DE102015221780A1

DE102015221780A1 - Getriebeanordnung

Info

Publication number: DE102015221780A1
Application number: DE102015221780.9A
Authority: DE
Inventors: Werner Pfau; Edmund Bauchrowitz; Martin Körber; Thomas Schleich
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-11-06
Filing date: 2015-11-06
Publication date: 2017-05-11

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung für einen Hybridantrieb, mit einem ersten Getriebe (16), das als Doppelkupplungsgetriebe ausgeführt und dazu vorgesehen ist, mit einer ersten Antriebsmaschine, insbesondere einem Verbrennungsmotor (10), gekoppelt zu werden, und einem zweiten Getriebe (18), das dazu vorgesehen ist, mit einer zweiten Antriebsmaschine, insbesondere einem Elektromotor (12), gekoppelt zu werden, wobei das erste und das zweite Getriebe (16, 18) zum Zusammenführen der Antriebsleistungen der Antriebsmaschinen mit einem Differential (20) koppelbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung für einen Hybridantrieb.
In modernen Kraftfahrzeugen werden verschiedene Antriebskonzepte in sogenannten Hybridantrieben miteinander kombiniert. So ist es bekannt, beispielsweise einen Verbrennungsmotor mithilfe eines Elektromotors zu unterstützen und umgekehrt.
Mithilfe von Getriebeanordnungen wird die Leistung der Antriebsmaschinen an die anzutreibenden Räder des Fahrzeugs weitergeleitet. Dabei besteht die Forderung, die jeweiligen Motoren möglichst effizient zu betreiben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Getriebeanordnung für einen Hybridantrieb anzugeben.
Die voranstehend genannte Aufgabe wird gelöst durch eine Getriebeanordnung für einen Hybridantrieb, mit einem ersten Getriebe, das als Doppelkupplungsgetriebe ausgeführt und dazu vorgesehen ist, mit einer ersten Antriebsmaschine, insbesondere einem Verbrennungsmotor, gekoppelt zu werden, und einem zweiten Getriebe, das dazu vorgesehen ist, mit einer zweiten Antriebsmaschine, insbesondere einem Elektromotor, gekoppelt zu werden, wobei das erste und das zweite Getriebe zum Zusammenführen der Antriebsleistungen der Antriebsmaschinen mit einem Differential koppelbar sind.
Wenn hier von dem Koppeln der Getriebe und/oder der Wellen der Getriebe die Rede ist, so ist damit die Herstellung eines Pfads zur Leistungsübertragung innerhalb der Getriebeanordnung zwischen wenigstens zwei Getriebewellen über eine oder mehrere Zahnradstufen gemeint.
Sowohl das erste als auch das zweite Getriebe können die von den jeweiligen Antriebsmaschinen bereitgestellte Leistung jeweils unmittelbar auf ein Differential, übertragen. D. h. die Drehmomente werden in diesem Fall erst im Bereich des Getriebeausgangs des jeweiligen Getriebes am Differential addiert.
Das abtriebsseitige Zusammenführen der Drehmomente bzw. der Antriebsleistungen hat den Vorteil, dass möglichst wenige Komponenten, insbesondere lediglich das Differential, mit dem Summendrehmoment, das sich aus der Summe der Drehmomente der ersten und der zweiten Antriebsmaschine ergibt, beaufschlagt werden. Die Getriebeanordnung kann dadurch kompakter und leichter gebaut werden.
Zudem sind die Gänge des ersten Getriebes frei mit den Gängen des zweiten Getriebes kombinierbar, so dass das von den Antriebsmaschinen bereitgestellte Drehmoment insgesamt feiner einstellbar ist. Die Gänge bzw. Gangradpaare des ersten Getriebes und die Gänge bzw. Gangradpaare des zweiten Getriebes sind separat voneinander schaltbar und unabhängig voneinander mit dem Abtrieb bzw. dem Differential koppelbar.
Nach einer Weiterbildung der Getriebeanordnung ist das zweite Getriebe ein lastschaltfähiges Automatikgetriebe.
Durch die Kombination eines Doppelkupplungsgetriebes mit einem lastschaltfähigen Automatikgetriebe in einer Getriebeanordnung wird erreicht, dass sowohl die Gänge, die der ersten Antriebsmaschine zugeordnet sind, als auch die Gänge, die der zweiten Antriebsmaschine zugeordnet sind, lastschaltfähig sind. Der Gangwechsel in dem ersten und dem zweiten Getriebe erfolgen dabei bevorzugt ohne Zugkraftunterbrechung.
Mit anderen Worten kann eine am Getriebeeingang eines jeweiligen Getriebes eingebrachte Leistung einer Antriebsmaschine auch während des Schaltvorgangs mithilfe lastschaltfähiger Kupplungen dauerhaft zum Getriebeausgang des jeweiligen Getriebes übertragen werden.
Bevorzugt kann es sich bei der Getriebeanordnung um ein Automatikgetriebe handeln, insbesondere für den Quer-Einbau. Die Getriebeanordnung ist sowohl für den Einbau im Heck als auch im Frontbereich eines Fahrzeugs geeignet.
Nach einer Weiterbildung der Getriebeanordnung sind wenigstens ein Gang, insbesondere wenigstens zwei Gänge, des ersten Getriebes als Windungsgänge ausgeführt. Auf diese Weise kann das Doppelkupplungsgetriebe kompakter gebaut werden, da mit beispielsweise vier Zahnradpaarungen in dem ersten Getriebe sechs Gänge realisiert werden können.
Das erste Getriebe kann eine Antriebswelle, die zwei Teilgetriebewellen hat, und eine Abtriebswelle aufweisen.
Um einen Windungsgang abzubilden, kann wenigstens ein Schaltelement vorgesehen sein, das dazu ausgebildet ist, wenigstens zwei benachbart auf der Abtriebswelle angeordnete Losräder zweier Gangradpaarungen relativ zueinander drehfest zu koppeln, wobei die beiden Losräder relativ zu der Abtriebswelle im miteinander gekoppelten Zustand weiterhin frei beweglich bzw. drehbar sind. Die entsprechend zugehörigen Festräder der Gangradpaarungen sind auf verschiedenen Teilgetriebewellen angeordnet.
Ein beispielsweise in eine erste Teilgetriebewelle eingeleitetes Drehmoment wird von einem ersten Festrad, das dieser Teilgetriebewelle zugeordnet ist, zunächst auf die beiden gekoppelten Losräder übertragen. Über die gekoppelten und frei zur Abtriebswelle drehbaren Losräder wird die Antriebsleistung zurück auf ein zweites Festrad übertragen, das einer zweiten Teilgetriebewelle zugeordnet ist. Die zweite Teilgetriebewelle wird daher mittels der ersten Teilgetriebewelle angetrieben, wobei über die im Kraftfluss angeordneten Gangradpaarungen eine Übersetzung bzw. Untersetzung der Antriebsdrehzahl und des Antriebsmoments erfolgt.
Schließlich wird die Leistung von der zweiten Teilgetriebewelle über eine dritte Gangradpaarung in konventioneller Weise auf die Abtriebswelle übertragen. Jede der drei beteiligten Gang radpaarungen für sich genommen bildet ebenfalls einen Gang des Doppelkupplungsgetriebes, so dass insgesamt mit drei Zahnradpaarungen vier Gänge realisiert werden können.
Bevorzugt weist das erste Getriebe wenigstens zwei Windungsgänge auf.
Die zweite Antriebsmaschine kann ein Elektromotor sein, der mit der ersten Antriebsmaschine koppelbar und als Generator betreibbar ist. Die erste Antriebsmaschine kann daher zum Laden einer dem Elektromotor zugeordneten Batterie verwendet werden. Alternativ oder ergänzend ist es möglich, aus dem Differential Leistung in den als Generator arbeitenden Elektromotor zu leiten, insbesondere zum Zwecke der Rekuperation.
Grundsätzlich kann vorgesehen sein, einen Generatorbetrieb eines mit einer hier in Rede stehenden Getriebeanordnung ausgestatteten Hybridfahrzeugs im Fahrbetrieb und/oder im Stand des Fahrzeugs zu ermöglichen.
Insbesondere kann die Getriebeanordnung zusätzliche Kopplungsmittel aufweisen, um einen Generatorbetrieb im Stand eines mit der Getriebeanordnung ausgestatteten Fahrzeugs zu ermöglichen.
Die Kopplungsmittel zur Übertragung der Leistung des Verbrennungsmotors über das erste Getriebe auf das zweite Getriebe können beispielsweise eine zusätzliche Stirnradstufe, einen Kettentrieb oder ähnliche Vorrichtungen zur Leistungsübertragung aufweisen.
Beispielsweise kann die Abtriebswelle des ersten Getriebes ein Losrad haben, über das das zweite Getriebe im Generatorbetrieb mit dem ersten Getriebe koppelbar ist.
Das für den Generatorbetrieb vorgesehene Losrad kann grundsätzlich ein separates, von den Gangradpaaren des ersten Getriebes unabhängiges Zahnrad sein. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist das für den Generatorbetrieb vorgesehene Losrad jedoch ein Gangrad eines Gangs des ersten Getriebes, dem ein Schaltelement zugeordnet ist, um das Gangrad drehfest mit der Abtriebswelle des ersten Getriebes zu verbinden.
Im Fall der drehfesten Verbindung des Losrads mit der Abtriebswelle kann eine in das erste Getriebe eingeleitete Antriebsleistung auf die Abtriebswelle des ersten Getriebes übertragen werden. Dabei kann ein Teil der Antriebsleistung über das relativ zur Abtriebswelle fixierte Losrad zur im Generatorbetrieb arbeitenden Elektromaschine übertragen werden.
Das Losrad kann im von der Abtriebswelle entkoppelten Zustand einerseits zum Standladen und andererseits zum Laden einer Batterie im Fahrbetrieb dienen. Die Abtriebswelle wird dabei von dem Losrad jeweils „überbrückt”, so dass über das Losrad kein Drehmoment auf die Abtriebswelle übertragen wird. Vielmehr dient das Losrad in diesem Fall ausschließlich der Übertagung der Antriebsleistung hin zum zweiten Getriebe. Gleichzeitig kann über eine von dem Losrad separate Gangradpaarung eine Antriebsleistung in die Abtriebswelle eingeleitet werden.
Entsprechend einer Weiterbildung der Getriebeanordnung weist das erste Getriebe wenigstens sechs Gänge auf, wobei das zweite Getriebe alternativ oder ergänzend wenigstens einen, bevorzugt wenigstens zwei Gänge aufweist. Die Gänge des ersten Getriebes und des zweiten Getriebes sind Insbesondere frei miteinander kombinierbar bzw. unabhängig voneinander schaltbar.
Um eine möglichst kompakte Bauform zu erreichen, können zumindest der erste und der sechste Gang des ersten Getriebes als Windungsgänge ausgeführt sind.
Gemäß weiteren Ausgestaltungen der Erfindung ist es möglich, für das erste Getriebe mehr als sechs Gänge, beispielsweise bis zu zwölf Gänge oder mehr vorzusehen. Insbesondere können mehr als zwei Windungsgänge vorgesehen sein.
Alternativ kann das erste Getriebe weniger als sechs, beispielsweise fünf, vier oder weniger Gänge aufweisen.
Alternativ oder ergänzend kann das zweite Getriebe mehr als zwei Gänge, insbesondere bis zu zwölf Gänge oder mehr aufweisen.
Es ist möglich, die unmittelbar aufeinanderfolgenden Gänge des ersten Doppelkupplungsgetriebes ohne Zugkraftunterbrechung zu schalten.
Eine unabhängig vom ersten Getriebe erfolgende Anbindung des zweiten Getriebes an ein Differenzial kann zudem einen Gangwechsel zwischen den geraden oder ungeraden Gängen des ersten Getriebes ohne Zugkraftunterbrechung ermöglichen. Auf diese Weise kann der Fahrkomfort weiter gesteigert werden.
Beispielsweise kann während eines Gangwechsels bzw. Schaltvorgangs im ersten Getriebe, wobei unmittelbar vom zweiten Gang in den vierten Gang geschaltet wird, die Zugkraftunterbrechung, die dabei durch die Entkopplung der entsprechenden Teilgetriebewelle des ersten Getriebes von der Abtriebswelle auftritt, durch ein Zuschalten oder Erhöhen des Drehmoments der zweiten Antriebsmaschine ausgeglichen werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Getriebeanordnung und
2 die schematische Darstellung der Getriebeanordnung aus 1, wobei ein Lastpfad für das Standladen aufgezeigt wird.
1 zeigt einen Verbrennungsmotor 10 und einen Elektromotor 12, die über eine Getriebeanordnung 14 für einen Hybridantrieb, der zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs (nicht dargestellt) vorgesehen ist, miteinander verbunden sind.
Die Getriebeanordnung 14 weist ein erstes Getriebe 16, das als Doppelkupplungsgetriebe ausgeführt und antriebsseitig mit dem Verbrennungsmotor 10 verbunden ist, und ein zweites Getriebe 18 auf, das lastschaltfähig und antriebsseitig mit dem Elektromotor 12 verbunden ist.
Die Getriebe 16, 18 treiben gemeinsam das Achsdifferential 20 an. Die in die Getriebe 16, 18 antriebsseitig eingeleiteten Antriebsleistungen werden daher erst am Differential 20 zusammengeführt bzw. summiert. Jedes Getriebe 16, 18 muss lediglich die jeweils antriebsseitig eingeleiteten Drehzahlen und Drehmomente übertragen.
Im Vergleich zu Lösungen, die bereits eine Einbindung des Elektromotors beispielsweise unmittelbar zwischen dem Verbrennungsmotor und dem ersten Getriebe vorsehen, müssen die Getriebe daher wesentlich geringere Lasten ertragen und können kompakter, leichter und kostengünstiger konstruiert werden.
Zudem hat die separate Anbindung des Elektromotors 12 über ein zusätzliches, separates Getriebe 18 den Vorteil, dass die Gänge der Getriebe 16, 18 unabhängig voneinander schaltbar und daher frei kombinierbar sind. Folglich kann das im Bereich des Differentials 20 anliegende Summendrehmoment in feineren Abstufungen eingestellt werden.
Das erste Getriebe 16 hat eine Antriebswelle 21, die zwei Teilgetriebewellen 1.TGW, 2.TGW aufweist, und eine Abtriebswelle 22. Die Teilgetriebewelle 2.TGW ist als Hohlwelle ausgeführt, wobei die Teilgetriebewelle 1.TGW durch diese Hohlwelle gesteckt ist.
Das Getriebe 16 hat eine Doppelkupplung 24, wobei die Teilgetriebewellen 1.TGW, 2.TGW mithilfe der Doppelkupplung 24 mit dem Verbrennungsmotor 10 gekoppelt werden können.
Die Doppelkupplung 24 weist zwei Kupplungen 1.KPL, 2.KPL auf, wobei die Kupplung 1.KPL der Teilgetriebewelle 1.TGW und die Kupplung 2.KPL der Teilgetriebewelle 2.TGW zugeordnet ist.
Das Doppelkupplungsgetriebe 16 hat sechs Gänge 1, 2, 3, 4, 5, 6.
Die Gänge 1 und 6 sind als Windungsgänge ausgeführt, wobei nachfolgend der Kraftfluss für den Windungsgang 1 beschrieben wird. Zur besseren Nachvollziehbarkeit ist der Kraftfluss durch die gestrichelte Linie im Bereich des Doppelkupplungsgetriebes 16 in 1 veranschaulicht.
Der Verbrennungsmotor 10 leitet über die Kupplung 2.KPL der Doppelkupplung 24 eine Antriebsleistung in die Teilgetriebewelle 2.TGW ein. Über eine Verzahnung 26, die dem 3. Gang zugeordnet ist, wird die Antriebsleistung auf ein Losrad 28, das ebenfalls dem 3. Gang zugeordnet ist übertragen.
Das Losrad 28 ist über ein Schaltelement 2.SE mit einem Losrad 30, das dem vierten Gang 4 zugeordnet ist, drehfest gekoppelt. Entscheidend ist hierbei, dass das Schaltelement 2.SE lediglich die Losräder 28, 30 relativ zueinander festlegt, der in dieser Weise geschaffene Verbund der Losräder 28, 30 jedoch relativ zur Abtriebswelle 22 des Doppelkupplungsgetriebes 16 weiterhin frei drehbar ist.
Über das Losrad 30 wird die Antriebsleistung auf eine Verzahnung 32 übertragen, die ebenfalls dem vierten Gang zugeordnet ist. Die Verzahnungen 26 und 32 sind auf verschiedenen Teilgetriebewellen 1.TGW, 2.TGW angeordnet, sodass die Teilgetriebewelle 1.TGW über die Teilgetriebewelle 2.TGW angetrieben wird.
Ausgehend von der 1.TGW wird die Antriebsleistung über die Gangräder 34, 36 in konventioneller Weise auf die Abtriebswelle 22 übertragen. Durch den zusätzlichen Weg über die Zahnräder 26, 28, 30, 32 des dritten und vierten Gangs 3, 4 wird das durch den Verbrennungsmotor in die Teilgetriebewelle 2.TGW eingeleitete Drehmoment vor der Übertragung auf die Abtriebswelle 22 zusätzlich übersetzt (bzw. untersetzt).
Die Gangräder 34, 36 können daher einerseits, bei direktem Antrieb der Teilgetriebewelle 1.TGW durch den Verbrennungsmotor 10, den zweiten Gang 2 des Doppelkupplungsgetriebes 16 abbilden und zusätzlich, im Zusammenwirken mit den Gangradpaaren des dritten und vierten Gangs 3, 4, den ersten Gang des Doppelkupplungsgetriebe 16 realisieren.
Die voranstehenden Ausführungen lassen sich in analoger Weise auf den sechsten Gang 6 übertragen, wobei hier statt einem dem ersten und zweiten Gang 1, 2 zugeordneten Schaltelement 3.SE ein dem fünften und sechsten Gang 5, 6 zugeordnetes Schaltelement 1.SE verwendet wird, um eine drehfeste Kopplung des jeweiligen Losrads des ersten und zweiten Gangs (Losrad 36) bzw. fünften und sechsten Gangs (Losrad 52) zu der Abtriebswelle 22 herzustellen. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass das Antriebsmoment des Verbrennungsmotors 10 zunächst in die Teilgetriebewelle 1.TGW eingeleitet und dann auf die Teilgetriebewelle 2.TGW übertragen wird.
Es sind daher lediglich drei Schaltelemente 1.SE, 2.SE, 3.SE und vier Gangradpaarungen erforderlich, um sechs Gänge in dem Doppelkupplungsgetriebe 16 zu realisieren.
Die Antriebsleistung des Verbrennungsmotors 10 wird über ein Abtriebsrad 38 der Abtriebswelle 22 auf das Differential 20 übertragen.
Das zweite Getriebe 18 hat eine Antriebswelle 40 und eine Abtriebswelle 42. Die Abtriebswelle 42 ist über ein Abtriebsrad 44 ebenfalls mit dem Differential 20 verbunden.
Das Doppelkupplungsgetriebe 18 weist zwei Gänge EM1, EM2 auf, wobei eine Kupplung 3.KPL und eine Kupplung 4.KPL Teil einer lastschaltfähigen Kupplungsanordnung 46 sind, die ein zugkraftunterbrechungsfreies Schalten unter Last zwischen den Gängen EM1 und EM2 gewährleistet.
Die Gänge EM1, EM2 des zweiten Getriebes 18 sind daher ebenso lastschaltfähig wie die Gänge 1, 2, 3, 4, 5, 6 des ersten Getriebes 16.
Die unabhängig von den Gängen 1, 2, 3, 4, 5, 6 des ersten Getriebes 16 erfolgende Anbindung des zweiten Getriebes 18 an das Differential 20 ermöglicht einen zugkraftunterbrechungsfreien Gangwechsel zwischen den geraden oder ungeraden Gängen des Doppelkupplungsgetriebes 16.
Beispielsweise kann während eines Gangwechsels bzw. Schaltvorgangs im ersten Getriebe 16, wobei unmittelbar von dem zweiten Gang 2 in den vierten Gang 4 geschaltet wird, die Zugkraftunterbrechung im ersten Getriebe, die durch die Entkopplung der entsprechenden Teilgetriebewelle 1.TGW des ersten Getriebes 16 von der Abtriebswelle 22 auftritt, durch ein Zuschalten oder Erhöhen des Drehmoments der zweiten Antriebsmaschine 12 ausgeglichen werden.
Zusätzlich weist das Getriebe 18 ein Losrad 48 für die Standladefunktionalität auf, das zum Laden einer dem Elektromotor 12 zugeordneten Batterie (nicht dargestellt) vorgesehen ist. Hierzu wird das Ladezahnrad 48 über eine Kopplung 50, die lediglich durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist, mit dem ersten Getriebe 16, insbesondere einem Losrad 52, verbunden. Der Elektromotor kann daher als Generator 12 betrieben werden.
Um den Kraftfluss zwischen dem Losrad 48 und dem Elektromotor 12 herzustellen, ist eine Kupplung 5.KPL vorgesehen. In 2 ist der Kraftfluss bzw. die Drehmomentübertragung von dem Verbrennungsmotor 10 hin zur Elektromaschine 12 während des Standladens durch die gestrichelte Linie dargestellt.

Claims

Getriebeanordnung für einen Hybridantrieb, mit einem ersten Getriebe (16), das als Doppelkupplungsgetriebe ausgeführt und dazu vorgesehen ist, mit einer ersten Antriebsmaschine, insbesondere einem Verbrennungsmotor (10), gekoppelt zu werden, und einem zweiten Getriebe (18), das dazu vorgesehen ist, mit einer zweiten Antriebsmaschine, insbesondere einem Elektromotor (12), gekoppelt zu werden, wobei das erste und das zweite Getriebe (16, 18) zum Zusammenführen der Antriebsleistungen der Antriebsmaschinen mit einem Differenzial (20) koppelbar sind.
Getriebeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Getriebe (18) ein lastschaltfähiges Automatikgetriebe ist.
Getriebeanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Gang (1, 6), insbesondere wenigstens zwei Gänge (1, 6), des ersten Getriebes (16) als Windungsgänge ausgeführt sind.
Getriebeanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Getriebe (16) eine Antriebswelle (21), die zwei Teilgetriebewellen (1.TGW, 2.TGW) hat, und eine Abtriebswelle (22) aufweist.
Getriebeanordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Antriebsmaschine ein Elektromotor (12) ist, der mit der ersten Antriebsmaschine koppelbar und als Generator betreibbar ist.
Getriebeanordnung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (22) des ersten Getriebes (16) ein Losrad (52) aufweist, über das das zweite Getriebe (18) im Generatorbetrieb mit dem ersten Getriebe (16) koppelbar ist.
Getriebeanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Losrad (52) ein Gangrad eines Gangs (5, 6) des ersten Getriebes (16) ist, dem ein Schaltelement (1.SE) zugeordnet ist, um das Gangrad (52) drehfest mit der Abtriebswelle (22) des ersten Getriebes (16) zu verbinden.
Getriebeanordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Getriebe (16) wenigstens sechs Gänge (1, 2, 3, 4, 5, 6) und/oder das zweite Getriebe (18) wenigstens einen, bevorzugt wenigstens zwei Gänge (EM1, EM2) aufweist.
Getriebeanordnung nach Anspruch 3 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der erste und der sechste Gang (1, 6) des ersten Doppelkupplungsgetriebes (16) als Windungsgänge ausgeführt sind.