DE102016101063A1

DE102016101063A1 - Getriebeanordnung für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102016101063A1
Application number: DE102016101063.4A
Authority: DE
Inventors: Norbert Scholz
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2016-01-21
Filing date: 2016-01-21
Publication date: 2017-07-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung (10) für ein Kraftfahrzeug mit zwei elektrischen Maschinen (21, 22), drei einfachen Planetensätzen (31, 32, 33) oder einem einfachen und einem Ravigneau-Planetensatz (31, 32'), zwei Bremsen (B1, B2) und drei Kupplungen (K1, K2, K0). Durch die Erfindung wird der Wirkungsgrad der Getriebeanordnung verbessert, indem das Hohlrad (322) des zweiten Planetensatzes (32) über die erste Kupplung (K1) mit dem Steg (333) des dritten Planetensatzes (33) und der Ausgangswelle (12) gekoppelt und der Steg (323) des zweiten Planetensatzes (32) mit dem Steg (313) des ersten Planetensatzes (31) verbunden ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Getriebeanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer Eingangswelle, einer Ausgangswelle und einem Getriebegehäuse, umfassend

– eine erste elektrische Maschine mit einem ersten Stator und einem relativ zu dem ersten Stator drehbar gelagerten ersten Rotor,
– eine zweite elektrische Maschine mit einem zweiten Stator und einem relativ zu dem zweiten Stator drehbar gelagerten zweiten Rotor,
– einen ersten Planetensatz, mit einer ersten Sonne, einem ersten Hohlrad und einem ersten Steg, auf dem ein Satz einerseits mit der ersten Sonne und andererseits mit dem ersten Hohlrad kämmender erster Planetenräder drehbar gelagert sind,
– einen zweiten Planetensatz, mit einer zweiten Sonne, einem zweiten Hohlrad und einem zweiten Steg, auf dem ein Satz einerseits mit der zweiten Sonne und andererseits mit dem zweiten Hohlrad kämmender zweiten Planetenräder drehbar gelagert sind, wobei der zweite Planetensatz mittels einer ersten Kupplung im Momentenpfad zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle schaltstellungsabhängig wirksam oder wirkungslos schaltbar ist, und
– einen dritten Planetensatz, mit einer dritten Sonne, einem dritten Hohlrad und einem dritten Steg, auf dem ein Satz einerseits mit der dritten Sonne und andererseits mit dem dritten Hohlrad kämmender dritten Planetenräder drehbar gelagert sind,

– die erste Sonne mit dem ersten Rotor verbunden ist, der erste Steg mit der Eingangswelle verbunden und mit dem zweiten Steg gekoppelt ist und das erste Hohlrad über eine erste Bremse mit dem Getriebegehäuse und über eine zweite Kupplung mit dem zweiten Rotor gekoppelt ist,
– die zweite Sonne mit dem zweiten Rotor und der dritten Sonne verbunden ist, das zweite Hohlrad mit dem dritten Steg und der Ausgangswelle gekoppelt ist und
– das dritte Hohlrad über eine zweite Bremse mit dem Getriebegehäuse gekoppelt ist,

Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Getriebeanordnung, deren Eingangswelle mit einer Verbrennungskraftmaschine und deren Ausgangswelle mit einem Abtrieb des Kraftfahrzeugs verbunden ist.
Stand der Technik
Derartige Getriebeanordnungen sind bekannt aus der DE 10 2006 044 895 A1 .
Mit der bekannten Anordnung lassen sich durch unterschiedliche Schaltstellungs-Konstellationen der Schaltelemente

– ein einfach leistungsverzweigter Vorwärts-Modus mit ausgangsseitig gekoppelter elektrischer Maschine (Vorwärts-Input-Split-Modus),
– ein doppelt leistungsverzweigter Vorwärts-Modus (Vorwärts-Compound-Split-Modus),
– ein einfach leistungsverzweigter Vorwärts-Modus mit eingangsseitig gekoppelter elektrischer Maschine (Vorwärts-Output-Split-Modus),
– vier verbrennungsmotorische feste Vorwärtsgänge,
– ein erster rein elektrischer Modus mit positiv übersetzter elektrischer Maschine,
– ein erster serieller Modus mit positiv übersetzter elektrischer Maschine,
– ein zweiter rein elektrischer Modus mit negativ übersetzter elektrischer Maschine,
– ein einfach leistungsverzweigter Rückwärts-Modus mit ausgangsseitig gekoppelter elektrischer Maschine (Rückwärts-Input-Split-Modus),
– ein verbrennungsmotorischer, fester Rückwärtsgang und
– ein zweiter serieller Modus mit negativ übersetzter elektrischer Maschine.

Zusätzlich weist die bekannte Vorrichtung eine dritte Bremse auf, die den zweiten Steg mit dem Getriebegehäuse koppelt und mit der der o.g. zweite rein elektrische Modus, der ein einfach leistungsverzweigte Rückwärts-Modus mit ausgangsseitig gekoppelter elektrischer Maschine, der verbrennungsmotorische, feste Rückwärtsgang und der zweite serielle Modus mit negativ übersetzter elektrischer Maschine realisierbar sind, indem mittels der dritten Bremse eine Drehrichtungsumkehr im zweiten Planetensatz herbeigeführt wird.
Ein solch zusätzliches Schaltelement ist aus Kosten-, Bauraum- und Gewichtsgründen nachteilig. Die dritte Bremse ist insbesondere dann verzichtbar, wenn aufgrund hinreichend großer elektrischer Speicher kompensatorische, rein elektrische Betriebsmodi zur Verfügung stehen. Bei der bekannten Getriebeanordnung verhindert die dritte Bremse zudem eine koaxiale Anordnung der An- und Abtriebswelle.
In einigen Betriebsmodi, insbesondere im Compound-Split-Modus, im Output-Split-Modus und in den elektrischen und seriellhybriden Modi, ist es erforderlich, dass Moment von der Eingangswelle über den zweiten Planetensatz an die Ausgangswelle übertragen wird. In anderen Betriebsmodi, insbesondere im Vorwärts-Input-Split-Modus, ist es hingegen erforderlich, dass der zweite Planetensatz aus dem Momentenpfad zwischen Ein- und Ausgangswelle herausgenommen wird. Hierzu ist die erwähnte erste Kupplung vorgesehen, die bei der bekannten Vorrichtung den ersten und den zweiten Steg schaltbar koppelt. Ist die erste Kupplung geöffnet, dreht der zweite Steg frei, sodass der zweite Planetensatz trotz der festen Verbindungen einerseits seines Hohlrades mit der Ausgangswelle und andererseits seiner (zweiten) Sonne mit der dritten Sonne und der zweiten elektrischen Maschine unabhängig von den Schaltstellungen der übrigen Schaltelemente kein Moment übertragen kann. Ist die erste Kupplung jedoch geschlossen, läuft jeder Momentenpfad zwischen Ein- und Ausgangswelle zwangsläufig (auch) über den zweiten Planetensatz. Die erste Kupplung kann somit, vereinfacht ausgedrückt, als "Schalter" für den zweiten Planetensatz angesehen werden.
Ohne die die koaxiale Anordnung der Ein- und Ausgangswelle unterbindende, dritte Bremse kann die Wirkung der Drehzahlumkehr am zweiten Planetensatz auch durch eine andere Schaltstellungs-Konstellation herbeigeführt werden: Dazu wird der zweite Steg des zweiten Planetensatzes indirekt am Gehäuse festgelegt, indem der zweite Steg bei geschlossener erster Kupplung am ersten Steg festgelegt wird, der wiederum durch die genannte, dritte Kupplung in ihrem geschlossenen Zustand am ersten Hohlrad festgelegt ist, das über die geschlossene, erste Bremse am Getriebegehäuse festgelegt wird. Diese Schaltstellungs-Konstellation ist in den elektrischen Modi alternativ anwendbar.
Durch die alternativ anwendbare, indirekte Kopplung des zweiten Steges mit dem Getriebegehäuse steigt jedoch die Drehmomentbelastung der ersten Kupplung, welche nun die bei der Drehzahlumkehr entstehenden, und ansonsten von der dritten Bremse an das Getriebegehäuse geleiteten, Momenten ertragen muss. Der Betrag des von der ersten Kupplung zu übertragenden Momentes kann in Abhängigkeit von dem an der Ausgangswelle herrschenden Abtriebs-Moment angegeben werden. Bei der erstgenannten Getriebeanordnung wird die erste Kupplung durch das (Standübersetzung zweiter Planetensatz + eins/Standübersetzung zweiter Planetensatz) – fache des Abtriebs-Momentes hoch belastet. Der einfach leistungsverzweigte Vorwärts-Output-Split-Modus sowie der der rein elektrische Modus mit negativ übersetzter, zweiter elektrischer Maschine kann ohne die dritte Bremse wegen zu hoher Kupplungsdrehmomente daher nur eingeschränkt genutzt werden.
Aufgabenstellung
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Getriebeanordnung derart weiterzubilden, dass trotz Entfalls der eine koaxiale Anordnung von Ein- und Ausgangswelle verhindernden dritten Bremse keine Erhöhung des Momentübertrags an der ersten Kupplung verursacht wird.
Darlegung der Erfindung
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass das zweite Hohlrad über die erste Kupplung mit dem dritten Steg und der Ausgangswelle gekoppelt und der zweite Steg mit dem ersten Steg verbunden ist.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Kern der vorliegenden Erfindung ist eine Umpositionierung der ersten Kupplung. Statt sie, wie beim Stand der Technik, als Koppelelement zwischen dem ersten und dem zweiten Steg anzuordnen, sieht die Erfindung vor, diese Kopplung als feste Verbindung auszubilden und die erste Kupplung zwischen dem zweiten Hohlrad und der Ausgangswelle anzuordnen. Trotz dieser Umpositionierung lassen sich annähernd die gleichen Modi realisieren. Lediglich der Rückwärts-Input-Split-Modus und der verbrennungsmotorische, feste Rückwärtsgang lassen sich nicht verwirklichen, deren Funktionen aber durch den seriellhybriden Modus mit positiv übersetzter, zweiter elektrischen Maschine ersetzt werden können und somit leicht verzichtbar sind. Trotz funktionaler Übereinstimmung der Vorwärts-Modi mit den bekannten Getriebeanordnungen stellt sich der Momentenfluss durch die Umpositionierung anders dar; dies führt zu günstigeren Drehmomenten an der ersten Kupplung und damit zu einer günstigere Dimensionierung der ersten Kupplung oder zu einer Verringerung der Kupplungs-Aktivierungsenergie und somit zu einer Verbesserung des Bauraumbedarfs oder des Wirkungsgrades.
Zum besseren Verständnis der Erfindung sollen nachfolgend die einzelnen Betriebsmodi der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung ausführlich diskutiert werden.
Im numerisch hoch übersetzenden Input-Split-Modus sind die zweite Bremse und die zweite Kupplung geschlossen. Die übrigen Schaltelemente sind geöffnet. Das Moment der Verbrennungskraftmaschine wird über den ersten Steg in den ersten Planetensatz eingeleitet und dort mit dem elektrischen Moment der ersten elektrischen Maschine kombiniert. Das kombinierte Moment läuft über das erste Hohlrad und die geschlossene zweite Kupplung zur dritten Sonne. Das dritte Hohlrad ist aufgrund der geschlossenen zweiten Bremse am Getriebegehäuse fixiert, weshalb der dritte Planetensatz als einfache Übersetzungsstufe wirkt. Das übersetzte Moment wird über den dritten Steg zur Ausgangswelle geleitet. Der zweite Planetensatz ist dabei hinsichtlich der Übersetzungsbildung wirkungslos, weil sein Hohlrad aufgrund der geöffneten ersten Kupplung frei dreht. Die zweite elektrische Maschine, deren Rotor mit der dritten Sonne verbunden ist, kann in diesem Betriebsmodus zusätzlich motorisch oder insbesondere generatorisch betrieben werden, wobei generatorisch gewonnene elektrische Leistung der ersten elektrischen Maschine oder einem Energiespeicher zugeführt werden kann.
Ein parallelhybrider Betriebsmodus, dessen Festgang bei einem typisch ausgelegten 4-Gang-Getriebe einem ersten Gang entsprechen würde und der daher hier als erster parallelhybrider Gang angesprochen werden soll, lässt sich durch zusätzliches Schließen der dritten Kupplung realisieren. Das Antriebsmoment der Verbrennungskraftmaschine wird über die Eingangswelle an den ersten Steg geleitet. Der gesamte erste Planetensatz ist allerdings aufgrund der geschlossenen dritten Kupplung verblockt. Das Eingangsmoment wird somit unverändert über die geschlossene zweite Kupplung an die dritte Sonne geleitet. Der dritte Planetensatz wirkt aufgrund seines mittels der geschlossenen zweiten Bremse am Getriebegehäuse festgelegten dritten Hohlrades als einfache Übersetzungsstufe. Das übersetzte Moment wird über den dritten Steg an die Ausgangswelle geleitet, wobei der zweite Planetensatz aufgrund der geöffneten ersten Kupplung und seines dadurch frei drehenden zweiten Hohlrades bei der Übersetzungsbildung wirkungslos ist.
Vom ersten parallelhybriden Gang muss das System durch Öffnen der dritten Kupplung in den zuvor beschriebenen Input-Split-Modus zurückkehren. Ausgehend von diesem lässt sich durch zusätzliches Schließen der ersten Kupplung ein weiterer parallelhybrider Betriebsmodus realisieren, dessen Festgang bei einem typisch ausgelegten 4-Gang-Getriebe einem zweiten Gang entsprechen würde und der daher hier als zweiter parallelhybrider Gang angesprochen werden soll. In diesem Modus sind mithin die zweite Bremse, die erste Kupplung und die zweite Kupplung geschlossen; die erste Bremse und die dritte Kupplung sind geöffnet. Das Antriebsmoment der Verbrennungskraftmaschine wird über die Eingangswelle direkt zum zweiten Steg geleitet. Aufgrund der geschlossenen zweiten Bremse, die das dritte Hohlrad am Getriebegehäuse festlegt, ist das Drehzahlverhältnis der zweiten und dritte Sonne einerseits zum dritten Steg und dem über die geschlossene erste Kupplung an diesem festgelegten zweiten Hohlrad andererseits festgelegt, wobei die Absolut-Drehzahlen von der am zweiten Steg eingeleiteten Verbrennungskraftmaschinen-Drehzahl abhängen. Durch die geschlossene zweite Kupplung wird auch das Drehzahlverhältnis der beiden elektrischen Maschinen zueinander festgelegt und ihre Absolut-Drehzahlen über den ersten Planetensatz mit der Verbrennungskraftmaschinen-Drehzahl verknüpft. Es resultiert somit ein verbrennungsmotorischer Festgang, der von den elektrischen Maschinen in parallelhybrider Weise unterstützt werden kann.
Ein im Bereich einer Gesamtübersetzung von i = 1 angesiedelter Compound-Split-Modus lässt sich, ausgehend von dem vorgenannten, zweiten parallelhybriden Gang, durch Öffnen der zweiten Bremse aktivieren. In diesem doppelt leistungsverzweigten Modus sind mithin die erste und zweite Kupplung geschlossen, wohingegen die übrigen Schaltelemente geöffnet sind. Das Moment der Verbrennungskraftmaschine wird über die Eingangswelle und den ersten Steg in den ersten Planetensatz eingeleitet, wo es mit dem über die erste Sonne eingeleiteten und im ersten Planetensatz verstärkten Moment der ersten elektrischen Maschine kombiniert wird. Das dadurch am ersten Hohlrad des ersten Planetensatzes entstehende Reaktionsmoment wird über die geschlossene zweite Kupplung zur zweiten Sonne weitergeleitet, wobei auch ein Moment der zweiten elektrischen Maschine, deren Rotor mit der zweiten Sonne verbunden ist, eingebracht werden kann. Zugleich liegt das kombinierte Moment wegen der festen Verbindung am zweiten Steg des zweiten Planetensatzes an. Im zweiten Planetensatz erfolgt eine Superposition der an der zweiten Sonne und der am zweiten Steg anliegenden Momente zum nochmals kombinierten Moment am zweiten Hohlrad. Dieses Moment wird bei geschlossener erster Kupplung an die Ausgangswelle übertragen. Aufgrund der geöffneten zweiten Bremse läuft das dritte Hohlrad frei, sodass der dritte Planetensatz in diesem Betriebsmodus hinsichtlich der Übersetzungen keine Rolle spielt. Auch hier kann, je nach Leistungsbilanz an den elektrischen Maschinen, ein Be- oder Entladen des Speichers stattfinden
Durch zusätzliches Schließen der dritten Kupplung lässt sich ein weiterer parallelhybrider Modus aktivieren, der bei einem typisch ausgelegten 4-Gang-Getriebe einem dritten Gang entsprechen würde und daher hier als dritter parallelhybrider Gang angesprochen werden soll. Insbesondere handelt sich hierbei um einen mechanischen Direktgang mit einem Übersetzungsverhältnis von i = 1. Aufgrund der geschlossenen dritten Kupplung läuft der so verblockte Planetensatz als Block um. Die Umlaufdrehzahl entspricht insbesondere der an seinem Steg anliegenden Drehzahl, d.h. der Drehzahl der an der Eingangswelle angeschlossenen Verbrennungskraftmaschine. Aufgrund der Verblockung des ersten Planetensatzes dreht auch der Rotor der ersten elektrischen Maschine mit der Verbrennungskraftmaschinen-Drehzahl, wobei er in parallelhybrider Weise Moment beisteuern kann. Durch die geschlossene zweite Kupplung liegt dieselbe Drehzahl auch am Rotor der zweiten elektrischen Maschine sowie an der zweiten und dritten Sonne an. Gleiches gilt für den zweiten Steg. Auch der zweite Planetensatz kann somit als (indirekt) verblockt angesehen werden. An seinem Hohlrad und aufgrund der geschlossenen ersten Kupplung damit auch an der Ausgangswelle liegt ebenfalls die Verbrennungskraftmaschinen-Drehzahl an. Dass damit auch am dritten Steg und somit auch am dritten Hohlrad dieselbe Drehzahl anliegt, ist aufgrund der geöffneten zweiten Bremse, die einen verblockten Umlauf auch des dritten Planetensatzes zulässt, hier irrelevant.
Vom dritten parallelhybriden Modus lässt sich drehzahlsynchron nur in den zuvor bereits beschriebenen Compound-Split-Modus zurückkehren. Ausgehend von diesem lässt sich durch zusätzliches Schließen der ersten Bremse ein weiterer parallelhybrider Modus aktivieren, dessen Festgang bei einem typisch ausgelegten 4-Gang-Getriebe einem vierten Gang entsprechen würde und der daher hier als vierter parallelhybrider Gang angesprochen werden soll. Im vierten parallelhybriden Gang sind somit die erste und zweite Kupplung sowie die erste Bremse geschlossen. Die zweite Bremse und die dritte Kupplung sind hingegen geöffnet. Das Antriebsmoment der Verbrennungskraftmaschine wird über die Eingangswelle und den zweiten Steg in den zweiten Planetensatz geleitet, der aufgrund der geschlossenen zweiten Kupplung und der geschlossenen ersten Bremse, die seine Sonne am Getriebegehäuse festlegen, als einfache Übersetzungsstufe wirkt. Über die erste Sonne kann Moment der ersten elektrischen Maschine in den wegen seines mittels der ersten Bremse am Getriebegehäuse festgelegten Hohlrades ebenfalls als einfache Übersetzungsstufe wirkenden ersten Planetensatzes eingeleitet und der Eingangswelle bzw. dem zweiten Steg in parallelhybrider Weise zugeführt werden. Über die geschlossene erste Kupplung wird das Moment weiter zur Ausgangswelle geleitet. Wegen seines aufgrund der geöffneten zweiten Bremse freilaufenden Hohlrades spielt der dritte Planetensatz in diesem Modus bei der Übersetzungsbildung keine Rolle. Ebenso spielt die zweite elektrische Maschine aufgrund ihres über die zweite Kupplung und die erste Bremse am Getriebegehäuse festgelegten Rotors in diesem Modus keine Rolle.
Durch Öffnen der zweiten Kupplung kann der numerisch i < 1 übersetzende Output-Split-Modus aktiviert werden. In diesem einfach leistungsverzweigten Modus mit eingangsseitiger elektrischer Maschine sind mithin die erste Bremse und die erste Kupplung geschlossen, wohingegen die übrigen Schaltelemente geöffnet sind. Das Moment der Verbrennungskraftmaschine wird über den ersten Steg in den ersten Planetensatz eingeleitet, der aufgrund seines über die erste Bremse am Getriebegehäuse festgelegten Hohlrades als reine Übersetzungsstufe für die erste elektrische Maschine wirkt. Über die erste Sonne ist der erste Rotor angeschlossen, sodass die erste elektrische Maschine generatorisch wirken kann, wobei generatorisch gewonnene elektrische Leistung der zweiten elektrischen Maschine zugeführt werden kann. Über die feste Verbindung des ersten und zweiten Steges wird das kombinierte Moment zum zweiten Steg und über ihn in den zweiten Planetensatz geleitet. Auch das Moment der zweiten elektrischen Maschine, deren Rotor aufgrund der geöffneten zweiten Kupplung drehbar und mit der zweiten Sonne verbunden ist, wird in den zweiten Planetensatz eingeleitet. Das kombinierte Moment wird über das zweite Hohlrad und die geschlossene erste Kupplung zur Ausgangswelle geleitet. Der dritte Planetensatz spielt in diesem Modus wegen eines der geöffneten zweiten Bremse freidrehenden Hohlrades keine Rolle.
Im vorgenannten Output-Split-Modus lässt sich die Verbrennungskraftmaschine drehzahlsynchron abschalten. Durch zusätzliches Schließen der dritten Kupplung lässt sich ein rein elektrischer Modus aktivieren. Aufgrund der geschlossenen ersten Bremse ist das erste Hohlrad am Getriebegehäuse festgelegt. Zugleich ist der gesamte erste Planetensatz aufgrund der geschlossenen dritten Kupplung verblockt. Somit sind alle seine Wellen direkt oder indirekt am Getriebegehäuse festgelegt, insbesondere der erste Steg und damit die Eingangswelle sowie die erste Sonne und damit auch der erste Rotor. Das Moment der zweiten elektrischen Maschine, deren Rotor aufgrund der geöffneten zweiten Kupplung unabhängig drehen kann, wird über die zweite Sonne in den als reine Übersetzungsstufe wirkenden, zweiten Planetensatz ein- und über dessen Hohlrad und die geschlossene erste Kupplung an die Ausgangswelle ausgeleitet. Der dritte Planetensatz spielt wegen seines aufgrund der geöffneten zweiten Bremse freidrehenden Hohlrades in diesem Modus bei der Übersetzungsbildung keine Rolle. Der Antrieb erfolgt somit rein elektrisch über die zweite elektrische Maschine.
Das übertragene Moment der ersten Kupplung lässt sich für die Modi, in denen die erste Kupplung geschlossen ist, in Abhängigkeit vom Ausgangswellen-Moment ausdrücken. Aufgrund der Kopplung des zweiten Hohlrades mit dem dritten Steg und der Ausgangswelle entspricht das von der ersten Kupplung im geschlossenen Zustand zu übertragene Moment dem Moment der Ausgangswelle und ist damit gegenüber dem Stand der Technik um den Faktor f = (1 – Standübersetzung zweiter Planetensatz / Standübersetzung zweiter Planetensatz + 1) reduziert. Bei üblichen Standübersetzungen wird das Moment der ersten Kupplung um 25% bis 35% gegenüber dem Stand der Technik verringert, so dass der Vorwärts-Output-Split-Modus für höhere Ausgangswellenmomente anwendbar wird. Die von der Verbrennungskraftmaschine oder zweiten elektrischen Maschine erzeugten Ausgangswellen-Momente lassen sich bei gleicher Auslegung der ersten Kupplung um den gleichen Faktor steigern.
Ein seriellhybrider Rückwärtsgang lässt sich bei geschlossener erster und zweiter Bremse und geöffneten Kupplungen realisieren. Das Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine wird über den ersten Steg in den ersten Planetensatz eingeleitet, der aufgrund seines mittels der geschlossenen ersten Bremse am Getriebegehäuse festgelegten Hohlrades als reine Übersetzungsstufe für die generatorisch arbeitende erste elektrische Maschine wirkt. Die generatorisch gewonnene elektrische Leistung wird an die zweite elektrische Maschine geleitet. Deren Moment fließt über die dritte Sonne in den aufgrund seines mittels der geschlossenen zweiten Bremse am Getriebegehäuse festgelegten Hohlrades ebenfalls als reine Übersetzungsstufe wirkenden dritten Planetensatz. Das übersetzte Moment wird dann über den dritten Steg an die Ausgangswelle geleitet, wobei der zweite Planetensatz aufgrund der geöffneten ersten Kupplung bei der Übersetzungsbildung wirkungslos ist.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung wurde bisher ohne Konkretisierung der Position der dritten Kupplung erläutert. In der Tat sind unterschiedliche Möglichkeiten gegeben, die Verblockung zu realisieren. Es kann vorgesehen sein, dass die erste Sonne über die dritte Kupplung mit dem ersten Steg gekoppelt ist. Alternativ kann die erste Sonne über die dritte Kupplung mit dem ersten Hohlrad gekoppelt sein. Weiter alternativ kann das erste Hohlrad über die dritte Kupplung mit dem ersten Steg gekoppelt sein. Die drei Varianten sind funktional gleichwertig.
Man beachte, dass die geschlossene Kupplung, wie erläutert, mit der Verbrennungskraftmaschinen-Drehzahl rotiert. Entsprechend muss, wie bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, ihr Ausrückmechanismus gegenüber dem Getriebegehäuse drehbar gelagert sein. Denkbar ist jedoch auch, wie bei einer anderen, bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass der Ausrückmechanismus drehfest am Gehäuse angeordnet ist. Diese Variante spart die Kosten des Drehlagers. Allerdings sind dann der zuvor geschilderte erste parallelhybride Modus und der dritte parallelhybride Modus nicht aktivierbar. Der Fachmann wird den Kostenvorteil und den Nutzen der zusätzlichen parallelhybriden Modi im Einzelfall gegeneinander abzuwägen wissen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung in einer ersten Ausführungsform;
2: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung in einer zweiten Ausführungsform;
3: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung in einer dritten Ausführungsform;
4: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung in einer vierten Ausführungsform und
5: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung in einer fünften Ausführungsform;
Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche oder analoge Elemente hin.
Die 1 bis 5 zeigen die erfindungsgemäße Getriebeanordnung 10 in schematischer Darstellung und sollen nachfolgend im Hinblick auf ihre Getriebetopologie und Wellenanordnung beschrieben werden. Hinsichtlich der durch unterschiedliche Schaltstellungen der Schaltelemente realisierbaren Betriebsmodi wird auf den obigen, allgemeinen Teil der Beschreibung verwiesen.
Bei allen gezeigten Ausführungsformen weist die Getriebeanordnung 10 eine Eingangswelle 11 auf, die im Montageendzustand mit einer Kurbelwelle mit einer nicht dargestellten Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs verbunden ist. Weiter weist die Getriebeanordnung 10 bei allen gezeigten Ausführungsformen eine Ausgangwelle 12 auf, die im Montageendzustand mit einem Abtrieb des Kraftfahrzeugs, insbesondere einem Differenzial, verbunden ist. Zudem werden bei allen gezeigten Ausführungsformen zwei elektrische Maschinen, nämlich eine erste elektrische Maschine 21 und eine zweite elektrische Maschine 22, die sowohl motorisch als auch generatorisch betreibbar sind, als Bestandteil der Getriebeanordnung angesehen. Die erste elektrische Maschine 21 weist einen gehäusefesten ersten Stator 211 und einen dazu drehbar gelagerten ersten Rotor 212 auf. Die zweite elektrische Maschine 22 weist einen gehäusefesten zweiten Stator 221 und einen dazu drehbar gelagerten zweiten Rotor 222 auf.
1 zeigt die Getriebeanordnung 10 mit koaxialen Ein- und Ausgangswellen 11, 12. In koaxialer, axial einander benachbarter Anordnung sind drei Planetensätze vorgesehen, nämlich ein erster Planetensatz 31, ein zweiter Planetensatz 32, und eine dritter Planetensatz 33. Der erste Planetensatz 31 umfasst eine erste Sonne 311, ein erstes Hohlrad 312 und einen ersten Steg 313, auf dem ein Satz erster Planetenräder 314, die sowohl mit der ersten Sonne 311 als auch mit dem ersten Hohlrad 312 kämmen, drehbar gelagert sind. Der zweite Planetensatz 32 weist eine zweite Sonne 321, ein zweites Hohlrad 322 und einen zweiten Steg 323 auf, auf dem ein Satz zweiter Planetenräder 324, die einerseits mit der zweiten Sonne 321 und andererseits mit dem zweiten Hohlrad 322 kämmen, drehbar gelagert sind. Der dritte Planetensatz 33 weist eine dritte Sonne 321, ein drittes Hohlrad 332 und einen dritten Steg 333 auf, auf dem ein Satz dritter Planetenräder 334, die einerseits mit der dritten Sonne 331 und anderseits mit dem dritten Hohlrad 332 kämmen, drehbar gelagert sind.
Eingangsseitig, d.h. ganz links in 1, ist die erste elektrische Maschine 21 angeordnet. Ihr erster Rotor 212 ist mit der ersten Sonne 311 des axial unmittelbar benachbarten ersten Planetensatzes 31 verbunden. Das erste Hohlrad 312 ist über eine erste Bremse B1 mit dem nicht näher dargestellten Getriebegehäuse gekoppelt. Der erste Steg 313 ist einerseits mit der Eingangswelle 11 und andererseits mit dem zweiten Steg 323 des ausgangseitig (ganz rechts in 1) angeordneten zweiten Planetensatzes verbunden.
Das zweite Hohlrad 322 des zweiten Planetensatzes 32 ist über eine erste Kupplung K1 mit der Ausgangswelle 12 gekoppelt. Die zweite Sonne 321 des zweiten Planetensatzes 32 ist mit der dritten Sonne 331 des dem zweiten Planetensatzes 32 eingangsseitig unmittelbar benachbarten dritten Planetensatzes 33 verbunden. Beide Sonnen 321, 331 sind zudem mit dem zweiten Rotor 222 der zweiten elektrischen Maschine 22 verbunden, die axial zwischen dem ersten Planetensatz 31 und dem dritten Planetensatz 33 angeordnet ist. Die zweite und dritte Sonne 321, 331 sowie der zweite Rotor 222 sind gemeinsam über eine zweite Kupplung K2 mit dem ersten Hohlrad 312 gekoppelt.
Das dritte Hohlrad 332 des dritten Planetensatzes 33 ist über eine zweite Bremse B2 mit dem Getriebegehäuse gekoppelt. Der dritte Steg 333 ist mit der Ausgangswelle 12 verbunden.
Zudem ist eine dritte Kupplung K0 vorgesehen, mittels welcher bei der Ausführungsform von 1 das erste Hohlrad 312 mit dem ersten Steg 313 gekoppelt ist. Der Fachmann erkennt, dass durch Schließen der dritten Kupplung K0 eine Festlegung des ersten Hohlrades 312 am ersten Steg 313 und somit eine Verblockung des ersten Planetensatzes 31 ermöglicht wird.
2 zeigt eine Getriebeanordnung 10, die sich von der Ausführungsform von 1 ausschließlich durch die Anordnung der dritten Kupplung K0 unterscheidet, die hier die erste Sonne 311 mit dem ersten Steg 313 koppelt. Der Fachmann wird erkennen, dass die Festlegung der ersten Sonne 311 am ersten Steg 313 zu einer Verblockung des ersten Planetensatzes führt, die der Verblockung gemäß der Ausführungsform von 1 funktional gleichwertig ist.
3 zeigt eine Getriebeanordnung 10, die sich von den Ausführungsformen der 1 und 2 wiederum nur durch die Anordnung der dritten Kupplung K0 unterscheidet, die hier die erste Sonne 311 mit dem ersten Hohlrad 312 koppelt. Der Fachmann wird erkennen, dass die Festlegung der ersten Sonne 311 am ersten Hohlrad 312 zu einer Verblockung des ersten Planetensatzes führt, die der Verblockung gemäß den Ausführungsformen von 1 und 2 funktional gleichwertig ist.
4 zeigt die Getriebeanordnung 10 erneut mit der Topologie der Ausführungsform von 1, wobei jedoch ein seitlicher Abtrieb zwischen der ersten und zweiten elektrischen Maschine und damit eine nicht-koaxiale Anordnung des an der Ausgangswelle 12 gekoppelten und des nicht dargestellten, Achsgetriebes realisierbar ist, die die Anordnung von 4 insbesondere geeignet für den Front-Quer-Einbau macht. Hinsichtlich der Getriebetopologie ergeben sich keine Änderungen zur Ausführungsform von 1. Es wurde lediglich die axiale Anordnung der einzelnen Getriebeelemente variiert, so dass die Ausgangswelle 12 nicht randständig sondern weitgehend mittig angeordnet ist.
5 zeigt die Getriebeanordnung 10 erneut mit der Topologie der Ausführungsform von 2, wobei jedoch auch hier ein seitlicher Abtrieb zwischen der ersten und zweiten elektrischen Maschine und damit eine nicht-koaxiale Anordnung des an der Ausgangswelle 12 gekoppelten und des nicht dargestellten, Achsgetriebes realisierbar ist, die die Anordnung von 5 insbesondere geeignet für den Front-Quer-Einbau macht. Hinsichtlich der Getriebetopologie ergeben sich keine Änderungen zur Ausführungsform von 2. Es wurde lediglich die axiale Anordnung der einzelnen Getriebeelemente variiert, so dass die Ausgangswelle 12 nicht randständig sondern weitgehend mittig angeordnet ist.
Eine analoge Abänderung der Wellenanordnung ist für die Ausführungsform von 3 nicht möglich.
Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben. Insbesondere wird der Fachmann verstehen, dass im zumindest betriebsbereiten Zustand eine Energiespeichereinrichtung vorgesehen ist, die über eine Leistungselektronik elektrisch mit der ersten und zweiten elektrischen Maschine verbunden ist und eingerichtet ist von diesen elektrische Energie zu empfangen oder an diese abzugeben. Dies richtet sich jeweils danach, ob und im Einzelfall welche elektrische Maschine motorisch oder generatorisch betrieben wird.
Bezugszeichenliste

10: Getriebeanordnung
11: Eingangswelle
12: Ausgangswelle
21: erste elektrische Maschine
211: erster Stator
212: erster Rotor
22: zweite elektrische Maschine
221: erster Stator
222: erster Rotor
31: erster Planetensatz
311: erste Sonne
312: erstes Hohlrad
313: erster Steg
314: erste Planetenräder
32: zweiter Planetensatze
321: zweite Sonne
322: zweites Hohlrad
323: zweiter Steg
324: zweite Planetenräder
324a: Langplaneten
324b: Kurzplaneten
33: dritter Planetensatz
331: dritte Sonne
332: drittes Hohlrad
333: dritter Steg
334: dritte Planetenräder
B1: erste Bremse
B2: zweite Bremse
K1: erste Kupplung
K2: zweite Kupplung
K0: dritte Kupplung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006044895 A1 [0003]

Claims

Getriebeanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer Eingangswelle (11), einer Ausgangswelle (12) und einem Getriebegehäuse, umfassend – eine erste elektrische Maschine (21) mit einem ersten Stator (211) und einem relativ zu dem ersten Stator (211) drehbar gelagerten ersten Rotor (212), – eine zweite elektrische Maschine (22) mit einem zweiten Stator (221) und einem relativ zu dem zweiten Stator (221) drehbar gelagerten zweiten Rotor (222), – einen ersten Planetensatz (31), mit einer ersten Sonne (311), einem ersten Hohlrad (312) und einem ersten Steg (313), auf dem ein Satz einerseits mit der ersten Sonne (311) und andererseits mit dem ersten Hohlrad (312) kämmender erster Planetenräder (314) drehbar gelagert sind, – einen zweiten Planetensatz (32), mit einer zweiten Sonne (321), einem zweiten Hohlrad (322) und einem zweiten Steg (323), auf dem ein Satz einerseits mit der zweiten Sonne (321) und andererseits mit dem zweiten Hohlrad (322) kämmender zweiten Planetenräder (324) drehbar gelagert sind, wobei der zweite Planetensatz (32) mittels einer ersten Kupplung (K1) im Momentenpfad zwischen der Eingangswelle (11) und der Ausgangswelle (12) schaltstellungsabhängig wirksam oder wirkungslos schaltbar ist, und – einen dritten Planetensatz (33), mit einer dritten Sonne (331), einem dritten Hohlrad (332) und einem dritten Steg (333), auf dem ein Satz einerseits mit der dritten Sonne (331) und andererseits mit dem dritten Hohlrad (332) kämmender dritten Planetenräder (334) drehbar gelagert sind, wobei – die erste Sonne (311) mit dem ersten Rotor (212) verbunden ist, der erste Steg (313) mit der Eingangswelle (11) verbunden und mit dem zweiten Steg (323) gekoppelt ist und das erste Hohlrad (312) über eine erste Bremse (B1) mit dem Getriebegehäuse und über eine zweite Kupplung (K2) mit dem zweiten Rotor (222) gekoppelt ist, – die zweite Sonne (321) mit dem zweiten Rotor (222) und der dritten Sonne (331) verbunden ist, das zweite Hohlrad (322) mit dem dritten Steg (333) und der Ausgangswelle (12) gekoppelt ist und – das dritte Hohlrad (332) über eine zweite Bremse (B2) mit dem Getriebegehäuse gekoppelt ist, und wobei der erste Planetensatz (31) mittels einer dritten Kupplung (K0) verblockbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Hohlrad (322) über die erste Kupplung (K1) mit dem dritten Steg (333) und der Ausgangswelle (12) gekoppelt und der zweite Steg (323) mit dem ersten Steg (313) verbunden ist.
Getriebeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Sonne (311) über die dritte Kupplung (K0) mit dem ersten Steg (313) gekoppelt ist.
Getriebeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Hohlrad (312) über die dritte Kupplung (K0) mit dem ersten Steg (313) gekoppelt ist.
Getriebeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Sonne (311) über die dritte Kupplung (K0) mit dem ersten Hohlrad (312) gekoppelt ist.
Getriebeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausrückmechanismus der dritten Kupplung (K0) drehfest am Getriebegehäuse gelagert ist.
Getriebeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausrückmechanismus der dritten Kupplung (K0) drehbar am Getriebegehäuse gelagert ist.
Getriebeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Energiespeichereinrichtung vorgesehen ist, die über eine Leistungselektronik elektrisch mit der ersten und zweiten elektrischen Maschine (21; 22) verbunden ist und eingerichtet ist von diesen elektrische Energie zu empfangen oder an diese abzugeben.
Kraftfahrzeug mit einer Getriebeanordnung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, deren Eingangswelle (11) mit einer Verbrennungskraftmaschine und deren Ausgangswelle (12) mit einem Abtrieb des Kraftfahrzeugs verbunden ist.