrieb des DCT 14 übernimmt und möglicherweise die Energiespeichereinrichtung 22 wie gewünscht wieder auflädt. Alternativ kann die zweite Kupplung 34 aktiviert werden, wenn höhere Fahrzeuggeschwindigkeiten notwendig sind und es erforderlich ist, dass die Maschine 12 das Antreiben des DCT 14 übernimmt.
  • Obgleich die besten Ausführungsarten der Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, werden Fachleute auf dem Gebiet, das diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur praktischen Ausführung der Erfindung innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche erkennen.

Claims (8)

  1. Hybridmodul, das zum Verbinden einer Maschine und eines Doppelkupplungsgetriebes (DCT) ausgestaltet ist, wobei das Hybridmodul umfasst: einen ersten Träger, der ausgestaltet ist, um funktional mit dem DCT verbunden zu sein, und der um eine Achse mit einer ersten Drehgeschwindigkeit drehbar ist; einen Elektromotor, der zur Rotation um die Achse mit der ersten Drehgeschwindigkeit ausgestaltet ist; wobei der erste Träger funktional mit dem Elektromotor zur gemeinsamen Rotation damit verbunden ist, sodass die erste Drehgeschwindigkeit des ersten Trägers zu dem DCT überführt wird; einen zweiten Träger, der ausgestaltet ist, um funktional mit der Maschine verbunden zu sein, und der um die Achse mit einer zweiten Drehgeschwindigkeit drehbar ist; eine erste Kupplung, die auf der Achse angeordnet ist und den ersten Träger und den zweiten Träger funktional verbindet; wobei die erste Kupplung ausgestaltet ist, um zu überholen, sodass der erste Träger unabhängig von dem zweiten Träger rotiert, wenn die erste Drehgeschwindigkeit des ersten Trägers geringer als die zweite Drehgeschwindigkeit des zweiten Träger ist; wobei die erste Kupplung ausgestaltet ist, den ersten Träger mit dem zweiten Träger in Eingriff zu bringen und einen Drehschluss herzustellen, wenn die zweite Drehgeschwindigkeit im Wesentlichen gleich der ersten Drehgeschwindigkeit ist, sodass der zweite Träger die Rotation des ersten Trägers um die Achse antreibt.
  2. Hybridmodul nach Anspruch 1, wobei der zweite Träger ausgestaltet ist, um in Ansprechen auf die Aufnahme eines Eingangs von der Maschine um die Achse mit der zweiten Drehgeschwindigkeit zu rotieren.
  3. Hybridmodul nach Anspruch 1, das ferner eine zweite Kupplung umfasst, die den ersten Träger und den zweiten Träger funktional verbindet, und ausgestaltet ist, selektiv aktiv zu werden, um den ersten Träger und mit dem zweiten Träger in Eingriff zu bringen, wenn die erste Drehgeschwindigkeit des ersten Trägers höher als die zweite Drehgeschwindigkeit des zweiten Trägers ist, sodass der erste Träger die Rotation des zweiten Trägers um die Achse antreibt.
  4. Hybridmodul nach Anspruch 3, wobei der erste Träger zumindest eine erste Kupplungsplatte umfasst, und der zweite Träger zumindest eine zweite Kupplungsplatte in einer beabstandeten Gegenüberstellung zu der ersten Kupplungsplatte umfasst; wobei die zweite Kupplung ausgestaltet ist, selektiv aktiv zu werden und zumindest eine erste Kupplungsplatte mit der zumindest einen zweiten Kupplungsplatte in Eingriff zu bringen, sodass der erste Träger mit dem zweiten Träger in Eingriff steht.
  5. Hybridmodul nach Anspruch 4, wobei die zweite Kupplung eine elektrische Kupplung ist.
  6. Hybridmodul nach Anspruch 5, wobei die zweite Kupplung axial zwischen jedem der Träger und der Maschine angeordnet ist.
  7. Hybridmodul nach Anspruch 1, wobei die erste Kupplung eine Einwegkupplung ist.
  8. Hybridmodul nach Anspruch 1, wobei der Elektromotor einen Rotor und einen Stator umfasst, die die Achse radial umgeben, wobei der Rotor ausgestaltet ist, um relativ zu dem Rotor um die Achse zu rotieren; wobei der erste Träger drehbar mit dem Rotor um die Achse verbunden ist und ausgestaltet ist, um die erste Drehgeschwindigkeit zu dem DCT zu überführen.
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