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Die Erfindung betrifft einen Hybridantriebsstrang mit einem primären und einem sekundären Antrieb, die allein oder zusammen mindestens ein Antriebsrad einer angetriebenen Achse antreiben können und mit einem Getriebe, das einen stufenlos verstellbaren Variator umfasst.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 102 61 990 A1 ist ein Geschwindigkeitswechselgetriebe mit einem stufenlosen Variator und zumindest einer konstanten Übersetzungsstufe sowie mit einem ersten Antriebsstrang mit einer Kupplung zum Aktivieren des Variators und einem zweiten Antriebsstrang mit einer zweiten Kupplung zum Aktivieren der zumindest einen konstanten Übersetzung bekannt. Aus der internationalen Veröffentlichung
WO 01/16506 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung der Schaltung eines Kraftfahrzeuggetriebes bekannt, wobei das Kraftfahrzeuggetriebe aus einem stufenlosen ersten Getriebebereich und einem zweiten Stufen-Getriebebereich gebildet und als automatisches Schaltgetriebe ausgeführt ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Hybridantriebsstrang gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, der einen besonders komfortablen und wirtschaftlichen Betrieb ermöglicht.
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Die Aufgabe ist bei einem Hybridantriebsstrang mit einem primären und einem sekundären Antrieb, die allein oder zusammen mindestens ein Antriebsrad einer angetriebenen Achse antreiben können und mit einem Getriebe, des einen stufenlos verstellbaren Variator umfasst, dadurch gelöst, dass das Getriebe zusätzlich zu dem stufenlos verstellbaren Variator fixe Getriebestufen umfasst. Der stufenlos verstellbare Variator ist parallel zu den fixen Getriebestufen geschaltet. Dabei ist die Parallelschaltung des stufenlos verstellbaren Variators und der fixen Getriebestufen in Reihe zwischen dem primären Antrieb und die angetriebene Achse geschaltet. Der stufenlos verstellbare Variator kann als Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebe ausgeführt sein und auch als CVT bezeichnet werden. Mit CVT wird ein stufenloses Getriebe bezeichnet, wobei die Buchstaben CVT für Continuously Variable Transmission stehen. Bei dem primären Antrieb handelt es sich vorzugsweise um eine Brennkraftmaschine. Bei dem sekundären Antrieb handelt es sich vorzugsweise um eine elektrische Maschine, die als Elektromotor oder als Generator arbeiten kann. Der Hybridantriebsstrang ist in einem Kraftfahrzeug angeordnet, das auch als Hybridfahrzeug bezeichnet wird. in dem Hybridfahrzeug wird der als Brennkraftmaschine ausgeführte primäre Antrieb auch als Verbrennungsmotor bezeichnet. Die angetriebene Achse ist vorteilhaft mit einem Differenzial ausgestattet, das auch als Ausgleichsgetriebe bezeichnet wird.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hybridantriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Kupplung zwischen dem primären Antrieb und dem stufenlos verstellbaren Variator angeordnet ist. Bei der ersten Kupplung handelt es sich vorteilhaft um eine Teilkupplung einer Doppelkupplung. Wenn die erste Kupplung geschlossen ist, dann ist ein Eingang des stufenlos verstellbaren Variators antriebsmäßig mit dem primären Antrieb verbunden. Wenn die erste Kupplung geöffnet ist, dann ist die antriebsmäßige Verbindung zwischen dem primären Antrieb und dem Eingang des stufenlos verstellbaren Variators unterbrochen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hybridantriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Kupplung zwischen dem primären Antrieb und einer den sekundären Antrieb darstellenden elektrischen Maschine angeordnet ist. Die zweite Kupplung ist vorteilhaft eine Teilkupplung der vorab genannten Doppelkupplung. Wenn die zweite Kupplung geschlossen ist, dann ist die den sekundären Antrieb darstellende elektrische Maschine antriebsmäßig mit dem primären Antrieb verbunden. Wenn die zweite Kupplung geöffnet ist, dann ist die antriebsmäßige Verbindung zwischen dem primären Antrieb und dem sekundären Antrieb unterbrochen. Der sekundäre Antrieb umfasst vorteilhaft nur genau eine elektrische Maschine.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hybridantriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass die fixen Getriebestufen zwischen der den sekundären Antrieb darstellenden elektrischen Maschine und der angetriebenen Achse angeordnet sind. Dadurch werden besonders vorteilhaft verschiedene Betriebsmodi eines mit dem erfindungsgemäßen Hybridantriebsstrang ausgestatteten Kraftfahrzeugs ermöglicht. Die Betriebsmodi umfassen vorteilhaft einen Ladebetriebsmodus, einen Assistentsbetriebsmodus, einen rein elektrischen Fahrbetriebsmodus und/oder einen normalen Fahrbetriebsmodus. Die einzelnen Betriebsmodi werden im Folgenden erläutert.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hybridantriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass den fixen Getriebestufen eine Schalteinrichtung mit einer Neutralstellung zugeordnet ist. In der Neutralstellung ist eine antriebsmäßige Verbindung mit dem primären und/oder sekundären Antrieb unterbrochen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hybridantriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass die fixen Getriebestufen eine schnelle und/oder eine langsame Getriebestufe umfassen. Die fixen Getriebestufen werden auch als starre Getriebestufen bezeichnet. Die langsame Getriebestufe ermöglicht ein Fahren des mit dem Hybridantriebsstrang ausgestatteten Hybridfahrzeugs mit niedrigen Geschwindigkeiten. Die schnelle Getriebestufe ermöglicht ein Fahren des Hybridfahrzeugs mit hohen Geschwindigkeiten.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hybridantriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass die fixen Getriebestufen eine Rückwärts-Getriebestufe umfassen. Dadurch wird die Darstellung eines Rückwärtsgangs in dem mit dem Hybridantriebsstrang ausgestatteten Hybridfahrzeug ermöglicht.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hybridantriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass dem primären Antrieb und einem Eingang des stufenlos verstellbaren Variators eine erste Achse zugeordnet ist, wobei einem Ausgang des stufenlos verstellbaren Variators eine zweite Achse zugeordnet ist. Die zweite Achse ist im eingebauten Zustand des Hybridantriebsstrangs vorteilhaft in einer Fahrzeug-z-Richtung oberhalb der ersten Achse angeordnet. In einer Fahrzeuglängsrichtung ist die zweite Achse vorteilhaft versetzt zu der ersten Achse angeordnet.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hybridantriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass der den sekundären Antrieb darstellenden elektrischen Maschine eine dritte Achse zugeordnet ist. Die dritte Achse ist in Fahrzeug-z-Richtung vorteilhaft unterhalb der ersten und der zweiten Achse angeordnet. Dabei ist die dritte Achse vorteilhaft in Fahrzeuglängsrichtung nicht oder nur geringfügig versetzt zu der zweiten Achse angeordnet. Eine vierte und eine fünfte Achse sind vorteilhaft in Fahrzeuglängsrichtung versetzt zu der zweiten und dritten Achse angeordnet. Eine sechste Achse ist vorteilhaft in Fahrzeuglängsrichtung versetzt zu der vierten und der fünften Achse angeordnet. Die sechste Achse ist vorteilhaft der angetriebenen Achse zugeordnet. Die vierte und die fünfte Achse sind vorteilhaft den fixen Getriebestufen zugeordnet. Dabei ist die vierte Achse vorteilhaft der Rückwärts-Getriebestufe zugeordnet.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hybridantriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass der primäre und der sekundäre Antrieb einen Frontantrieb eines Kraftfahrzeugs mit Vorderradantrieb darstellt.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeug mit einem vorab beschriebenen Hybridantriebsstrang. Das Kraftfahrzeug mit dem Hybridantriebsstrang ist als Vollhybrid ausgeführt. Bei der angetriebenen Achse handelt es sich um die Vorderachse oder Frontachse des Kraftfahrzeugs. Der Antrieb des Hybridfahrzeugs, das heißt der primäre und der sekundäre Antrieb, ist als Frontantrieb ausgeführt. Daher wird das mit dem Hybridantriebsstrang ausgestattete Hybridfahrzeug auch als FF-Hybridfahrzeug bezeichnet.
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Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch ein Verfahren zum Betreiben eines vorab beschriebenen Hybridantriebsstrangs. Durch den erfindungsgemäßen Hybridantriebsstrang können besonders vorteilhaft die vorab genannten Betriebsmodi dargestellt werden, die im Folgenden erläutert werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
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1 eine vereinfachte Darstellung eines erfindungsgemäßen Hybridantriebsstrangs;
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2 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hybridantriebsstrangs im Längsschnitt und
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3 eine vereinfachte Darstellung des Hybridantriebsstrangs aus 2 in der Draufsicht.
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In den 1 bis 3 ist ein erfindungsgemäßer Hybridantriebsstrang in verschiedenen Ausführungsformen und Ansichten dargestellt. Der Hybridantriebsstrang umfasst als primären Antrieb 1 eine Brennkraftmaschine, die auch als Verbrennungsmotor oder Verbrenner bezeichnet wird. Zur Dämpfung von Drehschwingungen ist dem primären Antrieb 1 eine Drehschwingungsdämpfungseinrichtung 2 nachgeschaltet. Der primäre Antrieb 1 ist mechanisch mit einer Ölpumpe 3 gekoppelt. Über die Ölpumpe 3 wird der primäre Antrieb 1 mit Schmiermedium, insbesondere Öl, versorgt.
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Dem primären Antrieb 1 ist ein Getriebe 5 nachgeschaltet. Das Getriebe 5 umfasst einen stufenlos verstellbaren Variator 10. Der stufenlos verstellbare Variator 10 ist als Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebe mit einem eingangsseitigen Scheibensatz 11 und einem ausgangsseitigen Scheibensatz 12 ausgeführt. Die beiden Scheibensätze 11, 12 sind durch ein Umschlingungsmittel 14, wie eine Kette, miteinander gekoppelt.
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Das Getriebe 5 ist zwischen den primären Antrieb 1 und eine angetriebene Achse 20 geschaltet. Bei der angetriebenen Achse 20 handelt es sich um eine Vorderachse oder Frontachse eines Hybridfahrzeugs mit Vorderradantrieb beziehungsweise Frontantrieb. An den Enden der angetriebenen Achse 20 sind zwei Antriebsräder 21, 22 des Hybridfahrzeugs angedeutet. Bei den Antriebsrädern 21, 22 handelt es sich um zwei Vorderräder des Hybridfahrzeugs. Der angetriebenen Achse 20 ist des Weiteren ein Differenzial 25 zugeordnet, das auch als Ausgleichsgetriebe bezeichnet wird.
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Zwischen den primären Antrieb 1 mit der Drehschwingungsdämpfungseinrichtung 2 und der Ölpumpe 3 ist eine Kupplungseinrichtung 30 vorgesehen, die als Doppelkupplung ausgeführt ist. Die Kupplungseinrichtung 30 umfasst eine erste Kupplung 31, die auch als erste Teilkupplung der Doppelkupplung 30 bezeichnet werden kann.
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Die erste Kupplung 31 ist zwischen den primären Antrieb 1 und den stufenlos verstellbaren Variator 10 geschaltet. Wenn die erste Kupplung 31 geschlossen ist, dann ist der eingangsseitige Scheibensatz 11 des stufenlos verstellbaren Variators 10 antriebsmäßig mit dem primären Antrieb 1 verbunden. Wenn die erste Kupplung 31 geöffnet ist, dann ist die antriebsmäßige Verbindung zwischen dem primären Antrieb 1 und dem eingangsseitigen Scheibensatz 11 des stufenlos verstellbaren Variators 10 unterbrochen.
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Die als Doppelkupplung ausgeführte Kupplungseinrichtung 30 umfasst des Weiteren eine zweite Kupplung 32, die auch als zweite Teilkupplung bezeichnet wird. Die zweite Kupplung 32 ist zwischen den primären Antrieb 1 mit der Drehschwingungsdämpfungseinrichtung 2 und der Ölpumpe 3 und eine elektrischen Maschine 35 geschaltet, die einen sekundären Antrieb 36 des Hybridantriebsstrangs darstellt.
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Wenn die zweite Kupplung 32 geschlossen ist, dann ist der primäre Antrieb 1 antriebsmäßig mit der elektrischen Maschine 35 verbunden, die den sekundären Antrieb 36 des Hybridantriebsstrangs darstellt. Wenn die zweite Kupplung 32 geöffnet ist, dann ist die antriebsmäßige Verbindung zwischen dem primären Antrieb 1 und dem sekundären Antrieb 36 unterbrochen.
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In dem Getriebe 5 ist ein Stufengetriebe 40 parallel zu dem stufenlos verstellbaren Variator 10 geschaltet. Das Stufengetriebe 40 umfasst eine Neutralstellung N und zwei fixe Getriebestufen 41, 42. Die fixe Getriebestufe 41 wird auch als langsame Getriebestufe bezeichnet und dient zur Darstellung von niedrigen Fahrgeschwindigkeiten. Darüber hinaus dient die fixe Getriebestufe 41 zur Darstellung eines Rückwärtsgangs. Die fixe Getriebestufe 42 wird auch als schnelle Getriebestufe bezeichnet und dient zur Darstellung von hohen Fahrgeschwindigkeiten.
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Die fixen Getriebestufen 41 und 42 werden auch als starre Getriebestufen bezeichnet, weil die Übersetzungen der Getriebestufen 41, 42 im Unterschied zu dem stufenlos verstellbaren Variator 10 nicht verstellbar sind. Dabei stellen die Getriebestufen 41, 42 ein Teilgetriebe 40 dar, das auch als Stufengetriebe bezeichnet wird. Das Stufengetriebe 40 ist mit der elektrischen Maschine 35, die den sekundären Antriebe 36 darstellt, in Reihe geschaltet. Die Reihenschaltung aus dem sekundären Antrieb 36 und dem Stufengetriebe 40 ist parallel zu dem stufenlos verstellbaren Variator 10 geschaltet.
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Zum Verstellen zwischen den fixen Getriebestufen 41, 42 ist dem Stufengetriebe 40 eine Schalteinrichtung 45 zugeordnet. Mit Hilfe der Schalteinrichtung 45 kann das Stufengetriebe 40 aus einer in den 1 und 3 dargestellten Neutralstellung N nach links oder rechts verstellt werden. Dadurch wird auf einfache Art und Weise eine antriebsmäßige Verbindung über die fixe Getriebestufe 41 oder über die fixe Getriebestufe 42 ermöglicht. Dadurch kann eine starre oder fixe Übersetzung ins Langsame oder ins Schnelle erfolgen.
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In den 2 und 3 sieht man, dass die dargestellte Ausführungsform des Hybridantriebsstrangs sechs Achsen 51 bis 56 umfasst. Eine erste Achse 51 ist dem primären Antrieb 1 und dem eingangsseitigen Scheibensatz 11 des stufenlos verstellbaren Variators 10 zugeordnet. Eine zweite Achse 52 ist dem ausgangsseitigen Scheibensatz 12 des stufenlos verstellbaren Variators 10 zugeordnet. Eine dritte Achse 53 ist einer Eingangswelle des Stufengetriebes 40 zugeordnet. Eine vierte Achse 54 ist einer Umkehrstufe zur Darstellung des Rückwärtsgangs in dem Stufengetriebe 40 zugeordnet. Eine fünfte Achse 55 ist einer Ausgangswelle des Stufengetriebes 40 zugeordnet. Eine sechste Achse 56 fällt mit der angetriebenen Achse 20 zusammen.
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Die sechs Achsen 51 bis 56 sind, wie man in 3 sieht, parallel zueinander angeordnet. In 2 sieht man, wie die sechs Achsen 51 bis 56 in einem Vorderwagen oder Frontbereich des Hybridfahrzeugs angeordnet sind. Die erste Achse 51 ist in 2 links außen angeordnet. Die sechste Achse 56 ist in 2 rechts außen angeordnet.
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Die zweite Achse 52 und die dritte Achse 53 sind rechts von der ersten Achse 51 angeordnet. Dabei ist die zweite Achse 52 oberhalb der dritten Achse 53 angeordnet. In einer vertikalen Richtung ist die erste Achse 51 zwischen der zweiten Achse 52 und der dritten Achse 53 angeordnet.
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In einer horizontalen Richtung sind die zweite Achse 52 und die dritte Achse 53 zwischen der ersten Achse 51 und der vierten Achse 54 sowie der fünften Achse 55 angeordnet. Die fünfte Achse 55 ist in einer vertikalen Richtung etwa oberhalb der vierten Achse 54 angeordnet.
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In 3 ist die den sekundären Antrieb 36 darstellende elektrische Maschine 35, bezogen auf die dritte Achse 53 links angeordnet. Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die den sekundären Antrieb 36 darstellende elektrische Maschine 35, bezogen auf die dritte Achse 53, anders als in 3 dargestellt, auch rechts angeordnet werden.
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Durch die Leistungsaufteilung beziehungsweise Leistungsverzweigung zwischen dem stufenlos verstellbaren Variator 10 und der elektrischen Maschine 35 kann mit einem relativ kleinen CVT eine relativ große Leistung bereitgestellt werden. Durch eine Veränderung der Größe beziehungsweise Leistung der elektrischen Maschine 35 kann auf einfache Art und Weise der Drehmomentbereich des Hybridantriebsstrangs variiert werden.
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Durch die in
2 dargestellte räumliche Anordnung der sechs Achsen
51 bis
56 kann auf einfache Art und Weise ein besonders kompaktes Getriebe
5 für den in den
1 und
3 dargestellten Hybridantriebsstrang gebaut werden. Dabei benötigt das Getriebe
5 besonders vorteilhaft wenig Bauraum. Dennoch können mit dem Getriebe
5 in dem dargestellten Hybridantriebsstrang sämtliche in der folgenden Tabelle aufgeführten Betriebsmodi dargestellt werden.
| Mode | Condition | Clutch 1 | Clutch 2 | Gear Actuator | Motor/Generator |
| Normal | Launch/Low&Mid. speed (CVT) | Close | Open | N | - |
| High Speed (Fixed Gear) | Open | Close | High | - |
| Reverse (Fixed Gear) | Open | Close | Rev | - |
| EV | EV Launch | Open | Open | Rev & Low | Motor (Eng. Rotation) |
| EV Reverse | Open | Open | Rev & Low | Motor (Counter Eng. Rotation) |
| Assist | Motor assist at Launch/Low&Mid. Speed (CVT) | Close | Open | Rev & Low | Motor (Eng. Rotation) |
| Motor assist at High Speed (Fixed Gear) | Open | Close | High | Motor (Counter Eng. Rotation) |
| Motor assist at Reverse (Fixed Gear) | Open | Close | Rev & Low | Motor (Counter Eng. Rotation) |
| Charge | Charge at Launch/Low&Mid speed (CVT) | Close | Open | Rev or High | Generator |
| Charge at High Speed and Reverse (Fixed Gear) | Open | Close | Rev or High | Generator |
| Charge at idle mode | Open | Close | N | Generator |
| Charge at EV mode | Open | Open | Rev or High | Generator |
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In der Tabelle steht das englische Wort Mode für den deutschen Begriff Modus. Der englische Begriff Condition steht für das deutsche Wort Bedingung. Die englischen Begriffe Clutch 1 und Clutch 2 stehen für die deutschen Wörter Kupplung 1 und Kupplung 2. Die Kupplung 1 entspricht der ersten Kupplung 31. Die Kupplung 2 entspricht der zweiten Kupplung 32.
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Die englischen Worte Gear Actuator stehen für die Schalteinrichtung 45. Die englischen Begriffe Motor/Generator stehen für die den sekundären Antrieb 36 darstellende elektrische Maschine 35, die als Motor oder Generator betrieben werden kann.
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Der Modus Normal entspricht einem Normalbetrieb, in welchem das Hybridfahrzeug nur durch den primären Antrieb 1 angetrieben wird. Die Buchstaben EV stehen für einen rein elektrischen Fahrbetrieb des Hybridfahrzeugs.
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Assist bedeutet, dass die als Motor arbeitende elektrische Maschine den Verbrennungsmotor des primären Antriebs 1 unterstützt. Charge bedeutet, dass eine elektrische Energiespeichereinrichtung des Hybridfahrzeugs über die als Generator arbeitende elektrische Maschine 35 des sekundären Antriebs 36 aufgeladen oder geladen wird.
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Launch bedeutet Starten des Hybridfahrzeugs. Low bedeutet langsam. Mid bedeutet mittlere, also in Kombination mit dem Wort Speed mittlere Geschwindigkeit. Fixed Gear bedeutet feste oder starre Getriebestufe. Reverse bedeutet Rückwärtsgang. Idle bedeutet Leerlauf. Close bedeutet geschlossen und Open bedeutet geöffnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- primärer Antrieb
- 2
- Drehschwingungsdämpfer
- 3
- Ölpumpe
- 5
- Getriebe
- 10
- stufenlos verstellbarer Variator
- 11
- eingangsseitiger Scheibensatz
- 12
- ausgangsseitiger Scheibensatz
- 14
- Umschlingungsmittel
- 20
- angetriebene Achse
- 21
- Antriebsrad
- 22
- Antriebsrad
- 25
- Differenzial
- 30
- Kupplungseinrichtung
- 31
- erste Kupplung
- 32
- zweite Kupplung
- 35
- elektrische Maschine
- 36
- sekundärer Antrieb
- 40
- Stufengetriebe
- 41
- fixe Getriebestufe
- 42
- fixe Getriebestufe
- N
- Neutralstellung
- 45
- Schalteinrichtung
- 51
- erste Achse
- 52
- zweite Achse
- 53
- dritte Achse
- 54
- vierte Achse
- 55
- fünfte Achse
- 56
- sechste Achse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10261990 A1 [0002]
- WO 01/16506 A1 [0002]
