DE102019123544A1 - Antriebsstrangeinheit mit elektrischer Maschine und Verbrennungskraftmaschine; sowie Verfahren zum Betreiben einer Antriebsstrangeinheit - Google Patents

Antriebsstrangeinheit mit elektrischer Maschine und Verbrennungskraftmaschine; sowie Verfahren zum Betreiben einer Antriebsstrangeinheit Download PDF

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Götz Rathke
Markus Baehr
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine hybridisierte Antriebsstrangeinheit (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einer eine elektrische Maschine (2) aufweisenden ersten Teileinheit (3) und einer eine Verbrennungskraftmaschine (4) sowie ein der Verbrennungskraftmaschine (4) nachgeschaltetes Lastschaltgetriebe (5) aufweisenden zweiten Teileinheit (6), wobei die beiden Teileinheiten (3, 6) ausgangsseitig über ein gemeinsames Planetengetriebe (7), dessen Hohlrad (8) mit einem Getriebeausgang (9) des Lastschaltgetriebes (5) verbunden ist, mit einem Abtrieb (10) gekoppelt sind. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben dieser Antriebsstrangeinheit (1).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine hybridisierte Antriebsstrangeinheit mit einer elektrischen Maschine (Antriebsmaschine) sowie einer Verbrennungskraftmaschine, wobei die Antriebsstrangeinheit für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug, wie einem Pkw, Lkw, Bus oder sonstigen Nutzfahrzeug, ausgebildet ist. Auch betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben dieser Antriebsstrangeinheit.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Antriebsstrangeinheit zur Verfügung zu stellen, die einen möglichst schleppverlustfreien Antrieb in einem rein elektrischen Antriebsmodus erlaubt und zugleich möglichst kompakt, vor allem axial kurzbauend, realisiert ist. Zugleich soll es möglich sein, ein durch die Verbrennungskraftmaschine erzeugtes, relativ hohes Moment an den Abtrieb zu übertragen. Auch sollte ein Standladen ermöglicht sein.
  • Dies wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Demnach ist eine hybride / hybridisierte Antriebsstrangeinheit für ein Kraftfahrzeug mit einer eine elektrische Maschine aufweisenden ersten Teileinheit und einer eine Verbrennungskraftmaschine sowie ein der Verbrennungskraftmaschine nachgeschaltetes Lastschaltgetriebe aufweisenden zweiten Teileinheit vorgesehen, wobei die beiden Teileinheiten ausgangsseitig / mit ihren Ausgängen über ein gemeinsames Planetengetriebe, dessen / von welchem Planetengetriebe ein Hohlrad zumindest mit einem Getriebeausgang des Lastschaltgetriebes verbunden ist, mit einem Abtrieb gekoppelt sind.
  • Durch diesen Aufbau wird zum einen eine möglichst direkte Koppelung der beiden Teileinheiten mit dem Abtrieb ermöglicht. Zum anderen kann die Verbrennungskraftmaschine auf einfache Weise, nämlich durch Festhalten des Hohlrades des Lastschaltgetriebes, abgeschaltet werden, wodurch erreicht wird, dass ein rein elektrischer Antrieb möglichst einfach und direkt gewählt werden kann.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungen sind mit den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.
  • Für eine effektive Anbindung des Planetengetriebes an die elektrische Maschine und den Abtrieb ist es des Weiteren zweckmäßig, wenn eine Rotorwelle der elektrischen Maschine (vorzugsweise permanent) drehfest mit einem Sonnenrad des Planetengetriebes verbunden ist und/oder ein Planetenträger des Planetengetriebes mit dem Abtrieb (vorzugsweise permanent) verbunden ist.
  • Wirkt auf das Hohlrad des Planetengetriebes eine (erste) Bremse, vorzugsweise als eine Klauenbremse realisiert, die in ihrer aktivierten Stellung das Hohlrad relativ zu einem Getriebegehäuse des Lastschaltgetriebes festhält, ein, wird eine einfach aufgebaute Umschalteinrichtung zum Umschalten zwischen einem rein elektrischen Antriebsmodus und einem hybriden Antriebsmodus zur Verfügung gestellt.
  • Für einen möglichst einfachen Aufbau ist es auch zuträglich, wenn das Lastschaltgetriebe einen Ravigneaux-Satz aufweist oder diesen Ravigneaux-Satz unmittelbar bildet.
  • Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn ein Hohlrad des Lastschaltgetriebes mit dem Hohlrad des Planetengetriebes verbunden ist. Dadurch ergibt sich eine geschickte direkte Koppelung des Lastschaltgetriebes mit dem Planetengetriebe.
  • Vorteilhaft ist es zudem, wenn eine Ausgangswelle der Verbrennungskraftmaschine über eine erste Kupplung (vorzugsweise ausgebildet als Klauenkupplung) mit einem ersten Sonnenrad des Lastschaltgetriebes, über eine zweite Kupplung (vorzugsweise als eine Reibkupplung realisiert) mit einem Planetenträger des Lastschaltgetriebes und/oder über eine dritte Kupplung (vorzugsweise ebenfalls als Reibkupplung realisiert) mit einem zweiten Sonnenrad des Lastschaltgetriebes verbindbar ist.
  • Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn eine (zweite) Bremse (vorzugsweise als Reibbremse realisiert) mit dem ersten Sonnenrad des Lastschaltgetriebes wirkverbunden ist. Dadurch wird die Ansteuerbarkeit des Lastschaltgetriebes erleichtert.
  • In diesem Zusammenhang ist es auch zweckmäßig, wenn eine (dritte) Bremse (vorzugsweise als Reibbremse realisiert) mit dem Planetenträger des Lastschaltgetriebes wirkverbunden ist. Dadurch wird die Ansteuerbarkeit des Lastschaltgetriebes nochmals erleichtert.
  • Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Antriebsstrangeinheit nach zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausführungen, wobei in einem hybriden Antriebsmodus (vorzugsweise durch Öffnen / Deaktivieren der ersten Bremse) die Verbrennungskraftmaschine über das Lastschaltgetriebe das Hohlrad des Planetengetriebes, zusätzlich zu einer von der elektrischen Maschine auf das Planetengetriebe übertragenen Antriebsleistung, antreibt, und in einem rein elektrischen Antriebsmodus (vorzugsweise durch Schließen / Aktivieren der ersten Bremse) ausschließlich die elektrische Maschine Antriebsleistung auf das Planetengetriebe überträgt, während der Getriebeausgang des Lastschaltgetriebes getriebegehäusefest abgestützt / gehalten ist.
  • In diesem Zusammenhang ist es weiterhin von Vorteil, wenn zum Wechsel von dem rein elektrischen Antriebsmodus in den hybriden Antriebsmodus zunächst die von dem Lastschaltgetriebe abgekoppelte Verbrennungskraftmaschine angeschaltet wird, anschließend durch einen gezielten Schlupfbetrieb einer zwischen einer Ausgangswelle der Verbrennungskraftmaschine und einem Bestandteil des Lastschaltgetriebes angeordneten (vorzugsweise zuvor in einer geöffneten Stellung befindlichen) Reibkupplung (vorzugsweise die zweite oder dritte Kupplung des Ravigneaux-Satzes) ein bestimmtes Moment in einer den Getriebeausgang festhaltenden Klauenbremse aufgebaut wird, anschließend die Klauenbremse gelöst / geöffnet / deaktiviert wird und wiederum anschließend eine Drehzahlanpassung zwischen der Ausgangswelle der Verbrennungskraftmaschine und dem Getriebeausgang erfolgt, woraufhin die Reibkupplung vollständig geschlossen wird.
  • Erfolgt die Drehzahlanpassung zwischen der Ausgangswelle der Verbrennungskraftmaschine und dem Getriebeausgang durch ein Anpassen der Drehzahl (der Rotorwelle) der elektrischen Maschine (vorzugsweise durch ein Einstellen einer negativen Drehzahl / durch einen Generator-Betrieb), wird der Umschaltvorgang mit möglichst wenigen Mitteln durchgeführt.
  • Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn bei einem Wechsel von dem hybriden Antriebsmodus in den rein elektrischen Antriebsmodus eine zwischen der Ausgangswelle der Verbrennungskraftmaschine und einem Bestandteil des Lastschaltgetriebes angeordnete (vorzugsweise zuvor in einer geschlossenen Stellung befindlichen) Reibkupplung in einen gezielten Schlupfbetrieb verbracht wird und die Drehzahl des Getriebeausgangs reduziert wird, und anschließend, nachdem die Drehzahl des Getriebeausgangs einen unteren Drehzahlgrenzwert erreicht oder unterschritten hat, eine auf den Getriebeeingang einwirkende Klauenbremse geschlossen / aktiviert wird und die Reibkupplung vollständig geöffnet wird.
  • Des Weiteren wird in einem Standladebetriebsmodus vorzugsweise der Abtrieb (bspw. durch eine weitere Bremse) gehäusefest festgehalten, während der Getriebeausgang und die elektrische Maschine über das Planetengetriebe miteinander gekoppelt sind.
  • Für eine Rekuperation im hybriden Antriebsmodus wird vorzugsweise ein Schleppmoment der Verbrennungskraftmaschine durch eine gezielte Verspannung im Lastschaltgetriebe (Betreiben einer Reibkupplung im Schlupfbetrieb sowie bei geschlossener Klauenbremse) effektiv erhöht.
  • In anderen Worten ausgedrückt, ist erfindungsgemäß ein E-Triebstrang mit drehzahladditiv gekoppeltem Range-Extender realisiert. Ein Zweig mit einer elektrischen Maschine (erste Teileinheit) wird über ein Planetengetriebe / einen Planetenradsatz an einen Abtrieb gekoppelt. Vorzugsweise sind die elektrische Maschine an ein Sonnenrad und der Abtrieb an einen Planetenträger dieses Planetenradsatzes gekoppelt. Ein Zweig einer Verbrennungskraftmaschine (zweite Teileinheit) weist zusätzlich ein Lastschaltgetriebe auf. Ein Ausgang (Getriebeausgang) des Lastschaltgetriebes ist mit einem Hohlrad des Planetenradsatzes verbunden. In einem rein elektrischen Antriebsmodus ist eine Klauenbremse aktiviert / in Eingriff, sodass das Hohlrad relativ zu einem Getriebegehäuse fixiert ist, um die Verbrennungskraftmaschine in einem stationären Zustand zu halten. In einem hybriden Antriebsmodus ist die Klauenbremse gelöst / deaktiviert, sodass die Verbrennungskraftmaschine in einem rotierenden Zustand betrieben wird.
  • Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Antriebsstrangeinheit, in der eine Koppelung zweier mit einer elektrischen Maschine bzw. einer Verbrennungskraftmaschine ausgestatteter Zweige und eines Abtriebs über ein Planetengetriebe gut zu erkennen ist, sowie
    • 2 eine detailliertere Darstellung der Antriebsstrangeinheit nach 1, wobei der innere Aufbau eines der Verbrennungskraftmaschine nachgeschalteten Lastschaltgetriebes zu erkennen ist.
  • Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen daher ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • In 1 ist eine erfindungsgemäße nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umgesetzte Antriebsstrangeinheit 1 in ihrem prinzipiellen Aufbau gezeigt. Die Antriebsstrangeinheit 1 dient im Betrieb zum Umsetzen eines rein elektrischen Antriebsmodus, in dem ausschließlich eine elektrische Maschine 2 eine Antriebsleistung auf einen Abtrieb 10 abgibt, sowie eines hybriden Antriebsmodus, in dem eine Verbrennungskraftmaschine 4 zusammen mit der elektrischen Maschine 2 eine Antriebsleistung auf den Abtrieb 10 abgeben.
  • Die Antriebsstrangeinheit 1 weist auf typische Weise zwei Zweige, nachfolgend als Teileinheiten 3, 6 bezeichnet, auf. Eine erste Teileinheit 3 weist die elektrische Maschine 2 auf. Die elektrische Maschine 2 ist dabei auf typische Weise mit einem der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellten gehäusefesten Stator und einem relativ zu dem Stator verdrehbar gelagerten Rotor ausgestattet. Eine aus der elektrischen Maschine 2 hinaustretende, die erste Teileinheit 3 mit ausbildende Rotorwelle 11 ist drehfest mit dem Rotor verbunden und in den Figuren vereinfacht abgebildet. Die Rotorwelle 11 verläuft von der elektrischen Maschine 2 zu einem Planetengetriebe 7 hin.
  • Eine zweite Teileinheit 6 der Antriebsstrangeinheit 1 weist eine Verbrennungskraftmaschine 4 sowie ein der Verbrennungskraftmaschine 4 nachgeschaltetes Lastschaltgetriebe 5 auf. Die Verbrennungskraftmaschine 4 ist mit ihrer Ausgangswelle 18 mit einem Eingang 28 des Lastschaltgetriebes 5 verbunden / koppelbar. Das Lastschaltgetriebe 5 ist der Verbrennungskraftmaschine 4 nachgeschaltet und verläuft mit seinem Getriebeausgang 9 zu dem Planetengetriebe 7 hin.
  • Erfindungsgemäß sind die beiden Teileinheiten 3, 6 über das gemeinsame Planetengetriebe 7, hier als ein einstufiges Planetengetriebes / ein Planetengetriebe mit nur einem Planetenradsatz umgesetzt, mit einem Abtrieb 10 gekoppelt. Der Abtrieb 10 ist beispielsweise als Welle realisiert und geht in ein Differenzialgetriebe über.
  • Auch ist in 1 zu erkennen, dass die erste Teileinheit 3/ die Rotorwelle 11 direkt drehfest mit dem Sonnenrad 12 des Planetengetriebes 7 verbunden ist. Das Lastschaltgetriebe 5 ist mit seinem Getriebeausgang 9 mit einem Hohlrad 8 des Planetengetriebes 7 verbunden. Ein Planetenträger 13 des Planetengetriebes 7 ist unmittelbar mit dem Abtrieb 10 verbunden. Auf typische Weise sind mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Planetenräder 27 des Planetengetriebes 7 drehbar auf dem Planetenträger 13 gelagert und in Zahneingriff mit dem Hohlrad 8 sowie dem Sonnenrad 12.
  • Zum Umschalten der Antriebsstrangeinheit 1 zwischen einem reinen elektrischen Antriebsmodus, in dem rein die elektrische Maschine 2 den Abtrieb 10 antreibt, und einem hybriden Antriebsmodus, in dem sowohl die elektrische Maschine 2 als auch die Verbrennungskraftmaschine 4 den Abtrieb 10 antreiben, ist eine erste Bremse 14 vorhanden. Diese erste Bremse 14 ist als Klauenbremse realisiert. Die erste Bremse 14 wirkt mit dem Getriebeausgang 9 / dem Hohlrad 8 des Planetengetriebes 7 zusammen. Die erste Bremse 14 hält folglich in ihrer aktivierten Stellung den Getriebeausgang 9 / das Hohlrad 8 des Planetengetriebes 7 (relativ zu einem Getriebegehäuse 15) fest (zum Umsetzen des reinen elektrischen Antriebsmodus); in ihrer deaktivierten Stellung gibt sie eine Rotation des Hohlrades 8 / des Getriebeausgangs 9 frei (zum Umsetzen des hybriden Antriebsmodus).
  • Das Lastschaltgetriebe 5, wie dann in Verbindung mit 2 besonders gut zu erkennen ist, ist als Ravigneaux-Satz 16 umgesetzt. Das Lastschaltgetriebe 5 ist daher als ein Schaltgetriebe, hier als Planetengetriebe, realisiert. In weiteren Ausführungen ist das Lastschaltgetriebe 5 auch als ein CVT-Getriebe umgesetzt.
  • Entsprechend des Aufbaus eines Ravigneaux-Satzes 16 weist das Lastschaltgetriebe 5 ein gemeinsames Hohlrad 17 auf. Das Hohlrad 17 bildet unmittelbar den Getriebeausgang 9 und ist mit dem Hohlrad 8 des Planetengetriebes 7 permanent drehfest verbunden. Ein gemeinsamer Planetenträger 22 des Lastschaltgetriebes 5 nimmt mehrere hier der Übersichtlichkeit halber nicht weiter dargestellte Planetenräder drehbar auf. Ein erster Satz an Planetenrädern befindet sich mit einem ersten Sonnenrad 20 sowie dem Hohlrad 17 in Zahneingriff. Ein zweiter Satz an Planetenrädern befindet sich mit einem zweiten Sonnenrad 24 sowie dem Hohlrad 17 in Zahneingriff. Die Planetenräder beider Sätze sind unterschiedlich dimensioniert, zum Umsetzen unterschiedlicher Übersetzungen i2, i3 zwischen dem jeweiligen Sonnenrad 20, 24 und dem Hohlrad 17 auf dem gemeinsamen Planetenträger 22 drehbar gelagert (i1 kennzeichnet in 2 eine Übersetzung des Planetengetriebes 7).
  • Wie aus 2 ebenfalls hervorgeht, ist die Ausgangswelle 18 über mehrere verschiedene Kupplungen 19, 21 und 23 mit den einzelnen Bestandteilen des Lastschaltgetriebes 5 koppelbar. Eine erste Kupplung 19 ist zwischen der Ausgangswelle 18 / dem Eingang 28 des Lastschaltgetriebes 5 und dem ersten Sonnenrad 20 angeordnet. Diese erste Kupplung 19 ist als eine Klauenkupplung realisiert. Eine zweite Kupplung 21 ist zwischen der Ausgangswelle 18 / dem Eingang 28 und dem Planetenträger 22 angeordnet. Die zweite Kupplung 21 ist als Reibkupplung realisiert. Eine dritte Kupplung 23 ist zwischen der Ausgangswelle 18 / dem Eingang 28 und dem zweiten Sonnenrad 24 wirkend eingesetzt. Die dritte Kupplung 23 ist ebenfalls als Reibkupplung umgesetzt.
  • Des Weiteren wirkt sowohl auf das erste Sonnenrad 20 sowie auf den Planetenträger 22 eine Bremse 25, 26 ein. Auf das erste Sonnenrad 20 wirkt eine als Reibkupplung realisierte zweite Bremse 25 ein. Auf den Planetenträger 22 wirkt eine, ebenfalls als Reibbremse realisierte, dritte Bremse 26 ein.
  • In anderen Worten ausgedrückt, ist für den E-Motor-Zweig (erste Teileinheit 3) des Triebstrangs 1 eine einfache Übertragungskette mit einem Planetensatz (Planetengetriebe 7) gewählt. Vorzugsweise ist der E-Motor (elektrische Maschine 2) mit dem Sonnenrad 12 verbunden und der Abtrieb 10 ist mit dem Planetenträger 13 verbunden. Der Verbrennungsmotor-Zweig (zweite Teileinheit 6) besteht aus dem Verbrennungsmotor 4 und einem lastschaltfähigen Getriebe (Lastschaltgetriebe 5), dessen Ausgang 9 mit dem Hohlrad 8 des Planetensatzes 7 verbunden ist. Diese Verknüpfung des Planetensatzes 7, im Folgenden auch Koppel-Planetensatz genannt, erlaubt es eine höhere E-Motor-Drehzahl und so einen kleineren Bauraum des E-Motors 2 einzusetzen. Durch die Kopplung der beiden Triebstrang-Zweige 3, 6 über den Koppel-Planetensatz 7 ergibt sich eine Drehzahl-Additive Verbindung der beiden Zweige 3, 6. Die Momente des E-Motor-Zweigs 3, des Verbrennungsmotor-Zweigs 6 und des Abtriebs 10 bilden ein Momentengleichgewicht, die Drehzahlen können unterschiedlich eingestellt werden.
  • In einem E-Modus (/ rein elektrischen Antriebsmodus) ist das Hohlrad 8 des Koppel-Planetensatzes 7 über eine Klauenbremse 14 drehfest mit dem Getriebegehäuse 15 verbunden. Der Verbrennungsmotorzweig 6 steht dabei, so dass keine unnötigen Verluste entstehen. In diesem Modus verhält sich das Fahrzeug wie ein reines E-Fahrzeug. Im Hybrid-Modus (hybriden Antriebsmodus) ist die Klauenbremse 14 am Hohlrad 8 des Koppel-Planetensatzes 7 gelöst, der Verbrennungsmotor 4 und damit auch der Ausgang 9 des Lastschaltgetriebes 5 (= Hohlrad 8 des Koppel-Planetensatzes 7), drehen sich.
  • Hierbei gibt es eine ganze Reihe folgender unterschiedlicher Betriebsmodi:
    • - Standladen: Hier wird der Abtrieb 10 (Planetenträger 13 des Koppel-Planetensatzes 7) durch eine Fahrzeugbremse oder eine Parksperre festgehalten (Momentenabstützung).
    • - Zug-Vorwärtsfahrt (mit positivem Abtriebsmoment): Hier ist die Klauenbremse 14 gelöst. Die Summenmomente von Verbrennungsmotor 4 und E-Motor 2 bilden das Abtriebsmoment. Idealerweise wird hier der E-Motor 2 als Generator (negative Drehzahlbei positivem Moment) eingesetzt, um die Fahrzeugbatterie zu laden. Es ist jedoch auch ein Boost-Betrieb denkbar.
    • - Zug-Rückwärtsfahrt (mit negativem Abtriebsmoment): Dies ist analog zum vorherigen Punkt möglich, wenn das Lastschaltgetriebe 5 über einen Rückwärtsgang verfügt. Andernfalls ist nur rein elektrisches Rückwärtsfahren möglich.
    • - Schub-Vorwärtsfahrt (mit negativem Abtriebsmoment): Wird im Folgenden auch einfach als Rekuperieren (Rückgewinnung kinetischer Fahrzeugenergie) bezeichnet. Diese Betriebsart ist aus zwei Gründen nahteilhaft. Zum einen geht ein Teil der kinetischen Energie im Schleppmoment des Verbrennungsmotors 4 „verloren“. Zum anderen ist das Schleppmoment des Verbrennungsmotors 4 betragsmäßig deutlich kleiner als sein Antriebsmoment. Dies begrenzt, wegen dem Momentengleichgewicht am Koppel-Planetensatz 7, so auch das Bremsmoment am Abtrieb 10 und auch die rekuperierbare Leistung im E-Motor 2. Daher ist hier immer ein Wechsel in den reinen E-Modus wünschenswert.
    • - Starten des Verbrennungsmotors 4 aus dem Triebstrang: Dies ist mit einer wahrscheinlich spürbaren Modulationen des Abtriebsmoments durchführbar. Bevorzugt ist daher ein Anlasser am Verbrennungsmotor 4 vorhanden.
  • Ein reines verbrennungsmotorisches Fahren (Ohne Einsatz des E-Motors 2) ist in diesem Getriebekonzept zunächst nicht vorgesehen. Um dies zu ermöglichen, wäre eine weitere Klauenbremse an der Verbindung vom Sonnenrad 12 des Koppel-Planetensatzes 7 zum E-Motor 2 erforderlich.
  • Im Verbrennungsmotorzweig 6 ist entweder ein Schaltgetriebe 5 oder gegebenenfalls auch ein CVT vorhanden, um zum einen ausreichend hohe Abtriebsmomente abstützen zu können, und andererseits auch bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten noch einen generatorischen Betrieb des E-Motors 2 (negative E-Motor-Drehzahl bei positivem E-Motor-Moment) zu ermöglichen. Eine Lastschaltfähigkeit des Getriebes 5 ist aus Komfort-Gründen vorzuziehen. Im Folgenden wird daher von Lastschaltgetriebe 5 gesprochen. Die erforderliche Getriebe-Spreizung ist jedoch kleiner als bei einem reinen Verbrennungsmotorfahrzeug oder bei einem Parallel-Hybrid-Antrieb mit Momenten-Additiver Kopplung der beiden Zweige. Der kleinste Gang braucht nicht die Anfahrkupplung zu schonen. Der entsprechende „Schlupf“ wird über den Koppel-Planetensatz 7 auf den E-Motor 2 abgebildet und dient hier als Eingangsleistung für den Generator. Durch die kleinere Gesamt-Spreizung kann auch eine kleinere Anzahl von Gangstufen ausreichend sein. In allen Fällen ist jedoch zumindest eine Reibkupplung im verbrennungsmotorischen Treibstrang erforderlich, um den Wechsel zwischen E-Mode und Hybrid-Mode unter Last durchführen zu können.
  • Das konkrete Beispiel nach den 1 und 2 zeigt für ein einfaches lastschaltfähiges Getriebe im verbrennungsmotorischen Triebstrang-Zweig 6 ein Ravigneaux-Planetensatz 16 mit drei Kupplungen 19, 21 ,23 und zwei Bremsen 25, 26. Die Bremsen 25, 26 und zwei der Kupplungen 21, 23 sind dabei Reibkupplungen oder -bremsen. Eine Kupplung 19 kann auch als bauraumsparende Klauenkupplung umgesetzt sein. Damit sind vier Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang umsetzbar.
  • Lastschaltungen im Getriebe 5 werden wie gewohnt getriebetypisch umgesetzt, wobei hier in den Synchron-Phasen der Schaltungen auch eine Änderung der E-Motor-Drehzahl zur Unterstützung der Drehzahlanpassung verwendet werden kann, um die in den Reibelementen anfallenden Reibenergien zu minimieren. Im Verbrennungsmotor-Zweig 6 des Triebstrangs 1 können die üblichen Schwingungsdämpfer (ZMS; Fliehkraftpendel, ...) eingesetzt werden. Der Wechsel zwischen elektrischem Fahren (E-Mode) und hybridischen Fahren (Hybrid-Mode) ähnelt dem Anfahren am Berg in einem konventionellen Triebstrang. Bei laufendem Verbrennungsmotor 4 und stehendem Abtrieb (Getriebeausgang 9) des Lastschaltgetriebes 5 (Klauen-Bremse 14 eingelegt) wird über ein Reibelement (Kupplung oder Bremse) im Getriebe Moment am Getriebe-Abtrieb 9 aufgebaut, so dass das Haltemoment von der Klauenbremse 14 vom Getriebeausgang 9 übernommen wird. Ist das Moment übernommen, kann die Klauenbremse 14 ausgelegt werden. Es folgt die Drehzahlanpassung, so dass das schlupfend betriebene Reibelement ins Haften gebracht werden kann. Hierfür ist es vorteilhaft, die Drehzahl des E-Motors 2 entsprechend anzupassen. Idealerweise so, dass nun die E-Motor-Drehzahl negativ wird (Generator-Betrieb), so dass die Batterie geladen werden kann.
  • Der Wechsel vom Hybrid-Mode zum E-Mode erfolgt in umgekehrter Reihenfolge: Schlupfaufbau am Reibelement im Getriebe 5 zum Absenken der Drehzahl des Hohlrads 8 im Koppel-Planetensatz 7 (Getriebe-Ausgang 9). Ist diese Drehzahl ausreichend klein, kann die Klauenbremse 14 eingelegt und das Reibelement geöffnet werden. Falls im Hybrid-Mode rekuperiert werden soll (Rückgewinnung kinetischer Energie des Fahrzeugs), kann das kleine Schleppmoment des Verbrennungsmotors 4 durch eine gezielte Verspannung im Lastschaltgetriebe 5 effektiv erhöht werden. Damit sind dann auch höhere E-Motormomente im Momentengleichgewicht am Koppel-Planetensatz 7 möglich. Besser ist es jedoch, auf den E-Mode zu wechseln, da hier keine kinetische Energie zum „Heizen“ von Reibelementen verwendet wird, sondern mehr Energie wirklich im Elektromotor 2 rekuperiert werden kann.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Antriebsstrangeinheit
    2
    elektrische Maschine
    3
    erste Teileinheit
    4
    Verbrennungskraftmaschine
    5
    Lastschaltgetriebe
    6
    zweite Teileinheit
    7
    Planetengetriebe
    8
    Hohlrad des Planetengetriebes
    9
    Getriebeausgang
    10
    Abtrieb
    11
    Rotorwelle
    12
    Sonnenrad des Planetengetriebes
    13
    Planetenträger des Planetengetriebes
    14
    erste Bremse
    15
    Getriebegehäuse
    16
    Ravignaux-Satz
    17
    Hohlrad des Abschaltgetriebes
    18
    Ausgangswelle
    19
    erste Kupplung
    20
    erstes Sonnenrad des Lastschaltgetriebes
    21
    zweite Kupplung
    22
    Planetenträger des Lastschaltgetriebes
    23
    dritte Kupplung
    24
    zweites Sonnenrad des Lastschaltgetriebes
    25
    zweite Bremse
    26
    dritte Bremse
    27
    Planetenrad des Planetengetriebes
    28
    Eingang

Claims (10)

  1. Hybridisierte Antriebsstrangeinheit (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einer eine elektrische Maschine (2) aufweisenden ersten Teileinheit (3) und einer eine Verbrennungskraftmaschine (4) sowie ein der Verbrennungskraftmaschine (4) nachgeschaltetes Lastschaltgetriebe (5) aufweisenden zweiten Teileinheit (6), wobei die beiden Teileinheiten (3, 6) ausgangsseitig über ein gemeinsames Planetengetriebe (7), dessen Hohlrad (8) mit einem Getriebeausgang (9) des Lastschaltgetriebes (5) verbunden ist, mit einem Abtrieb (10) gekoppelt sind.
  2. Antriebsstrangeinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rotorwelle (11) der elektrischen Maschine (2) drehfest mit einem Sonnenrad (12) des Planetengetriebes (7) verbunden ist und/oder ein Planetenträger (13) des Planetengetriebes (7) mit dem Abtrieb (10) verbunden ist.
  3. Antriebsstrangeinheit (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Hohlrad (8) des Planetengetriebes (7) eine Bremse (14) einwirkt, die in ihrer aktivierten Stellung das Hohlrad (8) relativ zu einem Getriebegehäuse (15) des Lastschaltgetriebes (5) festhält.
  4. Antriebsstrangeinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastschaltgetriebe (5) einen Ravigneaux-Satz (16) aufweist oder unmittelbar diesen Ravigneaux-Satz (16) bildet.
  5. Antriebsstrangeinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hohlrad (17) des Lastschaltgetriebes (5) mit dem Hohlrad (8) des Planetengetriebes (7) verbunden ist.
  6. Antriebsstrangeinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausgangswelle (18) der Verbrennungskraftmaschine (4) über eine erste Kupplung (19) mit einem ersten Sonnenrad (20) des Lastschaltgetriebes (5), über eine zweite Kupplung (21) mit einem Planetenträger (22) des Lastschaltgetriebes (5) und/oder über eine dritte Kupplung (23) mit einem zweiten Sonnenrad (24) des Lastschaltgetriebes (5) verbindbar ist.
  7. Verfahren zum Betreiben einer Antriebsstrangeinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in einem hybriden Antriebsmodus die Verbrennungskraftmaschine (4) über das Lastschaltgetriebe (5) das Hohlrad (8) des Planetengetriebes (7), zusätzlich zu einer von der elektrischen Maschine (2) auf das Planetengetriebe (7) übertragenen Antriebsleistung, antreibt, und in einem rein elektrischen Antriebsmodus ausschließlich die elektrische Maschine (2) Antriebsleistung auf das Planetengetriebe (7) überträgt, während der Getriebeausgang (9) des Lastschaltgetriebes (5) getriebegehäusefest gehalten ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei bei einem Wechsel von dem rein elektrischen Antriebsmodus in den hybriden Antriebsmodus zunächst die von dem Lastschaltgetriebe (5) abgekoppelte Verbrennungskraftmaschine (4) angeschaltet wird, anschließend durch einen gezielten Schlupfbetrieb einer zwischen einer Ausgangswelle (18) der Verbrennungskraftmaschine (4) und einem Bestandteil (22, 24) des Lastschaltgetriebes (5) angeordneten Reibkupplung (21, 23) ein bestimmtes Moment in einer den Getriebeausgang (9) festhaltenden Klauenbremse (14) aufgebaut wird, anschließend die Klauenbremse (14) geöffnet wird und wiederum anschließend eine Drehzahlanpassung zwischen der Ausgangswelle (18) der Verbrennungskraftmaschine (4) und dem Getriebeausgang (9) erfolgt, woraufhin die Reibkupplung (21, 23) vollständig geschlossen wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Drehzahlanpassung zwischen der Ausgangswelle (18) der Verbrennungskraftmaschine (4) und dem Getriebeausgang (9) durch ein Anpassen der Drehzahl der elektrischen Maschine (2) erfolgt.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei bei einem Wechsel von dem hybriden Antriebsmodus in den rein elektrischen Antriebsmodus eine zwischen der Ausgangswelle (18) der Verbrennungskraftmaschine (4) und einem Bestandteil (22, 24) des Lastschaltgetriebes (5) angeordnete Reibkupplung (21, 23) in einen gezielten Schlupfbetrieb verbracht wird und die Drehzahl des Getriebeausgangs (9) reduziert wird, und anschließend, nachdem die Drehzahl des Getriebeausgangs (9) einen unteren Drehzahlgrenzwert erreicht oder unterschritten hat, eine auf den Getriebeeingang (9) einwirkende Klauenbremse (14) geschlossen wird und die Reibkupplung (21, 23) vollständig geöffnet wird.
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