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Die Erfindung betrifft ein Hybrid-Mehrstufengetriebe für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
WO 2009/077097 A1 ist ein Hybrid-Mehrstufengetriebe für ein Kraftfahrzeug mit drei entlang einer Hauptrotationsachse hintereinander angeordneten Planetenradstufen, mit einem BKM-Anbindungselement zur Anbindung einer Brennkraftmaschine, mit einem Getriebeausgangselement zur Anbindung eines Achsantriebs, mit einem ersten EM-Anbindungselement zur Anbindung eines ersten Elektromotors, mit einem zweiten EM-Anbindungselement zur Anbindung eines zweiten Elektromotors und mit fünf Schalteinheiten, die teilweise als Kupplungseinheiten und teilweise als Bremseinheiten ausgeführt sind, bekannt, wobei eine der Planetenradstufen des Hybrid-Mehrstufengetriebes einen Doppelplanetenradsatz aufweist.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein kompaktes Hybrid-Mehrstufengetriebe zur Ausbildung eines Hybridantriebsmoduls mit hoher Flexibilität und hohem Wirkungsgrad bereitzustellen. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß wird ein Hybrid-Mehrstufengetriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, das zumindest konstruktiv zur Schaltung von zumindest fünf verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegängen, zumindest einem elektromotorischen Vorwärtsgetriebegang und zumindest vier EVT-Fahrbereichen vorgesehen ist, mit einem BKM-Anbindungselement zur drehfesten Anbindung einer Brennkraftmaschine, mit einem Getriebeausgangselement zur drehfesten Anbindung eines Achsantriebs, mit zumindest einem ersten EM-Anbindungselement zur Anbindung eines ersten Elektromotors, mit zumindest einem zweiten EM-Anbindungselement zur Anbindung eines zweiten Elektromotors, mit zumindest drei Planetenradstufen, die wirkungsmäßig miteinander verbunden sind, sowie mit zumindest drei Kupplungseinheiten, die jeweils zwei drehbar gelagerte Kopplungselemente aufweisen, und zumindest zwei Bremseinheiten, die jeweils ein drehbar gelagertes Kopplungselement aufweisen, vorgeschlagen.
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Dadurch kann ein Hybrid-Mehrstufengetriebe mit einer sehr hohen Flexibilität bereitgestellt werden, da zum einen eine hohe Lastschaltbarkeit und zum anderen ein hoher Wirkungsgrad, insbesondere auch in Verbindung mit den Elektromotoren, erreicht werden kann. Zudem können durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung Übersetzungsverhältnisse insbesondere in den EVT-Fahrbereichen und den elektromotorischen Vorwärtsgetriebegängen besser dargestellt werden. Bauteilbelastungen in dem Hybrid-Mehrstufengetriebe können durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung zumindest teilweise gesenkt werden, wodurch insbesondere ein Leichtbau vereinfacht werden kann. Zudem können Belastungen für die Elektromotoren durch die verbesserten Übersetzungsverhältnisse reduziert werden, wodurch kleinere Elektromotoren verwendet werden können. Dadurch können insbesondere Kosten reduziert werden. Weiter kann durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung insbesondere bei einer leistungsneutralen Fahrt ein geringer Leistungsfluss zwischen den beiden Elektromotoren erreicht werden, wodurch elektrische Übertragungsverluste gesenkt und somit der Wirkungsgrad weiter verbessert werden können.
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Zur Vereinfachung soll unter einem „ersten”, einem „zweiten” oder einem „dritten Planetenradträger” jeweils ein der ersten, der zweiten oder der dritten Planetenradstufe zugeordneter Planetenradträger verstanden werden. Entsprechend soll unter einem „ersten”, einem „zweiten” oder einem „dritten Sonnenrad” und einem „ersten”, einem „zweiten” oder einem „dritten Hohlrad” jeweils ein der ersten, zweiten oder dritten Planetenradstufe zugeordnetes Sonnenrad oder ein der ersten, zweiten oder dritten Planetenradstufe zugeordnetes Hohlrad verstanden werden. Beispielsweise soll unter dem ersten Planetenradträger ein Planetenradträger der ersten Planetenradstufe verstanden werden.
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Unter einer „Kupplungseinheit” soll insbesondere eine Schalteinheit verstanden werden, die in einem Leistungsfluss zwischen zwei der Planetenradstufen angeordnet ist und die dazu vorgesehen ist, ihre zwei drehbar angeordneten Kopplungselemente, die in einem geöffneten Zustand unabhängig voneinander verdrehbar sind, in einem geschlossenen Zustand drehfest miteinander zu verbinden. Unter einer „Bremseinheit” soll insbesondere eine Schalteinheit verstanden werden, die wirkungsmäßig zwischen einer der Planetenradstufen und einem Getriebegehäuse angeordnet ist und die dazu vorgesehen ist, ihr drehbares Kopplungselement, das in einem geöffneten Zustand unabhängig von dem Getriebegehäuse verdrehbar ist, in einem geschlossenen Zustand mit ihrem drehfest mit dem Getriebegehäuse verbundenen Kopplungselement drehfest zu verbinden. Unter „drehfest verbunden” soll insbesondere eine Verbindung verstanden werden, bei der ein Leistungsfluss über eine vollständige Umdrehung gemittelt mit einem unveränderten Drehmoment, einer unveränderten Drehrichtung und/oder einer unveränderten Drehzahl übertragen wird.
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Die Kupplungseinheiten sind vorzugsweise jeweils wirkungsmäßig zwischen den Planetenradstufen angeordnet, so dass in dem geschlossenen Zustand zumindest zwei Getriebeelemente der Planetenradstufen drehfest miteinander verbunden sind. Die Bremseinheiten sind jeweils wirkungsmäßig zwischen einer der Planetenradstufen und dem Getriebegehäuse angeordnet, so dass in dem geschlossenen Zustand zumindest ein Getriebeelement der Planetenradstufen mit dem Getriebegehäuse drehfest verbunden ist. Unter einer Kupplungseinheit soll in diesem Zusammenhang insbesondere keine Kupplungseinheit verstanden werden, die einem durch die Planetenradstufen ausgebildeten Zahnradsatz vorgeschaltet oder nachgeschaltet ist. Unter einer „dem Zahnradsatz vorgeschalteten Kupplungseinheit” soll insbesondere eine Kupplungseinheit verstanden werden, die in zumindest einem Getriebegang in einem Leistungsfluss zwischen der Brennkraftmaschine und dem BKM-Anbindungselement angeordnet ist, wie beispielsweise eine Trennkupplung oder eine Anfahrkupplung. Unter einer „dem Zahnradsatz nachgeschalteten Kupplungseinheit” soll insbesondere eine Kupplungseinheit verstanden werden, die in zumindest einem Getriebegang in einem Leistungsfluss zwischen dem Getriebeausgangselement und einem Achsantrieb angeordnet ist, wie beispielsweise eine Allradkupplung. Grundsätzlich kann eine Schaltbarkeit des Mehrstufengetriebes durch eine dem Zahnradsatz vorgeschaltete oder nachgeschaltete Kupplungseinheit erhöht werden. Unter einem „BKM-Anbindungselement” soll dabei insbesondere ein Getriebeelement, das zumindest konstruktiv zur drehfesten Anbindung einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist, verstanden werden. Unter einem „EM-Anbindungselement” soll dabei insbesondere ein Getriebeelement, das zumindest konstruktiv zur drehfesten Anbindung eines Rotors eines Elektromotors vorgesehen ist, verstanden werden. Unter einem „Getriebeausgangselement” soll insbesondere ein Getriebeelement, das zumindest konstruktiv zur drehfesten Anbindung eines Achsantriebs vorgesehen ist, verstanden werden.
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Unter „zumindest konstruktiv” soll insbesondere verstanden werden, dass konstruktiv eine entsprechende Ausgestaltung vorgesehen ist, in einem eventuellen Ausführungsbeispiel aber von einer funktionellen Nutzung der konstruktiven Ausgestaltung abgesehen werden kann. Unter „konstruktiv zur Schaltung eines Getriebegangs vorgesehen” soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass mittels der Kupplungseinheiten und/oder Bremseinheiten mechanisch ein entsprechender Getriebegang grundsätzlich bildbar ist, unabhängig davon, ob im Rahmen einer Schaltstrategie auf die Schaltung des Getriebegangs verzichtet wird oder nicht. Beispielsweise können in einer Ausgestaltung die Kupplungseinheiten und/oder Bremseinheiten konstruktiv zur Schaltung von mehr EVT-Fahrbereichen vorgesehen sein, als es sinnvoll sein kann, sie im Rahmen einer Betriebsstrategie für das Hybrid-Mehrstufengetriebe vorzusehen. Beispielsweise ist es denkbar, in einer Betriebsstrategie lediglich zwei oder sogar nur einen der konstruktiv schaltbaren EVT-Fahrbereiche zu nutzen. Unter „vorgesehen” soll insbesondere speziell programmiert, ausgestattet und/oder ausgelegt verstanden werden.
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Indem das Hybrid-Mehrstufengetriebe drei Kupplungseinheiten und zwei Bremseinheiten aufweist, umfasst das Mehrstufengetriebe in Summe zumindest fünf Schalteinheiten. In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind zumindest zwei der Schalteinheiten formschlüssig ausgebildet. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, dass sämtliche Schalteinheiten formschlüssig ausgebildet sind. Dadurch kann ein Schleppverlust gering gehalten werden, wodurch ein Leistungsverlust innerhalb des Mehrstufengetriebes vorteilhaft verringert werden kann. Vorzugsweise sind eine der Kupplungseinheiten und eine der Bremseinheiten als formschlüssig ausgebildete Schalteinheiten ausgeführt.
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Unter einer „formschlüssig ausgebildeten Schalteinheit” soll dabei insbesondere eine Schalteinheit verstanden werden, die zur Verbindung ihrer Kopplungselemente bzw. zur Anbindung ihres Kopplungselements eine Verzahnung und/oder Klauen aufweist, die zur Herstellung einer drehfesten Verbindung formschlüssig ineinandergreifen, wobei eine Übertragung eines Leistungsflusses in einem vollständig geschlossenen Zustand zumindest hauptsächlich durch einen Formschluss erfolgt. Die Schalteinheiten können grundsätzlich reibschlüssig oder formschlüssig ausgebildet sein. Unter einer „reibschlüssig ausgebildeten Schalteinheit” soll dabei insbesondere eine Schalteinheit verstanden werden, die zur Verbindung ihrer Kopplungselemente bzw. zur Anbindung ihres Kopplungselements zumindest zwei Reibpartner aufweist, die zur Herstellung einer drehfesten Verbindung reibschlüssig aneinander anliegen, wobei eine Übertragung eines Leistungsflusses in einem vollständig geschlossenen Zustand zumindest hauptsächlich durch Reibung erfolgt. Eine reibschlüssig ausgebildete Kupplungseinheit ist vorzugsweise als eine Lamellenkupplungseinheit und eine reibschlüssig ausgebildete Bremseinheit ist vorzugsweise als eine Lamellenbremseinheit ausgebildet. Eine formschlüssig ausgebildete Kupplungseinheit ist vorzugsweise als eine Klauenkupplungseinheit und eine formschlüssig ausgebildete Bremseinheit ist vorzugsweise als eine Klauenbremseinheit ausgebildet. Eine formschlüssig ausgebildete Schalteinheit ist vorteilhaft über eine Schiebemuffe schaltbar. Dabei sind die formschlüssig ausgebildeten Schalteinheiten vorzugsweise ohne eine Synchronisierung ausgeführt, können grundsätzlich aber auch eine Synchronisierung aufweisen.
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Vorzugsweise umfasst das Mehrstufengetriebe Aktuatoren zur automatisierten Schaltung der Kupplungseinheiten und der Bremseinheiten. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, zumindest einen Teil der Kupplungseinheiten und/oder der Bremseinheiten zumindest teilweise selbstständig schaltend auszuführen. Eine selbstständig schaltende Kupplungseinheit bzw. Bremseinheit ist vorzugsweise als ein Freilauf ausgebildet.
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Die erste, die zweite und die dritte Planetenradstufe sind vorzugsweise entlang einer Hauptrotationsachse axial hintereinander angeordnet. Grundsätzlich ist aber auch eine gestapelte Anordnung, bei der Planetenradstufen zumindest teilweise radial ineinander geschachtelt sind, denkbar. Die Nummerierungen der Planetenradstufen „erste”, „zweite” und „dritte” stellen dabei eine mögliche axiale Reihenfolge der Planetenradstufen entlang einer von der Brennkraftmaschine ausgehenden Richtung dar, wobei die erste Planetenradstufe am nächsten zu der Brennkraftmaschine angeordnet ist.
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Zudem kann auch eine Ausgestaltung der Planetenradstufen mit Einfachplanetenradsätzen oder Doppelplanetenradsätzen von dem dargestellten Ausführungsbeispiel abweichen. In kinematisch äquivalenter Weise ist es beispielsweise möglich, einen Einfachplanetenradsatz durch einen Doppelplanetenradsatz zu ersetzen, wobei für eine kinematische gleiche Wirkweise zusätzlich insbesondere eine Standübersetzung der Planetenradstufe angepasst werden muss. Insbesondere bei einer Ausbildung mittels eines Doppelplanetenradsatzes kann grundsätzlich auch eine Anbindung von einem Sonnenrad und einem Planetenradträger, einem Hohlrad und einem Planetenradträger oder einem Sonnenrad und einem Hohlrad getauscht werden, wobei für eine kinematisch gleiche Wirkweise zusätzlich insbesondere eine Standübersetzung der Planetenradstufe angepasst werden muss.
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Die im Folgenden beschriebene Ausgestaltung eines Hybrid-Mehrstufengetriebes stellt ein spezielles Ausführungsbeispiel dar, zu dem es grundsätzlich noch weitere kinematisch äquivalente Ausführungsbeispiele gibt. Durch eine räumliche Umordnung der Kupplungseinheiten und/oder der Bremseinheiten, durch eine geänderte Anordnung von Getriebewellen, durch Vertauschung der Sonnenräder, Planetenräder und/oder Hohlräder sind grundsätzlich verschiedene kinematisch äquivalente Getriebestrukturen realisierbar, die dem dargestellten Ausführungsbeispiel im Hinblick auf eine Anzahl der Kupplungseinheiten, der Bremseinheiten und der Planetenradstufen sowie im Hinblick auf ein Schaltschema zur Schaltung der Vorwärtsgetriebegänge und der EVT-Fahrbereiche entsprechen. Grundsätzlich ist dabei insbesondere auch eine andere axiale Reihenfolge der Planetenradstufen denkbar, die von der dargestellten Reihenfolge abweicht.
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Die Begriffe „axial” und „radial” sind im Folgenden insbesondere auf die Hauptrotationsache des Mehrstufengetriebes bezogen, so dass der Ausdruck „axial” insbesondere eine Richtung bezeichnet, die parallel oder koaxial zu der Hauptrotationsache verläuft. Ferner bezeichnet der Ausdruck „radial” insbesondere eine Richtung, die senkrecht zu der Hauptrotationsache verläuft.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In den Figuren sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Figurenbeschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Dabei zeigen:
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1 ein Getriebeschema eines erfindungsgemäßen Hybrid-Mehrstufengetriebes,
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2 ein Schaltschema für das Hybrid-Mehrstufengetriebe und
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3 ein Getriebeschema eines erfindungsgemäßen Hybrid-Mehrstufengetriebes mit einer gestapelten Anordnung.
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Die 1 und 2 zeigen ein Getriebeschema eines erfindungsgemäßen Hybrid-Mehrstufengetriebes sowie ein Schaltschema für das gezeigte Getriebeschema. Das Hybrid-Mehrstufengetriebe ist als ein Kraftfahrzeuggetriebe ausgestaltet. Es weist genau drei Planetenradstufen P1a, P2a, P3a auf. Die erste Planetenradstufe P1a, die zweite Planetenradstufe P2a und die dritte Planetenradstufe P3a sind in dem ersten Ausführungsbeispiel entlang einer Hauptrotationsachse hintereinander angeordnet. Die erste Planetenradstufe P1a und die dritte Planetenradstufe P3a des Hybrid-Mehrstufengetriebes weisen in dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen Einfachplanetenradsatz auf. Die zweite Planetenradstufe P2a des Hybrid-Mehrstufengetriebes weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen Doppelplanetenradsatz auf.
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Das Hybrid-Mehrstufengetriebe ist zur Anbindung von zwei Elektromotoren EM1a, EM2a vorgesehen. Das Hybrid-Mehrstufengetriebe bildet in Verbindung mit den zwei Elektromotoren EM1a, EM2a und einer Brennkraftmaschine BKM1a ein Hybridantriebsmodul aus, welches zur Schaltung unterschiedlicher Fahrmodi vorgesehen ist, in denen Leistungsflüsse aus der Brennkraftmaschine BKM1a und/oder den Elektromotoren EM1a, EM2a unterschiedlich kombiniert oder geleitet werden. Das Hybrid-Mehrstufengetriebe weist genau drei Kupplungseinheiten C1a, C2a, C3a und genau zwei Bremseinheiten B1a, B2a auf, die zur Schaltung der Planetenradstufen P1a, P2a, P3a vorgesehen sind. Die Kupplungseinheiten C1a, C2a, C3a und die Bremseinheiten B1a, B2a sind wirkungsmäßig innerhalb eines durch die Planetenradstufe P1a, P2a, P3a ausgebildeten Zahnradsatzes angeordnet. Die Kupplungseinheiten C1a, C2a, C3a sind dazu vorgesehen, unterschiedliche Wirkverbindungen zwischen den Planetenradstufen P1a, P2a, P3a untereinander herzustellen. Die Bremseinheiten B1a, B2a sind dazu vorgesehen, unterschiedliche Wirkverbindungen zwischen den Planetenradstufen P1a, P2a, P3a und einem Getriebegehäuse 12a herzustellen.
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Das Hybrid-Mehrstufengetriebe ist konstruktiv dazu vorgesehen, zumindest unterschiedlich übersetzte verbrennungsmotorische Vorwärtsgetriebegänge Via, V2a, V3a, V4a, V5a, zumindest einen verbrennungsmotorischen Rückwärtsgetriebegang R1a, zumindest einen elektromotorischen Vorwärtsgetriebegang E1a und zumindest vier leistungsverzweigte EVT-Fahrbereiche EVT1a, EVT2a, EVT3a, EVT4a zu bilden. Ein Rückwärtsgetriebegang ist zudem insbesondere mittels eines der EVT-Fahrbereiche EVT1a–EVT4a oder mittels des elektromotorischen Vorwärtsgetriebegangs E1a darstellbar. Eine Anzahl der tatsächlich verwendeten verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegänge V1a–V5a, der tatsächlichen Verwendung des elektromotorischen Vorwärtsgetriebegangs E1a und/oder der tatsächlich verwendeten EVT-Fahrbereiche EVT1a–EVT4a kann dabei in Abhängigkeit von einer Betriebsstrategie eingeschränkt sein, beispielsweise elektronisch durch eine entsprechend programmierte Steuer- und Regeleinheit.
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Mögliche Lastschaltungen zwischen den verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegängen V1a–V5a, dem verbrennungsmotorischen Rückwärtsgetriebegang R1a, dem elektromotorischen Vorwärtsgetriebegang E1a und den EVT-Fahrbereich EVT1a–EVT4a ergeben sich unmittelbar aus dem Schaltschema in 2. Eine Lastschaltung ist dabei insbesondere immer dann möglich, wenn in einem Schaltvorgang höchstens eine der Bremseinheiten B1a, B2a oder Kupplungseinheiten C1a, C2a, C3a geschlossen wird und/oder höchstens eine der Bremseinheiten B1a, B2a oder Kupplungseinheiten C1a, C2a, C3a geöffnet wird, d. h. wenn ein Leistungsfluss von einer der Bremseinheiten B1a, B2a oder Kupplungseinheiten C1a, C2a, C3a an eine andere der Bremseinheiten B1a, B2a oder Kupplungseinheiten C1a, C2a, C3a übergeben wird oder wenn ein Schaltzustand von lediglich einer der Bremseinheiten B1a, B2a oder Kupplungseinheiten C1a, C2a, C3a verändert wird. Insbesondere die verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegänge V1a–V5a sind untereinander zumindest sequentiell lastschaltbar.
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Das Hybrid-Mehrstufengetriebe ist dazu vorgesehen, die Brennkraftmaschine BKM1a und die Elektromotoren EM1a, EM2a mit zumindest einem nicht näher dargestellten Achsantrieb für einen Antrieb von Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs zu verbinden. Mittels des Hybrid-Mehrstufengetriebes kann ein Übersetzungsverhältnis zwischen der Brennkraftmaschine BKM1a, den Elektromotoren EM1a, EM2a und dem Achsantrieb eingestellt werden.
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Das Hybrid-Mehrstufengetriebe weist ein BKM-Anbindungselement 10a auf, das dazu vorgesehen ist, ein von der Brennkraftmaschine BKM1a abgegebenes Antriebsmoment in das Hybrid-Mehrstufengetriebe einzuleiten. Das BKM-Anbindungselement 10a, das in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als eine Getriebeeingangswelle für die Brennkraftmaschine BKM1a ausgebildet ist, ist in montiertem Zustand drehfest mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine BKM1a verbunden. Grundsätzlich können zwischen dem BKM-Anbindungselement 10a und der Brennkraftmaschine BKM1a weitere Bauteile, wie beispielsweise ein Schwingungsdämpfer, eine Anfahrkupplung, eine Trennkupplung oder ein Drehmomentwandler, angeordnet sein.
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Zur Anbindung der Elektromotoren EM1a, EM2a umfasst das Hybrid-Mehrstufengetriebe zwei EM-Anbindungselemente 13a, 14a. Die EM-Anbindungselemente 13a, 14a sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils permanent drehfest mit einem Rotor des entsprechenden Elektromotors EM1a, EM2a verbunden. Die EM-Anbindungselemente 13a, 14a sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel einstückig mit dem Rotor des entsprechenden Elektromotors EM1a, EM2a ausgebildet.
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Grundsätzlich können die Elektromotoren EM1a, EM2a aber auch von dem entsprechenden EM-Anbindungselement 13a, 14a abkoppelbar sein, beispielsweise durch eine Kupplung oder einen Freilauf, der zwischen dem Rotor des Elektromotors EM1a, EM2a und dem entsprechenden EM-Anbindungselement 13a, 14a angeordnet ist. Ebenfalls möglich ist es, die Elektromotoren EM1a, EM2a mittels einer zusätzlichen Übersetzungsstufe an das jeweilige EM-Anbindungselement 13a, 14a anzubinden, beispielsweise mittels eines Stirnradtriebs, eines Ketten- oder Riementriebs oder eines Planetenradsatzes. Insbesondere ist auch eine Ausgestaltung denkbar, bei der die Elektromotoren EM1a, EM2a achsparallel versetzt zu der Hauptrotationsachse angeordnet sind. Insbesondere der Elektromotor EM2a kann auf einer dem BKM-Anbindungselement 10a abgewandten Seite der dritten Planetenradstufe P3a angeordnet werden und mittels einer Übersetzungsstufe an das dritte Hohlrad P33a angebunden werden. Grundsätzlich ist es weiter denkbar, dass an das Hybrid-Mehrstufengetriebe lediglich ein einzelner Elektromotor angebunden ist, oder dass auf eine Anbindung von Elektromotoren verzichtet wird.
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Weiter weist das Hybrid-Mehrstufengetriebe ein Getriebeausgangselement 11a auf, das dazu vorgesehen ist, ein Antriebsmoment aus dem Hybrid-Mehrstufengetriebe auszuleiten. Das Getriebeausgangselement 11a ist permanent drehfest mit dem Achsantrieb des Kraftfahrzeugs verbunden. Dem Getriebeausgangselement 11a können unterschiedliche Module nachgeschaltet werden, mittels deren das aus dem Hybrid-Mehrstufengetriebe ausgeleitete Moment auf die Antriebsräder verteilt werden kann, wie beispielsweise ein Differentialgetriebe, das für einen Drehzahlausgleich zwischen den Antriebsrädern vorgesehen ist, oder ein Allradantriebsmodul, das das Antriebsmoment auf zwei verschiedene Antriebsachsen verteilt. Das BKM-Anbindungselement 10a und das Getriebeausgangselement 11a können grundsätzlich beliebig zueinander angeordnet sein. Das dargestellte Hybrid-Mehrstufengetriebe ist insbesondere für einen Front-Quereinbau vorgesehen, bei welchem das Getriebeausgangselement 11a axial in Höhe der mittleren Planetenradstufe P2a liegt. Grundsätzlich ist auch eine koaxiale Anordnung auf gegenüberliegenden Seiten des Hybrid-Mehrstufengetriebes denkbar, insbesondere wenn das Hybrid-Mehrstufengetriebe für einen Front-Längseinbau vorgesehen sein soll. Zur Umgestaltung des Hybrid-Mehrstufengetriebes ist es möglich, die Planetenradstufen P1a, P2a, die Bremseinheiten B1a, B2a, die Kupplungseinheiten C1a, C2a, C3a und/oder die EM-Anbindungselemente 13a, 14a umzuordnen.
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Die erste Planetenradstufe P1a ist entlang der Hauptrotationsachse in Bezug auf die zweite Planetenradstufe P2a auf einer dem BKM-Anbindungselement 10a zugewandten Seite angeordnet. Die erste Planetenradstufe P1a weist einen Einfachplanetenradsatz auf und umfasst ein erstes Sonnenrad P11a, ein erstes Hohlrad P13a und einen ersten Planetenradträger P12a. Der Planetenradträger P12a führt Planetenräder P14a auf einer Kreisbahn. Die Planetenräder P14a kämmen mit dem Sonnenrad P11a und mit dem Hohlrad P13a. Die Planetenräder P14a sind drehbar auf dem Planetenradträger P12a gelagert.
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Die zweite Planetenradstufe P2a ist entlang der Hauptrotationsachse in Bezug auf die erste Planetenradstufe P1a auf einer dem BKM-Anbindungselement 10a abgewandten Seite angeordnet. Die zweite Planetenradstufe P2a weist einen Doppelfachplanetenradsatz auf und umfasst ein zweites Sonnenrad P21a, ein zweites Hohlrad P23a und einen zweiten Planetenradträger P22a. Der Planetenradträger P22a führt Planetenräder P24a, P25a auf einer Kreisbahn. Die paarweise angeordneten Planetenräder P24a, P25a kämmen jeweils miteinander. Das innere Planetenrad P24a kämmt zudem mit dem Sonnenrad P21a. Das äußere Planetenrad P25a kämmt zudem mit dem Hohlrad P23a. Die Planetenräder P24a, P25a sind drehbar auf dem Planetenradträger P22a gelagert, der für die zwei miteinander kämmende Planetenräder P24a, P25a vorgesehen ist.
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Die dritte Planetenradstufe P3a ist entlang der Hauptrotationsachse in Bezug auf die zweite Planetenradstufe P2a auf einer dem BKM-Anbindungselement 10a abgewandten Seite angeordnet. Die zweite Planetenradstufe P3a weist einen Einfachplanetenradsatz auf und umfasst ein zweites Sonnenrad P31a, ein zweites Hohlrad P33a und einen zweiten Planetenradträger P32a. Der Planetenradträger P32a führt Planetenräder P34a auf einer Kreisbahn. Die Planetenräder P34a kämmen mit dem Sonnenrad P31a und mit dem Hohlrad P33a. Die Planetenräder P34a sind drehbar auf dem Planetenradträger P32a gelagert.
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Die drei Kupplungseinheiten C1a, C2a, C3a weisen jeweils ein erstes drehbar gelagertes Kopplungselement C11a, C21a, C31a und ein zweites drehbar gelagertes Kopplungselement C12a, C22a, C32a auf. Die Kupplungseinheiten C1a, C2a, C3a sind jeweils dazu vorgesehen, ihre beiden Kopplungselemente C11a, C12a, C21a, C22a, C31a, C32a drehfest miteinander zu verbinden. Beide Kopplungselemente C11a, C12a, C21a, C22a, C31a, C32a der jeweiligen Kupplungseinheit C1a, C2a, C3a sind dabei mit zumindest einem der Sonnenräder P11a, P21a, P31a einem der Planetenradträger P12a, P22a, P32a und/oder einem der Hohlräder P13a, P23a, P33a permanent drehfest verbunden.
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Die zwei Bremseinheiten B1a, B2a weisen jeweils ein drehbar gelagertes Kopplungselement B11a, B21a und ein gehäusefest angeordnetes Kopplungselement B12a, B22a auf. Die Bremseinheiten B1a, B2a sind jeweils dazu vorgesehen, ihr drehbar gelagertes Kopplungselement B11a, B21a drehfest mit dem Getriebegehäuse 12a zu verbinden. Das drehbar gelagerte Kopplungselement B11a, B21a der jeweiligen Bremseinheit B1a, B2a ist dabei mit zumindest einem der Sonnenräder P11a, P21a, P31a, einem der Planetenradträger P12a, P22a, P32a und/oder einem der Hohlräder P13a, P23a, P33a permanent drehfest verbunden. Das gehäusefest angeordnete Kopplungselement B12a, B22a der jeweiligen Bremseinheit B1a, B2a ist permanent drehfest mit dem Getriebegehäuse 12a verbunden.
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Die Kupplungseinheit C2a und die Bremseinheit B1a sind vorzugsweise formschlüssig ausgebildet. Die Kupplungseinheiten C1a, C3a und die Bremseinheit B2a sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel reibschlüssig ausgebildet, können zumindest teilweise aber auch formschlüssig ausgebildet werden. Insbesondere in dem fünften verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegang V5a sind damit lediglich die formschlüssig ausgebildete Kupplungseinheit C2a und die formschlüssig ausgebildete Bremseinheit B1a geöffnet. Grundsätzlich können die Kupplungseinheiten C1a, C2a, C3a und die Bremseinheiten B1a, B2a jeweils rein formschlüssig, reib- und formschlüssig oder rein reibschlüssig ausgebildet werden.
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Die formschlüssig ausgebildete Kupplungseinheiten C2a und die formschlüssig ausgebildete Bremseinheit B1a sind in Form von Klauenkupplungen ausgebildet. Sie umfassen jeweils eine nicht näher dargestellte Schiebemuffe, die zur Herstellung der drehfesten, formschlüssigen Verbindung zwischen den zwei Kopplungselementen C21a, C22a, B11a, B12a der entsprechenden Kupplungseinheit C2a oder Bremseinheit B1a vorgesehen sind. Die formschlüssig ausgebildete Kupplungseinheit C2a und die formschlüssig ausgebildete Bremseinheit B1a können grundsätzlich jeweils eine nicht näher dargestellte Synchronisierung aufweisen, sind vorzugsweise jedoch rein formschlüssig schaltend ausgebildet.
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Die reibschlüssig ausgebildeten Kupplungseinheiten C1a, C3a und die reibschlüssig ausgebildete Bremseinheit B2a sind in Form von Lamellenkupplung ausgebildet. Sie weisen jeweils ein nicht näher dargestelltes Lamellenpaket auf, das zur Herstellung der drehfesten, reibschlüssigen Verbindung zwischen den beiden Kopplungselementen C11a, C12a, C31a, C32a, B21a, B22a der entsprechenden Kupplungseinheit C1a, C3a oder Bremseinheit B2a vorgesehen ist.
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Die Bremseinheiten B1a, B2a sind auf einer dem BKM-Anbindungselement 10a zugewandten Seite der ersten Planetenradstufe P1a. Die Bremseinheiten B1a, B2a sind vorzugsweise radial ineinander geschachtelt, wobei die Bremseinheit B2a radial innen und die Bremseinheit B1a radial außen angeordnet ist. Die Kupplungseinheiten C1a, C2a sind axial zwischen der ersten Planetenradstufe P1a und der zweiten Planetenradstufe P2a angeordnet. Die Kupplungseinheit C3a ist axial zwischen der zweiten Planetenradstufe P2a und der dritten Planetenradstufe P3a angeordnet.
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Die Kupplungseinheiten C2a, C3a und die Bremseinheiten B1a, B2a sind außenliegend ausgeführt, d. h. eine Betätigungsmittelversorgung der Kupplungseinheiten C2a, C3a und der Bremseinheiten B1a, B2a ist ohne ein Durchführen eines Betätigungsmittels durch ein drehbar gelagertes Getriebeelement realisierbar. Lediglich die eine Kupplungseinheit C1a ist innenliegend ausgeführt, d. h. die Betätigungsmittelversorgung der Kupplungseinheit C1a ist durch ein Durchführen des Betätigungsmittels durch ein drehbar gelagertes Getriebeelement erforderlich. Die Kupplungseinheiten C1a, C2a, C3a und die Bremseinheiten B1a, B2a sind hydraulisch betätigt.
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Zur Verbindung der Planetenradstufen P1a, P2a, P3a untereinander und mit den Kopplungselementen B11a-C32a umfasst das Hybrid-Mehrstufengetriebe eine Mehrzahl von Getriebewellen 15a, 16a, 17a, 18a. Die Getriebewellen 16a, 17a, 18a, die als Zwischenwelle ausgeführt sind, sind zur Übertragung eines Leistungsflusses innerhalb des durch die Planetenradstufen P1a, P2a, P3a ausgebildeten Zahnradsatzes vorgesehen. Jede der Getriebewellen 15a, 16a, 17a verbindet zumindest zwei der Sonnenräder P11a, P21a, P31a, Planetenradträger P12a, P22a, P32a, Hohlräder P13a, P23a, P33a und/oder Kopplungselemente B11a-C32a permanent drehfest miteinander. Die Getriebewelle 15a ist als ein Getriebeeingangswelle ausgeführt.
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Das BKM-Anbindungselement 10a, das zur permanent drehfesten Verbindung mit der Brennkraftmaschine BKM1a vorgesehen ist, ist permanent drehfest mit der Getriebewelle 15a verbunden. Die Getriebewelle 15a verbindet das BKM-Anbindungselement 10a, das dritte Sonnenrad P31a und das erste Kopplungselement C11a der Kupplungseinheit C1a permanent drehfest miteinander. Die Getriebewelle 15a durchsetzt die erste Planetenradstufe P1a und die zweite Planetenradstufe P2a. Zur Anbindung des Kopplungselements C11a ist die Getriebewelle 15a axial zwischen der ersten Planetenradstufe P1a und der zweiten Planetenradstufe P2a radial nach außen geführt.
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Die zweite Getriebewelle 16a verbindet das erste EM-Anbindungselement 13a, das erste Kopplungselement B21a der zweite Bremseinheit B2a und das erste Sonnenrad P11a permanent drehfest miteinander. Die Getriebewelle 16a begrenzt den Zahnradsatz auf einer dem BKM-Anbindungselement 10a zugewandten Seite. Die Bremseinheit B1a ist dabei axial zwischen dem ersten EM-Anbindungselement 13a und der ersten Planetenradstufe P1a angeordnet.
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Die dritte Getriebewelle 17a verbindet das zweite Kopplungselement C12a der ersten Kupplungseinheit C1a, den ersten Planetenradträger P12a, das erste Kopplungselement B11a der ersten Bremseinheit B1a und das zweite Kopplungselement C22a der zweiten Kupplungseinheit C2a permanent drehfest miteinander. Ausgehend von dem Kopplungselement C12a durchsetzt die Getriebewelle 17a den ersten Planetenradträger P11a, ist auf einer dem BKM-Anbindungselement 10a zugewandten Seite radial nach außen geführt und umschließt dann die erste Planetenradstufe P1a. Eine axiale Position des Kopplungselements B11a kann dabei entlang der Getriebewelle 17a variiert werden.
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Die vierte Getriebewelle 18a verbindet das erste Hohlrad P13a, das zweite Sonnenrad P21a und den dritten Planetenradträger P32a permanent drehfest miteinander. Die Getriebewelle 18a ist axial zwischen der ersten Planetenradstufe P1a und der zweiten Planetenradstufe P2a radial nach innen geführt. Zur Anbindung des dritten Planetenradträgers P32a ist die Getriebewelle 18a zwischen der zweiten Planetenradstufe P2a und der dritten Planetenradstufe P3a radial nach außen geführt.
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Das erste Kopplungselement C21a der zweiten Kupplungseinheit C2a und das erste Kopplungselement C31a der dritten Kupplungseinheit C3a sind direkt permanent drehfest mit dem zweiten Planetenradträger P22a verbunden. Das zweite EM-Anbindungselement 14a und das zweite Kopplungselement C32a der dritten Kupplungseinheit C3a sind direkt permanent drehfest mit dem dritten Hohlrad P33a verbunden. Das Getriebeausgangselement 11a ist direkt permanent drehfest mit dem zweiten Hohlrad P23a verbunden.
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In 2 ist dargestellt, durch Schließen welcher der einzelnen Kupplungseinheiten C1a, C2a, C3a und Bremseinheiten B1a, B2a die verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegänge V1a–V5a, der verbrennungsmotorische Rückwärtsgetriebegang R1a, der elektromotorische Vorwärtsgetriebegang E1a und die EVT-Fahrbereiche EVT1a–EVT4a geschaltet werden können. Die verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegänge V1a–V5a und der verbrennungsmotorische Rückwärtsgetriebegang R1a werden durch Schließen von jeweils drei der insgesamt fünf Kupplungseinheiten C1a, C2a, C3a und Bremseinheiten B1a, B2a geschaltet. Der elektromotorische Vorwärtsgetriebegang E1a wird durch Schließen der Bremseinheit B1a und der Kupplungseinheit C2a geschaltet. In dem elektromotorischen Vorwärtsgetriebegang E1a kann zusätzlich die Kupplungseinheit C1a geschlossen werden, um beide Elektromotoren EM1a, EM2a zur Bereitstellung eines Antriebsmoments zu nutzen. Die EVT-Fahrbereiche EVT1a–EVT4a werden jeweils durch Schließen zwei der Bremseinheiten B1a, B2a und Kupplungseinheiten C1a, C2a, C3a geschaltet.
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In den verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegängen V1a–V5a, dem elektromotorischen Vorwärtsgetriebegang E1a und den EVT-Fahrbereichen EVT1a–EVT4a hängen Drehzahlen und Leistungsflüsse von einem aktuell vorliegenden Betriebspunkt ab. In den verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegängen V1a–V5a sind die Elektromotoren EM1a, EM2a für eine Boost-Funktion und eine Rekuperation vorgesehen. Weiter ist in den verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegängen V1a–V5a eine rein verbrennungsmotorische Fahrt möglich. In dem elektromotorischen Vorwärtsgetriebegang E1a ist insbesondere der zweite Elektromotor EM2a als Antriebsmotor vorgesehen. In dem elektromotorischen Vorwärtsgetriebegang E1a ist zudem ein Start der Brennkraftmaschine BKM1a möglich. Der Start der Brennkraftmaschine BKM1a kann in dem elektromotorischen Vorwärtsgetriebegang E1a rückwirkungsfrei erfolgen, indem lediglich ein Teil der von dem oder den Elektromotoren EM1a, EM2a abgegebenen Leistung an die Brennkraftmaschine BKM1a geleitet wird.
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In den EVT-Fahrbereichen EVT1a–EVT4a stellen sich Drehzahlen und Leistungsflüsse insbesondere in Abhängigkeit von einer Leistung ein, die von den Elektromotoren EM1a, EM2a abgegeben oder aufgenommen wird. In den leistungsverzweigten EVT-Fahrbereichen EVT1a–EVT4a ist ein Drehzahlverhältnis zwischen dem BKM-Anbindungselement 10a und dem Getriebeausgangselement 11a mittels der Elektromotoren EM1a, EM2a zumindest in Teilbereichen stufenlos verstellbar. Dazu wird in den EVT-Fahrbereichen EVT1a–EVT4a vorzugsweise jeweils einer der Elektromotoren EM1a, EM2a als Generator betrieben, während der andere Elektromotor EM1a, EM2a eine Antriebsleistung bereitstellt. In den EVT-Fahrbereichen EVT1a–EVT4a wird je nach Betriebszustand eine elektrische Leistung aus einer Batterie entnommen oder es wird der Batterie elektrische Leistung zugeführt. Insbesondere die EVT-Fahrbereiche EVT1a–EVT4a ermöglichen zudem zumindest teilweise ein Anfahren aus einem Fahrzeugstillstand bei laufender Brennkraftmaschine BKM1a, d. h. bei geeigneter Drehzahl der EM-Anbindungselemente 13a, 14a weist das BKM-Anbindungselement 10a eine Drehzahl ungleich Null auf, während gleichzeitig das Getriebeausgangselement 11a eine Drehzahl von Null aufweist. Durch eine Veränderung von Drehzahlen an den EM-Anbindungselementen 13a, 14a kann dann die Drehzahl des Getriebeausgangselements 11a verändert werden. Zudem sind die EVT-Fahrbereiche EVT1a–EVT4a zumindest teilweise für eine leistungsneutrale Fahrt vorgesehen, d. h. einer der Elektromotoren EM1a, EM2a läuft in einem Generatorbetrieb und stellt dabei eine Leistung, die von dem anderen der Elektromotoren EM1a, EM2a aufgenommen wird, vollständig bereit. Mittels zumindest eines Teils der EVT-Fahrbereiche EVT1a–EVT4a ist zudem ein Rückwärtsgetriebegang darstellbar. Die EVT-Fahrbereiche EVT1a–EVT4a sind dabei zumindest zum Teil insbesondere ohne Drehzahlsprünge und/oder Leistungssprünge schaltbar, was sich positiv auf einen Schaltkomfort auswirkt.
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In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleichbleibender Bauteile, Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere der 1 und 2, verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a in den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den 1 und 2 durch den Buchstaben b in den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels der 3 ersetzt. Bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, kann grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung des Ausführungsbeispiels der 1 und 2 verwiesen werden.
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Die 3 zeigt ein Getriebeschema eines Hybrid-Mehrstufengetriebes für ein Kraftfahrzeug, das zumindest konstruktiv zur Schaltung von zumindest fünf verbrennungsmotorischen Vorwärtsgetriebegängen, einem elektromotorischen Vorwärtsgetriebegang und vier leistungsverzweigten EVT-Fahrbereichen vorgesehen ist. Das Hybrid-Mehrstufengetriebe umfasst ein BKM-Anbindungselement 10b zur drehfesten Anbindung einer Brennkraftmaschine, ein Getriebeausgangselement 11b zur drehfesten Anbindung eines Achsantriebs, ein erstes EM-Anbindungselement 13b zur Anbindung eines ersten Elektromotors EM1b und ein zweites EM-Anbindungselement 14b zur Anbindung eines zweiten Elektromotors EM2b. Weiter umfasst das Hybrid-Mehrstufengetriebe drei Kupplungseinheiten C1b, C2b, C3b, die jeweils ein erstes drehbar gelagertes Kopplungselement C11b, C21b, C31b und ein zweites drehbar gelagertes Kopplungselement C12b, C22b, C32b aufweisen, sowie zwei Bremseinheiten B1b, B2b, die jeweils ein drehbar gelagertes Kopplungselement B11b, B21b und ein gehäusefest angeordnetes zweites Kopplungselement B12b, B22b aufweisen. Zudem umfasst das Hybrid-Mehrstufengetriebe eine erste Planetenradstufe P1b, eine zweite Planetenradstufe P2b und eine dritte Planetenradstufe P3b, die jeweils ein Sonnenrad P11b, P21b, P31b, ein Hohlrad P13b, P23b, P33b und einen Planetenradträger P12b, P22b, P32b, welche Planetenräder P14b, P24b, P25b, P34b in einer Kreisbahn um das entsprechende Sonnenrad P11b, P21b, P31b führen, aufweisen. Zur Verbindung des BKM-Anbindungselements 10b, des Getriebeausgangselements 11b und der EM-Anbindungselemente 13b, 14b umfasst das Hybrid-Mehrstufengetriebe vier Getriebewellen 15b, 16b, 17b, 18b.
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Im Unterschied zu dem vorangegangen Ausführungsbeispiel sind die Planetenradstufen P1b, P2b, P3b in einer gestapelten Bauweise angeordnet. Die erste Planetenradstufe P1b ist radial innerhalb der zweiten Planetenradstufe P2b angeordnet. Das zweite Sonnenrad Pub umschließt das erste Hohlrad P13b. Die beiden Planetenradstufen P1b, P2b sind axial in gleicher Höhe angeordnet. Da das erste Hohlrad P13b und das zweite Sonnenrad P21b permanent drehfest miteinander verbunden sind, können das erste Hohlrad P13b und das zweite Sonnenrad P21b einstückig ausgeführt sein. Die dritte Planetenradstufe P3b ist auf einer dem BKM-Anbindungselement 10b abgewandten Seite der Planetenradstufen P1b, P2b angeordnet.
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Die Kupplungseinheit C2b und die Bremseinheiten B1b, B2b sind auf der dem BKM-Anbindungselement 10b zugewandten Seite der Planetenradstufen P1b, P2b angeordnet. Die Kupplungseinheit C1b ist axial zwischen der ersten Planetenradstufe P1b und der dritten Planetenradstufe P3b angeordnet. Die Kupplungseinheit C3b ist auf einer dem BKM-Anbindungselement 10b abgewandten Seite der zweiten Planetenradstufe P2b angeordnet. Die beiden Planetenradstufen P1b, P2b liegen axial zwischen den EM-Anbindungselementen 13b, 14b.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- BKM-Anbindungselement
- 11
- Getriebeausgangselement
- 12
- Getriebegehäuse
- 13
- EM-Anbindungselement
- 14
- EM-Anbindungselement
- 15
- Getriebewelle
- 16
- Getriebewelle
- 17
- Getriebewelle
- 18
- Getriebewelle
- P1
- Planetenradstufe
- P11
- Sonnenrad
- P12
- Planetenradträger
- P13
- Hohlrad
- P14
- Planetenrad
- P2
- Planetenradstufe
- P21
- Sonnenrad
- P22
- Planetenradträger
- P23
- Hohlrad
- P24
- Planetenrad
- P25
- Planetenrad
- P3
- Planetenradstufe
- P31
- Sonnenrad
- P32
- Planetenradträger
- P33
- Hohlrad
- P34
- Planetenrad
- C1
- Kupplungseinheit
- C11
- Kopplungselement
- C12
- Kopplungselement
- C2
- Kupplungseinheit
- C21
- Kopplungselement
- C22
- Kopplungselement
- C3
- Kupplungseinheit
- C31
- Kopplungselement
- C32
- Kopplungselement
- B1
- Bremseinheit
- B11
- Kopplungselement
- B12
- Kopplungselement
- B2
- Bremseinheit
- B21
- Kopplungselement
- B22
- Kopplungselement
- BKM1
- Brennkraftmaschine
- EM1
- Elektromotor
- EM2
- Elektromotor
- E1
- Vorwärtsgetriebegang
- V1–V5
- Vorwärtsgetriebegang
- R1
- Rückwärtsgetriebegang
- EVT1–EVT4
- EVT-Fahrbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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