DE102015204572A1 - Multi-speed transmission for a hybrid drive of a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Mehrstufengetriebe für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs, das eine erste Antriebswelle zum Ankoppeln an einen Verbrennungsmotor, eine zweite Antriebswelle zum Ankoppeln an einen Elektromotor, eine Abtriebswelle, wenigstens drei Planetenradsätze sowie mehrere Schaltelemente aufweist. Die Abtriebswelle ist mit einem ersten Planetenradsatz und mit einem zweiten Planetenradsatz und mit einem dritten Planetenradsatz drehfest verbunden. Dabei ist die erste Antriebswelle mittels eines ersten Schaltelements mit einer ersten Getriebewelle drehfest verbindbar, wobei die erste Getriebewelle mit einem zweiten Planetenradsatz und einem dritten Planetenradsatz drehfest verbunden ist. Die zweite Antriebswelle ist mit dem zweiten Planetenradsatz drehfest verbunden und der dritte Planetenradsatz ist mit einer zweiten Getriebewelle drehfest verbunden. Dabei ist der erste Planetenradsatz mit einer dritten Getriebewelle drehfest verbunden und die zweite Getriebewelle ist mittels eines zweiten Schaltelements mit der dritten Getriebewelle drehfest verbindbar. Die dritte Getriebewelle ist mittels ist eines dritten Schaltelements mit der zweiten Antriebswelle drehfest verbindbar.The invention relates to a multi-speed transmission for a hybrid drive of a motor vehicle having a first drive shaft for coupling to an internal combustion engine, a second drive shaft for coupling to an electric motor, an output shaft, at least three planetary gear sets and a plurality of switching elements. The output shaft is rotatably connected to a first planetary gear and a second planetary gear and a third planetary gear set. In this case, the first drive shaft by means of a first switching element with a first transmission shaft rotatably connected, wherein the first transmission shaft is rotatably connected to a second planetary gear set and a third planetary gear set. The second drive shaft is rotatably connected to the second planetary gear set and the third planetary gear set is rotatably connected to a second transmission shaft. In this case, the first planetary gear set is rotatably connected to a third transmission shaft and the second transmission shaft is rotatably connected by means of a second switching element with the third transmission shaft. The third gear shaft is rotatably connected by means of a third switching element with the second drive shaft.
Description
Die Erfindung betrifft ein Mehrstufengetriebe für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs, das eine erste Antriebswelle zum Ankoppeln an einen Verbrennungsmotor, eine zweite Antriebswelle zum Ankoppeln an einen Elektromotor, eine Abtriebswelle, wenigstens drei Planetenradsätze sowie mehrere Schaltelemente aufweist. The invention relates to a multi-speed transmission for a hybrid drive of a motor vehicle having a first drive shaft for coupling to an internal combustion engine, a second drive shaft for coupling to an electric motor, an output shaft, at least three planetary gear sets and a plurality of switching elements.
Die Erfindung betrifft außerdem einen Hybridantrieb für ein Kraftfahrzeug mit einem Mehrstufengetriebe sowie ein Kraftfahrzeug mit einem Mehrstufengetriebe oder einem Hybridantrieb. The invention also relates to a hybrid drive for a motor vehicle with a multi-speed transmission and a motor vehicle with a multi-speed transmission or a hybrid drive.
Aus
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Mehrstufengetriebe anzugeben. It is an object of the present invention to provide an improved multistage transmission.
Diese Aufgabe wird durch ein Mehrstufengetriebe der eingangs genannten Art gelöst, dass dadurch gekennzeichnet ist, dass die Abtriebswelle mit einem ersten Planetenradsatz und mit einem zweiten Planetenradsatz und mit einem dritten Planetenradsatz drehfest verbunden ist und dass die erste Antriebswelle mittels eines ersten Schaltelements mit einer ersten Getriebewelle drehfest verbindbar ist, wobei die erste Getriebewelle mit einem zweiten Planetenradsatz und einem dritten Planetenradsatz drehfest verbunden ist und dass die zweite Antriebswelle mit dem zweiten Planetenradsatz drehfest verbunden ist und dass der dritte Planetenradsatz mit einer zweiten Getriebewelle drehfest verbunden ist und dass der erste Planetenradsatz mit einer dritten Getriebewelle drehfest verbunden ist und dass die zweite Getriebewelle mittels eines zweiten Schaltelements mit der dritten Getriebewelle drehfest verbindbar ist und dass die dritte Getriebewelle mittels eines dritten Schaltelements mit der zweiten Antriebswelle drehfest verbindbar ist. This object is achieved by a multi-speed transmission of the type mentioned above, which is characterized in that the output shaft is rotatably connected to a first planetary gear and a second planetary gear and a third planetary gear and that the first drive shaft by means of a first switching element with a first transmission shaft rotatably connected, wherein the first transmission shaft is rotatably connected to a second planetary gear set and a third planetary gear and that the second drive shaft is rotatably connected to the second planetary gear and that the third planetary gear is rotatably connected to a second transmission shaft and that the first planetary gear set with a third transmission shaft is rotatably connected and that the second transmission shaft by means of a second switching element with the third transmission shaft is rotatably connected and that the third transmission shaft by means of a third switching element with the second Drive shaft rotatably connected.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass das erfindungsgemäße, insbesondere lastschaltbare, Mehrstufengetriebe mit einer geringen Anzahl von Schaltelementen und Planetenradsätzen auskommt, so dass der Herstellungsaufwand vergleichsweise gering ist. Dennoch bietet das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe eine gute Übersetzungsreihe, einen guten Wirkungsgrad, wobei insbesondere Schlepp- und Verzahnungsverluste, sowie die Bauteilbelastung reduziert sind. Außerdem kann das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe in vorteilhafter Weise sehr kompakt und daher auch bauraumsparend ausgeführt sein. The invention has the advantage that the inventive, in particular power shiftable, multi-speed transmission with a small number of switching elements and planetary gear sets, so that the manufacturing cost is relatively low. Nevertheless, the multi-speed transmission according to the invention provides a good series of translations, good efficiency, in particular drag and gear losses, as well as the component load are reduced. In addition, the multi-speed transmission according to the invention can advantageously be very compact and therefore also designed to save space.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch das Mehrstufengetriebe, insbesondere aufgrund der Ausbildung der Planetenradsätze, wenigstens ein elektrischer Vorwärtsgang mit hoher Übersetzung bereitgestellt werden kann. Dadurch kann eine ähnlich hohe Zugkraft wie bei einem rein verbrennungsmotorischen Betrieb realisiert werden. Dies bietet den Vorteil, dass der Elektromotor kostengünstig ausgelegt werden kann, da durch diesen kein hohes Drehmoment bereitgestellt werden muss. Außerdem sind die elektrischen Vorwärtsgänge gut gestuft. Another advantage of the invention is that at least one high-speed electrical forward gear can be provided by the multi-stage transmission, in particular due to the formation of the planetary gear sets. This allows a similar high tensile force as in a purely internal combustion engine operation can be realized. This offers the advantage that the electric motor can be designed cost-effectively, since by this no high torque must be provided. In addition, the electric forward gears are well graded.
Darüber hinaus besteht ein Vorteil der Erfindung darin, dass im Hybridbetrieb des Mehrstufengetriebes für den Elektromotor in jedem Gang günstige Drehzahlverhältnisse herrschen, so dass Hybridfunktionen, wie Boosten, Rekuperieren oder eine Lastpunktverschiebung möglich sind. In addition, there is an advantage of the invention is that prevail in the hybrid operation of the multi-speed transmission for the electric motor in each gear favorable speed ratios, so that hybrid functions, such as boosting, Rekuperieren or a load point shift are possible.
Bei einer besonderen Ausführung ist das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes mit einem Gehäuse, insbesondere einem ortsfesten und/oder nicht drehbarem Gehäuse des Mehrstufengetriebes, drehfest verbunden und/oder der Steg des ersten Planetenradsatzes ist mit der dritten Welle drehfest verbunden. Die zweite Antriebswelle ist mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden und/oder der Steg des zweiten Planetenradsatzes ist mit der ersten Getriebewelle drehfest verbunden. Das Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes ist mit der ersten Getriebewelle drehfest verbunden und/oder das Hohlrad des dritten Planetenradsatzes ist mit der zweiten Getriebewelle drehfest verbunden. In a particular embodiment, the sun gear of the first planetary gear is rotatably connected to a housing, in particular a stationary and / or non-rotatable housing of the multi-speed transmission, and / or the web of the first planetary gear is rotatably connected to the third shaft. The second drive shaft is rotatably connected to the sun gear of the second planetary gear set and / or the web of the second planetary gear set is rotatably connected to the first transmission shaft. The sun gear of the third planetary gear set is rotatably connected to the first transmission shaft and / or the ring gear of the third planetary gear set is rotatably connected to the second transmission shaft.
Darüber hinaus ist die Abtriebswelle mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden und/oder ist die Abtriebswelle mit dem Steg des dritten Planetenradsatzes drehfest verbunden. Alternativ oder zusätzlich ist die Abtriebswelle mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes drehfest verbunden. Eine derartige Ankopplung der Abtriebswelle mit dem ersten, zweiten und dritten Planetenradsatz bietet den Vorteil, dass eine kompakte Bauweise des Mehrstufengetriebes möglich ist, wobei insbesondere die Anzahl der verwendeten Bauteile gering ist. In addition, the output shaft is rotatably connected to the ring gear of the second planetary gear set and / or the output shaft is rotatably connected to the web of the third planetary gear set. Alternatively or additionally, the output shaft with the ring gear of the first planetary gear set rotatably connected. Such a coupling of the output shaft with the first, second and third planetary gear set offers the advantage that a compact design of the multi-speed transmission is possible, in particular, the number of components used is low.
Die erste Antriebswelle ist mittels eines vierten Schaltelements mit der zweiten Antriebswelle drehfest verbindbar. Alternativ oder zusätzlich ist die zweite Getriebewelle mittels eines fünften Schaltelements mit einem Gehäuse drehfest verbindbar sein. Im Ergebnis wird ein Mehrstufengetriebe bereitgestellt, das einfach aufgebaut ist. The first drive shaft is rotatably connected by means of a fourth switching element with the second drive shaft. Alternatively or additionally, the second transmission shaft by means of a fifth switching element with a housing rotatably connected. As a result, a multi-stage transmission which is simple in construction is provided.
Im Sinne der Erfindung wird als eine drehfeste Verbindung eine Verbindung zwischen zwei Bauteilen verstanden, die derart ausgebildet ist, dass die beiden miteinander verbundenen Bauteile stets die gleiche Drehzahl aufweisen. Dies ist nur möglich, wenn beispielsweise zwischen den beiden miteinander verbundenen Bauteilen kein Schaltelement angeordnet ist, da ansonsten im geöffneten Zustand des Schaltelements sich die Drehzahlen der beiden Bauteile voneinander unterscheiden können. Zudem wird im Sinne der Erfindung eine Verbindung zwischen zwei Bauteilen als „drehfest verbindbar“ bezeichnet, wenn zwischen den beiden miteinander zu verbindenden Bauteilen ein Schaltelement angeordnet ist. For the purposes of the invention is understood as a rotationally fixed connection is a connection between two components, which is designed such that the two interconnected components always have the same speed. This is only possible if, for example, no switching element is arranged between the two interconnected components, since otherwise the rotational speeds of the two components may differ from one another in the opened state of the switching element. In addition, for the purposes of the invention, a connection between two components is referred to as "rotatably connectable" when a switching element is arranged between the two components to be joined together.
Bei einer besonderen Ausführung können die Schaltelemente lastfrei zu schaltende und/oder nicht reibschlüssig arbeitende Schaltelemente sein. Natürlich kann auch vorgesehen sein, dass nicht sämtliche der Schaltelemente lastfrei zu schaltende und/oder nicht reibschlüssig arbeitende Schaltelemente sind. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass wenigstens ein Schaltelement als ein Lastschaltelement ausgeführt ist und/oder wenigstens ein Schaltelement als ein formschlüssig arbeitendes Schaltelement, insbesondere als eine Klaue oder dergleichen, ausgeführt ist. Dabei kann wenigstens ein Schaltelement eine, insbesondere lastfrei zu schaltende, Kupplung oder Bremse sein. In a particular embodiment, the switching elements can be load-free to be switched and / or non-frictionally operating switching elements. Of course, it can also be provided that not all of the switching elements are load-free to be switched and / or non-frictionally operating switching elements. In particular, it may be advantageously provided that at least one switching element is designed as a load switching element and / or at least one switching element is designed as a form-fitting operating switching element, in particular as a claw or the like. In this case, at least one switching element can be a, in particular load-free, clutch or brake.
Ein lastfreies Schalten hat den besonderen Vorteil der weitgehenden Vermeidung von Schleppverlusten. Dabei kann ein lastfreies Schalten in dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe auf unterschiedliche Weise realisiert sein. Bei einer sogenannten abtriebsgestützten Schaltung ist der Elektromotor mit einer festen Übersetzung zum Abtrieb hin angekoppelt und stützt die Zugkraft allein elektromotorisch, während der Verbrennungsmotor im Hintergrund eine lastfreie Schaltung ausführt. Bei einer sogenannten elektrodynamischen Schaltung wird ein angekoppelter Elektromotor und/oder ein angekoppelter Verbrennungsmotor für einen Schaltvorgang, zumindest vorübergehend, derart gesteuert, dass ein zur Ausführung des Schaltvorgangs zu betätigendes Schaltelement lastfrei wird. Eine elektrodynamische Schaltung hat den ganz besonderen Vorteil, dass auch während des Schaltvorgangs sehr gute Fahrleistungen möglich sind. Insoweit kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass eine Steuerungsvorrichtung einen angekoppelten Elektromotor und/oder einen angekoppelten Verbrennungsmotor für einen Schaltvorgang, zumindest vorübergehend, derart steuert, dass ein zur Ausführung des Schaltvorgangs zu betätigendes Schaltelement lastfrei wird. A load-free switching has the particular advantage of largely avoiding drag losses. In this case, a load-free switching in the multi-speed transmission according to the invention can be realized in different ways. In a so-called output-driven circuit, the electric motor is coupled with a fixed ratio to the output and supports the traction alone electromotive, while the internal combustion engine performs a no-load circuit in the background. In a so-called electrodynamic circuit, a coupled electric motor and / or a coupled internal combustion engine for a switching operation, at least temporarily, controlled such that a to be operated to perform the switching operation switching element is load-free. An electro-dynamic circuit has the very special advantage that very good performance is possible even during the switching process. In that regard, it can be advantageously provided that a control device controls a coupled electric motor and / or a coupled internal combustion engine for a switching operation, at least temporarily, such that a switching element to be actuated for carrying out the switching operation becomes load-free.
Das Mehrstufengetriebe kann in der Weise ausgeführt sein, dass es wenigstens drei, insbesondere genau drei, elektrische Vorwärtsgänge für einen elektrischen Fahrbetrieb aufweist und/oder dass es wenigstens sechs, insbesondere genau sechs Verbrennungsmotor-Vorwärtsgänge für einen Fahrbetrieb mit Verbrennungsmotor oder für einen Fahrbetrieb mit Verbrennungsmotor und Elektromotor aufweist. Dabei kann wenigstens einer der Vorwärtsgänge durch unterschiedliche Kombinationen von Schaltzuständen realisiert werden. Das Mehrstufengetriebe kann alternativ oder zusätzlich in der Weise ausgeführt sein, dass über ein oder mehrere der Planetenradsätze eine Drehzahlüberlagerung von Verbrennungsmotordrehzahl und Elektromotordrehzahl und der Abtriebswellendrehzahl stattfindet, so dass ein Anfahren aus dem Stillstand bei laufendem Verbrennungsmotor möglich ist, wobei der Elektromotor ein Drehmoment abstützt. Im Ergebnis kann somit mit dem Mehrstufengetriebe ein rein elektrischer Fahrbetrieb oder ein rein verbrennungsmotorischer Fahrbetrieb oder ein Hybridbetrieb mit Verbrennungsmotor und Elektromotor realisiert werden. The multistage transmission may be designed such that it has at least three, in particular exactly three, electrical forward gears for an electric driving operation and / or that there are at least six, in particular exactly six, internal combustion engine forward gears for an internal combustion engine driving or for an internal combustion engine driving operation and having electric motor. In this case, at least one of the forward gears can be realized by different combinations of switching states. The multistage transmission may alternatively or additionally be designed in such a way that via one or more of the planetary gear sets a rotational speed superposition of engine speed and electric motor speed and the output shaft speed takes place, so that a start from standstill with the internal combustion engine is possible, wherein the electric motor supports a torque. As a result, a purely electric driving operation or a purely internal combustion engine driving operation or a hybrid operation with internal combustion engine and electric motor can thus be realized with the multi-speed transmission.
Bei einer besonderen Ausführung kann ein erster elektrischer Vorwärtsgang durch Schließen des fünften Schaltelements eingestellt werden, wobei die übrigen Schaltelemente geöffnet sind. Aus dem ersten elektrischen Vorwärtsgang kann ein Verbrennungsmotor-Zustart in einen ersten Verbrennungsmotor-Vorwärtsgang durch Schließen des vierten Schaltelements realisiert werden. Ein Verbrennungsmotor-Zustart in den zweiten Verbrennungsmotor-Vorwärtsgang kann durch Schließen des ersten Schaltelements realisiert werden. Ein Umschalten von dem ersten elektrischen Vorwärtsgang in einen zweiten elektrischen Vorwärtsgang kann durch Öffnen des fünften Schaltelements und durch Schließen des zweiten Schaltelements realisiert werden. In a particular embodiment, a first electrical forward gear can be adjusted by closing the fifth switching element, wherein the remaining switching elements are opened. From the first electrical forward gear, an engine startup can be realized in a first engine forward gear by closing the fourth shift element. An engine assist in the second engine forward speed may be realized by closing the first shift element. Switching from the first forward electric gear to a second forward electric gear can be realized by opening the fifth shifting element and closing the second shifting element.
Ein zweiter elektrischer Vorwärtsgang kann durch Schließen des zweiten Schaltelements eingestellt werden, wobei die übrigen Schaltelemente geöffnet sind. Aus dem zweiten elektrischen Vorwärtsgang kann ein Verbrennungsmotor-Zustart in einen zweiten Verbrennungsmotor-Vorwärtsgang durch Schließen des vierten Schaltelements realisiert werden. Ein Verbrennungsmotor-Zustart in einen dritten Verbrennungsmotor-Vorwärtsgang kann durch Schließen des ersten Schaltelements realisiert werden. Ein Umschalten in einen dritten elektrischen Vorwärtsgang kann durch Öffnen des zweiten Schaltelements und durch Schließen des dritten Schaltelements realisiert werden. A second electrical forward gear can be adjusted by closing the second switching element, wherein the remaining switching elements are opened. From the second forward electric gear, an engine assist in a second engine forward speed can be realized by closing the fourth shift element. An internal combustion engine assist in a third internal combustion engine forward gear can be realized by closing the first switching element. Switching to a third electrical forward gear can be realized by opening the second switching element and closing the third switching element.
Ein Einstellen des dritten elektrischen Vorwärtsgangs erfolgt durch Schließen des dritten Schaltelements, wobei die übrigen Schaltelemente geöffnet sind. Aus dem dritten elektrischen Vorwärtsgang kann ein Verbrennungsmotor-Zustart in einen fünften Verbrennungsmotor-Vorwärtsgang durch Schließen des ersten Schaltelements realisiert werden. Alternativ kann ein Verbrennungsmotor-Zustart in einen sechsten Verbrennungsmotor-Vorwärtsgang durch Schließen des vierten Schaltelements realisiert werden. Setting of the third electrical forward speed is effected by closing the third switching element, wherein the remaining switching elements are opened. From the third electric forward gear, an engine assist in a fifth engine forward speed can be realized by closing the first shift element. Alternatively, an engine assist may be realized in a sixth engine forward speed by closing the fourth shift element.
Natürlich ist auch ein Verbrennungsmotor-Zustart aus einem elektrischen Vorwärtsgang in einen Verbrennungsmotor-Vorwärtsgang möglich, bei dem wenigstens zwei Schaltelemente geschlossen werden und wenigstens ein Schaltelement geöffnet wird. Dies erfolgt beispielsweise wenn aus dem ersten elektrischen Vorwärtsgang ein Verbrennungsmotor-Zustart in den dritten Verbrennungsmotor-Vorwärtsgang erfolgt. In diesem Fall wird das fünfte Schaltelement geöffnet und das erste und zweite Schaltelement geschlossen. Of course, an engine-Zustart from an electrical forward gear in an internal combustion engine forward gear is possible in which at least two switching elements are closed and at least one switching element is opened. This is done, for example, when the first electrical forward gear, an engine-Zustart takes place in the third engine forward gear. In this case, the fifth switching element is opened and the first and second switching elements are closed.
Dabei kann ein Umschalten von dem elektrischen Vorwärtsgang in den Verbrennungsmotor-Vorwärtsgang, bei dem ein einziges Schaltelement geschlossen wird, lastfrei an dem zu schließenden Schaltelement realisiert werden. Dies bietet den Vorteil, dass die Schaltelemente entlastet werden. Dagegen kann ein Umschalten von einem elektrischen Vorwärtsgang in einen Verbrennungsmotor-Vorwärtsgang in Fällen, bei denen wenigstens zwei Schaltelemente geschlossen und wenigstens ein Schaltelement geöffnet wird, unter Last, insbesondere Reiblast, an den zu schließenden Schaltelementen erfolgen. In this case, a switchover from the electrical forward gear in the engine forward gear, in which a single switching element is closed, be realized without load on the switching element to be closed. This offers the advantage that the switching elements are relieved. In contrast, switching from an electrical forward gear to an engine forward gear in cases where at least two switching elements are closed and at least one switching element is opened, under load, in particular friction, take place at the switching elements to be closed.
Im Sinne der Erfindung werden bei einem lastfreien Zuschalten die beiden Schaltelementteile zur Synchronisierung der Drehzahl miteinander verbunden, ohne dass ein signifikantes Drehmoment über die verbundenen Schaltelementteile übertragen wird. Dagegen wird bei einem Schalten unter Last neben der Synchronisierung der Drehzahl ein signifikantes Drehmoment über die verbundenen Schaltelementteile übertragen. For the purposes of the invention, the two switching element parts are connected to each other for synchronizing the rotational speed with a load-free connection without a significant torque is transmitted via the connected switching element parts. In contrast, when switching under load in addition to the synchronization of the rotational speed, a significant torque is transmitted via the connected switching element parts.
Eine Drehrichtung des Elektromotors, insbesondere eines Rotor des Elektromotors, kann in einem, insbesondere ersten oder zweiten oder dritten, elektrischen Rückwärtsgang entgegengesetzt zu der Drehrichtung des Elektromotors in dem, insbesondere ersten oder zweiten oder dritten, elektrischen Vorwärtsgang sein. Dies bedeutet, dass in einem Vorwärtsbetrieb des Mehrstufengetriebes der Elektromotor in eine andere Richtung dreht als in einem Rückwärtsbetrieb des Mehrstufengetriebes. Daher besteht keine Notwendigkeit für das Vorsehen eines mechanischen Rückwärtsgangs, wodurch sich der Aufbau des Mehrstufengetriebes vereinfacht. A direction of rotation of the electric motor, in particular a rotor of the electric motor, may be in one, in particular first or second or third, electrical reverse gear opposite to the direction of rotation of the electric motor in the, in particular first or second or third, electrical forward gear. This means that in a forward operation of the multi-speed transmission, the electric motor rotates in a different direction than in a reverse operation of the multi-speed transmission. Therefore, there is no need for the provision of a mechanical reverse gear, which simplifies the structure of the multi-speed transmission.
Der Elektromotor kann auf unterschiedlichste Weise angekoppelt sein. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Elektromotor mit der zweiten Antriebswelle wirkverbunden ist oder wirkverbindbar ist. Für den Fall, dass der Elektromotor mit der zweiten Antriebswelle wirkverbunden ist, sind keine Schaltelemente zwischen dem Elektromotor und dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes angeordnet, so dass ein Drehmoment des Elektromotors unmittelbar auf das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes übertragen wird. The electric motor can be coupled in many different ways. In particular, it can be advantageously provided that the electric motor is operatively connected to the second drive shaft or is operatively connectable. In the event that the electric motor is operatively connected to the second drive shaft, no switching elements between the electric motor and the sun gear of the second planetary gear set are arranged so that a torque of the electric motor is transmitted directly to the sun gear of the second planetary gear set.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die zweite Antriebswelle wenigstens teilweise Bestandteil des Elektromotors ist. Dies beispielsweise dadurch, dass sie unmittelbar mit dem Rotor des Elektromotors verbunden oder verbindbar ist. Beispielsweise um eine günstige Auslegung des Elektromotors hinsichtlich Drehzahl und Drehmoment zu erreichen, kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Elektromotor über ein Vorübersetzungsgetriebe an die zweite Antriebswelle angekoppelt ist oder ankoppelbar ist. Insbesondere kann das Vorübersetzungsgetriebe als weiterer Planetenradsatz ausgebildet sein. Von besonderem Vorteil ist es, wenn das Vorübersetzungsgetriebe derart ausgelegt ist, dass der Elektromotor mit höheren Drehzahlen betrieben werden kann, so dass er ein geringeres Drehmoment aufzubringen braucht. Alternatively it can be provided that the second drive shaft is at least partially part of the electric motor. This, for example, by being directly connected or connectable to the rotor of the electric motor. For example, to achieve a favorable design of the electric motor in terms of speed and torque, can be advantageously provided that the electric motor is coupled via a pre-gearbox to the second drive shaft or can be coupled. In particular, the pre-gearbox can be designed as a further planetary gear. It is particularly advantageous if the pre-gear transmission is designed such that the electric motor can be operated at higher rotational speeds, so that it needs to apply a lower torque.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung ist der Elektromotor in einem Gehäuse, insbesondere einem Gehäuse des Mehrstufengetriebes, angeordnet. Insbesondere bei einer solchen Ausführung kann der Elektromotor vorteilhaft koaxial, insbesondere zur zweiten Antriebswelle, angeordnet sein. Alternativ ist es auch möglich, dass der Elektromotor achsparallel angeordnet und beispielsweise über ein Zugmitteltrieb oder eine Stirnradübersetzung und/oder eine Kegelradgetriebe triebtechnisch angekoppelt ist. In a particularly advantageous embodiment, the electric motor is arranged in a housing, in particular a housing of the multistage transmission. In particular, in such an embodiment, the electric motor can be advantageously arranged coaxially, in particular to the second drive shaft. Alternatively, it is also possible for the electric motor to be arranged axially parallel and to be coupled by means of a drive mechanism, for example via a traction mechanism drive or a spur gear transmission and / or a bevel gear mechanism.
Bei einer besonderen Ausführung kann vorgesehen sein, dass auf wenigstens einer der Wellen des beschriebenen Mehrstufengetriebes ein Freilauf zum Gehäuse oder zu einer anderen der Wellen angeordnet ist. In a particular embodiment can be provided that on at least one of the shafts of the multi-speed transmission described a freewheel to the housing or to another of the waves is arranged.
In vorteilhafter Weise können die Planetenradsätze axial betrachtet in Kraftflussrichtung antriebsseitig, insbesondere verbrennungsmotor-antriebsseitig, im Zugbetrieb eines an die erste Antriebswelle angekoppelten Verbrennungsmotors in der Reihenfolge: erster Planetenradsatz, zweiter Planetenradsatz, dritter Planetenradsatz oder alternativ in der Reihenfolge: dritter Planetenradsatz, zweiter Planetenradsatz, erster Planetenradsatz angeordnet sein. Die Betrachtung erfolgt somit ausgehend von der Antriebsseite, insbesondere ausgehend von dem Verbrennungsmotor, in Kraftflussrichtung. In an advantageous manner, the planetary gear sets can be viewed axially in the direction of flow of power on the drive side, in particular on the drive motor side, in traction mode to the first drive train Drive shaft coupled combustion engine in the order: first planetary gear set, second planetary gear set, third planetary gear set or alternatively in the order: third planetary gear set, second planetary gear set, first planetary gear be arranged. The consideration is thus based on the drive side, in particular starting from the internal combustion engine, in the direction of force flow.
Das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe kann insbesondere vorteilhaft in der Weise ausgestaltet sein, dass speziell für die Erfordernisse eines Wagens geeignete Übersetzungen bereitgestellt sind. Darüber hinaus bietet das erfindungsgemäße Mehrstufengetriebe den besonderen Vorteil, dass es auf einfache Weise für unterschiedliche Triebstrangausgestaltungen, sowohl hinsichtlich der Kraftflussrichtung, als auch hinsichtlich der räumlichen Anordnung angepasst werden kann. Das Mehrstufengetriebe kann beispielsweise in Front-Quer-Bauweise oder in Heck-Quer-Bauweise oder beispielsweise in koaxialer Bauweise ausgeführt sein. The multistage transmission according to the invention can be particularly advantageously designed in such a way that suitable translations are provided specifically for the requirements of a car. In addition, the multi-speed transmission according to the invention offers the particular advantage that it can be adapted in a simple manner for different drive train configurations, both with regard to the force flow direction, as well as with respect to the spatial arrangement. The multi-speed transmission can be designed, for example, in front-transverse construction or in rear-transverse construction or, for example, in coaxial design.
Von besonderem Vorteil ist ein Hybridantrieb für ein Kraftfahrzeug, der ein erfindungsgemäßes Mehrstufengetriebe aufweist, wobei an die erste Antriebswelle ein Verbrennungsmotor und an die zweite Antriebswelle ein Elektromotor angekoppelt ist. Darüber hinaus ist ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe und/oder mit einem solchen Hybridantrieb von besonderem Vorteil. Of particular advantage is a hybrid drive for a motor vehicle having a multi-speed transmission according to the invention, wherein an internal combustion engine is coupled to the first drive shaft and an electric motor is coupled to the second drive shaft. In addition, a motor vehicle with a multi-speed transmission according to the invention and / or with such a hybrid drive is of particular advantage.
Der Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs ist mit dem Mehrstufengetriebe, insbesondere der ersten Antriebswelle, drehfest verbunden. Dies bedeutet, dass kein Trennelement, insbesondere keine Trennkupplung, zwischen dem Motor und dem Getriebe vorhanden ist, was aus Kostengesichtspunkten vorteilhaft ist. The internal combustion engine of the motor vehicle is rotatably connected to the multistage transmission, in particular the first drive shaft. This means that no separating element, in particular no separating clutch, is present between the engine and the transmission, which is advantageous from a cost point of view.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielhaft und schematisch dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben, wobei gleiche oder gleichwertige Elemente zumeist mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen: In the drawing, the subject invention is exemplified and shown schematically and will be described with reference to the figures below, wherein the same or equivalent elements are usually provided with the same reference numerals. Showing:
Es sind unterschiedliche Gänge für einen elektrischen Fahrbetrieb mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen zwischen der zweiten Antriebswelle
Die Planetenradsätze RS1, RS2, RS3 sind als Minus-Planetenradsätze ausgebildet. Die erste Antriebswelle An ist mit dem Verbrennungsmotor VM drehfest verbunden. Zudem ist die erste Antriebswelle An mittels des ersten Schaltelements K1 mit einer ersten Getriebewelle
Die zweite Antriebswelle
Das Hohlrad des dritten Planetenradsatzes RS3 ist mit einer zweiten Getriebewelle
Wie die in
Der erste elektrische Vorwärtsgang E1 wird durch Schließen des fünften Schaltelements B1 eingestellt, wobei die übrigen Schaltelemente K1, K2, K3, K4 geöffnet sind. Aus dem ersten elektrischen Vorwärtsgang ist ein Verbrennungsmotor-Zustart in den ersten Verbrennungsmotor-Vorwärtsgang (Gang 1) durch Schließen des vierten Schaltelements K2 oder ein Verbrennungsmotor-Zustart in den zweiten Verbrennungsmotor-Vorwärtsgang (Alternative 2.2) durch Schließen des ersten Schaltelements K1 realisierbar. The first electrical forward gear E1 is set by closing the fifth shift element B1, wherein the remaining shift elements K1, K2, K3, K4 are open. From the first forward electric gear, an engine assist in the first engine forward gear (gear 1) can be realized by closing the fourth shift element K2 or an engine assist in the second engine forward gear (alternative 2.2) by closing the first shift element K1.
Der zweite elektrische Vorwärtsgang ist, wie bereits erwähnt, durch Schließen des zweiten Schaltelements K3 einstellbar, wobei die übrigen Schaltelemente B1, K1, K2; K4 geöffnet sind. Aus dem zweiten elektrischen Vorwärtsgang E2 ist ein Verbrennungsmotor-Zustart in den zweiten Verbrennungsmotor-Vorwärtsgang (Gang 2.1) durch Schließen des vierten Schaltelements K2 oder ein Verbrennungsmotor-Zustart in den dritten Verbrennungsmotor-Vorwärtsgang (Gang 3) durch Schließen des ersten Schaltelements K1 realisierbar. Außerdem ist ein Umschalten in den dritten elektrischen Vorwärtsgang E3 durch Öffnen des zweiten Schaltelements K3 und Schließen des dritten Schaltelements K4 realisierbar. The second electrical forward gear is, as already mentioned, adjustable by closing the second switching element K3, wherein the remaining switching elements B1, K1, K2; K4 are open. From the second forward electric gear E2, an engine assist in the second engine forward speed (gear 2.1) can be realized by closing the fourth shift element K2 or an engine assist in the third engine forward speed (gear 3) by closing the first shift element K1. In addition, a switching to the third electric forward gear E3 by opening the second switching element K3 and closing the third switching element K4 can be realized.
Der dritte elektrische Vorwärtsgang E3 ist, wie bereits erwähnt, durch Schließen des dritten Schaltelements K4 einstellbar, wobei die übrigen Schaltelemente B1, K1, K2, K3 geöffnet sind. Aus dem dritten elektrischen Vorwärtsgang ist ein Verbrennungsmotor-Zustart in den fünften Verbrennungsmotor-Vorwärtsgang (Gang 5) durch Schließen des ersten Schaltelements K1 realisierbar. Ein Verbrennungsmotor-Zustart in den sechsten Verbrennungsmotor-Vorwärtsgang (Gang 6) ist durch Schließen des vierten Schaltelements K2 realisierbar. The third electrical forward gear E3 is, as already mentioned, adjustable by closing the third switching element K4, wherein the other switching elements B1, K1, K2, K3 are open. From the third electric forward gear, an engine assist in the fifth engine forward speed (gear 5) by closing the first switching element K1 can be realized. An engine assist in the sixth engine forward speed (speed 6) can be realized by closing the fourth switching element K2.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 3 3
- dritte Getriebewelle third gear shaft
- 4 4
- erste Getriebewelle first gear shaft
- 5 5
- zweite Getriebewelle second transmission shaft
- 6 6
- zweite Antriebswelle second drive shaft
- E1 E1
- erster elektrischer Vorwärtsgang first electrical forward gear
- E2 E2
- zweiter elektrischer Vorwärtsgang second electrical forward gear
- E3 E3
- dritter elektrischer Vorwärtsgang third electrical forward gear
- K1 K1
- erstes Schaltelement first switching element
- K2 K2
- viertes Schaltelement fourth switching element
- K3 K3
- zweites Schaltelement second switching element
- K4 K4
- drittes Schaltelement third switching element
- B1 B1
- fünftes Schaltelement fifth switching element
- G G
- Gehäuse casing
- An At
- erste Antriebswelle first drive shaft
- Ab From
- Abtriebswelle output shaft
- EM EM
- Elektromotor electric motor
- VM VM
- Verbrennungsmotor internal combustion engine
- RS1 RS1
- erster Planetenradsatz first planetary gear set
- RS2 RS2
- zweiter Planetenradsatz second planetary gear set
- RS3 RS3
- dritter Planetenradsatz third planetary gear set
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE102017008275A1 (en) * | 2017-09-04 | 2018-08-09 | Daimler Ag | Multi-step transmission for a motor vehicle, in particular for an electric or hybrid vehicle |
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DE102012212257A1 (en) | 2011-09-27 | 2013-03-28 | Zf Friedrichshafen Ag | planetary gear |
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