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Die Erfindung betrifft ein Hybridgetriebe mit zwei Planetengetrieberadsätzen gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs, derartige Hybridgetriebe sind aus dem Stand der Technik, insbesondere aus der
EP 1 396 369 A2 bekannt.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines PKW Hybridantriebsstrangs beschrieben, dies ist nicht als eine Einschränkung der Erfindung zu verstehen.
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Aktuelle Hybridgetriebe basieren in der Regel auf konventionellen Automatikgetrieben, die für einen rein verbrennungsmotorischen Antriebsstrang ausgelegt sind. Für eine Hybridisierung wird in den ohnehin schon begrenzten Bauraum noch zusätzlich ein elektromechanischer Energiewandler integriert. Daraus kann sich der Nachteil ergeben, dass aufgrund des beschränkten Bauraums meistens nur eine eingeschränkte Elektrifizierung, insbesondere bezogen auf die elektrisch darstellbare Antriebsleistung, erreichen lässt, d.h. es sind nur relativ geringe Antriebs-/Fahrleistung über den rein elektrischen Fahrantrieb ermöglicht. Zudem ist ein derartiges herkömmliches, zum Hybridgetriebe weiterentwickeltes Automatikgetriebe nicht gezielt für einen hybriden Antriebsstrang ausgelegt.
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Die
EP 1 396 369 A2 schlägt ein Hybridgetriebe zur Koppelung von zwei Elektromotoren und einem Verbrennungsmotor vor. Die von diesen Antriebsmaschinen bereitstellbare Antriebsleistung ist mittels eines Umlaufgetriebes mit zwei Planetengetrieberadsätzen mit zwei Sonnenrädern übertragbar, zudem weist das vorgeschlagene Hybridgetriebe zu mindestens einen weiteren Planetengetrieberadsatz auf. Die beiden zuerst genannten Sonnenräder sind mittels einer zentralen Getriebewelle drehfest miteinander verbunden und von einem der Elektromotoren antreibbar.
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Es ist ein Aufgabe der Erfindung ein Kraftfahrzeuggetriebe für einen Hybridantrieb mit geringem Bauraumbedarf anzugeben. Diese Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeuggetriebe gemäß dem ersten Patentanspruch sowie durch einen Hybridantriebsstrang gemäß Patentanspruch 8 gelöst.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einem Kraftfahrzeuggetriebe ein Geschwindigkeitswechselgetriebe zu verstehen, welches eine Getriebeeingangswelle zur Aufnahme einer Antriebsleistung von einer Antriebsmaschine, vorzugsweise einer Verbrennungskraftmaschine und bevorzugt einem Verbrennungsmotor in Hubkolbenbauweise, aufweist. Weiter weist dieses Getriebe eine Getriebeausgangswelle auf, welche zur Abgabe der aufgenommenen Antriebsleistung in Richtung zu einer oder vorzugsweise mehreren antreibbaren Kraftfahrzeugachsen, vorzugsweise einer Vorderachse und bevorzugt einer Hinterachse und besonders bevorzugt zu beiden, eingerichtet ist.
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Vorzugsweise ist das Kraftfahrzeuggetriebe als schaltbares Getriebe ausgebildet, und die Antriebsleistung ist vorzugsweise in unterschiedlichen, vorzugsweise diskreten, Übersetzungsverhältnissen von der Getriebeeingangswelle auf die Getriebeausgangswelle übertragbar. Ein derartiges Übersetzungsverhältnis ist insbesondere als sogenannter Gang oder als sogenannte Schaltstufe zu verstehen. Weiter weist das Kraftfahrzeuggetriebe ein Getriebegehäuse auf. Dieses Getriebegehäuse ist insbesondere zur drehbaren Lagerung der Getriebeeingangswelle und der Getriebeausgangswelle eingerichtet.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einem Planetengetrieberadsatz ein Umlaufgetrieberadsatz zu verstehen, welcher ein Sonnenritzel, ein Hohlrad und ein Planetenrad, welches drehbar auf einer Stegwelle gelagert ist, aufweist. Vorzugsweise weist der Planetengetrieberadsatz eine Vielzahl von Planetenrädern auf. Das Planetenrad steht insbesondere sowohl mit dem Hohlrad, wie auch mit dem Sonnenritzel in Eingriff. Ein derartiger Umlaufgetrieberadsatz ist aus dem Stand der Technik als sogenannter Minusradsatz bekannt.
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Vorzugsweise weist der Umlaufgetrieberadsatz ein erstes und ein zweites Planetenrad auf, vorzugsweise eine Vielzahl erster und zweiter Planetenräder, welche jeweils drehbar auf der Stegwelle gelagert sind und in Eingriff miteinander stehen. Insbesondere das erste Planetenrad steht in Eingriff mit dem Sonnenritzel und das zweite Planetenrad steht in Eingriff mit dem Hohlrad. Ein derartiger Umlaufgetrieberadsatz ist aus dem Stand der Technik als sogenannter Plusradsatz bekannt.
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Das Kraftfahrzeuggetriebe weist zwei solche Planetengetrieberadsätze auf, von welchen einer als erster Planetengetrieberadsatz und der andere als zweiter Planetengetrieberadsatz bezeichnet wird. Der erste Planetengetrieberadsatz weist demnach ein erstes Sonnenritzel, ein erstes Hohlrad und eine erste Stegwelle mit darauf drehbar gelagertem Planetenrad oder Planetenrädern auf. Der zweite Planetengetrieberadsatz weist ein zweites Sonnenritzel, ein zweites Hohlrad und eine zweite Stegwelle mit darauf drehbar gelagertem Planetenrad oder Planetenrädern auf.
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Vorzugsweise sind beide Planetengetrieberadsätze als sogenannte Plusradsätze ausgebildet, bevorzugt sind beide Planetengetrieberadsätze als sogenannte Minusradsätze ausgebildet und besonders bevorzugt ist einer der Planetengetrieberadsätze als sogenannter Plusradsatz und der andere Planetengetrieberadsatz ist als sogenannter Minusradsatz ausgebildet.
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Vorzugsweise ist das erste Sonnenritzel mit dem zweiten Sonnenritzel mittels einer Zentralwelle drehfest verbunden. Insbesondere mittels dieser Verbindung der beiden Sonnenritzel sind der erste Planetengetrieberadsatz und der zweite Planetengetrieberadsatz kinematische miteinander gekoppelt und eine Leistungsübertragung vom ersten auf den zweiten Planetengetrieberadsatz ist ermöglicht.
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Weiter vorzugsweise ist die Getriebeeingangswelle mit dem ersten Hohlrad, also dem Hohlrad des ersten Planetengetrieberadsatzes, drehfest verbunden. Insbesondere mittels dieser Verbindung ist die Leistungsübertragung von der Getriebeeingangswelle auf den ersten Planetengetrieberadsatz ermöglicht.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einer drehfesten Verbindung zu verstehen, dass bei der Drehmomentübertragung von einem ersten Bauteil auf ein zweites Bauteil das zweite Bauteil die gleiche Drehzahl aufweist wie das erste Bauteil, mit welchem dieses drehfest verbunden ist. Vorzugsweise kontaktieren sich drehfest miteinander verbundene Bauteile unmittelbar, und bevorzugt ist zur drehfesten Verbindung der beiden Bauteile zwischen diesen einen Drehmomentübertragungseinrichtung, vorzugsweise eine Bremse, bevorzugt eine Kupplung und besonders bevorzugt eine Synchronisierung angeordnet. Weiter vorzugsweise weisen drehfest miteinander verbundene Bauteile die gleiche Rotationsachse bei der Leistungsübertragung auf. Insbesondere beim Sonderfall einer drehfesten Verbindung eines Bauteils mit dem Getriebegehäuse (Getriebegehäuse steht still) ist diesem mit dem Getriebegehäuse verbundenen Bauteil die Drehzahl Null vorgegeben, das Bauteil steht still und eine Leistungsübertragung ist nicht möglich.
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Weiter vorzugsweise ist die Getriebeausgangswelle mit dem zweiten Hohlrad, also mit dem Hohlrad des zweiten Planetengetrieberadsatzes, drehfest verbindbar, bevorzugt drehfest verbunden. Insbesondere mittels dieser Verbindung ist es ermöglicht, die auf das Kraftfahrzeuggetriebe übertragene Antriebsleistung über die Getriebeausgangswelle abzugeben und in Richtung zu einer angetriebenen Kraftfahrzeugachse zu leiten.
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Vorzugsweise ist die zweite Stegwelle mit einem weiteren der Getriebeelemente selektiv und vorzugsweise drehfest, verbindbar. Vorzugsweise ist die zweite Stegwelle mit einem weiteren der Getriebeelemente drehfest verbunden. Unter einem Getriebeelement in diesem Sinn ist insbesondere das Getriebegehäuse, die Getriebeeingangswelle, die Getriebeausgangswelle der erste Planetengetrieberadsatz, bzw. wenigstens ein einzelnes Element dieses Planetengetrieberadsatzes (erstes Sonnenritzel, erstes Hohlrad, erste Stegwelle) und der zweite Planetengetrieberadsatz, bzw. wenigstens ein einzelnes Element dieses Planetengetrieberadsatzes (zweites Sonnenritzel, zweites Hohlrad, zweite Stegwelle) zu verstehen.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einem selektiven Verbinden zweier Bauteile zu verstehen, dass eine solche Verbindung zur Drehmomentübertragung wahlweise herstellbar und wieder aufhebbar ist. Vorzugsweise ist zum Herstellen einer solchen selektiven Verbindung eine Drehmomentübertragungseinrichtung beziehungsweise ein Schaltelement vorgesehen. Vorzugsweise ist unter einer Drehmomentübertragungseinrichtung eine Kupplung oder eine Bremse zu verstehen. Mit einer Kupplung sind insbesondere zwei rotierbar gelagerte Bauteile miteinander verbindbar, mit einer Bremse sind insbesondere ein rotierbar gelagertes Bauteil und ein dauerhaft stillstehendes Bauteil, insbesondere das Getriebegehäuse, miteinander verbindbar. Vorzugsweise ist diese Drehmomentübertragungseinrichtung als eine formschlüssige oder reibschlüssige und bevorzugt eine reibformschlüssige Einrichtung ausgebildet. Unter einer reibformschlüssigen Einrichtung ist insbesondere eine sogenannte Synchronisierung oder Konussynchronisierung zu verstehen. Insbesondere mittels einer derartigen selektiven Verbindung ist das Kraftfahrzeuggetriebe in unterschiedliche Zustände zur Leistungsübertragung schaltbar.
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Vorzugsweise ist die Getriebeeingangswelle zur selektiven Verbindung mit einer Verbrennungskraftmaschine eingerichtet und die Getriebeausgangswelle ist vorzugsweise zu Leistungsabgabe in Richtung zu einer antreibbaren Fahrzeugachse eingerichtet.
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Vorzugsweise ist die Getriebeeingangswelle mit der zweiten Stegwelle, also mit der Stegwelle des zweiten Planetengetrieberadsatzes, mittels einer Drehmomentübertragungseinrichtung, insbesondere mittels einer ersten Kupplung, selektiv und drehfest verbindbar. Vorzugsweise ist die erste Kupplung als eine formschlüssige, bevorzugt als eine reibschlüssige und besonders bevorzugt eine reibformschlüssige Drehmomentübertragungseinrichtung ausgebildet. Insbesondere durch einen solchen Aufbau ist das Kraftfahrzeuggetriebe in unterschiedliche kinematischer Zustände schaltbar.
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Vorzugsweise ist die erste Stegwelle, also die Stegwelle des ersten Planetengetrieberadsatzes, mit der zweiten Stegwelle, also der Stegwelle des zweiten Planetengetrieberadsatzes, mittels einer weiteren Drehmomentübertragungseinrichtung, insbesondere mittels einer zweiten Kupplung, selektiv und drehfest verbindbar. Vorzugsweise ist die zweite Kupplung als eine formschlüssige, bevorzugt als eine reibschlüssige und besonders bevorzugt als eine reibformschlüssige Drehmomentübertragungseinrichtung ausgebildet. Insbesondere durch einen solchen Aufbau ist das Kraftfahrzeuggetriebe in unterschiedliche kinematischer Zustände schaltbar.
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Vorzugsweise ist eine reibschlüssige Kupplung als eine Scheibenkupplung, bevorzugt als eine Lamellenkupplung und besonders bevorzugt als eine Backenkupplung ausgebildet. Vorzugsweise ist eine formschlüssige Kupplung als eine Klauenkupplung, bevorzugt als eine Schiebemuffekupplung ausgebildet. Vorzugsweise ist eine reibformschlüssige Kupplung als eine sogenannte Synchronisierung, bevorzugt als eine Konussynchronisierung ausgebildet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die erste Stegwelle mit dem Getriebegehäuse mittels einer weiteren Drehmomentübertragungseinrichtung, insbesondere einer ersten Bremse, selektiv und drehfest verbindbar. Vorzugsweise ist eine derartige Bremse als eine reibschlüssige, bevorzugt als eine formschlüssige und besonders bevorzugt als eine reibformschlüssige Drehmomentübertragungseinrichtung ausgebildet. Insbesondere durch eine solche Ausgestaltung ist besonders einfach eine Drehzahl, in diesem Fall die Drehzahl Null, für die erste Stegwelle vorgebbar und so ist besonders einfach die Kinematik des Kraftfahrzeuggetriebes steuerbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Zentralwelle mittels einer weiteren Drehmomentübertragungseinrichtung, insbesondere mittels einer zweiten Bremse, mit dem Getriebegehäuse selektiv und drehfest verbindbar. Vorzugsweise ist eine derartige Bremse als eine reibschlüssige, bevorzugt als eine formschlüssige und besonders bevorzugt als eine reibformschlüssige Drehmomentübertragungseinrichtung ausgebildet. Insbesondere durch eine solche Ausgestaltung ist besonders einfach eine Drehzahl, in diesem Fall die Drehzahl Null, für die Zentralwelle vorgebbar und so ist besonders einfach die Kinematik des Kraftfahrzeuggetriebes steuerbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die zweite Stegwelle mittels einer weiteren Drehmomentübertragungseinrichtung, insbesondere mittels einer dritten Bremse, mit dem Getriebegehäuse selektiv und drehfest verbindbar. Vorzugsweise ist eine derartige Bremse als eine reibschlüssige, bevorzugt als eine formschlüssige und besonders bevorzugt als eine reibformschlüssige Drehmomentübertragungseinrichtung ausgebildet. Insbesondere durch eine solche Ausgestaltung ist besonders einfach eine Drehzahl, in diesem Fall die Drehzahl Null, für die zweite Stegwelle vorgebbar und so ist besonders einfach die Kinematik des Kraftfahrzeuggetriebes steuerbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein erster elektromechanischer Energiewandler, vorzugsweise ein Elektromotorgenerator und bevorzugt ein Elektromotor für das Kraftfahrzeuggetriebe vorgesehen. Vorzugsweise ist dieser erste elektromechanische Energiewandler wenigstens mit einer der Getriebewellen (Getriebeeingangswelle, Getriebeausgangswelle) zur Übertragung von Antriebsleistung (Drehzahl, Drehmoment) verbindbar bzw. ist mit dieser verbunden. Vorzugsweise ist der erste elektromechanische Energiewandler mit der Getriebeeingangswelle, vorzugsweise drehfest, verbunden. Vorzugsweise ist der erste elektromechanische Energiewandler mit der Getriebeausgangswelle, vorzugsweise drehfest, verbunden. Vorzugsweise ist der erste elektromechanische Energiewandler mittels eines Zwischengetriebes mit einer der Getriebewellen (Getriebeeingangswelle, Getriebeausgangswelle) verbunden. Insbesondere mittels eines Zwischengetriebes ist die Anpassung dieses elektromechanischen Energiewandlers an die Lastanforderung ermöglicht. Insbesondere durch die Anordnung eines elektromechanischen Energiewandlers ist die Hybridisierung des Kraftfahrzeuggetriebes auf besonders einfache Weise ermöglicht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein zweiter elektromechanischer Energiewandler, vorzugsweise ein Elektromotorgenerator und bevorzugt ein Elektromotor für das Kraftfahrzeuggetriebe vorgesehen. Vorzugsweise ist dieser zweite elektromechanische Energiewandler wenigstens mit der Zentralwelle zur Leistungsübertragung (Drehzahl, Drehmoment) verbindbar bzw. ist mit dieser verbunden. Vorzugsweise ist der zweite elektromechanische Energiewandler drehfest mit der Zentralwelle verbunden. Insbesondere durch die drehfeste Verbindung des zweiten elektromechanischen Energiewandlers mit der Zentralwelle ist eine besonders effiziente Übertragung der Antriebsleistung von diesem elektromechanischen Energiewandler auf die Zentralwelle ermöglicht.
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Weiter vorzugsweise ist der zweite elektromechanische Energiewandler mittels eines Zwischengetriebes mit der Zentralwelle verbunden. Vorzugsweise ist dieses Zwischengetriebe als Zugmittelgetriebe und bevorzugt als Zahnradgetriebe ausgebildet. Insbesondere mittels eines Zwischengetriebes ist die Anpassung des zweiten elektromechanischen Energiewandlers an die Lastanforderung ermöglicht. Insbesondere durch die Anordnung, beziehungsweise das Vorsehen, des zweiten elektromechanischen Energiewandlers ist eine Leistungskaskadierung der elektrischen Antriebsleistung ermöglicht und der zweite elektromechanische Energiewandler ist alleine oder in Kombination mit dem ersten elektromechanischen Energiewandler betreibbar und weiter vorzugsweise ist ein serieller Hybridmodus darstellbar.
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Weiter ist ein Kraftfahrzeugantriebsstrang vorgesehen, welcher das zuvor erläuterte Kraftfahrzeuggetriebe aufweist. Vorzugsweise ist in diesem Kraftfahrzeugantriebsstrang die Getriebeeingangswelle mit einer Verbrennungskraftmaschine verbindbar, vorzugsweise selektiv und drehfest verbindbar und bevorzugt ist die Verbrennungskraftmaschine mit der Getriebeeingangswelle dauerhaft verbunden. Vorzugsweise ist für diese selektive Verbindung eine sogenannte Anfahrkupplung und bevorzugt ein Drehmomentwandler vorgesehen. Weiter vorzugsweise ist die Verbrennungskraftmaschine dauerhaft mit der Getriebeeingangswelle zur Übertragung einer Antriebsleistung verbunden, also ohne, dass eine Anfahrkupplung oder ein Drehmomentwandler vorgesehen sind. Weiter vorzugsweise ist die Getriebeausgangswelle zur Leistungsübertragung auf eine antreibbare Kraftfahrzeugachse eingerichtet.
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Insbesondere ist unter einer antreibbaren Kraftfahrzeugachse bei einem Kraftfahrzeug mit Hinterradantrieb die Hinterachse zu verstehen und bei einem Kraftfahrzeug mit Frontantrieb die Vorderachse und bei einem Kraftfahrzeug mit Allradantrieb ist sowohl die Vorderachse als auch Hinterachse als antreibbare Kraftfahrzeugachse zu verstehen. Eine antreibbare Kraftfahrzeugachse weist insbesondere ein Achsgetriebe, vorzugsweise ein sogenanntes Differenzialgetriebe, sowie wenigstens ein Antriebsrad, vorzugsweise 2 Antriebsräder und Halbwellen zur Übertragung der Antriebsleistung von diesem Achsgetriebe zu diesen Antriebsrädern auf. Weiter vorzugsweise weist dieser Antriebsstrang wenigstens einen elektromechanischer Energiewandler, vorzugsweise zwei oder bevorzugt mehrere elektromechanischer Energiewandler auf.
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Insbesondere mittels des vorgeschlagenen Kraftfahrzeugantriebsstrangs ist ein besonders platzsparender Aufbau eines Hybridantriebsstrangs ermöglicht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein weiterer elektromechanischer Energiewandler für den Antrieb des Kraftfahrzeugantriebsstrangs vorgesehen. Vorzugsweise ist dieser weitere elektromechanische Energiewandler zur Übertragung einer Antriebsleistung (Leistungsübertragung von Drehzahl und Drehmoment) auf die antreibbare Kraftfahrzeugachse oder auf eine weitere antreibbare Kraftfahrzeugachse eingerichtet. Vorzugsweise ist mittels des weiteren elektromechanischen Energiewandlers der Aufbau eines Kraftfahrzeugantriebsstrangs ermöglicht, bei welchen mittels des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebes Antriebsleistung auf die antreibbare Kraftfahrzeugachse übertragbar ist und mittels des weiteren elektromechanischen Energiewandlers ist Antriebsleistung auf eine andere, aber ebenfalls antreibbare, Kraftfahrzeugachse übertragbar. Insbesondere ist bildlich mittels des Weiteren elektromechanischen Energiewandlers die Vorderachse eines Kraftfahrzeugs antreibbar und über das erfindungsgemäße Kraftfahrzeuggetriebe die Hinterachse oder umgekehrt. Insbesondere mittels einer derartigen Konfiguration ist eine besonders einfache Möglichkeit zum Erreichen eines Allradantriebs in Form eines Hybridantriebs gegeben.
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Weiter vorzugsweise ist mittels des weiteren elektromechanischen Energiewandlers eine Konfiguration eines Hybridantriebsstrangs ermöglicht, bei welcher Antriebsleistung sowohl mittels des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuggetriebes, als auch mittels des weiteren elektromechanischen Energiewandlers auf die gleiche antreibbare Kraftfahrzeugachse übertragbar ist. Insbesondere mittels einer derartigen Konfiguration ist eine besonders hohe Antriebsleistung auf eine antreibbare Kraftfahrzeugachse übertragbar und weiter ist diese Antriebsleistung durch den elektrischen Anteil an der Antriebsleistung durch diesen weiteren elektromechanischen Energiewandler besonders gut regelbar.
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Mit dem dargestellten Kraftfahrzeuggetriebe ist auf einfache Weise ein Hybridantrieb darstellbar, also ein Antrieb, bei welchem sowohl eine Verbrennungskraftmaschine, wie auch eine weitere Antriebsmaschine, insbesondere ein elektromechanischer Energiewandler, zum Bereitstellen von Antriebsleistung herangezogen werden. Aufgrund der Hybridfunktionalitäten, welche durch den Einsatz eines elektromechanischen Energiewandlers als Antriebsmaschine zusätzlich zu einer Verbrennungskraftmaschine darstellbar sind, sind für den verbrennungsmotorischen Betrieb des Kraftfahrzeugantriebsstrangs nicht mehr so viele Gänge, wie in einem konventionellen Antriebsstrang, notwendig, infolgedessen kann eine andere, vorzugsweise einfachere, Getriebetopologie gewählt werden und der eingesparte Bauraum kann zur Elektrifizierung des Kraftfahrzeugs genutzt werden.
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Zudem ist es denkbar, dass bestimmte Fahrbereiche rein elektrisch bewältigt werden, also in einem Antriebsmodus, in welchem lediglich ein oder mehrere der elektromechanischen Energiewandler zum Bereitstellen von Antriebsleistung herangezogen werden (emissionsfreies Fahren).
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Um die Betriebssicherheit in allen Betriebszuständen zu verbessern, ist der Einsatz von mehr als einem elektromechanischen Energiewandler bevorzugt, vorzugsweise von zwei und besonders bevorzugt von drei oder mehr. Mit einer solchen Kombination mit mehr als einem elektromechanischen Energiewandler lassen sich unterschiedliche getriebetechnische Funktionen darstellen. Insbesondere ist es ermöglicht, das Kraftfahrzeuggetriebe mechanisch weiter zu vereinfachen und beispielsweise formschlüssige Drehmomentübertragungseinrichtungen, insbesondere Bremsen und Kupplungen, einzusetzen, ohne während einer Schaltung einen Zugkrafteinbruch zu erleiden.
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Vorzugsweise ist das vorgeschlagene Kraftfahrzeuggetriebe als ein 5-Gang-Hybridgetriebe ausgebildet, also ein Getriebe, welches zur Leistungsübertragung mit einer Verbrennungskraftmaschine und wenigstens einem elektromechanischen Energiewandler koppelbar ist und in wenigstens fünf diskreten, unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen, bezogen auf das Übersetzungsverhältnis zwischen der Getriebeeingangs- und der Getriebeausgangswelle, schaltbar ist.
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Vorzugsweise weist das Kraftfahrzeuggetriebe dazu genau zwei Planetenradsätze und vier oder vorzugsweise fünf Drehmomentübertragungseinrichtungen (Bremsen und Kupplungen) auf und bietet dadurch entsprechenden Bauraum für mindestens einen, vorzugsweise zwei und besonders bevorzugt mehrere elektromechanische Energiewandler. Vorzugsweise sind diese elektromechanischen Energiewandler oder einer dieser in das Getriebegehäuse des Kraftfahrzeuggetriebes, wenigstens teilweise oder vorzugsweise vollständig, integriert. Wenigstens sind der oder die elektromechanischen Energiewandler vorzugsweise funktional im Kraftfahrzeuggetriebe integriert.
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Weiter vorzugsweise ist ein Hybridantriebsstrang vorgesehen, bei welchem ein oder mehrere elektromechanische Energiewandler unmittelbar mit einer antreibbaren Kraftfahrzeugachse koppelbar sind, wobei die von diesem oder diesen elektromechanischer Energiewandlern, welche mit der antreibbaren Kraftfahrzeugachse koppelbar sind, abgebbare Antriebsleistung nicht durch das vorgeschlagene Kraftfahrzeuggetriebe übertragbar ist.
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Vorzugsweise ist eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung vorgesehen, welche als Bremse (dritte Bremse) ausgebildet ist und funktional dem zweiten Planetengetrieberadsatz zugeordnet ist. Vorzugsweise ist diese fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung als Bremse ausgebildet und zur selektiven und drehfesten Verbindung der zweiten Stegwelle mit dem Getriebegehäuse eingerichtet. Insbesondere durch diese Konfiguration ergibt sich ein zusätzlicher E-Gang, also ein weitere Möglichkeit zum rein elektrischen Bereitstellen von Antriebsleistung.
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Insbesondere ist es durch die vorgeschlagene Konfiguration des Kraftfahrzeuggetriebes ermöglicht, den ersten und den zweiten elektromechanischen Energiewandler derart in dem Kraftfahrzeuggetriebe zu integrieren, dass sie nicht nur hybride Fahrfunktionen, sondern auch getriebetechnische Funktionen darstellen können.
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Insbesondere ist es ermöglicht, wenigstens für einige der genannten Drehmomentübertragungseinrichtungen formschlüssige Drehmomentübertragungseinrichtungen zu verwenden, welche gegenüber reibschlüssigen Drehmomentübertragungseinrichtungen Vorteile für den Bauraum, die Schleppverluste beziehungsweise die Aktuierung aufweisen können und weiter ist es mittels der elektromechanischer Energiewandler ermöglicht, trotz der formschlüssigen Drehmomentübertragungseinrichtungen, zugkraftunterbrechungsfreie Gangwechsel (Umschaltung von einem der Übersetzungsverhältnisse in ein weiteres) zu realisieren, da eine Drehzahlsynchronisierung beim Gangwechsel mittels der elektromechanischer Energiewandler erfolgt.
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Die Anbindung des ersten elektromechanischen Energiewandlers kann entweder an der Getriebeeingangswelle (antriebsseitig) oder an der Getriebeausgangswelle (abtriebsseitig) erfolgen. Wenn sie abtriebsseitig erfolgt, ist es weiter bevorzugt, den weiteren elektromechanischen Energiewandler über einen eigenen Abgriff an die weitere antreibbare Kraftfahrzeugachse anzubinden und dadurch eine Allradfunktionalität, insbesondere ohne extra Verteilergetriebe, darzustellen.
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In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens ein elektromechanischer Energiewandler unmittelbar mit einer antreibbaren Kraftfahrzeugachse koppelbar, so dass insbesondere diese Kraftfahrzeugachse ausschließlich durch den oder durch diese elektromechanischen Energiewandler antreibbar ist und somit ist eine besonders einfache Möglichkeit zum Darstellen eines Allradantriebs gegeben.
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Weiter vorzugsweise lässt sich über formschlüssige Drehmomentübertragungseinrichtungen eine Parksperrenfunktionalität darstellen, also ein Blockieren des Kraftfahrzeuggetriebes, so dass wenigstens die Getriebeausgangswelle gegenüber dem Getriebegehäuse, insbesondere formschlüssig, mittels einer Parksperre festlegbar ist. Vorzugsweise ist für die Parksperrfunktionalität die Kombination der Bremse zum selektiven und drehfesten Verbinden der Zentralwelle mit dem Getriebegehäuse (zweite Bremse) und der Bremse zum selektiven und drehfesten Verbinden der zweiten Stegwelle mit dem Getriebegehäuse (dritte Bremse) besonders vorteilhaft. Weiter vorzugsweise sind diese beiden Bremsen als formschlüssige Bremsen ausgebildet.
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Weiter vorzugsweise ist mittels der Bremse zum selektiven und drehfesten Verbinden der ersten Stegwelle mit dem Getriebegehäuse (erste Bremse) ein serieller Fahrbetrieb darstellbar. Mittels dieser Bremse ist die Drehzahl Null für die erste Stegwelle vorgebbar, somit ist dem ersten elektromechanischen Energiewandler von der Verbrennungskraftmaschine mechanisch Leistung zuführbar (Drehzahl, Drehmoment), welche von diesem in elektrische Leistung (Strom, Spannung) wandelbar und dem zweiten elektromechanischen Energiewandler zuführbar ist und von diesem wieder dem Kraftfahrzeuggetriebe in Form einer mechanischen Leistung zuführbar ist. Weiter vorzugsweise ist so auch eine Ladefunktion für einen elektrischen Energiespeicher erreichbar und bevorzugt ist auch eine sogenannte Standladung mit einem solchen Kraftfahrzeuggetriebe ermöglicht. Insbesondere ist eine derartige Konfiguration vorteilhaft anwendbar, falls der erste elektromechanische Energiewandler abtriebsseitig angeordnet ist, insbesondere also mit der Getriebeausgangswelle drehfest verbindbar ist, vorzugsweise drehfest verbunden ist.
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In einer weiter bevorzugt Ausführungsform ist der erste elektromechanische Energiewandler mit der Getriebeeingangswelle drehfest verbindbar, bevorzugt drehfest mit dieser verbunden. Weiter vorzugsweise kann in einer solchen Konfiguration eine Bremse zum selektiven und drehfesten Verbinden der Stegwelle des zweiten Planetengetrieberadsatzes mit dem Getriebegehäuse vorgesehen sein. Insbesondere mit einer solchen Konfiguration sind die zuvor erläuterten Betriebsarten und Vorteile auf alternativem Wege erreichbar.
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Nachfolgend sind einzelne Merkmale und Ausführungsformen der Erfindung anhand der teilweise schematisierten Figuren näher erläutert, dabei zeigt:
- 1: einen Längsschnitt eines ersten Kraftfahrzeuggetriebes,
- 2: einen Längsschnitt eines weiteren Kraftfahrzeuggetriebes,
- 3: einen Längsschnitt eines weiteren Kraftfahrzeuggetriebes,
- 4: einen Längsschnitt eines weiteren Kraftfahrzeuggetriebes,
- 5: einen Längsschnitt eines Hybridantriebsstrangs,
- 6: einen Längsschnitt eines Hybridantriebsstrangs in einer Allradvariante,
- 7: ein Schaltungsschema für das Kraftfahrzeuggetriebe.
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In 1 ist ein Längsschnitt eines Kraftfahrzeuggetriebes für einen Hybridantrieb dargestellt. Das Kraftfahrzeuggetriebe weist ein Getriebegehäuse 0 auf, in welchem die Getriebeantriebswelle 1 und die Getriebeausgangswelle 2 um die Zentralachse ZA drehbar gelagert sind und konzentrisch zu dieser angeordnet sind.
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Der erste Planentengetrieberadsatz PR1 und der zweite Planetengetrieberadsatz PR2 sind ebenfalls konzentrisch zur Zentralachse ZA angeordnet. Der erste Planetengetrieberadsatz PR1 weist ein erstes Sonnenritzel S1, ein erstes Hohlrad H1 sowie eine erste Stegwelle 4 auf, auf welcher das Planetenrad P1 dieses Planetengetrieberadsatzes PR1 drehbar gelagert ist.
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Der zweite Planetengetrieberadsatz PR2 weist ein zweites Sonnenritzel S2, ein zweites Hohlrad H2 sowie eine zweite Stegwelle 5 auf, auf welcher das Planetenrad P2 dieses Planetengetrieberadsatzes PR2 drehbar gelagert ist.
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Über die Zentralwelle 3 sind die beiden Sonnenritzel S1 und S2 drehfest miteinander verbunden. Weiter ist der zweite Elektromotorgenerator EMB mit der Zentralwelle 3 drehfest verbunden und die Zentralwelle 3 ist mittels der zweiten Bremse B03 selektiv und drehfest mit dem Getriebegehäuse 0 verbindbar. Die erste Bremse B04 ist zum selektiven und drehfesten Verbinden der ersten Stegwelle 4 mit dem Getriebegehäuse 0 eingerichtet.
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Die Getriebeausgangswelle 2 ist drehfest mit dem zweiten Hohlrad H2 verbunden und mit dieser ist die Antriebsleistung aus dem Kraftfahrzeuggetriebe an eine antreibbare Kraftfahrzeugachse (nicht dargestellt) abgebbar. Der Getriebeeingangswelle ist über eine Anfahrkupplung (nicht dargestellt) selektiv Antriebsleistung zuführbar. Es ist festzuhalten, dass eine solche Anfahrkupplung nicht zwingend vorzusehen ist, vielmehr ist auch eine nicht selektive und drehfeste Verbindung der Verbrennungskraftmaschine mit der Getriebeeingangswelle 1 möglich. Weiter ist die Getriebeeingangswelle 1 mit dem ersten Hohlrad H1 drehfest verbunden. Weiter ist der Getriebeeingangswelle 1 über den ersten Elektromotorgenerator EMA Antriebsleistung zuführbar (antriebsseitige Anordnung). Über die erste Kupplung K15 ist die Getriebeeingangswelle 1 mit der zweiten Stegwelle 5 selektiv und drehfest verbindbar. Über die zweite Kupplung K45 ist die erste Stegwelle 4 mit der zweiten Stegwelle 5 selektiv und drehfest verbindbar.
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In 2 ist eine weitere Ausführungsform des Kraftfahrzeuggetriebes dargestellt, wie dieses teilweise schon in der 1 gezeigt ist, nachfolgend wird auf die wesentlichen Unterschiede zwischen diesen Ausführungsformen eingegangen.
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Bei dem in 2 dargestellten Kraftfahrzeuggetriebe ist der erste Elektromotorgenerator EMA nicht mit der Getriebeeingangswelle 1, sondern mit der Getriebeausgangswelle 2 drehfest verbunden, abtriebsseitige Anordnung. Bei einer solchen Anordnung wird die vom ersten Elektromotorgenerator EMA bereitgestellte Antriebsleistung unmittelbar, also ohne Wälzverluste, auf die Getriebeausgangswelle 2 übertragen.
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In 3 ist eine weitere Ausführungsform des Kraftfahrzeuggetriebes dargestellt, wie dieses teilweise schon in der 1 gezeigt ist, nachfolgend wir auf die wesentlichen Unterschiede zwischen diesen Ausführungsformen eingegangen.
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Bei dem in 3 dargestellten Kraftfahrzeuggetriebe ist eine weitere Bremse, also die dritte Bremse B05, vorgesehen. Mit der dritten Bremse B05 ist die zweite Stegwelle 5 selektiv und drehfest mit dem Getriebegehäuse 0 verbindbar. Insbesondere durch ein formschlüssige Ausführungsform der zweiten Bremse B03 und der dritten Bremse B05 ist auf besonders einfache Weise die Getriebeausgangswelle 2 drehfest gegenüber dem Getriebegehäuse 0 festlegbar. Bei geschlossenen Bremsen B03, B05 ist für die zweite Stegwelle 5 und die Zentralwelle 3 mit dem zweiten Sonnenritzel S2, die Drehzahl Null vorgegeben, dadurch ergibt sich für das zweite Hohlrad H2 und damit für die mit diesem drehfest verbundene Getriebeausgangswelle 2, ebenfalls die Drehzahl Null. Die Bremsen B03 und B05 sind als normaly closed Bremse ausgeführt, im unbetätigten Zustand sind diese also geschlossen.
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In 4 ist eine weitere Ausführungsform des Kraftfahrzeuggetriebes dargestellt, wie dieses teilweise schon in der 1 gezeigt ist, nachfolgend wird auf die wesentlichen Unterschiede zwischen diesen Ausführungsformen eingegangen.
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Bei dem in 4 dargestellten Kraftfahrzeuggetriebe ist der erste Elektromotorgenerator EMA nicht mit der Getriebeeingangswelle 1, sondern mit der Getriebeausgangswelle 2 drehfest verbunden. Bei einer solchen Anordnung wird die vom ersten Elektromotorgenerator EMA bereitgestellte Antriebsleistung unmittelbar, also ohne Wälzverluste, auf die Getriebeausgangswelle 2 übertragen.
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Weiter ist bei dem in 4 dargestellten Kraftfahrzeuggetriebe eine weitere Bremse, also die dritte Bremse B05, vorgesehen. Mit der dritten Bremse B05 ist die zweite Stegwelle 5 selektiv und drehfest mit dem Getriebegehäuse 0 verbindbar. Insbesondere durch ein formschlüssige Ausführungsform der zweiten Bremse B03 und der dritten Bremse B05 ist auf besonders einfache Weise die Getriebeausgangswelle 2 drehfest gegenüber dem Getriebegehäuse 0 festlegbar. Bei geschlossenen Bremsen B03, B05 ist für die zweite Stegwelle 5 und die Zentralwelle 3 mit dem zweiten Sonnenritzel S2, die Drehzahl Null vorgegeben, dadurch ergibt sich für das zweite Hohlrad H2 und damit für die mit diesem drehfest verbundene Getriebeausgangswelle 2, ebenfalls die Drehzahl Null.
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In 5 ist ein schematisierter Antriebsstrang dargestellt mit einem Kraftfahrzeuggetriebe. Das Kraftfahrzeuggetriebe weist ein Getriebegehäuse 0 auf, in welchem die Getriebeantriebswelle 1 und die Getriebeausgangswelle 2 um die Zentralachse ZA drehbar gelagert sind und konzentrisch zu dieser angeordnet sind.
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Der erste Planentengetrieberadsatz PR1 und der zweite Planetengetrieberadsatz PR2 sind ebenfalls konzentrisch zur Zentralachse ZA angeordnet. Der erste Planetengetrieberadsatz PR1 weist ein erstes Sonnenritzel S1, ein erstes Hohlrad H1 sowie eine erste Stegwelle 4 auf, auf welcher das Planetenrad P1 dieses Planetengetrieberadsatzes PR1 drehbar gelagert ist.
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Der zweite Planetengetrieberadsatz PR2 weist ein zweites Sonnenritzel S2, ein zweites Hohlrad H2 sowie eine zweite Stegwelle 5 auf, auf welcher das Planetenrad P2 dieses Planetengetrieberadsatzes PR2 drehbar gelagert ist.
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Über die Zentralwelle 3 sind die beiden Sonnenritzel S1 und S2 drehfest miteinander verbunden. Weiter ist der zweite Elektromotorgenerator EMB mit der Zentralwelle 3 drehfest verbunden und die Zentralwelle 3 ist mittels der zweiten Bremse B03 selektiv und drehfest mit dem Getriebegehäuse 0 verbindbar. Die erste Bremse B04 ist zum selektiven und drehfesten Verbinden der ersten Stegwelle 4 mit dem Getriebegehäuse 0 eingerichtet.
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Die Getriebeausgangswelle 2 ist drehfest mit dem zweiten Hohlrad H2 verbunden und mit dieser ist die Antriebsleistung aus dem Kraftfahrzeuggetriebe an eine antreibbare Kraftfahrzeugachse (nicht dargestellt) abgebbar. Der Getriebeeingangswelle 1 ist über die Anfahrkupplung AK selektiv Antriebsleistung von der Verbrennungskraftmaschine VKM zuführbar.
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In einer nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung weist diese keine Anfahrkupplung AK auf. Die Getriebeeingangswelle 1 kann in einer solchen Ausführungsform dauerhaft drehfest mit der Verbrennungskraftmaschine VKM gekoppelt sein.
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Weiter ist die Getriebeeingangswelle 1 mit dem ersten Hohlrad H1 drehfest verbunden. Über die erste Kupplung K15 ist die Getriebeeingangswelle 1 mit der zweiten Stegwelle 5 selektiv und drehfest verbindbar. Über die zweite Kupplung K45 ist die erste Stegwelle 4 mit der zweiten Stegwelle 5 selektiv und drehfest verbindbar.
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Zudem ist der weitere Elektromotorgenerator EMC vorgesehen mit welchem über die Abtriebswelle 2a einer weiteren antreibbaren Kraftfahrzeugachse Antriebsleistung zuführbar ist. Dabei weist der Antriebsstrang zum Übertragen dieser Antriebsleistung das Achsgetriebe 10 auf.
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Weiter ist bei diesem Kraftfahrzeuggetriebe die dritte Bremse B05 vorgesehen. Mit der dritten Bremse B05 ist die zweite Stegwelle 5 selektiv und drehfest mit dem Getriebegehäuse 0 verbindbar. Insbesondere durch ein formschlüssige Ausführungsform der zweiten Bremse B03 und der dritten Bremse B05 ist auf besonders einfache Weise die Getriebeausgangswelle 2 drehfest gegenüber dem Getriebegehäuse 0 festlegbar. Bei geschlossenen Bremsen B03, B05 ist für die zweite Stegwelle 5 und die Zentralwelle 3 mit dem zweiten Sonnenritzel S2, die Drehzahl Null vorgegeben, dadurch ergibt sich für das zweite Hohlrad H2 und damit für die mit diesem drehfest verbundene Getriebeausgangswelle 2, ebenfalls die Drehzahl Null.
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In 6 ist ein weiterer schematisierter Antriebsstrang vorgesehen. Dieser ist teilweise aus dem in 5 dargestellten Antriebsstrang bekannt, nachfolgend wird auf die wesentlichen Unterschiede zwischen diesen Antriebssträngen eingegangen.
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Das in 6 dargestellt Kraftfahrzeuggetriebe weist keine dritte Bremse auf. Der weitere Elektromotorgenerator EMC ist baulich vollständig von dem Kraftfahrzeuggetriebe entkoppelt und über die Abtriebswelle 2a mit der weiteren antreibbaren Kraftfahrzeugachse (nicht dargestellt) zugeordnet. Mit dem Kraftfahrzeuggetriebe ist über die Getriebeausgangswelle 2 die Hinterachse eines Kraftfahrzeugs antreibbar, während über die Abtriebswelle 2a die Vorderachse dieses Kraftfahrzeugs antreibbar ist oder umgekehrt und so ist auf besonders einfache Weise ein Allradantrieb darstellbar.
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In 7 ist ein Schaltungsschema für ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeuggetriebe zum Schalten der fünf Vorwärtsgänge gezeigt. Ein „X“ bedeutet dabei, dass die entsprechende Drehmomentübertragungseinrichtung (Kupplung, Bremse) geschlossen ist, ansonsten ist die Drehmomentübertragungseinrichtung geöffnet.
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Das Schaltungsschema berücksichtigt die dritte Bremse B05 nicht, da diese lediglich für bestimmte Funktionen des Kraftfahrzeuggetriebes, wie die erläuterte Parksperrfunktionalität, nicht aber für das Schalten der Gänge notwendig ist. Alternativ ist es ermöglicht die Bremse B05 zum Schalten von Gängen heranzuziehen, in einem solchen Fall ergibt sich ein abweichendes Schaltungsschema.
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Bezugszeichenliste
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- 0
- Getriebegehäuse
- 1
- Getriebeeingangswelle
- 2
- Getriebeausgangswelle
- 2a
- Abtrieb zu einer antreibbaren Kraftfahrzeugachse
- 3
- Zentralwelle
- 4
- Erste Stegwelle
- 5
- Zweite Stegwelle
- 10
- Achsgetriebe
- B03
- erste Bremse
- B04
- zweite Bremse
- B05
- dritte Bremse
- K15
- erste Kupplung
- K45
- zweite Kupplung
- PR1
- erster Planetengetrieberadsatz
- S1
- erstes Sonnenritzel
- P1
- Planetenrad des ersten Planetengetrieberadsatzes
- H1
- erstes Hohlrad
- PR2
- Planetengetrieberadsätze
- S2
- zweiter Sonnenritzel
- P2
- Planetenrad des zweiten Planetengetrieberadsatzes
- H2
- zweites Hohlrad
- EMA
- erster elektromechanischer Energiewandler
- EMB
- zweiter elektromechanischer Energiewandler
- EMC
- weiterer elektromechanischer Energiewandler
- ZA
- Zentralachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1396369 A2 [0001, 0004]
