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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybridgetriebe für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang, einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang mit einem solchen Hybridgetriebe sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang.
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Fahrzeuge werden zunehmend mit Hybridantrieben, d. h. mit wenigstens zwei verschiedenen Antriebsquellen ausgestattet. Hybridantriebe können zur Verminderung des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemissionen beitragen. Es haben sich weitgehend Antriebsstränge mit einem Verbrennungsmotor und einem oder mehreren Elektromotoren als Parallelhybrid oder als Mischhybrid durchgesetzt. Derartige Hybridantriebe weisen im Kraftfluss eine im Wesentlichen parallele Anordnung des Verbrennungsmotors und des Elektroantriebs auf. Hierbei wird eine Überlagerung der Antriebsmomente als auch eine Ansteuerung mit rein verbrennungsmotorischem Antrieb oder rein elektromotorischem Antrieb ermöglicht. Da sich die Antriebsmomente des Elektroantriebs und des Verbrennungsmotors je nach Ansteuerung addieren können, ist eine vergleichsweise kleinere Auslegung des Verbrennungsmotors und/oder dessen zeitweise Abschaltung möglich. Hierdurch kann eine signifikante Reduzierung der CO2-Emissionen ohne nennenswerte Leistungs- bzw. Komforteinbußen erreicht werden. Die Möglichkeiten und Vorteile eines Elektroantriebs können somit mit den Reichweiten-, Leistungs- und Kostenvorteilen von Brennkraftmaschinen verbunden werden.
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Ein Nachteil der oben genannten Hybridantriebe besteht in einem im Allgemeinen komplexeren Aufbau, da beide Antriebsquellen vorzugsweise mit nur einem Getriebe Antriebsleistung auf eine Antriebswelle übertragen. Eine Reduzierung der Komplexität im Aufbau eines Hybridgetriebes geht meistens mit einer Einbuße an Variabilität einher.
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Vor diesem Hintergrund stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, ein technisch einfach aufgebautes Hybridgetriebe mit hoher Variabilität zu schaffen. Insbesondere sollen ein Hybridgetriebe und ein Kraftfahrzeug-Antriebsstrang mit hoher Variabilität geschaffen werden, die sich vorzugsweise zur Front-Quer- oder Heck-Quer-Anordnung, also mit einem seitlichen Abtrieb, eignen.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Hybridgetriebe in Vorgelegebauweise für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang mit einer Verbrennungsmaschine und einer ersten elektrischen Antriebsmaschine, die antriebswirksam mit einer Fahrzeugachse verbindbar sind, mit:
- einer ersten Getriebeeingangswelle, um einem ersten Teilgetriebe des Hybridgetriebes Antriebsleistung der Verbrennungsmaschine zuzuführen;
- einer zweiten Getriebeeingangswelle, um einem zweiten Teilgetriebe des Hybridgetriebes Antriebsleistung der Verbrennungsmaschine zuzuführen;
- einer Kupplungsvorrichtung mit einem ersten Schaltelement, um die Verbrennungsmaschine antriebswirksam mit dem ersten Teilgetriebe zu verbinden und einem zweiten Schaltelement, um die Verbrennungsmaschine antriebswirksam mit dem zweiten Teilgetriebe zu verbinden;
- einer Vorgelegewelle, die antriebswirksam mit einem Abtrieb verbunden ist, wobei der Abtrieb mit der ersten Fahrzeugachse antriebswirksam verbunden ist;
- in mehreren Radsatzebenen angeordneten Losrädern und Festrädern zum Bilden von Gangstufen; und
- mehreren Schaltelementen zum Einlegen der Gangstufen, wobei
- ein gangbildendes Zahnrad dazu ausgebildet ist, die erste elektrische Antriebsmaschine antriebswirksam mit einem Teilgetriebe zu verbinden.
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Ferner wird die Aufgabe gelöst durch einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit:
- einem Hybridgetriebe, wie zuvor beschrieben;
- einer Verbrennungsmaschine, die mit der ersten Getriebeeingangswelle und/oder der zweiten Getriebeeingangswelle verbindbar ist; und einer ersten elektrischen Antriebsmaschine, die mit der ersten Getriebeeingangswelle und/oder der zweiten Getriebeeingangswelle verbindbar ist.
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Die Aufgabe wird ferner gelöst von einem Kraftfahrzeug mit einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang, wie zuvor beschrieben; einem Energiespeicher zum Speichern von Energie zum Versorgen der ersten elektrischen Antriebsmaschine und/oder der zweiten elektrischen Antriebsmaschine.
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Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Insbesondere kann das Kraftfahrzeug und/oder der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang entsprechend der für das Hybridgetriebe in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Ausgestaltungen ausgeführt sein.
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Durch eine Kupplungsvorrichtung mit einem ersten Schaltelement und einem zweiten Schaltelement, um die Verbrennungsmaschine antriebswirksam mit dem ersten bzw. zweiten Teilgetriebe zu verbinden, kann technisch einfach jede der Gangstufen des Hybridgetriebes für die Verbrennungsmaschine eingelegt werden. Ferner baut das Hybridgetriebe durch eine derartige Kupplungsvorrichtung kompakt. Zudem kann eine zugkraftunterbrechungsfreie Schaltung aller Gänge der Verbrennungsmaschine eingerichtet werden. Durch das Ausbilden eines gangbildenden Zahnrads derart, dass die erste elektrische Antriebsmaschine antriebswirksam mit einem Teilgetriebe verbunden werden kann, ist die Anbindung der ersten elektrischen Antriebsmaschine an das Hybridgetriebe technisch einfach und vorzugsweise ohne weitere Bauteile möglich. Mit diesem Hybridgetriebe lassen sich insbesondere die folgenden Vorteile erreichen. Es wird ein sehr geringer mechanischer Aufwand benötigt, vorzugsweise kann das Hybridgetriebe mit drei Aktoren aufgebaut werden. Das Hybridgetriebe baut kompakt. Es kann ein Hybridgetriebe mit einer geringen Bauteilbelastung und mit geringen Getriebeverlusten geschaffen werden. Ferner weist das Hybridgetriebe einen guten Verzahnungswirkungsgrad und eine vorteilhafte Übersetzungsreihe auf. Vorzugsweise ist für das Hybridgetriebe nur eine elektrische Antriebsmaschine erforderlich.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind alle geraden Gangstufen einem Teilgetriebe zugeordnet. Die Schaltelemente der geraden Gangstufen bilden ein Doppelschaltelement. Ergänzend oder alternativ sind alle ungeraden Gangstufen einem Teilgetriebe zugeordnet. Die Schaltelemente der ungeraden Gangstufen bilden ein Doppelschaltelement. Hierdurch kann das Hybridgetriebe technisch einfach und insbesondere mit wenigen Bauteilen aufgebaut werden. Die Ansteuerung und insbesondere der Gangwechsel in einem derartigen Hybridgetriebe sind vereinfacht, da vorzugsweise nur ein Aktor benötigt wird, um zwei Schaltelemente, also ein Doppelschaltelement, zu bedienen. Durch eine derartige Zuordnung der Gangstufen zu einem Teilgetriebe kann technisch einfach ein zugkraftverlustfreies Schalten eingerichtet werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung bildet das gangbildende Zahnrad die höchste Gangstufe des Teilgetriebes. Auf diese Weise kann vorzugsweise ohne eine weitere Übersetzungsstufe ein hohes Übersetzungsverhältnis für die erste elektrische Antriebsmaschine erreicht werden. Das Hybridgetriebe baut leicht und wenig kompliziert, da wenige Bauteile verwendet werden. Die elektrische Antriebsmaschine kann in einem sehr effizienten Drehzahlbereich betrieben werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung bilden die in mehreren Radsatzebenen angeordneten Losräder und Festräder vier Gangstufen. Hierdurch kann ein kompaktes Hybridgetriebe mit ausreichend Variabilität geschaffen werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Hybridgetriebe mit einer Vorderachse eines Kraftfahrzeugs wirkverbindbar. Hierdurch eignet sich das Hybridgetriebe insbesondere für eine Verwendung bei einer Serienfertigung von Kleinfahrzeugen, die vorzugsweise mit einem Frontantrieb ausgestattet sind.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die erste Getriebeeingangswelle und die zweite Getriebeeingangswelle koaxial zueinander angeordnet. Eine der Getriebeeingangswellen ist als Hohlwelle ausgebildet und umgibt zumindest abschnittsweise die andere Getriebeeingangswelle. Hierdurch kann ein Hybridgetriebe geschaffen werden, das insbesondere kompakt baut. Ferner können hierdurch technisch einfach zwei Teilgetriebe im Hybridgetriebe realisiert werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das gangbildende Zahnrad an einem axialen Ende des Hybridgetriebes angeordnet. Hierdurch kann ein Krafteintrag in das Hybridgetriebe vorteilhaft abgestützt werden, da ein an dem axialen Ende angeordnetes Zahnrad nur einen geringen Abstand zu einer möglichen Lagerung einer Getriebewelle aufweist. Ferner kann ausreichend Bauraum für eine große elektrische Antriebsmaschine geschaffen werden, ohne dabei die axiale Baulänge des Getriebes im Wesentlichen zu erhöhen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die dem Teilgetriebe, mit dem die erste elektrische Antriebsmaschine antriebswirksam verbunden ist, zugeordneten Schaltelemente zum Einlegen der Gangstufen als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet. Ergänzend oder alternativ sind die dem Teilgetriebe, das von der ersten elektrischen Antriebsmaschine entkoppelt ist, zugeordneten Schaltelemente zum Einlegen der Gangstufen als Synchronschaltelemente ausgebildet. Hierdurch kann das Hybridgetriebe technisch einfach und kosteneffizient ausgeführt sein. Ferner kann ein Schaltvorgang schneller erfolgen, was zu einem erhöhten Fahrkomfort beiträgt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Schaltelemente der Kupplungsvorrichtung als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet. Es ist denkbar, die Schaltelemente als Klauenkupplungen auszuführen. Hierdurch kann das Hybridgetriebe kosteneffizient ausgeführt sein. Insbesondere können die Synchronschaltelemente, wie oben beschrieben, nur bei den Gangstufen verwendet werden, die der Verbrennungsmaschine zugeordnet sind. Hierdurch können die Synchronschaltelemente auf die Gangstufen angepasst ausgeführt werden. Das Hybridgetriebe wird effizient und insbesondere kosteneffizient ausgeführt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste elektrische Antriebsmaschine achsparallel zu der ersten und/oder zweiten Getriebeeingangswelle angeordnet. Hierbei ist eine Anbindung der elektrischen Maschine an das Hybridgetriebe technisch einfach möglich. Ferner kann durch die vorteilhafte Anordnung der zur Verfügung stehende Bauraum genutzt werden, um eine entsprechend große Maschine zu verwenden. Der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang kann kompakt und leistungsstark ausgeführt werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang eine zweite elektrische Antriebsmaschine zum Bereitstellen von Antriebsleistung auf. Die zweite elektrische Antriebsmaschine ist vorzugsweise über ein weiteres Getriebe mit einer Hinterachse eines Kraftfahrzeugs wirkverbindbar. Hierdurch kann technisch einfach ein Kraftfahrzeug-Antriebsstrang mit einem Allradantrieb geschaffen werden. Ferner kann hierdurch ein Kraftfahrzeug-Antriebsstrang geschaffen werden, bei dem eine Achse eine Zugkraftunterstützung liefert, wenn in der anderen Achse ein Gangwechsel abläuft. Es versteht sich, dass die Anbindung der zweiten elektrischen Antriebsmaschine auch an der Vorderachse erfolgen kann, wenn der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang eine erste elektrische Antriebsmaschine sowie eine Verbrennungsmaschine aufweist, welche die Hinterachse antreiben. Mit anderen Worten können die Anbringungsachsen vertauscht sein.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die erste elektrische Antriebsmaschine als Startergenerator zum Starten der Verbrennungsmaschine ansteuerbar. Ergänzend oder alternativ ist die erste elektrische Antriebsmaschine als Ladegenerator zum Laden eines Energiespeichers ansteuerbar. Weiterhin oder ergänzend oder alternativ ist die erste elektrische Antriebsmaschine als Generator zum Versorgen der zweiten elektrischen Antriebsmaschine bei einem seriellen Fahrmodus ansteuerbar. Hierdurch kann das Hybridgetriebe effizient betrieben werden. Beispielsweise ist ein sogenanntes Standladen möglich. Der Kraftstoffverbrauch kann reduziert werden. Ferner kann auf einen zusätzlichen Anlasser für die Verbrennungsmaschine verzichtet werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste elektrische Antriebsmaschine zumindest teilweise als ein Stützkraftmittel bei Gangwechseln der Verbrennungsmaschine ansteuerbar. Ergänzend oder alternativ ist die Verbrennungsmaschine zumindest teilweise als ein Stützkraftmittel bei Gangwechseln der ersten elektrischen Antriebsmaschine ansteuerbar. Hierdurch wird ein komfortables Wechseln der Gangstufen ermöglicht. Ferner weist das Hybridgetriebe einen geringeren Verschleiß und eine höhere Ausfallstabilität auf.
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Insbesondere kann eine Schwingungsdämpfung für einen verbrennungsmotorischen Antrieb vorgesehen sein. Beispielsweise kann eine Kurbelwelle der Verbrennungsmaschine mit einem Schwungrad verbunden sein. Ferner kann die Verbrennungsmaschine mit einem zwischengeschalteten Schwingungsdämpfer mit der für die Verbindung mit der Verbrennungsmaschine vorgesehenen Verbrennungsmaschinen-Eingangswelle verbunden sein. Zudem kann die Verbrennungsmaschine mit einem zwischengeschalteten Schwingungsdämpfer mit der für die Verbindung mit der Verbrennungsmaschine vorgesehenen motorseitigen Kupplungswelle einer Kupplung verbunden sein.
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Ferner kann eine Sicherheits-Rutschkupplung vorgesehen sein: Die Verbrennungsmaschine kann mit einer zwischengeschalteten Sicherheitskupplung mit dem Hybridgetriebe verbunden werden. Eine solche Kupplung begrenzt das übertragbare Drehmoment und kann so die Getriebemechanik vor Überlast schützen. Sie ist passiv, d. h. sie benötigt keine aktive Ansteuerung. Ebenso kann eine mit dem Hybridgetriebe verbundene elektrische Antriebsmaschine über eine Sicherheitskupplung mit dem Hybridgetriebe verbunden werden.
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Unter Standladen ist insbesondere das Betreiben der elektrischen Antriebsmaschine als Generator zu verstehen, vorzugsweise bei einem Stillstand mit laufender Verbrennungsmaschine, um einen Energiespeicher zu befüllen und/oder eine Bordelektronik zu speisen.
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Ein Aktor ist vorliegend insbesondere ein Bauteil, das ein elektrisches Signal in eine mechanische Bewegung umsetzt. Vorzugsweise führen Aktoren, die mit Doppelschaltelementen verwendet werden, Bewegungen in zwei entgegengesetzte Richtungen aus, um in der ersten Richtung ein Schaltelement des Doppelschaltelements zu schalten und in der zweiten Richtung das andere Schaltelement zu schalten.
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Ein Gangstufenwechsel erfolgt insbesondere durch Abschalten eines Schaltelementes und/oder einer Kupplung und gleichzeitiges Aufschalten des Schaltelementes und/oder der Kupplung für die nächsthöhere oder -niedrigere Gangstufe. Das zweite Schaltelement und/oder die zweite Kupplung übernimmt also Stück für Stück das Drehmoment vom ersten Schaltelement und/oder der ersten Kupplung bis am Ende des Gangstufenwechsels das gesamte Drehmoment vom zweiten Schaltelement und/oder der zweiten Kupplung übernommen wird.
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Eine Verbrennungsmaschine kann insbesondere jede Maschine sein, die durch Verbrennen eines Antriebsmittels, wie Benzin, Diesel, Kerosin, Ethanol, Flüssiggas, Autogas, etc. eine Drehbewegung erzeugen kann. Eine Verbrennungsmaschine kann beispielsweise ein Ottomotor, ein Dieselmotor, ein Wankelmotor oder ein Zweitaktmotor sein.
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Unter Anschleppen der Verbrennungsmaschine ist das Anlassen bzw. das In-Drehung-Versetzen der Verbrennungsmaschine zu verstehen. Das Anschleppen erfolgt dabei durch zumindest teilweises Schließen einer Reibkupplung bei einer eingelegten Gangstufe und eingeschalteter Zündung, wobei der „Schwung“ eines sich in Bewegung befindenden Fahrzeuges, also die kinetische Bewegungsenergie, durch den Kraftübertragungsstrang auf die Verbrennungsmaschine übertragen wird.
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Unter seriellem Fahren ist ein Betriebsmodus zu verstehen, bei dem die Verbrennungsmaschine als Antrieb für eine als Generator betriebene elektrische Antriebsmaschine dient, die eine weitere elektrische Antriebsmaschine speist, sodass die Verbrennungsmaschine von den Antriebsrädern entkoppelt ist und vorzugsweise ständig in einem einzigen emissionsgünstigen Betriebspunkt betrieben werden kann.
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Ein Synchron-Schaltelement ist vorzugsweise ein Schaltelement, das unterschiedliche Drehgeschwindigkeiten einer dem Synchron-Schaltelement zugeordneten Welle und eines dem Synchron-Schaltelement zugeordneten Zahnrads angleichen kann. Ein Synchron-Schaltelement erlaubt folglich das Einlegen von Gangstufen ohne vorherige Synchronisierung.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang;
- 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes in einer ersten Variante;
- 3 eine schematische Darstellung eines Schaltschemas des Hybridgetriebes gemäß der 2;
- 4 eine zweite Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
- 5 eine schematische Darstellung eines Schaltschemas des erfindungsgemäßen Hybridgetriebes der 4;
- 6 schematisch eine dritte Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes; und
- 7 schematisch eine vierte Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes.
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In 1 ist schematisch ein Kraftfahrzeug 10 mit einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 gezeigt. Der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 weist eine erste elektrische Antriebsmaschine 14 und eine Verbrennungsmaschine 16 auf, die mittels eines Hybridgetriebes 18 mit einer Vorderachse 20 des Kraftfahrzeugs 10 verbunden sind. Der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 weist ferner eine zweite elektrische Antriebsmaschine 22 auf, die mittels eines weiteren Getriebes 24 mit einer Hinterachse 26 des Kraftfahrzeugs 10 wirkverbunden ist. Mittels des Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs 12 wird Antriebsleistung der elektrischen Antriebsmaschinen 14, 22 und der Verbrennungsmaschine 16 den Rädern des Kraftfahrzeugs 10 zugeführt. Ferner weist das Kraftfahrzeug 10 einen Energiespeicher 28 auf, um Energie zu speichern, die beispielsweise zum Versorgen der elektrischen Antriebsmaschinen 14, 22 dient.
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In 2 ist schematisch ein Hybridgetriebe 18 gezeigt. Das Hybridgetriebe 18 weist eine erste Getriebeeingangswelle 30 und eine zweite Getriebeeingangswelle 32 auf. Die zweite Getriebeeingangswelle 32 ist dabei als Hohlwelle ausgebildet und umgibt die erste Getriebeeingangswelle 30 zumindest abschnittsweise. Achsparallel zu der ersten Getriebeeingangswelle 30 und der zweiten Getriebeeingangswelle 32 ist eine Vorgelegewelle 34 angeordnet. An der Vorgelegewelle 34 ist ein Abtrieb 36 angeordnet, der zwei Zahnräder umfasst sowie ein Differential. Die erste elektrische Antriebsmaschine 14 ist über ein Zahnrad 38 eines gangbildenden Zahnradpaares 38, 40 der vierten Gangstufe antriebswirksam mit dem Hybridgetriebe 18 verbunden. Das Hybridgetriebe 18 weist zwei Teilgetriebe auf, wobei das erste Teilgetriebe die Gangstufen 1 und 3 des Hybridgetriebes umfasst. In das erste Teilgetriebe wird Antriebsleistung mittels der ersten Getriebeeingangswelle 30 eingebracht. Ein zweites Teilgetriebe des Hybridgetriebes 18 umfasst die Gangstufen 2 und 4. In das zweite Teilgetriebe wird Antriebsleistung mittels der zweiten Getriebeeingangswelle 32 eingebracht. Die erste Gangstufe wird mittels eines Schaltelements A eingelegt, die dritte Gangstufe mittels eines Schaltelements C. Die Schaltelemente sind in diesem Beispiel als Synchronschaltelemente ausgebildet und zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst. Dieses Doppelschaltelement ist an der Vorgelegewelle 34 angeordnet. Das Schaltelement B ist der zweiten Gangstufe zugeordnet, das Schaltelement D ist der vierten Gangstufe zugeordnet. Die Schaltelemente D und B sind als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt und zu einem Doppelschaltelement kombiniert, das an der Vorgelegewelle 34 angeordnet ist. Das Hybridgetriebe 18 weist ferner eine Kupplungsvorrichtung 42 auf, die ein Schaltelement K1 und ein Schaltelement K2 umfasst. Das Schaltelement K1 ist dazu ausgebildet, eine nicht gezeigte Verbrennungsmaschine mit der ersten Getriebeeingangswelle 30 drehfest zu verbinden. Das Schaltelement K2 ist dazu ausgebildet die nicht gezeigte Verbrennungsmaschine mit der zweiten Getriebeeingangswelle 32 drehfest zu verbinden. Die Schaltelemente K1 und K2 sind dabei zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst, das von einem doppeltwirkenden Aktor betätigt werden kann.
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Die erste Getriebeeingangswelle 30 und die zweite Getriebeeingangswelle 32 sowie die Kupplungsvorrichtung 42 sind auf einer Getriebeachse A1 angeordnet. Die Vorgelegewelle 34 ist auf einer Getriebeachse A2 angeordnet. Der Abtrieb und insbesondere das Differential des Abtriebs sind auf einer Getriebeachse A3 angeordnet. Die erste elektrische Antriebsmaschine 14 ist auf einer Getriebeachse A4 angeordnet.
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3 zeigt ein Schaltschema 44 des Hybridgetriebes 18 der 2. In der ersten Spalte sind die Verbrennungsgangstufen V1 bis V4 der Verbrennungsmaschine 16 sowie die Elektrogangstufen E1 und E2 der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 genannt. Das Schaltschema 44 gibt an, welche der Gangstufen 1 bis 4 des Hybridgetriebes 18, welcher der Verbrennungsgangstufen V1 bis V4 und welcher der Elektrogangstufen E1 und E2 entspricht.
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In der zweiten bis siebten Spalte sind die Schaltzustände der Schaltelemente K1 und K2 bzw. A bis D gezeigt, wobei ein „X“ bedeutet, dass das Schaltelement geschlossen ist, also die ihm zugeordneten Bauteile antriebswirksam verbindet.
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Die Verbrennungsgangstufe V1 wird durch Schließen der Schaltelemente K1 und A eingelegt. Für die Verbrennungsgangstufe V2 sind die Schaltelemente K2 und B zu schließen. Die Verbrennungsgangstufe V3 wird durch Schließen der Schaltelemente K1 und C eingelegt. Für die Verbrennungsgangstufe V4 sind die Schaltelemente K2 und D zu schließen. Für die Elektrogangstufe E1 ist das Schaltelement B zu schließen. Für die Elektrogangstufe E2 ist das Schaltelement D zu schließen.
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Es versteht sich, dass alle Schaltelemente, die nicht explizit als geschlossen bezeichnet sind, als offen anzusehen sind, also die ihnen zugeordneten Getriebebauteile nicht antriebswirksam miteinander verbinden.
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Mit der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 können insbesondere die folgenden Funktionen abgedeckt werden. Ein elektrischer Fahrzeugantrieb des Kraftfahrzeugs 10 zum Anfahren und Fahren vorwärts bzw. rückwärts in den Elektrogangstufen E1 und E2 wird ermöglicht. Ferner kann eine Unterstützung der Zugkraft bei Schaltungen der Verbrennungsmaschine 16 erfolgen. Hierbei kann die erste elektrische Antriebsmaschine 14 über die Elektrogangstufen E1 oder E2 die Zugkraft aufrechterhalten, wenn ein Wechsel bei den Schaltelementen K1, K2, A oder C erfolgt.
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Ferner kann über das Schaltelement K2 die erste elektrische Antriebsmaschine 14 mit der Verbrennungsmaschine 16 wirkverbunden werden. Hierdurch kann die erste elektrische Antriebsmaschine 14 die Verbrennungsmaschine 16 starten oder generatorisch zur Stromerzeugung für einen Verbraucher betrieben werden. Beispielsweise bei einem Fahrzeugstillstand.
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Im Folgenden wird ein Schaltvorgang am Beispiel einer Lastschaltung von der Verbrennungsgangstufe V1 in die Verbrennungsgangstufe V2 im Hybridbetrieb erläutert. Ausgangspunkt ist die Verbrennungsgangstufe V1, bei der die Schaltelemente K1 und A geschlossen sind. Zudem ist das Schaltelement B geschlossen, sodass für die erste elektrische Antriebsmaschine 14 die Elektrogangstufe E1 wirksam eingelegt ist. Es folgt ein Lastabbau am Schaltelement K1 und ein gleichzeitiger Lastaufbau an der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14. Das Schaltelement K1 wird geöffnet. Die Drehzahl der Verbrennungsmaschine 16 wird abgesenkt, sodass das Schaltelement K2 synchron wird. Beispielsweise kann die Verbrennungsmaschine 16 hierfür in den Schubbetrieb gehen. Das Schaltelement B kann eingelegt werden. Im Hintergrund kann anschließend das Schaltelement A geöffnet und das Schaltelement C geschlossen werden, um eine Schaltung von der Verbrennungsgangstufe V2 in die Verbrennungsgangstufe V3 vorzubereiten. Beim Auslegen von Schaltelement A und insbesondere beim Einlegen von Schaltelement C erfolgt eine Synchronisierung mittels einer konventionellen Sperrsynchronisierung an den Schaltelementen A und C.
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Eine Absenkung der Drehzahl der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 im Hybridbetrieb kann beispielsweise wie folgt erfolgen. Wenn das Schaltelement K2 geöffnet ist, kann lastfrei im Hintergrund von der Elektrogangstufe E1 in die Elektrogangstufe E2 gewechselt werden. Hierdurch wird die Drehzahl der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 abgesenkt. Diese Umschaltung erfolgt vorzugsweise während die Verbrennungsmaschine 16 in einer der Verbrennungsgangstufen V1 oder V3 die Zugkraft aufrecht erhält.
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Vorzugsweise kann im Hybridbetrieb die erste elektrische Antriebsmaschine 14 abgekoppelt werden, wenn die Verbrennungsmaschine 16 eine der Verbrennungsgangstufen V1 oder V3 nutzt. Hierdurch kann ein effizienter verbrennungsmotorischer Fahrbetrieb eingerichtet werden.
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In 4 ist eine zweite Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Es soll insbesondere auf die Unterschiede zu der in 2 gezeigten Variante eines Hybridgetriebes 18 eingegangen werden. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich auf gleiche Merkmale und werden nicht erneut erläutert. In der in 4 gezeigten Variante eines Hybridgetriebes 18 ist die erste elektrische Antriebsmaschine 14 über ein Zahnrad 46 der dritten Gangstufe des Hybridgetriebes 18 antriebswirksam mit der ersten Getriebeeingangswelle 30 verbunden. Die erste elektrische Antriebsmaschine 14 ist also mit dem ersten Teilgetriebe wirkverbunden, das die Gangstufen 1 und 3 des Hybridgetriebes umfasst.
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Die Elektrogangstufe E1 entspricht in dem gezeigten Beispiel der Gangstufe 2 des Hybridgetriebes 18. Die Elektrogangstufe E2 entspricht in dem gezeigten Beispiel der Gangstufe 4 des Hybridgetriebes 18.
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In 5 ist schematisch ein Schaltschema 48 des Hybridgetriebes 18 der 4 gezeigt. Die Verbrennungsgangstufen schalten sich analog zu dem in 2 gezeigten Schaltschema 44. Da die erste elektrische Antriebsmaschine 14 mit dem ersten Teilgetriebe wirkverbunden ist, ist zum Einlegen der Elektrogangstufe E1 das Schaltelement A zu schließen und zum Einlegen der Elektrogangstufe E2 das Schaltelement C zu schließen. Die Elektrogangstufe E1 entspricht in dem gezeigten Beispiel der Gangstufe 1 des Hybridgetriebes 18. Die Elektrogangstufe E2 entspricht in dem gezeigten Beispiel der Gangstufe 3 des Hybridgetriebes 18.
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In 6 ist eine dritte Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführungsform ist das Doppelschaltelement, das die Schaltelemente A und C umfasst, auf der ersten Getriebeeingangswelle 30 angeordnet. Es versteht sich, dass auch entsprechend die Losräder der Gangstufen 1 und 3 an der Getriebeeingangswelle 30 angeordnet sind und die dazugehörigen Festräder an der Vorgelegewelle 34 angeordnet sind.
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In 7 ist eine vierte Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 5 gezeigten Ausführungsform ist das Doppelschaltelement, das die Schaltelemente D und B umfasst, an der zweiten Getriebeeingangswelle 32 angeordnet. Die Losräder der Gangstufen 2 und 4 sind an der zweiten Getriebeeingangswelle 32 angeordnet und die Festräder der Gangstufen 2 und 4 sind an der Vorgelegewelle 34 angeordnet.
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Die Schaltvorgänge der in 6 gezeigten Variante eines Hybridgetriebes 18 können mit dem in 3 gezeigten Schaltschema 44 beschrieben werden. Die Schaltvorgänge der in 7 gezeigten Variante eines Hybridgetriebes 18 können mittels des Schaltschemas 48 der 5 beschrieben werden.
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Es versteht sich, dass auch beide Doppelschaltelemente an den Getriebeeingangswellen 30, 32 angeordnet sein können.
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Die Erfindung wurde anhand der Zeichnungen und der Beschreibung umfassend beschrieben und erklärt. Die Beschreibung und Erklärung sind als Beispiel und nicht einschränkend zu verstehen. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer genauen Analyse der Zeichnungen, der Offenbarung und der nachfolgenden Patentansprüche.
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In den Patentansprüchen schließen die Wörter „umfassen“ und „mit“ nicht das Vorhandensein weiterer Elemente oder Schritte aus. Der undefinierte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt nicht das Vorhandensein einer Mehrzahl aus. Ein einzelnes Element oder eine einzelne Einheit kann die Funktionen mehrerer der in den Patentansprüchen genannten Einheiten ausführen. Die bloße Nennung einiger Maßnahmen in mehreren verschiedenen abhängigen Patentansprüchen ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht ebenfalls vorteilhaft verwendet werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kraftfahrzeug
- 12
- Kraftfahrzeug-Antriebsstrang
- 14
- erste elektrische Antriebsmaschine
- 16
- Verbrennungsmaschine
- 18
- Hybridgetriebe
- 20
- Vorderachse
- 22
- zweite elektrische Antriebsmaschine
- 24
- weiteres Getriebe
- 26
- Hinterachse
- 28
- Energiespeicher
- 30
- erste Getriebeeingangswelle
- 32
- zweite Getriebeeingangswelle
- 34
- Vorgelegewelle
- 36
- Abtrieb
- 38
- Zahnrad
- 40
- Zahnrad
- 42
- Kupplungsvorrichtung
- 44
- Schaltschema
- 46
- Zahnrad
- 48
- Schaltschema
- A-D
- Schaltelemente
- K1
- Schaltelement
- K2
- Schaltelement
- A1-A4
- Getriebeachsen
