DE102013214950A1 - Drehmomentüberlagerungseinrichtung für Hybridantrieb - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Drehmomentüberlagerungseinrichtung zur Verwendung in einem Hybridantrieb für Kraftfahrzeuge, insbesondere zum Einsatz in Personenkraftfahrzeugen, wobei der Hybridantrieb einen Verbrennungsmotor, einen Elektromotor und die Drehmomentüberlagerungseinrichtung umfasst, und mittels der Drehmomentüberlagerungseinrichtung ein Drehmoment des Verbrennungsmotors mit einem Drehmoment des Elektromotors überlagerbar sind und die Drehmomentüberlagerungseinrichtung ausgangsseitig mit einem Abtrieb des Fahrzeugs verbunden ist, und die Drehmomentüberlagerungseinrichtung einen ersten und einen zweiten Drehmomenteingang und einen Drehmomentausgang sowie eine erste Übersetzungseinrichtung und eine zweite Übersetzungseinrichtung aufweist, und der Elektromotor mit dem ersten Drehmomenteingang drehmomentfest koppelbar ist und der Verbrennungsmotor mit dem zweiten Drehmomenteingang drehmomentfest koppelbar ist, wobei der erste Drehmomenteingang mit der ersten Übersetzungseinrichtung und der zweite Drehmomenteingang mit der zweiten Übersetzungseinrichtung drehmomentfest verbunden ist, und die Übersetzungseinrichtungen jeweils abtriebsseitig mit dem Drehmomentausgang der Drehmomentüberlagerungseinrichtung drehmomentfest gekoppelt sind, wobei die erste Übersetzungseinrichtung mindestens zwei alternativ anwählbare Übersetzungsstufen umfasst und die zweite Übersetzungseinrichtung mindestens eine alternativ anwählbare Übersetzungsstufe umfasst, wobei die erste Übersetzungseinrichtung zur Darstellung der mindestens zwei alternativ anwählbaren Übersetzungsstufen wenigstens einen Planetenradsatz umfasst, und die zweite Übersetzungseinrichtung zur Darstellung der wenigstens einen anwählbaren Übersetzungsstufe wenigstens einen Stirnradsatz umfasst. Um eine Drehmomentüberlagerungseinrichtung zu schaffen, die den Nachteilen des Standes der Technik besser Rechnung trägt und die insbesondere einen Betrieb sowohl des Verbrennungsmotors als auch des Elektromotors in ihrem jeweils optimalen Betriebspunkt ermöglicht, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zur alternativ anwählbaren drehmomentfesten Verbindung der zweiten Übersetzungseinrichtung mit dem Planetenradsatz eine form- und/oder reibschlüssige Schaltkupplung auf dem Planetenradsatz angeordnet ist.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehmomentüberlagerungseinrichtung für einen Hybridantrieb gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Der Hybridantrieb ist insbesondere für die Verwendung in einem Personenkraftwagen geeignet.
- Ein Hybridantrieb mit einer Drehmomentüberlagerungseinrichtung in der
DE 10 2010 063 092 A1 beschrieben, die eine erste, dem Elektromotor zugeordnete Übersetzungseinrichtung und eine zweite, dem Verbrennungsmotor zugeordnete Übersetzungseinrichtung umfasst. Jede Übersetzungseinrichtung umfasst mindestens zwei alternativ anwählbare Übersetzungsstufen. Die Momente des Elektromotors und des Verbrennungsmotors werden nach den beiden Übersetzungseinrichtungen abtriebsseitig summiert und über den Drehmomentausgang der Drehmomentüberlagerungseinrichtung dem Differential des Fahrzeugs zugeführt. Im Rekuperationsfall verläuft der Momentenfluss mit umgekehrtem Vorzeichen. Diese Topologie ermöglicht, dass die Antriebsaggregate getrennt voneinander geschaltet werden können. Allerdings ist diese Topologie insbesondere bei Anforderung von Summenleistungen während der jeweiligen Schaltvorgänge mit Blick auf die Zugkraft bzw. Zugkraftentfaltung bzw. Zugkraftkontinuität noch nicht optimal. Zudem ist diese Topologie bauraumseitig aufwändig. - Aufgabe der Erfindung ist es, eine Drehmomentüberlagerungseinrichtung zu schaffen, die den oben beschriebenen Nachteilen besser Rechnung trägt. Insbesondere soll eine Drehmomentüberlagerungseinrichtung geschaffen werden, die einen Betrieb sowohl des Verbrennungsmotors als auch des Elektromotors in ihrem jeweils optimalen Betriebspunkt ermöglicht.
- Ferner soll die Drehmomentüberlagerungseinrichtung so ausgestartet sein, dass die aus dem Stand bekannten leistungsseitigen bzw. energetischen Nachteile behoben sind, insbesondere unnötige energetische Verluste vermieden werden. Außerdem soll die Drehmomentübertragungseinrichtung hinsichtlich des benötigten Bauraums optimiert sein.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Drehmomentüberlagerungseinrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
- Die erfindungsgemäße Drehmomentüberlagerungseinrichtung dient vor allem zur Verwendung in einem Hybridantrieb für Kraftfahrzeuge, insbesondere zum Einsatz in Personenkraftfahrzeugen. Sie hat insbesondere den Vorteil, dass bei einem rein elektrischen Betrieb praktisch der gesamte Verbrennungsmotor-Antriebsstrang, d. h. das zweite Teilgetriebe, abgekoppelt werden kann. Hierdurch ergeben sich im Verbrennungsmotor-Betrieb minimale Verluste des Getriebes. Außerdem kann durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Elektromotor axial versetzt zur Kurbelwellenachse des Verbrennungsmotors angeordnet werden, was zu größeren Freiheiten in der Konstruktion und zu einem kompakteren Aufbau führt.
- Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die zweite Übersetzungseinrichtung eine Welle auf, die fest mit einem Stirnrad eines als feste Übersetzung ausgebildeten Stirnradsatzes verbunden, dessen Losrad mittels der Schaltkupplung drehmomentfest mit einem Ausläufer des Hohlrades des Planetenradsatzes verbindbar ist.
- Beide Übersetzungseinrichtungen umfassen vorteilhafterweise jeweils mindestens zwei alternativ anwählbare Übersetzungsstufen.
- Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die zweite Übersetzungseinrichtung zur Darstellung der mindestens zwei alternativ anwählbaren Übersetzungsstufen wenigstens zwei Stirnradsätze.
- Bevorzugt umfasst die erste Übersetzungseinrichtung genau einen Planetenradsatz, wobei vorzugsweise genau zwei Übersetzungsstufen alternativ anwählbar sind.
- Der Planetenradsatz ist zur Anwahl der Übersetzungsstufen zweckmäßig mit mindestens einer lastschaltfähigen Reibbremse und/oder Reibkupplung ausgeführt.
- Vorteilhafterweise ist der Planetenradsatz zur Darstellung einer der Übersetzungsstufen der mindestens zwei alternativ anwählbaren Übersetzungsstufen verblockbar.
- Zur Darstellung einer weiteren Übersetzungsstufe der mindestens zwei alternativ anwählbaren Übersetzungsstufen ist der Elektromotor bevorzugt mit einem Hohlrad des Planetenradsatzes drehmomentfest koppelbar, wobei eine Sonne des Planetenradsatzes ortsfest, vorzugsweise mittels der lastschaltfähigen Reibbremse mit einem Gehäuse der Drehmomentüberlagerungseinrichtung, koppelbar ist und ein Planetenträger des Planetenradsatzes mit dem Drehmomentausgang drehmomentfest gekoppelt ist.
- Die erste Übersetzungseinrichtung zur Anwählbarkeit des wenigstens einen, als Übersetzungsstufe ausgebildeten Stirnradsatzes umfasst gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wenigstens eine form- und/oder reibschlüssige Schaltkupplung.
- Die wenigstens eine Schaltkupplung ist bevorzugt mit einem Synchronisierelement ausgeführt.
- Zwischen dem Elektromotor und dem Planetenradsatz ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung eine feste Übersetzung angeordnet, vorzugsweise ein Stirnradsatz mit einem ersten, dem Elektromotor zugewandten Stirnrad und einem zweiten, dem Planetenradsatz zugewandten Stirnrad.
- Bevorzugt ist auch die Schaltkupplung mit einem Synchronisierelement ausgeführt.
- Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die zweite Übersetzungseinrichtung zur Darstellung einer dritten alternativ anwählbaren Übersetzungsstufe einen dritten Stirnradsatz. Durch die Anordnung weiterer oder auch weniger Stirnradstufen kann auf einfache Weise eine Erweiterung oder Reduzierung der Ganganzahl vorgenommen und so der jeweiligen Fahrzeugklasse angepasst werden. Durch eine Erweiterung der Ganganzahl kann ein mehr verbrennungsmotorischer Fahrzeugcharakter, durch eine Verringerung der Ganganzahl ein mehr elektromotorischer Fahrzeugcharakter realisiert werden.
- Die zweite Übersetzungseinrichtung zur Anwählbarkeit des dritten, als Übersetzungsstufe ausgebildeten Stirnradsatzes umfasst ebenfalls eine form- und/oder reibschlüssige Schaltkupplung.
- Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung kann die lastschaltbare Reibbremse auch als anfahrfähige Bremse ausgebildet sein.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann ein Generator, ein 12 V-Starter/Generator oder ein Hochvolt-Starter-Generator auf der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors (VM) und/oder im Riementrieb des Verbrennungsmotors (VM) angeordnet sein. Dies hat den Vorteil, dass ein serieller Betrieb über den Verbrennungsmotor und den Generator bei geöffneter Kupplung dargestellt werden kann. Hierdurch lassen sich Kriechfahrten und Elektrisch-Fahren im unteren Geschwindigkeitsbereich auch bei SOCmin durchführen. Insbesondere ist elektrisches Anfahren, Rangieren und Rückwärtsfahren jederzeit auch bei leerem Hochvolt-Speicher ohne das Vorsehen weiterer Maßnahme möglich. Liegen- bzw. Stehenbleiben lässt sich so vermeiden.
- Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
-
1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehmomentüberlagerungseinrichtung, -
2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehmomentüberlagerungseinrichtung, und -
3 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehmomentüberlagerungseinrichtung. - In der Figur sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente und Bauteile dargestellt. Das dargestellte Ausführungsbeispiel ist rein instruktiv zu verstehen und soll einem besseren Verständnis, aber nicht zu einer Einschränkung des Erfindungsgegenstandes dienen.
- In
1 ist ein erfindungsgemäß ausgeführter Hybridantrieb1 zur Verwendung in einem Personenkraftfahrzeug dargestellt. Der Hybridantrieb1 umfasst einen Verbrennungsmotor VM, einen Elektromotor EM sowie eine als Getriebe2 erfindungsgemäß ausgeführte Drehmomentüberlagerungseinrichtung. Das Getriebe2 umfasst einen ersten Drehmomenteingang3 und einen zweiten Drehmomenteingang4 sowie einen Drehmomentausgang5 . - Der Elektromotor EM ist mit dem ersten Drehmomenteingang
3 drehmomentfest gekoppelt, wobei die drehmomentfeste Kopplung hier mittels einer ersten Welle6 erfolgt. Die erste Welle6 ist hierzu drehmomentfest mit der Rotorwelle (in1 nicht dargestellt) des Elektromotors EM gekoppelt. Entsprechende Kopplungen und/oder Koppelelemente zur Kopplung zweier Wellen sind im Stand der Technik bekannt. - Der Verbrennungsmotor VM bzw. dessen Zweimassenschwungrad ZMS ist mit dem zweiten Drehmomenteingang
4 drehmomentfest gekoppelt, wobei die Kopplung hier mittels einer zweiten Welle7 erfolgt. Die zweite Welle7 ist hierzu mit der Kurbelwelle (in1 nicht dargestellt) des Verbrennungsmotors VM gekoppelt. Entsprechende Kopplungen und/oder Koppelelemente zur Kopplung zweier Wellen sind im Stand der Technik bekannt. - Der Drehmomentausgang
5 des Getriebes2 ist mit einem Eingangsstirnrad8 eines Stirnraddifferentials D des Abtriebs9 des Fahrzeugs drehmomentfest gekoppelt, wobei die Kopplung hier mittels eines Festsitzes des Eingangsstirnrads8 erfolgt. Der Abtrieb umfasst des Werteren die Abtriebswelle10 sowie die Räder11a und11b . Hierbei ist sowohl ein Frontantrieb als auch im Grundsatz ein Heck- oder auch Allradantrieb als Anwendung des erfindungsgemäßen Hybridantriebs möglich. In1 dargestellt ist ein Frontantrieb. - Das erfindungsgemäß ausgeführte Getriebe
2 umfasst eine erste Übersetzungseinrichtung, die hier als erstes Teilgetriebe12 ausgeführt ist, und eine zweite Übersetzungseinrichtung, die hier als zweites Teilgetriebe13 ausgeführt ist. - Die erste Welle
6 ist hier als Bestandteil des ersten Teilgetriebes12 ausgeführt, die zweite Welle7 als Bestandteil des zweiten Teilgetriebes13 . Somit sind die beiden Teilgetriebe12 ,13 über die jeweiligen Drehmomenteingänge3 und4 mit den jeweiligen Antriebsaggregaten EM und VM gekoppelt. - Das erste Teilgetriebe
12 umfasst eine feste Übersetzung, die hier als Stirnradsatz14 ausgebildet ist, sowie genau einen Planetenradsatz15 . - Der als feste Übersetzung ausgebildete Stirnradsatz
14 umfasst ein erstes, dem Elektromotor EM zugewandtes Stirnrad16 sowie ein zweites, dem Planetenradsatz15 zugewandtes Stirnrad17 . - Das erste Stirnrad
16 des als feste Übersetzung ausgebildeten Stirnradsatzes14 ist auf dem dem Drehmomenteingang3 abgewandten Ende der Welle6 auf dieser Welle6 mittels Festsitz angeordnet. - Das zweite Stirnrad
17 des als feste Übersetzung ausgebildeten Stirnradsatzes14 ist mittels Festsitz auf dem Hohlrad20 des Planetenradsatzes15 angeordnet. - Der genau eine Planetenradsatz
15 umfasst das Hohlrad20 , die Planeten21 , den Planetenträger22 und die Sonne23 . Die Sonne23 ist mittels der lastschaltfähigen Reibbremse24 mit einem (in1 nicht dargestellten) Gehäuse des Getriebes2 ortsfest verbremsbar. - Wird die Sonne
23 mittels der Reibbremse24 ortsfest verbremst, so laufen Hohlrad20 und Planeten21 mit gekoppeltem Planetenträger22 auf der feststehenden Sonne23 ab, wodurch ein von dem Elektromotor EM über den als feste Übersetzung ausgebildeten Stirnradsatz14 mit einer Drehzahl eingeleitetes Drehmoment entsprechend dem Übersetzungsverhältnis zwischen Hohlrad20 und Planeten21 bzw. Planetenträger22 drehzahl- und drehmomentübersetzt wird und über den Planetenträger22 auf die Ausgangswelle25 übertragen wird. Durch Verbremsung der Sonne23 ist somit ein erster Gang EM1 als eine Übersetzungsstufe des ersten Teilgetriebes12 darstellbar. - Der zweite Gang EM2 als zweite Übersetzungsstufe des ersten Teilgetriebes
12 ist durch Verblockung des Planetenradsatzes15 darstellbar. Hierzu wird die Kupplung26 zwischen Hohlrad20 und Planetenträger22 geschlossen, wodurch der gesamte Planetenradsatz15 verblockt ist und als Ganzes umläuft. Das Übersetzungsverhältnis des Planetenradsatzes15 ist somit 1. Ein von dem Elektromotor EM über den als feste Übersetzung ausgebildeten Stirnradsatz14 mit einer Drehzahl eingeleitetes Drehmoment wird mit dem Übersetzungsverhältnis von 1 drehzahl- und drehmomentübersetzt und über den Planetenträger22 auf die Ausgangswelle25 übertragen. - In dem in
1 gezeigten Ausführungsbespiel sind somit genau zwei Gänge als zwei alternativ anwählbare Übersetzungsstufen des ersten Teilgetriebes12 darstellbar. - Die Schaltübergänge von erstem zu zweitem Gang des ersten Teilgetriebes
12 und umgekehrt können durch Schließen bzw. Öffnen der Kupplung26 bei gleichzeitigem Öffnen bzw. Verbremsen der Reibbremse24 unter Last und somit ohne Zugkrafteinbruch dargestellt werden. - Sind sowohl die Kupplung
26 als auch die Reibbremse24 offen, so liegt keine Momentenkopplung zur Ausgangswelle25 vor. Dieser Betriebszustand ist für die Funktion „Standladen” mit Leistungsfluss vom Verbrennungsmotor VM zu dem in diesem Betriebszustand generatorisch betriebenen Elektromotor EM bei stehendem Fahrzeug von Interesse. - Die Ausgangswelle
25 ist auf der dem Planetenradsatz15 abgewandten Seite als Drehmomentausgang5 des Getriebes2 ausgebildet. - Das zweite Teilgetriebe
13 umfasst zur Darstellung einer ersten und einer zweiten alternativ anwählbaren Übersetzungsstufe zwei Stirnradsätze27 und28 . Die Stirnradsätze sind als im Stand der Technik bekannte Losrad-/Festrad-Kombination ausgeführt, wobei die auf der Ausgangswelle25 angeordneten Losräder der Stirnradsätze27 und28 mittels einer zweiseitig wirkenden, axial auf der Ausgangswelle25 verschiebbaren Klauenkupplung29 alternativ zuschaltbar sind. Die Klauenkupplung29 ist aus zwei Teilklauenkupplungen aufgebaut, die beide als formschlüssige Schaltkupplungen ausgeführt sind. Ferner weisen die beiden Teilklauenkupplungen jeweils zusätzlich ein Synchronisierelement auf, hier jeweils ein Einfach-Synchro (in1 nicht dargestellt). - Durch formschlüssiges Eingreifen der Klauenkupplung
29 in das Losrad des Stirnradsatzes27 wird ein drehmomentfester Formschluss zwischen der zweiten Welle7 und dem Stirnradsatz27 hergestellt. Entsprechend dem Übersetzungsverhältnis des Stirnradsatzes27 wird ein vom Verbrennungsmotor VM mit einer Drehzahl eingeleitetes Drehmoment drehzahl- und drehmomentübersetzt und über das Festrad des Stirnradsatzes27 auf die Ausgangswelle25 und von dort auf das Stirnraddifferential D übertragen. - Für den Stirnradsatz
28 gilt das gleiche Wirkprinzip. - Die Übersetzungsstufe mit dem Stirnradsatz
28 ist hier als dritter Gang VM3 des zweiten Teilgetriebes13 , die Übersetzungsstufe mit dem Stirnradsatz27 als vierter Gang VM4 des zweiten Teilgetriebes13 ausgeführt. - Zur Darstellung des ersten Gangs VM1 und des zweiten Gangs VM2 als zwei weitere alternativ anwählbare Übersetzungsstufen des zweiten Teilgetriebes
13 ist die zweite Welle7 fest mit einem Stirnrad31 eines als feste Übersetzung ausgebildeten Stirnradsatzes32 verbunden, dessen Losrad33 mittels einer formschlüssigen Klauenkupplung30 alternativ zu den Gängen VM3 und VM4 drehmomentfest mit einem Ausläufer19 des Hohlrades20 des Planetenradsatzes15 verbindbar ist. Im Falle der formschlüssig mit dem Stirnradsatz32 verbundenen Klauenkupplung30 wird ein von dem Verbrennungsmotor VM geliefertes Drehmoment von der zweiten Welle7 über den Stirnradsatz32 auf den Planetenradsatz15 übertragen. Je nach Schaltzustand des Planetenradsatzes15 wird das Drehmoment entsprechend dem Übersetzungsverhältnis VM1 = EM1 oder VM2 = EM2 auf die Ausgangswelle25 und von dort auf das Differential D und den Abtrieb9 übertragen - Die Klauenkupplung
30 ist hier mit Einfach-Synchro ausgestattet. - VM1 ist hier als kurzer Anfahrgang ausgeführt. Eine unmittelbar nach dem Verbrennungsmotor VM angeordnete anfahrfähige Kupplung
34 ist in1 dargestellt. Die Ausführung und Anordnung einer solchen anfahrfähigen Kupplung34 ist dem Fachmann geläufig. VM2 ist hier als fahrleistungsseitiger Zwischengang zur Darstellung von Hochlast- oder Volllastmanövern mit Summenleistung der Aggregate ausgeführt. VM3 ist hier als vmax-Gang ausgeführt, VM4 als Effizienzgang. - In
2 ist eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgeführten Hybridantriebs1 zur Verwendung in einem Personenkraftfahrzeug dargestellt. Dabei umfasst die zweite Übersetzungseinrichtung13 zur Darstellung einer dritten alternativ anwählbaren Übersetzungsstufe VM5 einen dritten Stirnradsatz35 , der über eine form- und/oder reibschlüssige Klauenkupplung36 zu- bzw. abgeschaltet werden kann. - Durch die Anordnung weiterer oder auch weniger Stirnradstufen kann auf einfache Weise eine Erweiterung oder Reduzierung der Ganganzahl vorgenommen und so der jeweiligen Fahrzeugklasse angepasst werden. Durch eine Erweiterung der Ganganzahl kann ein mehr verbrennungsmotorischer Fahrzeugcharakter, durch eine Verringerung der Ganganzahl ein mehr elektromotorischer Fahrzeugcharakter realisiert werden. Die minimale Anzahl der Stirnradsätze beträgt eins, während es nach oben keine Limitierung gibt. Bevorzugt sind 2 bis 6 Stirnradsätze (entsprechend 4 bis 8 Verbrennungsmotor-Gängen), besonders bevorzugt 2 bis 4 Stirnradsätze (entsprechend 4 bis 6 Verbrennungsmotor-Gängen) vorhanden.
- In
3 ist eine alternative Ausgestaltung gezeigt. Dabei ist die Kupplung34 zwischen Verbrennungsmotor VM, bevorzugt zwischen dem Zweimassenschwungrad ZMS und der Welle7 als nicht anfahrfähige Kupplung ausgebildet, während die Reibbremse24 als anfahrfähige Bremse ausgelegt ist. Somit kann bei entsprechend kurz ausgelegtem ersten Gang auch verbrennungsmotorisch angefahren werden, indem die anfahrfähige Bremse des Planetenradsatzes15 als Anfahrkupplung dient. - Im Vergleich zu einer Kupplung
34 , die zwischen dem Verbrennungsmotor VM und der Welle7 angeordnet ist, lässt sich durch diese Ausbildung der Reibbremse24 als anfahrfähige Bremse der Übergang aus einem Standladebetrieb in einen Fahrbetrieb mit verbrennungsmotorischem Anfahren sehr einfach und ohne Zeitverzögerung regeln. Beim Standladebetrieb (im stehenden Zustand des Fahrzeugs) ist der Kraftfluss zwischen der Welle7 und dem Stirnradsatz32 der festen Übersetzung geschlossen, die Kupplung26 und die Reibbremse24 des Planetenradsatzes15 jedoch geöffnet, so dass kein Moment auf die Ausgangswelle25 in Richtung Drehmomentausgang5 durchgeleitet wird. Das Antriebsmoment des Verbrennungsmotors VM wird nur dem Elektromotor EM zugeführt, wodurch im Standbetrieb des Fahrzeugs elektrische Energie generiert wird (Standladen). - Durch ein einfaches Schließen der als anfahrfähige Bremse ausgebildeten Reibbremse
24 wird der Gang EM1 des Planetenradsatzes15 eingelegt und der Kraftschluss erfolgt vom Verbrennungsmotor VM kommend hin zum Drehmomentausgang5 , d. h. das Anfahren des Fahrzeugs ist somit allein über den Verbrennungsmotor VM durch Schließen der anfahrfähigen Bremse des Planetenradsatzes15 möglich. Der Übergang aus dem Standladebetrieb in einen Fahrbetrieb des Fahrzeugs erfolgt somit ohne jegliche Zeitverzögerung. Würde ein solcher Übergang aus dem Standladebetrieb in ein Anfahrbetrieb mittels der Kupplung34 zwischen dem Verbrennungsmotor VM und dem zweiten Teilgetriebe13 (wie in1 gezeigt) erfolgen, müsste zuerst der Standladebetrieb, d. h. die Last des Verbrennungsmotors VM heruntergefahren, die im Standladebetrieb geschlossene Kupplung34 geöffnet, die Reibbremse24 des Planetenradsatzes15 geschlossen, die Kupplung34 teilweise (bis zum Kiss-Point der Kupplung) geschlossen, die Last des Verbrennungsmotors VM hochgefahren und abschließend die Kupplung34 vollständig geschlossen werden. Insgesamt wäre dies ein regelungstechnisch komplizierter Ablauf, der auch zu einer Zeitverzögerung des Anfahrvorgangs aus dem Standladebetrieb führen würde. - Im ABS-Bremsfall kann die jetzt als nicht anfahrfähige Kupplung ausgebildete Kupplung
34 zwischen Verbrennungsmotor VM und dem zweiten Teilgetriebe13 auch weiterhin unter Last geöffnet werden, wodurch ein Verspannen des zweiten Teilgetriebes13 verhindert werden kann. Ein ”Abwürgen” des Verbrennungsmotors VM kann so verhindert werden. - Das zweite Teilgetriebe
13 lässt sich auch weiterhin über ein Öffnen der Reibbremse24 und der Kupplung26 des Planetenradsatzes15 kraftfrei schalten, so dass der komplette Antriebsstrang kraftfrei bleibt. - Weiterhin kann ein Generator, ein 12 V-Starter/Generator oder ein Hochvolt-Starter-Generator auf Kurbelwelle des Verbrennungsmotors VM und/oder im Riementrieb des Verbrennungsmotors VM angeordnet werden. Dies hat den Vorteil, dass ein serieller Betrieb über den Verbrennungsmotor VM und den Generator bei geöffneter Kupplung
34 dargestellt werden kann. Hierdurch lassen sich Kriechfahrten und Elektrisch-Fahren im unteren Geschwindigkeitsbereich auch bei SOCmin durchführen. Insbesondere ist elektrisches Anfahren, Rangieren und Rückwärtsfahren jederzeit auch bei leerem Hochvolt-Speicher ohne das Vorsehen weiterer Maßnahme möglich. Liegen- bzw. Stehenbleiben lässt sich so vermeiden. - Der in den Figuren ausgeführte Hybridantrieb
1 baut sehr kompakt. Die Antriebsaggregate VM und EM können hinsichtlich der Gänge VM3 und VM4 ggf. VM5 sowie EM1 und EM2 individuell aggregatespezifisch angesteuert werden, wodurch hohe Fahrdynamik bei hoher Effizienz erzielt wird. Aufgrund des sehr kompakten Aufbaus des Getriebes2 mit wenigen Zahneingriffen in den jeweiligen Momentenpfaden ergibt sich ein extrem guter Wirkungsgrad des Getriebes2 im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Getrieben. Zudem lassen sich die Schaltübergänge zwischen EM1 und EM2 (und ebenso VM1 und VM2) zugkraftunterbrechungsfrei realisieren. Schaltübergänge zwischen VM2 zu VM3 und VM4 erfolgen gestützt über den Elektromotor EM und somit mit hinreichend guter Schaltqualität. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Hybridantrieb
- 2
- Getriebe
- 3
- erster Drehmomenteingang
- 4
- zweiter Drehmomenteingang
- 5
- Drehmomentausgang
- 6
- erste Welle
- 7
- zweite Welle
- 8
- Eingangsstirnrad
- 9
- Abtrieb
- 10
- Abtriebswelle
- 11a
- Räder
- 11b
- Räder
- 12
- erstes Teilgetriebe
- 13
- zweites Teilgetriebe
- 14
- Stirnradsatz
- 15
- Planetenradsatz
- 16
- erstes Stirnrad
- 17
- zweites Stirnrad
- 19
- Ausläufer
- 20
- Hohlrad
- 21
- Planeten
- 22
- Planetenträger
- 23
- Sonne
- 24
- Reibbremse
- 25
- Ausgangswelle
- 26
- Reibkupplung
- 27
- Stirnradsatz
- 28
- Stirnradsatz
- 29
- Klauenkupplung
- 30
- Klauenkupplung
- 31
- Stirnrad
- 32
- Stirnradsatz
- 33
- Losrad
- 34
- Kupplung
- 35
- Stirnradsatz
- 36
- Klauenkupplung
- D
- Stirnraddifferential
- EM
- Elektromotor
- EM1
- erster Gang
- EM2
- zweiter Gang
- VM
- Verbrennungsmotor
- VM1
- erster Gang
- VM2
- zweiter Gang
- VM3
- dritter Gang
- VM4
- vierter Gang
- VM5
- fünfter Gang
- ZMS
- Zweimassenschwungrad
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102010063092 A1 [0002]
Claims (16)
- Drehmomentüberlagerungseinrichtung zur Verwendung in einem Hybridantrieb (
1 ) für Kraftfahrzeuge, insbesondere zum Einsatz in Personenkraftfahrzeugen, wobei der Hybridantrieb (1 ) einen Verbrennungsmotor (VM), einen Elektromotor (EM) und die Drehmomentüberlagerungseinrichtung umfasst, und mittels der Drehmomentüberlagerungseinrichtung ein Drehmoment des Verbrennungsmotors (VM) mit einem Drehmoment des Elektromotors (EM) überlagerbar sind und die Drehmomentüberlagerungseinrichtung ausgangsseitig mit einem Abtrieb (9 ) des Fahrzeugs verbunden ist, die Drehmomentüberlagerungseinrichtung einen ersten und einen zweiten Drehmomenteingang (3 ,4 ) und einen Drehmomentausgang (5 ) sowie eine erste Übersetzungseinrichtung (12 ) und eine zweite Übersetzungseinrichtung (13 ) aufweist, und der Elektromotor (EM) mit dem ersten Drehmomenteingang (3 ) drehmomentfest koppelbar ist und der Verbrennungsmotor (VM) mit dem zweiten Drehmomenteingang (4 ) drehmomentfest koppelbar ist, wobei der erste Drehmomenteingang (3 ) mit der ersten Übersetzungseinrichtung (12 ) und der zweite Drehmomenteingang (4 ) mit der zweiten Übersetzungseinrichtung (13 ) drehmomentfest verbunden ist, und die Übersetzungseinrichtungen (12 ,13 ) jeweils abtriebsseitig mit dem Drehmomentausgang (5 ) der Drehmomentüberlagerungseinrichtung drehmomentfest gekoppelt sind, wobei die erste Übersetzungseinrichtung (12 ) mindestens zwei alternativ anwählbare Übersetzungsstufen (EM1, EM2) umfasst und die zweite Übersetzungseinrichtung (13 ) mindestens eine alternativ anwählbare Übersetzungsstufe (VM3, VM4) umfasst, wobei die erste Übersetzungseinrichtung (12 ) zur Darstellung der mindestens zwei alternativ anwählbaren Übersetzungsstufen (EM1, EM2) wenigstens einen Planetenradsatz (15 ) umfasst, und die zweite Übersetzungseinrichtung (13 ) zur Darstellung der wenigstens einen anwählbaren Übersetzungsstufe (VM3, VM4) wenigstens einen Stirnradsatz (27 ,28 ) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass zur alternativ anwählbaren drehmomentfesten Verbindung der zweiten Übersetzungseinrichtung (13 ) mit dem Planetenradsatz (15 ) eine form- und/oder reibschlüssige Schaltkupplung (30 ) auf dem Planetenradsatz (15 ) angeordnet ist. - Drehmomentüberlagerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Übersetzungseinrichtung (
13 ) eine Welle (7 ) aufweist, die fest mit einem Stirnrad A eines als feste Übersetzung ausgebildeten Stimradsatzes B verbunden ist, dessen Losrad mittels der Schaltkupplung (30 ) drehmomentfest mit einem Ausläufer (19 ) des Hohlrades (20 ) des Planetenradsatzes (15 ) verbindbar ist. - Drehmomentüberlagerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Übersetzungseinrichtungen (
12 ,13 ) jeweils mindestens zwei alternativ anwählbare Übersetzungsstufen (EM1, EM2, VM3, VM4) umfassen. - Drehmomentüberlagerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Übersetzungseinrichtung (
13 ) zur Darstellung der mindestens zwei alternativ anwählbaren Übersetzungsstufen (VM3, VM4) wenigstens zwei Stirnradsätze (27 ,28 ) umfasst. - Drehmomentüberlagerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Übersetzungseinrichtung (
12 ) genau einen Planetenradsatz (15 ) umfasst, wobei vorzugsweise genau zwei Übersetzungsstufen (EM1, EM2) alternativ anwählbar sind. - Drehmomentüberlagerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenradsatz (
15 ) zur Anwahl der Übersetzungsstufen (EM1, EM2) zweckmäßig mit mindestens einer lastschaltfähigen Reibbremse (24 ) und/oder Reibkupplung (26 ) ausgeführt ist. - Drehmomentüberlagerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenradsatz (
15 ) zur Darstellung einer der Übersetzungsstufen (EM2) der mindestens zwei alternativ anwählbaren Übersetzungsstufen (EM1, EM2) verblockbar ist. - Drehmomentüberlagerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Darstellung einer weiteren Übersetzungsstufe (EM1) der mindestens zwei alternativ anwählbaren Übersetzungsstufen (EM1, EM2) der Elektromotor (EM) mit einem Hohlrad (
20 ) des Planetenradsatzes (15 ) drehmomentfest koppelbar ist, eine Sonne (23 ) des Planetenradsatzes (15 ) ortsfest, vorzugsweise mittels der lastschaltfähigen Reibbremse (24 ) mit einem Gehäuse der Drehmomentüberlagerungseinrichtung, koppelbar ist und ein Planetenträger (22 ) des Planetenradsatzes (15 ) mit dem Drehmomentausgang (5 ) drehmomentfest gekoppelt ist. - Drehmomentüberlagerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Übersetzungseinrichtung (
12 ) zur Anwählbarkeit des wenigstens einen, als Übersetzungsstufe ausgebildeten Stirnradsatzes (27 ,28 ) wenigstens eine form- und/oder reibschlüssige Schaltkupplung (29 ) umfasst. - Drehmomentüberlagerungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Schaltkupplung (
29 ) mit einem Synchronisierelement ausgeführt ist. - Drehmomentüberlagerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Elektromotor (EM) und dem Planetenradsatz (
15 ) eine feste Übersetzung angeordnet ist, vorzugsweise ein Stirnradsatz (14 ) mit einem ersten, dem Elektromotor (EM) zugewandten Stirnrad und einem zweiten, dem Planetenradsatz (15 ) zugewandten Stirnrad. - Drehmomentüberlagerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkupplung (
30 ) mit einem Synchronisierelement ausgeführt ist. - Drehmomentüberlagerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Übersetzungseinrichtung (
13 ) zur Darstellung einer dritten alternativ anwählbaren Übersetzungsstufe (VM5) einen dritten Stirnradsatz (35 ) umfasst. - Drehmomentüberlagerungseinrichtung nach Anspruch 13 einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Übersetzungseinrichtung (
13 ) zur Anwählbarkeit des dritten, als Übersetzungsstufe ausgebildeten Stirnradsatzes (35 ) eine form- und/oder reibschlüssige Schaltkupplung (36 ) umfasst. - Drehmomentüberlagerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die lastschaltbare Reibbremse (
24 ) als anfahrfähige Bremse ausgebildet ist. - Drehmomentüberlagerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Generator, ein 12 V-Starter/Generator oder ein Hochvolt-Starter-Generator auf der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors (VM) und/oder im Riementrieb des Verbrennungsmotors (VM) angeordnet ist.
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