DE102011109352A1 - Hybrid drive system for a motor vehicle - Google Patents

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DE102011109352A1
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Norbert Scholz
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hybridantriebsanordnung (10) für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Gehäuse und darin wenigstens abschnittsweise enthalten: – eine eingangsseitige Antriebswelle (12), – eine ausgangsseitige Abtriebswelle (14), – eine erste elektrische Maschine (20) mit einem gehäusefesten, äußeren Stator (22) und einem innenliegenden Rotor (24), – eine zweite elektrische Maschine (30) mit einem gehäusefesten, äußeren Stator (32) und einem innenliegenden Rotor (34), – ein erstes Planetengetriebe (40), umfassend ein Hohlrad (42), ein Sonnenrad (44) und einen mit dem Hohlrad und dem Sonnenrad kämmenden, drehbar auf einem Steg (46) montierten Satz von Planetenrädern (48), wobei das Hohlrad des ersten Planetengetriebes fest mit der Abtriebswelle (12) und das Sonnenrad des ersten Planetengetriebes (42) fest mit dem Rotor (24) der ersten elektrischen Maschine (20) verbunden ist, – ein zweites Planetengetriebe (50), umfassend ein Hohlrad (52), ein Sonnenrad (54) und einen mit dem Hohlrad und dem Sonnenrad kämmenden, drehbar auf einem Steg (56) montierten Satz von Planetenrädern (58), wobei das Hohlrad des zweiten Planetengetriebes (54) fest mit dem Rotor (34) der zweiten elektrischen Maschine (30) und der Steg des zweiten Planetengetriebes (56) fest mit der Antriebswelle (12) verbunden ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes (52) mittels einer ersten Bremse (60) mit dem Gehäuse gekoppelt ist, sowie dass der Steg des ersten Planetengetriebes (46) mittels einer zweiten Bremse (70) mit dem Gehäuse gekoppelt ist und das Hohlrad des ersten Planetengetriebes (44) mittels einer ersten Kupplung (80) mit dem Hohlrad des zweiten Planetengetriebes (54) gekoppelt istThe invention relates to a hybrid drive arrangement (10) for a motor vehicle, comprising a housing and at least partially contained therein: - an input-side drive shaft (12), - an output-side output shaft (14), - a first electrical machine (20) with a housing-fixed , outer stator (22) and an inner rotor (24), - a second electrical machine (30) with an outer stator (32) fixed to the housing and an inner rotor (34), - a first planetary gear (40) comprising a ring gear (42), a sun gear (44) and a set of planet gears (48) which meshes with the ring gear and the sun gear and is rotatably mounted on a web (46), the ring gear of the first planetary gear being fixed to the output shaft (12) and the sun gear the first planetary gear (42) is firmly connected to the rotor (24) of the first electrical machine (20), - a second planetary gear (50), comprising a ring gear (52), a sun gear (54) and one with the ring gear and the sun gear meshing, rotatably mounted on a web (56) set of planetary gears (58), the ring gear of the second planetary gear (54) fixed to the rotor (34) of the second electrical machine (30) and the web of the second Planetary gear (56) is firmly connected to the drive shaft (12). The invention is characterized in that the sun gear of the second planetary gear (52) is coupled to the housing by means of a first brake (60), and that the web of the first planetary gear (46) is coupled to the housing by means of a second brake (70) and the ring gear of the first planetary gear (44) is coupled to the ring gear of the second planetary gear (54) by means of a first clutch (80)

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hybridantriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug, deren Elemente wenigstens abschnittsweise in einem Gehäuse enthalten sind.The invention relates to a hybrid drive assembly for a motor vehicle whose elements are at least partially contained in a housing.

Stand der TechnikState of the art

Hybridantriebsanordnungen in Form leistungsverzweigter Getriebe sind dem Fachmann in vielfacher Ausgestaltung bekannt. Derartige Antriebsanordnungen, die zwischen einer mit der Antriebswelle verbundenen Verbrennungskraftmaschine und einem mit der Abtriebswelle verbundenen Abtrieb des Kraftfahrzeugs vorgesehen sind, umfassen eine erste elektrische Maschine, die üblicherweise als Innenläufer, d. h. mit innenliegendem Rotor und außenliegendem, gehäusefestem Stator, ausgebildet und sowohl im motorischen als auch im generatorischen Betrieb betreibbar ist, sowie eine zweite elektrische Maschine, die üblicherweise ebenfalls als Innenläufer ausgebildet und sowohl im motorischen als auch im generatorischen Betrieb betreibbar ist. Allgemein kann von Motor/Generator-Einheiten gesprochen werden. Der Einfachheit der Erläuterung halber wird im Rahmen der vorliegenden Beschreibung jedoch vorwiegend von elektrischen Maschinen gesprochen, ohne dass die vorliegende Erfindung auf solche beschränkt wäre. Die elektrischen Maschinen der bekannten Antriebsvorrichtungen sind über eine Leistungselektronik sowohl untereinander als auch mit einem elektrischen Energiespeicher, insbesondere einem Akkumulator verbunden. Weiter umfassen die bekannten Hybridantriebsanordnungen zwei Planetengetriebe, jeweils mit Sonnenrad, Hohlrad und einem mit dem Hohlrad und dem Sonnenrad kämmenden, drehbar auf einem Steg montierten Satz von Planetenrädern. Weiter ist es bekannt, mehrere Schaltelemente vorzusehen, mit denen einzelne der vorgenannten Elemente untereinander oder mit dem Gehäuse gekoppelt sind. Unter „gekoppelt” sei im Rahmen der vorliegenden Beschreibung eine zwischen einem momentenübertragenden und einem nicht-momentenübertragenden Zustand schaltbare Verbindung verstanden. Im Gegensatz dazu wird der Ausdruck „fest verbunden” im vorliegenden Zusammenhang für eine nicht schaltbare, momentenübertragende Verbindung verwendet.Hybrid drive arrangements in the form of power-split transmissions are known to the person skilled in many designs. Such drive arrangements, which are provided between an internal combustion engine connected to the drive shaft and an output of the motor vehicle connected to the output shaft, comprise a first electric machine, which is usually designed as an internal rotor, i. H. with internal rotor and external, stationary stator, trained and operable in both motor and generator operation, and a second electric machine, which is usually also designed as an internal rotor and is operable in both motor and generator operation. In general, we can speak of motor / generator units. However, in the context of the present description, for the sake of simplicity of explanation, electrical machines are predominantly discussed, without the present invention being restricted to such. The electrical machines of the known drive devices are connected via power electronics both with each other and with an electrical energy storage, in particular a battery. Further, the known hybrid drive assemblies include two planetary gears, each with sun gear, ring gear and a meshing with the ring gear and the sun gear, rotatably mounted on a bridge set of planetary gears. Further, it is known to provide a plurality of switching elements with which individual of the aforementioned elements are coupled to each other or to the housing. In the context of the present description, "coupled" is understood to be a connection which can be switched between a torque-transmitting state and a non-torque-transmitting state. In contrast, the term "firmly connected" in the present context is used for a non-switchable, torque-transmitting connection.

Je nach Topologie der Hybridantriebsanordnung sind unterschiedliche Anzahlen und Arten von Betriebsmodi realisierbar. Insbesondere lassen sich feste Drehzahlübersetzungen (Gänge) zwischen An- und Abtriebswelle, durch Verstellung von Drehzahl und/oder Moment einer oder beider elektrischer Maschinen kontinuierlich verstellbare Drehzahlübersetzungen im leistungsverzweigten Betriebsmodi sowie rein elektrische Betriebmodi realisieren.Depending on the topology of the hybrid drive arrangement different numbers and types of operating modes can be realized. In particular, fixed speed ratios (gears) between input and output shaft, by adjusting the speed and / or torque of one or both electrical machines continuously variable speed ratios in the power-split operating modes and purely electrical operating modes can be realized.

Aus der WO 2010/113537 A1 ist eine Antriebsanordnung bekannt, die zwei leistungsverzweigte Betriebsmodi, einen rein elektrischen Betriebsmodus und einen festen Gang im Overdrive-Bereich (Übersetzungen zwischen An- und Abtriebswelle von < 1) aufweist. Allerdings benötigt diese Anordnung drei Planetensätze und lässt keinen drehzahlsynchronen Übergang von einem leistungsverzweigten Modus in den anderen zu.From the WO 2010/113537 A1 a drive arrangement is known which has two power-split operating modes, a purely electrical operating mode and a fixed gear in the overdrive range (translations between input and output shaft of <1). However, this arrangement requires three planetary gear sets and does not allow a speed-synchronous transition from one power-split mode to the other.

Aufgabenstellungtask

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung für eine Hybridantriebsanordnung der vorgenannten Art eine Getriebetopologie vorzuschlagen, die es bei Verwendung von nur zwei Planetensätzen erlaubt, im Overdrive-Bereich drehzahlsynchron zwischen zwei leistungsverzweigten Betriebsmodi zu wechseln.It is the object of the present invention for a hybrid drive arrangement of the aforementioned type to propose a transmission topology which, when using only two planetary gear sets, allows a speed-synchronous change in the overdrive range between two power-split operating modes.

Darlegung der ErfindungPresentation of the invention

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst, nämlich durch eine Hybridantriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Gehäuse und darin wenigstens abschnittsweise enthalten

  • – eine eingangsseitige Antriebswelle,
  • – eine ausgangsseitige Abtriebswelle,
  • – eine erste elektrische Maschine mit einem gehäusefesten, äußeren Stator und einem innenliegenden Rotor,
  • – eine zweite elektrische Maschine mit einem gehäusefesten, äußeren Stator und einem innenliegenden Rotor,
  • – ein erstes Planetengetriebe, umfassend ein Hohlrad, ein Sonnenrad und einen mit dem Hohlrad und dem Sonnenrad kämmenden, drehbar auf einem Steg montierten Satz von Planetenrädern, wobei das Hohlrad des ersten Planetengetriebes fest mit der Abtriebswelle und das Sonnenrad des ersten Planetengetriebes fest mit dem Rotor der ersten elektrischen Maschine verbunden ist,
  • – ein zweites Planetengetriebe, umfassend ein Hohlrad, ein Sonnenrad und einen mit dem Hohlrad und dem Sonnenrad kämmenden, drehbar auf einem Steg montierten Satz von Planetenrädern, wobei das Hohlrad des zweiten Planetengetriebes fest mit dem Rotor der zweiten elektrischen Maschine und der Steg des zweiten Planetengetriebes fest mit der Antriebswelle verbunden ist,
wobei
  • – das Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes mittels einer ersten Bremse mit dem Gehäuse gekoppelt ist,
  • – der Steg des ersten Planetengetriebes mittels einer zweiten Bremse mit dem Gehäuse gekoppelt ist und
  • – das Hohlrad des ersten Planetengetriebes mittels einer ersten Kupplung mit dem Hohlrad des zweiten Planetengetriebes gekoppelt ist.
This object is solved by the features of claim 1, namely by a hybrid drive assembly for a motor vehicle, comprising a housing and at least partially contained therein
  • An input-side drive shaft,
  • An output-side output shaft,
  • A first electric machine having a housing-fixed outer stator and an inner rotor,
  • A second electric machine having a housing-fixed outer stator and an inner rotor,
  • - A first planetary gear, comprising a ring gear, a sun gear and meshing with the ring gear and the sun gear, rotatably mounted on a bridge set of planetary gears, wherein the ring gear of the first planetary gear fixed to the output shaft and the sun gear of the first planetary gear fixed to the rotor the first electric machine is connected,
  • - A second planetary gear, comprising a ring gear, a sun gear and meshing with the ring gear and the sun gear rotatably mounted on a bridge set of planetary gears, wherein the ring gear of the second planetary gear fixed to the rotor of the second electric machine and the web of the second planetary gear firmly connected to the drive shaft,
in which
  • The sun gear of the second planetary gear is coupled to the housing by means of a first brake,
  • - The web of the first planetary gear is coupled by means of a second brake with the housing and
  • - The ring gear of the first planetary gear is coupled by means of a first clutch with the ring gear of the second planetary gear.

Die erste und/oder die zweite elektrische Maschine ist/sind vorzugsweise koaxial zur Antriebswelle angeordnet. Hierdurch wird eine besonders kompakte Bauform realisiert. Diese Topologie lässt sich so realisieren, dass die Abtriebswelle die Antriebswelle koaxial umgreift.The first and / or the second electric machine is / are preferably arranged coaxially to the drive shaft. As a result, a particularly compact design is realized. This topology can be realized so that the output shaft coaxially surrounds the drive shaft.

Eine erste Bauformvariante bietet sich insbesondere für den Längseinbau in Kraftfahrzeugen an. Dabei ist der dem Getriebe folgende Antriebsstrangabschnitt der Antriebswelle axial benachbart und parallel oder bevorzugt koaxial zu dieser ausgerichtet. Alternativ dazu kann die Abtriebswelle mit einem senkrecht zur Antriebswelle ausgerichteten Antriebsstrangabschnitt verbunden sein. Insbesondere kann sie zwischen der ersten und der zweiten elektrischen Maschine angeordnet sein. Diese zweite Bauformvarianten bieten sich vor allem für den Quereinbau, insbesondere dem Front-Quer-Einbau im Kraftfahrzeug an.A first design variant is particularly suitable for longitudinal installation in motor vehicles. In this case, the drive train section of the drive shaft following the transmission is axially adjacent and aligned parallel or preferably coaxially thereto. Alternatively, the output shaft may be connected to a drive train section oriented perpendicular to the drive shaft. In particular, it can be arranged between the first and the second electrical machine. These second design variants are particularly suitable for transverse installation, in particular the front-transverse installation in the motor vehicle.

Bezüglich der Verschaltung der einzelnen Elemente sind im Rahmen der Erfindung zwei Varianten denkbar. Bei einer ersten Verschaltungsvariante ist vorgesehen, dass der Steg des ersten Planetengetriebes mit dem Steg des zweiten Planetengetriebes fest verbunden ist. Diese Verschaltungsvariante lässt sich für beide oben erwähnten Bauformvarianten, d. h. diejenige für den Längs- und diejenige für den Quereinbau realisieren. Alternativ dazu kann bei einer zweiten Verschaltungsvariante vorgesehen sein, dass die Antriebswelle mittels einer zweiten Kupplung mit dem Steg des ersten Planetengetriebes gekoppelt ist. Diese Verschaltungsvariante ist nur im Zusammenhang mit der zweiten Bauformvariante d. h. denjenigen für den Quereinbau sinnvoll. Die Wirkungsweisen der beiden vorgenannten Verschaltungsvarianten sollen nachfolgend im Einzelnen erläutert werden. Dabei kann die Beschreibung der ersten Verschaltungsvariante unverändert auf die zweite Verschaltungsvariante in deren geschlossenem Zustand der zweiten Kupplung übertragen werden.With regard to the interconnection of the individual elements, two variants are conceivable within the scope of the invention. In a first Verschaltungsvariante is provided that the web of the first planetary gear is fixedly connected to the web of the second planetary gear. This wiring variant can be used for both types of construction mentioned above, d. H. realize the one for the longitudinal and the one for the transverse installation. Alternatively, it may be provided in a second Verschaltungsvariante that the drive shaft is coupled by means of a second clutch with the web of the first planetary gear. This wiring variant is only in connection with the second design variant d. H. those for cross installation makes sense. The modes of action of the two aforementioned Verschaltungsvarianten will be explained in detail below. The description of the first Verschaltungsvariante can be transferred unchanged to the second Verschaltungsvariante in its closed state of the second clutch.

Die erfindungsgemäße Hybridantriebsanordnung gemäß der ersten Verschaltungsvariante bietet zwei leistungsverzweigte Betriebsmodi, einen festen Gang im Overdrive-Bereich sowie einen rein elektrischen Betriebsmodus.The hybrid drive arrangement according to the invention according to the first interconnection variant offers two power-split operating modes, a fixed gear in the overdrive area and a purely electrical operating mode.

Im ersten leistungsverzweigten Betriebsmodus ist die erste Kupplung geschlossen, während die erste und die zweite Bremse geöffnet sind. Dieser Betriebsmodus kann vom Anfahren mit hoher Übersetzung bis in den nahen Overdrive-Bereich verwendet werden und stellt dort bei Hybridfahrt eine kontinuierliche Getriebeverstellung zur Verfügung. Moment der Verbrennungskraftmaschine wird über die Antriebswelle auf den Steg des ersten Planetengetriebes geleitet. Auch der Steg des zweiten Planetengetriebes, der mit dem Steg des ersten Planetengetriebes fest verbunden ist, läuft mit gleicher Drehzahl um. Aufgrund der offenen ersten Bremse, mit der das Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes mit dem Gehäuse gekoppelt ist, nimmt der zweite Planetensatz in diesem Zustand jedoch keine Leistung auf. Moment und Drehzahl der Antriebswelle werden in dem ersten Planetensatz übersetzt und über dessen Hohlrad an den Abtrieb geleitet. Dabei arbeitet die erste elektrische Maschine, deren Rotor mit dem Sonnenrad des ersten Planetengetriebes fest verbunden ist, generatorisch. Ihre Drehzahl bestimmt die effektive Übersetzung des ersten Planetengetriebes. Insbesondere wird zur Verringerung der Übersetzung zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle, d. h. wenn das Kraftfahrzeug Fahrt aufnimmt, wobei die Drehzahl der Antriebswelle bevorzugt im Bereich des optimalen Wirkungsgrades der Verbrennungskraftmaschine gehalten wird, die Drehzahl der ersten elektrischen Maschine reduziert. In diesem ersten leistungsverzweigten Betriebsmodus arbeitet die zweite elektrische Maschine, die über die geschlossene erste Kupplung mit dem Abtrieb verbunden ist, motorisch und kann dabei die bekannten Hybridfunktionen wie z. B. Boosten, durchführen. Der erste leistungsverzweigte Betriebsmodus erstreckt sich bis in die Nähe bzw. bis zum Stillstandspunkt der ersten elektrischen Maschine. Ein Stillstand der ersten elektrischen Maschine liegt im Bereich des nahen Overdrives. Im gleichen Bereich liegt der Punkt, in dem sich die Rotationen des Steges des zweiten Planetengetriebes und dessen Hohlrades so überlagern, dass (auch) das Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes zum Stillstand kommt. Dieser Punkt ist insbesondere dann erreicht, wenn die Drehzahlen von An- und Abtriebswelle zueinander in dem von der Standübersetzung des zweiten Planetengetriebes vorgegebenen Verhältnis stehen. Ob dieser Punkt vor, nach, oder gleichzeitig mit dem Stillstandspunkt des Sonnenrades des ersten Planetengetriebes erreicht werden kann, hängt von der speziellen Parametrierung der beiden Planetengetriebe ab. Der Fachmann kann diese Auslegung in Ansehung des konkreten Einsatzfalles vornehmen.In the first power-split mode of operation, the first clutch is closed while the first and second brakes are open. This mode of operation can be used from start up to high overdrive in the near overdrive range, providing continuous transmission tuning during hybrid drive. Moment of the internal combustion engine is passed via the drive shaft to the web of the first planetary gear. Also, the web of the second planetary gear, which is fixedly connected to the web of the first planetary gear, runs at the same speed. However, due to the open first brake with which the sun gear of the second planetary gear is coupled to the housing, the second planetary gear set does not absorb power in this state. The torque and speed of the drive shaft are translated in the first planetary gear set and passed through the ring gear to the output. In this case, the first electric machine, whose rotor is fixedly connected to the sun gear of the first planetary gear, operates as a generator. Their speed determines the effective ratio of the first planetary gear. In particular, to reduce the ratio between the drive shaft and the output shaft, d. H. When the motor vehicle starts to move, wherein the rotational speed of the drive shaft is preferably kept in the range of the optimum efficiency of the internal combustion engine, the speed of the first electric machine is reduced. In this first power-split operating mode, the second electric machine, which is connected via the closed first clutch to the output, works by motor and can thereby the known hybrid functions such. B. Boost perform. The first power-split mode of operation extends into the vicinity or to the standstill point of the first electric machine. A stoppage of the first electric machine is in the range of the near overdrive. In the same area is the point in which overlap the rotations of the web of the second planetary gear and the ring gear so that (also) the sun gear of the second planetary gear comes to a standstill. This point is achieved in particular when the rotational speeds of the input and output shafts to each other are in the ratio specified by the state ratio of the second planetary gear. Whether this point before, after, or can be achieved simultaneously with the standstill point of the sun gear of the first planetary gear depends on the specific parameterization of the two planetary gear. The expert can make this interpretation in view of the specific application.

Im Stillstandspunkt des Sonnenrades des zweiten Planetengetriebes existiert keine Relativbewegung zwischen den Elementen, z. B. Lamellen der ersten Bremse. Die erste Bremse kann daher in diesem Zustand ohne Reibungsverluste geschlossen werden. Der dadurch realisierte Betriebsmodus, der sich bei geschlossener erster Bremse und geschlossener erster Kupplung einstellt, entspricht einem festen Gang im nahen Overdrive-Bereich, d. h. zum Beispiel einem sechsten Gang. In diesem Betriebsmodus wirkt das zweite Planetengetriebe aufgrund seines festgehaltenen Sonnenrades als reine Übersetzungsstufe, über die das Moment der Verbrennungskraftmaschine übersetzt und auf den Abtrieb geleitet wird. Dabei kann die zweite elektrische Maschine, die über die erste Kupplung ebenfalls mit dem Abtrieb verbunden ist, in parallel-hybrider Weise Moment beisteuern. Die erste elektrische Maschine wirkt dabei nach wie vor generatorisch. Die Stärke des generatorischen Bremsmomentes kann dabei fahrsituationsgemäß variiert werden. Insbesondere kann die Belastung der ersten Bremse hierdurch bis zur völligen Ent- oder Belastung gesteuert werden.At the standstill point of the sun gear of the second planetary gear exists no relative movement between the elements, eg. B. slats of the first brake. The first brake can therefore be closed in this state without friction losses. The thus realized operating mode, the Setting with the first brake closed and the first clutch closed, corresponds to a fixed gear in the near overdrive range, ie, for example, a sixth gear. In this mode of operation, the second planetary gear acts due to its retained sun gear as a pure translation stage, via which translates the moment of the internal combustion engine and directed to the output. In this case, the second electric machine, which is also connected to the output via the first clutch, contribute torque in a parallel-hybrid manner. The first electric machine still acts as a generator. The strength of the regenerative braking torque can be varied according to the driving situation. In particular, the load on the first brake can thereby be controlled until complete unloading or loading.

Öffnen der ersten Kupplung führt zu einem Übergang in den zweiten leistungsverzweigten Betriebsmodus. In diesem wirkt die zweite elektrische Maschine rein generatorisch. Das zweite Planetengetriebe wirkt aufgrund seines festgehaltenen Sonnenrades als reine Übersetzungsstufe. Das über den Steg des zweiten Planetengetriebes eingebrachte Moment der Verbrennungskraftmaschine treibt den Rotor der zweiten elektrischen Maschine an, ohne dass – wegen der geöffneten ersten Kupplung-Moment weiter zum Abtrieb geleitet würde. Vielmehr wird das Moment der Verbrennungskraftmaschine über das erste Planetengetriebe auf den Abtrieb geleitet, wobei die erste elektrische Maschine motorisch arbeitet und am Sonnenrad des ersten Planetengetriebes ein Moment abstützt.Opening the first clutch results in a transition to the second power split mode of operation. In this, the second electric machine acts purely as a generator. The second planetary gear acts due to its retained sun gear as a pure translation stage. The introduced via the web of the second planetary gear torque of the internal combustion engine drives the rotor of the second electric machine, without that - because of the opened first clutch torque would continue to be driven to the output. Rather, the moment of the internal combustion engine is passed through the first planetary gear to the output, wherein the first electric machine operates by motor and at the sun gear of the first planetary gear supports a moment.

Schließlich ist noch ein rein elektrischer Fahrbetrieb vorgesehen, bei dem die erste Kupplung geöffnet ist, während die erste und zweite Bremse geschlossen sind. Dies setzt Stillstand der Antriebswelle bzw. der Verbrennungskraftmaschine voraus, während die erste elektrische Maschine die alleinige Momentenquelle in diesem Zustand bildet. Die zweite elektrische Maschine ist in diesem Zustand ungenutzt. Insbesondere kann sie unbestromt bleiben, da sie aufgrund der geschlossen zweiten Bremse, welche ein auf die Antriebswelle rückwirkendes Moment gegen das Gehäuse abstützt, selbst nicht zu dessen Abstützung benötigt wird. Folglich können in der zweiten elektrischen Maschine in diesem Zustand keine elektrischen Verluste auftreten, was den Wirkungsgrad der Antriebsanordnung insgesamt erhöht.Finally, a purely electric driving operation is provided, in which the first clutch is opened, while the first and second brakes are closed. This requires standstill of the drive shaft or the internal combustion engine, while the first electric machine forms the sole moment source in this state. The second electric machine is unused in this state. In particular, it can remain de-energized, since it is not required to support it due to the closed second brake, which supports a torque acting on the drive shaft against the housing. Consequently, no electrical losses can occur in the second electric machine in this state, which increases the overall efficiency of the drive arrangement.

Bis hierher deckt sich die Funktionsweise der ersten Verschaltungsvariante mit derjenigen der zweiten Verschaltungsvariante bei geschlossener zweiter Kupplung. Die besondere Wirkung der zweiten Verschaltungsvariante kommt im zuletzt beschriebenen rein elektrischen Fahrbetreib zur Geltung. Durch Öffnen der zweiten Kupplung wird der Zwang zum Stillstand der Antriebswelle bzw. der Verbrennungskraftmaschine beim elektrischen Fahrbetrieb aufgehoben. Die Antriebswelle ist dabei vollständig von derjenigen Welle entkoppelt, an die bei der ersten Verschaltungsvariante die zweite Bremse angeschlossen ist. Nach wie vor bringt die erste elektrische Maschine das gesamte Moment zur Bewegung des Fahrzeugs im elektrischen Fahrbetrieb auf. Unabhängig hiervon kann die Verbrennungskraftmaschine jedoch benutzt werden, um über das zweite Planetengetriebe, welches aufgrund seines festgehaltenen Sonnenrades als reine Übersetzungsstufe fungiert, die zweite elektrische Maschine generatorisch zu betreiben. Man spricht hier von einer „Range Extender”-Funktion, die im Grunde einen strikt seriellen Hybridbetrieb entspricht.Up to this point, the mode of operation of the first interconnection variant coincides with that of the second interconnection variant with the second coupling closed. The special effect of the second Verschaltungsvariante comes in the last-described purely electric driving advantage. By opening the second clutch, the compulsion to stop the drive shaft or the internal combustion engine during electric driving is canceled. The drive shaft is completely decoupled from that shaft to which the second brake is connected in the first Verschaltungsvariante. As before, the first electric machine applies the entire moment to the movement of the vehicle in electric driving mode. Regardless of this, however, the internal combustion engine can be used to operate on the second planetary gear, which acts as a pure translation stage due to its retained sun gear, the second electric machine as a generator. This is called a "Range Extender" function, which basically corresponds to a strictly serial hybrid operation.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung, die auf sämtliche vorgenannten Varianten anwendbar ist, ist vorgesehen, dass die Antriebswelle mittels einer dritten Kupplung mit dem Rotor der ersten elektrischen Maschine gekoppelt ist. Durch Schließen der dritten Kupplung bei geöffneter zweiter Bremse läuft das erst Planetengetriebe, dessen Sonnenrad und dessen Steg mit derselben Drehzahl betrieben werden, als Block um, sodass ein Direktgang mit einer Übersetzung zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle von genau eins realisiert wird. Dabei muss wenigstens eine der beiden am zweiten Planetengetriebe angreifenden Schaltelemente, d. h. die erste Kupplung und/oder die erste Bremse geöffnet sein.In a development of the invention, which is applicable to all the aforementioned variants, it is provided that the drive shaft is coupled by means of a third clutch to the rotor of the first electric machine. By closing the third clutch when the second brake is open, the first planetary gear whose sun gear and the web are operated at the same speed runs as a block, so that a direct gear with a ratio between the drive shaft and output shaft of exactly one is realized. In this case, at least one of the two acting on the second planetary gear shift elements, d. H. the first clutch and / or the first brake to be open.

Es sei darauf hingewiesen, dass im Rahmen der hiesigen Beschreibung vor alter von elektrischen Maschinen als Motor/Generatoreihheiten gesprochen wird. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese beschränkt.It should be noted that in the context of the description here before the age of electrical machines is spoken as motor / generator hunts. However, the invention is not limited to these.

Vielmehr ist unter Motor/Generator-Einheit allgemein ein sowohl motorisch als auch generatorisch betreibarer Energiewandler zu verstehen. Außer elektrischen Maschinen könnten hier auch hydraulische/pneumatische Pumpen/Motoren Verwendung finden.Rather, the term "motor / generator unit" is generally understood to mean an energy converter which can be operated both as a motor and as a generator. Apart from electric machines, hydraulic / pneumatic pumps / motors could also be used here.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.Further features and advantages of the invention will become apparent from the following specific description and the drawings.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Es zeigen:Show it:

1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hybridantriebsanordnung 1 A first embodiment of a hybrid drive assembly according to the invention

2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hybridantriebsanordnung 2 a second embodiment of the hybrid drive assembly according to the invention

3 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hybridantriebsanordnung 3 a third embodiment of the hybrid drive assembly according to the invention

4 eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hybridantriebsanordnung 4 A fourth embodiment of the hybrid drive assembly according to the invention

5 eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hybridantriebsanordnung 5 A fifth embodiment of the hybrid drive assembly according to the invention

6 eine sechste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hybridantriebsanordnung 6 a sixth embodiment of a hybrid drive assembly according to the invention

7 eine Modifikation der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hybridantriebsanordnung 7 a modification of the first embodiment of the hybrid drive assembly according to the invention

8 eine Modifikation der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hybridantriebsanordnung 8th a modification of the second embodiment of the hybrid drive assembly according to the invention

9 eine Modifikation der dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hybridantriebsanordnung 9 a modification of the third embodiment of the hybrid drive assembly according to the invention

10 eine Modifikation der vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hybridantriebsanordnung 10 a modification of the fourth embodiment of the hybrid drive assembly according to the invention

11 eine Modifikation der fünften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hybridantriebsanordnung 11 a modification of the fifth embodiment of the hybrid drive assembly according to the invention

12 eine Modifikation der sechsten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hybridantriebsanordnung 12 a modification of the sixth embodiment of the hybrid drive assembly according to the invention

Ausführliche Beschreibung bevorzugter AusführungsformenDetailed description of preferred embodiments

Die 1 bis 12 stellen unterschiedliche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Hybridantriebsanordnung 10 dar. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren deuten auf gleiche oder analoge Elemente hin.The 1 to 12 represent different embodiments of the hybrid drive assembly according to the invention 10 The same reference numerals in the figures indicate identical or analogous elements.

Nachfolgend sollen die 1 bis 12 zunächst in ihren übereinstimmenden Teilen gemeinsam diskutiert werden. Im Anschluss werden die Besonderheiten der einzelnen Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die jeweilige Figur gesondert diskutiert.Below are the 1 to 12 initially discussed in their consensus parts together. Following the specifics of the individual embodiments will be discussed separately with reference to the respective figure.

Alle Figuren sind schematische Darstellungen der Topologie der erfindungsgemäßen Hybridantriebsanordnung. Spezielle konstruktive Realisierungen einzelner Elemente sind nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Daher sind konstruktive Details, wie insbesondere ein Gehäuse, in welchem sich die Elemente der Anordnung wenigstens abschnittsweise befinden, in den Figuren nicht dargestellt.All figures are schematic representations of the topology of the hybrid drive assembly according to the invention. Special structural implementations of individual elements are not the subject of the present invention. Therefore, structural details, such as in particular a housing in which the elements of the arrangement are at least partially, not shown in the figures.

Alle Ausführungsformen weisen eine Antriebswelle 12 sowie eine Abtriebswelle 14 auf. Die Antriebswelle 12 ist im Einbauzustand mit einem Hauptantriebsagregat, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine, verbunden. Die Abtriebswelle 14 ist im Einbauzustand mit einem Abtrieb des Kraftfahrzeugs, der typischerweise ein Differenzial und eine angetriebene Achse umfasst, verbunden. Zwischen der Antriebswelle 12 und der Abtriebswelle 14 sind erfindungsgemäß miteinander verschaltete Komponenten angeordnet, die je nach konkreter Betriebsweise eine Drehzahlübersetzung zwischen der Antriebswelle 12 und der Abtriebswelle 14 definieren. Insbesondere ist eine erste elektrische Maschine 20 mit einem gehäusefesten Stator 22 und einem innenliegenden Rotor 24 vorgesehen. Weiter ist eine zweite elektrische Maschine 30 mit einem gehäusefesten Stator 32 und einem innenliegenden Rotor 34 vorgesehen. Beide elektrischen Maschinen 20, 30 sind unabhängig voneinander betreibbar und über eine nicht dargestellte Leistungselektronik untereinander sowie mit einem elektrischem Speicher, insbesondere einer Batterie verbunden. Weiter umfasst die Hybridantriebanordnung ein erstes Planetengetriebe 40 mit einem Sonnenrad 42, einem Hohlrad 44 und einem Steg 46, auf dem ein Satz Planetenräder 48, die sowohl mit dem Sonnenrad 42 als auch mit dem Hohlrad 44 kämmen, drehbar gelagert ist. Außerdem ist ein zweiter Planetensatz 50 vorgesehen. Dieser umfasst ebenfalls ein Sonnenrad 52, ein Hohlrad 54 und einen Steg 56, auf dem ein Satz Planetenräder 58, welche sowohl mit dem Sonnenrad 52 als auch mit dem Hohlrad 54 kämmen, drehbar gelagert ist. Weiter umfasst jede der dargestellten Ausführungsformen wenigstens drei Schaltelemente, nämlich eine erste Bremse 60, eine zweite Bremse 70 und eine erste Kupplung 80. Als Bremse werden im vorliegenden Zusammenhang solche schaltbaren Elemente bezeichnet, mit denen eine rotierbare Welle am Gehäuse festgelegt werden kann. Als Kupplungen werden im vorliegenden Zusammenhang allgemein solche schaltbaren Elemente bezeichnet, mit denen zwei rotierbare Wellen schaltzustandsabhängig zeitweise miteinander drehmomentübertragend verbunden werden können.All embodiments have a drive shaft 12 and an output shaft 14 on. The drive shaft 12 is connected in the installed state with a Hauptantriebsagregat, in particular an internal combustion engine. The output shaft 14 is connected in the installed state with an output of the motor vehicle, which typically comprises a differential and a driven axle. Between the drive shaft 12 and the output shaft 14 According to the invention, interconnected components are arranged, which depending on the specific mode of operation, a speed ratio between the drive shaft 12 and the output shaft 14 define. In particular, a first electric machine 20 with a stator fixed to the housing 22 and an internal rotor 24 intended. Next is a second electric machine 30 with a stator fixed to the housing 32 and an internal rotor 34 intended. Both electric machines 20 . 30 are independently operable and connected via an unillustrated power electronics with each other and with an electrical storage, in particular a battery. Furthermore, the hybrid drive arrangement comprises a first planetary gear 40 with a sun wheel 42 a ring gear 44 and a jetty 46 on which a set of planetary gears 48 that with both the sun gear 42 as well as with the ring gear 44 comb, is rotatably mounted. There is also a second planetary gear set 50 intended. This also includes a sun gear 52 , a ring gear 54 and a jetty 56 on which a set of planetary gears 58 which with both the sun gear 52 as well as with the ring gear 54 comb, is rotatably mounted. Furthermore, each of the illustrated embodiments comprises at least three switching elements, namely a first brake 60 , a second brake 70 and a first clutch 80 , As a brake in the present context, such switchable elements are referred to, with which a rotatable shaft can be fixed to the housing. As couplings in the present context, generally such switchable elements are referred to, with which two rotatable shafts switching state can be temporarily connected to each other torque transmitting.

Bei allen dargestellten Ausführungsformen ist die Antriebswelle 12 mit dem Steg 56 des zweiten Planetengetriebes 50 fest verbunden und mit dem Steg 46 des ersten Planetengetriebes wenigstens gekoppelt, d. h. entweder fest oder über eine Kupplung verbunden. Die Abtriebswelle 14 ist bei allen Ausführungsformen fest mit dem Hohlrad 44 des ersten Planetengetriebes 40 verbunden. Weiter ist bei allen Ausführungsformen der Rotor 24 der ersten elektrischen Maschine 20 mit dem Sonnenrad 42 des ersten Planetengetriebes 40 fest verbunden. Der Rotor 34 der zweiten elektrischen Maschine 30 ist bei allen Ausführungsformen fest mit dem Hohlrad 54 der zweiten elektrischen Maschine 50 verbunden. Weiter ist bei allen Ausführungsformen das Sonnenrad 52 des zweiten Planetengetriebes 50 über die erste Bremse 60 mit dem Gehäuse gekoppelt. Der Steg 46 des ersten Planentengetriebes 40 ist bei allen Ausführungsformen über die zweite Bremse 70 mit dem Gehäuse gekoppelt. Schließlich ist die Abtriebswelle 14 bei allen Ausführungsformen über die erste Kupplung 80 mit dem Hohlrad 54 des zweiten Planetengetriebes 50 bzw. mit dem fest verbundenen Rotor 34 der zweiten elektrischen Maschine 30 gekoppelt.In all the illustrated embodiments, the drive shaft 12 with the jetty 56 of the second planetary gear 50 firmly connected and with the jetty 46 the first planetary gear at least coupled, ie either fixed or connected via a coupling. The output shaft 14 is fixed in all embodiments with the ring gear 44 of the first planetary gear 40 connected. Further, in all embodiments, the rotor 24 the first electric machine 20 with the sun wheel 42 of the first planetary gear 40 firmly connected. The rotor 34 the second electric machine 30 is fixed in all embodiments with the ring gear 54 the second electric machine 50 connected. Further, in all embodiments, the sun gear 52 of the second planetary gear 50 about the first one brake 60 coupled with the housing. The jetty 46 of the first planetary gearbox 40 is the second brake in all embodiments 70 coupled with the housing. Finally, the output shaft 14 in all embodiments via the first clutch 80 with the ring gear 54 of the second planetary gear 50 or with the firmly connected rotor 34 the second electric machine 30 coupled.

Die Ausführungsform gemäß 1 realisiert vier Betriebsmodi, nämlich einen ersten leistungsverzweigten Betriebsmodus, der vom verbrennungsmotorischen Anfahren mit hohem Moment bis zum nahen Overdrive-Bereich reicht, einen ersten Festgang, der sich im Overdrive-Bereich an den ersten leistungsverzweigten Betriebsmodus anschließt, einen zweiten leistungsverzweigten Betriebsmodus, der sich im Overdrive-Bereich an der ersten Festgang anschließt, sowie einen rein elektrischen Betriebsmodus.The embodiment according to 1 realizes four operating modes, namely a first power-split mode of operation, ranging from high-torque internal combustion engine start-up to near-overdrive range, a first fixed-speed overdrive to the first power-split mode of operation, a second power-split mode of operation Overdrive area adjoins the first Festgang, as well as a purely electrical operating mode.

Im ersten leistungsverzweigten Betriebsmodus ist die erste Kupplung 80 geschlossen, während die erste und zweite Bremse 60, 70 geöffnet sind. Aufgrund der geöffneten ersten Bremse 60 läuft das Sonnenrad 52 des zweiten Planentengetriebes 50 frei, sodass das zweite Planetengetriebe 50 keine Leistung aufnehmen kann. Das Moment der Verbrennungskraftmaschine wird daher über die Antriebswelle 12 allein in das erste Planetengetriebe 40, insbesondere über dessen Steg 56 eingebracht. Als Ausgangswelle dient das Hohlrad 44 des ersten Planetengetriebes 40, welches mit der Abtriebswelle 14 verbunden ist. Die dabei realisierte Übersetzung wird durch das generatorische Bremsmoment bzw. die Drehzahl der ersten elektrischen Maschine definiert, deren Rotor 24 mit dem Sonnenrad 42 des ersten Planetengetriebes 40 verbunden ist. Die dabei in der ersten elektrischen Maschine 20 erzeugte elektrische Energie wird über die Leistungselektronik der zweiten elektrischen Maschine 30 zugeführt. Diese arbeitet motorisch und kann über die geschlossene erste Kupplung 80, mit der ihr Rotor mit der Abtriebswelle verbunden ist, zusätzliches Moment an die Abtriebswelle 14 abgeben. Dieser erste leistungsverzweigte Betriebsmodus überspannt den Drehzahl- und Momentenbereich vom Anfahren bis in den nahen Overdrive-Bereich. Dabei reduziert sich die Drehzahl des Rotors 24 der ersten elektrischen Maschine 20 kontinuierlich. Gleichzeitig nähern sich die Drehzahlen von An- und Abtriebswelle 12, 14 ihrem durch die Standübersetzung des zweiten Planetengetriebes 50 vorgegebenen Gleichgewicht an, bei dessen Erreichen das Sonnenrad 52 des zweiten Planetengetriebes 50 zum Stillstand kommt.In the first power-split mode of operation, the first clutch is 80 closed while the first and second brakes 60 . 70 are open. Due to the opened first brake 60 the sun wheel is running 52 of the second planetary gear 50 free, so the second planetary gear 50 can not absorb any benefit. The moment of the internal combustion engine is therefore via the drive shaft 12 alone in the first planetary gear 40 , in particular via its web 56 brought in. The ring gear is used as the output shaft 44 of the first planetary gear 40 , which with the output shaft 14 connected is. The realized translation is defined by the regenerative braking torque or the speed of the first electric machine, the rotor 24 with the sun wheel 42 of the first planetary gear 40 connected is. The case in the first electric machine 20 generated electrical energy is via the power electronics of the second electric machine 30 fed. This works by motor and can via the closed first clutch 80 , with its rotor is connected to the output shaft, additional torque to the output shaft 14 submit. This first power-split operating mode spans the speed and torque range from start to near overdrive. This reduces the speed of the rotor 24 the first electric machine 20 continuously. At the same time, the speeds of the input and output shafts are approaching 12 . 14 her by the state translation of the second planetary gear 50 predetermined equilibrium, when it reaches the sun 52 of the second planetary gear 50 comes to a standstill.

Hier endet der Fahrbereich des ersten leistungsverzweigten Betriebsmodus und befindet sich gleichzeitig der erste Festgang. Beim Stillstand des Sonnenrades 52 des zweiten Planetengetriebes 50 stehen auch die relativ zueinander bewegbaren Komponenten der ersten Bremse 60 zueinander still. In diesem Zustand kann die erste Bremse 60 ohne Reibungsverluste geschlossen werden. Aufgrund des nun festgehaltenen Sonnenrades 52 des zweiten Planetengetriebes 50 wirkt letzteres nun als reine Übersetzungsstufe, die das Drehzahlverhältnis zwischen Abtriebswelle 12 und Antriebswelle 14 festlegt. Über die zweite elektrische Maschine 30 kann nach Art eines Parallelhybriden zusätzliches Moment an die Abtriebswelle 14 abgegeben werden. Durch die festgelegten Drehzahlen von Antriebswelle 12 und Abtriebswelle 14 sind auch die Drehzahlen des Steges 46 und es Hohlrades 44 des ersten Planetengetriebes 40 festgelegt, sodass auch die Drehzahl dessen Sonnenrades 42 und damit des Rotors 24 der ersten elektrischen Maschine 20 vorgegeben sind. Letztere arbeitet nach wie vor generatorisch, wobei das von ihr aufgenommene Moment die erste Bremse 60 um einen entsprechenden Betrag entlastet.Here ends the driving range of the first power-split mode of operation and is at the same time the first Festgang. When the sun gear stops 52 of the second planetary gear 50 are also the relatively movable components of the first brake 60 silent to each other. In this condition, the first brake 60 be closed without friction losses. Due to the now held sun wheel 52 of the second planetary gear 50 the latter now acts as a pure translation stage, the speed ratio between the output shaft 12 and drive shaft 14 sets. About the second electric machine 30 can in the manner of a parallel hybrid additional moment to the output shaft 14 be delivered. By the specified speeds of drive shaft 12 and output shaft 14 are also the speeds of the bridge 46 and it's ring gear 44 of the first planetary gear 40 set, so that the speed of its sun gear 42 and thus the rotor 24 the first electric machine 20 are predetermined. The latter is still working as a generator, with the moment taken by it being the first brake 60 relieved by a corresponding amount.

Zum Übergang in den zweiten leistungsverzweigten Betriebsmodus wird die erste Kupplung 80 geöffnet. In diesem Modus sind die zweite elektrische Maschine 30 und das zweite Planetengetriebe 50 vollständig von der Abtriebswelle 14 entkoppelt. Das zweite Planetengetriebe 50 wirkt aufgrund seines festgehaltenen Sonnenrades 52 als reine Übersetzungsstufe, über welche die zweite elektrische Maschine 30 unabhängig vom übrigen Getriebe als Generator angetrieben wird. Die erzeugte elektrische Leistung wird über die Leistungselektronik auf die erste elektrische Maschine 20 übertragen. Diese arbeitet nur motorisch und stützt über ihr Moment über das Sonnenrad 42 das am Steg des ersten Planetengetriebes 40 eingebrachte Moment der Verbrennungskraftmaschine ab. Das Moment der Verbrennungskraftmaschine wird (gleichzeitig) über den Steg 46 in das erste Planetengetriebe 40 eingeleitet. Das im Gleichgewicht stehende Moment wird über das Hohlrad 44 des ersten Planetengetriebes 40 an die Abtriebswelle 14 ausgegeben.For the transition to the second power split operating mode, the first clutch 80 open. In this mode are the second electric machine 30 and the second planetary gear 50 completely from the output shaft 14 decoupled. The second planetary gear 50 acts due to its retained sun gear 52 as a pure translation stage, via which the second electric machine 30 is driven independently of the rest of the transmission as a generator. The electrical power generated is via the power electronics on the first electric machine 20 transfer. This works only by motor and supports its moment on the sun 42 that at the bridge of the first planetary gear 40 introduced moment of the internal combustion engine. The moment of the internal combustion engine is (at the same time) over the web 46 in the first planetary gear 40 initiated. The moment in equilibrium is over the ring gear 44 of the first planetary gear 40 to the output shaft 14 output.

Im rein elektrischen Betriebsmodus schließlich sind die erste und die zweite Bremse 60, 70 geschlossen, wohingegen die erste Kupplung 80 geöffnet ist. Im rein elektrischen Fahrbetrieb stehen die Verbrennungskraftmaschine und somit die Antriebswelle 12 still. Ein auf die Antriebswelle 12 rückwirkendes Moment wird von der zweiten Bremse 70, mittels welcher die Antriebswelle 12 über den Steg 46 des ersten Planetengetriebes 40 am Gehäuse festgelegt ist, abgestützt. Aufgrund seines festgelegten Sonnenrades 52 und seines festgelegten Steges 56 steht das zweite Planetengetriebe 50 still; folglich ist die zweite elektrische Maschine 30 in diesem Zustand funktionslos. Es sei angemerkt, dass sie unbestromt bleiben kann, da sie insbesondere aufgrund der geschlossenen zweiten Bremse 70 nicht die Funktion des Abstützens eines auf die Antriebswelle 12 rückwirkenden Momentes übernehmen muss. Als einziges Antriebsaggregat wirkt in diesem Betriebsmodus die erste elektrische Maschine 20, die motorisch arbeitet und ihr Moment über das als reine Übersetzungsstufe wirkende (aufgrund des festgehaltenen Steges 46) erste Planetengetriebe 40 zur Abtriebswelle 14 leitet.Finally, in the purely electrical mode of operation, the first and second brakes are 60 . 70 closed, whereas the first clutch 80 is open. In purely electric driving are the internal combustion engine and thus the drive shaft 12 quiet. One on the drive shaft 12 retroactive moment is from the second brake 70 , by means of which the drive shaft 12 over the jetty 46 of the first planetary gear 40 is fixed to the housing, supported. Due to its fixed sun gear 52 and his appointed footbridge 56 is the second planetary gear 50 quiet; hence the second electric machine 30 in this state without function. It should be noted that it can remain energized, in particular because of the closed second brake 70 not the function of supporting one on the drive shaft 12 retroactive moment. As the only drive unit acts in this mode of operation, the first electric machine 20 , which works by motor and its moment on the acting as a pure translation stage (due to the recorded bridge 46 ) first planetary gear 40 to the output shaft 14 passes.

2 zeigt eine der Ausführungsform von 1 im Wesentlichen entsprechende Variante, bei der lediglich die erste elektrische Maschine 20 und das erste Planetengetriebe 40 einerseits mit der zweiten elektrischen Maschine 30 und dem zweiten Planetengetriebe 50 andererseits gespiegelt sind. Die obigen Erläuterungen zu den Betriebsmodi können ohne Änderungen übernommen werden. 2 shows one of the embodiment of 1 essentially corresponding variant, in which only the first electric machine 20 and the first planetary gear 40 on the one hand with the second electric machine 30 and the second planetary gear 50 on the other hand mirrored. The above explanations on the operating modes can be taken over without changes.

Während bei den Ausführungsformen der 1 und 2 die Abtriebswelle 14 im Wesentlichen die Antriebswelle 12 umgreift und insbesondere zwischen den beiden elektrischen Maschinen 20, 30 angeordnet ist, sodass diese Ausführungsformen insbesondere für den Quereinbau in Kraftfahrzeugen geeignet sind, zeigen die Ausführungsformen der 3 und 4 eine für den Längseinbau in Kraftfahrzeugen bevorzugte Variante der erfindungsgemäßen Hybridantriebsanordnung. An- und Abtriebswelle sind hier in gleicher Axialrichtung zueinander ausgerichtet. Im Hinblick auf die realisierbaren Betriebsmodi und die Funktionen und Wirkungen der einzelnen Elemente innerhalb der verschiedenen Betriebsmodi ergibt sich hingegen kein Unterschied zu den obigen Erläuterungen, sodass diese hier ohne Änderungen übernommen werden können. Der Unterschied zwischen den Ausführungsformen der 3 und der 4 liegt im Wesentlichen in einer Spiegelung der zweiten elektrischen Maschine 30 und des zweiten Planetengetriebes 50 einerseits mit dem ersten Planetengetriebe 40 andererseits.While in the embodiments of 1 and 2 the output shaft 14 essentially the drive shaft 12 encompasses and in particular between the two electrical machines 20 . 30 is arranged, so that these embodiments are particularly suitable for transverse installation in motor vehicles, show the embodiments of 3 and 4 a preferred for longitudinal installation in motor vehicles variant of the hybrid drive assembly according to the invention. Input and output shafts are aligned here in the same axial direction to each other. With regard to the realizable operating modes and the functions and effects of the individual elements within the different operating modes, however, there is no difference to the above explanations, so that they can be adopted here without changes. The difference between the embodiments of the 3 and the 4 lies essentially in a reflection of the second electric machine 30 and the second planetary gear 50 on the one hand with the first planetary gear 40 on the other hand.

5 stellt eine Weiterbildung der Ausführungsform von 1 dar. Als zusätzliches Element ist bei der Ausführungsform von 5 eine zweite Kupplung 90 vorgesehen, welche die bei der Ausführungsform von 1 feste Verbindung zwischen dem Steg 46 des ersten Planetengetriebes 40 und der Antriebswelle 12 zu einer Kopplung, d. h. einer schaltbaren Verbindung modifiziert. Im geschlossenen Zustand der zweiten Kupplung 90 ist die Ausführungsform von 5 identisch mit der Ausführungsform von 1. Allerdings wird durch die Einführung der zusätzlichen Kupplung 90 der elektrische Betriebsmodus erweitert. Wie oben erläutert, sind im elektrischen Betriebsmodus die erste Bremse 60 und die zweite Bremse 70 geschlossen, während die erste Kupplung 80 geöffnet ist. Zusätzliches Öffnen der zweiten Kupplung 90 ermöglicht es, während des elektrischen Fahrens, bei dem allein die erste elektrische Maschine 20 als Antriebsaggregat dient, unabhängig vom Fahrbetrieb die zweite elektrische Maschine 30 mittels der Verbrennungskraftmaschine als Generator zu betrieben und während des elektrischen Fahrbetriebs die Batterie aufzuladen bzw. gemäß dem seriell-hybriden Prinzip Energie zum Betrieb der motorisch arbeitenden ersten elektrischen Maschine 20 bereitzustellen. Eine solche Funktion ist auch als „Range Extender” bekannt. 5 represents a development of the embodiment of 1 As an additional element is in the embodiment of 5 a second clutch 90 provided in the embodiment of 1 firm connection between the bridge 46 of the first planetary gear 40 and the drive shaft 12 to a coupling, ie modified a switchable connection. In the closed state of the second clutch 90 is the embodiment of 5 identical to the embodiment of 1 , However, by introducing the additional clutch 90 extended the electrical operating mode. As explained above, in the electric operating mode, the first brake 60 and the second brake 70 closed while the first clutch 80 is open. Additional opening of the second clutch 90 allows, during electric driving, in which only the first electric machine 20 serves as a drive unit, regardless of driving the second electric machine 30 operated by the internal combustion engine as a generator and during the electric driving operation to charge the battery or according to the serial-hybrid principle energy to operate the motor-operated first electric machine 20 provide. Such a feature is also known as a "range extender".

6 stellt eine analoge Modifikation der Ausführungsform von 2 dar. Insofern kann auf die dortigen Erläuterungen sowie die Erläuterungen zur Ausführungsform von 5 verwiesen werden. 6 FIG. 12 illustrates an analogous modification of the embodiment of FIG 2 In this respect, it can be explained to the explanations there as well as the explanations to the embodiment of 5 to get expelled.

Die 7 bis 12 zeigen Abwandlungen der Ausführungsformen der 1 bis 6 mit einer weiteren, nämlich der dritten Kupplung 100. Diese koppelt die Antriebswelle 12 mit dem Rotor 24 der ersten elektrischen Maschine 20. Durch Schließen der dritten Kupplung 100 wird ein zusätzlicher Festgang mit Übersetzung Eins realisiert. Dabei müssen die zweite Bremse 70 und/oder die erste Kupplung 80 geöffnet sein. Bei den Ausführungsformen der 11 und 12 ist in diesem Betriebsmodus die dritte Kupplung 90 geschlossen. Über die Antriebswelle 12 eingeleitetes Moment der Verbrennungskraftmaschine wird in diesem Betriebsmodus bei allen Ausführungsformen der 7 bis 12 über das als Block umlaufende erste Planetengetriebe 40 auf die Abtriebswelle 14 geleitet. Hierdurch wird eine Übersetzung von Eins realisiert. Die erste elektrische Maschine 20 kann, wie bei einem Parallelhybrid, Moment addieren. Wenn der direkte Gang mit Übersetzung Eins aus dem zweiten leistungsverzweigten Betriebsmodus angefahren wird, kann die zuvor motorisch arbeitende erste elektrische Maschine 20 kann zusätzliches Moment einleiten. Andererseits kann der direkte Gang mit Übersetzung Eins auch aus dem ersten leistungsverzweigten Betriebsmodus angefahren werden, was in der Praxis wohl auch relevanter ist, da die Übersetzung Eins im Bereich dieses Betriebsmodus liegt. Über die erste Bremse 60 und die erste Kupplung 80 kann die Funktion und Wirkung der zweiten elektrischen Maschine bestimmt werden. Bei offener erste Bremse 60 und offener erster Kupplung 80 ist die zweite Elektrische Maschine 30 vom Antriebsstrang völlig entkoppelt und das erste Planetengetriebe 40 ist lastfrei. Bei geschlossener erster Bremse 60 und offener erster Kupplung 80 wirkt die zweite elektrische Maschine 30 mit Übersetzung auf die Antriebswelle 12 und kann durch das zweite Planetengetriebe 50 verstärktes Moment einbringen. Bei offener erster Bremse 60 und geschlossener erster Kupplung 80 wirkt die zweite elektrische Maschine 30 ohne Übersetzung auf die Antriebswelle 12 und kann unverstärktes Moment einbringen das zweite Planetengetriebe 50 ist lastfrei.The 7 to 12 show modifications of the embodiments of the 1 to 6 with another, namely the third clutch 100 , This couples the drive shaft 12 with the rotor 24 the first electric machine 20 , By closing the third clutch 100 An additional festival with translation one is realized. In this case, the second brake 70 and / or the first clutch 80 to be open. In the embodiments of the 11 and 12 is the third clutch in this mode of operation 90 closed. About the drive shaft 12 initiated torque of the internal combustion engine is in this mode of operation in all embodiments of the 7 to 12 over the circulating as a block first planetary gear 40 on the output shaft 14 directed. As a result, a translation of one is realized. The first electric machine 20 can add moment, as with a parallel hybrid. When the direct gear is geared to ratio one from the second power-split mode of operation, the first motor-operated first electric machine 20 can initiate additional moment. On the other hand, the direct gear with ratio one can also be approached from the first power-split mode of operation, which is probably also more relevant in practice, since the ratio is one in the range of this mode of operation. About the first brake 60 and the first clutch 80 the function and effect of the second electric machine can be determined. With open first brake 60 and open first clutch 80 is the second electric machine 30 completely decoupled from the drive train and the first planetary gear 40 is free of load. When the first brake is closed 60 and open first clutch 80 acts the second electric machine 30 with translation to the drive shaft 12 and can through the second planetary gear 50 bring in increased momentum. With open first brake 60 and closed first clutch 80 acts the second electric machine 30 without translation to the drive shaft 12 and can bring in unreinforced torque the second planetary gear 50 is free of load.

Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegendes Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben. Insbesondere kann die spezielle Parametrierung, Dimensionierung und konstruktive Auslegung der erfindungsgemäßen Hybridantriebsanordnung vom Fachmann auf den konkreten Anwendungsfall angepasst werden.Of course, the embodiments discussed in the specific description and shown in the figures are illustrative only Embodiments of the present invention. In the light of the present disclosure, the expert is given a wide range of possible variations in the hand. In particular, the special parameterization, dimensioning and structural design of the hybrid drive assembly according to the invention can be adapted by the skilled person to the specific application.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
HybridantriebsanordnungHybrid propulsion system
1212
Antriebswelledrive shaft
1414
Abtriebswelleoutput shaft
2020
erste elektrische Maschinefirst electric machine
2222
Stator von 20 Stator of 20
2424
Rotor von 20 Rotor of 20
3030
zweite elektrische Maschinesecond electric machine
3232
Stator von 30 Stator of 30
3434
Rotor von 30 Rotor of 30
4040
erstes Planetengetriebefirst planetary gear
4242
Sonnenrad von 40 Sun wheel of 40
4444
Hohlrad von 40 Ring gear of 40
4646
Steg von 40 Footbridge of 40
4848
Planentenrad von 40 Planetary wheel of 40
5050
zweites Planetengetriebesecond planetary gear
5252
Sonnenrad von 50 Sun wheel of 50
5454
Hohlrad von 50 Ring gear of 50
5656
Steg von 50 Footbridge of 50
5858
Planetenrad von 50 Planet wheel of 50
6060
erste Bremsefirst brake
7070
zweite Bremsesecond brake
8080
erste Kupplungfirst clutch
9090
zweite Kupplungsecond clutch
100100
dritte Kupplungthird clutch

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2010/113537 A1 [0004] WO 2010/113537 A1 [0004]

Claims (8)

Hybridantriebsanordnung (10) für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Gehäuse und darin wenigstens abschnittsweise enthalten – eine eingangsseitige Antriebswelle (12), – eine ausgangsseitige Abtriebswelle (14), – eine erste elektrische Maschine (20) mit einem gehäusefesten, äußeren Stator (22) und einem innenliegenden Rotor (24), – eine zweite elektrische Maschine (30) mit einem gehäusefesten, äußeren Stator (32) und einem innenliegenden Rotor (34), – ein erstes Planetengetriebe (40), umfassend ein Hohlrad (44), ein Sonnenrad (42) und einen mit dem Hohlrad und dem Sonnenrad kämmenden, drehbar auf einem Steg (46) montierten Satz von Planetenrädern (48), wobei das Hohlrad des ersten Planetengetriebes fest mit der Abtriebswelle (14) und das Sonnenrad des ersten Planetengetriebes (42) fest mit dem Rotor (24) der ersten elektrischen Maschine (20) verbunden ist, – ein zweites Planetengetriebe (50), umfassend ein Hohlrad (54), ein Sonnenrad (52) und einen mit dem Hohlrad und dem Sonnenrad kämmenden, drehbar auf einem Steg (56) montierten Satz von Planetenrädern (58), wobei das Hohlrad des zweiten Planetengetriebes (54) fest mit dem Rotor (34) der zweiten elektrischen Maschine (30) und der Steg des zweiten Planetengetriebes (56) fest mit der Antriebswelle (12) verbunden ist, wobei – das Sonnenrad (52) des zweiten Planetengetriebes (50) mittels einer ersten Bremse (60) mit dem Gehäuse gekoppelt ist, – der Steg (46) des ersten Planetengetriebes (40) mittels einer zweiten Bremse (70) mit dem Gehäuse gekoppelt ist und – das Hohlrad (44) des ersten Planetengetriebes (40) mittels einer ersten Kupplung (80) mit dem Hohlrad (54) des zweiter Planetengetriebes (50) gekoppelt ist.Hybrid drive arrangement ( 10 ) for a motor vehicle, comprising a housing and at least partially contained therein - an input-side drive shaft ( 12 ), - an output-side output shaft ( 14 ), - a first electric machine ( 20 ) with a housing-fixed outer stator ( 22 ) and an internal rotor ( 24 ), - a second electric machine ( 30 ) with a housing-fixed outer stator ( 32 ) and an internal rotor ( 34 ), - a first planetary gear ( 40 ) comprising a ring gear ( 44 ), a sun wheel ( 42 ) and one meshing with the ring gear and the sun gear, rotatably mounted on a web ( 46 ) mounted set of planetary gears ( 48 ), wherein the ring gear of the first planetary gear fixed to the output shaft ( 14 ) and the sun gear of the first planetary gear ( 42 ) fixed to the rotor ( 24 ) of the first electric machine ( 20 ), - a second planetary gear ( 50 ) comprising a ring gear ( 54 ), a sun wheel ( 52 ) and one meshing with the ring gear and the sun gear, rotatably mounted on a web ( 56 ) mounted set of planetary gears ( 58 ), wherein the ring gear of the second planetary gear ( 54 ) fixed to the rotor ( 34 ) of the second electric machine ( 30 ) and the web of the second planetary gear ( 56 ) fixed to the drive shaft ( 12 ), wherein - the sun gear ( 52 ) of the second planetary gear ( 50 ) by means of a first brake ( 60 ) is coupled to the housing, - the bridge ( 46 ) of the first planetary gear ( 40 ) by means of a second brake ( 70 ) is coupled to the housing and - the ring gear ( 44 ) of the first planetary gear ( 40 ) by means of a first clutch ( 80 ) with the ring gear ( 54 ) of the second planetary gear ( 50 ) is coupled. Hybridantriebsanordnung (10) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite elektrische Maschine (20; 30) koaxial zur Antriebswelle (12) angeordnet ist.Hybrid drive arrangement ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the first and / or the second electric machine ( 20 ; 30 ) coaxial with the drive shaft ( 12 ) is arranged. Hybridantriebsanordnung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (14) die Antriebswelle (12) koaxial umgreift.Hybrid drive arrangement ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the output shaft ( 14 ) the drive shaft ( 12 ) coaxially surrounds. Hybridantriebsanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (14) mit einem senkrecht zur Antriebswelle (12) ausgerichteten Antriebsstrangabschnitt verbunden ist.Hybrid drive arrangement ( 10 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the output shaft ( 14 ) with a perpendicular to the drive shaft ( 12 ) aligned drive train section is connected. Hybridantriebsanordnung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (14) zwischen der ersten und der zweiten elektrischen Maschine (20; 30) angeordnet ist.Hybrid drive arrangement ( 10 ) according to claim 4, characterized in that the output shaft ( 14 ) between the first and the second electrical machine ( 20 ; 30 ) is arranged. Hybridantriebsanordnung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (46) des ersten Planetengetriebes (40) mit dem Steg (56) des zweiten Planetengetriebes (50) fest verbunden ist.Hybrid drive arrangement ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the web ( 46 ) of the first planetary gear ( 40 ) with the bridge ( 56 ) of the second planetary gear ( 50 ) is firmly connected. Hybridantriebsanordnung (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (12) mittels einer zweiten Kupplung (90) mit dem Steg (46) des ersten Planetengetriebes (40) gekoppelt ist.Hybrid drive arrangement ( 10 ) according to one of claims 4 to 5, characterized in that the drive shaft ( 12 ) by means of a second clutch ( 90 ) with the bridge ( 46 ) of the first planetary gear ( 40 ) is coupled. Hybridantriebsanordnung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle der ersten und/oder der zweiten elektrischen Maschine (20; 30) jeweils eine hydraulische oder pneumatische Maschine vorgesehen ist.Hybrid drive arrangement ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that instead of the first and / or the second electric machine ( 20 ; 30 ) is provided in each case a hydraulic or pneumatic machine.
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