DE102017121418A1 - Transmission for a hybrid powertrain of a vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Getriebe für einen Hybridantriebsstrang und einen Hybridantriebsstrang. Das erfindungsgemäße Getriebe umfasst drei Planetenradsätze, zwei Antriebswellen, eine Abtriebswelle und drei Kupplungen.The invention relates to a transmission for a hybrid powertrain and a hybrid powertrain. The transmission according to the invention comprises three planetary gear sets, two drive shafts, one output shaft and three clutches.
Description
Die Erfindung betrifft Getriebe für einen dedizierten Hybridantriebsstrang eines Fahrzeugs. The invention relates to transmissions for a dedicated hybrid powertrain of a vehicle.
Die
Das erfindungsgemäße Getriebe umfasst
- – einen ersten Planetenradsatz (PGS1) mit einem ersten Sonnenrad (S1), einem ersten Träger (C1) und einem ersten Ringrad (R1),
- – einen zweiten Planetenradsatz (PGS2) mit einem zweiten Sonnenrad (S2), einem zweiten Träger (C2) und einem zweiten Ringrad (R2),
- – einen dritten Planetenradsatz (PGS3) mit einem dritten Sonnenrad (S3), einem dritten Träger (C3) und einem dritten Ringrad (R3),
- – eine erste Antriebswelle (AN1), die mit dem dritten Sonnenrad (S3) verbunden ist, und die mit einem Elektromotor verbindbar ist,
- – eine zweite Antriebswelle (AN2), die mit dem zweiten Sonnenrad (S2) verbunden ist, und die mit einem Verbrennungsmotor verbindbar ist,
- – eine Abtriebswelle (AB),
- – eine erste Kupplung (K1), eine zweite Kupplung (K2) und eine dritte Kupplung (K3), wobei
- – die erste Kupplung (K1) zwischen der zweiten Antriebswelle (AN2) und dem zweiten Sonnenrad (S2) angeordnet ist,
- – die zweite Kupplung (K2) zwischen der zweiten Antriebswelle (AN2) und der ersten Antriebswelle (AN1) angeordnet ist,
- – die dritte Kupplung (K3) zwischen dem dritten Sonnenrad (S3) und dem zweiten Träger (C2) angeordnet ist, und
- – der zweite Träger (C2) mit einem ersten Ringrad (R1) verbunden ist.
- A first planetary gear set (PGS1) having a first sun gear (S1), a first carrier (C1) and a first ring gear (R1),
- A second planetary gear set (PGS2) having a second sun gear (S2), a second carrier (C2) and a second ring gear (R2),
- A third planetary gear set (PGS3) with a third sun gear (S3), a third carrier (C3) and a third ring gear (R3),
- A first drive shaft (AN1) connected to the third sun gear (S3) and connectable to an electric motor,
- A second drive shaft (AN2) connected to the second sun gear (S2) and connectable to an internal combustion engine,
- An output shaft (AB),
- - A first clutch (K1), a second clutch (K2) and a third clutch (K3), wherein
- The first clutch (K1) is arranged between the second drive shaft (AN2) and the second sun gear (S2),
- The second clutch (K2) is arranged between the second drive shaft (AN2) and the first drive shaft (AN1),
- - The third clutch (K3) between the third sun gear (S3) and the second carrier (C2) is arranged, and
- - The second carrier (C2) is connected to a first ring gear (R1).
Im Rahmen der Erfindung ist der Begriff „verbunden“ so zu verstehen, dass eine Kraft übertragen wird, beispielsweise in Form eines Drehmoments. Ein Bauteil ist zwischen zwei weiteren Bauteilen „angeordnet“ ist so zu verstehen, dass die Kräfte zwischen den zwei weiteren Bauteilen über das dazwischenliegende Bauteil übertragen werden. In the context of the invention, the term "connected" is to be understood as meaning that a force is transmitted, for example in the form of a torque. A component is "arranged" between two further components so that the forces between the two other components are transmitted via the intermediate component.
Das erfindungsgemäße Getriebe ermöglicht einen Hybridantriebsstrang, welcher einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor umfasst und Vorteile betreffs Performance und/oder Energieverbrauch bietet. Das Getriebe ermöglicht eine Kombination von unterschiedliche Betriebsmodi, insbesondere einem rein elektrischen Antrieb, einem Hybridantrieb (paralleler Betrieb von Elektromotor und Verbrennungsmotor), einem elektrischem Start und einem elektrischem stufenlosen Getriebemodus (eCVT – electrical continuous variable transmission). Durch die dem Getriebe zugeordnete erste und zweite Kupplung ist es möglich, den Verbrennungsmotor vom Getriebe zu trennen, ohne dass hierfür eine weitere externe Kupplung notwendig wäre. Das erfindungsgemäße Getriebe eignet sich insbesondere für den Einsatz in einer P2-Hybridarchitektur. The transmission according to the invention enables a hybrid powertrain which comprises an internal combustion engine and an electric motor and offers advantages in terms of performance and / or energy consumption. The transmission allows a combination of different operating modes, in particular a purely electric drive, a hybrid drive (parallel operation of electric motor and internal combustion engine), an electric start and an electrical continuous variable transmission mode (eCVT - electrical continuous variable transmission). By the transmission associated with the first and second clutch, it is possible to separate the engine from the transmission, without the need for a further external clutch would be necessary. The transmission according to the invention is particularly suitable for use in a P2 hybrid architecture.
Der erfindungsgemäße Hybridantriebstrang umfasst ein erfindungsgemäßes Getriebe, einen mit der ersten Antriebswelle verbundenen Elektromotor und einen mit der zweiten Antriebswelle verbundenen Verbrennungsmotor. The hybrid powertrain according to the invention comprises a transmission according to the invention, an electric motor connected to the first drive shaft and an internal combustion engine connected to the second drive shaft.
Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Getriebes und Hybridantriebstrangs werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigt Embodiments of a transmission according to the invention and hybrid powertrain will be explained in more detail with reference to the following figures. It shows
Die
Das Getriebe
Des Weiteren umfasst das Getriebe
Die erste Kupplung K1 ist zwischen der zweiten Antriebswelle AN2 und dem zweiten Sonnenrad S2 angeordnet. Die zweite Kupplung K2 ist zwischen der zweiten Antriebswelle AN2 und der ersten Antriebswelle AN1 angeordnet. Die dritte Kupplung K3 ist zwischen dem dritten Sonnenrad S3 und dem zweiten Träger C2 angeordnet ist. Der zweite Träger C2 ist mit einem ersten Ringrad R1 verbunden. Der dritte Träger C3 ist mit dem zweiten Ringrad R2 verbunden. The first clutch K1 is disposed between the second drive shaft AN2 and the second sun gear S2. The second clutch K2 is disposed between the second drive shaft AN2 and the first drive shaft AN1. The third clutch K3 is disposed between the third sun gear S3 and the second carrier C2. The second carrier C2 is connected to a first ring gear R1. The third carrier C3 is connected to the second ring gear R2.
Schließlich umfasst das Getriebe eine erste Bremse B1, die mit dem ersten Sonnenrad S1 verbunden ist. Sowohl das erste, das zweite und das dritte Ausführungsbeispiel eines Getriebes stimmen in dem bis hier beschriebenen Aufbau überein. Finally, the transmission comprises a first brake B1, which is connected to the first sun gear S1. Both the first, the second and the third embodiment of a transmission agree in the structure described here.
Im ersten Ausführungsbeispiel weist das Getriebe
Das erste Getriebe
Bei Stillstand, also einer Geschwindigkeit Null, ist es möglich, durch Schließen der Bremse B1 die Antriebswelle AN2 in positiver Drehrichtung und die Antriebswelle AN1 in entsprechend negativer Drehrichtung anzutreiben. Bei Betrieb des Verbrennungsmotors mit positivem Drehmoment wird ein entsprechendes negatives Drehmoment auf den Elektromotor übertragen. Auf dieses Weise ist es möglich, eine mit dem Elektromotor verbundene Batterie (nicht gezeigt) zu laden. Zum Anfahren wird mittels des Elektromotors das anliegende Drehmoment reduziert und somit das negative Drehmoment Richtung Null verschoben. Der Elektromotor übt ein positives Drehmoment aus während er weiterhin eine negative Geschwindigkeit hat, was heißt, dass der Elektromotor weiterhin die Batterie lädt während die Abtriebswelle sich in positiver Drehrichtung bewegt und damit das Fahrzeug anfährt. Der erste ICE-Gang wird erreicht, wenn die Geschwindigkeit des Elektromotors den Wert Null erreicht hat – der erste ICE-Gang ist damit ein virtueller Gang. Dieser Betriebsmodus ist besonders vorteilhaft für Start-Stopp-Fahrten in der Stadt mit einem geringen Ladungszustand der Batterie. Ein Antriebsstrang mit einem solchen Getriebe ermöglicht ein Anfahren und ein Laden der Batterie bei niedrigen Geschwindigkeiten ohne eine Anfahrkupplung. At standstill, ie a zero speed, it is possible to drive by closing the brake B1, the drive shaft AN2 in the positive direction of rotation and the drive shaft AN1 in a corresponding negative direction of rotation. During operation of the internal combustion engine with positive torque, a corresponding negative torque is transmitted to the electric motor. In this way, it is possible to charge a battery (not shown) connected to the electric motor. To start is reduced by means of the electric motor, the applied torque and thus shifted the negative torque towards zero. The electric motor exerts a positive torque while continuing to have a negative speed, which means that the electric motor continues to charge the battery while the output shaft is moving in the positive direction of rotation and thus the vehicle is starting. The first ICE gear is reached when the speed of the electric motor has reached zero - the first ICE gear is thus a virtual gear. This mode of operation is particularly advantageous for city start-stop trips with a low battery state of charge. A powertrain with such a transmission allows for starting and charging the battery at low speeds without a starting clutch.
Der zweite, dritte und vierte ICE-Gang sind starre Gänge welche parallel betrieben werden können. Bis einschließlich zum vierten ICE-Gang kann das ICE-Übersetzungsverhältnis kontinuierlich über ein Einstellen des Verhältnisses der Geschwindigkeiten des Elektromotors / der Antriebswelle 1 zur Geschwindigkeit des Verbrennungsmotors / der Antriebswelle 2 variiert werden. Ein Fahrzeug kann somit bis zum vierten ICE-Gang im eCVT-Modus betrieben werden. Der vierte, fünfte und sechste ICE-Gang sind starre Gänge mit festen Übersetzungsverhältnissen, bei denen die Kupplung K3 geschlossen ist. Das heißt, dass die erste Antriebswelle AN1 / der Elektromotor und die zweite Antriebswelle AN2 / der Verbrennungsmotor mit derselben Geschwindigkeit laufen. Ab dem vierten ICE-Gang kann das Fahrzeug in einem parallelen Hybridmodus mit hohen Übersetzungsverhältnissen betrieben werden, die vorteilhaft für ein Fahren mit hoher Geschwindigkeit sind. The second, third and fourth ICE gear are rigid gears which can be operated in parallel. Up to and including the fourth ICE gear, the ICE gear ratio can be varied continuously by adjusting the ratio of the speeds of the electric motor /
Das Getriebe ermöglicht es, dass ein Antriebstrang, in dem das Getriebe eingesetzt ist, allein über den Elektromotor betrieben werden kann. Die entsprechenden Schaltzustände „EM Gear“ sind in der
Ein Rückwärtsgang kann im rein elektrischen Betrieb durch ein Betrieb des Elektromotors in negativer Drehrichtung im ersten EM-Gang erreicht werden. Alternativ kann ein Rückwärtsgang durch Schließen der Kupplungen K1 und K2 und der dritten Bremse B3 realisiert werden. In dieser Variante sind sowohl Verbrennungsmotor als auch Elektromotor im Betrieb, was besonders vorteilhaft ist, wenn das Fahrzeug an einem steilen Hang, mit einem Anhänger oder bei niedrigem Ladungszustand der Batterie rückwärtsfahren soll. A reverse gear can be achieved in purely electrical operation by operating the electric motor in the negative direction of rotation in the first EM-gear. Alternatively, a reverse gear can be realized by closing the clutches K1 and K2 and the third brake B3. In this variant, both the internal combustion engine and the electric motor are in operation, which is particularly advantageous when the vehicle is to drive backwards on a steep slope, with a trailer or in the low state of charge of the battery.
Das zweite Getriebe
Das dritte Getriebe
Damit entfallen beim dritten Getriebe der Lastgang, der sechste ICE-Gang und der dritte EM-Gang. Der erste ICE-Gang ist ein virtueller Gang, wie im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Der Rückwärtsgang kann in einem rein elektrischen Betrieb durch eine negative Geschwindigkeit des Elektromotors / der Antriebswelle AN1 und durch Schließen der Bremsen B1 und B2 realisiert werden. Durch Schließen der ersten Kupplung K1 kann der Rückwärtsgang durch den Verbrennungsmotor / Antriebswelle AN2 in einem Parallelmodus betrieben werden. This eliminates the third gear, the load gear, the sixth ICE gear and the third EM gear. The first ICE gear is a virtual gear as described in the first embodiment. The reverse gear can be realized in a purely electrical operation by a negative speed of the electric motor / the drive shaft AN1 and by closing the brakes B1 and B2. By closing the first clutch K1, the reverse gear can be operated by the engine / drive shaft AN2 in a parallel mode.
Der erste, zweite und dritte ICE-Gang sind starre Gänge. Diese können im Parallelmodus betrieben werden. Damit können die Übersetzungsverhältnisse, wie im ersten Getriebe, kontinuierlich variiert werden. Der erste, zweite und dritte ICE-Gang kann auf zwei Weisen realisiert werden, abhängig davon, ob ein Start im eCVT-Betriebsmodus (ICE-Gänge 1a, 2a, 3a) oder im rein elektrischen Betrieb (ICE-Gänge 1b, 2b, 3b) erfolgt. Die Gänge 1a, 2a und 3a werden betrieben wenn im eCVT-Modus gestartet wird. Im rein elekrischen Betrieb lässt sich der Verbrennungsmotor IC in drei verschiedene Zwischengänge schalten, 1b 2b und 3b. Der EM-Gang ist in den drei Fällen immer der erste EM Gang. Damit lässt sich bei ICE-Neustart der Verbrennungsmotor in verschiedenen Gängen starten. Die 1b 2b und 3b sind Zwischengänge, weil sie im Parallelmodus nicht gefahren werden, sie werden nur beim ICE-Neustart im elektrischen Betrieb verwendet. Der zweite ICE-Gang 2a kann direkt vom ersten ICE-Gang 1b geschaltet werden, der dritte ICE-Gang 3a direkt vom zweiten ICE-Gang 2b, und der dritte ICE-Gang 3b ist direkt vom vierten ICE-Gang oder vom zweiten EM-Gang schaltbar. Der vierte und fünfte ICE-Gang sind für beide Modi gleich und geeignet für parallelen Hybridbetrieb bei hohen Geschwindigkeiten. Obwohl das dritte Getriebe im Vergleich zum ersten Getriebe weniger Zahnräder hat, ist es sehr vielseitig und bietet mehrere parallele Betriebsmodi abhängig vom Anfahrtsmodus. Es werden fünf Schaltelemente eingesetzt, und es gibt einen ICE-Rückwärtsgang. The first, second and third ICE gears are rigid gears. These can be operated in parallel mode. Thus, the transmission ratios, as in the first transmission, can be varied continuously. The first, second and third ICE gear can be realized in two ways, depending on whether a start in the eCVT operating mode (ICE gears 1a, 2a, 3a) or in the purely electric mode (ICE gears 1b, 2b, 3b ) he follows. The
Das vierte Ausführungsbeispiels ist eine Variante des in
Das erste, zweite und dritte Getriebe sind vorteilhafterweise Komponente eines jeweiligen Antriebsstranges eines Fahrzeugs (nicht gezeigt). Der Antriebsstrang umfasst neben dem Getriebe einen mit der ersten Antriebswelle verbundenen Elektromotor und einen mit der zweiten Antriebswelle verbundenen Verbrennungsmotor. The first, second and third transmissions are advantageously components of a respective drive train of a vehicle (not shown). The drive train comprises, in addition to the transmission, an electric motor connected to the first drive shaft and an internal combustion engine connected to the second drive shaft.
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DE102017121418.6A Pending DE102017121418A1 (en) | 2016-09-28 | 2017-09-15 | Transmission for a hybrid powertrain of a vehicle |
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