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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsanordnung für ein Hybrid-Fahrzeug, umfassend
- - eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem relativ zu dem Stator rotierbar gelagerten Rotor,
- - eine mit dem Rotor verbundene, erste Eingangswelle,
- - eine mit einer Verbrennungskraftmaschine koppelbare, zweite Eingangswelle,
- - eine mit einem Abtrieb koppelbare Triebwelle,
- - eine Mehrzahl von schaltbaren Gang-Stirnradstufen unterschiedlicher Übersetzung, jeweils umfassend ein auf der Triebwelle angeordnetes, erstes Gangrad und ein mit dem ersten Gangrad kämmendes, auf einer der Eingangswellen angeordnetes, zweites Gangrad, wobei zumindest bei der Gang-Stirnradstufe größter Übersetzung sowie einer weiteren Gangradstufe das erste Gangrad als Festrad und das zweite Gangrad als Losrad ausgebildet ist,
- - einen Plus-Planetensatz mit einer Sonne, einem Hohlrad und einem Steg, auf dem Planetenräder, die einerseits mit der Sonne und andererseits mit dem Hohlrad kämmen, drehbar gelagert sind,
wobei die Sonne drehfest auf der ersten Eingangswelle und der Steg drehfest auf der zweiten Eingangswelle angeordnet ist und das als Losrad ausgebildete, zweite Gangrad wenigstens einer der Gang-Stirnradstufen mittels einer Schaltkupplung mit dem Hohlrad gekoppelt ist.
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Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Hybridfahrzeug mit einer derartigen Antriebsanordnung, wobei die zweite Eingangswelle mit einer Verbrennungskraftmaschine und die Triebwelle mit einem Abtrieb des Kraftfahrzeugs gekoppelt sind.
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Stand der Technik
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Die zum Prioritätstag der vorliegenden Anmeldung noch nicht offengelegte deutsche Patentanmeldung
DE 10 2018 214 793.0 beschreibt eine gattungsgemäße Antriebsanordnung und ein entsprechendes Hybridfahrzeug.
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Zur Emissionsreduzierung von Fahrzeugen kommen verstärkt Hybridantriebskonzepte zum Einsatz. Diese sind allerdings aufgrund ihrer Komplexität meist entweder sehr kostenintensiv oder wenig effizient. Mit sogenannten DHT-Getrieben (Dedicated Hybrid Transmission) versucht man, die Möglichkeiten einer Kombination aus Verbrennungsmotor und elektrischer Traktionsmaschine optimal auszunutzen, anstatt herkömmliche, für rein verbrennungsmotorischen Betrieb ausgelegte Antriebsstränge durch eine oder mehrere elektrische Maschinen und deren Ankopplung zu erweitern.
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Bei der Umsetzung werden unterschiedliche Konzepte verfolgt, wie sie beispielsweise in der
DE 10 2013 211 975 A1 , der
DE 10 2013 223 462 A1 oder der
DE 10 2014 214 147 A1 offenbart sind. Nachteilig bei diesen genannten Konzepten ist, dass sie entweder eine vergleichsweise niedrige Anzahl an Betriebsmodi aufweisen oder eine hohe Anzahl an Schaltelementen und großen Bauraum benötigen.
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Bei der gattungsgemäßen Antriebsanordnung sind, wie für Hybridantriebe definitionsgemäß erforderlich, eine Verbrennungsmaschine und eine elektrische Maschine vorgesehen. Jedem der beiden Antriebsaggregate ist eine eigene Eingangswelle zugeordnet. Die hier als erste Eingangswelle bezeichnete Eingangswelle ist mit dem Rotor der elektrischen Maschine verbunden und soll daher auch als elektromotorische Eingangswelle bezeichnet werden. Die hier als zweite Eingangswelle bezeichnete Eingangswelle ist über eine üblicherweise als Reibkupplung ausgebildete Hauptkupplung und typischerweise zudem über ein Zwei-Massen-Schwungrad mit der Verbrennungskraftmaschine koppelbar. Sie soll daher auch als verbrennungsmotorische Eingangswelle bezeichnet werden. Wie auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt vorgesehen, sind die Eingangswellen koaxial und einander entgegengerichtet orientiert. D. h. die beiden Antriebsaggregate greifen an unterschiedlichen Enden der Getriebeanordnung an.
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Die verbrennungsmotorische Eingangswelle ist über schaltbare Gang-Stirnradstufen mit einer Triebwelle gekoppelt, die ihrerseits mit der Ausgangswelle verbunden ist, wobei die Ausgangswelle typischerweise den Eingangskorb eines Differenzials trägt. Die Gang-Stirnradstufen sind als Festrad/Losrad-Kombinationen ausgebildet, wobei auf der verbrennungsmotorischen Eingangswelle jeweils das schaltbare Losrad und auf der Triebwelle das Festrad angeordnet ist.
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Ein Kernstück des gattungsgemäßen Antriebsstrangs bildet ein als Plus-Getriebe ausgebildeter Planetensatz. Seine Sonne ist auf der ersten Eingangswelle, d. h. der elektromotorischen Eingangswelle, angeordnet. Sein Steg ist auf der zweiten Eingangswelle, d. h. der verbrennungsmotorischen Eingangswelle, angeordnet. Das bedeutet, dass beide Eingangswellen durch Verblockung des Planetensatzes direkt miteinander gekoppelt werden können, um einen parallelhybriden Betriebsmodus zu realisieren. Die Momentenaddition erfolgt in diesem Modus auf der Ebene der Eingangswellen. Die Übersetzung auf die Triebwelle wird von der Wahl der jeweils geschalteten Gang-Stirnradstufe bestimmt.
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Hierzu sind bei der gattungsgemäßen Anordnung sechs Schaltkupplungen vorgesehen, mittels welcher die Gang-Stirnradstufen schaltbar sind. Man beachte, dass der Begriff der Schaltkupplung in diesem Zusammenhang rein funktional zu verstehen ist. Insbesondere darf der Begriff hier nicht einschränkend als separate Baueinheit ausgelegt werden. Auch Gestaltungen, bei denen mehrere (funktionale) Schaltkupplungen zu einem Modul zusammengefasst sind, sollen unter diesen Begriff fallen. Durch geschickte Zusammenfassung von (funktionalen) Schaltkupplungen insbesondere zu (konstruktiven) Doppelkupplungseinheiten mit einem zweiseitig wirksamen, axial verschieblichen, insbesondere formschlüssigen Schiebeelement kann eine erhebliche Teile- und Bauraumeinsparung erzielt werden.
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Mittels der Schaltkupplungen lassen sich für die o. g. Kopplungen zwischen der zweiten Eingangswelle und der Triebwelle die Losräder einzeln und temporär drehfest mit der sie tragenden, zweiten Eingangswelle verbinden. Weiter ist es möglich, mittels weiterer Schaltkupplungen zwei der Losräder temporär drehfest mit einer benachbarten Welle, insbesondere der Hohlrad-Welle des Plus-Planetensatzes und der ersten Eingangswelle, zu verbinden. Hierzu wird eine Zwischenwelle benötigt, die das Hohlrad beidseitig des Plus-Planetensatzes mit je einer Schaltkupplung verbindet. Dies bringt jedoch sowohl unter axialen Bauraumaspekten als auch im Hinblick auf eine als vorteilhaft angesehene Modularität des Aufbaus Nachteile mit sich.
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Aufgabenstellung
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Antriebsanordnung derart weiterzubilden, dass bei hohem Wirkungsgrad eine kürzere axiale Baulänge, Teileeinsparung sowie eine erhöhte Modularität des Aufbaus verwirklicht werden können.
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Darlegung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass ausschließlich das Losrad der Gang-Stirnradstufe drittgrößter Übersetzung schaltbar mit dem Hohlrad gekoppelt ist.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Bevorzugt sind genau drei Gang-Stirnradstufen vorgesehen. Alternativ können genau vier Gang-Stirnradstufen vorgesehen sein.
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Bei der Erfindung wird darauf verzichtet, sämtliche zweiten Gangräder auf der zweiten, verbrennungsmotorischen Eingangswelle zu lagern. Insbesondere wird dasjenige zweite Gangrad, das bei Betrieb einer temporär drehfesten Verbindung zur ersten, elektromotorischen Eingangswelle bedarf, direkt auf dieser ersten Eingangswelle gelagert und mittels einer Schaltkupplung mit dieser gekoppelt. Es handelt sich hierbei um das als Losrad ausgebildete, zweite Gangrad der den kleinsten (ersten) Gang repräsentierenden Gang-Stirnradstufe, die sowohl für das Anfahren als auch für Rückwärtsfahrt genutzt werden kann. Diese Vorgänge können daher rein elektrisch erfolgen. Die Losräder der übrigen Gang-Stirnradstufen sind entweder auf der verbrennungsmotorischen, zweiten Eingangswelle oder auf der Triebwelle gelagert und mittels entsprechender Schaltkupplungen temporär drehfest mit diesen verbindbar. Die Gang-Stirnradstufen repräsentieren Gänge unterschiedlicher Übersetzung, die insbesondere als verbrennungsmotorische Festgänge genutzt werden können. Das Losrad der Gang-Stirnradstufe größter Übersetzung ist zusätzlich mittels einer weiteren Schaltkupplung temporär drehfest mit der verbrennungsmotorischen Eingangswelle verbindbar. Der Anfahrgang kann daher sowohl elektrisch (wie oben bereits erwähnt) als auch verbrennungsmotorisch genutzt werden, sofern eine reibschlüssige Hauptkupplung zur Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine vorgesehen ist. Die elektrische Unterstützung sämtlicher verbrennungsmotorischer Festgänge ist denkbar, für hohe Geschwindigkeiten jedoch nur beschränkt nutzbar, da hierzu das zusätzliche Drehmoment der elektrischen Maschine über die Gang-Stirnradstufe größter Übersetzung, d. h. u. U. mit sehr hoher Drehzahl eingekoppelt werden muss.
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Allerdings bietet der aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannte Plus-Planetensatz die Möglichkeit eines variablen, parallelhybriden Betriebsmodus. Erfindungsgemäß ist ausschließlich das Losrad der den dritten Gang repräsentierenden Gang-Stirnradstufe, also das Losrad der Gang-Stirnradstufe drittgrößter Übersetzung, schaltbar mit dem Hohlrad des Plus-Planetensatzes gekoppelt. Die entsprechende Gang-Stirnradstufe, die hier auch als Hybrid-Stirnradstufe bezeichnet werden soll, ist also mittels einer zusätzlichen Schaltkupplung mit dem Hohlrad des Plus-Planetensatzes gekoppelt. Die erforderliche Zwischenwelle muss sich allerdings nicht, wie im Stand der Technik, beidseitig des Plus-Planetensatzes erstrecken. Eine einseitige Erstreckung genügt. Damit kann der Plus-Planetensatz an unterschiedlichen Positionen angeordnet werden. Bei genau drei Gang-Stirnradstufen ist der Plus-Planetensatz besonders bevorzugt verbrennungsmotorisch eingangsseitig der Hybrid-Stirnradstufe und elektromotorisch eingangsseitig der Gang-Stirnradstufe zweitgrößter Übersetzung angeordnet. Mit anderen Worten ist die Gang-Stirnradstufe zweitgrößter Übersetzung verbrennungsmotorisch eingangsseitig des Plus-Planetensatzes angeordnet und die Gang-Stirnradstufe drittgrößter Übersetzung elektromotorisch eingangsseitig des Plus-Planetensatzes. Alternativ kann die Gang-Stirnradstufe zweitgrößter Übersetzung elektromotorisch eingangsseitig des Plus-Planetensatzes angeordnet sein und/oder die Gang-Stirnradstufe drittgrößter Übersetzung verbrennungsmotorisch eingangsseitig des Plus-Planetensatzes. Darüber hinaus kann aus Bauraumgründen bei der Gang-Stirnradstufe zweitgrößter Übersetzung das erste Gangrad als Festrad und das zweite Gangrad als Losrad oder das erste Gangrad als Losrad und das zweite Gangrad als Festrad ausgebildet sein. Bei genau vier Gang-Stirnradstufen ist der Plus-Planetensatz besonders bevorzugt verbrennungsmotorisch eingangsseitig der Gang-Stirnradstufe größter Übersetzung und elektromotorisch eingangsseitig der übrigen Gang-Stirnradstufen angeordnet. Anders ausgedrückt sind die Hybrid-Stirnradstufe und die Gang-Stirnradstufen zweitgrößter sowie kleinster Übersetzung verbrennungsmotorisch eingangsseitig des Plus-Planetensatzes angeordnet und die Gang-Stirnradstufe größter Übersetzung elektromotorisch eingangsseitig des Plus-Planetensatzes. Alternativ kann die Hybrid-Stirnradstufe elektromotorisch eingangsseitig des Plus-Planetensatzes angeordnet sein. Auch können die Gang-Stirnradstufen zweitgrößter und/oder kleinster Übersetzung elektromotorisch eingangsseitig des Plus-Planetensatzes angeordnet sein. Darüber hinaus kann aus Bauraumgründen bei der Gang-Stirnradstufe zweitgrößter Übersetzung das erste Gangrad als Festrad und das zweite Gangrad als Losrad oder das erste Gangrad als Losrad und das zweite Gangrad als Festrad ausgebildet sein. Der Plus-Planetensatz kann als eigenes Modul gestaltet werden, während für die Schaltgetriebeanordnung auf einfache Handeschaltgetriebe-Elemente zurückgegriffen werden kann, sodass ein höchst variabler, leicht an unterschiedliche Anforderungen anpassbarer, konstruktiv einfacher, bauraumreduzierter und kostengünstiger Aufbau resultiert.
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In dem variablen, hybriden Betriebsmodus kann verbrennungsmotorisches Drehmoment über den Steg in den Plus-Planetensatz ein-, über das Hohlrad aus- und über die geschaltete Hybrid-Stirnradstufe an die Triebwelle weitergeleitet werden. Zugleich greift die elektrische Maschine drehzahlgeregelt an der Sonne an und steuert so die konkret realisierte Übersetzung. Mit anderen Worten wird eine stufenlos veränderliche Übersetzung bewirkt.
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Außerdem ist es möglich, jeden verbrennungsmotorischen Festgang mit einem über die Sonne in den Plus-Planetensatz eingeleiteten, elektromotorischen Drehmoment zu unterstützen. Das elektromotorische Drehmoment wird im Plus-Planetensatz übersetzt und parallel zum aktiven, verbrennungsmotorischen Festgang über die Hybrid-Stirnradstufe an die Triebwelle geleitet.
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Der erfindungsgemäße Aufbau erlaubt es, mittels geeigneter Drehzahlregelung bei jedem Gang- oder Betriebsmodenwechsel die Elemente der jeweils zu betätigenden Schaltkupplungen zu synchronisieren bzw. lastfrei zu machen. Daher kann auf jeglichen Schlupfbetrieb verzichtet und es können formschlüssige Schaltkupplungen eingesetzt werden. Diese sind im Hinblick auf Verschleiß, Bauraum und Wirkungsgrad reibschlüssigen Kupplungen vorzuziehen.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.
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Figurenliste
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Es zeigen:
- 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung,
- 2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung,
- 3 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung,
- 4 eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung,
- 5 eine fünfte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung,
- 6 eine sechste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung,
- 7 eine siebte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung,
- 8 eine achte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung,
- 9 eine neunte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung,
- 10 eine zehnte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung,
- 11 eine elfte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung,
- 12 eine zwölfte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung sowie
- 13 eine dreizehnte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung.
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Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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Gleiche Bezugszeichen in den Figuren deuten auf gleiche oder analoge Elemente hin.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Antriebsanordnung mit drei verbrennungsmotorischen Festgängen. Die Antriebsanordnung umfasst eine elektromotorische Eingangswelle 11, die auch als erste Eingangswelle 11 bezeichnet wird, sowie eine verbrennungsmotorische Eingangswelle 12, die auch als zweite Eingangswelle 12 bezeichnet wird. Die elektromotorische Eingangswelle 11 ist bei der dargestellten Ausführungsform über eine Stirnradstufe 35 mit einer elektrischen Maschine 20, insbesondere deren Rotor 21, der rotierbar innerhalb eines Stators 22 gelagert ist, verbunden. Die verbrennungsmotorische Eingangswelle 12 ist in nicht dargestellter Weise mit der Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine koppelbar bzw. in einem Hybridfahrzeug gekoppelt. Üblicherweise erfolgt diese Kopplung über eine reibschlüssige Hauptkupplung und typischerweise zudem über ein Zwei-Massen-Schwungrad.
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Parallel zu den Eingangswellen 11, 12 erstreckt sich eine Triebwelle 13, auf der die ersten Gangräder 311, 321, 331 dreier Gang-Stirnradstufen 31, 32, 33 (erster, zweiter, dritter Gang) axial und drehfest fixiert sind. Die ersten Gangräder 311, 321, 331 der drei Gang-Stirnradstufen 31, 32, 33 sind als Festräder ausgebildet. Die Triebwelle 13 trägt zudem ein Ausgangsrad 361, welches Bestandteil einer Ausgangs-Stirnradstufe 36 ist, die die Triebwelle 13 mit dem Differenzialkorb eines Differenzials 60 verbindet. Weiterer Bestandteil jeder Gang-Stirnradstufe 31, 32, 33 ist neben dem jeweiligen ersten Gangrad 311, 321, 331 ein zweites Gangrad 312, 322, 332, das als Losrad ausgebildet ist. Das Losrad 312 der ersten Gang-Stirnradstufe 31, d. h. der Gang-Stirnradstufe mit der größten Übersetzung, welche insbesondere bei Anfahrvorgängen sowie beim Rückwärtsfahren Drehmoment der Antriebsaggregate zur Triebwelle 13 übertragen soll, ist auf der ersten, elektromotorischen Eingangswelle 11 gelagert. Die Losräder 322, 332 der Gang-Stirnradstufen 32, 33 mit kleinerer Übersetzung, die insbesondere einen zweiten und einen dritten Gang repräsentieren, sind auf der zweiten, verbrennungsmotorischen Eingangswelle 12 gelagert. Mittels Schaltkupplungen 41, 42, 43 sind die Losräder 312, 322, 332 der Gang-Stirnradstufen 31, 32, 33 jeweils temporär drehfest mit der verbrennungsmotorischen, zweiten Eingangswelle 12 verbindbar. Eine weitere, hier als E-Schaltkupplung bezeichnete Schaltkupplung 45 dient der temporär drehfesten Verbindung des Losrades 312 der ersten Gang-Stirnradstufe 31 mit der ersten, elektromotorischen Eingangswelle 11.
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Weiter umfasst die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung einen Plus-Planetensatz 50, der in üblicher Weise eine Sonne 51, ein Hohlrad 52 und einen Steg 53 aufweist, auf welchem ein doppelter Satz von Planetenrädern 54 angeordnet ist. Ein erster Teilsatz der Planetenräder 54 kämmt mit der Sonne 51, ein zweiter Teilsatz der Planetenräder 54 kämmt mit dem Hohlrad 52. Zudem kämmen die beiden Teilsätze von Planetenrädern 54 miteinander. Die Sonne 51 ist auf der elektromotorischen, ersten Eingangswelle 11 fixiert und der Steg 53 auf der verbrennungsmotorischen, zweiten Eingangswelle 12. Das Hohlrad 52 wird von einer Zwischenwelle 14 getragen, welche mittels einer weiteren, hier als H-Schaltkupplung bezeichneten Schaltkupplung 46 temporär drehfest mit dem Losrad 332 der Gang-Stirnradstufe 33 drittgrößter bzw. im vorliegenden Ausführungsbeispiel kleinster Übersetzung, also mit dem Losrad 332 der den dritten Gang repräsentierenden Gang-Stirnradstufe 33, verbindbar ist. Die Gang-Stirnradstufe 33 kleinster Übersetzung ist elektromotorisch eingangsseitig des Plus-Planetensatzes 50 angeordnet. Die Gang-Stirnradstufe 32 zweitgrößter Übersetzung ist verbrennungsmotorisch eingangsseitig des Plus-Planetensatzes 50 angeordnet.
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Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung kann ein Anfahrvorgang rein elektrisch erfolgen, indem die E-Schaltkupplung 45 geschlossen wird, während sämtliche anderen Schaltkupplungen geöffnet sind. Das Drehmoment der elektrischen Maschine 20 wird von der elektromotorischen, ersten Eingangswelle 11 dann über die erste Gang-Stirnradstufe 31 auf die Triebwelle 13 und von dort zum Differenzial 60 übertragen. Ein Rückwärtsfahren kann ebenso rein elektrisch erfolgen, indem bei gleicher Kupplungsstellung die Drehrichtung der elektrischen Maschine 20 umgekehrt wird. Möglich ist jedoch, sofern eine reibschlüssige Hauptkupplung zur Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine vorgesehen ist, auch ein rein verbrennungsmotorisches Anfahren, indem die Schaltkupplung 41 geschlossen und sämtliche übrigen Schaltkupplungen geöffnet sind. In diesem Fall wird verbrennungsmotorisches Drehmoment von der verbrennungsmotorischen, zweiten Eingangswelle 12 über die erste Gang-Stirnradstufe 31 auf die Triebwelle 13 und weiter zum Differenzial 60 übertragen.
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In ähnlicher Weise können verbrennungsmotorische Festgänge, insbesondere ein zweiter und ein dritter Festgang, geschaltet werden, indem die Schaltkupplung 42 bzw. die Schaltkupplung 43 als einzige Schaltkupplungen geschlossen sind, sodass verbrennungsmotorisches Drehmoment von der verbrennungsmotorischen, zweiten Eingangswelle 12 über die einen zweiten Gang repräsentierende, zweite Gang-Stirnradstufe 32 bzw. über die einen dritten Gang repräsentierende, dritte Gang-Stirnradstufe 33 auf die Triebwelle 13 und weiter zum Differenzial 60 übertragen wird.
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Sämtliche genannten Festgänge lassen sich elektrisch unterstützen, indem zusätzlich die E-Schaltkupplung 45 geschlossen wird, sodass zusätzlich zu dem zuvor beschriebenen, verbrennungsmotorischen Drehmoment auch ein elektromotorisches Drehmoment über die Gang-Stirnradstufe 31 größter Übersetzung auf die Triebwelle 13 geleitet wird.
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Weiter ist ein hybrider Betriebsmodus mit stufenlos variabler Übersetzung möglich. Hierzu wird die H-Schaltkupplung 46 geschlossen, während die übrigen Schaltkupplungen geöffnet sind. Das verbrennungsmotorische Drehmoment wird in diesem Modus über den Steg 53 in den Plus-Planetensatz 50 ein-, über ein Hohlrad 52 aus- und über die geschlossene H-Schaltkupplung 46 und die dritte Gang-Stirnradstufe 33 auf die Triebwelle 13 weitergeleitet. Die dabei realisierte Übersetzung kann durch die Drehzahl der elektrischen Maschine 20 gesteuert werden, die, übersetzt von der Stirnradstufe 35, an die Sonne 51 geleitet wird.
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Der Fachmann wird erkennen, dass sich die jeweiligen Schaltvorgänge zwischen den einzelnen Gängen bzw. Betriebsmodi durch geeignete Regelung der Antriebsaggregate stets so einrichten lassen, dass die jeweils zu schließenden bzw. zu öffnenden Schaltkupplungen synchronisiert bzw. lastfrei sind. Eine solche Regelung erlaubt die Verwendung formschlüssiger Kupplungen, insbesondere die Verwendung von Klauenkupplungen. Spezielle Schaltvorgänge sollen weiter unten im Kontext der Anordnung von 6 beschrieben werden.
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2 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung, die sich von derjenigen von 1 dadurch unterscheidet, dass bei der Gang-Stirnradstufe 32 zweitgrößter Übersetzung das erste Gangrad 321 als Losrad und das zweite Gangrad 322 als Festrad ausgebildet ist.
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Die in 3 gezeigte, weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung unterscheidet sich von derjenigen von 1 dadurch, dass die Gang-Stirnradstufe 33 drittgrößter Übersetzung verbrennungsmotorisch eingangsseitig des Plus-Planetensatzes 50 angeordnet ist und die Gang-Stirnradstufe 32 zweitgrößter Übersetzung elektromotorisch eingangsseitig des Plus-Planetensatzes 50.
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4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung, bei der im Gegensatz zur Ausführungsform von 3 die Gang-Stirnradstufe 32 zweitgrößter Übersetzung verbrennungsmotorisch eingangsseitig des Plus-Planetensatzes 50 angeordnet ist.
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Bei der in 5 gezeigten, weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung wiederum sind die Gang-Stirnradstufe 33 drittgrößter Übersetzung und die Gang-Stirnradstufe 32 zweitgrößter Übersetzung elektromotorisch eingangsseitig des Plus-Planetensatzes 50 angeordnet.
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6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung, die sich von derjenigen von 1 durch das Vorsehen einer weiteren, einen vierten Gang repräsentierenden, vierten Gang-Stirnradstufe 34 unterscheidet. Die vierte Gang-Stirnradstufe 34 setzt sich zusammen aus einem Festrad 341, welches dreh- und axialfest auf der Triebwelle 13 fixiert ist, sowie einem Losrad 342, welches auf der verbrennungsmotorischen, zweiten Eingangswelle 12 gelagert und mittels einer weiteren Schaltkupplung 44 mit dieser temporär drehfest verbindbar ist. Die Gang-Stirnradstufen 32, 33, 34 zweitgrößter, drittgrößter und kleinster Übersetzung sind verbrennungsmotorisch eingangsseitig des Plus-Planetensatzes 50 angeordnet. Zusätzlich zu den oben im Kontext von 1 beschriebenen Gängen bzw. Betriebsmodi lässt sich ein weiterer verbrennungsmotorischer Festgang realisieren, indem die Schaltkupplung 44 geschlossen und die übrigen Schaltkupplungen geöffnet werden.
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Nachfolgend sollen zwei besonders wichtige Schaltvorgänge detaillierter beschrieben werden.
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Zum einen handelt es sich um den Übergang vom rein elektrischen Betriebsmodus zu einem verbrennungsmotorischen Festgang-Modus, mithin zu dem typischen Schaltvorgang, wenn nach elektrischem Anfahren auf verbrennungsmotorischen Betrieb umgeschaltet wird. Wie oben erläutert, ist beim Anfahren die E-Schaltkupplung 45 geschlossen, während die übrigen Schaltkupplungen geöffnet sind. Nach dem Start der Verbrennungskraftmaschine wird deren Drehzahl so geregelt, dass die beiden Seiten der Schaltkupplung 41 miteinander synchronisiert sind. Die vorzugsweise formschlüssige Schaltkupplung 41 kann dann verlustfrei geschlossen werden. Es resultiert ein parallelhybrider Betriebsmodus, bei dem sowohl elektromotorisches als auch verbrennungsmotorisches Moment über die erste Gang-Stirnradstufe 31 auf die Triebwelle 13 übertragen wird. Durch geeignete Drehzahl- und Drehmomentregelung der elektrischen Maschine 20 kann die E-Schaltkupplung sodann lastfrei gemacht und geöffnet werden. Mit diesem Schaltvorgang ist ein Wechsel des Antriebsaggregates, jedoch keine Veränderung der realisierten Übersetzung verbunden. Dies ist jedoch möglich, indem das verbrennungsmotorische Drehmoment in analoger Weise über eine der anderen Gang-Stirnradstufen auf die Triebwelle 13 geleitet wird.
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Ein weiterer, wichtiger Schaltprozess ist der häufig bei Überhohlvorgängen benutzte Kick-Down. Beim verbrennungsmotorischen Betrieb in höheren Geschwindigkeitsbereichen, beispielsweise bei Autobahn-Fahrt, wird der besonders hohe, häufig als Overdrive ausgelegte Gang kleinster Übersetzung genutzt. Bei der Ausführungsform von 6 entspricht dies dem vierten verbrennungsmotorischen Festgang, d. h. der Einleitung verbrennungsmotorischen Drehmomentes über die vierte Gang-Stirnradstufe 34 auf die Triebwelle 13. Wird in einer solchen Fahrsituation eine kurzfriste Beschleunigung abgefragt, angezeigt beispielsweise durch Durchtreten des Gaspedals, muss eine kurzfristige Rückschaltung, d. h. eine Erhöhung der Übersetzung, initiiert werden. Zunächst ist lediglich die Schaltkupplung 44 geschlossen. Beim Kick-Down wird sodann zusätzlich die H-Schaltkupplung 46 geschlossen, sodass elektromotorisches Drehmoment durch den Planetensatz 50 hindurch, insbesondere in seine Sonne 51 ein- und aus seinem Hohlrad 52 ausgeleitet und über die geschlossene H-Schaltkupplung 46 und die Gang-Stirnradstufe 33 in die Triebwelle 13 eingeleitet wird. Die Festräder 331 und 341 der dritten und vierten Gang-Stirnradstufe 33, 34 auf der Triebwelle 13 rotieren dabei selbstverständlich mit identischer Drehzahl. Die Drehzahl des Losrades 342 der vierten Gang-Stirnradstufe 34 ist von der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine vorgegeben. Die Drehzahl der elektrischen Maschine 20 muss daher vor dem Schaltvorgang so eingeregelt werden, dass die Elemente der H-Schaltkupplung 46 miteinander synchronisiert sind. Es resultiert ein hybrider Betriebsmodus, bei dem sich die Momentenflüsse im Planetensatz 50 kreuzen und auf der Triebwelle 13 addieren. Durch geeignete Drehmomentregelung der elektrischen Maschine 20 kann die Last vollständig über das Hohlrad überblendet und die dadurch lastfrei geschaltete Schaltkupplung 44 geöffnet werden. Das nach wie vor am Planetensatz 50 anstehende, verbrennungsmotorische Drehmoment wird also über das Hohlrad 52 und die den dritten Gang repräsentierende Gang-Stirnradstufe 33 auf die Triebwelle 13 übertragen, wobei die nach wie vor an der Sonne 51 anliegende, elektromotorische Drehzahl für eine passende Übersetzung innerhalb des Planetensatzes 50 sorgt. Die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine wird dabei zwecks Erzeugung höherer Leistung gesteigert, bis eine Drehzahlgleichheit innerhalb der Schaltkupplung 42, d. h. zwischen dem Losrad 322 der zweiten Gang-Stirnradstufe 32 und der verbrennungsmotorischen, zweiten Eingangswelle 12, erzielt ist. In diesem Zustand kann die Schaltkupplung 42 geschlossen und die H-Schaltkupplung 46 geöffnet werden, sodass sich die Anordnung im zweiten verbrennungsmotorischen Festgang bei hoher Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine und entsprechend hoher Leistung für einen kraftvollen Beschleunigungsvorgang befindet. Im Folgenden kann dann wieder über den dritten in den vierten verbrennungsmotorischen Festgang übergegangen werden, wobei die Schaltvorgänge durch temporären Übergang in einen hybriden Modus zugkraftunterbrechungsfrei gestaltet werden können.
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Die in 7 gezeigte, weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung unterscheidet sich von derjenigen von 6 dadurch, dass die Gang-Stirnradstufe 33 drittgrößter Übersetzung elektromotorisch eingangsseitig des Plus-Planetensatzes 50 angeordnet ist.
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8 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung, bei der im Gegensatz zur Ausführungsform von 6 die Gang-Stirnradstufe 32 zweitgrößter Übersetzung elektromotorisch eingangsseitig des Plus-Planetensatzes 50 angeordnet ist.
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Die in 9 gezeigte, weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung unterscheidet sich von derjenigen von 8 dadurch, dass bei der Gang-Stirnradstufe 32 zweitgrößter Übersetzung das erste Gangrad 321 als Losrad und das zweite Gangrad 322 als Festrad ausgebildet ist.
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Bei der in 10 gezeigten, weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung sind im Vergleich zu derjenigen von 6 die Gang-Stirnradstufen 33, 34 drittgrößter und kleinster Übersetzung elektromotorisch eingangsseitig des Plus-Planetensatzes 50 angeordnet.
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Die in 11 gezeigte, weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung unterscheidet sich von derjenigen von 10 dadurch, dass bei der Gang-Stirnradstufe 32 zweitgrößter Übersetzung das erste Gangrad 321 als Losrad und das zweite Gangrad 322 als Festrad ausgebildet ist.
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Bei der in 12 gezeigten, weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung wiederum sind sämtliche Gang-Stirnradstufen 31, 32, 33, 34 elektromotorisch eingangsseitig des Plus-Planetensatzes 50 angeordnet. Zudem ist bei der Gang-Stirnradstufe 32 zweitgrößter Übersetzung das erste Gangrad 321 als Losrad und das zweite Gangrad 322 als Festrad ausgebildet.
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Die in 13 gezeigte, weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung unterscheidet sich von derjenigen von 12 dadurch, dass bei der Gang-Stirnradstufe 32 zweitgrößter Übersetzung das erste Gangrad 321 als Festrad und das zweite Gangrad 322 als Losrad ausgebildet ist.
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Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben.
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Bezugszeichenliste
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- 11
- erste, elektromotorische Eingangswelle
- 12
- zweite, verbrennungsmotorische Eingangswelle
- 13
- Triebwelle
- 14
- Zwischenwelle
- 20
- elektrische Maschine
- 21
- Rotor von 20
- 22
- Stator von 20
- 31
- erste Gang-Stirnradstufe (erster Gang)
- 311
- erstes Gangrad von 31
- 312
- zweites Gangrad von 31
- 32
- zweite Gang-Stirnradstufe (zweiter Gang)
- 321
- erstes Gangrad von 32
- 322
- zweites Gangrad von 32
- 33
- dritte Gang-Stirnradstufe (dritter Gang)
- 331
- erstes Gangrad von 33
- 332
- zweites Gangrad von 33
- 34
- vierte Gang-Stirnradstufe (vierter Gang)
- 341
- erstes Gangrad von 34
- 342
- zweites Gangrad von 34
- 35
- Stirnradstufe
- 36
- Stirnradstufe
- 361
- Ausgangsrad
- 41
- Schaltkupplung
- 42
- Schaltkupplung
- 43
- Schaltkupplung
- 44
- Schaltkupplung
- 45
- E-Schaltkupplung
- 46
- H-Schaltkupplung
- 50
- Planetensatz
- 51
- Sonne
- 52
- Hohlrad
- 53
- Steg
- 54
- Planetenräder
- 60
- Differenzial
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018214793 [0003]
- DE 102013211975 A1 [0005]
- DE 102013223462 A1 [0005]
- DE 102014214147 A1 [0005]
