DE102016100807A1

DE102016100807A1 - Hybridantriebsstrang für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102016100807A1
Application number: DE102016100807.9A
Authority: DE
Inventors: Gary Avery
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2016-01-19
Filing date: 2016-01-19
Publication date: 2017-07-20

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hybridantriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit einer Verbrennungskraftmaschine (24) und einer elektrischen Maschine (30) zum Bereitstellen von Antriebsleistung, einer Getriebeeinheit (10), die wenigstens eine Getriebeeingangswelle (12, 14) und eine Getriebsabtriebswelle (26) aufweist, wobei die Getriebeeingangswelle (12, 14) und die Getriebeabtriebswelle (26) über eine Mehrzahl von Zahnrädern (28) miteinander verbindbar sind, um unterschiedliche Gangstufen der Getriebeeinheit (10) zu realisieren, einer Eingangskupplungsanordnung (16), um die Getriebeeingangswelle (12, 14) mit der Verbrennungskraftmaschine (26) drehfest zu verbinden, einer Drehzahlüberlagerungseinheit (32) zum Übertragen eines Drehmoments von der elektrischen Maschine (30) auf die Gebriebeeinheit (10), wobei die Drehzahlüberlagerungseinheit (32) zwischen die elektrische Maschine (30) und die Getriebeeinheit (10) geschaltet ist, und wobei die elektrische Maschine (30) über die Drehzahlüberlagerungseinheit (32) mittels wenigstens einer Kupplungsanordnung (46, 48, 50, 54, 58) mit einer der Getriebewellen (12, 14, 26) drehfest verbindbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hybridantriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit einer Verbrennungskraftmaschine und einer elektrischen Maschine zum Bereitstellen von Antriebsleistung, einer Getriebeeinheit, die wenigstens eine Getriebeeingangswelle und eine Getriebeabtriebswelle aufweist, wobei die Getriebeeingangswelle und die Getriebeabtriebswelle über eine Mehrzahl von Radpaaren miteinander verbunden sind, um unterschiedliche Gangstufen der Getriebeeinheit zu realisieren, einer Eingangskupplungsanordnung, um die Getriebeeingangswelle mit der Verbrennungskraftmaschine drehfest zu verbinden, und einer Drehzahlüberlagerungseinheit zum Übertragen eines Drehmoments von der elektrischen Maschine auf die Getriebeeinheit, wobei die Drehzahlüberlagerungseinheit zwischen der elektrischen Maschine und der Getriebeeinheit geschaltet ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einem Hybridantriebsstrang, der eine Verbrennungskraftmaschine und eine elektrische Maschine zum Bereitstellen von Antriebsleistung aufweist.
Derartige Antriebsstränge dienen dazu, ein Kraftfahrzeug durch Antriebsleistung einer Verbrennungskraftmaschine und/oder einer elektrischen Maschine anzutreiben.
Im Bereich der Hybridantriebe für Kraftfahrzeuge ist es allgemein bekannt, Verbrennungskraftmaschinen über eine Drehzahlüberlagerungseinheit miteinander zu verbinden, um das Kraftfahrzeug durch die Verbrennungskraftmaschine oder die elektrische Maschine alleine anzutreiben oder aber das Kraftfahrzeug durch eine Kombination der beiden Antriebe anzutreiben. Ein derartiger Hybridantrieb ist beispielsweise aus der DE 10 2013 215 114 A1 bekannt, wobei die elektrische Maschine über ein Planetengetriebe und eine Hohlwelle direkt mit einer Getriebeeingangswelle gekoppelt ist, um Antriebsleistung in das Getriebe einzuspeisen und gegebenenfalls die Verbrennungskraftmaschine über die Kurbelwelle zu starten.
Hybridantriebe aus dem Stand der Technik sind üblicherweise dazu ausgebildet, die Verbrennungskraftmaschine während rein elektrischer Fahrt auszuschalten und bei Bedarf wieder neu zu starten. Dabei wird die Verbrennungskraftmaschine üblicherweise über die sich bei elektrischer Fahrt drehenden Getriebewellen gestartet. Ein Nachteil der bekannten Hybridantriebe ist es beispielsweise, dass das Starten der Verbrennungskraftmaschine bei langsamer elektrischer Fahrt nur möglich ist, wenn die Verbrennungskraftmaschine eine zusätzliche Startvorrichtung oder eine Anordnung aufweist, bei der die elektrische Maschine zwischen einer Kupplung des Getriebes und einer zusätzlichen Trennkupplung angeordnet ist. Neben der Notwendigkeit einer zusätzlichen Trennkupplung weist diese Anordnung weitere Nachteile auf, z. B. dass das Getriebe auf das Summenmoment der Verbrennungskraftmaschine und der elektrischen Maschine ausgelegt werden muss.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Hybridantriebsstrang bereitzustellen, der eine flexible Einkopplung eines Drehmoments der elektrischen Maschine in eine Getriebeeinheit des Antriebsstrangs ermöglicht.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Hybridantriebsstrang dadurch gelöst, dass die elektrische Maschine über die Drehzahlüberlagerungseinheit mittels wenigstens einer Kupplung mit einer der Getriebewellen drehfest verbindbar ist.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Kraftfahrzeug gelöst durch einen Hybridantriebsstrang gemäß der vorliegenden Erfindung.
Dadurch, dass die elektrische Maschine über die Drehzahlüberlagerungseinheit mittels wenigstens einer Kupplungsanordnung mit einer der Getriebewellen drehfest verbindbar ist, können eine Vielzahl von unterschiedlichen Drehzahlen und Drehmomenten in die Getriebeeinheit eingekoppelt werden und entsprechend unterschiedliche Drehzahlen an der Getriebeabtriebswelle oder der Getriebeeingangswelle erzeugt werden, so dass das Kraftfahrzeug flexibel angetrieben werden kann und bei nahezu jeder Antriebsdrehzahl die Verbrennungskraftmaschine flexibel gestartet werden kann und so eine flexible situationsunabhängige Steuerung der Komponenten des Antriebsstrangs möglich ist. Die elektrische Maschine ist über die Drehzahlüberlagerungseinheit mittels wenigstens einer Kupplungsanordnung mit einer der Getriebewellen drehfest verbindbar, wobei die elektrische Maschine dabei entweder mittels einer Kupplungsanordnung mit der Überlagerungseinheit verbindbar ist oder aber die Drehzahlüberlagerungseinheit mittels einer Kupplungsanordnung mit einer der Getriebewellen drehfest verbindbar ist. Durch die Kombination der Drehzahlüberlagerungseinheit mit der Kupplungsanordnung, um die elektrische Maschine mit einer der Getriebewellen drehfest zu verbinden, kann eine flexible Drehzahleinkopplung und eine flexible Antriebssteuerung bereitgestellt werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird somit vollständig gelöst.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Kupplungsanordnung eine Kupplung auf, die die Drehzahlüberlagerungseinheit mit der Getriebeeingangswelle drehfest verbindet.
Dadurch kann eine Drehzahl der elektrischen Maschine direkt an die Getriebeeingangswelle angekoppelt werden, so dass ein Starten der Verbrennungskraftmaschine über die Getriebeeingangswelle mit technisch geringem Aufwand möglich ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Drehzahlüberlagerungseinheit mit einem Losrad der Getriebeeingangswelle verbunden, wobei das Losrad mit der Getriebeabtriebswelle drehfest verbindbar ist.
Dadurch ist ein Zahnrad der Getriebeeinheit zum Einkoppeln des Drehmoments der elektrischen Maschine über die Drehzahlüberlagerungseinheit nutzbar, wodurch mehrere Gangstufen der Getriebeeinheit realisiert werden können und der technische Aufwand der Getriebeeinheit entsprechend reduziert werden kann.
Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die Kupplungsanordnung eine Reibkupplung aufweist, die die elektrische Maschine mit dem Losrad verbindet.
Dadurch kann das Drehmoment der elektrischen Maschine in einem schleifenden oder schleppenden Zustand der Reibkupplung auf die Antriebswelle übertragen werden, so dass in bestimmten Antriebssituationen eine reduzierte Drehzahl auf die Abtriebswelle übertragen werden kann, damit eine ausreichenden Drehzahl für den Start der Verbrennungskraftmaschine über eine andere Welle der Getriebeeinheit, z. B. der Eingangswelle, übertragen werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform kämmt das Losrad der Getriebeeingangswelle mit einem zweiten Losrad, das mittels einer Kupplung mit der Getriebeabtriebswelle drehfest verbindbar ist.
Dadurch kann die elektrische Maschine situationsbedingt mit der Getriebeabtriebswelle verbunden werden und von der Getriebeabtriebswelle getrennt werden, so dass ein flexibler Antrieb möglich ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Kupplungsanordnung eine Kupplung auf, die die elektrische Maschine drehfest mit der Getriebeeingangswelle verbindet.
Dadurch ist eine direkte drehfeste Kopplung der elektrischen Maschine mit der Getriebeeingangswelle möglich, so dass ein Starten der Verbrennungskraftmaschine beispielsweise im Stand möglich ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Drehzahlüberlagerungseinheit ein Planetengetriebe mit einem Sonnenrad und zwei Planetenträgern und zwei Hohlrädern auf.
Dadurch können mit technisch geringem Aufwand eine Vielzahl von unterschiedlichen Drehzahlen der Getriebewellen und der elektrischen Maschine überlagert und realisiert werden, wodurch eine flexible Nutzung der Getriebeeinheit möglich ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind Planetenträger der Planetengetriebe drehfest miteinander verbunden.
Dadurch können unterschiedliche Übersetzungen zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle realisiert werden.
Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die Planetenträger ineinander kämmen. Dadurch kann eine Übersetzung zwischen den Planetenträgern realisiert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Drehzahlüberlagerungseinheit einen sogenannten Ravigneaux-Radsatz auf, der zwei Sätze von miteinander kämmenden Planetenräder an einem gemeinsamen Planetenträger aufweist. Jeder der Planetenradsätze ist jeweils mit einem eigenen Hohlrad verbunden, wobei ein erster der Planetenradsätze mit einem Sonnenrad verbunden ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Kupplungsanordnung eine Kupplung auf, die ein erstes Hohlrad des Planetengetriebes drehfest mit einem Getriebegehäuse verbindet.
Dadurch kann eines der Hohlräder des Planetengetriebes mit technisch geringem Aufwand festgelegt werden und entsprechend mit geringem technischen Aufwand eine weitere Drehzahl realisiert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Kupplungsanordnung eine Kupplung auf, die ein zweites Hohlrad des Planetengetriebes drehfest mit der Getriebeeingangswelle verbindet.
Dadurch kann mit technisch geringem Aufwand eine weitere Drehzahl an die Getriebeeingangswelle angekoppelt werden, wodurch eine weitere Gangstufe realisiert werden kann.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Kupplungsanordnung eine Kupplung aufweist, die das Sonnenrad des Planetengetriebes drehfest mit der Getriebeeingangswelle verbindet.
Dadurch kann mit technisch geringem Aufwand eine weitere Drehzahl an die Getriebeeingangswelle angekoppelt werden, wodurch insbesondere eine weitere Gangstufe der Getriebeeinheit realisiert werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der gemeinsame Planetenträger drehfest mit der Getriebeabtriebswelle verbindbar.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform verwendet einen sogenannten Simpson-Radsatz, der zwei Planetenradsätze aufweist, wobei die Sonnenräder miteinander verbunden sind und das Hohlrad eines Radsatzes mit dem Planetenträger des anderen Radsatzes verbunden ist.
Dadurch ist die Drehzahlüberlagerungseinheit mit technisch geringem Aufwand und einem geringem Durchmesser realisierbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Kupplungsanordnung eine Kupplung auf, die den Planetenträger des zweiten Planetengetriebes drehfest mit einem Getriebegehäuse verbindet.
Dadurch ist mit technisch geringem Aufwand eine weitere Drehzahl einstellbar, wodurch eine flexible Steuerung der Drehzahlüberlagerungseinheit möglich ist.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Kupplungsanordnung eine Kupplung aufweist, die das Hohlrad des ersten Planetengetriebes drehfest mit der Getriebeeingangswelle verbindet.
Dadurch ist zusätzlich die sogenannte Geared-Neutral-Anfahrt, wobei die Getriebeeingangswelle mit der drehenden Verbrennungskraftmaschine über eine geschlossene Hauptkupplung fest verbunden ist.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Kupplungsanordnung eine Kupplung aufweist, die die miteinander gekoppelten Sonnenräder drehfest mit der Getriebeeingangswelle verbindet.
Dadurch kann die Verbrennungskraftmaschine über die Getriebeeingangswelle gestartet werden, und ferner entstehen unterschiedliche Übersetzungen zwischen dem Verbrennungskraftmaschine und der Abtriebswelle wenn zwei der drei Kupplungen geschlossen sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Eingangskupplungsanordnung als Doppelkupplungsanordnung mit zwei Kupplungen ausgebildet, wobei die Getriebeanordnung zwei Getriebeeingangswellen aufweist und die Kupplungen der Kupplungsanordnung jeweils mit einer der Getriebeeingangswellen verbunden sind.
Dadurch ist eine flexible Ankopplung der Verbrennungskraftmaschine an die Getriebeeinheit möglich und ein flexibles Starten der Verbrennungskraftmaschine über die Getriebeeinheiten mittels der elektrischen Maschine möglich.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die elektrische Maschine koaxial zu der Getriebeabtriebswelle angeordnet.
Dadurch ist eine besonders kompakte Bauform der Getriebeeinheit möglich.
Durch den erfindungsgemäßen Hybridantriebsstrang und die Kopplung der elektrischen Maschine über die Drehzahlüberlagerungseinheit mittels der Kupplungsanordnung an eine der Getriebewellen ist eine flexible Einkopplung eines elektrischen Drehmoments in die Getriebeeinheit möglich, wodurch unterschiedliche Betriebszustände für unterschiedliche Antriebs- und Startsituationen realisierbar sind und der Hybridantriebsstrang somit flexibel einsetzbar ist.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Getriebeeinheit für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs mit einer Drehzahlüberlagerungseinheit zum Einkoppeln eines elektrischen Antriebsmoments;
2 eine schematische Detailansicht der Drehzahlüberlagerungseinheit aus 1;
3 eine schematische Ansicht der Getriebeeinheit aus 1 zur Erläuterung eines Starts der Verbrennungskraftmaschine;
4a–e Übersetzungsdiagramme zur Erläuterung unterschiedlicher Schaltzustände der Drehzahlüberlagerungseinheit;
5a–d unterschiedliche Schaltzustände der Drehzahlüberlagerungseinheit aus 2;
6a, b unterschiedliche Schaltzustände einer Reibkupplung der Drehzahlüberlagerungseinheit aus 2;
7 eine alternative Ausführungsform der Drehzahlüberlagerungseinheit aus 2;
8 eine weitere Ausführungsform der Drehzahlüberlagerungseinheit aus 2;
9 eine weitere Ausführungsform der Drehzahlüberlagerungseinheit aus 2; und
10 eine Ausführungsform der Getriebeeinheit aus 1 mit neun unterschiedlichen Gangstufen.
In 1 ist eine Getriebeeinheit für einen Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs schematisch dargestellt, wobei die Getriebeeinheit allgemein mit 10 bezeichnet ist. Die Getriebeeinheit 10 weist zwei Getriebeeingangswellen 12, 14 auf, die koaxial zueinander angeordnet sind und über eine Doppelkupplungsanordnung 16 mit einer ersten Kupplung 18 (K1) und einer zweiten Kupplung 20 (K2) mit einer Kurbelwelle 22 bzw. einer Verbrennungskraftmaschine 24 verbindbar sind. Die Getriebeeinheit 10 weist ferner eine Getriebeabtriebswelle 26 auf, die über eine Mehrzahl von Radsätzen 28 mit der ersten Getriebeeingangswelle 12 oder der zweiten Getriebeeingangswelle 14 verbindbar ist, wobei die Radsätze 28 unterschiedliche Übersetzungen aufweisen, um unterschiedliche Gangstufen, in dem hier vorliegenden Fall Gangstufen 2 bis 7, zu realisieren. Die Zahnräder der Radsätzen 28 sind dabei mittels Synchronisationskupplungen 31 mit einer der Getriebeeingangswellen 12, 14 oder der Getriebeabtriebswelle 26 drehfest verbindbar.
Die Getriebeeinheit 10 ist ferner mit einer elektrischen Maschine 30 verbunden, die koaxial zu der Getriebeabtriebswelle 26 angeordnet ist und über eine Drehzahlüberlagerungseinheit 32 mit der Getriebeeingangswelle 14 oder der Getriebeabtriebswelle 26 verbindbar ist, um ein elektrisches Drehmoment einzukoppeln und ein Antriebsmoment für das Kraftfahrzeug und/oder zum Starten der Verbrennungskraftmaschine 24 bereitzustellen. Die Drehzahlüberlagerungseinheit 32 ist drehfest mit einem Losrad 34 der Getriebeeingangswelle 14 verbunden, wobei das Losrad 34 mit einem Losrad 36 der Getriebeabtriebswelle 26 kämmt bzw. mit dem Losrad 36 einen Konstantenradsatz bildet, wobei das Losrad 36 mittels einer Klauenkupplung 38 mit der Getriebeabtriebswelle 26 drehfest verbindbar ist. Die Drehzahlüberlagerungseinheit 32 weist im Allgemeinen ein zusammengesetztes Planetengetriebe wie z. B. ein Ravigneaux-Getriebe oder ein Simpson-Getriebe auf, deren unterschiedliche Komponenten mittels einer Mehrzahl von Kupplungen mit der Getriebeeingangswelle 14, einem Getriebegehäuse 40 oder der elektrischen Maschinen 30 verbindbar sind, um unterschiedliche Übersetzungen zu realisieren, wie es im Folgenden näher erläutert ist. Durch die unterschiedlichen Übersetzungen der Drehzahlüberlagerungseinheit 32 und die unterschiedlichen Kopplungsmöglichkeiten der elektrischen Maschine 30 mit einer der Getriebewellen 12, 14, 26 können in unterschiedlichen Fahrsituationen unterschiedliche Drehzahlen in die Getriebeeinheit 10 eingekoppelt werden, um das Kraftfahrzeug beliebig anzutreiben und/oder die Verbrennungskraftmaschine 24 zu starten.
In 2 ist eine schematische Teilansicht der Drehzahlüberlagerungseinheit 32 gezeigt. Die Drehzahlüberlagerungseinheit 32 ist rotationssymmetrisch zu der Getriebeeingangswelle 14 ausgebildet wie es in 1 dargestellt ist, wobei in 2 lediglich eine Schnittansicht einer Seite dargestellt ist.
Die Drehzahlüberlagerungseinheit 32 weist im Allgemeinen ein Planetengetriebe 42 auf, das zwei Übersetzung i₀₁, i₀₂ aufweist. Planetenträger des Planetengetriebes 42 sind drehfest mit dem Losrad 34 verbunden und über eine Reibkupplung 46 (H) mit der elektrischen Maschine 30 drehfest oder schleifend verbindbar. Ein Sonnenrad 48 ist mittels einer Klauenkupplung 50 (ER) mit der Getriebeeingangswelle 14 drehfest verbindbar, wobei das Sonnenrad 46 ferner drehfest mit der elektrischen Maschine 30 verbunden ist. Ein erstes Hohlrad 52 des Planetengetriebes 42 ist über eine Klauenkupplung 54 (V) mit der Getriebeeingangswelle 14 drehfest verbindbar. Ein zweites Hohlrad 56 des Planetengetriebes 42 ist über eine Klauenkupplung 58 (L) drehfest mit dem Gehäuse 40 verbindbar. Die Klauenkupplungen 50, 54 sind über eine Keilwelle mit der Getriebeeingangswelle 14 verbindbar und beispielsweise über eine Schaltwalze gemeinsam betätigbar wie es in 2 gezeigt ist oder über separate Aktuatoren unabhängig betätigbar.
Die Kupplung 54 ermöglicht zusätzlich die sogenannte Geared-Neutral-Anfahrt, wobei die Getriebeeingangswelle mit der drehenden Verbrennungskraftmaschine 24 über eine geschlossene Hauptkupplung 18, 20 festverbunden ist. Wenn die Eingangswelle 12, 14 mit der Drehzahlüberlagerungseinheit 32 über Kupplung 54 verbunden ist, kann die elektrische Maschine 30 rückwärts drehen um diese Rotation auszugleichen, so dass die Abtriebswelle 26 steht. Wenn dann die Drehzahl der elektrische Maschine 30 in Richtung positive Drehzahl langsam angehoben wird, fährt das Kraftfahrzeug an ohne eine Änderung der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 24.
Durch die unterschiedlichen Schließ- und Öffnungspositionen der Kupplungen lassen sich eine Vielzahl von Übersetzungsverhältnissen realisieren und die Drehzahlen bzw. die entsprechenden Drehmomente an unterschiedlichen Wellen der Getriebeeinheit einkoppeln.
In 3 ist die Getriebeeinheit 10 schematisch bei rein elektrischem Antrieb gezeigt, wobei gleichzeitig in diesem Antriebsmodus die Verbrennungskraftmaschine 24 gestartet wird.
Die elektrische Maschine 30 ist drehfest verbunden mit der Abtriebswelle 26, wobei die Reibkupplung 46 sowie die Klauenkupplung 38 geschlossen ist. In diesem Fahrmodus wird die Antriebskraft der elektrischen Maschine 30 direkt über die Losräder 34, 36 auf die Getriebeabtriebswelle 26 übertragen zum Antreiben des Kraftfahrzeugs.
Sofern in diesem Fahrmodus die Verbrennungskraftmaschine 14 gestartet werden soll wird die Kupplung 18 der Doppelkupplungsanordnung 16 geschlossen und gleichzeitig der 7. Gang eingelegt, sodass das Antriebsmoment von der Getriebeabtriebswelle 26 untersetzt auf die Kurbelwelle 22 und die Verbrennungskraftmaschine 24 übertragen wird. Auf diese Weise kann das Startmoment für die Verbrennungskraftmaschine 24 entsprechend erhöht werden. Der gleiche Vorgang ist bei den Gängen 4 bis 6 möglich.
In alternativen Modi kann die Verbrennungskraftmaschine 14 im Rahmen eines Kaltstart mit geschlossener Klauenkupplung 54 und eingelegter Parksperre durch die elektrische Maschine 30 gestartet werden. Bei einem Warmstart kann die Verbrennungskraftmaschine 24 bei geschlossener Klauenkupplung 50 gestartet werden oder bei geschlossenen Kupplungen 46, 54. In einem elektrischen Fahrmodus bei einer Fahrgeschwindigkeit unter 10 km/h kann die Verbrennungskraftmaschine 24 bei geschlossener Klauenkupplung 50 und schleifender Reibkupplung 46 gestartet werden, wie es beispielsweise in 4E gezeigt ist.
In 4A–E sind unterschiedliche Funktionen der Drehzahlüberlagerungseinheit 32 schematisch dargestellt. In den 4A–E ist die Drehzahl für die unterschiedlichen Komponenten der Drehzahlüberlagerungseinheit 32 sowie der Verbrennungskraftmaschine 24 dargestellt um die Übersetzung innerhalb der Drehzahlüberlagerungseinheit 32 zu verdeutlichen.
In 4A ist schematisch die Realisierung des Rückwärtsgangs bei geschlossenen Klauenkupplungen 50 und 58 gezeigt, wobei in dieser Schaltung die Getriebeabtriebswelle 26 in entgegengesetzter Richtung rotiert.
In 4B ist die Schaltung des ersten Ganges dargestellt, wobei die Klauenkupplungen 54 und 58 geschlossen sind und entsprechend die Getriebeabtriebswelle 26 mit reduzierter Drehzahl in Vorwärtsrichtung rotiert wie es in 4B dargestellt ist.
4C zeigt die Realisierung des dritten Ganges, wobei die Klauenkupplungen 50, 54 geschlossen sind und entsprechend die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine direkt über die Losräder 34, 36 auf die Abtriebswelle 26 übertragen wird.
In 4D ist die Schaltung für eine Hybrid- beziehungsweise elektrische Fahrt bis ca. 150 km/h gezeigt, wobei in dieser Konstellation der dritte Gang entsprechend verwendet wird.

In 4E ist ein Start der Verbrennungskraftmaschine 24 bei elektrischer Fahrt mit einer Geschwindigkeit von weniger als 10 km/h dargestellt. Die Klauenkupplung 50 ist dabei geschlossen, wobei die Reibkupplung 46 im Schleifpunkt betrieben wird, um die Verbrennungskraftmaschine entsprechend mit einem geeigneten Drehmoment anzutreiben. Die Kupplungen der Drehzahlüberlagerungseinheit 32 können folglich unterschiedliche Fahr- beziehungsweise Startmodi realisieren durch unterschiedliche Schaltungsvariationen. Beispielhaft sind weitere Schaltungen der Kupplungen und die dadurch realisierbaren Modi in Tabelle 1 dargestellt.

Zustand	K1	L	H	ER	V
Kaltstart (KS)	1				1
Warmstart (WS)	1			1	(1)
R-Gang	1	1		1
1. Gang	1	1
3. Gang	1			1	1
eVT/Geared-Neutral	1				1
Elektrische Fahrt langsam (EFHs)			1	1
Elektrische Fahrt 3 (EFH3)				1	1
Elektrische Fahrt 0 (EFH0)			1
Hybridfahrt	1		1
Elektrische Fahrt rückwärts (hohe Übersetzung)		1	1
Elektrische Fahrt rückwärts (hohe Übersetzung)		1		1
Standladen ohne Kraftschluss	1			1

Die Schaltübergänge zwischen unterschiedlichen Schaltzuständen und Fahr- bzw. Startmodi sind in Tabelle 2 dargestellt.
Tabelle 2
In 5A–D sind unterschiedliche Schaltpositionen der Klauenkupplungen 50, 54 gezeigt, die über eine gemeinsame Schaltwalze 60 betätigbar sind.
In 5A ist eine Nullstellung (0) gezeigt, wobei beide Klauenkupplungen 50, 54 geöffnet sind. In 5B ist eine Stellung gezeigt, in die lediglich die Klauenkupplung 54 geschlossen ist (V), um das Hohlrad 52 drehfest mit der Getriebeeingangswelle 14 zu verbinden. In 5C ist eine Schaltstellung gezeigt, in der beide Klauenkupplungen geschlossen sind (BI). In 5D ist eine Schaltstellung gezeigt in der lediglich die Klauenkupplung 50 geschlossen ist (ER).
In 6 ist eine Ausführungsform der Drehzahlüberlagerungseinheit 32 dargestellt, bei der die Klauenkupplung 58 und die Reibkupplung 46 gleichzeitig betätigt werden.
Die Klauenkupplung 58 und ein Hebelarm der Reibkupplung 46 sind mechanisch fest miteinander verbunden, wobei in einer Schließstellung der Klauenkupplung 58, die Reibkupplung 46 geöffnet ist, wie es in 6A gezeigt ist und wobei in einer geöffneten Stellung der Klauenkupplung 58 die Reibkupplung 46 geschlossen ist, wie es in 6B gezeigt ist. Dadurch ist zur Betätigung der Klauenkupplung 58 und der Reibkupplung 46 lediglich ein Aktuator nötig.
In 7 ist eine alternative Ausführungsform der Drehzahlüberlagerungseinheit 32 aus 2 dargestellt. Die Planetenträger sind dabei drehfest mit einem Abtrieb verbunden, der zwischen Sonnenrädern 48, 62 hindurchgeführt ist, wobei die elektrische Maschine 30 mit einem separaten Sonnenrad 62 verbunden ist. Die elektrische Maschine 30 beziehungsweise das Drehmoment der elektrischen Maschine 30 kann dadurch an einem günstigeren Einbauort eingekoppelt werden zwischen der Drehzahlüberlagerungseinheit 32 und der Getriebeeinheit 10.
In 8 ist eine weitere Ausführungsform der Drehzahlüberlagerungseinheit 32 gezeigt. Dabei kann das Hohlrad 56 entweder mit dem Gehäuse 40 drehfest verbunden werden oder mit der Getriebeeingangswelle 14 drehfest verbunden werden jeweils mittels der Klauenkupplung 58. Ferner kann über eine weitere Klauenkupplung 64 das Sonnenrad 62 drehfest mit dem Gehäuse 40 verbunden werden.
In 9 ist eine alternative Ausführungsform der Drehzahlüberlagerungseinheit 32 gezeigt. Die Ausführungsform aus 9 ist als Simpson-Radsatz ausgebildet.
Der Planetenträger des ersten Planetengetriebes 42 ist dabei drehfest mit einem Abtrieb bzw. mit dem Losrad 34 verbunden und gleichzeitig mit dem Hohlrad 52 des zweiten Planetengetriebes 44. Die Reibkupplung 46 ist zwischen den Planetengetrieben 42, 44 angeordnet und verbindet den Abtrieb entsprechend mit der elektrischen Maschine 30. Die elektrische Maschine 30 ist jeweils mit einem Sonnenrad 48, 62 der Planetengetriebe 42, 44 verbunden und über die Klauenkupplung 50 mit der Getriebeeingangswelle 14 verbindbar. Ferner ist der Planetenträger des zweiten Planetengetriebes 44 über die Klauenkupplung 58 drehfest mit dem Gehäuse 40 verbindbar.
Durch diese besondere Ausführungsform ist die Drehzahlüberlagerungseinheit 32 mit geringeren Kosten und einem geringeren Durchmesser realisierbar.
In 10 ist eine alternative Ausführungsform der Getriebeeinheit 10 dargestellt. Die Getriebeeinheit 10 ist dabei als 9-Gang Getriebe ausgebildet, wobei die Klauenkupplung 38 zusammen mit der Klauenkupplung 30 für den fünften Gang ausgebildet ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013215114 A1 [0004]

Claims

Hybridantriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit: – einer Verbrennungskraftmaschine (24) und einer elektrischen Maschine (30) zum Bereitstellen von Antriebsleistung, – einer Getriebeeinheit (10), die wenigstens eine Getriebeeingangswelle (12, 14) und eine Getriebeabtriebswelle (26) aufweist, wobei die Getriebeeingangswelle (12, 14) und die Getriebeabtriebswelle (26) über eine Mehrzahl von Zahnrädern (28) miteinander verbindbar sind, um unterschiedliche Gangstufen der Getriebeeinheit (10) zu realisieren, – einer Eingangskupplungsanordnung (16), um die Getriebeeingangswelle (12, 14) mit der Verbrennungskraftmaschine (26) drehfest zu verbinden, – einer Drehzahlüberlagerungseinheit (32) zum Übertragen eines Drehmoments von der elektrischen Maschine (30) auf die Gebriebeeinheit (10), wobei die Drehzahlüberlagerungseinheit (32) zwischen die elektrische Maschine (30) und die Getriebeeinheit (10) geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (30) über die Drehzahlüberlagerungseinheit (32) mittels wenigstens einer Kupplungsanordnung (46, 48, 50, 54, 58) mit einer der Getriebewellen (12, 14, 26) drehfest verbindbar ist.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsanordnung (50, 54) eine Kupplung (50, 54) aufweist, die die Drehzahlüberlagerungseinheit (32) mit der Getriebeeingangswelle (12, 14) drehfest verbindet.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlüberlagerungseinheit (32) mit einem Losrad (34) der Getriebeeingangswelle (12, 14) verbunden ist, wobei das Losrad (34) mit der Getriebeabtriebswelle (26) drehfest verbindbar ist.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsanordnung (46) eine Reibkupplung (46) aufweist, die die elektrische Maschine (30) mit dem Losrad (34) verbindet.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Losrad (34) der Getriebeeingangswelle (12, 14) mit einem zweiten Losrad (36) kämmt, das mittels einer Kupplung (38) mit der Getriebeabtriebswelle (26) drehfest verbindbar ist.
Hybridantriebsstrang nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsanordnung (50) eine Kupplung (50) aufweist, die die elektrische Maschine (30) drehfest mit der Getriebeeingangswelle (12, 14) verbindet.
Hybridantriebsstrang nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlüberlagerungseinheit (32) ein Planetengetriebe (42) mit einem Sonnenrad und zwei Planetenträgern und zwei Hohlrädern aufweist.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Planetenträger der Planetengetriebe (42, 44) drehfest miteinander verbunden sind.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsanordnung (58) eine Kupplung (58) aufweist, die ein erstes Hohlrad (56) des Planetengetriebes (42) drehfest mit einem Getriebegehäuse (40) verbindet.
Hybridantriebsstrang nach einem der Ansprüche 7–9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsanordnung eine Kupplung aufweist, die ein zweites Hohlrad (52) des Planetengetriebes (42) drehfest mit der Getriebeeingangswelle (12, 14) verbindet.
Hybridantriebsstrang nach einem der Ansprüche 7–9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsanordnung eine Kupplung (50) aufweist, die ein Sonnenrad (48) des Planetengetriebes (44) drehfest mit der Getriebeeingangswelle (12, 14) verbindet.
Hybridantriebsstrang nach einem der Ansprüche 7–11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsanordnung eine Kupplung (58) aufweist, die den Planetenträger des zweiten Planetengetriebes (44) drehfest mit einem Getriebegehäuse verbindet.
Hybridantriebsstrang nach einem der Ansprüche 7–12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsanordnung eine Kupplung (54) aufweist, die das Hohlrad des ersten Planetengetriebes (42) drehfest mit der Getriebeeingangswelle verbindet.
Hybridantriebsstrang nach einem der Ansprüche 7–13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsanordnung eine Kupplung (50) aufweist, die die miteinander gekoppelten Sonnenräder drehfest mit der Getriebeeingangswelle verbindet.
Hybridantriebsstrang nach einem der Ansprüche 1–14, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangskupplungsanordnung (16) als Doppelkupplungsanordnung mit zwei Kupplungen (18, 20) ausgebildet ist, wobei die Getriebeeinheit (10) zwei Getriebeeingangswellen (12, 14) aufweist und die Kupplungen (18, 20) der Doppelkupplungsanordnung (16) jeweils mit einer der Getriebeeingangswellen (12, 14) verbunden sind.
Hybridantriebsstrang nach einem der Ansprüche 1–15, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (30) koaxial zu der Getriebeabtriebswelle (26) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug mit einem Hybridantriebsstrang nach einem der Ansprüche 1–16, der eine Verbrennungskraftmaschine (24) und eine elektrische Maschine (30) zum Bereitstellen von Antriebsleistung aufweist.