DE102017128864B3 - Stufenlosgetriebe zur kontinuierlichen Variation eines Übersetzungsverhältnisses in einem Hybrid-Antrieb und entsprechender Hybrid-Antrieb - Google Patents

Stufenlosgetriebe zur kontinuierlichen Variation eines Übersetzungsverhältnisses in einem Hybrid-Antrieb und entsprechender Hybrid-Antrieb Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Stufenlosgetriebe (18) zur kontinuierlichen Variation eines Übersetzungsverhältnisses in einem Hybrid-Antrieb (10) eines Kraftfahrzeugs. Es ist vorgesehen, dass das Stufenlosgetriebe (18) eine eingangsseitige Anordnung aus einer Eingangswelle (34, 74) und einem Eingangskegelscheibensatz (20) zum Einleiten eines Drehmoments einer Brennkraftmaschine (12), eine ausgangsseitige Anordnung aus einem Ausgangskegelscheibensatz (24) und einer Ausgangswelle (46) zum Ausleiten eines Ausgangsdrehmoments, ein den Eingangskegelscheibensatz (20) mit dem Ausgangskegelscheibensatz (24) koppelndes Umschlingungsmittel (22) und zumindest eine eingangsseitige und/oder ausgangsseitige Stelleinrichtung zum Verstellen des Übersetzungsverhältnisses durch axiales Verlagern einer Kegelscheibe (38, 66) des entsprechenden Kegelscheibensatzes (20, 24) aufweist, wobei die Stelleinrichtung ihrerseits eine Aktoreinrichtung (42, 70) zum Verlagern der entsprechenden Kegelscheibe (38, 66), eine elektrischen Maschine (14, 16) zum Antrieb dieser Aktoreinrichtung (42, 70), sowie eine Umschalteinrichtung (48, 76) aufweist, die eingerichtet ist, wahlweise einen Drehmomentfluss zwischen der entsprechenden elektrischen Maschine (14, 16) und der entsprechenden Aktoreinrichtung (42) oder zwischen dieser elektrischen Maschine (14, 16) und der entsprechenden Eingangs- oder Ausgangswelle (46, 74) zu ermöglichen.Die Erfindung betrifft weiterhin einen entsprechenden Hybrid-Antrieb (10) für ein Kraftfahrzeug.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Stufenlosgetriebe zur kontinuierlichen Variation eines Übersetzungsverhältnisses in einem Hybrid-Antrieb sowie einen entsprechenden Hybrid-Antrieb für ein Kraftfahrzeug.
  • Die Druckschrift US 6 302 227 B1 beschreibt einen Hybridantrieb für ein Kraftahrzeug, mit einer Brennkraftmaschine, einer elektrischen Maschine, einem nachgeschalteten Umschaltgetriebe zum Umschalten zwischen Vorwärts- und Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs und einem dem Umschaltgetriebe nachgeschalteten stufenlos verstellbaren Getriebe mit einem Eingangskegelscheibensatz, einem Ausgangskegelscheibensatz und einem den Eingangskegelscheibensatz mit dem Ausgangskegelscheibensatz koppelnden Umschlingungsmittel.
  • Aus der DE 10 2017 104 668 A1 ist ein Kegelscheibenumschlingungsgetriebe bekannt, dessen bewegliche Kegelscheibenhälften mittels eines Elektromotors mit zwischengeschaltetem Getriebe bewegt werden können.
  • Die DE 10 2007 043 780 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Variatorverstellung eines stufenlosen Umschlingungsgetriebes, wobei die Anpresskraft mittels hydraulischer Zylinder gleicher Kolbenfläche für beide Seiten aufgebracht wird. Eine Variatorseite weist einen elektrischen Aktuator mit einer Verstellspindel und selbsthemmendem Gewinde zur Variatorverstellung auf, wobei der Aktuator in eine Richtung als Elektromotor und in die andere Richtung als Generator wird.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung ein Stufenlosgetriebe zur kontinuierlichen Variation eines Übersetzungsverhältnisses in einem Hybrid-Antrieb und einen entsprechenden Hybrid-Antrieb anzugeben, die effektiv ausgestaltet sind und bei denen sich eine große Zahl von sinnvollen Betriebsmodi ergibt.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Stufenlosgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einen Hybrid-Antrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
  • Erfindungsgemäß ist ein Stufenlosgetriebe zur kontinuierlichen Variation eines Übersetzungsverhältnisses in einem Hybrid-Antrieb eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, mit (i) einer eingangsseitigen Anordnung aus einer Eingangswelle und einem Eingangskegelscheibensatz zum Einleiten eines Drehmoments einer Brennkraftmaschine, (ii) einer ausgangsseitigen Anordnung aus einem Ausgangskegelscheibensatz und einer Ausgangswelle zum Ausleiten eines Ausgangsdrehmoments, (iii) einem den Eingangskegelscheibensatz mit dem Ausgangskegelscheibensatz koppelnden Umschlingungsmittel und (iv) zumindest einer eingangsseitigen und/oder ausgangsseitigen Stelleinrichtung zum Verstellen des Übersetzungsverhältnisses durch axiales Verlagern einer Kegelscheibe des entsprechenden Kegelscheibensatzes, wobei die Stelleinrichtung eine Aktoreinrichtung zum Verlagern der entsprechenden Kegelscheibe, eine elektrischen Maschine zum Antrieb dieser Aktoreinrichtung, sowie eine Umschalteinrichtung aufweist, die eingerichtet ist, wahlweise einen Drehmomentfluss zwischen der entsprechenden elektrischen Maschine und der entsprechenden Aktoreinrichtung oder zwischen dieser elektrischen Maschine und der entsprechenden Eingangs- oder Ausgangswelle zu ermöglichen. Mit anderen Worten kann eine elektrische Maschine, die zum Verlagern einer Kegelscheibe über eine Aktoreinrichtung genutzt wird, nun auch als Antriebsmaschine beziehungsweise Generator im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs genutzt werden. Zusammen mit der Brennkraftmaschine ergibt sich ein Hybrid-Antrieb, der eine Vielzahl an bekannten Betriebsmodi aufweist.
  • Das Stufenlosgetriebe, auch als CVT-Getriebe („CVT“ = continuously variable transmission) bezeichnet, kann durch eine Veränderung des axialen Abstands einer eingangsseitigen Kegelscheibe zur korrespondierend ausgestalteten eingangsseitigen Gegenscheibe und eine korrespondierende Veränderung des axialen Abstands einer ausgangsseitigen Kegelscheibe zur korrespondierend ausgestalteten ausgangsseitigen Gegenscheibe das Übersetzungsverhältnis und damit das übertragene Drehmoment und die übertragene Drehzahl stufenlos ändern. Das minimale und das maximale Übersetzungsverhältnis des Stufenlosgetriebes sind durch den minimalen und den maximalen wirksamen Durchmesser des eingangsseitigen und ausgangsseitigen Kegelscheibensatzes an dem Umschlingungsmittel definiert. Die Welle des eingangsseitigen Kegelscheibensatzes kann mit einer Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors gekoppelt sein oder die Antriebswelle ausbilden. Die Welle des ausgangsseitigen Kegelscheibensatzes kann mit einer Abtriebswelle zum Antrieb eines oder mehrerer Antriebsräder eines Kraftfahrzeugs gekoppelt sein oder die Abtriebswelle ausbilden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Umschalteinrichtung der ausgangsseitigen Stelleinrichtung ein insbesondere als Planetengetriebe ausgestaltetes Getriebe, eine erste schaltbare Kupplung zur wahlweisen Kopplung der Welle des Ausgangskegelscheibensatzes mit der Ausgangswelle und eine zweite schaltbare Kupplung zur wahlweisen Kopplung der ausgangsseitigen elektrischen Maschine mit der Aktoreinrichtung oder der Ausgangswelle auf.
  • Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass die erste Kupplung zwischen der Welle des Ausgangskegelscheibensatzes und dem Planetenträger des Planetengetriebes und die zweite Kupplung zwischen dem Hohlrad des Planetengetriebes und einem gehäusefesten Teil der Umschalteinrichtung zwischengeschaltet ist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Umschalteinrichtung der eingangsseitigen Stelleinrichtung ein Getriebe, insbesondere Planetengetriebe, eine dritte schaltbare Kupplung zur wahlweisen Kopplung der Eingangswelle mit einer Welle des Eingangskegelscheibensatzes und eine vierte schaltbare Kupplung zur wahlweisen Kopplung der eingangsseitigen elektrischen Maschine mit der Aktoreinrichtung oder der Eingangswelle aufweist.
  • Insbesondere ist dabei die dritte Kupplung zwischen der Welle des Eingangskegelscheibensatzes und dem Planetenträger des Planetengetriebes und die vierte Kupplung zwischen dem Hohlrad des Planetengetriebes und einem gehäusefesten Teil der Umschalteinrichtung zwischengeschaltet.
  • Vorzugsweise ist die ausgangsseitige elektrische Maschine und/oder die eingangsseitige elektrische Maschine sowohl motorisch als auch generatorisch betreibbar.
  • Dadurch ergeben sich bei entsprechender elektrischer Verschaltung besonders viele Betriebsmodi des entsprechenden Hybrid-Antriebs.
  • Die Erfindung betrifft ferner einen Hybrid-Antrieb für ein Kraftfahrzeug. Dieser Hybrid-Antrieb umfasst eine Brennkraftmaschine, mindestens eine elektrische Maschine und ein Stufenlosgetriebe, wobei eine Abtriebswelle der Brennkraftmaschine zur Drehmomentübertragung mit einer Eingangswelle des Stufenlosgetriebes wahlweise verbindbar oder permanent verbunden ist. Es ist vorgesehen, dass das Stufenlosgetriebe als vorstehend genanntes Stufenlosgetriebe ausgebildet ist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine zwischen der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine und der Eingangswelle des Stufenlosgetriebes zwischengeschaltete schaltbare Kupplung, insbesondere eine Trennkupplung, vorgesehen. Bei dieser Ausgestaltung ist somit die Abtriebswelle der Brennkraftmaschine zur Drehmomentübertragung mit der Eingangswelle des Stufenlosgetriebes wahlweise verbindbar.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Hybrid-Antrieb weiterhin eine wiederaufladbare Batterie auf, die an die elektrische Maschine oder zumindest eine der elektrischen Maschinen elektrisch angeschlossen ist. Eine solche Batterie ermöglicht einen rein elektrischen Antrieb, Rekuperation, etc.
  • Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
    • 1: ein schematisches Prinzipschaltbild eines ein Stufenlosgetriebe aufweisenden Hybrid-Antriebs für ein Kraftfahrzeug gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform,
    • 2: den in 1 gezeigte Hybrid-Antrieb im seriellen Hybrid-Modus,
    • 3: den in 1 gezeigte Hybrid-Antrieb im parallelen Hybrid-Modus,
    • 4: den in 1 gezeigte Hybrid-Antrieb im rein elektrischen Antriebmodus,
    • 5: den in 1 gezeigte Hybrid-Antrieb im Rekuperations-Bremsmodus,
    • 6: ein schematisches Prinzipschaltbild des Hybrid-Antriebs für ein Kraftfahrzeug gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform,
    • 7: den in 6 gezeigte Hybrid-Antrieb im seriellen Hybrid-Modus,
    • 8: den in 6 gezeigte Hybrid-Antrieb im parallelen Hybrid-Modus,
    • 9: den in 6 gezeigte Hybrid-Antrieb im rein elektrischen Antriebmodus und
    • 10: den in 6 gezeigte Hybrid-Antrieb im Rekuperations-Bremsmodus.
  • Der in 1 dargestellte Hybrid-Antrieb 10 für ein Kraftfahrzeug weist eine Brennkraftmaschine (ICE: internal combustion engine), zwei elektrische Maschinen 14, 16 sowie ein Stufenlosgetriebe 18 auf. Dieses Stufenlosgetriebe 18 umfasst seinerseits einen Eingangskegelscheibensatz 20, ein Umschlingungsmittel 22 sowie einen Ausgangskegelscheibensatz 24. Es ergibt sich ein entsprechender Antriebsstrang, bei dem ein resultierendes Drehmoment vom Stufenlosgetriebe 18 über ein Differenzialgetriebe 26 an die Antriebsräder 28 abgegeben wird, wobei hier in der Darstellung nur eines der Antriebsräder 28 dargestellt ist. Jede der elektrischen Maschinen 14, 16 ist als elektromotorisch und/oder generatorisch betreibbare Maschine ausgebildet. Bezogen auf die Ein- und Ausgangsseite des Stufenlosgetriebes 18 ist die eine elektrische Maschine 16 eingangsseitig und die andere elektrische Maschine 14 ausgangsseitig angeordnet. Sie werden daher im Folgenden als eingangsseitige elektrische Maschine 16 und ausgangsseitige elektrische Maschine 14 bezeichnet.
  • Die Abtriebswelle 30 der Brennkraftmaschine 12 ist über ein Zahnradgetriebe an die eingangsseitige elektrische Maschine 16 gekoppelt, die beispielsweise als Startergenerator ausgebildet ist. Weiterhin ist die Abtriebswelle 30 der Brennkraftmaschine 12 über eine schaltbare Kupplung 32 an eine Eingangswelle 34 des Stufenlosgetriebes 18 koppelbar, die in dieser vereinfachten Darstellung eine Welle des Eingangskegelscheibensatzes 20 bildet. In der Regel wird der Eingangskegelscheibensatz 20 mittels einer Spanneinrichtung 36 so vorgespannt, dass das Umschlingungsmittel 22 hinreichend straff gespannt ist um die gewünschte Drehmomentübertragung zwischen den beiden Kegelscheibensätzen zu gewährleisten. Das Umschlingungsmittel 22 kann dabei eine Kette, ein Riemen, etc. sein.
  • Bei dem in 1 gezeigten Stufenlosgetriebe 18 kann das Übersetzungsverhältnis durch axiales Verlagern einer Kegelscheibe 38 des Ausgangskegelscheibensatzes 24 relativ zur anderen Kegelscheibe 40 dieses Kegelscheibensatzes 24 - im Wesentlichen kontinuierlich - variiert werden. Dazu weist das Stufenlosgetriebe 18 eine Aktoreinrichtung 42 zum Verlagern der entsprechenden Kegelscheibe 38 auf einer Welle 44 des Ausgangskegelscheibensatzes auf. Diese Welle 44 bildet zusammen mit einer Ausgangswelle 46 des Stufenlosgetriebes 18 eine Hohlwellenanordnung, wobei die Ausgangswelle 46 die innere Welle und die Welle 44 des Ausgangskegelscheibensatzes 24 die äußere Welle bildet. Weiterhin ist eine Umschalteinrichtung 48 vorgesehen, die eingerichtet ist, einerseits einen Drehmomentfluss zwischen der ausgangsseitigen elektrischen Maschine 14 und der Aktoreinrichtung 42 oder alternativ zwischen dieser elektrischen Maschine 14 und der Ausgangswelle 46 zu ermöglichen. Die Umschalteinrichtung 48 weist ein Planetengetriebe 50 auf, welches ein Sonnenrad 52, einen Planetenträger 54, darauf angeordnete und mit dem Sonnenrad 52 kämmende Planetenräder sowie ein mit den Planetenrädern kämmendes Hohlrad 56 umfasst. Eine An-/Abtriebswelle der elektrischen Maschine 14 ist (dreh-)fest mit dem Sonnenrad 52 verbunden. Eine erste schaltbare Kupplung 58 ist zwischen der Welle 44 des Ausgangskegelscheibensatzes 24 und dem mit der Ausgangswelle 46 verbundenen Planetenträger 54 zwischengeschaltet. Eine zweite schaltbare Kupplung 60 ist zwischen dem Hohlrad 56 und einem gehäusefesten Teil 62 der Umschalteinrichtung 48 angeordnet/ausgebildet. Die ausgangsseitige elektrische Maschine 14 kann also sowohl als Antriebsmaschine für den Hybrid-Antrieb 10 als auch als Stellmotor für die Aktoreinrichtung 42 dienen. Sie kann daher als Teil des Stufenlosgetriebes 18 angesehen werden.
  • In den 2 bis 5 werden unterschiedliche Betriebsmodi des Hybrid-Antriebs 10 gezeigt. Entscheidend bei einem solchen Hybrid-Antrieb 10 mit mindestens einer als Antriebsmaschine genutzten elektrischen Maschine 14, 16 ist das Vorhandensein eines entsprechenden elektrischen Energiespeichers. Im gezeigten Beispiel ist dieser elektrische Energiespeicher eine wiederaufladbare Batterie 64, also ein Akkumulator, an den die elektrischen Maschinen 14, 16 über ein nicht gezeigtes Steuergerät elektrisch angeschlossen sind. Die entsprechenden elektrischen Verbindungen sind in den Figuren nicht eingezeichnet, entsprechende Pfeile sollen jedoch den Stromfluss bei den einzelnen Betriebsmodi beschreiben.
  • Die 2 zeigt den Hybrid-Antrieb 10 in einem ersten Betriebsmodus, bei dem er als serieller Hybrid-Antrieb arbeitet. Bei einem seriellen Hybridantrieb mit Brennkraftmaschine 12 und elektrischer Maschine 14, 16 als Antriebsmaschinen hat die Brennkraftmaschine 12 keinerlei mechanische Verbindung zum eigentlichen Antriebsstrang. Dies wird im Beispiel der 2 durch die geöffnete schaltbare Kupplung 32 realisiert. Die Brennkraftmaschine 12 treibt über das Zahnradgetriebe lediglich die eingangsseitige elektrische Maschine 16 an, die in diesem ersten Betriebsmodus generatorisch betrieben wird und elektrische Energie zur elektrischen Energieversorgung der ausgangsseitigen elektrischen Maschine 14 produziert (Pfeil), die hier als Antriebsmaschine fungiert. In Fahrsituationen der Kraftfahrzeugs, bei denen keine elektrische Energie für den Antriebsstrang benötigt wird, kann die elektrische Energie auch in die Batterie 64 eingespeist werden.
  • Die ausgangsseitige elektrische Maschine 14 ist über die Umschalteinrichtung 48 mit der Ausgangswelle 46 des Stufenlosgetriebes 18 verbunden. Dazu ist die erste schaltbare Kupplung 58 geöffnet und die zweite schaltbare Kupplung 60 geschlossen. Es ergibt sich ein (als gestrichelter Pfeil dargestellter) Drehmomentübertragungspfad von der An-/Abtriebswelle der ausgangsseitigen elektrischen Maschine 14 über das Sonnenrad 52 die Planetenräder und den Planetenträger 54 zur Ausgangswelle 46. Von dort ergibt sich der weitere Pfad bei dem das Drehmoment über ein Differenzialgetriebe 26 an die Antriebsräder 28 abgegeben wird. Es ergibt sich das folgende Schaltschema der schaltbaren Kupplungen 32, 58, 60: schaltbare Kupplung 32 offen, erste schaltbare Kupplung 58 offen, zweite schaltbare Kupplung 60 geschlossen.
  • Die 3 zeigt den Hybrid-Antrieb 10 in einem zweiten Betriebsmodus, bei dem er als paralleler Hybrid-Antrieb arbeitet. Bei einem parallelen Hybridantrieb mit Brennkraftmaschine 12 und elektrischer Maschine 16 als Antriebsmaschinen wirken beide Maschinen zugleich auf den Antriebsstrang. Dies wird im Beispiel der 3 durch die geschlossene schaltbare Kupplung 32 realisiert. Hier wirkt die Brennkraftmaschine 12 und die eingangsseitige elektrische Maschine 16 als Antriebsmaschinen auf den Antriebsstrang während die ausgangsseitige elektrische Maschine 14 als Stellmotor für die Aktoreinrichtung 42 fungiert. Beide elektrischen Maschinen 14, 16 werden über die Batterie 64 mit elektrischer Energie versorgt.
  • Das Antriebsmoment von den Antriebsmaschinen 12, 16 wird über die Eingangswelle 34, den Eingangskegelscheibensatz 20, das Umschlingungsmittel 22, den Ausgangskegelscheibensatz 24, dessen Welle 44, die geschlossene erste schaltbare Kupplung 58 und die mit dieser Kupplung verbundene Ausgangswelle 46 geleitet. Die ausgangsseitige elektrische Maschine 14 ist über das Sonnenrad 52, die Planetenräder und das Hohlrad 56 mit einem Stellelement der Aktoreinrichtung 42 verbunden und fungiert daher als Stellmotor für die Aktoreinrichtung 42. Es ergibt sich das folgende Schaltschema der schaltbaren Kupplungen 32, 58, 60: schaltbare Kupplung 32 geschlossen, erste schaltbare Kupplung 58 geschlossen, zweite schaltbare Kupplung 60 offen.
  • Die 4 zeigt den Hybrid-Antrieb 10 in einem dritten Betriebsmodus, bei dem er als rein elektrischer Antrieb arbeitet. Dabei bildet die ausgangsseitige elektrische Maschine 14 die einzige Antriebsmaschine. Anders als beim ersten Betriebsmodus (Parallelhybrid-Modus) wird die ausgangsseitige elektrische Maschine 14 nun durch die Batterie 64 gespeist (Pfeil). Analog zur Situation beim ersten Betriebsmodus ist die ausgangsseitige elektrische Maschine 14 über die Umschalteinrichtung 48 mit der Ausgangswelle 46 des Stufenlosgetriebes 18 verbunden. Dazu ist die erste schaltbare Kupplung 58 geöffnet und die zweite schaltbare Kupplung 60 geschlossen. Es ergibt sich ein (als gestrichelter Pfeil dargestellter) Drehmomentübertragungspfad von der An-/Abtriebswelle der ausgangsseitigen elektrischen Maschine 14 über das Sonnenrad 52 die Planetenräder und den Planetenträger 54 zur Ausgangswelle 46. Von dort ergibt sich der weitere Pfad bei dem das Drehmoment über ein Differenzialgetriebe 26 an die Antriebsräder 28 abgegeben wird. Es ergibt sich das folgende Schaltschema der schaltbaren Kupplungen 32, 58, 60: schaltbare Kupplung 32 offen, erste schaltbare Kupplung 58 offen, zweite schaltbare Kupplung 60 geschlossen.
  • Die 5 zeigt den Hybrid-Antrieb 10 in einem vierten Betriebsmodus, bei dem er als rekuperative Bremse arbeitet. Dabei wird die ausgangsseitige elektrische Maschine 14 als Generator genutzt. Die dadurch gewonnene elektrische Energie wird in der Batterie 64 gespeichert. Es ergibt sich eine Situation analog zum dritten Betriebsmodus, nur mit umgekehrtem Leistungsfluss (gestrichelter Pfeil). Dementsprechend ist auch hier das Schaltschema der schaltbaren Kupplungen 32, 58, 60: schaltbare Kupplung 32 offen, erste schaltbare Kupplung 58 offen, zweite schaltbare Kupplung 60 geschlossen.
  • Die 6 zeigt eine alternative Ausgestaltung des Hybrid-Antriebs 10. Diese stimmt ausgangsseitig mit der in 1 gezeigten Ausgestaltung vollständig überein, sodass im Folgenden nur auf die eingangsseitigen Abweichungen eingegangen wird.
  • Bei dem Stufenlosgetriebe 18 des in 5 gezeigten Hybrid-Antriebs 10 kann nun zusätzlich das Übersetzungsverhältnis auch durch axiales Verlagern einer Kegelscheibe 66 des Eingangskegelscheibensatzes 20 relativ zu einer Gegenkegelscheibe 68 dieses Kegelscheibensatzes 20 - im Wesentlichen kontinuierlich - variiert werden.
  • Dazu weist das Stufenlosgetriebe 18 eine weitere Aktoreinrichtung 70 zum Verlagern der entsprechenden Kegelscheibe 66 auf einer Welle 72 des Eingangskegelscheibensatzes 20 auf. Diese Welle 72 bildet zusammen mit der Eingangswelle 74 des Stufenlosgetriebes 18 eine Hohlwellenanordnung, wobei die Eingangswelle 74 die innere Welle und die Welle 72 des Eingangskegelscheibensatzes 20 die äußere Welle bildet.
  • Weiterhin ist eine Umschalteinrichtung 76 vorgesehen, die eingerichtet ist, einerseits einen Drehmomentfluss zwischen der eingangsseitigen elektrischen Maschine 16 und der Aktoreinrichtung 70 oder alternativ zwischen der Eingangswelle 74 und dieser elektrischen Maschine 16 zu ermöglichen. Die Umschalteinrichtung 76 weist ein Planetengetriebe 78 auf, welches ein Sonnenrad 80, einen Planetenträger 82, daran angeordnete und mit dem Sonnenrad 80 kämmende Planetenräder sowie ein mit den Planetenrädern kämmendes Hohlrad 84 umfasst. Eine An-/Abtriebswelle der elektrischen Maschine 16 ist (dreh-)fest mit dem Sonnenrad 80 verbunden. Eine dritte schaltbare Kupplung 86 ist zwischen der Welle 72 des Eingangskegelscheibensatzes 20 und dem mit der Eingangswelle 74 verbundenen Planetenträger 82 zwischengeschaltet. Eine vierte schaltbare Kupplung 88 ist zwischen dem Hohlrad 84 und einem gehäusefesten Teil 90 der Umschalteinrichtung 78 angeordnet/ausgebildet. Die eingangsseitige elektrische Maschine 16 kann also sowohl als Antriebsmaschine für den Antriebsstrang des Hybrid-Antriebs 10 als auch als Stellmotor für die Aktoreinrichtung 70 dienen. Daher kann sie als Teil des Stufenlosgetriebes 18 angesehen werden.
  • In den 7 bis 10 werden - analog zu den 2 bis 6 - unterschiedliche Betriebsmodi des Hybrid-Antriebs 10 gezeigt.
  • Die 7 zeigt den Hybrid-Antrieb 10 im ersten Betriebsmodus, bei dem er als serieller Hybrid-Antrieb arbeitet. Die Brennkraftmaschine 12 treibt über den Planetenträger 82, die entsprechenden Planetenräder und das mit den Planetenrädern kämmende Sonnenrad 80 lediglich die eingangsseitige elektrische Maschine 16 an, die in diesem ersten Betriebsmodus generatorisch betrieben wird und elektrische Energie zur elektrischen Energieversorgung der ausgangsseitigen elektrischen Maschine 14 produziert (Pfeil), die hier als Antriebsmaschine fungiert. In Fahrsituationen der Kraftfahrzeugs, bei denen keine elektrische Energie für den Antriebsstrang benötigt wird, kann die elektrische Energie auch in die Batterie 64 eingespeist werden.
  • Die ausgangsseitige elektrische Maschine 14 ist über die Umschalteinrichtung 48 mit der Ausgangswelle 46 des Stufenlosgetriebes 18 verbunden. Dazu ist die erste schaltbare Kupplung 58 geöffnet und die zweite schaltbare Kupplung 60 geschlossen. Es ergibt sich ein (als gestrichelter Pfeil dargestellter) Drehmomentübertragungspfad von der An-/Abtriebswelle der ausgangsseitigen elektrischen Maschine 14 über das Sonnenrad 52 die Planetenräder und den Planetenträger 54 zur Ausgangswelle 46. Von dort ergibt sich der weitere Pfad bei dem das Drehmoment über ein Differenzialgetriebe 26 an die Antriebsräder 28 abgegeben wird. Es ergibt sich das folgende Schaltschema der schaltbaren Kupplungen 58, 60, 86, 88: erste schaltbare Kupplung 58 offen, zweite schaltbare Kupplung 60 geschlossen, dritte schaltbare Kupplung 86 offen, vierte schaltbare Kupplung 88 geschlossen.
  • Die 8 zeigt den Hybrid-Antrieb 10 im zweiten Betriebsmodus, bei dem er als paralleler Hybrid-Antrieb arbeitet. Bei einem parallelen Hybridantrieb mit Brennkraftmaschine 12 und elektrischer Maschine 16 als Antriebsmaschinen wirken beide Maschinen zugleich auf den Antriebsstrang. Es ergibt sich das folgende Schaltschema der schaltbaren Kupplungen 58, 60, 86, 88: erste schaltbare Kupplung 58 geschlossen, zweite schaltbare Kupplung 60 offen, dritte schaltbare Kupplung 86 geschlossen, vierte schaltbare Kupplung 88 offen.
  • Die 9 zeigt den Hybrid-Antrieb 10 im dritten Betriebsmodus, bei dem er als rein elektrischer Antrieb arbeitet. Dabei bildet die ausgangsseitige elektrische Maschine 14 die einzige Antriebsmaschine. Anders als beim ersten Betriebsmodus (Parallelhybrid-Modus) wird die ausgangsseitige elektrische Maschine 14 nun durch die Batterie 64 gespeist. Analog zur Situation beim ersten Betriebsmodus ist die ausgangsseitige elektrische Maschine 14 über die Umschalteinrichtung 48 mit der Ausgangswelle 46 des Stufenlosgetriebes 18 verbunden. Dazu ist die erste schaltbare Kupplung 58 geöffnet und die zweite schaltbare Kupplung 60 geschlossen. Es ergibt sich ein (als gestrichelter Pfeil dargestellter) Drehmomentübertragungspfad von der An-/Abtriebswelle der ausgangsseitigen elektrischen Maschine 14 über das Sonnenrad 52 die Planetenräder und den Planetenträger 54 zur Ausgangswelle 46. Von dort ergibt sich der weitere Pfad bei dem das Drehmoment über ein Differenzialgetriebe 26 an die Antriebsräder 28 abgegeben wird. Es ergibt sich das folgende Schaltschema der schaltbaren Kupplungen 58, 60, 86, 88: erste schaltbare Kupplung 58 offen, zweite schaltbare Kupplung 60 geschlossen, dritte schaltbare Kupplung 86 offen, vierte schaltbare Kupplung 88 geschlossen.
  • Die 10 zeigt schließlich den Hybrid-Antrieb 10 im vierten Betriebsmodus, bei dem er als rekuperative Bremse arbeitet. Dabei wird die ausgangsseitige elektrische Maschine 14 als Generator genutzt. Die dadurch gewonnene elektrische Energie wird in der Batterie 64 gespeichert. Es ergibt sich eine Situation analog zum dritten Betriebsmodus, nur mit umgekehrtem Leistungsfluss (gestrichelter Pfeil). Dementsprechend ist auch hier das Schaltschema der schaltbaren Kupplungen 58, 60, 86, 88: erste schaltbare Kupplung 58 offen, zweite schaltbare Kupplung 60 geschlossen, dritte schaltbare Kupplung 86 offen, vierte schaltbare Kupplung 88 geschlossen.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Hybrid-Antrieb
    12
    Brennkraftmaschine
    14
    ausgangsseitige elektrische Maschine
    16
    eingangsseitige elektrische Maschine
    18
    Stufenlosgetriebe
    20
    Eingangskegelscheibensatz
    22
    Umschlingungsmittel
    24
    Ausgangskegelscheibensatz
    26
    Differenzialgetriebe
    28
    Antriebsrad
    30
    Abtriebswelle (Brennkraftmaschine)
    32
    schaltbare Kupplung
    34
    Eingangswelle (Stufenlosgetriebe)
    36
    Spanneinrichtung
    38
    Kegelscheibe
    40
    Gegenkegelscheibe
    42
    Aktoreinrichtung
    44
    Welle des Ausgangskegelscheibensatzes
    46
    Ausgangswelle (Stufenlosgetriebe)
    48
    Umschalteinrichtung
    50
    Planetengetriebe
    52
    Sonnenrad
    54
    Planetenträger
    56
    Hohlrad
    58
    erste schaltbare Kupplung
    60
    zweite schaltbare Kupplung
    62
    gehäusefestes Teil (Umschalteinrichtung)
    64
    wiederaufladbare Batterie
    66
    Kegelscheibe
    68
    Gegenkegelscheibe
    70
    Aktoreinrichtung
    72
    Welle des Eingangskegelscheibensatzes
    74
    Eingangswelle (Stufenlosgetriebe)
    76
    weitere Umschalteinrichtung
    78
    Planetengetriebe
    80
    Sonnenrad
    82
    Planetenträger
    84
    Hohlrad
    86
    dritte schaltbare Kupplung
    88
    vierte schaltbare Kupplung
    90
    gehäusefestes Teil (weitere Umschalteinrichtung)

Claims (10)

  1. Stufenlosgetriebe (18) zur kontinuierlichen Variation eines Übersetzungsverhältnisses in einem Hybrid-Antrieb (10) eines Kraftfahrzeugs, mit einer eingangsseitigen Anordnung aus einer Eingangswelle (34, 74) und einem Eingangskegelscheibensatz (20) zum Einleiten eines Drehmoments einer Brennkraftmaschine (12), einer ausgangsseitigen Anordnung aus einem Ausgangskegelscheibensatz (24) und einer Ausgangswelle (46) zum Ausleiten eines Ausgangsdrehmoments, einem den Eingangskegelscheibensatz (20) mit dem Ausgangskegelscheibensatz (24) koppelnden Umschlingungsmittel (22) und zumindest einer eingangsseitigen und/oder ausgangsseitigen Stelleinrichtung zum Verstellen des Übersetzungsverhältnisses durch axiales Verlagern einer Kegelscheibe (38, 66) des entsprechenden Kegelscheibensatzes (20, 24), wobei die Stelleinrichtung eine Aktoreinrichtung (42, 70) zum Verlagern der entsprechenden Kegelscheibe (38, 66), eine elektrische Maschine (14, 16) zum Antrieb dieser Aktoreinrichtung (42, 70), sowie eine Umschalteinrichtung (48, 76) aufweist, die eingerichtet ist, wahlweise einen Drehmomentfluss zwischen der entsprechenden elektrischen Maschine (14, 16) und der entsprechenden Aktoreinrichtung (42) oder zwischen dieser elektrischen Maschine (14, 16) und der entsprechenden Eingangs- oder Ausgangswelle (46, 74) zu ermöglichen.
  2. Stufenlosgetriebe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinrichtung (48) der ausgangsseitigen Stelleinrichtung ein Planetengetriebe (50), eine erste schaltbare Kupplung (58) zur wahlweisen Kopplung einer Welle (44) des Ausgangskegelscheibensatzes (24) mit der Ausgangswelle (46) und eine zweite schaltbare Kupplung (60) zur wahlweisen Kopplung der ausgangsseitigen elektrischen Maschine (14) mit der Aktoreinrichtung (42) oder der Ausgangswelle (46) aufweist.
  3. Stufenlosgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kupplung (58) zwischen der Welle (44) des Ausgangskegelscheibensatzes (24) und einem Planetenträger (54) des Planetengetriebes (50) und die zweite Kupplung (60) zwischen einem Hohlrad (56) des Planetengetriebes (50) und einem gehäusefesten Teil (62) der Umschalteinrichtung (48) zwischengeschaltet ist.
  4. Stufenlosgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinrichtung (76) der eingangsseitigen Stelleinrichtung ein Planetengetriebe (78), eine dritte schaltbare Kupplung (86) zur wahlweisen Kopplung der Eingangswelle (74) mit einer Welle (72) des Eingangskegelscheibensatzes (20) und eine vierte schaltbare Kupplung (88) zur wahlweisen Kopplung der eingangsseitigen elektrischen Maschine (16) mit der Aktoreinrichtung (70) oder der Eingangswelle (74) aufweist.
  5. Stufenlosgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Kupplung (86) zwischen der Welle (72) des Eingangskegelscheibensatzes (20) und einem Planetenträger (82) des Planetengetriebes (78) und die vierte Kupplung (88) zwischen einem Hohlrad (84) des Planetengetriebes (78) und einem gehäusefesten Teil (90) der Umschalteinrichtung (76) zwischengeschaltet ist.
  6. Stufenlosgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgangsseitige elektrische Maschine (14) sowohl motorisch als auch generatorisch betreibbar ist.
  7. Stufenlosgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die eingangsseitige elektrische Maschine (16) sowohl motorisch als auch generatorisch betreibbar ist.
  8. Hybrid-Antrieb (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Brennkraftmaschine (12), mindestens einer elektrischen Maschine (14, 16) und einem Stufenlosgetriebe (18), wobei eine Abtriebswelle (30) der Brennkraftmaschine (12) zur Drehmomentübertragung mit einer Eingangswelle (34, 74) des Stufenlosgetriebes (18) wahlweise verbindbar oder permanent verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Stufenlosgetriebe (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist.
  9. Hybrid-Antrieb (10) nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine zwischen der Abtriebswelle (30) der Brennkraftmaschine (12) und der Eingangswelle (34, 74) des Stufenlosgetriebes (18) zwischengeschalteten schaltbaren Kupplung (32).
  10. Hybrid-Antrieb (10) nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch eine wiederaufladbare Batterie (64), die an die elektrische Maschine (14) oder zumindest eine der elektrischen Maschinen (14, 16) elektrisch angeschlossen ist.
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US6302227B1 (en) 1999-01-29 2001-10-16 Mitsubishi Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha Hybrid powered vehicle
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