DE102015215075A1 - Getriebesystem für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Getriebesystem für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs Download PDF

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Johannes Kaltenbach
Viktor Warth
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebesystem (5) für einen Hybridantrieb (1) eines Kraftfahrzeugs, mit einem Überlagerungsgetriebe (2), das eine erste Antriebswelle (An) zum Ankoppeln eines Verbrennungsmotors (VM), eine zweite Antriebswelle (6) zum Ankoppeln eines Elektromotors (EM) und eine Überlagerungsgetriebeausgangswelle (7) aufweist. Dem Überlagerungsgetriebe (2) ist ein Schaltgetriebe (8) triebtechnisch nachgeschaltet, wobei das Schaltgetriebe (8) wenigstens zwei Planetenradsätze (RS1, RS2) und eine Schaltgetriebeausgangswelle (Ab) zum Ankoppeln an wenigstens ein Antriebsrad des Kraftfahrzeugs aufweist und wobei das Schaltgetriebe (8) wenigstens zwei, insbesondere genau zwei, elektrische Vorwärtsgänge für einen rein elektrischen Vorwärts-Fahrbetrieb und wenigstens einen, insbesondere genau einen, Rückwärtsgang für einen Rückwärts-Fahrbetrieb bereitstellt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Getriebesystem für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs, mit einem Überlagerungsgetriebe, das eine erste Antriebswelle zum Ankoppeln eines Verbrennungsmotors, eine zweite Antriebswelle zum Ankoppeln eines Elektromotors und eine Überlagerungsgetriebeausgangswelle aufweist.
  • Die Erfindung betrifft außerdem einen Hybridantrieb und ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Getriebesystem.
  • Bei Hybridgetrieben mit elektrisch gestützten Schaltungen kann ein Elektromotor die Lastschaltfunktion übernehmen, so dass keine konventionellen Lastschaltelemente mehr benötigt werden. Dazu wird der Elektromotor an einer anderen Welle angebunden als die Getriebeeingangswelle. Derartige Hybridgetriebe weisen den Vorteil auf, dass sie kostengünstig hergestellt werden können. Zudem weisen die Hybridgetriebe den Vorteil auf, dass die Schleppverluste an Schaltelementen und die Verluste durch die Lastschaltelementbetätigung gering sind.
  • Die aus dem Stand der Technik bekannten Hybridgetriebe weisen jedoch den Nachteil auf, dass für den rein elektrischen Fahrbetrieb nur sehr wenige Gänge zu Verfügung stehen, die in besonders nachteiliger Weise aufgrund der fehlenden konventionellen Lastschaltelemente nicht lastschaltbar sind. Oftmals ist ein rein elektrischer Fahrbetrieb sogar nur in einem einzigen Gang möglich, so dass es zumindest schwierig oder sogar ausgeschlossen ist, einen größeren Geschwindigkeitsbereich abzudecken.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Getriebesystem für ein Kraftfahrzeug anzugeben, das einen rein elektrischen Fahrbetrieb in einem großen Geschwindigkeitsbereich ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Getriebesystem der eingangs genannten Art gelöst, das gekennzeichnet ist durch ein Schaltgetriebe, das dem Überlagerungsgetriebe triebtechnisch nachgeschaltet ist, wobei das Schaltgetriebe wenigstens zwei Planetenradsätze und eine Schaltgetriebeausgangswelle zum Ankoppeln an wenigstens ein Antriebsrad des Kraftfahrzeugs aufweist und wobei das Schaltgetriebe wenigstens zwei, insbesondere genau zwei, elektrische Vorwärtsgänge für einen rein elektrischen Vorwärts-Fahrbetrieb und wenigstens einen, insbesondere genau einen, Rückwärtsgang für einen Rückwärts-Fahrbetrieb bereitstellt.
  • Das erfindungsgemäße Getriebesystem hat den Vorteil, dass es mehrere elektrische Vorwärtsgänge für den rein elektrischen Fahrbetrieb bereitstellt. Insoweit ist es möglich, auch in einem rein elektrischen Fahrbetrieb zwischen verschiedenen Gängen zu schalten und auf diese Weise einen großen Geschwindigkeitsbereich für einen rein elektrischen Fahrbetrieb für ein Kraftfahrzeug zu erreichen, das mit dem erfindungsgemäßen Getriebesystem ausgerüstet ist.
  • Darüber hinaus weist das erfindungsgemäße Getriebesystem eine geringe Bauteil- und Schaltelementbelastung auf. Zudem sind die Schaltelemente gut erreichbar und können daher im Wartungsfall schnell ausgetauscht werden. Darüber hinaus ist in dem erfindungsgemäßen Getriebesystem die triebtechnische Verbindung zwischen dem Überlagerungsgetriebe und dem Schaltgetriebe auf einfache Weise realisiert, indem die Überlagerungsgetriebeausgangswelle direkt oder indirekt mit dem Schaltgetriebe gekoppelt ist.
  • Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Getriebesystems besteht darin, dass der Rückwärtsgang in dem Schaltgetriebe vorgesehen ist. Dadurch sind alle Überlagerungsgetriebegänge auch rückwärts fahrbar, so dass ein größerer Geschwindigkeitsbereich im Rückwärtsbetrieb erreicht werden kann. Darüber hinaus ist durch das Vorsehen des Rückwärtsgangs in dem Schaltgetriebe sichergestellt, dass bei einem Defekt des Elektromotors ein verbrennungsmotorischer Rückwärts-Fahrbetrieb möglich ist.
  • Zudem muss entgegen den bekannten Hybridgetrieben, bei denen ein Rückwärts-Fahrbetrieb durch Drehen des Rotors des Elektromotors in eine zu dem Vorwärts-Fahrbetrieb entgegengesetzte Richtung gedreht wird, der Elektromotor nicht mehr derart ausgebildet und/oder ausgelegt werden muss, dass er sowohl einen Vorwärts-Fahrbetrieb als auch einen Rückwärts-Fahrbetrieb ermöglicht. Somit können im erfindungsgemäßen Getriebesystem kostengünstige Elektromotoren eingesetzt werden.
  • Darüber hinaus hat das erfindungsgemäße Getriebesystem den ganz besonderen Vorteil, dass durch das dem Überlagerungsgetriebe triebtechnisch nachgeschaltete Schaltgetriebe die Gangzahl des Überlagerungsgetriebes um 1 oder 2 Gänge erhöht wird.
  • Bei einer besonderen Ausführung kann ein Umschalten von einem ersten elektrischen Vorwärtsgang in einen zweiten elektrischen Vorwärtsgang unter Last erfolgen. Dies kann insbesondere dann realisiert werden, wenn ein erster und zweiter Planetenradsatz des Schaltgetriebes derart ausgebildet sind, dass ein Gangsprung zwischen dem ersten elektrischen Vorwärtsgang und dem zweiten elektrischen Vorwärtsgang einen Wert im Bereich von 1,4–2,5, insbesondere in einem Bereich von 1,7–2,3, vorzugsweise 1,95 aufweist.
  • Das Schaltgetriebe kann wenigstens einen Verbrennungsmotor-Vorwärtsgang für einen rein verbrennungsmotorischen Vorwärts-Fahrbetrieb aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann das Schaltgetriebe wenigstens einen Vorwärtsgang für einen hybriden Vorwärts-Fahrbetrieb aufweisen. Der hybride Vorwärts-Fahrbetrieb erfolgt unter Verwendung des Verbrennungsmotors und des Elektromotors. Der rein elektrische Vorwärts-Fahrbetrieb kann unter ausschließlicher Verwendung des Elektromotors erfolgen. Dies bedeutet, dass in dem Schaltgetriebe kein weiterer Elektromotor vorhanden ist oder kein weiterer Elektromotor ausschließlich an das Schaltgetriebe angekoppelt ist. Der Rückwärts-Fahrbetrieb kann rein verbrennungsmotorisch oder rein elektrisch oder unter Verwendung des Verbrennungsmotors und des Elektromotors erfolgen. Im Ergebnis wird ein Getriebesystem erhalten, bei dem ein rein elektrischer Fahrbetrieb, ein rein verbrennungsmotorischer Fahrbetrieb oder ein Hybridbetrieb sowohl für den Vorwärts-Fahrbetrieb als auch für den Rückwärts-Fahrbetrieb realisierbar ist.
  • Bei einer ganz besonderen Ausführung ist die Überlagerungsgetriebeausgangswelle mit dem ersten Planetenradsatz drehfest verbunden oder drehfest verbindbar Darüber hinaus ist die Überlagerungsgetriebeausgangswelle mit dem zweiten Planetenradsatz drehfest verbunden oder drehfest verbindbar. Die Schaltgetriebeausgangswelle ist mit einem ersten Planetenradsatz drehfest verbunden oder drehfest verbindbar. Darüber hinaus ist die Schaltgetriebeausgangswelle mit dem zweiten Planetenradsatz drehfest verbunden oder drehfest verbindbar.
  • 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.
  • Das Schaltgetriebe kann wenigstens drei, insbesondere genau drei, Schaltelemente aufweisen. Dadurch wird das Bereitstellen von wenigstens zwei elektrischen Vorwärtsgängen und wenigstens einem Rückwärtsgang durch eine geringe Anzahl von Schaltelementen ermöglicht.
  • Bei einer besonderen Ausführung kann ein erstes Schaltelement vorhanden und derart angeordnet sein, dass im geschlossenen Zustand des ersten Schaltelements ein an einer Einzelkomponente des zweiten Planetenradsatzes anliegendes Drehmoment an die Schaltgetriebeausgangswelle übertragen wird. Alternativ oder zusätzlich kann das erste Schaltelement derart angeordnet sein, dass im geschlossenen Zustand des ersten Schaltelements die an zwei Einzelkomponenten des zweiten Planetenradsatzes anliegenden Drehmomente addiert an die Schaltgetriebeausgangswelle übertragen werden. Dies bedeutet, dass im geschlossenen Zustand des ersten Schaltelements der zweite Planetenradsatz in Eingriff gebracht wird. Im geöffneten Zustand des ersten Schaltelements ist der zweite Planetenradsatz nicht in Eingriff, so dass kein Drehmoment über den zweiten Planetenradsatz auf die Schaltgetriebeausgangswelle übertragen werden kann. Im Sinne der Erfindung werden als Einzelkomponenten des Planetenradsatzes das Sonnenrad, der Steg und das Hohlrad des Planetenradsatzes verstanden.
  • In analoger Weise kann alternativ oder zusätzlich ein zweites Schaltelement vorhanden und derart angeordnet sein, dass im geschlossenen Zustand des zweiten Schaltelements ein an einer Einzelkomponente des ersten Planetenradsatzes anliegendes Drehmoment an die Schaltgetriebeausgangswelle übertragen wird. Alternativ oder zusätzlich kann das zweite Schaltelement derart angeordnet sein, dass im geschlossenen Zustand des zweiten Schaltelements die an zwei Einzelkomponenten des ersten Planetenradsatzes anliegenden Drehmomente addiert an die Schaltgetriebeausgangswelle übertragen werden. Dies bedeutet, dass im geschlossenen Zustand des zweiten Schaltelements der erste Planetenradsatz in Eingriff gebracht wird. Im geöffneten Zustand des zweiten Schaltelements ist der erste Planetenradsatz nicht in Eingriff, so dass kein Drehmoment über den ersten Planetenradsatz auf die Schaltgetriebeausgangswelle übertragen werden kann.
  • Das Schaltgetriebe kann eine Getriebewelle aufweisen, die mit dem ersten Planetenradsatz und/oder dem zweiten Planetenradsatz jeweils drehfest verbunden ist. Somit verbindet die Getriebewelle den ersten Planetenradsatz drehfest mit dem zweiten Planetenradsatz. Alternativ oder zusätzlich ist die Getriebewelle mittels eines dritten Schaltelements mit einem Gehäuse drehfest verbindbar. Bei dem Gehäuse kann es sich um ein ortsfestes und/oder nicht drehbares Gehäuse des Schaltgetriebes und/oder des Überlagerungsgetriebes handeln.
  • Bei einer Ausführung ist die Überlagerungsgetriebeausgangswelle mittels des ersten Schaltelements mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes und mittels des zweiten Schaltelements mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes jeweils drehfest verbindbar. Dabei ist die Schaltgetriebeausgangswelle mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes und mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes jeweils drehfest verbunden.
  • Bei einer weiteren Ausführung ist die Überlagerungsgetriebeausgangswelle mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden und mittels des zweiten Schaltelements mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes drehfest verbindbar. Die Schaltgetriebeausgangswelle ist mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes drehfest verbunden und mittels des ersten Schaltelements mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbindbar.
  • Alternativ ist die Überlagerungsgetriebeausgangswelle mittels des ersten Schaltelements mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbindbar und mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes drehfest verbunden. Die Schaltgetriebeausgangswelle ist mittels des zweiten Schaltelements mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes drehfest verbindbar und mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes drehfest verbunden.
  • Bei einer weiteren Ausführung ist die Überlagerungsgetriebeausgangswelle mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes und mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes jeweils drehfest verbunden ist. Dabei ist die Schaltgetriebeausgangswelle mittels des zweiten Schaltelements mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes RS1 und mittels des ersten Schaltelements mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes jeweils drehfest verbindbar.
  • Im Ergebnis kann das erfindungsgemäße Getriebesystem unterschiedlich ausgebildete Schaltgetriebe aufweisen, die allesamt einfach aufgebaut sind und mehrere elektrische Vorwärtsgänge für einen rein elektrischen Vorwärts-Fahrbetrieb und wenigstens einen Rückwärtsgang für einen Rückwärts-Fahrbetrieb bereitstellen. Zudem kann in den Schaltgetrieben der oben genannte Gangsprung realisiert werden, so dass ein Umschalten von dem ersten elektrischen Vorwärtsgang in den zweiten elektrischen Vorwärtsgang unter Last möglich ist.
  • Bei einer ganz besonderen Ausführung kann wenigstens ein Schaltelement ein Lastschaltelement sein. Die restlichen Schaltelemente können lastfrei zu schaltende Schaltelement sein. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass alle drei Schaltelemente Lastschaltelemente sind. In diesem Fall können eine Zughochschaltung oder eine Zugrückschaltung, eine Schubhochschaltung oder eine Schubrückschaltung und das Umschalten von dem Vorwärtsgang in den Rückwärtsgang oder umgekehrt jeweils unter Last erfolgen.
  • Als lastfrei zu schaltende Schaltelemente werden im Sinne der Erfindung alle Lastschaltelemente bezeichnet, die für eine konventionelle Lastschaltung nicht geeignet sind. Bei diesen Schaltelementen handelt es sich beispielsweise um formschlüssige Schaltelemente oder um Schaltelemente, die reibschlüssig aber nicht reibleistungsfähig sind. Nicht reibleistungsfähige Schaltelemente können Schaltelemente sein, die keine Kühlung aufweisen und/oder die nicht kontinuierlich, sondern digital regelbar sind.
  • Bei einem lastfreien Schalten werden 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.
  • Ein erster elektrischer Vorwärtsgang kann durch Schließen des ersten Schaltelements und des dritten Schaltelements eingestellt werden, wobei das zweite Schaltelement geöffnet ist. Ein Umschalten aus dem ersten elektrischen Vorwärtsgang in den zweiten elektrischen Vorwärtsgang kann durch Schließen des zweiten Schaltelements und Öffnen des dritten Schaltelements realisiert werden. Der Rückwärtsgang kann durch Schließen des zweiten Schaltelements und des dritten Schaltelements eingestellt werden, wobei das erste Schaltelement geöffnet ist. Im Ergebnis weist das Getriebesystem in vorteilhafter Weise ein einziges, offenes Schaltelement pro Gang auf.
  • Das Überlagerungsgetriebe kann in unterschiedliche Überlagerungsgetriebegänge umgeschaltet werden. Dabei kann das Überlagerungsgetriebe ein rückwärtsgangloses Überlagerungsgetriebe sein. Dies bedeutet, dass das Überlagerungsgetriebe keinen Rückwärtsgang aufweist, sondern lediglich einen Vorwärtsgang oder mehrere Vorwärtsgänge. Durch den Verzicht eines Rückwärtsgangs im Überlagerungsgetriebe vereinfacht sich der Aufbau des Überlagerungsgetriebes. Das Überlagerungsgetriebe kann in wenigstens einen Überlagerungsgetriebegang schaltbar sein, in dem die erste Antriebswelle, die zum Ankoppeln eines Verbrennungsmotors vorgesehen ist, von der Überlagerungsgetriebeausgangswelle entkoppelt ist. Ein derartiger Überlagerungsgetriebegang kann insbesondere für einen rein elektrischen Fahrbetrieb verwendet werden.
  • Analog kann, alternativ oder zusätzlich, auch vorgesehen sein, dass das Überlagerungsgetriebe in wenigstens einen Überlagerungsgetriebegang schaltbar ist, in dem die zweite Antriebswelle, die zum Ankoppeln des Elektromotors vorgesehen ist, von der Überlagerungsgetriebeausgangswelle entkoppelt ist. Ein solcher Überlagerungsgetriebegang kann insbesondere für einen rein verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb dienen.
  • Darüber hinaus kann vorteilhaft auch vorgesehen sein, dass das Überlagerungsgetriebe in wenigstens einen Überlagerungsgetriebegang schaltbar ist, in dem die an der ersten Antriebswelle und an der zweiten Antriebswelle anliegenden Drehmomente addiert an die Überlagerungsgetriebeausgangswelle übertragen werden. Ein solcher Überlagerungsgetriebegang dient insbesondere für einen Hybridfahrbetrieb.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführung des Getriebesystems weist das Überlagerungsgetriebe wenigstens einen weiteren Planetenradsatz auf. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Überlagerungsgetriebe mehrere miteinander koppelbare weitere Planetenradsätze aufweist, wobei die Kopplung der weiteren Planetenradsätze mittels wenigstens eines weiteren Schaltelements erfolgen kann. Das Überlagerungsgetriebe kann zur Bereitstellung mehrerer Überlagerungsgetriebegänge mehrere weitere Planetenradsätze aufweisen, deren Einzelkomponenten mit wenigstens einem weiteren Schaltelement in unterschiedlichen Wirkkombinationen miteinander koppelbar oder voneinander entkoppelbar sind.
  • Bei einer ganz besonderen Ausführung sind der erste Planetenradsatz und der zweite Planetenradsatz als Minusplanetenradsätze ausgebildet. Es ist jedoch möglich, eine funktionsgleiche Variante zu realisieren, bei der wenigstens einer der Planetenradsätze als Plus-Planetenradsatz ausgeführt ist. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass gleichzeitig die Steg- und Hohlrad-Anbindung getauscht und der Betrag der Standgetriebeübersetzung im Vergleich zu einer Ausführung mit einem Minus-Planetenradsatz um 1 erhöht wird.
  • Der Elektromotor kann in einem Gehäuse, insbesondere einem Gehäuse des Überlagerungsgetriebes, angeordnet sein. 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 ein Kegelradgetriebe triebtechnisch angekoppelt ist.
  • 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 der zweiten Antriebswelle angeordnet. 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.
  • In vorteilhafter Weise können die Planetenradsätze des Schaltgetriebes axial betrachtet in Kraftflussrichtung antriebsseitig im Zugbetrieb eines an die erste Antriebswelle angekoppelten Verbrennungsmotors in der Reihenfolge: erster Planetenradsatz und zweiter Planetenradsatz angeordnet sein. Die Betrachtung erfolgt somit ausgehend von der Antriebsseite, insbesondere ausgehend von dem Verbrennungsmotor und dem mit dem Verbrennungsmotor gekoppelten Überlagerungsgetriebe, in Kraftflussrichtung.
  • Von besonderem Vorteil ist ein Hybridantrieb für ein Kraftfahrzeug, der ein erfindungsgemäßes Getriebesystem 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 Getriebesystem und/oder mit einem solchen Hybridantrieb von besonderem Vorteil.
  • In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben, wobei gleiche oder gleichwirkende Elemente zumeist mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
  • 1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hybridantriebs mit einem erfindungsgemäßen Getriebesystem für ein Kraftfahrzeug,
  • 2 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hybridantriebs mit einem erfindungsgemäßen Getriebesystem für ein Kraftfahrzeug,
  • 3 schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hybridantriebs mit einem erfindungsgemäßen Getriebesystem für ein Kraftfahrzeug,
  • 4 schematisch ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hybridantriebs mit einem erfindungsgemäßen Getriebesystem für ein Kraftfahrzeug,
  • 5 schematisch ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hybridantriebs mit einem erfindungsgemäßen Getriebesystem für ein Kraftfahrzeug und
  • 6 eine Schaltmatrix für die in den 1 bis 5 gezeigten Schaltgetriebe.
  • 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hybridantriebs 1 für ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Getriebesystem 5. Das Getriebesystem 5 weist ein Überlagerungsgetriebe 2 und ein Schaltgetriebe 8 auf. Das Überlagerungsgetriebe 2 weist eine erste Antriebswelle An zum Ankoppeln eines Verbrennungsmotors VM und eine zweite Antriebswelle 6 zum Ankoppeln eines Elektromotors EM auf. Zudem weist das Überlagerungsgetriebe 3 eine Überlagerungsgetriebeausgangswelle 7 auf.
  • Dem Überlagerungsgetriebe 2 ist das Schaltgetriebe 8 triebtechnisch nachgeschaltet. Insbesondere ist das Schaltgetriebe 8 mit der Überlagerungsgetriebeausgangswelle 7 drehfest verbunden. Das Schaltgetriebe 8 weist eine Schaltgetriebeausgangswelle Ab zur direkten oder indirekten Ankopplung an wenigstens ein (nicht dargestelltes) Antriebsrad eines (nicht dargestellten) Kraftfahrzeugs auf. Darüber hinaus weist das Schaltgetriebe 8 wenigstens zwei (in dieser Figur nicht dargestellte) Planetenradsätze auf und stellt wenigstens zwei, insbesondere genau zwei, elektrische Vorwärtsgänge für einen rein elektrischen Vorwärts-Fahrbetrieb und wenigstens einen Rückwärtsgang für einen Rückwärts-Fahrbetrieb bereit.
  • 2 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hybridantriebs 1 mit einem erfindungsgemäßen Getriebesystem 5 für ein Kraftfahrzeug. Das Getriebesystem 5 weist neben dem Überlagerungsgetriebe 2 das Schaltgetriebe 8 auf, das zwei Planetenradsätze, nämlich einen ersten Planetenradsatz RS1 und einen zweiten Planetenradsatz RS2, und drei Schaltelemente aufweist, nämlich ein erstes Schaltelement K1, ein zweites Schaltelement K2 und ein drittes Schaltelement B1. Dabei können das erste und zweite Schaltelement K1, K2 als Kupplung und das dritte Schaltelement B1 als Bremse ausgebildet sein.
  • Das Schaltgetriebe 8 ist dem Überlagerungsgetriebe 2 triebtechnisch nachgeschaltet. Insbesondere ist die Überlagerungsgetriebeausgangswelle 7 mittels des ersten Schaltelements K1 mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes RS2 drehfest verbindbar. Zudem ist die Überlagerungsgetriebeausgangswelle 7 mittels des zweiten Schaltelements K2 mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes RS1 drehfest verbindbar. Die Schaltgetriebeausgangswelle Ab ist mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes RS2 und dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes RS1 jeweils drehfest verbunden. Das Schaltgetriebe 8 weist eine Getriebewelle 3 auf, die mit dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes RS2 und dem Steg des ersten Planetenradsatzes RS1 jeweils drehfest verbunden ist. Zudem ist die Getriebewelle 3 mittels des dritten Schaltelements B1 mit einem Gehäuse G des Schaltgetriebes 8 drehfest verbindbar.
  • Im geschlossenen Zustand des ersten Schaltelements K1 ist der zweite Planetenradsatz RS2 in Eingriff. Dies lässt sich, wie nachfolgend näher ausgeführt wird, auch durch eine andere Anordnung des ersten Schaltelements K1 innerhalb des Schaltgetriebes 8 erreichen.
  • 3 zeigt schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hybridantriebes 1 mit einem erfindungsgemäßen Getriebesystem 5 für ein Kraftfahrzeug. Auch das in 3 dargestellte Getriebesystem 5 weist ein Überlagerungsgetriebe 2 und ein Schaltgetriebe 8 auf. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 2 dargestellten, zweiten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Überlagerungsgetriebeausgangswelle 7 mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes RS2 drehfest verbunden ist. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass die Schaltgetriebeausgangswelle Ab mittels des ersten Schaltelements K1 mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes RS2 drehfest verbunden ist. Im Übrigen ist der Aufbau identisch zu dem in 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel.
  • In den zuvor beschriebenen, in den 2 und 3 gezeigten, Ausführungsbeispielen ist der erste Planetenradsatz RS1 in Eingriff, wenn das zweite Schaltelement K2 geschlossenen ist. Dies lässt sich, wie nachfolgend ausführlich beschrieben wird, auch durch eine andere Anordnung des zweiten Schaltelements K2 innerhalb des Schaltgetriebes 8 erreichen.
  • 4 zeigt schematisch ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hybridantriebs mit einem erfindungsgemäßen Getriebesystem 5 für ein Kraftfahrzeug. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 2 dargestellten, zweiten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Überlagerungsgetriebeausgangswelle 7 mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes RS1 drehfest verbunden ist. Das zweite Schaltelement K2 ist derart angeordnet, dass die Schaltgetriebeausgangswelle Ab mittels des zweiten Schaltelements K2 mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes RS1 drehfest verbindbar ist. Im Übrigen ist der Aufbau identisch zu dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel.
  • 5 zeigt schematisch ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hybridantriebs 1 mit einem erfindungsgemäßen Getriebesystem 5 für ein Kraftfahrzeug. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem vierten Ausführungsbeispiel durch die Anordnung des ersten Schaltelements K1. So ist das erste Schaltelement K1 derart angeordnet, dass die Schaltgetriebeausgangswelle Ab mittels des ersten Schaltelements K1 mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes RS2 drehfest verbindbar ist. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass die Überlagerungsgetriebeausgangswelle 7 mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes RS2 drehfest verbunden ist. Im Übrigen ist der Aufbau identisch zu dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel.
  • Die Schaltmatrix für die in den 1-5 gezeigten Schaltgetriebe 8 ist in 6 dargestellt. Das Schaltgetriebe 8 weist zwei elektrische Vorwärtsgänge für einen rein elektrischen Vorwärts-Fahrbetrieb und einen Rückwärtsgang für einen Rückwärts-Fahrbetrieb auf. Der erste elektrische Vorwärtsgang kann durch Schließen des ersten Schaltelements K1 und des dritten Schaltelements B1 realisiert werden, wobei das zweite Schaltelement K2 geöffnet ist. Ein Umschalten von dem ersten elektrischen Vorwärtsgang in den zweiten elektrischen Vorwärtsgang kann durch Öffnen des dritten Schaltelements B1 und Schließen des zweiten Schaltelements K2 realisiert werden. Ein Rückwärtsgang ist durch Schließen des dritten Schaltelements B1 und des zweiten Schaltelements K2 realisierbar.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Hybridantrieb
    2
    Überlagerungsgetriebe
    3
    Getriebewelle
    5
    Getriebesystem
    6
    zweite Antriebswelle
    7
    Überlagerungsgetriebeausgangswelle
    8
    Schaltgetriebe
    G
    Gehäuse
    K1
    erstes Schaltelement
    K2
    zweites Schaltelement
    B1
    drittes Schaltelement
    An
    erste Antriebswelle
    Ab
    Schaltgetriebeausgangswelle
    EM
    Elektromotor
    VM
    Verbrennungsmotor
    RS1
    erster Planetenradsatz
    RS2
    zweiter Planetenradsatz

Claims (15)

  1. Getriebesystem (5) für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs, mit einem Überlagerungsgetriebe (2), das eine erste Antriebswelle (An) zum Ankoppeln eines Verbrennungsmotors (VM), eine zweite Antriebswelle (6) zum Ankoppeln eines Elektromotors (EM) und eine Überlagerungsgetriebeausgangswelle (7) aufweist, gekennzeichnet durch ein Schaltgetriebe (8), das dem Überlagerungsgetriebe (2) triebtechnisch nachgeschaltet ist, wobei das Schaltgetriebe (8) wenigstens zwei Planetenradsätze (RS1, RS2) und eine Schaltgetriebeausgangswelle (Ab) zum Ankoppeln an wenigstens ein Antriebsrad des Kraftfahrzeugs aufweist und wobei das Schaltgetriebe (8) wenigstens zwei, insbesondere genau zwei, elektrische Vorwärtsgänge für einen rein elektrischen Vorwärts-Fahrbetrieb und wenigstens einen, insbesondere genau einen, Rückwärtsgang für einen Rückwärts-Fahrbetrieb bereitstellt.
  2. Getriebesystem (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass a. ein Umschalten von einem ersten elektrischen Vorwärtsgang in einen zweiten elektrischen Vorwärtsgang unter Last erfolgt und/oder dass b. ein erster Planetenradsatz (RS1) und ein zweiter Planetenradsatz (RS2) derart ausgebildet sind, dass ein Gangsprung zwischen einem ersten elektrischen Vorwärtsgang und einem zweiten elektrischen Vorwärtsgang einen Wert in einem Bereich von 1,4 bis 2,5, insbesondere in einem Bereich von 1,7 bis 2,3, vorzugsweise 1,95, aufweist und/oder dass c. das Schaltgetriebe (8) wenigstens einen Verbrennungsmotor-Vorwärtsgang für einen rein verbrennungsmotorischen Vorwärts-Fahrbetrieb aufweist und/oder dass d. das Schaltgetriebe (8) wenigstens einen Vorwärtsgang für einen hybriden Vorwärts-Fahrbetrieb aufweist.
  3. Getriebesystem (5) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass a. die Überlagerungsgetriebeausgangswelle (7) mit einem ersten Planetenradsatz drehfest verbunden oder drehfest verbindbar ist und/oder dass b. die Überlagerungsgetriebeausgangswelle (7) mit einem zweiten Planetenradsatz (RS2) drehfest verbunden oder drehfest verbindbar ist.
  4. Getriebesystem (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass a. die Schaltgetriebeausgangswelle (8) mit einem ersten Planetenradsatz drehfest verbunden oder drehfest verbindbar ist und/oder dass b. die Schaltgetriebeausgangswelle (8) mit einem zweiten Planetenradsatz (RS2) drehfest verbunden oder drehfest verbindbar ist.
  5. Getriebesystem (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass a. das Schaltgetriebe (8) wenigstens drei, insbesondere genau drei, Schaltelemente (K1, K2, K3) aufweist und/oder dass b. ein erstes Schaltelement (K1) vorhanden und derart angeordnet ist, dass im geschlossenen Zustand des ersten Schaltelements (K1) ein an einer Einzelkomponente eines zweiten Planetenradsatzes (RS2) anliegendes Drehmomente an die Schaltgetriebeausgangswelle (Ab) übertragen wird und/oder dass c. ein zweites Schaltelement (K2) vorhanden und derart angeordnet ist, dass im geschlossenen Zustand des zweiten Schaltelements (K2) ein an einer Einzelkomponente des ersten Planetenradsatzes (RS1) anliegendes Drehmoment an die Schaltgetriebeausgangswelle (Ab) übertragen wird.
  6. Getriebesystem (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgetriebe (8) eine Getriebewelle (3) aufweist, die a. mit dem ersten Planetenradsatz (RS1) und dem zweiten Planetenradsatz (RS2) jeweils drehfest verbunden ist und/oder die b. mittels eines dritten Schaltelements (B1) mit einem Gehäuse (G) drehfest verbindbar ist.
  7. Getriebesystem (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass a. die Überlagerungsgetriebeausgangswelle (7) mittels eines ersten Schaltelements (K1) mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes (RS2) und mittels eines zweiten Schaltelements (K2) mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes (RS1) jeweils drehfest verbindbar ist und/oder dass b. die Schaltgetriebeausgangswelle (Ab) mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes (RS1) und mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes (RS2) jeweils drehfest verbunden ist.
  8. Getriebesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass a. die Überlagerungsgetriebeausgangswelle (7) mit dem Hohlrad eines zweiten Planetenradsatzes (RS2) drehfest verbunden ist und mittels eines zweiten Schaltelements (K2) mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes (RS1) drehfest verbindbar ist und/oder dass b. die Schaltgetriebeausgangswelle (Ab) mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes (RS2) drehfest verbunden ist und mittels eines ersten Schaltelements (K1) mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes (RS2) drehfest verbindbar ist.
  9. Getriebesystem (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass a. die Überlagerungsgetriebeausgangswelle (7) mittels eines ersten Schaltelements (K1) mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes (RS2) drehfest verbindbar ist und mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes (RS1) drehfest verbunden ist und/oder dass b. die Schaltgetriebeausgangswelle (Ab) mittels eines zweiten Schaltelements (K2) mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes (RS1) drehfest verbindbar ist und mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes (RS2) drehfest verbunden ist.
  10. Getriebesystem (5) nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass a. die Überlagerungsgetriebeausgangswelle (7) mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes (RS2) und mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes (RS1) jeweils drehfest verbunden ist und/oder dass b. die Schaltgetriebeausgangswelle (Ab) mittels eines zweiten Schaltelements (K2) mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes (RS1) und mittels eines ersten Schaltelements (K1) mit dem Steg des zweiten Planetenradsatzes (RS2) jeweils drehfest verbindbar ist.
  11. Getriebesystem (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Schaltelement ein Lastschaltelement ist.
  12. Getriebesystem (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass a. ein erster elektrischer Vorwärtsgang durch Schließen eines ersten Schaltelements (K1) und eines dritten Schaltelements (B1) einstellbar ist, wobei ein zweites Schaltelement (K2) geöffnet ist oder dass b. ein erster elektrischer Vorwärtsgang durch Schließen eines ersten Schaltelements (K1) und eines dritten Schaltelements (B1) einstellbar ist, wobei ein zweites Schaltelement (K2) geöffnet ist und dass ein Umschalten aus dem ersten elektrischen Vorwärtsgang in einen zweiten elektrischen Vorwärtsgang durch Schließen des zweiten Schaltelements (K2) und Öffnen des dritten Schaltelements (B2) realisierbar ist oder dass c. ein Rückwärtsgang durch Schließen eines zweiten Schaltelements (K2) und eines dritten Schaltelements (K3) einstellbar ist, wobei das erste Schaltelement (K1) geöffnet ist.
  13. Getriebesystem (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass a. das Überlagerungsgetriebe (2) in unterschiedliche Überlagerungsgetriebegänge umschaltbar ist, und/oder dass b. das Überlagerungsgetriebe (2) ein rückwärtsgangloses Überlagerungsgetriebe ist und/oder dass c. das Überlagerungsgetriebe (2) mehrere miteinander gekoppelte weitere Planetenradsätze aufweist.
  14. Hybridantrieb (1) für ein Kraftfahrzeug mit einem Getriebesystem (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass an die erste Antriebswelle (An) ein Verbrennungsmotor (VM) und an die zweite Antriebswelle (6) ein Elektromotor (EM) angekoppelt sind.
  15. Kraftfahrzeug mit einem Getriebesystem (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 oder einem Hybridantrieb nach Anspruch 14.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2024062734A1 (ja) * 2022-09-22 2024-03-28 ジヤトコ株式会社 ユニット

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