DE102016204581B4 - Hybridantriebsstrang für ein hybridgetriebenes Kraftfahrzeug - Google Patents

Hybridantriebsstrang für ein hybridgetriebenes Kraftfahrzeug Download PDF

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Abstract

Hybridantriebsstrang für ein hybridgetriebenes Kraftfahrzeug, mit einem, mittels Schaltelementen in unterschiedliche Übersetzungsstufen umschaltbaren Getriebe (1), das über eine Brennkraftmaschinen-Welle (3) mit einer Brennkraftmaschine (7), über eine Elektromaschinen-Welle (9) mit einer Elektromaschine (11) sowie über eine Abtriebswelle (13) mit zumindest einer Fahrzeugachse (VA) trieblich verbindbar ist, wobei die Brennkraftmaschinen-Welle (3) und die Elektromaschinen-Welle (9) zueinander achsparallel angeordnet sind, und wobei die Brennkraftmaschinen-Welle (3) über einen, eine Ritzelwellen-Radebene (RE-V4) bildenden Stirnradsatz mit der Abtriebswelle (13) verbindbar ist, wobei die Brennkraftmaschine (7) und die Elektromaschine (11) über eine Getriebestufe (P2-Getriebestufe) verbindbar sind, und wobei die Getriebestufe (P2-Getriebestufe) über ein brennkraftmaschinennahes Schaltelement (SE-A) mit einem auf der Brennkraftmaschinen-Welle (3) drehgelagerten brennkraftmaschinennahen Loszahnrad (23) der Ritzelwellen-Radebene (RE-V4) kuppelbar ist sowie über ein elektromaschinennahes Schaltelement (K) mit der Elektromaschinen-Welle (9) kuppelbar ist, und wobei die Getriebestufe (P2-Getriebestufe) zumindest einen, eine P2-Radebene (RE-E3) bildenden Stirnradsatz aufweist, und wobei das brennkraftmaschinennahe Loszahnrad (23) der Ritzelwellen-Radebene (RE-V4) über das brennkraftmaschinennahe Schaltelement (SE-A) mit der P2-Radebene (RE-E3) verbindbar ist, die über das elektromaschinennahe Schaltelement (K) mit der Elektromaschinen-Welle (9) kuppelbar ist oder davon abkuppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die P2-Radebene (RE-E3) ein auf der Brennkraftmaschinen-Welle (3) drehgelagertes Loszahnrad (33) aufweist, das über das brennkraftmaschinennahe Schaltelement (SE-A) mit dem auf der Brennkraftmaschinen-Welle (3) gelagerten Loszahnrad (23) der Ritzelwellen-Radebene (RE-V4) kuppelbar oder davon abkuppelbar ist, und dass das auf der Brennkraftmaschinen-Welle (3) drehgelagerte Loszahnrad (33) der P2-Radebene (RE-E3) über ein Schaltelement (SE-B) mit der Brennkraftmaschinen-Welle (3) kuppelbar oder davon abkuppelbar ist, und dass die P2-Radebene (RE-E3) ein auf der Elektromaschinen-Welle (9) drehgelagertes Loszahnrad (31) aufweist, das über das als eine Lamellenkupplung (K) ausgebildete Schaltelement (K) mit der Elektromaschinen-Welle (9) kuppelbar oder davon abkuppelbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Hybridantriebsstrang für ein hybridgetriebenes Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Ein solcher Hybridantriebstrang weist neben der Brennkraftmaschine ein automatisch schaltbares Getriebe auf, das über eine Brennkraftmaschinen-Welle mit einer Brennkraftmaschine und über eine Elektromaschinen-Welle mit einer Elektromaschine verbindbar ist. Das Automatikgetriebe kann derart ausgelegt sein, dass die Elektromaschine als Starter/Generator, für ein zugkraftunterbrechungsfreies Gangstellen im Getriebe, für einen rein elektrischen Fahrbetrieb oder für einen Hybridbetrieb betreibbar ist. Bei entsprechendem Fahrerwunsch kann zudem ein Beschleunigen im Boost-Betrieb (das heißt bei erhöhter Leistungsanforderung zum Beispiel bei einem Überholvorgang) mit einem durch die Elektromaschine zusätzlich bereitgestellten Drehmoment erfolgen. In diesem Fall kann die Elektromaschine als alleinige oder als Hilfsantriebsquelle oder als Starter bzw. Generator zur Stromerzeugung und Rekuperation genutzt werden. Ein derartiger Hybridantriebsstrang ist beispielhaft aus der DE 10 2005 040 769 A1 bekannt, bei der das Getriebe aus zwei Planetenradsätzen aufgebaut ist, die über eine Vielzahl von Schaltelementen, das heißt Kupplungen und Bremsen, schaltbar sind.
  • Ein Hybridantriebsstrang für ein hybridgetriebenes Kraftfahrzeug weist ein, mittels Schaltelementen in unterschiedliche Übersetzungsstufen umschaltbares Getriebe auf, das über eine Brennkraftmaschinen-Welle mit einer Brennkraftmaschine, über eine Elektromaschinen-Welle mit einer Elektromaschine sowie über eine Abtriebswelle mit zumindest einer Fahrzeugachse trieblich verbindbar ist. Die Brennkraftmaschinen-Welle und die Elektromaschinen-Welle sind zueinander achsparallel angeordnet. Die Brennkraftmaschinen-Welle ist über einen, eine erste Radebene bildenden Stirnradsatz mit der Abtriebswelle verbindbar ist.
  • Aus der DE 10 2008 047 288 A1 ist ein weiterer Hybridantriebsstrang für ein hybridgetriebenes Fahrzeug bekannt, dessen Getriebe als ein Doppelkupplungsgetriebe ausgeführt ist. In dem Getriebe sind die zur Brennkraftmaschine führende Brennkraftmaschinen-Welle und die zur Elektromaschine führende Elektromaschinen-Welle zueinander achsparallel angeordnet. Das Getriebe ist ausgangsseitig über eine Abtriebswelle mit zumindest einer Fahrzeugachse trieblich verbindbar.
  • Aus der WO 2008 / 138 387 A1 ist ein gattungsgemäßer Hybridantriebsstrang für ein Kraftfahrzeug bekannt. Aus der EP 1 504 946 A2 , aus der DE 101 36 725 A1 , aus der DE 10 2006 027 709 A1 , aus der DE 103 29 109 A1 , aus der DE 11 2011 101 521 T5 und aus der DE 10 2011 005 532 A1 sind weitere Hybridantriebsstränge bekannt.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Hybridantriebsstrang bereitzustellen, der in einer im Vergleich zum Stand der Technik baulich einfachen, bauraumgünstigen Konstruktion größere Freiheitsgrade in der Funktionalität aufweist.
  • Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
  • Erfindungsgemäß sind die Brennkraftmaschine und die Elektromaschine über eine Getriebestufe (nachfolgend als P2-Getriebestufe bezeichnet) verbindbar. Die P2-Getriebestufe ist über ein brennkraftmaschinennahes Schaltelement SE-A mit einem auf der Brennkraftmaschinen-Welle drehgelagerten brennkraftmaschinennahen Loszahnrad der Ritzelwellen-Radebene RE-V4 kuppelbar. Zudem ist die P2-Getriebestufe über ein elektromaschinennahes Schaltelement, insbesondere eine Lamellenkupplung K, mit der Elektromaschinen-Welle kuppelbar.
  • In einer später beschriebenen Ausführungsform ist die Elektromaschine entweder über die obige P2-Getriebestufe mit einem brennkraftmaschinennahen Zahnrad der Ritzelwellen-Radebene RE-V4 verbindbar oder über eine zweite Getriebestufe (nachfolgend als P3-Getriebestufe bezeichnet) mit einem brennkraftmaschinenfernen Zahnrad der Ritzelwellen-Radebene RE-V4 verbindbar. Die P2-Getriebestufe kann je nach Fahrbetrieb gegenüber den anderen Getriebekomponenten stillgelegt sein, wodurch die Elektromaschine und/oder die Brennkraftmaschine vollständig vom Antriebsstrang abkoppelbar sind.
  • Zur Bildung der P3-Getriebestufe kann das brennkraftmaschinenferne Zahnrad der Ritzelwellen-Radebene RE-V4 drehfest auf einer Zwischenwelle angeordnet sein, die zwischen der Brennkraftmaschinen-Welle und der Elektromaschinen-Welle achsparallel angeordnet ist. Die Zwischenwelle kann über einen, eine Freilauf-Radebene RE-E1 bildenden Stirnzahnradsatz mit der Elektromaschinen-Welle verbindbar sein.
  • Zur Bildung der P2-Getriebestufe ist das brennkraftmaschinennahe Zahnrad der ersten Radebene RE-V4 ein auf der Brennkraftmaschinen-Welle drehgelagertes Loszahnrad. Das Loszahnrad ist über ein Schaltelement SE-A mit einem, eine P2-Radebene RE-E3 bildenden Stirnradsatz verbindbar, der über ein Schaltelement K, insbesondere eine Lamellenkupplung, mit der Elektromaschinen-Welle kuppelbar ist. Die P2-Radebene RE-E3, wie auch eine später beschriebene zweite P2-Radebene RE-V5 sind Bestandteile der P2-Getriebestufe.
  • Bevorzugt ist das Getriebe nicht als ein Doppelkupplungsgetriebe oder ein Planetengetriebe aufgebaut, sondern vielmehr als ein reines Stirnradgetriebe, bei dem die Brennkraftmaschinen-Welle, die Elektromaschinen-Welle und die Abtriebswelle über Stirnzahnradsätze miteinander trieblich verbindbar sind. Die Stirnzahnradsätze bilden Radebenen, die über die Schaltelemente schaltbar sind. Auf diese Weise wird eine einfach aufgebaute Getriebestruktur erzielt, die im Vergleich zu einem Planetengetriebe wesentlich effizienter betreibbar ist.
  • In einer später ausführlich beschriebenen Ausführungsvariante weist das Getriebe zum Schalten von sechs verbrennungsmotorischen Vorwärtsgängen und von drei elektromotorischen Vorwärtsgängen insgesamt sechs Synchronisierungseinheiten auf, und zwar genau vier Gangsteller, eine Freilaufkupplung sowie eine Lamellenkupplung.
  • Das Getriebe kann in einer Ausführungsvariante die oben bereits erwähnte, zur Brennkraftmaschinen-Welle und zur Elektromaschinen-Welle achsparallele Zwischenwelle aufweisen. Die Zwischenwelle kann über die Ritzelwellen-Radebene RE-V4 mit der Abtriebswelle verbindbar sein. Alternativ und/oder zusätzlich kann die Zwischenwelle über die Freilauf-Radebene RE-E1 mit der Elektromaschinen-Welle verbindbar sein und/oder über die P2-Radebene RE-E3 mit der Elektromaschinen-Welle verbindbar sein. Zudem kann die Zwischenwelle über einen, die zweite P2-Radebene RE-V5 bildende Stirnzahnradsatz mit der Brennkraftmaschinen-Welle verbindbar sein.
  • In einer technischen Realisierung kann die Ritzelwellen-Radebene RE-V4 ein drehfest auf der Abtriebswelle gelagertes Zahnrad und ein damit kämmendes, drehfest auf der Zwischenwelle gelagertes Zahnrad aufweisen. Die Ritzelwellen-Radebene RE-V4 kann zusätzlich ein auf der Brennkraftmaschinen-Welle drehgelagertes Loszahnrad aufweisen, das mit dem Zwischenwellen-Zahnrad kämmt und über ein Schaltelement SE-E mit der Brennkraftmaschinen-Welle kuppelbar ist.
  • Die Freilauf-Radebene RE-E1 kann ein auf der Elektromaschinen-Welle drehfest gelagertes Zahnrad und ein damit kämmendes Zwischenwellen-Zahnrad aufweisen, das über eine Freilaufkupplung mit der Zwischenwelle kuppelbar ist. In einer technischen Ausführung kann der Freilaufkupplung ein Schaltelement SE-D zugeordnet sein, das in einer Zugbetrieb-Stellung eine Drehmomentübertragung von der Elektromaschine in Richtung auf die Zwischenwelle zulässt und in Gegenrichtung eine Freilauffunktion aufweist, das heißt die Drehmomentübertragung unterbindet. In einer Zug-/Schubbetrieb-Stellung kann das Schaltelement die Drehmomentübertragung in beide Richtung zulassen. In einer weiteren Freilauf-Stellung kann das Schaltelement dagegen die Drehmomentübertragung in beide Richtungen unterbinden.
  • Alternativ und/oder zusätzlich kann die erste P2-Radebene RE-E3 ein auf der Zwischenwelle drehgelagertes Loszahnrad aufweisen, das über ein Schaltelement SE-C mit der Zwischenwelle kuppelbar ist. Das Loszahnrad der ersten P2-Radebene RE-E3 kann mit einem, auf der Elektromaschinen-Welle drehgelagerten Loszahnrad kämmen, das über ein als Lamellenkupplung ausgebildetes Schaltelement mit der Elektromaschinen-Welle kuppelbar ist.
  • Die erste P2-Radebene RE-E3 weist zudem ein auf der Brennkraftmaschinen-Welle drehgelagertes Loszahnrad auf. Dieses kann entweder über ein Schaltelement SE-A mit dem auf der Brennkraftmaschinen-Welle gelagerten Loszahnrad der Ritzelwellen-Radebene RE-V4 kuppelbar sein oder über ein Schaltelement SE-B mit der Brennkraftmaschinen-Welle kuppelbar sein.
  • Die zweite P2-Radebene RE-V5 kann in einer Ausführungsvariante ein auf der Zwischenwelle drehgelagertes Loszahnrad aufweisen, das über ein Schaltelement SE-C mit der Zwischenwelle kuppelbar ist. Das obige Loszahnrad kann mit einem auf der Brennkraftmaschinen-Welle drehgelagerten Loszahnrad kämmen, das über ein Schaltelement SE-B mit der Brennkraftmaschinen-Welle kuppelbar ist.
  • Bevorzugt ist es, wenn das auf der Zwischenwelle drehgelagerte Loszahnrad der zweiten P2-Radebene RE-V5 und das auf der Zwischenwelle drehgelagerte Loszahnrad der ersten P2-Radebene RE-E3 auf einer, auf der Zwischenwelle koaxial drehgelagerten Hohlwelle drehfest angeordnet sind. Die Hohlwelle kann über das Schaltelement SE-C mit der Zwischenwelle kuppelbar sein.
  • In der obigen konkreten Getriebestruktur ist die P2-Getriebestufe wie folgt aufgebaut, und zwar aus der ersten P2-Radebene RE-E3, die über eine elektromaschinenseitige Hohlwelle sowie einer Lamellenkupplung an die Elektromaschinen-Welle kuppelbar ist und über das Schaltelement SE-A an die Ritzelwellen-Radebene RE-V4 kuppelbar ist. Zudem weist die P2-Getriebestufe die zweite P2-Radebene RE-V5 auf, die über eine Hohlwelle an der ersten P2-Radebene RE-E3 angekoppelt ist und über das Schaltelement SE-B an die Brennkraftmaschinen-Welle kuppelbar ist.
  • Die Anzahl der im Getriebe verbauten Schaltelemente kann in der folgenden Ausführungsvariante reduziert sein: So können das oben erwähnte Schaltelement SE-A und das ebenfalls bereits erwähnte Schaltelement SE-E zu einem gemeinsamen Schaltelement SE-A zusammengefasst sein. Dieses kann in einer ersten Schaltstellung das auf der Brennkraftmaschinen-Welle drehgelagerte Loszahnrad der Ritzelwellen-Radebene RE-V4 mit der Brennkraftmaschine-Welle kuppeln und in einer zweiten Schaltstellung mit dem auf der Brennkraftmaschinen-Welle drehgelagerten Loszahnrad der ersten P2-Radebene RE-E3 kuppeln.
  • In einer bauteilreduzierten Einbauvariante kann die Abtriebswelle als eine Ritzelwelle eines Achsdifferenzials der Fahrzeugachse ausgeführt sein. Bei einem Allradantrieb kann das auf der Zwischenwelle drehfest angeordnete Zahnrad nicht nur mit dem auf der Abtriebswelle drehfest angeordneten Zahnrad, sondern zusätzlich auch mit einem Festzahnrad einer zur zweiten Fahrzeugachse führenden Kardanwelle kämmen. Für eine Bauraumreduzierung ist es bevorzugt, wenn die Elektromaschinen-Welle als eine auf der Kardanwelle koaxial drehgelagerte Hohlwelle ausgeführt ist.
  • Im Hinblick auf eine einfache Realisierung eines Rückwärtsgangs kann die Elektromaschine in umgekehrter Drehrichtung betrieben werden (das heißt ein elektromotorischer Rückwärtsgang). Alternativ dazu kann das Getriebe einen, eine Rückwärtsgang-Radebene RE-VR bildenden Stirnradsatz aufweisen. In einer ersten Ausführungsform kann die Rückwärtsgang-Radebene RE-VR ein auf der Brennkraftmaschinen-Welle drehgelagertes Loszahnrad aufweisen, das über ein Schaltelement SE-R mit der Brennkraftmaschinen-Welle kuppelbar ist, und ein damit kämmendes, auf der Elektromaschinen-Welle drehgelagertes Loszahnrad aufweisen, das zusammen mit dem auf der Elektromaschinen-Welle gelagerten Loszahnrad drehfest auf einer Hohlwelle angeordnet ist, die auf der Elektromaschinen-Welle koaxial drehgelagert ist und mit dem Schaltelement K mit der Elektromaschinen-Welle kuppelbar ist.
  • Alternativ dazu kann die Rückwärtsgang-Radebene RE-VR ein drehfest auf der Brennkraftmaschinen-Welle angeordnetes Zahnrad aufweisen, das unter Zwischenschaltung eines Zwischenzahnrads mit einem auf der Zwischenwelle drehgelagerten Loszahnrad kämmt. Dieses kann über ein Schaltelement SE-C mit der auf der Zwischenwelle drehgelagerten Hohlwelle kuppelbar sein.
  • Alternativ dazu kann auf die Bereitstellung einer zusätzlichen Rückwärtsgang-Radebene verzichtet werden und anstelle dessen eine zur Brennkraftmaschinen-Welle achsparallele Rückwärtsgang-Welle bereitgestellt werden. Auf der Rückwärtsgang-Welle kann ein Loszahnrad drehbar gelagert sein, das mit dem auf der Zwischenwelle gelagerten Loszahnrad der Freilauf-Radebene RE-E1 kämmt und über ein Schaltelement SE-R mit der Rückwärtsgang-Welle kuppelbar ist. Auf der Rückwärtsgang-Welle kann zudem ein Festzahnrad angeordnet sein, das mit dem Festzahnrad der Abtriebswelle kämmt.
  • Im Hinblick auf eine bauraumgünstige Ausführung können sämtliche Radebenen in der Axialrichtung zwischen der Brennkraftmaschine und der Elektromaschine angeordnet sein. Insbesondere die Ritzelwellen-Radebene RE-V4 oder alternativ die Freilauf-Radebene RE-E1 kann auf der, der Brennkraftmaschine zugewandten Getriebeseite positioniert sein.
  • Das erfindungsgemäße Getriebe ist sowohl für längs eingebaute als auch für quereingebaute Antriebsstränge nutzbar. Im Quereinbau befindet sich die Elektromaschine parallel zum Radsatz. Im Längseinbau befindet sich die Elektromaschine in der Fahrzeuglängsrichtung hinter dem Getriebe im Tunnel. Zudem können mit dem Getriebe die folgenden Schaltungsarten durchgeführt werden, nämlich (einfache oder mehrfache) Hoch- oder Rückschaltungen, Zuschaltungen, Abschaltungen oder Umschaltungen. Dabei kann stets beliebig zwischen rein elektrischem oder rein verbrennungsmotorischen Betrieb sowie Hybridbetrieb geschaltet werden. Auf diese Weise stehen während einer Beschleunigungsfahrt des Fahrzeugs (zum Beispiel von 0 auf 100 km/h oder von 80 auf 120 km/h) mehrere Schaltmöglichkeiten bereit. Zudem ermöglicht das Getriebe ein Standladen, ein Laden im Kriechen (das heißt in einem Fahrzustand während der Anfahrt, bei dem die Lammellenkupplung noch im Schlupf betrieben wird) und ein Laden während der Fahrt (als eine Lastpunktanhebung) oder Rekuperation.
  • Mit der obigen Getriebestruktur können die elektromotorischen und verbrennungsmotorischen Vorwärtsgänge mit zwei oder vier Zahneingriffen erfolgen. Die verbrennungsmotorischen Rückwärtsgänge haben - je nach Ausführung - drei oder fünf Zahneingriffe.
  • Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können - außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen - einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
  • Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1 als Blockschaltbild ein als Stirnradgetriebe ausgeführtes Hybridgetriebe;
    • 2a eine Schaltmatrix des in der 1 gezeigten Getriebes;
    • 2b eine Schaltmatrix, aus der die elektromotorischen Stützgänge beim zugkraftunterbrechungsfreien Schalten zwischen den verbrennungsmotorischen Gängen ersichtlich sind;
    • 2c ein Diagramm, in dem ein zugkraftunterbrechungsfreier Schaltvorgang zwischen verbrennungsmotorischen Gängen veranschaulicht ist;
    • 3 ein zweites Ausführungsbeispiel des in der 1 gezeigten Getriebes; und
    • 4 bis 7 weitere Ausführungsbeispiele des Hybridgetriebes.
  • Das in der 1 gezeigte automatisch schaltbare Fahrzeuggetriebe 1 ist Bestandteil eines Hybridantriebsstranges eines nicht dargestellten hybridgetriebenen Kraftfahrzeugs. Das mittels Schaltelementen in unterschiedliche Übersetzungsstufen umschaltbare Getriebe 1 ist über eine Brennkraftmaschinen-Welle 3 mit zwischengeschaltetem Torsionsdämpfer 5 mit einer Brennkraftmaschine 7 verbunden sowie über eine Elektromaschinen-Welle 9 mit einer Elektromaschine 11 verbunden. Die Elektromaschine 11 kann für eine Drehmomentwandlung ein nicht dargestelltes Vorgelege aufweisen. Zudem ist das Getriebe 1 ausgangsseitig über eine Abtriebswelle 13 mit einer Vorderachse VA des Fahrzeugs trieblich verbunden. Die Abtriebswelle 13 steht als Ritzelwelle mit dem Kegeltrieb eines Vorderachsdifferenzials 15 in Wirkverbindung.
  • Wie aus der 1 weiter hervorgeht, sind die Brennkraftmaschinen-Welle 3, die Elektromaschinen-Welle 9 sowie eine zwischengeordnete Zwischenwelle 17 zueinander achsparallel angeordnet. Die Zwischenwelle 17, die Elektromaschinen-Welle 9 sowie die Abtriebswelle 13 sind über Stirnzahnradsätze miteinander trieblich verbindbar, die über die Schaltelemente schaltbar sind. Die Stirnzahnradsätze bilden zueinander parallel angeordnete Radebenen, die sich gemäß der 1 in der Axialrichtung allesamt zwischen der Brennkraftmaschine 7 und der Elektromaschine 11 befinden.
  • Nachfolgend ist die in der 1 gezeigte Getriebestruktur beschrieben: So ist die Zwischenwelle 17 über eine Ritzelwellen-Radebene RE-V4 (nachfolgend als erste Radebene bezeichnet) mit der Abtriebswelle 13 verbindbar und über eine Freilauf-Radebene RE-E1 (nachfolgend als zweite Radebene bezeichnet) mit der Elektromaschinen-Welle 9 verbindbar. Zudem ist die Zwischenwelle 17 an einer ersten P2-Radebene RE-E3 (nachfolgend als dritte Radebene bezeichnet) mit der Elektromaschinen-Welle 9 und mit der Brennkraftmaschinen-Welle 3 verbindbar und über eine zweite P2-Radebene RE-V5 (nachfolgend als vierte Radebene bezeichnet) mit der Brennkraftmaschinen-Welle 3 verbindbar.
  • Die erste Radebene RE-V4 weist ein drehfest auf der Abtriebswelle 13 gelagertes Zahnrad 19 und ein damit kämmendes, drehfest auf der Zwischenwelle 17 gelagertes Zahnrad 21 auf. Zudem weist die erste Radebene RE-V4 ein auf der Brennkraftmaschinen-Welle drehgelagertes Loszahnrad 23 auf, das mit dem Zwischenwellen-Zahnrad 21 kämmt und über ein Schaltelement SE-E mit der Brennkraftmaschinen-Welle 3 kuppelbar ist.
  • Die zweite Radebene RE-E1 weist ein auf der Elektromaschinen-Welle 9 drehfest gelagertes Zahnrad 25 und ein damit kämmendes Zwischenwellen-Zahnrad 27 auf, das über eine Freilaufkupplung F mit der Zwischenwelle 17 verbindbar ist. Der Freilaufkupplung F ist ein Schaltelement SE-D zugeordnet, das in drei Betriebsstellungen schaltbar ist: In einer ersten Zugbetriebs-Stellung (das heißt in der Schaltmatrix der 2a Mittelstellung von SE-D) ist eine Drehmomentübertragung von der Elektromaschine 11 in Richtung auf die Zwischenwelle 17 ermöglicht und in Gegenrichtung die Freilauffunktion aktiviert, das heißt eine Drehmomentübertragung unterbunden. Sofern also das Zwischenwellen-Zahnrad 27 schneller dreht als die mit der Zwischenwelle 17 gekoppelte Freilauf-Innenseite 28, treibt das Zwischenwellen-Zahnrad 27 die mit der Zwischenwelle 17 gekoppelte Freilauf-Innenseite 28 an. In einer zweiten Zug-/Schubbetriebs-Stellung (das heißt in der Schaltmatrix der 2a rechte Stellung von SE-D) ist die Drehmomentübertragung in beide Richtungen ermöglicht. In einer dritten Freilauf-Stellung (das heißt in der Schaltmatrix der 2a linke Stellung von SE-D) ist dagegen die Drehmomentübertragung in beide Richtungen unterbunden, wie es in einem später beschriebenen Standlade-Betrieb und beim Brennkraftmaschinen-Start erforderlich ist.
  • Die dritte Radebene RE-E3 ist aus einem auf der Zwischenwelle 17 drehgelagerten Loszahnrad 29, das über ein Schaltelement SE-C mit der Zwischenwelle 17 kuppelbar ist und aus einem damit kämmenden, auf der Elektromaschinen-Welle 9 drehgelagerten Loszahnrad 31 aufgebaut, das über eine Lamellenkupplung K mit der Elektromaschinen-Welle 9 kuppelbar ist. Die dritte Radebene RE-E3 weist zudem ein auf der Brennkraftmaschinen-Welle 3 drehgelagertes Loszahnrad 33 auf, das über ein Schaltelement SE-A mit dem auf der Brennkraftmaschinen-Welle 3 drehgelagerten Loszahnrad 23 der ersten Radebene RE-V4 kuppelbar ist oder über ein Schaltelement SE-B mit der Brennkraftmaschinen-Welle 3 kuppelbar ist.
  • Die vierte Radebene RE-V5 weist ein auf der Zwischenwelle 17 gelagertes Loszahnrad 35 auf, das über ein Schaltelement SE-C mit der Zwischenwelle 17 kuppelbar ist und mit einem, auf der Brennkraftmaschinen-Welle 3 drehgelagerten Loszahnrad 37 kämmt. Das Loszahnrad 37 ist über das bereits erwähnte Schaltelement SE-B mit der Brennkraftmaschinen-Welle 3 kuppelbar.
  • Zudem ist das auf der Zwischenwelle 17 gelagerte Loszahnrad 35 der vierten Radebene RE-V5 und das ebenfalls auf der Zwischenwelle 17 gelagerte Loszahnrad 29 der dritten Radebene RE-E3 auf einer, auf der Zwischenwelle 17 koaxial drehgelagerten Hohlwelle 39 drehfest angeordnet. Die Hohlwelle 39 ist über genau ein Schaltelement SE-C mit der Zwischenwelle 17 kuppelbar.
  • Wie aus der 1 weiter hervorgeht, weist das Getriebe 1 eine zusätzliche Rückwärtsgang-Radebene RE-VR auf, das aus einem auf der Brennkraftmaschinen-Welle 3 drehgelagerten Loszahnrad 41 und einem damit kämmenden, auf der Elektromaschinen-Welle 9 drehgelagerten Loszahnrad 43 aufgebaut ist. Das Loszahnrad 41 ist über ein Schaltelement SE-R mit der Brennkraftmaschinen-Welle 3 kuppelbar, während das Zahnrad 43 zusammen mit dem auf der Elektromaschinen-Welle 9 gelagerten Loszahnrad 31 der dritten Radebene RE-E3 drehfest auf einer Hohlwelle 45 angeordnet ist, die koaxial auf der Elektromaschinen-Welle 9 drehgelagert ist und über die Lamellenkupplung K mit der Elektromaschinen-Welle 9 kuppelbar ist. Bei eingelegtem Rückwärtsgang ergibt sich ein Lastpfad von der Brennkraftmaschine 7 über die Brennkraftmaschinen-Welle 3, die Rückwärtsgang-Ebene RE-VR sowie über die geschlossene Lamellenkupplung K bis zum auf der Elektromaschinen-Welle 9 gelagerten Festzahnrad 25 der zweiten Ebene RE-E1 und weiter über die Freilaufkupplung F und das Schaltelement SE-D zur Radebene RE-V4. Der Rückwärtsgang ist daher als ein Windungsgang realisiert, der neben der Rückwärtsgang-Radebene RE-VR, die zweite Radebene RE-E1 und die erste Radebene RE-V4 nutzt.
  • In der 1 ist die Brennkraftmaschinen-Welle 3 frei von Zahnrädern, das heißt die Brennkraftmaschinen-Welle 3 weist kein darauf drehfest angeordnetes Zahnrad auf, sondern vielmehr lediglich zwei Synchronisierungen (bei SE-B und bei SE-R) sowie eine Kupplungsverzahnung (bei SE-E). Zudem ist in der 1 beidseitig des auf der Brennkraftmaschinen-Welle 3 drehgelagerten Loszahnrads 23 der ersten Radebene RE-V4 jeweils das Schaltelement SE-E und das Schaltelement SE-A angeordnet. Mit den beiden Schaltelementen SE-E und SE-A sind sowohl die Elektromaschine 11 als auch die Brennkraftmaschine 7 gleichzeitig an das Loszahnrad 23 der ersten Radebene RE-V4 anbindbar.
  • In der obigen Getriebestruktur ist die Elektromaschine 11 in unterschiedlichen Positionen (das heißt P2-Position, P3-Position) an den Antriebsstrang anbindbar: So kann die Elektromaschine 11 über einen P2-Lastpfad an einer P2-Position (das heißt antriebsnah und im Getriebe 1) an der ersten Radebene RE-V4 angebunden sein. Der P2-Lastpfad verläuft von der Elektromaschine 11 über die Elektromaschinen-Welle 9, die geschlossene Lamellenkupplung K, die Hohlwelle 45, die dritte Radebene RE-E3 und das geschlossene Schaltelement SE-A zum auf der Brennkraftmaschinen-Welle 3 drehgelagerten Loszahnrad 23 der ersten Radebene RE-V4. Die P2-Position entspricht einer Elektromaschinen-Position, bei der die Elektromaschine 11 trieblich zwischen der Brennkraftmaschine 7 und dem Getriebe 1 geschaltet ist.
  • Alternativ dazu kann die Elektromaschine 11 über einen P3-Lastpfad an einer P3-Position (das heißt abtriebsnah und im Getriebe 1) an der ersten Radebene RE-V4 angebunden sein. Der P3-Lastpfad verläuft von der Elektromaschine 11 über die Elektromaschinen-Welle 9, die zweite Radebene RE-E1 mit deren Freilaufkupplung F sowie die Zwischenwelle 17 zum Zwischenwellen-Zahnrad 21 der ersten Radebene RE-V4.
  • Die in der 1 gezeigten Schaltelemente SE-A, SE-B, SE-C, SE-D, SE-R, SE-E können als bekannte und bei Schaltgetrieben übliche Einfach- oder Doppel-Synchronkupplungen ausgeführt sein, die elektronisch gesteuert über entsprechende elektrisch/hydraulisch betätigte Aktoren jeweils aus einer Neutralstellung (wie gezeichnet) geschaltet werden. Die Kupplung K kann eine hydraulisch lastschaltbare Lamellenkupplung sein.
  • Mit der in der 1 gezeigten Getriebeanordnung kann bei nur vier Stirnzahnradsätzen eine Vielzahl von Vorwärts-Gangschaltungen vorgenommen werden. Beispielhaft sind in der Schaltmatrix der 2a sechs verbrennungsmotorische Gänge VM1 bis VM6 und drei elektromotorische Gangstufen EM1 bis EM3 realisiert, mit deren Hilfe der Hybridantriebsstrang rein elektromotorisch, rein verbrennungsmotorisch sowie in einem Hybridbetrieb (das heißt zum Beispiel VM/EM-Boosten, EM-Rekuperieren) betreibbar ist. Zudem ist das Getriebe 1 so ausgelegt, dass jeder Zielgang aus jedem beliebigen aktuellen Gang durch maximal zwei Schaltungen zugkraftunterbrechungsfrei erreichbar ist und dass die Möglichkeit von Mehrfachrückschaltungen besteht (zum Beispiel von VM5 nach VM3 oder von VM5 nach VM2).
  • Die Schaltelemente SE-A bis SE-R sowie die Lamellenkupplung K sind so ausgelegt, dass diese bei den Radsatzschaltungen eine Synchronisierung vornehmen können.
  • Wie aus der Schaltmatrix (2a) hervorgeht, sind die verbrennungsmotorischen Gänge VM1 bis VM3 als Windungsgänge ausgelegt, die sämtliche vier Radebenen nutzen. Die Gänge VM4 bis VM6 als einfache Gänge ausgelegt sind, die entweder die Radebene RE-V4 alleine nutzen (VM4) oder die Radebene RE-V4 in Kombination entweder mit der Radebene RE-V5 (VM5) oder mit der dritten Radebene RE-V6 (VM6) nutzen.
  • Im elektromotorischen ersten Gang EM1 ist das Schaltelement SE-D nach rechts gerückt. Dadurch ergibt sich ein Lastpfad, in dem die Elektromaschinen-Welle 9, die zweite Radebene RE-E1 mitsamt Freilaufkupplung F, die Zwischenwelle 17 sowie die erste Radebene RE-V4 eingebunden ist. Im elektromotorischen ersten Gang EM1 ist die Lamellenkupplung K geöffnet. Im Unterschied dazu ist im elektromotorischen zweiten Gang EM2 die Lamellenkupplung K geschlossen und das Schaltelement SE-A betätigt. In dem sich ergebenden Lastpfad (bei EM2) ist die Elektromaschinen-Welle 9, die Lamellenkupplung K, die Hohlwelle 45, die dritte Radebene RE-E3, das Schaltelement SE-A sowie die erste Radebene RE-V4 eingebunden. Der elektromotorische zweite Gang EM2 ist daher ein Windungsgang, der die dritte Radebene RE-E3 sowie die erste Radebene RE-V4 nutzt. Gleiches gilt auch für den dritten elektromotorischen Gang EM3, dessen Lastpfad jedoch nicht über das Schaltelement SE-A, sondern über das geschlossene Schaltelement SE-C und die Zwischenwelle 17 zur ersten Radebene RE-V4 verläuft. Auf diese Weise kann mittels der Freilaufkupplung F und der Lamellenkupplung K eine zugkraftunterbrechungsfreie Lastschaltung zwischen den Gängen EM1 und EM2 und zwischen den Gängen EM1 und EM3 erfolgen. Eine zugkraftunterbrechungsfreie Schaltung zwischen EM2 und EM3 wird dagegen über den elektromotorischen ersten Gang EM1 realisiert, der in diesem Fall als ein Stützgang wirkt (das heißt Schaltabfolge EM2-EM1-EM3 oder EM3-EM1-EM2).
  • Wie in der Schaltmatrix (2a) veranschaulicht ist, können außerdem in jedem der elektromotorischen Gänge EM1 bis EM3 unterschiedliche verbrennungsmotorische Gänge angebunden werden (zum Beispiel EM1 +VM1 oder EM1 +VM3). Gleiches trifft auch auf die verbrennungsmotorischen Gänge VM1 bis VM6 zu (zum BeispielVM4+EM1 oder VM4+EM3). Folglich kann das Getriebe 1 mit verschiedenen verbrennungsmotorischen und elektromotorischen Gängen gleichzeitig betrieben werden.
  • Wie aus der Schaltmatrix (2a) weiter hervorgeht, kann aus allen verbrennungsmotorischen Gängen VM1 bis VM6 in den ersten elektromotorischen Gang EM1 geschaltet werden bzw. können im Hybridbetrieb alle verbrennungsmotorische Gänge VM1 bis VM6 mit dem ersten elektromotorischen Gang EM1 kombiniert werden. Aus den verbrennungsmotorischen Gängen VM3 und VM4 kann zusätzlich in den zweiten elektromotorischen Gang EM2 geschaltet werden bzw. können im Hybridbetrieb die verbrennungsmotorischen Gängen V3 und V4 mit dem zweiten elektromotorischen Gang EM2 kombiniert werden. Aus den verbrennungsmotorischen Gängen VM4, VM5 und VM6 kann zusätzlich in den dritten elektromotorischen Gang EM3 geschaltet werden bzw. können im Hybridbetrieb die verbrennungsmotorischen Gängen VM4, VM5 und VM6 mit dem dritten elektromotorischen Gang EM3 kombiniert werden. Gleiches gilt auch in umgekehrter Schaltrichtung, das heißt für das Schalten von einem der elektromotorischen Gänge in verbrennungsmotorische Gänge.
  • Wie aus der Schaltmatrix (2a) weiter hervorgeht, wird mit den verbrennungsmotorischen Gängen VM1 und VM2 jeweils ein Lastpfad bereitgestellt, in dem die Elektromaschinen-Welle 9 integriert ist, das heißt die Elektromaschinen-Welle 9 dreht in den Gängen VM1 und VM2 mit. Im Unterschied dazu wird mit den verbrennungsmotorischen Gängen VM3 bis VM6 jeweils ein Lastpfad bereitgestellt, in dem die Elektromaschinen-Welle 9 nicht integriert ist, das heißt die Elektromaschinen-Welle 9 dreht in den Gängen VM3 bis VM6 nicht mit, sondern ist stillgelegt. Die Elektromaschine 11 ist daher in den Gängen VM3 bis VM6 vom Antriebsstrang entkoppelt
  • Zudem ist hervorzuheben, dass die elektromotorischen Gänge EM1 bis EM3 jeweils einen Lastpfad bereitstellen, in dem die Brennkraftmaschinen-Welle 3 nicht integriert ist, das heißt die Brennkraftmaschinen-Welle 3 dreht bei geschalteten Gängen EM1 bis EM3 nicht mit, sondern ist vielmehr stillgelegt. Die Brennkraftmaschine 7 ist daher bei den geschalteten Gängen EM1 bis EM3 vom Antriebsstrang abgekoppelt.
  • Nachfolgend sind spezielle Fahrbetriebsarten hervorgehoben, die mittels des Getriebes 1 realisierbar sind:
    • So ist mit der in der 1 gezeigten Getriebestruktur ein verbrennungsmotorisches Anfahren aus dem Fahrzeugstillstand wie folgt ermöglicht: Im Fahrzeugstillstand läuft die Brennkraftmaschine 7 bei einer Leerlauf-Drehzahl. Die Schaltelemente SE-E und SE-C sind in ihrer Neutralstellung, das heißt geöffnet. Das Schaltelement SE-A ist geschlossen sowie das Schaltelement SE-B nach rechts betätigt und die Lamellenkupplung K noch geöffnet. In diesem Zustand treibt die Brennkraftmaschinen-Welle 3 die vierte Radebene RE-V5 sowie über die Hohlwelle 39 die dritte Radebene RE-E3 sowie die auf der Elektromaschinen-Welle 9 drehgelagerte Hohlwelle 45 mit einer mit der Leerlauf-Drehzahl der Brennkraftmaschine 7 korrelierenden Drehzahl an. Für das Anfahren wird die Lamellenkupplung K geschlossen, wodurch eine Drehmomentübertragung von der Hohlwelle 45, die Elektromaschinen-Welle 9 über die Freilaufkupplung F zur Abtriebsseite (das heißt zur Radebene RE-V4) erfolgt. Mit der Getriebestruktur ist also ein elektromotorisches Anfahren ermöglicht, obwohl kein Anfahrelement zwischen der Brennkraftmaschine 7 und dem Getriebe 1 vorhanden ist.
  • Mit dem Getriebe 1 ist zudem ein Boost-Betrieb ermöglicht, bei dem für einzelne verbrennungsmotorische Gänge VM1 bis VM6 mehrere elektromotorische Gänge zum Boosten zur Verfügung stehen. Umgekehrt stehen auch einzelnen elektromotorischen Gängen EM1 bis EM3 mehrere verbrennungsmotorische Gänge zum Boosten zur Verfügung.
  • Mit der in der 1 gezeigten Getriebestruktur ist im elektromotorischen Betrieb ein zugkraftunterbrechungsfreies Schalten von EM1 nach EM2 wie folgt ermöglicht: So verläuft im ersten elektromotorischen Gang EM1 der Kraftfluß von der Elektromaschine 11, der Elektromaschinen-Welle 9, der Freilaufkupplung F und dem Schaltelement SE-D der zweiten Radebene RE-E1 sowie der Zwischenwelle 17 zur ersten Radebene RE-V4. Für ein zugkraftunterbrechungsfreies Schalten in den zweiten elektromotorischen Gang EM2 wird zunächst das Schaltelement SE-A geschlossen und anschließend die Lamellenkupplung K geschlossen. Dadurch stellt sich ein Kraftfluß ein, und zwar von der auf der Elektromaschinen-Welle 9 gelagerten Hohlwelle 45, der dritten Radebene RE-E3, dem betätigten Schaltelement SE-A und dem geschalteten Loszahnrad 23 bis zur ersten Radebene RE-V4. Aufgrund der Übersetzungsverhältnisse hebt die Freilauf-Innenseite 28 der Freilaufkupplung F von der mit dem Zahnrad 27 verbundenen Freilauf-Außenseite ab, so dass keine Drehmomentübertragung mehr von der Elektromaschine 11 über die Freilaufkupplung F erfolgt und der Gang EM2 geschaltet ist. Bei einer Rückschaltung in den ersten Gang EM1 würde zunächst die Lamellenkupplung K geöffnet werden und dadurch dessen Innenlamellenträger durchrutschen, so dass sich die Drehzahl an der Elektromaschinen-Welle 9 steigert, bis der Freilaufkupplung F wieder greift. Die gleiche zugkraftunterbrechungsfreie Schaltung ist auch zwischen dem Gang EM1 und dem Gang EM3 durchführbar.
  • Mit der in der 1 gezeigten Getriebestruktur ist zudem ein Standladen der Elektromaschine 1 (in der Schaltmatrix der 2a mit SL bezeichnet) ermöglicht, sofern das Fahrzeug im Fahrzeugstillstand ist, zum Beispiel an einer Ampel oder im Stau steht: In diesem Fall ist das Schaltelement SE-B nach rechts betätigt, um die Brennkraftmaschinen-Welle 3 mit der vierten Radebene RE-V5 und mit der auf der Elektromaschinen-Welle 9 drehgelagerten Hohlwelle 45 zu verbinden. Die Freilaufkupplung F ist in ihre Freilauf-Stellung geschaltet, in der in beide Richtungen der Freilauf aktiviert ist, das heißt in beide Richtungen keine Drehmomentübertragung ermöglicht ist (das heißt in der Schaltmatrix der 2a SE-D li). In diesem Fall erfolgt ein Kraftfluß von der Brennkraftmaschine 7 über die Brennkraftmaschinen-Welle 3, das Schaltelement SE-B, die vierte Radebene RE-V5, die Hohlwelle 39, die dritte Radebene RE-E3, die Hohlwelle 45 und die geschlossene Kupplung K bis zur Elektromaschine 11. Es ist zudem hervorzuheben, dass der Standlade-Betriebe ohne ein Einlegen der Parksperre durchführbar ist.
  • Wie oben dargelegt, kann im Fahrzeugstillstand die laufende Brennkraftmaschine 7 durch das Schließen der Lamellenkupplung K mit der Elektromaschine 7 verbunden werden und somit die Traktionsbatterie für ein elektrisches Fahren oder das Reversieren laden. In diesem Fall ist das Schaltelement SE-D in seiner dritten Freilauf-Stellung (das heißt in der Schaltmatrix der 2a linke Stellung von SE-D) , wodurch die Drehmomentübertragung in beide Richtungen unterbunden ist.
  • Ein Brennkraftmaschinen-Start (in der Schaltmatrix der 2a mit VM-S bezeichnet) ist mit Hilfe der Elektromaschine 11 durchführbar. Die Elektromaschine 11 kann die Brennkraftmaschine 7 über einen Lastpfad starten, bei dem das Schaltelement SE-B nach rechts oder links betätigt ist und bei dem die Freilaufkupplung F in ihre Freilauf-Stellung geschaltet ist (das heißt in der Schaltmatrix der 2a SE-D li). Durch Schließen der Lamellenkupplung K kann die Elektromaschine 11 die Brennkraftmaschine 7 starten. Die Elektromaschine 11 kann bei geschlossener Lamellenkupplung K stehen und beim Anlaufen die Brennkraftmaschine 7 starten. Alternativ dazu kann die Elektromaschine 11 bei geöffneter Lamellenkupplung K eine definierte Drehzahl einstellen und dann die Brennkraftmaschine 7 durch das Schließen der Lamellenkupplung K starten.
  • Zwischen den verbrennungsmotorischen Gängen VM1 bis VM6 kann mit Hilfe der Elektromaschine 11 zudem zugkraftunterbrechungsfrei geschaltet werden, wie es in der Schaltmatrix der 2b angedeutet ist. In der Schaltmatrix sind jeweils in einer oberen horizontalen Zeile und in einer seitlichen vertikalen Zeile die sechs verbrennungsmotorischen Gänge VM1 bis VM6 aufgelistet. Diese laufen in horizontaler und vertikaler Verlängerung in Kästchen zusammen, in denen die Ziffern 1, 2 und/oder 3 eingetragen sind. Die in den Kästchen angegebenen Ziffern 1, 2 oder 3 symbolisieren die elektromotorische Gänge EM1, EM2, EM3, die beim verbrennungsmotorischen Schalten als Stützgang wirken können. Der eingelegte elektromotorische Stützgang stellt beim Schaltvorgang einen Stütz-Lastpfad zwischen der Elektromaschine 11 und dem Getriebeausgang bereit. Während des Schaltvorgangs (das heißt die Brennkraftmaschine 7 ist vom Antriebsstrang abgekoppelt) kann somit die Elektromaschine 11 ein Antriebsmoment erzeugen, das über den Stütz-Lastpfad zur Abtriebsseite übertragen wird.
  • Nachfolgend ist exemplarisch ein im Fahrbetrieb erfolgender zugkraftunterbrechungsfreier Schaltvorgang vom verbrennungsmotorischen Gang VM5 in den verbrennungsmotorischen Gang VM3 beschrieben. Bei diesem Schaltvorgang dient gemäß der Schaltmatrix aus der 2b der elektromotorische Gang EM1 als ein Stützgang: Im Gang VM5 ist das Schaltelement SE-B nach rechts geschaltet und das Schaltelement SE-C betätigt (vgl. Schaltschema der 2a). Dadurch verläuft ein Lastpfad von der Brennkraftmaschine 7, der vierten Radebene RE-V5, der Zwischenwelle 17 bis zur ersten Radebene RE-V4. Zu Beginn des Schaltvorgangs wird die Brennkraftmaschine 7 abgeschaltet und in gleichem Maße die Elektromaschine 11 hochgefahren. Sobald sich das auf der Freilaufkupplung F gelagerte Zahnrad 27 der zweiten Radebene RE-E1 schneller dreht als die Zwischenwelle 17 erfolgt eine Lastübertragung von der Brennkraftmaschine 7 zur Elektromaschine 11. Nach der Lastübertragung auf die Elektromaschine 11 wird der Schaltvorgang von dem aktuellen Gang VM5 in den Zielgang VM3 durchgeführt, das heißt das Schaltelement SE-C wird in die Neutralstellung geschaltet, das Schaltelement A wird betätigt und das Schaltelement SE-B bleibt nach rechts geschaltet. Dadurch ergibt sich ein Lastpfad von der Brennkraftmaschine 7 über das Schaltelement SE-B, die vierte Radebene RE-V5, die auf der Zwischenwelle 17 drehgelagerte Hohlwelle 39, die dritte Radebene RE-E3, das Schaltelement A zur ersten Radebene RE-V4. Zum Ende des Schaltvorgangs wird die Brennkraftmaschine 7 wieder zugeschaltet und in gleichem Maße die Elektromaschine 11 runtergefahren. Sobald sich die Zwischenwelle 17 schneller dreht als das auf der Freilaufkupplung F gelagerte Zahnrad 27 der zweiten Radebene RE-E1 hebt die Freilauf-Innenseite 28 von dem Zahnrad 27 ab, das heißt es erfolgt eine Lastübertragung von der Elektromaschine 11 zur Brennkraftmaschine 7 und der Zielgang VM3 ist geschaltet.
  • Der obige Schaltvorgang ist in der 2c in einem Zeitintervall Δt grob schematisch veranschaulicht. Demzufolge wird während des Schaltvorgangs Δt von der Elektromaschine 11 ein beliebig einstellbarer Momentenverlauf I, II oder III erzeugt, wie sie beispielhaft in der 2c gezeigt sind. Der von der Elektromaschine 11 generierte Momentenverlauf I während des Schaltvorgangs Δt ist mit gestrichelter Linie gezeigt, wonach das von der Elektromaschine 11 erzeugte Moment so bemessen ist, dass die Zugkraft am Rad während des Schaltvorgangs Δt konstant bleibt und erst am Ende des Schaltvorgangs Δt stufenartig reduziert wird, und zwar bis auf einen Wert, der mit der Zugkraft am Rad bei dem eingelegten verbrennungsmotorischen Zielgang korreliert. Alternativ dazu ist ein von der Elektromaschine 11 generierter Momentenverlauf II mit durchgezogener Linie gezeigt. Demzufolge ist das von der Elektromaschine 11 erzeugte Moment so bemessen, dass die Zugkraft am Rad unmittelbar zu Beginn des Schaltvorgangs Δt auf einen Wert stufenartig reduziert wird, der mit der Zugkraft am Rad bei eingelegtem verbrennungsmotorischem Zielgang korreliert. Alternativ dazu kann die Elektromaschine 11 einen mit strichpunktierter Linie angedeuteten Momentenverlauf III erzeugen, bei dem das von der Elektromaschine 11 erzeugte Moment zunächst konstant bleibt und dann rampenartig bis auf einen Wert reduziert wird, der mit der Zugkraft am Rad bei eingelegtem verbrennungsmotorischem Zielgang korreliert.
  • Wie aus der Schaltmatrix der 2b weiter hervorgeht, stehen bei einem zugkraftunterbrechungsfreien Schaltvorgang zwischen verbrennungsmotorischen Gängen zumindest ein elektromotorischer Gang zur Verfügung. Für bestimmte Schaltvorgänge (zum Beispiel VM5 ->VM6) stehen zwei elektromotorische Gänge EM1 oder EM3 zur Verfügung.
  • Zudem ist mit der aus der 1 gezeigten Getriebestruktur ein Schleppstart der Brennkraftmaschine 7 ohne zusätzlichen Anlasser/Starter realisierbar:
    • Für einen solchen Schleppstart wird zum Beispiel der Gang EM1 eingelegt und die Elektromaschine 11 bis Erreichen einer Drehzahlgrenze hochgefahren. In diesem Fahrzustand sind die dritte Radebene RE-E3, die vierte Radebene RE-V5 sowie die Brennkraftmaschinen-Welle 3 stillgelegt, so dass das Schaltelement SE-B einlegbar ist. Anschließend wird die Lamellenkupplung K geschlossen und so die Brennkraftmaschine 7 angeschleppt.
  • In der 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, dessen Aufbau und Funktionsweise weitgehend identisch mit dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist. Im Unterschied zur 1 ist die Rückwärtsgangebene RE-VR weggelassen. In einem weiteren Unterschied zur 1 sind in der 3 die beiden obigen Schaltelemente SE-A und SEE zu einem gemeinsamen Schaltelement SE-A zusammengefasst. Das gemeinsame Schaltelement SE-A kuppelt in einer ersten Schaltstellung das auf der Brennkraftmaschinen-Welle 3 drehgelagerte Loszahnrad 23 der ersten Radebene RE-V4 mit der Brennkraftmaschinen-Welle 3, während gleichzeitig das auf der Brennkraftmaschinen-Welle 3 drehgelagerte Loszahnrad 23 von dem Loszahnrad 33 der dritten Radebene RE-E3 abgekuppelt ist. In einer zweiten Schaltstellung kuppelt das gemeinsame Schaltelement SE-A das auf der Brennkraftmaschinen-Welle 3 drehgelagerte Loszahnrad 23 der ersten Radebene RE-V4 nicht mehr mit der Brennkraftmaschinen-Welle 3, sondern vielmehr mit dem auf der Brennkraftmaschinen-Welle 3 drehgelagerten Loszahnrad 33 der dritten Radebene RE-E3.
  • In der 4 ist das Automatikgetriebe 1 für einen Allradantrieb ausgelegt. Demzufolge kämmt das auf der Zwischenwelle 17 drehfest angeordnete Zahnrad 21 nicht nur mit dem auf der Abtriebswelle 13 drehfest angeordneten Zahnrad 19, sondern zusätzlich auch mit einem Festzahnrad 57 einer zur zweiten Fahrzeugachse HA führenden Kardanwelle 59. Im Hinblick auf eine bauraumgünstige Anordnung ist in der 4 die Elektromaschinen-Welle 9 als eine auf der Kardanwelle 59 koaxial drehgelagerte Hohlwelle ausgeführt.
  • Alternativ zur 1 ist in der 5 die Rückwärtsgang-Radebene RE-VR aufgebaut, und zwar mit einem drehfest auf der Brennkraftmaschinen-Welle 3 angeordneten Zahnrad 41, das unter Zwischenschaltung eines Zwischenzahnrads 47 mit einem lose auf der Zwischenwelle 17 drehgelagerten Zahnrad 49 kämmt. Das Zahnrad 49 ist über ein Schaltelement SE-C mit der auf der Zwischenwelle 17 drehgelagerten Hohlwelle 39 kuppelbar. Bei geschaltetem Rückwärtsgang stellt sich ein Kraftfluß ein, und zwar von der Brennkraftmaschine 7 über die Brennkraftmaschinen-Welle 3, die Zahnräder 41, 47, 49 der Rückwärtsgang-Ebene RE-VR, das Schaltelement SE-C, die Hohlwelle 39, die Zahnräder 29, 31 der dritten Radebene RE-E3, die Hohlwelle 45, die Lamellenkupplung K, die Elektromaschinen-Welle 9, die Zahnräder 25, 27 der zweiten Radebene RE-E1, die Freilauf-Kupplung F, das Schaltelement SE-D, die Zwischenwelle 17 sowie dessen Festzahnrad 21 der ersten Radebene RE-V4 und weiter bis zur Abtriebswelle 13.
  • Alternativ dazu ist in der 6 der Rückwärtsgang im Getriebe 1 durch eine zur Brennkraftmaschinen-Welle 3 achsparallele Rückwärtsgang-Welle 51 realisiert. Auf der Rückwärtsgang-Welle 51 ist ein Loszahnrad 53 drehbar gelagert, das mit dem auf der Zwischenwelle 17 gelagerten Loszahnrad 27 der zweiten Radebene RE-E1 kämmt und über ein Schaltelement SE-R mit der Rückwärtsgang-Welle 51 kuppelbar ist. Auf der Rückwärtsgang-Welle 51 ist außerdem ein Festzahnrad 55 angeordnet, das mit dem Festzahnrad 19 der Abtriebswelle 13 kämmt.
  • In den Ausführungsbeispielen der 1 sowie 3 bis 6 sind sämtliche Radebenen in der Axialrichtung zwischen der Brennkraftmaschine 7 und der Elektromaschine 11 angeordnet sind. Die erste Radebene RE-V4 ist dabei auf der, der Brennkraftmaschine 7 zugewandten Getriebeseite angeordnet. Im weiteren Axialverlauf folgen nacheinander die zweite Radebene RE-E1, die dritte Radebene RE-E3 und die vierte Radebene RE-V5. Es ist daher zwischen der ersten Radebene RE-V4 und der dritten Radebene RE-E3 ein ausreichend großer Bauraum für die Freilaufkupplung F vorzuhalten.
  • Im Unterschied dazu sind in der 7 die Axialpositionen der ersten Radebene RE-V4 und der zweiten Radebene RE-E1 vertauscht. Auf diese Weise ergibt sich eine in der 7 gezeigte verschachtelte Bauweise, bei der die Freilaufkupplung F in Axialrichtung in etwa auf gleicher Höhe wie die Ritzelwelle 13 positioniert ist. Dies resultiert in einer im Vergleich zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen axial kompakteren Getriebestruktur.

Claims (13)

  1. Hybridantriebsstrang für ein hybridgetriebenes Kraftfahrzeug, mit einem, mittels Schaltelementen in unterschiedliche Übersetzungsstufen umschaltbaren Getriebe (1), das über eine Brennkraftmaschinen-Welle (3) mit einer Brennkraftmaschine (7), über eine Elektromaschinen-Welle (9) mit einer Elektromaschine (11) sowie über eine Abtriebswelle (13) mit zumindest einer Fahrzeugachse (VA) trieblich verbindbar ist, wobei die Brennkraftmaschinen-Welle (3) und die Elektromaschinen-Welle (9) zueinander achsparallel angeordnet sind, und wobei die Brennkraftmaschinen-Welle (3) über einen, eine Ritzelwellen-Radebene (RE-V4) bildenden Stirnradsatz mit der Abtriebswelle (13) verbindbar ist, wobei die Brennkraftmaschine (7) und die Elektromaschine (11) über eine Getriebestufe (P2-Getriebestufe) verbindbar sind, und wobei die Getriebestufe (P2-Getriebestufe) über ein brennkraftmaschinennahes Schaltelement (SE-A) mit einem auf der Brennkraftmaschinen-Welle (3) drehgelagerten brennkraftmaschinennahen Loszahnrad (23) der Ritzelwellen-Radebene (RE-V4) kuppelbar ist sowie über ein elektromaschinennahes Schaltelement (K) mit der Elektromaschinen-Welle (9) kuppelbar ist, und wobei die Getriebestufe (P2-Getriebestufe) zumindest einen, eine P2-Radebene (RE-E3) bildenden Stirnradsatz aufweist, und wobei das brennkraftmaschinennahe Loszahnrad (23) der Ritzelwellen-Radebene (RE-V4) über das brennkraftmaschinennahe Schaltelement (SE-A) mit der P2-Radebene (RE-E3) verbindbar ist, die über das elektromaschinennahe Schaltelement (K) mit der Elektromaschinen-Welle (9) kuppelbar ist oder davon abkuppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die P2-Radebene (RE-E3) ein auf der Brennkraftmaschinen-Welle (3) drehgelagertes Loszahnrad (33) aufweist, das über das brennkraftmaschinennahe Schaltelement (SE-A) mit dem auf der Brennkraftmaschinen-Welle (3) gelagerten Loszahnrad (23) der Ritzelwellen-Radebene (RE-V4) kuppelbar oder davon abkuppelbar ist, und dass das auf der Brennkraftmaschinen-Welle (3) drehgelagerte Loszahnrad (33) der P2-Radebene (RE-E3) über ein Schaltelement (SE-B) mit der Brennkraftmaschinen-Welle (3) kuppelbar oder davon abkuppelbar ist, und dass die P2-Radebene (RE-E3) ein auf der Elektromaschinen-Welle (9) drehgelagertes Loszahnrad (31) aufweist, das über das als eine Lamellenkupplung (K) ausgebildete Schaltelement (K) mit der Elektromaschinen-Welle (9) kuppelbar oder davon abkuppelbar ist.
  2. Hybridantriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das auf der Elektromaschinen-Welle (9) drehgelagerte Loszahnrad (31) unter Zwischenschaltung eines auf einer Zwischenwelle (17) drehgelagerten Loszahnrad (29) mit dem auf der Brennkraftmaschinen-Welle (3) drehgelagerten Loszahnrad (33) in Zahneingriff ist, und dass das auf der Zwischenwelle (17) drehgelagerte Loszahnrad (29) über ein Schaltelement (SE-C) mit der Zwischenwelle (17) kuppelbar oder davon abkuppelbar ist.
  3. Hybridantriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (11) entweder über die Getriebestufe (P2-Getriebestufe) mit dem brennkraftmaschinennahen Zahnrad (23) der ersten Radebene (RE-V4) verbindbar ist oder über eine zweite Getriebestufe (P3-Getriebestufe) mit einem brennkraftmaschinenfernen Zahnrad (21) der Ritzelwellen-Radebene (RE-V4) verbindbar ist.
  4. Hybridantriebsstrang nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung der zweiten Getriebestufe (P3-Getriebestufe) das brennkraftmaschinenferne Zahnrad (21) der Ritzelwellen-Radebene (RE-V4) drehfest auf der Zwischenwelle (17) angeordnet ist, die zwischen der Brennkraftmaschinen-Welle (3) und der Elektromaschinen-Welle (9) achsparallel angeordnet ist, und dass die Zwischenwelle (17) über einen, eine Freilauf-Radebene (RE-E1) bildenden Stirnzahnradsatz mit der Elektromaschinen-Welle (9) verbindbar ist.
  5. Hybridantriebsstrang nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Freilauf-Radebene (RE-E1) ein auf der Elektromaschinen-Welle (9) drehfest gelagertes Zahnrad (25) und ein damit kämmendes Zwischenwellen-Zahnrad (27) aufweist, das über eine Freilaufkupplung (F) mit der Zwischenwelle (17) verbindbar ist.
  6. Hybridantriebsstrang nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilaufkupplung (F) ein Schaltelement (SE-D) zugeordnet ist, das in einer Zugbetrieb-Stellung eine Drehmomentübertragung von der Elektromaschine (11) in Richtung auf die Zwischenwelle (17) zulässt und in Gegenrichtung unterbindet, in einer Zug-/Schubbetrieb-Stellung die Drehmomentübertragung in beide Richtungen zulässt, und in einer Freilauf-Stellung die Drehmomentübertragung in beide Richtungen unterbindet.
  7. Hybridantriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ritzelwellen-Radebene (RE-V4) das brennkraftmaschinennahe Loszahnrad (23) mit dem brennkraftmaschinenfernen Zahnrad (21) kämmt.
  8. Hybridantriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (1) als ein reines Stirnradgetriebe ausgeführt ist, bei dem die Brennkraftmaschinen-Welle (3), die Elektromaschinen-Welle (9) und die Abtriebswelle (13) ausschließlich über, Radebenen bildende Stirnzahnradsätze miteinander trieblich verbindbar sind, die mittels der Schaltelemente schaltbar sind, und dass genau vier Vorwärtsgang-Radebenen (RE-V4, RE-E1, RE-E3, RE-V5) in der Axialrichtung zwischen der Brennkraftmaschine (7) und der Elektromaschine (11) angeordnet sind.
  9. Hybridantriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Getriebestufe (P2-Getriebestufe) einen, eine zweite P2-Radebene (RE-V5) bildenden Stirnzahnradsatz aufweist, und dass die Zwischenwelle (17) über die zweite P2-Radebene (RE-V5) mit der Brennkraftmaschinen-Welle (3) verbindbar ist.
  10. Hybridantriebsstrang nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite P2-Radebene (RE-V5) ein auf der Zwischenwelle (17) gelagertes Loszahnrad (35), das über das Schaltelement (SE-C) mit der Zwischenwelle (17) kuppelbar oder davon abkuppelbar ist, und ein damit kämmendes, auf der Brennkraftmaschinen-Welle (3) drehgelagertes Loszahnrad (37) aufweist, das über das Schaltelement (SE-B) mit der Brennkraftmaschinen-Welle (3) kuppelbar oder davon abkuppelbar ist.
  11. Hybridantriebsstrang nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (SE-B) beidseitig schaltbar ist und zwischen dem auf der Brennkraftmaschinen-Welle (3) drehgelagerten Loszahnrad (33) der ersten P2-Radebene (RE-E3) und dem lose auf der Brennkraftmaschinen-Welle (3) drehgelagerten Loszahnrad (37) der zweiten P2-Radebene (RE-V5) angeordnet ist, und dass das Schaltelement (SE-B) in einer ersten Schaltstellung das auf der Brennkraftmaschinen-Welle (3) drehgelagerte Loszahnrad (33) der ersten P2-Radebene (RE-E3) mit der Brennkraftmaschinen-Welle (3) kuppelt und in einer zweiten Schaltstellung das auf der Brennkraftmaschinen-Welle (3) drehgelagerte Loszahnrad (37) der zweiten P2-Radebene (RE-V5) mit der Brennkraftmaschinen-Welle (3) kuppelt.
  12. Hybridantriebsstrang nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das auf der Zwischenwelle (17) gelagerte Loszahnrad (35) der zweiten P2-Radebene (RE-V5) und das auf der Zwischenwelle (17) gelagerte Loszahnrad (29) der ersten P2-Radebene (RE-E3) auf einer Hohlwelle (39) drehfest angeordnet sind, die auf der Zwischenwelle (17) koaxial drehgelagert ist und über das Schaltelement (SE-C) mit der Zwischenwelle (17) kuppelbar oder davon abkuppelbar ist.
  13. Hybridantriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ritzelwellen-Radebene (RE-V4) ein drehfest auf der Abtriebswelle (13) gelagertes Zahnrad (19) aufweist, mit dem das drehfest auf der Zwischenwelle (17) gelagerte brennkraftmaschinenferne Zahnrad (21) kämmt.
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