DE102015016976B4 - Getriebe für einen Antriebsstrang eines Hybridantriebs - Google Patents

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Abstract

Getriebe für einen einen Verbrennungsmotor (3) und einen Elektromotor (5) aufweisenden Antriebsstrang (7) eines Hybridantriebs (1), mit einer ein erstes Planetengetriebe (23) und ein zweites Planetengetriebe (25) aufweisenden Transmissionsvorrichtung (21) und einer mehrere Kupplungselemente (K1, K2, K3, B1) aufweisenden Kupplungsvorrichtung (19), wobei mittels der Kupplungsvorrichtung (19) das Übersetzungsverhältnis (i) der Transmissionsvorrichtung (21) geschaltet wird, die antriebstechnisch mit einer Getriebewelle (39) des Getriebes (9,9') verbunden ist, wobei das Getriebe (9,9') ein erstes Zahnrad (13) aufweist, das über eine Antriebswelle (11) fest mit einem zweiten Zahnrad (15) verbunden ist, wobei die beiden Zahnräder (13,15) abhängig vom jeweiligen Betriebszustand des Hybridantriebs (1) von dem Verbrennungsmotor (3) und/oder dem Elektromotor (5) mit Antriebs- und/oder Bremsenergie beaufschlagt werden, und wobei die beiden Zahnräder (13,15) die Antriebs- und/oder Bremsenergie in Abhängigkeit vom Schaltzustand (V1, V2, V3, V4, V5, V6, V-R, E1, E2, E3, E4, E5, E6, E-R) der Kupplungsvorrichtung (19) auf die Transmissionsvorrichtung (21) übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass- die Getriebewelle (39) mit einem ersten Planetenträger (29) des ersten Planetengetriebes (23),- ein erstes Sonnenrad (27) des ersten Planetengetriebes (23) mit einem zweiten Sonnenrad (33) des zweiten Planetengetriebes (25),- das erste Zahnrad (13) mit einem ersten Hohlrad (31) des ersten Planetengetriebes (23),- ein erstes Kupplungselement (K1) mit den beiden Sonnenrädern (27,33) der beiden Planetengetriebe (23,24),- ein zweites Kupplungselement (K2) mit dem ersten Kupplungselement (K1),- das zweite Kupplungselement (K2) mit einem zweiten Hohlrad (37) des zweiten Planetengetriebes (24), und- das zweite Zahnrad (15) mit dem zweiten Kupplungselement (K2) jeweils antriebstechnisch miteinander wirkverbunden sind, wobei das erste Kupplungselement (K1) und das zweite Kupplungselement (K2) jeweils einen gekuppelten oder einen entkuppelten Schaltungszustand annehmen können.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Getriebe für einen einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor aufweisenden Antriebsstrang eines Hybridantriebs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Nicht nur aufgrund von zukünftig sich verknappenden Energieressourcen wird derzeit in der Automobilbranche eine hybride Antriebstechnik mehr und mehr favorisiert. Weist dabei der eingesetzte Hybridantrieb einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor auf, stellt sich die Aufgabe, sowohl den Verbrennungsmotor als auch den Elektromotor antriebstechnisch optimal in den Antriebsstrang zu integrieren. Eine derartige Integration der beiden Antriebsaggregate mit unterschiedlicher Antriebstechnik in einen Antriebsstrang eines Hybridantriebs gelingt durch dementsprechend konstruktive Ausgestaltung der eingesetzten Getriebe.
  • Aus DE 10 2010 030 572 A1 der ist ein Hybridantrieb mit einem automatischen Schaltgetriebe bekannt. Dabei weist der Hybridantrieb beziehungsweise das automatische Schaltgetriebe sechs Vorwärtsgänge auf, wobei zwei der sechs Vorwärtsgänge elektromotorisch betrieben werden können. Des Weiteren ist ebenfalls ein Rückwärtsgang elektromotorisch betreibbar.
  • Aus DE 10 2012 214 266 A1 der ist ein Antriebsstrang mit einem Hybridgetriebe beschrieben, das zwei oder drei Planetengetriebe aufweist. Mittels des Hybridgetriebes sind sechs Vorwärtsgänge schaltbar, wobei zwei davon in einem Hybridbetriebsmodus nutzbar sind. Es ist ebenfalls ein Rückwärtsgang vorgesehen, der jedoch nicht elektromotorisch betreibbar ist.
  • Das in der DE 10 2014 006 143 A1 beschriebene Hybrid-Mehrstufengetriebe für ein Kraftfahrzeug dient zur Einbindung eines Verbrennungsmotors und zwei Elektromotoren. Es ist mit drei Planetengetrieben ausgestattet, sodass fünf verbrennungsmotorische und fünf elektromotorische Vorwärtsgetriebegänge schaltbar sind. Jedoch sind unterschiedliche Schaltzustände für den verbrennungsmotorischen Betriebszustand und für den elektromotorischen Betriebszustand notwendig, und es ist nur ein verbrennungsmotorischer Rückwärtsgang vorgesehen.
  • Aus US 2009 / 0 156 351 A1 der ist ein Hybridgetriebe bekannt, das zur antriebstechnischen Integration von einer Verbrennungskraftmaschine und von zwei Elektromotoren geeignet ist. Dabei weist das Hybridgetriebe drei Planetengetriebe auf, die sechs Vorwärtsgänge ermöglichen, und fünf stufenlose variable Betriebsbereiche. Mittels des beschriebenen Hybridgetriebes ist jedoch kein Rückwärtsgang möglich.
  • In der US 2008 / 0 015 073 A1 ist ein elektrisch variables Getriebe mit drei Planetengetrieben beschrieben, mittels dem ein Verbrennungsmotor mit zwei Elektromotoren antriebstechnisch integriert werden kann. Durch dieses Getriebe lassen sich sechs vorwärts gerichtete Drehzahlenverhältnisse und drei rückwärts gerichtete Drehzahlenverhältnisse schalten.
  • Nachteilig an den aus dem derzeitigen Stand der Technik bekannten Strategien zur Integration von Elektromotoren mit einem Verbrennungsmotor in den Antriebsstrang eines Hybridantriebs sind die derzeit üblichen konstruktiv aufwendigen Integrationstechniken, wobei Getriebe verwendet werden, die üblicherweise eine hohe Anzahl an komplexen Baugruppen wie bspw. Planetengetrieben aufweisen. Zudem ist es wünschenswert, dass zukünftige Hybridantriebe mit nur einem Elektromotor ausgestattet sind, um zum einen das Gewicht und zum anderen die Komplexität des jeweiligen Hybridantriebs zu reduzieren.
  • Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit der Aufgabe, für ein Getriebe für einen Antriebsstrang eines Hybridantriebs und für ein mit einem derartigen Getriebe ausgestatteten Hybridfahrzeug eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch nur einen antriebstechnisch in Wirkverbindung mit dem Antriebsstrang stehenden Elektromotor auszeichnet und insbesondere durch eine geringe Anzahl an Baugruppen und einer damit einhergehenden Verringerung der konstruktiven Komplexität des Getriebes.
  • Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Das Getriebe kann beispielsweise als Automatikgetriebe, als automatisiertes Schaltgetriebe oder als schaltbares Getriebe vorliegen.
  • In einem Aspekt der Erfindung wird ein Getriebe für einen einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor aufweisenden Antriebsstrang eines Hybridantriebs, mit einer ein erstes Planetengetriebe und ein zweites Planetengetriebe aufweisenden Transmissionsvorrichtung und einer mehrere Kupplungselemente aufweisenden Kupplungsvorrichtung vorgeschlagen, wobei mittels der Kupplungsvorrichtung das Übersetzungsverhältnis der Transmissionsvorrichtung gestaltet wird, die antriebstechnisch mit einer Getriebewelle des Getriebes verbunden ist, wobei das Getriebe ein erstes Zahnrad aufweist, das über eine Antriebswelle fest mit einem zweiten Zahnrad verbunden ist, wobei die beiden Zahnräder abhängig vom jeweiligen Betriebszustand des Hybridantriebs von dem Verbrennungsmotor und/oder dem Elektromotor mit Antriebs- und/oder Bremsenergie beaufschlagt werden und wobei die beiden Zahnräder die Antriebs- und/oder Bremsenergie in Abhängigkeit vom Schaltzustand der Kupplungsvorrichtung auf die Transmissionsvorrichtung übertragen.
  • Vorteilhaft kann durch ein derartiges Getriebe ein Verbrennungsmotor und ein Elektromotor in den Antriebsstrang eines Hybridantriebs mit geringem konstruktivem Aufwand integriert werden. Trotzdem sind mittels eines derartigen Hybridantriebs ein elektromotorisches Fahren mittels des Elektromotors, ein verbrennungsmotorisches Fahren mittels des Verbrennungsmotors und ein hybridscher Betrieb möglich, bei dem beide Motoren Antriebs- und/oder Bremsenergie in den Antriebsstrang einspeisen. Zudem ist es möglich, dass der Elektromotor bremsend und demzufolge als Generator geschaltet werden kann, sodass zumindest teilweise die über den Elektromotor erzeugte Bremsenergie zurückgewonnen werden kann. Demzufolge ist zumindest in den bremsenden Betriebszuständen, in denen der Elektromotor aktiv ist, vorteilhaft eine zumindest teilweise Rückgewinnung von zuvor eingespeister Antriebsenergie möglich, die im weiteren Verlauf zum Betrieb des Hybridfahrzeuges verwendet werden kann. Da zudem beide Motoren antriebstechnisch verwendet werden können, können die einzelnen Motoren geringer dimensioniert ausgelegt werden, da zu dem gemeinsamen Antrieb des Hybridfahrzeuges beide Motoren additiv herangezogen werden können.
  • Da zudem die Antriebs- und/oder Bremsenergie über eine gemeinsame Baugruppe des Getriebes, nämlich der Antriebswelle mit ihren beiden Zahnrädern, in den Antriebsstrang eingespeist wird, und beide Motoren mit dieser Baugruppe verbunden sind, lassen sich elektromotorische, verbrennungsmotorische oder hybridische Betriebszustände auswählen, ohne dass aufgrund der Auswahl des Betriebszustandes schaltungstechnisch in das Getriebe eingegriffen werden muss beziehungsweise der Schaltzustand des Getriebes geändert werden muss.
  • Dabei versteht man unter einem Hybridantrieb einen Antrieb, der zumindest zwei Antriebsaggregate mit unterschiedlichen Antriebstechniken verwendet. So kann als ein Antriebsaggregat eine Verbrennungskraftmaschine und als ein weiteres Antriebsaggregat ein Elektromotor verwendet werden. Ist dabei der Hybridantrieb parallel ausgebildet ist, können beide Antriebsaggregate gleichzeitig und parallel Antriebs- und/oder Bremsenergie bereitstellen, die direkt über das Getriebe in den Antriebstrang und auf die Straße übertragen wird.
  • Unter dem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges sind alle Komponenten zu verstehen, die im Kraftfahrzeug Antriebs- und/oder Bremsenergie generieren und/oder über die Antriebs- und/oder Bremsenergie auf die Straße übertragen wird.
  • Dabei ist von dem Begriff Verbrennungsmotor jede beliebige Verbrennungskraftmaschine umfasst, also eine Maschine, die aus chemischer Verbrennungsenergie mechanische Energie erzeugt.
  • Unter einem Planetengetriebe ist ein nachfolgend aufgeführte Komponenten aufweisendes Umlaufrädergetriebe zu verstehen, das aus einem zentralen Sonnenrad, mehreren das Sonnenrad umkreisenden Planetenrädern und einem Hohlrad aufgebaut ist. Dabei stehen sowohl das zentrale Sonnenrad, als auch die Umlaufräder beziehungsweise Planetenräder und das die Planetenräder umgebende äußere Hohlrad antriebstechnisch in Wirkverbindung zueinander. Dabei kann das zentrale Sonnenrad eine Sonnenradwelle aufweisen und die Planetenräder können über einen Planetenträger verbunden sein, wobei der Planetenträger ebenfalls eine Planetenträgerwelle aufweisen kann, die durch die Rotationsbewegung der einzelnen Wellen der Planetenräder um das Sonnenrad rotationsmäßig bewegt werden kann. Zudem kann das Hohlrad ebenfalls mit einer Hohlradwelle ausgestattet sein, wobei an alle vorstehend genannten Wellen antriebstechnisch weitere Komponenten oder Komponenten eines Planetengetriebes angebunden werden können. Es ist aber auch denkbar, dass das Hohlrad über eine Außenverzahnung antriebstechnisch angebunden werden kann. Je nachdem, wie viele der vorgenannten Wellen beziehungsweise Komponenten frei beweglich ausgebildet sind, spricht man von einem Zweiwellenbetrieb oder Dreiwellenbetrieb. Werden nun zwei Planetengetriebe antriebstechnisch in Wirkverbindung zueinander gesetzt, so lassen sich unterschiedliche Schaltzustände einer aus zwei Planetengetriebe bestehenden Transmissionsvorrichtung dadurch ausbilden, dass in unterschiedlichen Wellen beziehungsweise Komponenten der jeweiligen Planetengetriebe Antriebs- und/oder Bremsenergie eingespeist wird und ggf. bestimmte Wellen beziehungsweise Komponenten des Planetengetriebes fixiert werden.
  • Um die jeweiligen Schaltzustände der Transmissionsvorrichtung einzustellen, ist üblicherweise eine Kupplungsvorrichtung vorgesehen, die mehrere Kupplungselemente aufweist. Dabei können die Kupplungselemente als Kupplungen ausgebildet sein, die vorbestimmte Komponenten beziehungsweise Wellen der Planetenradgetriebe in Wirkverbindung zueinander setzen oder die Wirkverbindungen mit den Zahnrädern der Antriebswelle herstellen, über die die Antriebs- und/oder Bremsenergie des Verbrennungsmotors und/oder des Elektromotors eingespeist wird. Ist dabei ein derartiges Kupplungselement mit dem Gehäuse verbunden, so wird die jeweilige Komponente beziehungsweise Welle des Planetengetriebes fixiert. In diesem Fall ist das Kupplungselement als Bremselement ausgebildet, wobei ein derartiges Bremselement bei dem jeweiligen Planetengetriebe die Bewegung der jeweiligen Komponenten beziehungsweise der zugehörigen Welle fixiert.
  • Dabei versteht man unter einem Übersetzungsverhältnis der Transmissionsvorrichtung den Faktor, mit dem das von dem Verbrennungsmotor kommende Moment multipliziert werden muss, um das Moment der Getriebewelle zu erhalten, wobei das Moment der Motorwelle durch das Getriebe in das Moment der Getriebewelle übersetzt wird.
  • Unter dem Begriff Antriebswelle ist jenseits der Getriebewelle, also der Hauptwelle des Getriebes, eine Zusatzwelle oder Zwischenwelle des Getriebes zu verstehen, über die Antriebs- und/oder Bremsenergie auf das Getriebe übertragen wird. Dabei weist eine derartige Antriebswelle zwei Zahnräder auf, über die der Verbrennungsmotor sowie der Elektromotor antriebstechnisch mit der Transmissionsvorrichtung des Getriebes wirkverbunden werden können.
  • Unter Betriebszuständen des Hybridantriebs versteht man zum einen den elektromotorischen Betriebszustand, der sich dadurch auszeichnet, dass die Antriebs- und/oder Bremsenergie lediglich durch den Elektromotor erzeugt wird und zum anderen den verbrennungsmotorischen Betriebszustand, bei dem die Antriebs- und/oder Bremsenergie durch den Verbrennungsmotor erzeugt wird. Zudem kann noch ein hybridischer Betriebszustand vorgesehen sein, bei dem der Elektromotor und der Verbrennungsmotor gleichzeitig und direkt die Antriebs- und/oder Bremsenergie in den Antriebsstrang übertragen. Ein weiterer Betriebszustand ist der Rekuperations-Betriebszustand, bei dem der Elektromotor als Generator geschaltet wird und demzufolge der Elektromotor/Generator bremsend auf den Antriebsstrang wirkt. Bei einem derartigen Rekuperations-Betriebszustand kann ein Teil der Bremsenergie als mechanisch/elektrisch nutzbare Energie wiedergewonnen werden.
  • Unter einem Schaltzustand der Kupplungsvorrichtung versteht man die Summe der Schaltungszustände der einzelnen, die Kupplungsvorrichtung ausbildenden Kupplungselemente. Durch die Auswahl der jeweiligen Schaltungszustände der Kupplungselemente kann der jeweilig gewünschte Schaltzustand der Kupplungsvorrichtung mit seinem dazugehörigen Übertragungsverhältnis eingestellt werden. Dabei kann ein Kupplungselement einen gekuppelten oder einen entkuppelten Schaltungszustand annehmen. Die Schaltzustände der Kupplungsvorrichtung entsprechen dabei im Wesentlichen den Gängen des Getriebes.
  • Es wird eine Ausführungsform des Getriebes vorgeschlagen, bei der eine Motorwelle des Verbrennungsmotors, insbesondere angebunden über eine Motorkupplung des Verbrennungsmotors, antriebstechnisch mit der Antriebswelle verbunden ist.
  • Vorteilhaft kann durch eine derartige direkte Anbindung der Motorwelle mit der Antriebswelle eine konstruktive einfache und übliche Anbindung des Verbrennungsmotors an dem Getriebe vorgenommen werden. Ist dabei vorteilhaft zudem eine Motorkupplung vorgesehen, so kann der Verbrennungsmotor über die Motorkupplung von dem Getriebe antriebstechnisch getrennt werden, sodass ein von dem Verbrennungsmotor unabhängiger Betriebszustand des Hybridantriebs ausgewählt werden kann.
  • Dabei versteht man unter einer Motorkupplung ein Kupplungselement, mit dem der Verbrennungsmotor von dem Getriebe antriebstechnisch verbunden oder getrennt werden kann. Üblicherweise kann eine derartige Motorkupplung integral mit einem Schwungrad, insbesondere mit einem Zweimassenschwungrad, ausgebildet sein, wobei über das Schwungrad oder über das Kupplungsgehäuse der Motor mittels eines Startergenerators bspw. eines Riemenstartergenerators gestartet werden kann.
  • Es wird eine Ausführungsform des Getriebes vorgeschlagen, bei dem der Elektromotor über ein erstes Zahnrad mit der Antriebswelle in antriebstechnischer Wirkverbindung steht.
  • Vorteilhaft kann durch die Anbindung des Elektromotors über das erste Zahnrad der Elektromotor mit konstruktiv einfachen Mitteln an das Getriebe antriebstechnisch angebunden werden. Da zudem der Verbrennungsmotor ebenfalls entkoppelbar an der Antriebswelle antriebstechnisch angebunden ist, kann somit über die gleiche Baugruppe des Getriebes sowohl der Verbrennungsmotor als auch der Elektromotor angekoppelt werden. Dabei kann der Elektromotor an das Bauelement des Getriebes antriebstechnisch angebunden werden, das das erste Zahnrad mit der Transmissionsvorrichtung und/oder der Kupplungsvorrichtung verbindet. Durch eine derartige Einbindung des Elektromotors in den Antriebsstrang kann auch bei entkoppeltem Verbrennungsmotor der Elektromotor weiterhin antriebstechnisch mit dem Getriebe wirkverbunden verbunden bleiben.
  • Für den reinen verbrennungsmotorischen Betrieb kann der Elektromotor lastfrei geschaltet werden, sodass der Elektromotor weder Antriebsenergie noch Bremsenergie in den Antriebsstrang einspeisen kann. Ggf. ist es auch denkbar, dass der Elektromotor über eine weitere Baugruppe wie bspw. ein Planetengetriebe in der vorstehend beschriebenen Art und Weise in den Antriebsstrang eingebunden wird.
  • Dabei versteht man unter einer antriebstechnischen Wirkverbindung, Anbindung oder Einbindung eine Verbindung von Baugruppen oder Bauelementen zueinander derart, dass über die Verbindung Antriebs- und/oder Bremsenergie, insbesondere in beide Richtungen, übertragen werden kann.
  • Es wird eine Ausführungsform des Getriebes vorgeschlagen, bei der der Elektromotor im Antriebsstrang zwischen der Transmissionsvorrichtung und der Antriebswelle angeordnet ist.
  • Vorteilhaft kann durch eine derartige Anordnung der Elektromotor getriebenah angeordnet werden, sodass die Einbindung in den Antriebsstrang nur über eine kurze Strecke erfolgt, und zudem kann im Bereich des Getriebes vorhandener Bauraum zur Positionierung des Elektromotors verwendet werden.
  • Es wird eine Ausführungsform des Getriebes vorgeschlagen, bei der der Elektromotor im Antriebsstrang von der Antriebswelle kommend nach der Transmissionsvorrichtung angeordnet ist.
  • Vorteilhaft kann durch eine derartige Anordnung des Elektromotors im Antriebsstrang der Elektromotor nahe der Baugruppe angeordnet werden, über die der Elektromotor seine Antriebs- und/oder Bremsenergie in den Antriebsstrang einspeist, nämlich der Antriebswelle beziehungsweise das erste Zahnrad.
  • Es wird eine Ausführungsform des Hybridfahrzeuges vorgeschlagen, bei der der Elektromotor zur Antriebswelle achsparallel angeordnet ist, wobei der Elektromotor antriebstechnisch direkt an das erste Zahnrad angebunden ist.
  • Vorteilhaft kann durch eine derartige Anordnung wiederum eine getriebenahe Anbindungsstelle ausgewählt werden. Ist dabei der Elektromotor antriebstechnisch direkt an das erste Zahnrad angebunden, so kann die Anbindung konstruktiv äußerst einfach bspw. über ein weiteres Zahnrad vorgenommen werden, wobei die Antriebs- und/oder Bremsenergie von dem Elektromotor kommend über das erste Zahnrad und die Antriebswelle auch auf das die-zweite Zahnrad übertragen wird. Vorteilhaft kann in diesem Fall die direkte Anbindung sowohl von Verbrennungsmotor, als auch Elektromotor über eine Baugruppe des Getriebes vorgenommen werden. Etwaig vorhandener Bauraum kann dabei durch leichte konstruktive Ausgestaltung des Getriebes bevorzugt verwendet werden.
  • Es wird eine Ausführungsform des Getriebes vorgeschlagen, bei dem zumindest ein Schaltzustand vorgesehen ist, bei dem das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad Antriebs- und/oder Bremsenergie auf die Transmissionsvorrichtung überträgt.
  • Vorteilhaft können aufgrund eines derartigen Übertragungsmechanismus zwei Einspeisungsstellen von Antriebs- und/oder Bremsenergie in die Transmissionsvorrichtung vorgesehen werden. Dadurch kann vorteilhaft die Anzahl der möglichen Schaltzustände erhöht werden, ohne dass ein konstruktiv aufwendiges Getriebe bspw. mit drei Planetengetrieben notwendig ist.
  • Es wird eine Ausführungsform des Getriebes vorgeschlagen, bei dem das Getriebe sechs Schaltzustände beziehungsweise Gänge aufweist, die sowohl elektromotorisch als auch verbrennungsmotorisch, sowie hybridisch betrieben werden können.
  • Vorteilhaft weist in diesem Fall das Getriebe sechs Schaltzustände beziehungsweise Gänge auf, und dies jeweils für den verbrennungsmotorischen Betriebszustand, den elektromotorischen Betriebszustand und den hybridischen Betriebszustand. Somit kann auch in jeglichen Betriebszuständen über alle Gänge Rekuperation betrieben werden. Zudem ist eine Auswahl des jeweiligen Betriebszustandes unabhängig vom Schaltzustand des Getriebes möglich, sodass eine erhöhte Flexibilität bei der insbesondere unabhängigen Ansteuerung des Getriebes ermöglicht ist.
  • Es wird eine Ausführungsform des Getriebes vorgeschlagen, bei dem einer der Gänge als Rückwärtsgang ausgebildet ist.
  • Vorteilhaft kann durch einen derartigen Rückwärtsgang, der ebenfalls verbrennungsmotorisch, elektromotorisch, sowie hybridisch betrieben werden kann, auch im Rückwärtsgang Rekuperation vorgenommen werden, und der Rückwärtsgang ist ebenso schaltzustandsunabhängig von dem jeweiligen Betriebszustand des Hybridantriebs.
  • Es wird eine Ausführungsform des Getriebes vorgeschlagen, bei dem die sechs Gänge unabhängig vom Betriebszustand durch den jeweils gleichen Schaltzustand ausgebildet werden.
  • Vorteilhaft kann in diesem Fall wiederum der Betriebszustand des Hybridfahrzeuges unabhängig vom Schaltzustand der Transmissionsvorrichtung ausgewählt werden. Demzufolge führt eine Änderung des Betriebszustandes nicht zwingend zu einer Änderung des Schaltungszustandes, sowie eine auch Änderung des Schaltzustandes nicht zwingend zu einer Änderung des Betriebszustandes führen muss.
  • Es wird eine Ausführungsform des Getriebes vorgeschlagen, bei dem die jeweiligen Schaltzustände in allen Betriebszuständen das gleiche Übersetzungsverhältnis aufweisen.
  • Vorteilhaft kann auch in diesem Fall der Betriebszustand frei vom jeweiligen Schaltzustand geändert werden, ohne dass sich das Antriebsverhalten beziehungsweise Fahrverhalten des Hybridfahrzeuges ändert.
  • Es wird eine Ausführungsform des Getriebes vorgeschlagen, bei dem die Kupplungsvorrichtung ein erstes Kupplungselement, ein zweites Kupplungselement, ein drittes Kupplungselement und ein viertes Kupplungselement aufweist.
  • Vorteilhaft kann aufgrund der Verwendung von nur vier Kupplungselementen das Getriebe bspw. derartig ausgestaltet werden, dass mittels des Getriebes sechs Schaltzustände beziehungsweise Gänge auswählbar sind und dies mit einer vergleichsweise konstruktiv einfachen Kupplungsvorrichtung und/oder Transmissionsvorrichtung.
  • Es wird eine Ausführungsform des Getriebes vorgeschlagen, bei dem das vierte Kupplungselement, mit dem Gehäuse verbunden, als Bremselement ausgebildet ist.
  • Vorteilhaft kann dadurch das Getriebe konstruktiv einfach ausgestaltet werden, wobei ein einfaches Bremselement als viertes Kupplungselement eingesetzt wird.
  • Es wird eine Ausführungsform des Getriebes vorgeschlagen, bei dem zumindest eine antriebstechnische Wirkverbindung ausgewählt aus folgender Gruppe ausgebildet ist:
    • eine antriebstechnische Wirkverbindung der Getriebewelle mit einem ersten Planetenträger des ersten Planetengetriebes,
    • eine antriebstechnische Wirkverbindung des vierten Kupplungselementes mit einem zweiten Planetenträger des zweiten Planetengetriebes,
    • eine antriebstechnische Wirkverbindung des ersten Zahnrads mit einem ersten Hohlrad des ersten Planetengetriebes,
    • eine antriebstechnische Wirkverbindung des dritten Kupplungselementes mit dem ersten Planetenträger,
    • eine antriebstechnische Wirkverbindung der zweiten Zahnrad mit dem zweiten Kupplungselement,
    • eine antriebstechnische Wirkverbindung des zweiten Kupplungselementes mit dem ersten Kupplungselement.
  • Vorteilhaft kann durch zumindest eine der zuvor genannten antriebstechnischen Wirkverbindung das Getriebe derart ausgebildet werden, dass mit dem Getriebe sechs Gänge beziehungsweise Schaltzustände schaltbar sind. Dabei ist vorteilhaft das Getriebe trotzdem konstruktiv einfach ausgebildet und kann mit nur wenigen Baugruppen zumindest sechs Gänge beziehungsweise Schaltzustände aufbauen.
  • Es wird eine Ausführungsform des Getriebes vorgeschlagen, bei dem zumindest eine antriebstechnische Wirkverbindung, ausgewählt aus folgender Gruppe, ausgebildet ist:
    • eine antriebstechnische Wirkverbindung eines ersten Sonnenrades des ersten Planetengetriebes mit einem zweiten Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes,
    • eine antriebstechnische Wirkverbindung des ersten Kupplungselementes mit den beiden Sonnenrädern,
    • eine antriebstechnische Wirkverbindung des zweiten Kupplungselementes mit einem zweiten Hohlrad des zweiten Planetengetriebes,
    • eine antriebstechnische Wirkverbindung des dritten Kupplungselementes mit dem zweiten Hohlrad des zweiten Planetengetriebes.
  • Vorteilhaft kann durch zumindest eine derartige Wirkverbindung ein Getriebe ausgebildet werden, das fünf Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang aufweist. Dabei sind alle Gänge beziehungsweise Schaltzustände sowohl elektromotorisch als auch verbrennungsmotorisch, sowie hybridisch betreibbar.
  • Es wird eine Ausführungsform des Getriebes vorgeschlagen, bei dem zumindest eine antriebstechnische Wirkverbindung ausgewählt aus folgender Gruppe ausgebildet ist:
    • eine antriebstechnische Wirkverbindung des ersten Kupplungselementes mit einem ersten Sonnenrad des ersten Planetengetriebes,
    • eine antriebstechnische Wirkverbindung des ersten Kupplungselementes mit einem zweiten Hohlrad des zweiten Planetengetriebes,
    • eine antriebstechnische Wirkverbindung des zweiten Kupplungselementes mit einem zweiten Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes,
    • eine antriebstechnische Wirkverbindung des dritten Kupplungselementes mit dem zweiten Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes.
  • Vorteilhaft kann durch zumindest eine derartige antriebstechnische Wirkverbindung ein Sechs-Gang-Getriebe ausgebildet werden, wobei in diesem Fall ggf. kein Rückwärtsgang vorgesehen ist. Auch hier sind wiederum alle Schaltzustände elektromotorisch, verbrennungsmotorisch, sowie hybridisch betreibbar.
  • Es wird eine Ausführungsform des Getriebes vorgeschlagen, bei der die Getriebewelle einen ersten Abtrieb, insbesondere ein Differenzialgetriebe für zumindest eine Vorderachse und/oder einen zweiten Abtrieb, insbesondere ein Getriebe oder ein Mittendifferenzial, für zumindest eine Hinterachse aufweist.
  • Vorteilhaft kann in diesem Fall das Getriebe über einen ersten Abtrieb antriebstechnisch zum Antrieb zumindest einer Vorderradachse verwendet werden. Ist zudem ein zweiter Abtrieb, insbesondere ein weiteres Getriebe oder ein Mittendifferenzial, vorgesehen, so kann auch über das Getriebe eine Hinterachse angetrieben werden. Sind beide Abtriebe vorhanden, so kann über das Getriebe ein Allrad-Hybridantrieb ausgebildet werden.
  • In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Hybridfahrzeug mit einem wie zuvor beschriebenen Getriebe vorgeschlagen.
  • Dadurch kann ein Hybridfahrzeug mit den zuvor beschriebenen Vorteilen ausgestattet werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt.
  • Es zeigen, jeweils schematisch:
    • 1A, B, C ein Fünf-Gang-Getriebe für einen Hybridantrieb, umfassend einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor mit einem Rückwärtsgang,
    • 2A, B, C ein Sechs-Gang-Getriebe für einen Hybridantrieb, umfassend einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor ohne Rückwärtsgang.
  • Wie in den 1A,B, 2A,B gezeigt, weist ein Hybridantrieb 1 einen Verbrennungsmotor 3 und einen Elektromotor 5 auf. Dabei ist der Hybridantrieb 1 mit einem Antriebsstrang 7 ausgestattet, in den sowohl der Verbrennungsmotor 3 als auch der Elektromotor 5 Antriebs- und/oder Bremsenergie einspeisen kann. Des Weiteren weist der Antriebsstrang 7 ein Getriebe 9,9' auf, über das sowohl der Verbrennungsmotor 3 als auch der Elektromotor 5 in den Antriebsstrang 7 eingebunden wird.
  • Das Getriebe 9,9' weist eine Antriebswelle 11 auf, über die ein erstes Zahnrad 13 und ein zweites Zahnrad 15 fest miteinander verbunden sind.
  • Die Antriebswelle 11 ist über eine Motorkupplung K0 antriebstechnisch mit einer Motorwelle 16 des Verbrennungsmotors 3 verbunden. Dabei kann zwischen der Motorkupplung K0 und dem Verbrennungsmotor 3 ein Schwungrad 17, insbesondere ein Zweimassenschwungrad, angeordnet sein. Mittels der Motorkupplung K0 kann der Verbrennungsmotor 3 antriebstechnisch mit dem Getriebe 9,9' verbunden oder entkoppelt werden.
  • Der Elektromotor 5 ist antriebstechnisch mit dem zweiten Zahnrad 15 verbunden. Demzufolge kann der Elektromotor 5 über das zweite Zahnrad 15 auch das erste Zahnrad 13 antreiben.
  • Das Getriebe 9,9' ist mit einer Kupplungsvorrichtung 19 und einer Transmissionsvorrichtung 21 ausgestattet. Dabei weist die Kupplungsvorrichtung 19 ein erstes Kupplungselement K1, ein zweites Kupplungselement K2 und ein drittes Kupplungselement K3, sowie ein als Bremselement ausgebildetes Kupplungselement B1 auf. Die Transmissionsvorrichtung 21 ist mit einem ersten Planetengetriebe 23 und einem zweiten Planetengetriebe 25 ausgestattet. Das erste Planetengetriebe weist ein erstes Sonnenrad 27, einen ersten Planetenträger 29 und ein erstes Hohlrad 31 auf. Das zweite Planetengetriebe weist ein zweites Sonnenrad 33, einen zweiten Planetenträger 35 und ein zweites Hohlrad 37 auf.
  • Antriebstechnisch ist das Transmissionsvorrichtung 21 über ihr erstes Planetengetriebe 23 mit einer Getriebewelle 39 des Getriebes 9,9' verbunden. Dabei ist das erste Planetengetriebe 23 mit seinem ersten Planetenträger 29 an die Getriebewelle 39 antriebstechnisch angebunden.
  • Des Weiteren ist die Getriebewelle 39 mit einem ersten Abtrieb 41 ausgestattet, mit dem bspw. eine nicht gezeigte Vorderachse des ebenfalls nicht gezeigten Hybridfahrzeuges angetrieben werden kann. Dabei kann ein derartig erster Abtrieb 41 bspw. als Differenzialgetriebe ausgebildet sein.
  • Des Weiteren kann an der Getriebewelle 39 zusätzlich oder alternativ ein zweiter Abtrieb 43 angeordnet sein, wie bspw. in den 1B, 2B gezeigt. Dieser zweite Abtrieb 43 kann bspw. als ein weiteres Getriebe oder ein Mittendifferenzial ausgebildet sein, wobei mittels dieses zweiten Abtriebes 43 zumindest eine Hinterachse, die ebenfalls nicht gezeigt ist, angetrieben werden kann.
  • Alle in den 1A,B, 2A,B gezeigten Ausführungsformen weisen gemeinsam auf, dass die Getriebewelle 39 antriebstechnisch mit dem ersten Planetenträger 29 des ersten Planetengetriebes 23 verbunden ist. Des Weiteren ist das als Bremselement B1 ausgebildete vierte Kupplungselement B1 mit dem zweiten Planetenträger 35 des zweiten Planetengetriebes 25 antriebstechnisch verbunden. Ebenso ist das erste Zahnrad 13 antriebstechnisch mit dem ersten Hohlrad 31 des ersten Planetengetriebes 23 antriebstechnisch verbunden. Auch ist das dritte Kupplungselement K3 antriebstechnisch mit dem ersten Planetenträger 29 verbunden, sowie das zweite Zahnrad 15 mit dem ersten Zahnrad 13 antriebstechnisch verbunden sind. Des Weiteren ist das erste Kupplungselement K1 mit dem zweiten Kupplungselement K2 antriebstechnisch verbunden.
  • Zur Ausbildung eines fünf-gängigen Getriebes 9 mit einem Rückwärtsgang V-R,E-R, wie in den 1A,B,C gezeigt, ist das erste Sonnenrad 27 antriebstechnisch mit dem zweiten Sonnenrad 33 verbunden. Ebenso ist das Kupplungselement K1 mit den beiden Sonnenrädern 27, 33 antriebstechnisch verbunden, sowie das zweite Kupplungselement K2 mit dem zweiten Hohlrad 37 antriebstechnisch verbunden ist. Des Weiteren ist das dritte Kupplungselement K3 mit dem zweiten Hohlrad 37 antriebstechnisch verbunden.
  • Durch eine derartige Ausgestaltung der Transmissionsvorrichtung 21 und der Kupplungsvorrichtung 19 kann ein fünf-gängiges Getriebe 9 ausgebildet werden, das einen zusätzlichen Rückwärtsgang V-R,E-R aufweist. Dabei kann die Kupplungsvorrichtung 19 beziehungsweise die Transmissionsvorrichtung 21 die einzelnen Schaltzustände beziehungsweise Gänge V-R,V1,V2,V3,V4,V5, E-R,E1,E2,E3,E4,E5, wie in der Tabelle der 1C aufgeführt, einnehmen, wobei sich die Motorkupplung K0 und die Kupplungselemente K1, K2, K3, B1 der Kupplungsvorrichtung 19 in dem jeweils angegebenen Schaltungszustand befinden. Dabei ist es denkbar, dass ein jeweiliges Übersetzungsverhältnis i, wie in der Tabelle angegeben, eingestellt werden kann. Aus der Tabelle der 1C wird ersichtlich, dass die elektromotorischen Schaltzuständen E1,E2,E3,E4,E5,E-R gegenüber den verbrennungsmotorischen Schaltzustände V1,V2,V3,V4,V5,V-R hinsichtlich des Übersetzungsverhältnisses i um einen Faktor, in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel um einen rein beispielhaften Faktor 1,46, verschoben sind. Zudem zeigt eine Spalte der Tabelle einen Sprungfaktor φ, der derart ausgewählt ist, dass die einzelnen Übersetzungsverhältnisse i in einem ausgewogenen Verhältnis zueinander stehen.
  • Das Sechs-Gang-Getriebe 9', wie in den 2A,B,C gezeigt, unterscheidet sich in den nachfolgenden Punkten von dem Fünf-Gang-Getriebe 9 mit einem Rückwärtsgang V-R,E-R der 1A,B,C. Das erste Kupplungselement K1 ist mit dem ersten Sonnenrad 27 antriebstechnisch verbunden, sowie das erste Kupplungselement K1 mit dem zweiten Hohlrad 37 antriebstechnisch verbunden ist. Des Weiteren ist das zweite Kupplungselement K2 mit dem zweiten Sonnenrad 33 antriebstechnisch verbunden, sowie das dritte Kupplungselement K3 mit dem zweiten Sonnenrad 33 antriebstechnisch verbunden ist. Die beiden Sonnenräder sind in der Ausführungsform der 2A,B,C nicht miteinander verbunden.
  • Durch die derartige Schaltungsanordnung, wie in den 2A,B gezeigt, lassen sich sechs verbrennungsmotorische Schaltungszustände V1,V2,V3,V4,V5,V6 und sechs elektromotorische Schaltungszustände E1,E2,E3,E4,E5,E6 aufbauen, die die in der Tabelle der 2C gezeigten Übersetzungsverhältnisse i aufweisen können.
  • Dabei zeigt sich gemäß der Tabellen der 1C, 2C, dass die elektromotorischen Schaltzuständen E1,E2,E3,E4,E5,E-R gegenüber den verbrennungsmotorischen Schaltzustände V1,V2,V3,V4,V5,V-R hinsichtlich des Übersetzungsverhältnisses i um einen Faktor 1,46 verschoben sind, aber dass die die Schaltzustände V1,V2,V3,V4,V5,V6,V-R, E1,E2,E3,E4,E5,E6,ER für den elektromotorischen Betrieb sowie für den verbrennungsmotorischen Betrieb hinsichtlich der Kupplungselemente K1, K2, K3, B1 und der Motorkupplung K0 gleich ausgebildet sind.
  • Die verbrennungsmotorischen Schaltzustände V1,V2,V3,V4,V5,V6',V-R, wie in den Tabellen der 1C,2C gezeigt, können im Falle des Zuschaltens des Elektromotors auch als hybride Schaltzustände ausgebildet sein, wobei in diesem Fall die Schaltungszustände der einzelnen Kupplungselemente K0, K1, K2,K3,B1 und die zugehörigen Übersetzungsverhältnisse i gemäß der Tabelle der 1C, 2C ausgebildet sind. Für den hybridischen Fall gelten die Übersetzungsverhältnisse der verbrennungsmotorischen Schaltzustände.
  • Aus den Tabellen der 1C,2C unter Zusammenschau mit den zugehörigen 1A,B, 2A,B lassen sich auch die Schaltzustände V1,V2,V3,V4,V5,V6,V-R, E1,E2,E3,E4,E5,E6,E-R ermitteln, bei dem das erste Zahnrad 13 und das zweite Zahnrad 15 Antriebs- und/oder Bremsenergie auf die Transmissionsvorrichtung 21 übertragen. Aus den Tabellen der 1C, 2C und den zugehörigen 1A,B, 2A,B lässt sich ermitteln, dass bei allen in den Tabellen angegebenen Schaltungszuständen das erste Zahnrad 13 und das zweite Zahnrad 15 Antriebs- und/oder Bremsenergie auf die Transmissionsvorrichtung 21 übertragen.

Claims (10)

  1. Getriebe für einen einen Verbrennungsmotor (3) und einen Elektromotor (5) aufweisenden Antriebsstrang (7) eines Hybridantriebs (1), mit einer ein erstes Planetengetriebe (23) und ein zweites Planetengetriebe (25) aufweisenden Transmissionsvorrichtung (21) und einer mehrere Kupplungselemente (K1, K2, K3, B1) aufweisenden Kupplungsvorrichtung (19), wobei mittels der Kupplungsvorrichtung (19) das Übersetzungsverhältnis (i) der Transmissionsvorrichtung (21) geschaltet wird, die antriebstechnisch mit einer Getriebewelle (39) des Getriebes (9,9') verbunden ist, wobei das Getriebe (9,9') ein erstes Zahnrad (13) aufweist, das über eine Antriebswelle (11) fest mit einem zweiten Zahnrad (15) verbunden ist, wobei die beiden Zahnräder (13,15) abhängig vom jeweiligen Betriebszustand des Hybridantriebs (1) von dem Verbrennungsmotor (3) und/oder dem Elektromotor (5) mit Antriebs- und/oder Bremsenergie beaufschlagt werden, und wobei die beiden Zahnräder (13,15) die Antriebs- und/oder Bremsenergie in Abhängigkeit vom Schaltzustand (V1, V2, V3, V4, V5, V6, V-R, E1, E2, E3, E4, E5, E6, E-R) der Kupplungsvorrichtung (19) auf die Transmissionsvorrichtung (21) übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass - die Getriebewelle (39) mit einem ersten Planetenträger (29) des ersten Planetengetriebes (23), - ein erstes Sonnenrad (27) des ersten Planetengetriebes (23) mit einem zweiten Sonnenrad (33) des zweiten Planetengetriebes (25), - das erste Zahnrad (13) mit einem ersten Hohlrad (31) des ersten Planetengetriebes (23), - ein erstes Kupplungselement (K1) mit den beiden Sonnenrädern (27,33) der beiden Planetengetriebe (23,24), - ein zweites Kupplungselement (K2) mit dem ersten Kupplungselement (K1), - das zweite Kupplungselement (K2) mit einem zweiten Hohlrad (37) des zweiten Planetengetriebes (24), und - das zweite Zahnrad (15) mit dem zweiten Kupplungselement (K2) jeweils antriebstechnisch miteinander wirkverbunden sind, wobei das erste Kupplungselement (K1) und das zweite Kupplungselement (K2) jeweils einen gekuppelten oder einen entkuppelten Schaltungszustand annehmen können.
  2. Getriebe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (5) über das erste Zahnrad (13) mit der Antriebswelle (11) in antriebstechnischer Wirkverbindung steht.
  3. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Anordnung des Elektromotors (5) ausgewählt aus folgender Gruppe ausgebildet ist: eine Anordnung des Elektromotors (5) im Antriebsstrang (7) zwischen der Transmissionsvorrichtung (21) und der Antriebswelle (11), eine Anordnung des Elektromotors (5) im Antriebsstrang (7) von der Antriebswelle (11) kommend nach der Transmissionsvorrichtung (21), eine zur Antriebswelle (11) achsparallele Anordnung des Elektromotors (5), wobei der Elektromotor (5) antriebstechnisch direkt an das erste Zahnrad (13) angebunden ist.
  4. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Schaltzustand (V1, V2, V3, V4, V5, V6, V-R, E1, E2, E3, E4, E5, E6, E-R) vorgesehen ist, bei dem das erste Zahnrad (13) und das zweite Zahnrad (15) Antriebs- und/oder Bremsenergie auf die Transmissionsvorrichtung (21) überträgt.
  5. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (9,9') sechs Schaltzustände (V1, V2, V3, V4, V5, V6, V-R, E1, E2, E3, E4, E5, E6, E-R) aufweist, die sowohl elektromotorisch als auch verbrennungsmotorisch, sowie hybridisch betrieben werden können, wobei einer der Schaltzustände (V-R, E-R) als Rückwärtsgang (V-R, E-R) ausgebildet sein kann.
  6. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die sechs Schaltzustände (V1, V2, V3, V4, V5, V6, V-R, E1, E2, E3, E4, E5, E6, E-R) unabhängig vom Betriebszustand durch den jeweils gleichen Schaltzustand (V1, V2, V3, V4, V5, V6, V-R, E1, E2, E3, E4, E5, E6, E-R) ausgebildet werden.
  7. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsvorrichtung (19) ein erstes Kupplungselement (K1), ein zweites Kupplungselement (K2), ein drittes Kupplungselement (K3) und ein viertes Kupplungselement (B1) aufweist, wobei das vierte Kupplungselement (B1), mit dem Gehäuse verbunden, als Bremselement (B1) ausgebildet sein kann.
  8. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine antriebstechnische Wirkverbindung ausgewählt aus folgender Gruppe ausgebildet ist: eine antriebstechnische Wirkverbindung des vierten Kupplungselementes (B1) mit einem zweiten Planetenträger (35) des zweiten Planetengetriebes (25), eine antriebstechnische Wirkverbindung des dritten Kupplungselementes (K3) mit dem ersten Planetenträger (29).
  9. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine antriebstechnische Wirkverbindung des dritten Kupplungselementes (K3) mit dem zweiten Hohlrad (37) des zweiten Planetengetriebes (25) ausgebildet ist.
  10. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine antriebstechnische Wirkverbindung ausgewählt aus folgender Gruppe ausgebildet ist: eine antriebstechnische Wirkverbindung des zweiten Kupplungselementes (K2) mit einem zweiten Sonnenrad (37) des zweiten Planetengetriebes (25), eine antriebstechnische Wirkverbindung des dritten Kupplungselementes (K3) mit dem zweiten Sonnenrad (33) des zweiten Planetengetriebes (24).
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