DE102013013947B4 - Hybridantriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hybridantriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einer Brennkraftmaschine, einer Elektromaschine und mit zumindest zwei durch Schaltelemente und Bremsen in unterschiedliche Übersetzungsstufen umschaltbaren Planetengetrieben, die über Eingangselemente und Ausgangselemente mit einer angetriebenen Eingangswelle und einer Abtriebswelle verbindbar sind und deren Reaktionselemente kuppelbar oder festbremsbar sind. Zur Schaffung einer funktionell vorteilhaften und günstige Übersetzungsverhältnisse ermöglichenden Antriebsvorrichtung wird vorgeschlagen, dass die Brennkraftmaschine (12) auf eine erste Eingangswelle (22) und die Elektromaschine (14) auf eine zweite, koaxiale Eingangswelle (24) abtreibt und dass die beiden Planetengetriebe (16, 18) derart miteinander gekoppelt sind, dass über die Kupplungen (K1 bis K4) und Bremsen (B) vier Vorwärtsgänge über die Brennkraftmaschine (12) und drei Vorwärts- oder Rückwärtsgänge über die Elektromaschine (14) schaltbar sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hybridantriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Patentanspruch 1.
  • Aus der US 2011/0 136 608 A1 ist eine Hybridantriebsvorrichtung bekannt, die als Antriebsquellen eine Brennkraftmaschine und eine Elektromaschine aufweist, die separat oder gemeinsam auf ein mehrere Übersetzungsstufen aufweisendes Getriebe abtreiben. Das Getriebe ist dabei durch zwei miteinander gekoppelte und durch mehrere Bremsen und Kupplungen umschaltbare Planetengetriebe gebildet, die koaxial mit den beiden, antreibenden Getriebeeingangswellen ausgerichtet sind. Durch die Verwendung von Planetengetrieben kann die Hybridantriebsvorrichtung axial kurz und kompakt ausgeführt sein, so dass beispielsweise ein Quereinbau in Kraftfahrzeugen möglich ist. Die Anordnung der Elektromaschine sollte zudem so sein, dass diese neben deren Antriebsfunktion auch als Generator zur Stromerzeugung und gegebenenfalls als Starter für die Brennkraftmaschine einsetzbar ist und ferner durch Drehrichtungsumkehr einen Rückwärtsgang bilden kann.
  • Aus der DE 10 2012 214 266 A1 ist eine Hybridantriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt, die eine Brennkraftmaschine, eine Elektromaschine und zwei durch Schaltelemente und Bremsen in unterschiedliche Übersetzungsstufen umschaltbare, miteinander gekoppelte Planetengetriebe aufweist. Aus der US 2011/0 300 983 A1 ist ebenfalls eine Hybridantriebsvorrichtung bekannt, die zwei Planetengetriebe aufweist, die mittels Kupplungen und einer gehäusefesten Bremse schaltbar sind.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Hybridantriebsvorrichtung bereitzustellen, die baulich einfacher und kompakter ausführbar ist und die neben getriebetechnisch günstigen Übersetzungsverhältnissen größere konstruktive Freiheitsgrade ermöglicht.
  • Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt.
  • Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Brennkraftmaschine auf eine erste Eingangswelle und die Elektromaschine auf eine zweite, koaxiale Eingangswelle abtreibt und dass die beiden Planetengetriebe derart miteinander gekoppelt sind, dass über die Kupplungen und Bremsen vier Vorwärtsgänge über die Brennkraftmaschine und drei Vorwärts- und/oder Rückwärtsgänge über die Elektromaschine schaltbar sind. Daraus resultiert eine besonders günstige Einsatzfähigkeit sowohl im verbrennungsmotorischen Antrieb mit akzeptablen Gangabstufungen und einer großen Getriebespreizung, als auch im elektromotorischen Antrieb für den unteren und mittleren Geschwindigkeitsbereich des Kraftfahrzeugs. Durch Drehrichtungsumkehr der Elektromaschine können die Rückwärtsgänge gebildet werden.
  • In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann über die Betätigung nur einer Kupplung ferner ein Durchtrieb von der Brennkraftmaschine zur Elektromaschine ohne Antriebsverbindung steuerbar sein, so dass beispielsweise die Brennkraftmaschine über die Elektromaschine gestartet und/oder über die Brennkraftmaschine die Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs geladen werden können. Alternativ dazu kann der Durchtrieb von der Brennkraftmaschine zur Elektromaschine auch über eine entsprechend geschaltete Übersetzungsstufe erfolgen.
  • Baulich und steuerungstechnisch vorteilhaft sind die beiden Planetengetriebe mittels vier Kupplungen und einer gehäusefesten Bremse schaltbar.
  • Dazu sind über eine erste und eine zweite Kupplung auf der brennkraftmaschinenseitigen Eingangswelle entweder der Steg des ersten Planetengetriebes oder die Eingangswelle der Elektromaschine bzw. das Hohlrad des ersten Planetengetriebes mit der brennkraftmaschinenseitigen Eingangswelle verbindbar.
  • Bauraumgünstig können die beiden, besagten Kupplungen als Doppelkupplung ausgeführt sein, die axial hintereinander oder radial übereinander angeordnet sein können.
  • Des Weiteren weist das erste Planetengetriebe ein gehäusefestes Sonnenrad, den mit der Abtriebswelle über eine dritte Kupplung verbindbaren Steg und ein Hohlrad auf, welches Hohlrad fest mit der Eingangswelle der Elektromaschine verbunden ist.
  • Ferner trägt die Eingangswelle der Elektromaschine das Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes, dessen Steg mit der Abtriebswelle fest gekoppelt ist und dessen Hohlrad über eine vierte Kupplung mit der Eingangswelle der Elektromaschine verbindbar und über eine Bremse mit dem Gehäuse festbremsbar ist.
  • Zur Erzielung einer im Wirkungsgrad und in der Gangabstufung günstigen Getriebeauslegung können die beiden Planetengetriebe als Minusgetriebe ausgeführt sein, mit bevorzugt einer Standübersetzung i0 des brennkraftmaschinenseitigen Minusgetriebes von –1,65 und des zweiten Minusgetriebes von –1,95.
  • Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die halbseitig als Blockschaltbilder ausgeführte Zeichnung zeigt in:
  • 1 eine Hybridantriebsvorrichtung für Kraftfahrzeuge, die sich aus einer antreibenden Brennkraftmaschine, einer Elektromaschine und zwei miteinander gekoppelten Planetengetrieben zusammensetzt, wobei die Übersetzungsstufen über eine Doppelkupplung, zwei weitere Kupplungen und eine Bremse schaltbar sind; und
  • 2 eine zur 1 alternative Hybridantriebsvorrichtung mit modifizierter Anordnung der Doppelkupplung und mit modifizierter Anbindung der Kupplung zwischen der Antriebswelle der Elektromaschine und dem Planetengetriebe.
  • In der 1 ist eine Hybridantriebsvorrichtung 10 für Kraftfahrzeuge dargestellt, die sich im Wesentlichen aus einer nur angedeuteten Brennkraftmaschine 12, einer Elektromaschine 14 und zwei Planetengetrieben 16, 18 zusammensetzt.
  • Die Brennkraftmaschine 12 kann unter Zwischenschaltung eines Drehschwingungsdämpfers oder eines Zweimassenschwungrades auf eine erste Eingangswelle 22 wirken, während die Elektromaschine 14 auf eine zweite, koaxiale Eingangswelle 24 abtreibt. Mit 26 ist eine Abtriebswelle bezeichnet, die beispielsweise über ein Zahnrad 28 und über weitere, nicht dargestellte Getriebeelemente trieblich mit einem Achsdifferenzial des Kraftfahrzeugs verbunden ist.
  • Die Elektromaschine 14 kann, wie dargestellt, in Hohlwellenbauart ausgeführt sein, wobei der Rotor 14a und der vorzugsweise gehäusefeste Stator 14b mehr oder minder um das Planetengetriebe 18 positioniert sein können und der Rotor 14a über einen Flansch 14c auf die Eingangswelle 24 abtreiben kann. Die Elektromaschine 14 kann aber auch direkt auf der Eingangswelle 24 angeordnet sein.
  • Die brennkraftmaschinenseitige Eingangswelle 22 treibt über eine Kupplung K1 entweder den Steg 16a des Planetenräder 16b tragenden Planetengetriebes 16 oder über eine Kupplung K2 das Hohlrad 16c des Planetengetriebes 16 an, wobei das Hohlrad 16c über einen Verbindungsflansch 24a mit der Eingangswelle 24 fest verbunden ist.
  • Die Kupplungen K1 und K2 sind als Doppelkupplung ausgeführt, wobei sie zur Erzielung einer axial kurz bauenden Konstruktion radial übereinander angeordnet sind.
  • Das Sonnenrad 16d des Planetengetriebes 16 ist am Gehäuse 30 (nur durch gestrichelte Linien angedeutet) fest abgestützt, während der Steg 16a über eine dritte Kupplung K3 mit der Abtriebswelle 26 koppelbar ist.
  • Das Sonnenrad 18d des zweiten Planetengetriebes 18 ist fest auf der zweiten Eingangswelle 24 angeordnet und trieblich über die Planetenräder 18b mit dem Steg 18a verbunden, dessen Hohlrad 18c entweder über eine gehäusefeste Bremse B festbremsbar oder über eine vierte Kupplung K4 mit der Eingangswelle 24 kuppelbar ist. Der Steg 18a ist zudem trieblich mit der Abtriebswelle 26 fest verbunden.
  • Durch die beschriebene Kopplung der beiden Planetengetriebe 16, 18 zwischen den Eingangswellen 22, 24 und der Abtriebswelle 26 sind wie nachstehend aufgeführt vier Vorwärtsgänge im verbrennungsmotorischen Antrieb und drei Vorwärtsgänge im elektromotorischen Antrieb, sowie eine antriebslose Verbindung zwischen der Brennkraftmaschine 12 und der Elektromaschine 14 schaltbar, wobei die Kupplungen K1 bis K4 und die Bremse B wie folgt aktiviert sind:
    Brennkraftmaschine 12 Vorwärtsgang 1 K2, B
    Vorwärtsgang 2 K2, K3
    Vorwärtsgang 3 K2, K4
    Vorwärtsgang 4 K4, K1
    Elektromaschine 14 Vorwärtsgang 1 BK3
    Vorwärtsgang 2
    Vorwärtsgang 3 K4
    Antriebslose Verbindung zwischen BKM und EM K1 (i = 1,6)
    oder K2 (i = 1,0)
  • Die Planetengetriebe 16, 18 sind übersetzungstechnisch als Minusgetriebe ausgeführt, mit einer Standübersetzung i0 von –1,65 des Planetengetriebes 16 und einer Standübersetzung von i0 von –1,95 des Planetengetriebes 18.
  • Die Betätigung der Kupplungen K1 bis K4 und der Bremse B kann in an sich bekannter Weise hydraulisch und/oder elektrisch erfolgen, wobei diese Schaltelemente bevorzugt als Lamellenkupplungen ausgeführt sein können.
  • Durch entsprechende Ansteuerung kann ferner im verbrennungsmotorischen Betrieb das Antriebsmoment der Elektromaschine 14 in den drei Vorwärtsgängen überlagert bzw. dazu gesteuert werden (Boostbetrieb).
  • Die 2 zeigt die Hybridantriebsvorrichtung 10, die im Übrigen baugleich zur 1 ist, mit einer modifizierten Doppelkupplung, bei der die Kupplungen K1 und K2 axial hintereinander geschaltet sind. Zudem ist eine modifizierte Anbindung der Kupplung K4 gezeigt, die die Antriebswelle 24 der Elektromaschine mit dem Steg des Planetengetriebes 2 koppelt.
  • Während die radial übereinander angeordneten Kupplungen K1, K2 (1) axial weniger Bauraum beanspruchen, erfordert die axial ausgerichtete Anordnung weniger Einbauraum in radialer Richtung, was gegebenenfalls für die Positionierung einer Elektromaschine 14 in Hohlwellenbauart von Vorteil sein kann.
  • Die Elektromaschine 14 kann gegebenenfalls auch zwischen der Brennkraftmaschine 12 und dem Planetengetriebe 16 angeordnet sein und über eine Hohlwelle als Eingangswelle 24 auf das Planetengetriebe 18 geschaltet sein. Die Planetengetriebe 16, 18 könnten dabei spiegelbildlich so positioniert sein, dass das Planetengetriebe 18 wiederum unmittelbar axial benachbart zur Elektromaschine 14 ist.
  • Als verbrennungsmotorisches Anfahrelement kann die Kupplung K2 oder die Bremse B dienen bzw. entsprechend ausgebildet sein.

Claims (5)

  1. Hybridantriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einer Brennkraftmaschine (12), einer Elektromaschine (14) und mit zwei durch Schaltelemente und Bremsen in unterschiedliche Übersetzungsstufen umschaltbaren, miteinander gekoppelten Planetengetrieben (16, 18), die über Eingangselemente (16a, 18d) jeweils mit einer angetriebenen ersten Eingangswelle (22) und einer dazu koaxialen angetriebenen zweiten Eingangswelle (24) verbindbar sind sowie über Ausgangselemente (16a, 18a) mit einer gemeinsamen Abtriebswelle (26) verbindbar sind, wobei die Reaktionselemente der beiden Planetengetriebe (16, 18) kuppelbar oder festbremsbar sind, wobei die Brennkraftmaschine (12) auf die erste Eingangswelle (22) und die Elektromaschine (14) auf die zweite Eingangswelle (24) abtreibt, wobei das erste Planetengetriebe (16) ein gehäusefestes Sonnenrad (16d), einen Steg (16a) und ein Hohlrad (16c) aufweist, welches Hohlrad (16c) fest mit der zweiten Eingangswelle (24) verbunden ist, wobei das zweite Planetengetriebe (18) ein von der zweiten Eingangswelle (24) getragenes Sonnenrad (18d), einen mit der Abtriebswelle (26) fest verbundenen Steg (18a) und ein Hohlrad (18c) aufweist, und die beiden Planetengetriebe (16, 18) derart miteinander gekoppelt sind, dass über vier Kupplungen (K1 bis K4) und eine gehäusefeste Bremse (B) vier Vorwärtsgänge über die Brennkraftmaschine (12) und drei Gänge über die Elektromaschine (14) schaltbar sind, wobei mittels der ersten Kupplung (K1) der Steg (16a) des ersten Planetengetriebes (16) mit der ersten Eingangswelle (22) verbindbar ist, mittels der zweiten Kupplung (K2) das Hohlrad (16c) des ersten Planetengetriebes (16) mit der zweiten Eingangswelle (24) verbindbar ist, mittels der dritten Kupplung (K3) der Steg (16a) des ersten Planetengetriebes (16) mit der Abtriebswelle (26) verbindbar ist, mittels der vierten Kupplung (K4) das Hohlrad (18c) des zweiten Planetengetriebes (18) mit der zweiten Eingangswelle (24) verbindbar ist oder der Steg (18a) des zweiten Planetengetriebes (18) mit der zweiten Eingangswelle (24) verbindbar ist, und wobei mittels der Bremse (B) das Hohlrad (18c) des zweiten Planetengetriebes (18) festbremsbar ist.
  2. Hybridantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über die Betätigung der ersten Kupplung (K1) oder der zweiten Kupplung (K2) ferner ein Durchtrieb von der Brennkraftmaschine (12) zur Elektromaschine (14) ohne Antriebsverbindung steuerbar ist, wobei die erste Kupplung (K1) eine andere Übersetzung als die zweite Kupplung (K2) zwischen der Brennkraftmaschine (12) und der Elektromaschine (14) realisiert.
  3. Hybridantriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Kupplung (K1, K2) als Doppelkupplung ausgeführt sind, die axial hintereinander angeordnet ist.
  4. Hybridantriebsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Kupplung (K1, K2) als Doppelkupplung ausgeführt sind, die radial übereinander angeordnet ist.
  5. Hybridantriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Planetengetriebe (16, 18) als Minusgetriebe ausgelegt sind.
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