DE102014214147A1 - Hybrid drive transmission of a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Hybridantriebsgetriebe eines Kraftfahrzeugs, mit einem in Vorgelegebauweise ausgeführten Schaltgetriebe (1), das eine Eingangswelle (3), eine koaxial und axial benachbart zu dieser angeordnete Ausgangswelle (5), und eine achsparallel zu diesen Wellen (3, 5) angeordnete Vorgelegewelle (4) aufweist, sowie mit einem in Planetenbauweise ausgeführten und koaxial über der Eingangswelle des Schaltgetriebes angeordneten Überlagerungsgetriebe (2). Das Schaltgetriebe (1) ist derart ausgebildet, dass die Eingangswelle (3) über mehrere jeweils ein Festrad (11, 13, 16) und ein Losrad (12, 14, 15) umfassende schaltbare Stirnradstufen (Z1–Z3) selektiv mit der Vorgelegewelle (4) in Antriebsverbindung bringbar ist, und dass die Vorgelegewelle über eine zwei Festräder (17, 18) umfassende Ausgangskonstante (KA) mit der Ausgangswelle (5) in Antriebsverbindung steht. Das Überlagerungsgetriebe (2) ist antriebstechnisch derart eingebunden, dass das erste Eingangselement (6) über ein erstes Koppelschaltelement (E) drehfest mit der Eingangswelle des Schaltgetriebes verbindbar und über ein Arretierungsschaltelement (G) gehäusefest arretierbar ist, dass das zweite Eingangselement (7) über ein zweites Koppelschaltelement (F) drehfest mit der Eingangswelle des Schaltgetriebes verbindbar ist, dass zwei beliebige Getriebeelemente (6, 7, 8) des Überlagerungsgetriebes über ein Überbrückungsschaltelement (H) drehfest miteinander verbindbar sind, und dass das Ausgangselement (8) über eine zwei Festräder (19, 20) umfassende Eingangskonstante (KE) mit der Vorgelegewelle des Schaltgetriebes in Antriebsverbindung steht.The invention relates to a hybrid drive transmission of a motor vehicle, with a gearbox (1) designed in countershaft design, which has an input shaft (3), an output shaft (5) arranged coaxially and axially adjacent thereto, and an axis-parallel to these shafts (3, 5) Countershaft (4), as well as with a planetary design and coaxial with the input shaft of the gearbox arranged superposition gearing (2). The manual transmission (1) is designed such that the input shaft (3) via a respective fixed gear (11, 13, 16) and a loose wheel (12, 14, 15) comprising switchable spur gears (Z1-Z3) selectively with the countershaft ( 4) can be brought into drive connection, and that the countershaft via a two fixed wheels (17, 18) comprehensive output constant (KA) is in drive connection with the output shaft (5). The superposition gearing (2) is connected in terms of drive technology in such a manner that the first input element (6) can be connected in a rotationally fixed manner to the input shaft of the gearbox via a first coupling switching element (E) and can be locked in a housing-fixed manner via a detent switching element (G), that the second input element (7) a second coupling switching element (F) rotatably connected to the input shaft of the gearbox is connectable, that any two transmission elements (6, 7, 8) of the superposition gear via a bridging switching element (H) are rotatably connected to each other, and that the output member (8) via a two fixed wheels (19, 20) comprehensive input constant (KE) is in drive connection with the countershaft of the gearbox.
Description
Die Erfindung betrifft ein Hybridantriebsgetriebe eines Kraftfahrzeugs, mit einem in Vorgelegebauweise ausgeführten Schaltgetriebe, welches eine Eingangswelle, eine koaxial und axial benachbart zu dieser Eingangswelle angeordnete Ausgangswelle, sowie eine achsparallel zu diesen beiden Wellen angeordnete Vorgelegewelle aufweist, und mit einem in Planetenbauweise ausgeführten sowie koaxial über der Eingangswelle des Schaltgetriebes angeordneten Überlagerungsgetriebe, welches ein mit der Triebwelle eines Verbrennungsmotors verbundenes oder verbindbares erstes Eingangselement, ein mit dem Rotor einer Elektromaschine verbundenes oder in Antriebsverbindung stehendes zweites Eingangselement, und ein mit einem Getriebeelement des Schaltgetriebes verbundenes Ausgangselement aufweist. The invention relates to a hybrid drive transmission of a motor vehicle, running with a countershaft design gearbox, which has an input shaft, a coaxially and axially adjacent to this input shaft output shaft, and an axially parallel to these two shafts countershaft, and running with a planetary design and coaxial The input shaft of the gearbox arranged superposition gear, which has a connected to the drive shaft of an internal combustion engine or connectable first input element, connected to the rotor of an electric machine or in drive connection second input element, and having a transmission element of the gearbox connected output element.
Es ist bekannt, dass bei einem Hybridantrieb ein in Planetenbauweise ausgeführtes Überlagerungsgetriebe zur Überlagerung der Drehmomente sowie Drehzahlen eines Verbrennungsmotors und einer Elektromaschine genutzt werden kann. Gegenüber anderen Bauarten von Überlagerungsgetrieben weist ein Planetengetriebe den Vorteil kompakter Abmessungen und ausgeglichener Lagerkräfte der Getriebeelemente auf. It is known that in a hybrid drive a superposition gear designed in planetary design can be used to superimpose the torques and rotational speeds of an internal combustion engine and an electric machine. Compared to other types of superposition gears, a planetary gear has the advantage of compact dimensions and balanced bearing forces of the transmission elements.
Aus der
In der
Gemäß einer ersten Ausführungsform des Hybridantriebs der
Dieser bekannte Hybridantrieb weist neben der Möglichkeit des verschleißfreien Anfahrens drei Gänge für den Verbrennungsfahrbetrieb und zwei Gänge für den Elektrofahrbetrieb auf. Ebenso besteht die Möglichkeit zur Standladung eines elektrischen Energiespeichers mittels des Verbrennungsmotors sowie eines Motorstarts des Verbrennungsmotors mittels der Elektromaschine. Als Nachteile dieses Hybridantriebs können die geringe Anzahl der im Verbrennungsfahrbetrieb verfügbaren Gangstufen und der aufgrund der Schleppverluste der Stirnradstufen niedrige Übertragungswirkungsgrad im Elektrofahrbetrieb genannt werden. This known hybrid drive has in addition to the possibility of wear-free starting three gears for the combustion driving and two gears for the electric driving on. As well there is the possibility for stand charge of an electrical energy storage device by means of the internal combustion engine and an engine start of the internal combustion engine by means of the electric machine. As disadvantages of this hybrid drive, the small number of available in the combustion driving gears and the low due to the drag losses of the spur gear transmission efficiency in electric driving can be mentioned.
Aus der
In einer ersten Ausführungsform des Hybridantriebes der
In einer ersten Ausführungsform des Hybridantriebs der
Neben dem verschleißfreien Anfahren, das über das Überlagerungsgetriebe und einen eingelegten Gang der jeweiligen zweiten Gruppe der schaltbaren Stirnradstufen erfolgt, ermöglichen die beiden vorgenannten Hybridantriebe auch das Synchronisieren der Schaltkupplungen des Schaltgetriebes mittels der Elektromaschine sowie die Durchführung von Lastschaltungen im Schaltgetriebe, die mit einer Lastübernahme durch die Elektromaschine in einem eingelegten Gang der jeweiligen zweiten Gruppe der schaltbaren Stirnradstufen erfolgen. In addition to the wear-free starting, which takes place via the superposition gear and an engaged gear of the respective second group of switchable spur gears, the two aforementioned hybrid drives also enable the synchronization of the clutches of the gearbox by means of the electric machine and the implementation of load circuits in the transmission, with a load transfer by the electric machine takes place in an engaged gear of the respective second group of switchable spur gears.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein aus einem nur eine Eingangswelle und eine Vorgelegewelle aufweisenden sowie somit wesentlich einfacher aufgebauten Schaltgetriebe und einem in Planetenbauweise ausgeführten Überlagerungsgetriebe gebildetes Hybridantriebsgetriebe vorzuschlagen, welches neben einer verschleißfreien Anfahrfunktion und mehreren lastschaltbaren Gängen für den Verbrennungsfahrbetrieb auch mindestens zwei Gangstufen für den Elektrofahrbetrieb aufweist. Against this background, the invention has for its object to propose a one of an input shaft and a countershaft having and thus much simpler mounted gearbox and designed in a planetary construction superimposed gearbox hybrid drive transmission, which in addition to a wear-free starting function and several powershift gears for the Verbrennungsfahrbetrieb also at least has two gear ratios for electric driving.
Diese Aufgabe wird durch ein Hybridantriebsgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen genannt. This object is achieved by a hybrid drive transmission with the features of
Die Erfindung betrifft demnach ein Hybridantriebsgetriebe eines Kraftfahrzeugs, mit einem in Vorgelegebauweise ausgeführten Schaltgetriebe, welches eine Eingangswelle, eine koaxial und axial benachbart zu dieser Eingangswelle angeordnete Ausgangswelle, sowie eine achsparallel zu diesen beiden Wellen angeordnete Vorgelegewelle aufweist, und mit einem in Planetenbauweise ausgeführten sowie koaxial über der Eingangswelle des Schaltgetriebes angeordneten Überlagerungsgetriebe, welches ein mit der Triebwelle eines Verbrennungsmotors verbundenes oder verbindbares erstes Eingangselement, ein mit dem Rotor einer Elektromaschine verbundenes oder in Antriebsverbindung stehendes zweites Eingangselement, und ein mit einem Getriebeelement des Schaltgetriebes verbundenes Ausgangselement aufweist. The invention accordingly relates to a hybrid drive transmission of a motor vehicle, with a gearbox designed in countershaft design, which has an input shaft, a coaxial and axial arranged adjacent to this input shaft output shaft, and arranged parallel to these two shafts countershaft, and arranged with a planetary design and arranged coaxially over the input shaft of the gearbox superposition gear, which is connected to the drive shaft of an internal combustion engine or connectable first input element, one with the Rotor of an electric machine connected or in drive connection standing second input element, and having an output element connected to a transmission element of the gearbox.
Damit das Hybridantriebsgetriebe trotz des relativ einfachen Aufbaus des Schaltgetriebes neben einer verschleißfreien Anfahrfunktion und mehreren lastschaltbaren Gängen für den Verbrennungsfahrbetrieb auch mindestens zwei Gangstufen für den Elektrofahrbetrieb aufweist, ist bei diesem Hybridantriebsgetriebe vorgesehen, dass die Eingangswelle des Schaltgetriebes über mehrere jeweils ein Festrad und ein Losrad umfassende schaltbare Stirnradstufen selektiv mit der Vorgelegewelle in Antriebsverbindung bringbar ist, dass die Vorgelegewelle über eine zwei Festräder umfassende Ausgangskonstante mit der Ausgangswelle in Antriebsverbindung ist, dass das erste Eingangselement des Überlagerungsgetriebes über ein erstes Koppelschaltelement drehfest mit der Eingangswelle des Schaltgetriebes verbindbar ist, dass das erste Eingangselement des Überlagerungsgetriebes über ein Arretierungsschaltelement gehäusefest arretierbar ist, dass das zweite Eingangselement des Überlagerungsgetriebes über ein zweites Koppelschaltelement drehfest mit der Eingangswelle des Schaltgetriebes verbindbar ist, dass zwei beliebige Getriebeelemente des Überlagerungsgetriebes über ein Überbrückungsschaltelement drehfest miteinander verbindbar sind, und dass das Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes über eine zwei Festräder umfassende Eingangskonstante mit der Vorgelegewelle des Schaltgetriebes in Antriebsverbindung ist. Thus, the hybrid drive transmission despite the relatively simple construction of the gearbox next to a wear-free start-up and multiple powershift gears for combustion driving also has at least two grades for the electric drive, is provided in this hybrid drive transmission that the input shaft of the gearbox over several each a fixed gear and a loose wheel comprehensive switchable spur gears selectively with the countershaft in drive connection can be brought, that the countershaft via a two fixed wheels comprehensive output constant is in drive connection with the output shaft, that the first input element of the superposition gear via a first coupling switching element rotatably connected to the input shaft of the gearbox is connectable, that the first input element the superimposed transmission via a locking switching element fixed to the housing is locked, that the second input element of the superposition gearing ü About a second coupling switching element rotatably connected to the input shaft of the gearbox is connectable, that any two transmission elements of the superposition gear via a bridging switching element rotatably connected to each other, and that the output element of the superposition gear via a two fixed gears comprehensive input constant with the countershaft of the gearbox is in driving connection.
Durch das Schließen beziehungsweise Einrücken des ersten Koppelschaltelementes kann die Triebwelle des Verbrennungsmotors drehfest mit dem ersten Eingangselement des Überlagerungsgetriebes verbunden werden, welches für die verschleißfreie Anfahrfunktion (EDA-Betrieb) erforderlich ist. Mittels des Arretierungsschaltelements und des Überbrückungsschaltelements ist das Überlagerungsgetriebe für den Elektrofahrbetrieb als zweistufiges Schaltgetriebe nutzbar. Durch das Schließen beziehungsweise Einrücken des zweiten Koppelschaltelementes kann die Triebwelle des Verbrennungsmotors drehfest mit dem zweiten Eingangselement des Überlagerungsgetriebes verbunden werden, wodurch die beiden für den Elektrofahrbetrieb vorgesehen Übersetzungsstufen bei kraftlos geschalteter Elektromaschine auch für den reinen Verbrennungsfahrbetrieb genutzt werden können. Durch die Antriebsverbindung des Ausgangselementes des Überlagerungsgetriebes mit der Vorgelegewelle des Schaltgetriebes über die Eingangskonstante ist diese beim verschleißfreien Anfahren (EDA-Betrieb) und im Elektrofahrbetrieb, wie schon zuvor angegeben, in Verbindung mit der Ausgangskonstante des Schaltgetriebes als eine nachgeschaltete Übersetzungsstufe wirksam. By closing or engaging the first coupling switching element, the drive shaft of the internal combustion engine can be rotatably connected to the first input element of the superposition gear, which is required for the wear-free starting function (EDA operation). By means of the Arretierungsschaltelements and the bridging switching element, the superposition gear for electric driving as a two-stage gearbox is available. By closing or engagement of the second coupling switching element, the drive shaft of the internal combustion engine can be rotatably connected to the second input element of the superposition gear, whereby the two provided for the electric driving gear ratios can be used in powerless switched electric machine for pure combustion driving. Due to the drive connection of the output element of the superimposed gear with the countershaft of the gearbox via the input constant, this is the wear-free start (EDA operation) and in the electric driving, as previously stated, in conjunction with the output constant of the gearbox as a downstream translation stage.
Die Anzahl der für den Verbrennungsfahrbetrieb verfügbaren Gänge entspricht somit der Anzahl der schaltbaren Stirnradstufen des Schaltgetriebes zuzüglich eines Direktgangs, der durch die unmittelbare Verbindung der Eingangswelle mit der Ausgangswelle des Schaltgetriebes schaltbar ist, plus der beiden über das Überlagerungsgetriebe schaltbaren Gangstufen. Da beim verschleißfreien Anfahren (EDA-Betrieb) und im Hybridfahrbetrieb mit den über das Überlagerungsgetriebe schaltbaren Gangstufen die Drehmomente des Verbrennungsmotors und der Elektromaschine gemeinsam über die Eingangskonstante übertragen werden, muss diese entsprechend stärker dimensioniert sein. Über die schaltbaren Stirnradstufen des Schaltgetriebes wird dagegen nur das Drehmoment des Verbrennungsmotors übertragen, so dass diese schwächer dimensioniert sein können. The number of available for the combustion driving gears thus corresponds to the number of switchable spur gears of the gearbox plus a direct gear, which is switchable by the direct connection of the input shaft with the output shaft of the gearbox, plus the two switchable via the superposition gear ratios. Since the wear-free start-up (EDA mode) and in hybrid driving with the shift gears via the shift gear ratios, the torques of the engine and the electric machine are transmitted together via the input constant, it must be correspondingly larger dimensions. On the other hand, only the torque of the internal combustion engine is transmitted via the switchable spur gear stages of the manual transmission, so that they can be dimensioned smaller.
Die über die Stirnradstufen und das Direktschaltelement schaltbaren Gänge des Schaltgetriebes sind lastschaltbar, da die Antriebslast während der Schaltvorgänge bei geöffnetem ersten Koppelschaltelement und geschlossenem Arretierungs- oder Überbrückungsschaltelement jeweils von der Elektromaschine übernommen werden kann. Im Elektrofahrbetrieb kann der Verbrennungsmotor zum Übergang in den Hybridfahrbetrieb oder den Verbrennungsfahrbetrieb mit Ausnahme der jeweils anderen über das Überlagerungsgetriebe schaltbaren Gangstufe in jedem im Verbrennungsfahrbetrieb nutzbaren Gang zugeschaltet werden. The over the spur gears and the direct shift element switchable gears of the gearbox are power shiftable, since the drive load during the switching operations with open first coupling switching element and closed locking or bridging switching element can be taken respectively by the electric machine. In the electric driving mode, the internal combustion engine can be switched to the transition to the hybrid driving or the combustion driving operation with the exception of each other via the superposition gear shiftable gear in each usable in the combustion mode gear.
Durch das zweite Koppelschaltelement sind die Triebwelle des Verbrennungsmotors und der Rotor der Elektromaschine entweder unmittelbar drehfest miteinander verbindbar oder miteinander in Antriebsverbindung bringbar, wodurch im geöffneten beziehungsweise ausgerückten Zustand der übrigen Schaltelemente der Verbrennungsmotor mit der in diesem Fall als Motor betriebenen Elektromaschine gestartet werden kann. Außerdem kann bei Fahrzeugstillstand durch die dann als Generator betriebene und von dem Verbrennungsmotor angetriebene Elektromaschine die Standladung eines elektrischen Energiespeichers durchgeführt werden. By the second coupling switching element, the drive shaft of the internal combustion engine and the rotor of the electric machine are either directly rotatably connected to each other or can be brought into drive connection, whereby in the open or disengaged state of the other switching elements of the internal combustion engine can be started with the operated in this case as a motor electric machine. In addition, during standstill of the vehicle then operated as a generator and driven by the engine electric machine, the stand charge of an electrical energy storage can be performed.
Die Übersetzung der Eingangskonstanten ist vorzugsweise kleiner als die Übersetzung der schaltbaren Stirnradstufe des Schaltgetriebes mit der höchsten Übersetzung. Hierdurch kann der Anfahrvorgang vorteilhaft unter Verkürzung des Motorbetriebs der Elektromaschine vorzeitig dann beendet werden, wenn an der Schaltkupplung der schaltbaren Stirnradstufe mit der höchsten Übersetzung Synchronlauf erreicht ist und diese dann eingerückt wird. The translation of the input constants is preferably smaller than the translation of the switchable spur gear of the gearbox with the highest translation. As a result, the starting operation can advantageously be terminated prematurely by shortening the engine operation of the electric machine, if synchronous operation is achieved on the clutch of the shiftable spur gear with the highest ratio and this is then engaged.
Das Überlagerungsgetriebe ist bevorzugt als ein einfaches Planetengetriebe mit einem Sonnenrad, einem mehrere Planetenräder tragenden Planetenträger und einem Hohlrad ausgebildet, dessen Sonnenrad das erste Eingangselement des Überlagerungsgetriebes, dessen Hohlrad das zweite Eingangselement des Überlagerungsgetriebes, und dessen Planetenträger das Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes bilden. Alternativ dazu sind auch andere Ausführungen von Planetengetrieben, wie zum Beispiel ein Doppelritzel-Planetengetriebe (Plusgetriebe), sowie eine andere antriebstechnische Einbindung möglich, die gegenüber der genannten Ausbildung und Anordnung jedoch nicht in jedem Fall vorteilhafter sind. The superposition gearing is preferably designed as a simple planetary gear with a sun gear, a planet carrier carrying a plurality of planetary gears and a ring gear whose sun gear form the first input element of the superposition gearing whose ring gear forms the second input element of the superposition gearing and whose planet carrier constitutes the output element of the superposition gearing. Alternatively, other versions of planetary gears, such as a double pinion planetary gear (plus gear), as well as other drive technology integration are possible, which are not in any case advantageous over the aforementioned training and arrangement.
Die Schaltelemente des Schaltgetriebes und die beiden Koppelschaltelemente sind bevorzugt als unsynchronisierte Klauenkupplungen ausgebildet, da die Schaltelemente des Schaltgetriebes mittels des Verbrennungsmotors und die beiden Koppelschaltelemente mittels der Elektromaschine synchronisiert werden können. Gegenüber reibsynchronisierten Klauenkupplungen und Reibungskupplungen, wie beispielsweise Lamellenkupplungen, sind unsynchronisierte Klauenkupplungen einfacher aufgebaut, kostengünstiger herstellbar, im Betrieb robuster sowie langlebiger. The switching elements of the gearbox and the two coupling switching elements are preferably designed as unsynchronized jaw clutches, since the switching elements of the gearbox can be synchronized by means of the internal combustion engine and the two coupling switching elements by means of the electric machine. Compared with friction-synchronized jaw clutches and friction clutches, such as multi-plate clutches, unsynchronized jaw clutches are simpler in construction, less expensive to produce, more robust in operation and more durable.
Zur Platz sparenden Anordnung und einfachen Zugänglichkeit sind die beiden Koppelschaltelemente bevorzugt axial benachbart antriebsseitig zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Planetengetriebe angeordnet, sowie in einem Doppelschaltelement baulich zusammengefasst. For space-saving arrangement and easy accessibility, the two coupling switching elements are preferably arranged axially adjacent to the drive side between the engine and the planetary gear, as well as structurally combined in a double switching element.
Unabhängig von seiner Bauart ist das Arretierungsschaltelement aus denselben Gründen bevorzugt axial abtriebsseitig des Überlagerungsgetriebes zwischen der Eingangskonstanten und der dem Überlagerungsgetriebe am nächsten kommenden Stirnradstufe des Schaltgetriebes angeordnet. Regardless of its design, the locking switching element is preferably arranged on the output side of the superimposed gearbox between the input constant and the superimposition gearbox next coming spur gear of the gearbox for the same reasons.
Das Arretierungsschaltelement und das Überbrückungsschaltelement können ebenfalls als unsynchronisierte Klauenkupplungen ausgebildet sein, da auch diese beiden Schaltelemente mittels der Elektromaschine synchronisierbar sind. Nachteilig daran ist jedoch, dass die über das Überlagerungsgetriebe schaltbaren Gangstufen im Elektrofahrbetrieb und im Verbrennungsfahrbetrieb dann nicht lastschaltbar sind. Die dadurch auftretenden Zugkraft- oder Schubkraftunterbrechungen können aber dadurch abgeschwächt werden, dass der jeweilige Schaltvorgang in einer drehmomentschwachen Betriebsphase durchgeführt wird. The locking switching element and the bridging switching element can also be designed as unsynchronized jaw clutches, since these two switching elements can be synchronized by means of the electric machine. The disadvantage of this, however, is that the switchable via the superposition gear ratios in the electric driving and combustion driving then are not power shiftable. The traction or thrust interruptions occurring as a result, however, can be attenuated by the fact that the respective switching operation is carried out in a torque-weak operating phase.
Bei einer Ausbildung des Überlagerungsgetriebes als einfaches Planetengetriebe und dessen antriebstechnische Einbindung in der zuvor genannten Art ist das Überbrückungsschaltelement bevorzugt antriebstechnisch zwischen dem Sonnenrad und dem Planetenträger des Überlagerungsgetriebes sowie räumlich axial zwischen der Eingangskonstanten und der dem Überlagerungsgetriebe am nächsten kommenden Stirnradstufe des Schaltgetriebes angeordnet, sowie mit dem Arretierungsschaltelement in einem Doppelschaltelement zusammengefasst. Bei dieser Anordnung der Schaltelemente sind die Unterbringung eines gemeinsamen Schaltaktuators und die Zufuhr von elektrischer, hydraulischer oder pneumatischer Energie zu diesem Schaltaktuator auf der von der Vorgelegewelle radial abgewandten Seite des Getriebes relativ einfach möglich. In an embodiment of the superposition gearing as a simple planetary gear and its drive technology integration in the aforementioned type, the lock-up switching element is preferably arranged between the sun gear and the planetary carrier of the superposition gearing and spatially axially between the input constants and the superposition gearing next coming spur gear of the gearbox, and with summarized the Arretierungsschaltelement in a double switching element. In this arrangement, the switching elements, the placement of a common Schaltaktuators and the supply of electrical, hydraulic or pneumatic energy to this shift actuator on the radially away from the countershaft side of the transmission are relatively easy.
Bei der Ausbildung des Arretierungsschaltelements und des Überbrückungsschaltelements als unsynchronisierte Schaltelemente sind die Standübersetzung des Planetengetriebes sowie die Übersetzungen der Eingangskonstanten und der schaltbaren Stirnradstufen des Schaltgetriebes bevorzugt derart aufeinander abgestimmt, dass die über das Überlagerungsgetriebe und die Eingangskonstante schaltbaren Gangstufen für den Verbrennungsfahrbetrieb den zweiten Gang und den vierten Gang bilden. Hierdurch kann im Hybridfahrbetrieb der Verbrennungsmotor während der Umschaltung zwischen den beiden über das Überlagerungsgetriebe schaltbaren Gangstufen die Antriebslast in dem zwischen diesen liegenden dritten Gang übernehmen, so dass die Umschaltung ohne Zugkraftunterbrechung erfolgt. In the formation of the Arretierungsschaltelements and the lock-up switching element as unsynchronized switching elements, the state ratio of the planetary gear and the ratios of the input constants and the switchable spur gears of the gearbox are preferably coordinated such that the switchable via the superposition gearing and the input gear ratios for the Verbrennungsfahrbetrieb the second gear and the form fourth gear. As a result, in the hybrid drive mode, the internal combustion engine can assume the drive load in the third gear lying between them during the changeover between the two gearshifts that can be shifted via the superposition gearing, so that the switchover takes place without an interruption of traction.
Das Arretierungsschaltelement und das Überbrückungsschaltelement können jedoch auch als Reibungskupplungen, wie zum Beispiel als druckmittelbetätigbare Lamellenkupplungen, ausgebildet sein, wodurch im Elektrofahrbetrieb zumindest Zughochschaltungen und Zugrückschaltungen als Lastschaltungen durchgeführt werden können. However, the Arretierungsschaltelement and the lock-up switching element can also be designed as a friction clutches, such as fluid-actuated multi-plate clutches, whereby at least Zughochschaltungen and Zugrückschaltungen can be performed as load circuits in the electric driving.
In diesem Fall kann das Überbrückungsschaltelement antriebstechnisch zwischen dem Sonnenrad und dem Hohlrad des Planetengetriebes sowie räumlich axial antriebsseitig des Planetengetriebes zwischen der Elektromaschine und dem Planetengetriebe angeordnet sein, wodurch eine Platz sparende und für die Energiezufuhr leicht zugängliche Anordnung gegeben ist. In this case, the bridging switching element can be arranged between the sun gear and the ring gear of the planetary gear and spatially axially on the drive side of the planetary gear between the electric machine and the planetary gear drive, whereby a space-saving and easily accessible for energy supply arrangement is given.
Alternativ dazu kann das Überbrückungsschaltelement mit denselben Eigenschaften auch antriebstechnisch zwischen dem Planetenträger und dem Hohlrad des Planetengetriebes sowie räumlich axial abtriebsseitig des Planetengetriebes zwischen dem Planetengetriebe und der Eingangskonstanten angeordnet sein. Alternatively, the lock-up switching element with the same characteristics may also drive technology between the planet carrier and the ring gear of the planetary gear and spatially axially on the output side of the planetary gear between the planetary gear and the input constants can be arranged.
Bei der Ausbildung des Arretierungs- und Überbrückungsschaltelementes als Reibungskupplungen sind die Standübersetzung des Planetengetriebes sowie die Übersetzungen der Eingangskonstanten und der schaltbaren Stirnradstufen des Schaltgetriebes bevorzugt derart aufeinander abgestimmt, dass die über das Überlagerungsgetriebe und die Eingangskonstante schaltbaren Gangstufen für den Verbrennungsfahrbetrieb den zweiten Gang und den dritten Gang bilden. Aufgrund der bauartbedingt begrenzten Übersetzung in der ersten Gangstufe für den Elektrofahrbetrieb wird hierdurch eine größere Spreizung der Gänge des Schaltgetriebes ermöglicht. Im Elektrofahrbetrieb und im Verbrennungsfahrbetrieb erfolgen die Gangwechsel zwischen den beiden über das Überlagerungsgetriebe schaltbaren Gangstufen beziehungsweise Gängen ohne Zugkraftunterbrechung mit einem Schlupfbetrieb des Arretierungsschaltelements und des Überbrückungsschaltelements. Die Gangwechsel im Verbrennungsfahrbetrieb und im Hybridfahrbetrieb in einem Gang, sowie die Gangwechsel zwischen zwei der übrigen Gänge, können in Verbindung mit einer vorübergehenden Lastübernahme durch die Elektromaschine in einer Gangstufe des Überlagerungsgetriebes ebenfalls als Lastschaltungen durchgeführt werden. In the formation of the locking and bridging switching element as friction clutches, the state ratio of the planetary gear and the ratios of the input constants and the switchable spur gears of the gearbox are preferably coordinated such that the switchable via the superposition gearing and the input gear ratios for the combustion driving the second gear and the third Forming a gait. Due to the design limited translation in the first gear for the electric driving a greater spread of the gears of the gearbox is thus possible. In electric driving and in the combustion driving the gear changes between the two via the superposition gearshift gears or gears without interruption of traction with a slip operation of the Arretierungsschaltelements and the lock-up switching element. The gear changes in the combustion driving mode and in the hybrid driving mode in one gear, as well as the gear changes between two of the other gears, can also be carried out as load circuits in conjunction with a temporary load transfer by the electric machine in a gear stage of the superposition gear.
Die Eingangswelle des Schaltgetriebes kann entweder unmittelbar drehfest mit der Triebwelle des Verbrennungsmotors verbunden sein oder über eine als eine Reibungskupplung ausgebildete Trennkupplung mit der Triebwelle des Verbrennungsmotors verbindbar sein. The input shaft of the gearbox can either be connected directly to the drive shaft of the internal combustion engine or can be connected to the drive shaft of the internal combustion engine via a separating clutch designed as a friction clutch.
Bei vorhandener Trennkupplung besteht zum einen die Möglichkeit eines konventionellen Anfahrens mit einem Schlupfbetrieb der Trennkupplung, die beispielsweise dann genutzt werden kann, wenn die Elektromaschine oder deren Steuerung ausgefallen ist. Auch kann der Verbrennungsmotor dann während des Elektrofahrbetriebs nach dem Einlegen eines Gangs des Schaltgetriebes mit einem Impulsstart durch das Schließen der Trennkupplung gestartet werden. Hierzu wird in dem Schaltgetriebe vorzugsweise der höchste Gang eingelegt, da das für den Startvorgang abgezweigte Drehmoment und der dadurch verursachte Drehmomentabfall im Antriebsstrang dann minimal sind. Zudem kann bei vorhandener Trennkupplung der Verbrennungsmotor bedarfsweise von der Eingangswelle des Schaltgetriebes abgekoppelt werden, und die übrigen schaltbaren Stirnradstufen, beziehungsweise die über diese schaltbaren Gänge sowie der Direktgang des Schaltgetriebes können dann in Verbindung mit dem Schließen des Koppelschaltelementes und des Überbrückungsschaltelementes zusätzlich für den Elektrofahrbetrieb genutzt werden. When there is a disconnect coupling there is the possibility of a conventional startup with a slip operation of the disconnect clutch, which can be used, for example, when the electric machine or its control has failed. Also, the internal combustion engine can then be started during the electric driving after inserting a gear of the gearbox with a pulse start by closing the clutch. For this purpose, preferably the highest gear is engaged in the gearbox, since the branched off for the starting torque and the resulting torque drop in the drive train are then minimal. In addition, if necessary, the internal combustion engine can be decoupled from the input shaft of the gearbox, and the other switchable spur gear, or via these switchable gears and the direct gear of the gearbox can then be used in conjunction with the closing of the coupling switching element and the lock-up switching element in addition to the electric driving become.
Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung mit mehreren Ausführungsbeispielen beigefügt. In dieser zeigt To further illustrate the invention, the description is accompanied by a drawing with several embodiments. In this shows
Das in
Das Schaltgetriebe
Alle Schaltelemente A, B, C, D des Schaltgetriebes
Das Überlagerungsgetriebe
Alternativ dazu ist auch eine Antriebsverbindung zwischen dem Rotor
Der Planetenträger T des Planetengetriebes PG bildet das Ausgangselement
Das durch das Sonnenrad S des Planetengetriebes PG gebildete erste Eingangselement
Die Funktionsweise des Hybridantriebsgetriebes gemäß
In der zweiten Spalte der Tabelle sind die im Verbrennungsfahrbetrieb und Hybridfahrbetrieb genutzten Gänge G1, G2, G3, G4, G5, G6 des Schaltgetriebes
In der vorletzten Spalte der Tabelle sind die Übersetzungen i der beiden Gangstufen E1, E2 im Elektrofahrbetrieb, also zwischen dem Rotor
Beim verschleißfreien Anfahren (EDA-Betrieb) ist nur das erste Koppelschaltelement E eingerückt, wodurch die Triebwelle
Im Elektrofahrbetrieb, in dem das betreffende Kraftfahrzeug nur von der Elektromaschine EM angetrieben wird, ist nur das Arretierungsschaltelement G oder das Überbrückungsschaltelement H eingerückt. Das Überlagerungsgetriebe
Bei eingelegter zweiter Übersetzungsstufe E2 ist das Überbrückungsschaltelement H eingerückt, wodurch das Sonnenrad S drehfest mit dem Planetenträger T verbunden ist, und das Planetengetriebe PG in sich blockiert umläuft. Dadurch ergibt sich die Übersetzung iPG zwischen dem Hohlrad R des Planetengetriebes PG und dem Planetenträger T des Planetengetriebes PG zu eins (iPG = 1). Die Gesamtübersetzung iE2 der zweiten Gangstufe E2 ergibt sich demzufolge nach der Formel iE2 = iKE·iKA. Aufgrund der Ausbildung des Arretierungsschaltelementes G und des Überbrückungsschaltelementes H als unsynchronisierte Klauenkupplungen sind die Gangwechsel zwischen den beiden Gangstufen E1, E2 des Überbrückungsgetriebes
Im Verbrennungsfahrbetrieb, in dem das Kraftfahrzeug nur von dem Verbrennungsmotor VM angetrieben wird, ist jeweils nur eines der Schaltelemente A, B, C, D des Schaltgetriebes
Bei eingelegtem zweiten Gang G2 sind das zweite Koppelschaltelement F und das Arretierungsschaltelement G eingerückt, so dass der Kraftfluss von der Triebwelle
Bei eingelegtem dritten Gang G3 ist das Schaltelement B der zweiten Stirnradstufe Z2 eingerückt. Die Übersetzung des Schaltgetriebes
Bei eingelegtem vierten Gang G4 sind das zweite Koppelschaltelement F und das Überbrückungsschaltelement H eingerückt, so dass der Kraftfluss von der Triebwelle
Bei eingelegtem fünften Gang G5 ist das Schaltelement C der dritten Stirnradstufe Z3 eingerückt. Die Übersetzung des Schaltgetriebes
Der sechste Gang G6 ist vorliegend als Direktgang mit der Übersetzung eins ausgelegt (iG6 = 1) und wird durch das Einrücken des Direktschaltelementes D eingelegt. In diesem Fall verläuft der Kraftfluss von der Triebwelle
Im Hybridfahrbetrieb, in der Tabelle der
Bei der Ausführungsform des Schaltgetriebes
Die in
Das Arretierungsschaltelement G’, mittels dem das als erstes Eingangselement
Durch die Ausbildung des Arretierungsschaltelementes G’ und des Überbrückungsschaltelementes H’ als Reibungskupplungen können nun Zugschaltungen und Schubschaltungen zwischen über diese schaltbaren Gangstufen E1, E2 als Lastschaltungen durchgeführt werden. Daher sind die Standübersetzung i0 des Planetengetriebes PG sowie die Übersetzungen iKE, iZ1, iZ2, iZ3 der Eingangskonstanten KE und der schaltbaren Stirnradstufen Z1, Z2, Z3 des Schaltgetriebes
Im Elektrofahrbetrieb und im Verbrennungsfahrbetrieb erfolgen die Gangwechsel zwischen den beiden über das Überlagerungsgetriebe
Aufgrund der vorhandenen Trennkupplung muss diese zum verschleißfreien Anfahren und für den Verbrennungsfahrbetrieb sowie für den Hybridfahrbetrieb jeweils zur Ankopplung des Verbrennungsmotors VM geschlossen werden. Im Vergleich zu einer unmittelbaren drehfesten Verbindung der Eingangswelle
Das zugeordnete Betriebs- und Schaltschema des Hybridantriebsgetriebes nach
Eine in
Das ebenfalls als eine Reibungskupplung ausgebildete Überbrückungsschaltelement H’ ist bei gleicher Funktion nun antriebstechnisch zwischen dem Planetenträger T und dem Hohlrad R des Überlagerungsgetriebes
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Schaltgetriebe manual transmission
- 22
- Überlagerungsgetriebe Superposition gear
- 33
- Eingangswelle input shaft
- 44
- Vorgelegewelle Countershaft
- 55
- Ausgangswelle output shaft
- 66
- Erstes Eingangselement First input element
- 77
- Zweites Eingangselement Second input element
- 88th
- Ausgangselement output element
- 99
- Triebwelle von Verbrennungsmotor VM Drive shaft of internal combustion engine VM
- 1010
- Rotor von Elektromaschine EM Rotor of electric machine EM
- 11, 12’11, 12 '
- Festrad von Stirnradstufe Z1 Fixed gear of spur gear Z1
- 12, 11’12, 11 '
- Losrad von Stirnradstufe Z1 Idler gear of spur gear Z1
- 13, 14’13, 14 '
- Festrad von Stirnradstufe Z2 Fixed gear of spur gear Z2
- 14, 13’14, 13 '
- Losrad von Stirnradstufe Z2 Idler gear of spur gear Z2
- 1515
- Losrad von Stirnradstufe Z3 Idler gear of spur gear Z3
- 1616
- Festrad von Stirnradstufe Z3 Fixed gear of spur gear Z3
- 1717
- Antriebsrad, Festrad von Ausgangskonstante KA Drive wheel, fixed wheel of output constant KA
- 1818
- Abtriebsrad, Festrad von Ausgangskonstante KA Output gear, fixed gear from output constant KA
- 1919
- Antriebsrad, Festrad von Eingangskonstante KE Drive wheel, fixed wheel of input constant KE
- 2020
- Abtriebsrad, Festrad von Eingangskonstante KE Output gear, fixed gear from input constant KE
- 2121
- Hohlwellenabschnitt Hollow shaft section
- A, A’A, A '
- Schaltelement von Stirnradstufe Z1 Switching element of spur gear Z1
- B, B’B, B '
- Schaltelement von Stirnradstufe Z2 Switching element of spur gear Z2
- CC
- Schaltelement von Stirnradstufe Z3 Switching element of spur gear Z3
- DD
- Schaltelement, Direktschaltelement Switching element, direct switching element
- Ee
- Erstes Koppelschaltelement First coupling switching element
- E1, E2E1, E2
- Gangstufen für Elektromaschine EM Gear steps for electric machine EM
- EDAEDA
- Elektrodynamisches Antriebssystem Electrodynamic drive system
- EMEM
- Elektromaschine electric machine
- FF
- Zweites Koppelschaltelement Second coupling switching element
- G, G’ G, G '
- Arretierungsschaltelement Arretierungsschaltelement
- G1–G6G1-G6
- Gänge courses
- H, H’H, H '
- Überbrückungsschaltelement Bridging switching element
- ii
- Gangübersetzung gear ratio
- i0 i 0
- Standübersetzung von Planetengetriebe PG Stand translation of planetary gear PG
- iE1 i E1
- Übersetzung von Gangstufe E1 Gear ratio E1
- iE2 i E2
- Übersetzung von Gangstufe E2 Translation of gears E2
- iG1 i G1
- Übersetzung von Gang G1 Translation of Gang G1
- iG2 i G2
- Übersetzung von Gang G2 Translation of Gang G2
- iG3 i G3
- Übersetzung von Gang G3 Translation of Gang G3
- iG4 i G4
- Übersetzung von Gang G4 Translation of Gang G4
- iG5 i G5
- Übersetzung von Gang G5 Translation of gear G5
- iG6 i G6
- Übersetzung von Gang G6 Translation of Gang G6
- iKA i KA
- Übersetzung Ausgangskonstante KA Translation of the initial constant KA
- iKE i KE
- Übersetzung von Eingangskonstante KE Translation of input constant KE
- iPG i PG
- Übersetzung von PG Translation of PG
- iZ1 i Z1
- Übersetzung von Z1 Translation of Z1
- iZ2 i Z2
- Übersetzung von Z2 Translation of Z2
- iZ3 i Z3
- Übersetzung von Z3 Translation of Z3
- KK
- Trennkupplung, Reibungskupplung Disconnect coupling, friction clutch
- KAKA
- Ausgangskonstante output constant
- KEKE
- Eingangskonstante input constant
- PP
- Planetenrad planet
- PGPG
- Planetengetriebe planetary gear
- phiphi
- Gangsprung gear step
- RR
- Hohlrad ring gear
- SS
- Sonnenrad sun
- S1S1
- Doppelschaltelement Contact set
- S1’S1 '
- Doppelschaltelement Contact set
- S2S2
- Doppelschaltelement Contact set
- SESE
- Doppelschaltelement Contact set
- SKSK
- Doppelschaltelement Contact set
- TT
- Planetenträger planet carrier
- VMVM
- Verbrennungsmotor internal combustion engine
- Z1Z1
- Erste Stirnradstufe First spur gear stage
- Z2Z2
- Zweite Stirnradstufe Second spur gear
- Z3Z3
- Dritte Stirnradstufe Third spur gear
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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-
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