DE102015212736A1

DE102015212736A1 - Antriebsanordnung für ein Fahrzeug sowie Fahrzeug mit der Antriebsanordnung

Info

Publication number: DE102015212736A1
Application number: DE102015212736.2A
Authority: DE
Inventors: Thomas Mehlis; Bastian Krüger; Andreas Kinigadner
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2015-07-08
Filing date: 2015-07-08
Publication date: 2017-01-12

Abstract

Bei Hybridfahrzeugen, also Fahrzeugen, welche als Traktionsmotoren sowohl einen Elektromotor als auch einen Verbrennungsmotor verwenden, müssen über den Antriebsstrang eine Vielzahl von Betriebszuständen umgesetzt werden. Es wird eine Antriebsanordnung 1 für ein Fahrzeug 2 vorgeschlagen mit einer ersten Eingangswelle 5 zur Ankopplung eines Verbrennungsmotors 3, mit einer zweiten Eingangswelle 6 zur Ankopplung eines Elektromotors 4, mit einer Ausgangswelle 7 zur Ankopplung eines Abtriebs 8, mit einem ersten Antriebsbereich 10, wobei der erste Antriebsbereich 10 von der ersten Eingangswelle 5 zu der Ausgangswelle 7 verläuft, mit einem zweiten Antriebsbereich 11, wobei der zweite Antriebsbereich 11 von der zweiten Eingangswelle 6 zu der Ausgangswelle 7 verläuft, wobei der erste Antriebsbereich 11 einen Planentengetriebeabschnitt 13 mit einer ersten, einer zweiten und einer dritten Welle, eine erste Trenneinrichtung 15 und eine Schalteinrichtung 18 aufweist, wobei die erste Eingangswelle 6 mit der ersten Welle und mit der zweiten Welle wirkverbunden ist, wobei die erste Trenneinrichtung 15 zwischen der ersten Eingangswelle 5 und der ersten Welle angeordnet ist und wobei die Schalteinrichtung 18 zwischen der ersten Welle und der Ausgangswelle 7 angeordnet ist, wobei der zweite Antriebsbereich 11 eine zweite Trenneinrichtung 28 aufweist, wobei die zweite Trenneinrichtung 28 zwischen der zweiten Eingangswelle 6 und der Ausgangswelle 7 angeordnet ist, wobei die dritte Welle des Planetengetriebeabschnitts 13 mit dem zweiten Antriebsbereich 11 zwischen der zweiten Eingangswelle 6 und der zweiten Trenneinrichtung 28 wirkverbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für ein Fahrzeug mit einer ersten Eingangswelle zur Ankopplung eines Verbrennungsmotors, mit einer zweiten Eingangswelle zur Ankopplung eines Elektromotors, mit einer Ausgangswelle zur Ankopplung eines Abtriebs, mit einem ersten Antriebsbereich, wobei der erste Antriebsbereich von der ersten Eingangswelle zu der Ausgangswelle verläuft, mit einem zweiten Antriebsbereich, wobei der zweite Antriebsbereich von der zweiten Eingangswelle zu der Ausgangswelle verläuft, wobei der erste Antriebsbereich einen Planentengetriebeabschnitt mit einer ersten, einer zweiten und einer dritten Welle, eine erste Trenneinrichtung und eine Schalteinrichtung aufweist, wobei die erste Eingangswelle mit der ersten Welle und mit der zweiten Welle wirkverbunden ist, wobei die erste Trenneinrichtung zwischen der ersten Eingangswelle und der ersten Welle angeordnet ist und wobei die Schalteinrichtung zwischen der ersten Welle und der Ausgangswelle angeordnet ist, wobei der zweite Antriebsbereich eine zweite Trenneinrichtung aufweist, wobei die zweite Trenneinrichtung zwischen der zweiten Eingangswelle und der Ausgangswelle angeordnet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug mit dieser Antriebsanordnung.
Bei Hybridfahrzeugen, also Fahrzeugen, welche als Traktionsmotoren sowohl einen Elektromotor als auch einen Verbrennungsmotor verwenden, müssen über den Antriebsstrang eine Vielzahl von Betriebszuständen umgesetzt werden. So ist es meist gewünscht, dass das Hybridfahrzeug ausschließlich elektrisch oder ausschließlich verbrennungsmotorisch betrieben werden kann. Ferner sind verschiedene Hybridbetriebszustände vorgesehen, sodass die Traktionsmomente der beiden Motoren gemeinsam genutzt werden können. Neben dieser Vielfalt an Betriebszuständen ist es aus fertigungstechnischer und wirtschaftlicher Sicht gewünscht, den Aufbau des Antriebsstrangs möglichst einfach, mit wenigen Komponenten und damit kostengünstig zu halten.
Dieses Spannungsfeld wird zum Beispiel in der DE 10 2013 21 00 12 A1 durch einen Antriebsstrang für ein Fahrzeug gelöst, wobei der Antriebsstrang eine erste und eine zweite Eingangswelle sowie eine Ausgangswelle aufweist. Die Eingangswellen und Ausgangswellen sind parallel zueinander angeordnet und über schaltbare Getriebestufen miteinander in Wirkverbindung gesetzt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine weitere Alternative für eine Antriebsanordnung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Hybridfahrzeug, vorzuschlagen, welche ein gutes Verhältnis zwischen einer Vielfalt möglicher Betriebszustände und konstruktivem Aufwand für die Antriebsanordnung darstellt. Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Gegenstand der Erfindung ist eine Antriebsanordnung, welche für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Hybridfahrzeug, geeignet und/oder ausgebildet ist. Bei dem Fahrzeug kann es sich um einen Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Bus, etc. handeln. Die Antriebsanordnung kann zum Antrieb der Vorderräder, der Hinterräder oder der Vorderräder und Hinterräder ausgebildet sein.
Die Antriebsanordnung weist eine erste Eingangswelle zur Ankopplung eines Verbrennungsmotors als einen ersten Traktionsmotor auf. Optional bildet der Verbrennungsmotor einen Teil der Antriebsanordnung. Besonders bevorzugt ist die erste Eingangswelle mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors drehfest oder drehelastisch über eine Dämpfereinrichtung verbunden. Alternativ hierzu kann zwischen der ersten Eingangswelle und dem Verbrennungsmotor ein Getriebeabschnitt angeordnet sein. Ferner weist die Antriebsanordnung eine zweite Eingangswelle zur Ankopplung eines Elektromotors als einen zweiten Traktionsmotor auf. Optional bildet der Elektromotor einen Teil der Antriebsanordnung. Besonders bevorzugt ist die zweite Eingangswelle mit der Rotorwelle drehfest verbunden oder bildet diese. Alternativ hierzu kann zwischen der zweiten Eingangswelle und dem Elektromotor ein Getriebeabschnitt angeordnet sein.
Der Verbrennungsmotor und/oder der Elektromotor sind hinsichtlich der Leistung vorzugsweise so bemessen, dass diese jeweils im Einzelbetrieb das Fahrzeug auf eine Geschwindigkeit > 50 km/h beschleunigen können.
Ferner weist die Antriebsanordnung eine Ausgangswelle zur Ankopplung eines Abtriebs auf. Optional bildet der Abtrieb einen Teil der Antriebsanordnung. Der Abtrieb kann beispielsweise als eine Differentialeinrichtung ausgebildet sein. Die Differentialeinrichtung kann als eine Querdifferentialeinrichtung oder als eine Längsdifferentialeinrichtung ausgebildet sein.
Die Antriebsanordnung weist einen ersten Antriebsbereich – auch erster Antriebsstrangabschnitt zu nennen – auf, wobei der erste Antriebsbereich von der ersten Eingangswelle zu der Ausgangswelle verläuft. Insbesondere wird durch den ersten Antriebsbereich ein erster Pfad für eine Leistungs- und/oder Momentenübertragung von der Eingangswelle zu der Ausgangswelle gebildet.
Ferner weist die Antriebsanordnung einen zweiten Antriebsbereich – auch zweiter Antriebsstrangabschnitt zu nennen – auf, wobei der zweite Antriebsbereich von der zweiten Eingangswelle zu der Ausgangswelle verläuft. Insbesondere bildet der zweite Antriebsbereich einen zweiten Pfad zwischen der zweiten Eingangswelle und der Ausgangswelle für eine Leistungs- und/oder Momentenübertragung.
Konstruktiv betrachtet weist der erste Antriebsbereich einen Planetengetriebeabschnitt auf, wobei der Planetengetriebeabschnitt eine erste, eine zweite und eine dritte Welle – auch Organe zu nennen – aufweist. Der Planetengetriebeabschnitt ist insbesondere als ein Stirnradplanetengetriebeabschnitt ausgebildet. Die erste, zweite und dritte Welle sind insbesondere ausgewählt aus den Wellen: Sonnenrad, Hohlrad und Planetenträgerrad.
Ferner weist der erste Antriebsbereich eine erste und eine zweite Trenneinrichtung und eine Schalteinrichtung auf. Die erste Eingangswelle ist mit der ersten Welle und mit der zweiten Welle des Planetengetriebeabschnitts wirkverbunden. Die erste Trenneinrichtung ist zwischen der Eingangswelle und der ersten Welle angeordnet. Insbesondere ist ein Ausgang der ersten Trenneinrichtung mit der ersten Welle drehverbunden und ein Eingang der ersten Trenneinrichtung mit der zweiten Welle drehfest verbunden. Die Schalteinrichtung ist dagegen zwischen der ersten Welle und der Ausgangswelle angeordnet.
Die erste und/oder die zweite Trenneinrichtung sind vorzugsweise als kraftschlüssige und/oder reibschlüssige Trenneinrichtungen, insbesondere als Kupplungseinrichtungen, ausgebildet. Die Schalteinrichtung stellt vorzugsweise mindestens eine Getriebestufe zur Verfügung, wobei die Schalteinrichtung zudem ausgebildet ist, einen Pfad, insbesondere den ersten Pfad, zwischen der ersten Welle und der Ausgangswelle zu öffnen und zu schließen. In einer möglichen Weiterbildung der Erfindung weist die Schalteinrichtung eine formschlüssige Trenneinrichtung auf, um die Entkopplung zwischen der Ausgangswelle und der ersten Welle umzusetzen. Durch die formschlüssige Ausgestaltung kann die Schalteinrichtung sehr kostengünstig umgesetzt werden.
Der zweite Antriebsbereich weist eine zweite Trenneinrichtung auf, wobei die zweite Trenneinrichtung zwischen der zweiten Eingangswelle und der Ausgangswelle angeordnet ist. Funktional betrachtet ermöglicht es die zweite Trenneinrichtung, den Pfad, insbesondere den zweiten Pfad, zwischen der zweiten Eingangswelle und der Ausgangswelle zu öffnen und zu schließen.
Der erste und der zweite Antriebsbereich sind zum einen im Bereich der Ausgangswelle miteinander gekoppelt. Zum anderen sind der erste und der zweite Antriebsbereich gekoppelt, indem die dritte Welle des Planetengetriebeabschnitts mit dem zweiten Antriebsbereich zwischen der zweiten Eingangswelle und der zweiten Trenneinrichtung wirkverbunden ist. Über die Wirkverbindung ist es möglich, Traktionsmoment von dem Verbrennungsmotor von dem ersten Antriebsbereich in den zweiten Antriebsbereich und/oder von dem Elektromotor von dem zweiten Antriebsbereich in den ersten Antriebsbereich zu leiten.
Durch die beschriebene, sehr einfache Struktur der Antriebsanordnung können eine Vielzahl von Betriebszuständen in der Antriebsanordnung dargestellt werden, wobei zugleich die Anzahl der benötigten Komponenten für die Antriebsanordnung sehr gering gehalten ist. Damit stellt die Antriebsanordnung eine vorteilhafte Alternative für ein Hybridfahrzeug dar.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Antriebsbereich eine Eingangsgetriebestufe mit einem ersten und einem zweiten Eingangsstufenrad auf. Vorzugsweise sind das erste und das zweite Eingangsstufenrad als Stirnzahnräder ausgebildet. Die zweite Eingangswelle ist mit dem ersten Eingangsstufenrad drehfest verbunden, die dritte Welle ist mit dem ersten Eingangsstufenrad wirkverbunden. Insbesondere kämmt eine Verzahnung, welche drehfest mit der dritten Welle angeordnet ist, mit dem ersten Eingangsstufenrad. Auf diese Weise ist die Wirkverbindung zwischen der dritten Welle und dem zweiten Antriebsbereich kostengünstig und/oder kompakt umzusetzen.
Bei einer bevorzugten konstruktiven Realisierung der Erfindung ist die erste Welle als ein Planetenträgerrad, die zweite Welle als ein Sonnenrad und die dritte Welle als ein Hohlrad ausgebildet. In dieser Ausgestaltung kann zur Kopplung mit dem ersten Eingangsstufenrad das Hohlrad eine Außenverzahnung tragen oder mit dieser drehfest verbunden sein.
Bei einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der ersten Eingangswelle und dem Planetengetriebeabschnitt eine Freilaufeinrichtung angeordnet. Die Funktion der Freilaufeinrichtung ist so ausgebildet, dass die Freilaufeinrichtung schließt, wenn der Verbrennungsmotor die erste und/oder zweite Welle überholt. Für den Fall, dass die erste und/oder die zweite Welle schneller als der Verbrennungsmotor, insbesondere als die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors, dreht, sind die erste und/oder die zweite Welle von dem Verbrennungsmotor entkoppelt.
Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung kann die Schalteinrichtung eine Neutralstellung einnehmen, sodass der Pfad von dem Planetengetriebeabschnitt zu der Ausgangswelle über die Schalteinrichtung geöffnet ist. Auf diese Weise ist es möglich, den zweiten Antriebsbereich von der Ausgangswelle zumindest über den Pfad, der durch die Schalteinrichtung geführt ist, zu trennen.
Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung weist die Schalteinrichtung zwei Getriebestufen mit unterschiedlichen Übersetzungen auf. Beispielsweise kann die Schalteinrichtung eine Schiebemuffeneinrichtung sowie zwei Losräder aufweisen, wobei die zwei Losräder auf der Ausgangswelle angeordnet sind. Durch die Schiebemuffeneinrichtung kann jedes der beiden Losräder selektiv mit der Ausgangswelle drehfest verbunden werden. Die zwei Losräder kämmen jeweils mit Festrädern, welche auf einer Zwischenwelle angeordnet sind, die mit der ersten Welle drehfest verbunden ist.
Bei einer möglichen Weiterbildung der Erfindung weist der zweite Antriebsbereich eine Ausgangsgetriebestufe mit einem ersten und mit einem zweiten Ausgangsstufenrad auf, welche miteinander kämmen. Die zweite Trenneinrichtung ist zwischen dem zweiten Eingangsstufenrad und dem ersten Ausgangsstufenrad angeordnet. Das zweite Ausgangsstufenrad ist mit der Ausgangswelle drehfest verbunden. Die Ausgangsgetriebestufe ermöglicht es, die Drehzahl des zweiten Antriebsbereichs zu übersetzen beziehungsweise zu untersetzen.
Bei einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung sind die erste Eingangswelle, die zweite Eingangswelle und die Ausgangswelle parallel zueinander angeordnet. Insbesondere in der Ausgestaltung mit der Ausgangsgetriebestufe sind jedoch erste Eingangswelle, zweite Eingangswelle und Ausgangswelle zueinander versetzt angeordnet.
Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung kann die Antriebsanordnung mindestens einen, eine beliebige Auswahl oder alle der nachfolgend in der Tabelle dargestellten Betriebszustände einnehmen. Dabei bedeutet eine „Null“, dass eine Einrichtung geöffnet und eine „Eins“, dass eine Einrichtung geschlossen ist. Vorzugsweise umfasst die Antriebsanordnung eine Steuereinrichtung, welche ausgebildet ist, die erste und die zweite Trenneinrichtung sowie die Schalteinrichtung anzusteuern. Optional ergänzend ist die Steuereinrichtung ausgebildet, den Elektromotor und/oder den Verbrennungsmotor anzusteuern, um zwischen den Betriebszuständen zu wechseln beziehungsweise diese einzustellen.
Der Betriebszustand M1 ist ein rein elektrisches Fahren ausgebildet, wobei das Fahrzeug vorwärts und rückwärts gefahren werden kann. Der Verbrennungsmotor treibt nicht an und kann im Leerlauf drehen oder stehen.
Ein zweiter und dritter Gang wird in den Betriebszuständen M2 und M3 möglich. Der Verbrennungsmotor treibt in diesen Betriebszuständen nicht an und kann im Leerlauf drehen oder stehen.
Die Betriebszustände M4–M6 werden umgesetzt, während die erste Trenneinrichtung geschlossen ist und dadurch die erste und die zweite Welle miteinander drehfest gekoppelt sind und der Planetengetriebeabschnitt im Block umläuft. Die Betriebszustände M4–M6 sind als Hybridbetriebszustände ausgebildet, alternativ kann das Fahrzeug ausschließlich verbrennungsmotorisch betrieben werden.
Die Betriebszustände M7 und M8 sind CVT-Betriebszustände (Continuous variable Transmission), wobei stufenlos Übersetzungen eingestellt werden können. Der Betriebszustand M9 ist ein Neutralzustand, in dem alle Motoren von der Ausgangswelle entkoppelt sind.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung bildet ein Fahrzeug, welches eine einen Elektromotor und einen Verbrennungsmotor sowie die Antriebsanordnung aufweist, wobei die Antriebsanordnung so ausgebildet ist, wie diese zuvor beschrieben wurde beziehungsweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Ein optionaler Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben der Antriebsanordnung und/oder des Fahrzeugs, wobei in dem Verfahren mindestens ein Betriebszustand gewechselt wird.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Antriebsanordnung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2–10 verschiedene Betriebszustände der Antriebsanordnung in der 1.
Die 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Antriebsanordnung 1 für ein Fahrzeug 2, insbesondere ein Hybridfahrzeug, als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Fahrzeug 2 ist nur grob schematisiert als ein Kasten dargestellt.
Die Antriebsanordnung 1 ist mit einem Verbrennungsmotor 3 sowie mit einem Elektromotor 4 gekoppelt. Der Verbrennungsmotor 3 und der Elektromotor 4 können auch einen Teil der Antriebsanordnung 1 bilden. Der Verbrennungsmotor 3 weist einen separaten Anlasser, insbesondere einen Ritzelstarter oder einen Riemenstartergenerator auf.
Die Antriebsanordnung 1 weist eine erste Eingangswelle 5 auf, welche mit dem Verbrennungsmotor 3 gekoppelt ist. Beispielsweise ist die erste Eingangswelle 5 mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 3 drehfest verbunden. Optional können auch übliche Dämpfungseinrichtungen zwischengeschaltet sein.
Ferner weist die Antriebsanordnung 1 eine zweite Eingangswelle 6 auf, welche mit dem Elektromotor 4 gekoppelt ist. Die zweite Eingangswelle 6 kann – wie dargestellt – mit einer Rotorwelle des Elektromotors 4 drehfest gekoppelt sein. Alternativ kann auch ein Zwischengetriebeabschnitt vorgesehen sein, wie zum Beispiel ein Winkelgetriebeabschnitt oder ein Übersetzungsgetriebeabschnitt.
Ausgangsseitig weist die Antriebsanordnung 1 eine Ausgangswelle 7 auf, welche mit einem Abtrieb 8 gekoppelt, insbesondere drehfest verbunden, ist. In dem Beispiel in der 1 ist der Abtrieb 8 als eine Querdifferentialeinrichtung ausgebildet, welche ein Torsionsmoment auf zwei angetriebene Räder 9a, b des Fahrzeugs 2 leitet. Die angetriebenen Räder können als Vorderräder oder Hinterräder des Fahrzeugs 2 ausgebildet sein.
Die Antriebsanordnung 1 weist einen ersten Antriebsbereich 10 auf, welcher einen ersten Pfad, insbesondere einen Leistungs- und/oder Momentenpfad, von der ersten Eingangswelle 5 zu der Ausgangswelle 7 bildet. Ferner weist die Antriebsanordnung 1 einen zweiten Antriebsbereich 11 auf, welcher einen zweiten Pfad, insbesondere einen Leistungs- und/oder Momentenpfad, von der zweiten Eingangswelle 6 zu der Ausgangswelle 7 bildet.
Betrachtet man den ersten Antriebsbereich 10 entlang des ersten Pfads, so schließt sich an die erste Eingangswelle zunächst eine Freilaufeinrichtung 12 an. Die Freilaufeinrichtung 12 weist einen ersten und einen zweiten Freilauf 12a, b auf. Der erste Freilauf 12a ist als eine Überholkupplung ausgebildet, sodass ein Moment oder eine Leistung von dem Verbrennungsmotor 3 übertragen wird, solange die Drehzahl des Verbrennungsmotors 3 an der ersten Eingangswelle 5 gleich zu der Drehzahl der Ausgangswelle der Freilaufeinrichtung 12 ist. Sinkt die Drehzahl der ersten Eingangswelle 5 dagegen ab, so führt der erste Freilauf 12a zu einer Entkopplung. Der zweite Freilauf 12b hat die Funktion ein Drehen in einer Rückwärtsrichtung zu blockieren.
An den Ausgang der Freilaufeinrichtung 12 schließt sich ein Planetengetriebeabschnitt 13 an, welcher als ein Stirnradplanetengetriebeabschnitt ausgebildet ist. Der Ausgang der Freilaufeinrichtung 12 ist drehfest mit einem Sonnenrad 14 des Planetengetriebeabschnitts 13 verbunden. Ferner ist der Ausgang der Freilaufeinrichtung 12 über eine erste Trenneinrichtung 15 mit einem Planetenträgerrad 16 lösbar verbunden. Die erste Trenneinrichtung 15 ist als eine kraft- und/oder reibschlüssige Trenneinrichtung, insbesondere als eine Kupplungseinrichtung, ausgebildet.
Das Planetenträgerrad 16 ist über eine Zwischenwelle 17 mit einer Schalteinrichtung 18 verbunden. Die Schalteinrichtung 18 weist zwei Getriebestufen 18.1 und 18.2 auf. Jede der Getriebestufen weist ein Festrad 19.1 beziehungsweise 19.2 auf, welche mit der Zwischenwelle 17 drehfest gekoppelt sind. Ferner weist jede der Getriebestufen 18.1 und 18.2 ein Losrad 20.1 beziehungsweise 20.2 auf, welche drehbar auf der Ausgangswelle 7 gelagert sind. Die Schalteinrichtung 18 umfasst ferner eine Kopplungseinrichtung 21, welche ausgebildet ist, die Ausgangswelle 7 wahlweise mit dem Losrad 20.1 oder mit dem Losrad 20.2 drehfest zu koppeln oder in einen Neutralzustand N zu gehen, in dem die Losräder 20.1 und 20.2 von der Ausgangswelle 7 drehentkoppelt sind. Die Getriebestufen 18.1 und 18.2 sind jeweils als Stirnradgetriebestufen ausgebildet und weisen unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse auf.
Der zweite Antriebsbereich 11 weist eine Eingangsgetriebestufe 22 mit einem ersten Eingangsstufenrad 23 und einem zweiten Eingangsstufenrad 24 auf, wobei das erste Eingangsstufenrad 23 drehfest mit der zweiten Eingangswelle 6 verbunden ist. Die Eingangsgetriebestufe 22 ist als eine Stirnradgetriebstufe ausgebildet.
Der zweite Antriebsbereich 11 weist ferner eine Ausgangsgetriebestufe 25 mit einem ersten Ausgangsstufenrad 26 und einem zweiten Ausgangsstufenrad 27 auf. Das zweite Eingangsstufenrad 22 und das zweite Ausgangsstufenrad 27 sind koaxial zueinander angeordnet und über eine zweite Trenneinrichtung 28 lösbar miteinander verbunden. Die zweite Trenneinrichtung 28 ist als eine reibschlüssige und/oder kraftschlüssige Trenneinrichtung, insbesondere als eine Kupplungseinrichtung, ausgebildet. Das erste Ausgangsstufenrad 26 ist drehfest mit der Ausgangswelle 7 verbunden.
Der erste Antriebsbereich 10 und der zweite Antriebsbereich 11 sind zudem miteinander gekoppelt, wobei der Planetengetriebeabschnitt 13 ein Hohlrad 29 aufweist, welches mit Planetenrädern 30 des Planetengetriebeabschnitts 13, welche drehbar auf dem Planetenträgerrad 16 angeordnet sind, kämmt. Das Hohlrad 29 ist mit einer Außenverzahnung 31 drehfest verbunden, wobei in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Außenverzahnung 31 axial versetzt zu der Verzahnung des Hohlrads 29 angeordnet ist. Bei einer anderen Ausführungsform können die Verzahnung des Hohlrads 29 und die Außenverzahnung 31 auch konzentrisch und/oder in radialer Richtung betrachtet überlappend zueinander angeordnet sein. Die Außenverzahnung 31 kämmt mit dem ersten Eingangsstufenrad 23 des zweiten Antriebsbereichs 11. Durch diese Kopplung ist es möglich, ein Torsionsmoment und/oder Antriebsmoment von dem ersten Antriebsbereich 10 zu dem zweiten Antriebsbereich 11 oder in Gegenrichtung zu leiten.
Die Antriebsanordnung 1 kann eine nicht dargestellte Steuereinrichtung umfassen, welche es ermöglicht, die erste Trenneinrichtung 15, die zweite Trenneinrichtung 28, die Schalteinrichtung 18 sowie optional ergänzend den Verbrennungsmotor 3 und den Elektromotor 4 anzusteuern, um unterschiedliche Betriebszustände zu schalten. Die unterschiedlichen Betriebszustände sind in der Tabelle weiter oben zusammengefasst und werden in den 2–10 beschrieben.
Die 2 zeigt einen rein elektromotorischen Betriebszustand M1, wobei die erste Trenneinrichtung 15 geöffnet und die zweite Trenneinrichtung 28 geschlossen ist. Ferner ist die Schalteinrichtung 18 in dem Neutralzustand N. Ausgehend von dem Elektromotor 4 läuft ein Traktionsmoment über die Eingangsgetriebestufe 22, die Ausgangsgetriebestufe 25 zur Ausgangswelle 7. In diesem Betriebszustand M1 kann das Fahrzeug 2 vorwärts und rückwärts gefahren werden. Der Verbrennungsmotor 3 ist drehentkoppelt. In der Vorwärtsfahrt ist der Verbrennungsmotor 3 über den ersten Freilauf 12a drehentkoppelt. In der Rückwärtsfahrt blockiert der zweite Freilauf 12b, so dass keine Rückwärtsdrehung auf den Verbrennungsmotor 3 übertragen werden kann.
In der 3 ist der Betriebszustand M2 gezeigt, welcher als ein rein elektromotorischer Betriebszustand ausgebildet ist. In diesem Betriebszustand ist die erste Trenneinrichtung 15 geschlossen und die zweite Trenneinrichtung 28 geöffnet. Ferner ist die Schalteinrichtung 18 so geschaltet, dass die erste Getriebestufe 18.1 im Leistungspfad ist. Durch das Schließen der ersten Trenneinrichtung 15 läuft das Planetenträgerrad 16 mit dem Sonnenrad 14 als Block. Das Traktionsmoment des Elektromotors 4 wird über das erste Eingangsstufenrad 23 auf das Hohlrad 29 und dann über den Planetengetriebeabschnitt 13 zu der ersten Getriebestufe 18.1 der Schalteinrichtung 18 übertragen.
In der 4 ist der Betriebszustand M3 dargestellt, welcher wieder als ein rein elektromotorischer Betriebszustand ausgebildet ist. Im Gegensatz zu dem Betriebszustand in der 3 wird das Traktionsmoment des Elektromotors 4 über die zweite Getriebestufe 18.2 geführt.
In der 5 ist der Betriebszustand M4 dargestellt, welcher als ein Hybridbetriebszustand ausgebildet ist. In dem Betriebszustand M4 ist die erste Trenneinrichtung 15 geschlossen, die zweite Trenneinrichtung 28 geöffnet und die Schalteinrichtung 18 so geschalten, dass die erste Getriebestufe 18.1 in dem Momentenpfad angeordnet ist. In dem Betriebszustand M4 kann ein Traktionsmoment von dem Elektromotor 4 oder von dem Verbrennungsmotor 3 oder zusammen an die Ausgangswelle 7 geleitet werden. Das Traktionsmoment des Elektromotors 4 läuft über das erste Eingangsstufenrad 23, das Hohlrad 29 zu dem Planetengetriebeabschnitt 13. Das Traktionsmoment des Verbrennungsmotors 3 läuft über die Eingangswelle 5, die erste Trenneinrichtung 15 ebenfalls in den Planetengetriebeabschnitt 13. Dort werden die Traktionsmomente vereinigt und zu der ersten Getriebestufe 18.1 über die Zwischenwelle 17 geleitet.
In der 6 ist der Betriebszustand M5 dargestellt, welcher ebenfalls als ein Hybridzustand ausgebildet ist. Im Unterschied zu dem Betriebszustand M4 wird das vereinigte Torsionsmoment über die zweite Getriebestufe 18.2 geleitet.
In der 7 ist der Betriebszustand M6 dargestellt, wobei die erste Trenneinrichtung 15 geschlossen, die zweite Trenneinrichtung 28 ebenfalls geschlossen und die Schalteinrichtung 18 in den Neutralzustand N gebracht ist. Das Traktionsmoment des Elektromotors 4 wird wie in dem Betriebszustand M1 über die Eingangsgetriebestufe 22, die zweite Trenneinrichtung 28, die Ausgangsgetriebestufe 25 zu der Ausgangswelle 7 geleitet. Das Traktionsmoment des Verbrennungsmotors 3 wird dagegen über dem Planetengetriebeabschnitt 13 zu dem Hohlrad 29, die Außenverzahnung 31 zu dem ersten Eingangsstufenrad 23 geführt.
In der 8 ist der Betriebszustand M7 dargestellt, welcher einen ersten CVT-Betriebszustand umsetzt. Dabei sind die erste und die zweite Trenneinrichtung 15, 28 geöffnet und die Schalteinrichtung 18 so geschaltet, dass die erste Getriebestufe 18.1 genutzt wird. Das Traktionsmoment des Verbrennungsmotors 3 läuft über das Sonnenrad 14, zu dem Planetenträgerrad 16, über die Zwischenwelle 17 und die erste Getriebestufe 18.1. Das Traktionsmoment des Elektromotors 4 wird als variable Abstützung des Hohlrads 29 genutzt, um auf diese Weise die stufenlose Übersetzung zu erreichen. Dabei kann das Traktionsmoment des Elektromotors 4 zu dem Gesamtmoment an der Ausgangswelle 7 beitragen Alternativ wird der Elektromotor 4 als Generator genutzt, so dass von dem Traktionsmoment des Verbrennungsmotors 3 ein Teil in den Elektromotor geleitet wird.
In der 9 ist ein Betriebszustand M8 dargestellt, welcher ebenfalls als ein CVT-Betriebszustand ausgebildet ist. Im Unterschied zu dem Betriebszustand M7 ist die erste Getriebestufe 18.1 deaktiviert und die zweite Getriebestufe 18.2 aktiviert.
In der 10 ist ein Neutralzustand M9 gezeigt, wobei die erste Trenneinrichtung 15 geschlossen und die zweite Trenneinrichtung 28 geöffnet ist. Die Schalteinrichtung 18 befindet sich in dem Neutralzustand N. In diesem Zustand sind Elektromotor 4 und Verbrennungsmotor 3 miteinander wirkverbunden, sodass der Verbrennungsmotor 3 den Elektromotor 4 antreiben kann und diesen als Generator betreiben kann, um eine fahrzeuginterne Batterie aufzuladen.
Die erste und die zweite Trenneinrichtung 15, 28 sind als Kupplungseinrichtungen ausgebildet. Die Schalteinrichtung 18 ist dagegen zum Beispiel als eine formschlüssige Schalteinrichtung ausgebildet.
Somit ist beispielsweise ein Umschalten der Getriebestufen 18.1 und 18.2 nur schwer möglich, da eine aufwendige Drehzahlanpassung vorausgehen müsste. Die erste und die zweite Trenneinrichtung 15, 28 können dagegen reibend verwendet werden, sodass die Trenneinrichtungen 15, 28 im Betrieb überschneiden können, wobei zeitgleich die eine Trenneinrichtung 15, 28 geöffnet und die andere Trenneinrichtung 28, 15 geschlossen wird.
Die Betriebszustände M1–M9 können damit in drei Gruppen unterteilt werden: Bei der ersten Gruppe 00 ist die Schalteinrichtung 18 in dem Neutralzustand N und umfasst die Betriebszustände M1, M6 und M9. Bei der zweiten Gruppe 10 ist die Schalteinrichtung 18 auf die erste Getriebestufe 18.1 geschalten und umfasst die Betriebszustände M2, M4 und M7. Bei der dritten Gruppe 01 ist die Schalteinrichtung 18 auf die zweite Getriebestufe 18.2 geschalten und umfasst die Betriebszustände M3, M5 und M8. Innerhalb der Gruppen ist ein Umschalten der Betriebszustände durch Öffnen und/oder Schließen der Trenneinrichtungen 15 und 38 ggf. durch Überschneiden möglich.
Somit ist es möglich, in der Gruppe 00, das heißt, wenn die Schalteinrichtung 18 im Neutralzustand N ist, durch ein Öffnen oder Schließen der Trenneinrichtungen 15, 28 unter den Betriebszuständen M1, M6 und M9 unmittelbar zu wechseln. In gleicher Weise ist es möglich, in der Gruppe 10, wobei die erste Getriebestufe 18.1 aktiviert und die zweite Getriebestufe 18.2 in der Schalteinrichtung 18 deaktiviert ist, zwischen den Betriebszuständen M2, M4 und M7 zu wechseln. In der Gruppe 01, wobei die erste Getriebestufe 18.1 deaktiviert und die zweite Getriebestufe 18.2 der Schalteinrichtung 18 aktiviert ist, kann unmittelbar zwischen den Betriebszuständen M3, M5 und M8 gewechselt werden.

Die Übergänge zwischen den Betriebszuständen können wie nachfolgend umgesetzt werden:

M1–M2	Einlegen der ersten Getriebestufe 18.1, dann Trenneinrichtung 15 und 28 überschneiden.
M1–M3	Einlegen der zweiten Getriebestufe 18.2, dann Trenneinrichtung 15 und 28 überschneiden.
M2–M3	Der Übergang erfolgt über den Betriebszustand M1, so dass der Übergang als M2-M1-M3 geschalten wird.
M1–M4	Einlegen der ersten Getriebestufe 18.1, dann Trenneinrichtung 15 und 28 überschneiden.
M1–M5	Einlegen der zweiten Getriebestufe 18.2, dann Trenneinrichtung 15 und 28 überschneiden.
M4–M5	Der Übergang erfolgt über den Betriebszustand M1, so dass der Übergang als M4-M1-M5 geschalten wird.
M1–M6	Trenneinrichtung 15 schließt.
M4–M6	Der Übergang erfolgt über den Betriebszustand M1, so dass der Übergang als M4-M1-M6 geschalten wird.
M5–M6	Der Übergang erfolgt über den Betriebszustand M1, so dass der Übergang als M5-M1-M6 geschalten wird.
M1–M7	Einlegen der ersten Getriebestufe 18.1, dann Trenneinrichtung 28 öffnen.
M1–M8	Einlegen der zweiten Getriebestufe 18.2, dann Trenneinrichtung 28 öffnen.
M1–M9	Trenneinrichtung 15 und 28 überschneiden.
M2–M4	Verbrennungsmotor wird eingeschaltet.
M3–M5	Verbrennungsmotor wird eingeschaltet.
M3–M4	Der Übergang erfolgt über den Betriebszustand M1, so dass der Übergang als M3-M1-M4 geschalten wird.
M3–M5	Der Übergang erfolgt über den Betriebszustand M1, so dass der Übergang als M3-M1-M5 geschalten wird.

Bezugszeichenliste

1: Antriebsanordnung
2: Fahrzeug
3: Verbrennungsmotor
4: Elektromotor
5: erste Eingangswelle
6: zweite Eingangswelle
7: Ausgangswelle
8: Abtrieb
9a, b: Räder
10: erster Antriebsbereich
11: zweiter Antriebsbereich
12: Freilaufeinrichtung
12a, b: Freiläufe
13: Planetengetriebeabschnitt
14: Sonnenrad
15: Trenneinrichtung
16: Planetenträgerrad
17: Zwischenwelle
18: Schalteinrichtung
18.1: Getriebestufe
18.2: Getriebestufe
19.1: Festrad
19.2: Festrad
20.1: Losrad
20.2: Losrad
21: Kopplungseinrichtung
22: Eingangsgetriebestufe
23: erstes Eingangsstufenrad
24: zweites Eingangsstufenrad
25: Ausgangsgetriebestufe
26: Ausgangsstufenrad
27: Ausgangsstufenrad
28: Trenneinrichtung
29: Hohlrad
30: Planetenräder
31: Außenverzahnung
N: Neutralstellung
M1–M9: Betriebszustand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013210012 A1 [0003]

Claims

Antriebsanordnung (1) für ein Fahrzeug (2) mit einer ersten Eingangswelle (5) zur Ankopplung eines Verbrennungsmotors (3), mit einer zweiten Eingangswelle (6) zur Ankopplung eines Elektromotors (4), mit einer Ausgangswelle (7) zur Ankopplung eines Abtriebs (8), mit einem ersten Antriebsbereich (10), wobei der erste Antriebsbereich (10) von der ersten Eingangswelle (5) zu der Ausgangswelle (7) verläuft, mit einem zweiten Antriebsbereich (11), wobei der zweite Antriebsbereich (11) von der zweiten Eingangswelle (6) zu der Ausgangswelle (7) verläuft, wobei der erste Antriebsbereich (10) einen Planentengetriebeabschnitt (13) mit einer ersten, einer zweiten und einer dritten Welle, eine erste Trenneinrichtung (15) und eine Schalteinrichtung (18) aufweist, wobei die erste Eingangswelle (5) mit der ersten Welle und mit der zweiten Welle wirkverbunden ist, wobei die erste Trenneinrichtung (15) zwischen der ersten Eingangswelle (5) und der ersten Welle angeordnet ist und wobei die Schalteinrichtung (18) zwischen der ersten Welle und der Ausgangswelle (7) angeordnet ist, wobei der zweite Antriebsbereich (11) eine zweite Trenneinrichtung (28) aufweist, wobei die zweite Trenneinrichtung (28) zwischen der zweiten Eingangswelle (6) und der Ausgangswelle (7) angeordnet ist, wobei die dritte Welle des Planetengetriebeabschnitts (13) mit dem zweiten Antriebsbereich (11) zwischen der zweiten Eingangswelle (6) und der zweiten Trenneinrichtung (28) wirkverbunden ist.
Antriebsanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Antriebsbereich (11) eine Eingangsgetriebestufe (22) mit einem ersten und einem zweiten Eingangsstufenrad (23, 24) aufweist, wobei die zweite Eingangswelle (6) mit dem ersten Eingangsstufenrad (23) drehfest verbunden ist und wobei die dritte Welle mit dem ersten Eingangsstufenrad (23) wirkverbunden ist.
Antriebsanordnung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Welle als ein Hohlrad (29) ausgebildet ist.
Antriebsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Eingangswelle (5) und dem Planetengetriebeabschnitt (13) eine Freilaufeinrichtung (12) angeordnet ist.
Antriebsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (18) eine Neutralstellung (N) einnehmen kann, wobei der Pfad von dem Planetengetriebeabschnitt (13) zu der Ausgangswelle (7) über die Schalteinrichtung (18) geöffnet ist.
Antriebsanordnung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (18) zwei Getriebestufen (18.1, 18.2) mit unterschiedlichen Übersetzungen aufweist.
Antriebsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Antriebsbereich (11) eine Ausgangsgetriebestufe (25) mit einem ersten und mit einem zweiten Ausgangsstufenrad (26, 27) aufweist, wobei die zweite Trenneinrichtung (28) zwischen dem zweiten Eingangsstufenrad (24) und dem ersten Ausgangsstufenrad (26) angeordnet ist und wobei das zweite Ausgangsstufenrad (27) mit der Ausgangswelle (7) drehfest verbunden ist.
Antriebsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Eingangswelle (5), die zweite Eingangswelle (6) und die Ausgangswelle (7) parallel zueinander angeordnet sind.
Antriebsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsanordnung mindestens einen, eine beliebige Auswahl oder alle der nachfolgenden Betriebszustände einnehmen kann:
Fahrzeug (2) mit einer Antriebsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.