DE102019212141A1 - Hybrid powertrain - Google Patents
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- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
- B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
- B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
- B60K6/42—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
- B60K6/48—Parallel type
- B60K2006/4825—Electric machine connected or connectable to gearbox input shaft
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16H—GEARING
- F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
- F16H3/006—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion power being selectively transmitted by either one of the parallel flow paths
- F16H2003/007—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion power being selectively transmitted by either one of the parallel flow paths with two flow paths, one being directly connected to the input, the other being connected to the input though a clutch
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16H—GEARING
- F16H2200/00—Transmissions for multiple ratios
- F16H2200/003—Transmissions for multiple ratios characterised by the number of forward speeds
- F16H2200/0039—Transmissions for multiple ratios characterised by the number of forward speeds the gear ratios comprising three forward speeds
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16H—GEARING
- F16H2200/00—Transmissions for multiple ratios
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16H—GEARING
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Abstract
Hybrid-Antriebsstrang (10) für ein Kraftfahrzeug (K), mit einer Antriebswelle (14), an die ein Verbrennungsmotor (12) anschließbar ist, mit einer ersten Eingangswelle, die mit der Antriebswelle (14) verbunden oder die über eine Kupplung (120) mit der Antriebswelle (14) verbindbar ist, mit einer Ausgangswellenanordung (20), mit einer Getriebeanordnung (18) mit wenigstens einem schaltbaren Radsatz (34), über den die erste Eingangswelle (16) und die Ausgangswellenanordung (20) miteinander verbindbar sind, mit einer Elektromaschine (60), die einen Rotor (66) aufweist, und mit einer schaltbaren Planetenradsatzanordnung (72), über die der Rotor (66) mit der Ausgangswellenanordung (20) verbindbar ist.Hybrid drive train (10) for a motor vehicle (K), with a drive shaft (14) to which an internal combustion engine (12) can be connected, with a first input shaft which is connected to the drive shaft (14) or which is connected via a clutch (120 ) can be connected to the drive shaft (14), to an output shaft arrangement (20), to a gear arrangement (18) with at least one switchable gear set (34) via which the first input shaft (16) and the output shaft arrangement (20) can be connected to one another, with an electric machine (60) which has a rotor (66) and with a switchable planetary gear set arrangement (72) via which the rotor (66) can be connected to the output shaft arrangement (20).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hybrid-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit einer Antriebswelle, an die ein Verbrennungsmotor anschließbar ist, mit einer ersten Eingangswelle, die mit der Antriebswelle verbunden oder die über eine Kupplung mit der Antriebswelle verbindbar ist, mit einer Ausgangswellenanordnung, mit einer Getriebeanordnung, die wenigstens einen schaltbaren Radsatz aufweist, über den die erste Eingangswelle und die Ausgangswellenanordnung miteinander verbindbar sind, und mit einer Elektromaschine, die einen Rotor aufweist.The present invention relates to a hybrid drive train for a motor vehicle, with a drive shaft to which an internal combustion engine can be connected, with a first input shaft that is connected to the drive shaft or that can be connected to the drive shaft via a coupling, with an output shaft arrangement, with a Transmission arrangement which has at least one switchable gear set via which the first input shaft and the output shaft arrangement can be connected to one another, and with an electric machine which has a rotor.
Antriebsstränge für Kraftfahrzeuge beinhalten klassischerweise einen Verbrennungsmotor, der über eine Anfahr- und Trennkupplung mit einem in der Regel mehrstufigen Getriebe verbunden ist. Bei Getrieben unterscheidet man generell zwischen Stirnradgetrieben, die in der Regel als Vorgelegegetriebe realisiert sind. Solche Getriebe weisen Radsätze auf, die jeweils ein mit einer Welle fest verbundenes Festrad und ein an einer anderen Welle drehbar gelagertes Losrad aufweisen, wobei das Losrad über eine Schaltkupplung, beispielsweise über eine Synchron-Schaltkupplung mit der zugeordneten Welle verbindbar ist, um eine Gangstufe zu schalten.Drivetrains for motor vehicles typically include an internal combustion engine that is connected to a usually multi-stage transmission via a starting and disconnecting clutch. In the case of gears, a general distinction is made between spur gears, which are usually implemented as countershaft gears. Such transmissions have gear sets that each have a fixed gear firmly connected to a shaft and an idler gear rotatably mounted on another shaft, the idler gear being connectable to the assigned shaft via a clutch, for example via a synchronous clutch, in order to shift to a gear switch.
Andererseits ist es bekannt, einen Verbrennungsmotor über einen Drehmomentwandler mit einem Automatikgetriebe zu verbinden, das eine Mehrzahl von schaltbaren Planetenradsätzen beinhaltet. Vorteilhaft ist hier, dass Gangwechsel generell Zugkraftunterbrechungsfrei durchgeführt werden können.On the other hand, it is known to connect an internal combustion engine via a torque converter to an automatic transmission which contains a plurality of shiftable planetary gear sets. The advantage here is that gear changes can generally be carried out without interruption of traction.
Bei sog. Doppelkupplungsgetrieben ist der Verbrennungsmotor eingangsseitig mit zwei parallelen Anfahr- bzw. Trennkupplungen verbunden, die jeweils über Teilgetriebe in Vorgelegebauweise mit einer Leistungsverteilungseinrichtung, wie beispielsweise einem Differential, verbunden sind.In so-called double clutch transmissions, the internal combustion engine is connected on the input side to two parallel starting or separating clutches, each of which is connected to a power distribution device, such as a differential, via partial transmissions in countershaft design.
Ein Trend auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugantriebsstränge ist die sog. Hybridisierung. Generell bedeutet dies, dass einem Antriebsmotor in Form einer Verbrennungsmaschine eine Elektromaschine als weitere Antriebsmaschine zugeordnet wird. Hierbei wird, auch in Abhängigkeit von dem oben beschriebenen Grundkonzept des Getriebes, zwischen einer Vielzahl von unterschiedlichen Hybrid-Konzepten unterschieden. Die unterschiedlichen Hybrid-Konzepte sehen jeweils eine unterschiedliche Anbindung der Elektromaschine an das Getriebe vor.Hybridization is a trend in the field of motor vehicle drive trains. In general, this means that an electric machine is assigned as a further drive machine to a drive motor in the form of a combustion engine. A distinction is made between a large number of different hybrid concepts, also depending on the basic concept of the transmission described above. The different hybrid concepts each provide for a different connection between the electric machine and the transmission.
In vielen Fällen wird eine elektrische Maschine konzentrisch zu einem Eingangsglied einer Anfahr- und Trennkupplung angeordnet. In diesem Fall kann elektromotorische Leistung der verbrennungsmotorischen Leistung überlagert werden. Ferner kann die Elektromaschine auch als Anlasser/Starter verwendet werden. Um für diesen Fall einen rein elektromotorischen Fahrbetrieb einrichten zu können, ist es bekannt, das Eingangsglied der Kupplung über eine Abkoppeleinrichtung von dem Verbrennungsmotor abkoppeln zu können.In many cases, an electrical machine is arranged concentrically to an input element of a starting and disconnecting clutch. In this case, electromotive power can be superimposed on the internal combustion engine power. Furthermore, the electric machine can also be used as a starter / starter. In order to be able to set up a purely electric motor drive operation in this case, it is known to be able to decouple the input element of the clutch from the internal combustion engine via a decoupling device.
Bei Doppelkupplungsgetrieben ist es bekannt, eine Elektromaschine an ein Ausgangsglied von einer oder beiden der zwei Anfahr- bzw. Trennkupplungen anzubinden.In the case of dual clutch transmissions, it is known to connect an electric machine to an output link of one or both of the two starting or separating clutches.
Ferner ist es bekannt, Antriebsstränge mit zwei elektrischen Maschinen zu versehen, von denen eine mit dem Verbrennungsmotor verbunden ist und als Generator betrieben ist. Die andere elektrische Maschine wird als alleinige Antriebsmaschine verwendet. Auch Kombinationen hiervon sind möglich, so dass der Verbrennungsmotor als zusätzliche Antriebsmaschine verwendbar ist.It is also known to provide drive trains with two electrical machines, one of which is connected to the internal combustion engine and is operated as a generator. The other electric machine is used as the sole drive machine. Combinations of these are also possible, so that the internal combustion engine can be used as an additional drive machine.
Bei leistungsverzweigten Hybrid-Antriebssträngen kann ein Verbrennungsmotor über ein Planetengetriebe mit zwei elektrischen Maschinen verbunden sein, die je nach Betriebsmodus als Motor oder als Generator arbeiten können. Derartige Antriebsstränge werden auch als Vollhybrid bezeichnet, da alle Funktionalitäten, wie beispielsweise Start-Stopp, regeneratives Bremsen, hybridisches Fahren, elektrisches Fahren, Segeln, Boostbetrieb etc. realisierbar sind.In power-split hybrid drive trains, an internal combustion engine can be connected to two electrical machines via a planetary gear, which can work as a motor or a generator depending on the operating mode. Such drive trains are also referred to as full hybrids, since all functionalities, such as start-stop, regenerative braking, hybrid driving, electric driving, sailing, boost mode, etc., can be implemented.
Hybrid-Antriebsstränge, die eine Vielzahl von Funktionalitäten erfüllen, sind jedoch in der Regel komplex. Zudem haben derartige Hybrid-Antriebsstränge in der Regel hohe Bauraumanforderungen.However, hybrid powertrains that fulfill a large number of functionalities are usually complex. In addition, such hybrid drive trains usually have high space requirements.
Aus dem Dokument
Es ist vor diesem Hintergrund eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Hybrid-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug anzugeben.Against this background, it is an object of the invention to specify an improved hybrid drive train for a motor vehicle.
Die obige Aufgabe wird gelöst durch einen Hybrid-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit
- - einer Antriebswelle, an die ein Verbrennungsmotor anschließbar ist,
- - einer ersten Eingangswelle, die mit der Antriebswelle verbunden oder die über eine Kupplung mit der Antriebswelle verbindbar ist,
- - einer Ausgangswellenanordnung,
- - einer Getriebeanordnung mit wenigstens einem schaltbaren Radsatz, über den die erste Eingangswelle und die Ausgangswellenanordnung miteinander verbindbar sind,
- - einer Elektromaschine, die einen Rotor aufweist, und
- - einer schaltbaren Planetenradsatzanordnung, über die der Rotor mit der Ausgangswellenanordnung verbindbar ist.
- - a drive shaft to which an internal combustion engine can be connected,
- - a first input shaft which is connected to the drive shaft or which can be connected to the drive shaft via a coupling,
- - an output shaft assembly,
- - A transmission arrangement with at least one switchable gear set, via which the first input shaft and the output shaft arrangement can be connected to one another,
- - An electrical machine that has a rotor, and
- - A switchable planetary gear set arrangement via which the rotor can be connected to the output shaft arrangement.
Der erfindungsgemäße Hybrid-Antriebsstrang ermöglicht zum einen über die Getriebeanordnung einen rein verbrennungsmotorischen Betrieb. Ferner ist ein rein elektromotorischer Fahrbetrieb über die schaltbare Planetenradsatzanordnung realisierbar.The hybrid drive train according to the invention enables, on the one hand, a purely combustion engine operation via the transmission arrangement. Furthermore, a purely electric motor driving operation can be implemented via the switchable planetary gear set arrangement.
Die Getriebeanordnung ist vorzugsweise so ausgebildet, dass ein verbrennungsmotorischer Fahrbetrieb über drei, vier oder fünf unterschiedliche Gangstufen realisierbar ist. Sofern die Kupplung, über die die Antriebswelle mit der ersten Eingangswelle verbunden ist, als Reibkupplung bzw. als Anfahrkupplung ausgebildet ist, ist es auch möglich, rein verbrennungsmotorisch anzufahren.The transmission arrangement is preferably designed in such a way that an internal combustion engine drive can be implemented over three, four or five different gear stages. If the clutch, via which the drive shaft is connected to the first input shaft, is designed as a friction clutch or as a starting clutch, it is also possible to start up purely using an internal combustion engine.
Die schaltbare Planetenradsatzanordnung weist vorzugsweise einen Planetenradsatz und wenigstens eine Planetenradsatzkupplung auf. Vorzugsweise ist die Planetenradsatzanordnung dazu ausgebildet, dass über die Planetenradsatzanordnung zwei unterschiedliche Gangstufen in einem rein elektromotorischen Fahrbetrieb mittels der Elektromaschine einrichtbar sind. Die Planetenradsatzkupplungen sind vorzugsweise als Reibkupplungen realisiert, insbesondere als Lamellenkupplungen und/oder Lamellenbremsen.The switchable planetary gear set arrangement preferably has a planetary gear set and at least one planetary gear set clutch. The planetary gear set arrangement is preferably designed so that two different gear stages can be set up in a purely electric motor driving mode by means of the electric machine via the planetary gear set arrangement. The planetary gear set clutches are preferably implemented as friction clutches, in particular as multi-disc clutches and / or multi-disc brakes.
Die Getriebeanordnung weist wenigstens eine Schaltkupplung zum Schalten des Radsatzes auf. Die Schaltkupplung kann als Synchron-Schaltkupplung realisiert sein, ist jedoch vorzugsweise als Klauenkupplung realisiert.The gear arrangement has at least one clutch for shifting the gear set. The clutch can be implemented as a synchronous clutch, but is preferably implemented as a claw clutch.
Sofern die Getriebeanordnung mehrere schaltbare Gangstufen realisiert, kann ein Zugkrafteinbruch aufgrund von Schaltvorgängen in der Getriebeanordnung durch Zugkraft verhindert werden, die von der Elektromaschine bereitgestellt wird. Dies gilt insbesondere für Gangwechsel in höheren verbrennungsmotorischen Gangstufen. Eine Synchronisation von beteiligten Schaltkupplungen kann dabei durch eine Drehzahlregelung mittels des Verbrennungsmotors erfolgen.If the transmission arrangement realizes several shiftable gear steps, a drop in tractive force due to shifting processes in the transmission arrangement can be prevented by tractive force which is provided by the electric machine. This applies in particular to gear changes in higher internal combustion engine gears. The clutches involved can be synchronized by regulating the speed by means of the internal combustion engine.
In einer bevorzugten Variante ist die erste Eingangswelle mit einer weiteren Elektromaschine verbunden, die bei der Synchronisation unterstützen kann.In a preferred variant, the first input shaft is connected to a further electric machine that can assist with the synchronization.
Aus wenigstens einer rein elektromotorischen Fahrstufe können zumindest einige verbrennungsmotorische Gangstufen zugestartet werden, indem in der Getriebeanordnung eine Schaltkupplung geschaltet bzw. ein weiteres Schaltelement geschlossen wird.At least some internal combustion engine gear steps can be started from at least one purely electric motor gear by engaging a clutch in the transmission arrangement or by engaging a further shift element.
Vorzugsweise ist der Rotor der Elektromaschine über eine Schaltkupplung mit der ersten Eingangswelle verbindbar. Diese weitere Schaltkupplung ermöglicht es, den Verbrennungsmotor mit der Elektromaschine unabhängig vom Abtrieb zu verbinden. Auf diese Weise kann der Verbrennungsmotor mittels der Elektromaschine gestartet werden. Ferner kann auf diese Weise die elektrische Maschine als Generator zur Bordnetzunterstützung arbeiten.The rotor of the electric machine can preferably be connected to the first input shaft via a clutch. This additional clutch enables the internal combustion engine to be connected to the electric machine independently of the output. In this way, the internal combustion engine can be started by means of the electric machine. Furthermore, in this way, the electric machine can work as a generator for on-board network support.
Ferner ist aus dieser Situation heraus ein Anfahren über eine Planetenradsatzkupplung in Form einer Reibkupplung möglich. In diesem Fall wird in der Getriebeanordnung keine Gangstufe mit dem Abtrieb verbunden und eine Planetenradsatzkupplung wird als Anfahrelement verwendet (als integriertes Anfahr-Element, auch mit IAE bezeichnet).Furthermore, starting from this situation is possible via a planetary gear set clutch in the form of a friction clutch. In this case, no gear step is connected to the output in the transmission arrangement and a planetary gear set clutch is used as a starting element (as an integrated starting element, also referred to as IAE).
Es versteht sich, dass wenigstens einige Schaltkupplungen der Getriebeanordnung auch als Synchron-Schaltkupplungen realisiert werden können, insbesondere als Sperr-Synchronschaltkupplungen.It goes without saying that at least some shift clutches of the transmission arrangement can also be implemented as synchronous shift clutches, in particular as locking synchronous shift clutches.
Die Getriebeanordnung kann so ausgebildet sein, dass sie eine Rückwärtsgangstufe realisiert, die im rein verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb genutzt werden kann. Alternativ ist die Getriebeanordnung so ausgebildet, dass keine Rückwärtsgangstufe eingerichtet werden kann, über die ein verbrennungsmotorischer Fahrbetrieb möglich ist. In diesem Fall ist ein Rückwärtsfahren ausschließlich über die Elektromaschine realisierbar.The transmission arrangement can be designed in such a way that it realizes a reverse gear stage that can be used in the purely internal combustion engine driving mode. Alternatively, the Transmission arrangement designed so that no reverse gear can be set up via which an internal combustion engine driving operation is possible. In this case, reversing can only be implemented using the electric machine.
Sofern die erste Eingangswelle mit einer zweiten Elektromaschine verbunden ist, ist auch ein serieller Fahrbetrieb möglich, bei dem die erste Elektromaschine von der ersten Eingangswelle abgekoppelt ist, bei der die Getriebeanordnung nicht mit dem Abtrieb verbunden ist und bei der der Verbrennungsmotor die zweite Elektromaschine generatorisch antreibt, um einen elektrischen Energiespeicher zu laden. Aus diesem elektrischen Energiespeicher bezieht die erste Elektromaschine dann elektrische Leistung, um ein rein elektromotorisches Fahren zu realisieren.If the first input shaft is connected to a second electric machine, serial driving is also possible, in which the first electric machine is decoupled from the first input shaft, in which the transmission arrangement is not connected to the output and in which the internal combustion engine drives the second electric machine as a generator to charge an electrical energy storage device. The first electric machine then draws electrical power from this electrical energy store in order to implement driving using a purely electric motor.
Die Ausgangswellenanordnung ist vorzugsweise mit einer Leistungsverteilungseinrichtung wie einem mechanischen Differential verbunden, das dazu ausgebildet ist, Antriebsleistung auf zwei angetriebene Räder des Kraftfahrzeuges zu verteilen. Es ist folglich mit dem Hybrid-Antriebsstrang möglich, verbrennungsmotorische Leistung über die Getriebeanordnung auf den Abtrieb zu führen, und elektromotorische Leistung über die Planetenradsatzanordnung auf den Abtrieb zu führen, wobei diese Leistungen sich in der Ausgangswellenanordnung summieren können.The output shaft arrangement is preferably connected to a power distribution device such as a mechanical differential which is configured to distribute drive power to two driven wheels of the motor vehicle. It is consequently possible with the hybrid drive train to carry combustion engine power to the output via the gear arrangement and to lead electromotive power to the output via the planetary gear set arrangement, these powers being able to add up in the output shaft arrangement.
Die Ausgangswellenanordnung kann eine einzelne Ausgangswelle sein. Bevorzugt ist es, wenn die Ausgangswellenanordnung eine erste Ausgangswelle und eine zweite Ausgangswelle aufweist, die jeweils achsparallel zu der ersten Eingangswelle angeordnet sind und die jeweils über ein Festrad mit der Leistungsverteilungseinrichtung verbunden sind. In diesem Fall kann die Getriebeanordnung in axialer Richtung besonders kompakt bauen.The output shaft assembly can be a single output shaft. It is preferred if the output shaft arrangement has a first output shaft and a second output shaft which are each arranged axially parallel to the first input shaft and which are each connected to the power distribution device via a fixed gear. In this case, the gear arrangement can be particularly compact in the axial direction.
Ferner ist es bevorzugt, wenn die Getriebeanordnung lediglich eine oder zwei Radsatzebenen aufweist, und wenn ein Ausgang der Planetenradsatzanordnung über nur eine Radsatzebene mit der Ausgangswellenanordnung verbindbar oder verbunden ist. Ferner ist es bevorzugt, wenn die Getriebeanordnung nur zwei Kupplungsebenen aufweist, in denen Schaltkupplungen angeordnet sind. Eine Kupplung, die die erste Eingangswelle und die Elektromaschine miteinander verbindet, ist vorzugsweise in axialer Richtung zwischen der Getriebeanordnung und einem Radsatz angeordnet, der die Planetenradsatzanordnung mit der Ausgangswellenanordnung verbindet.Furthermore, it is preferred if the transmission arrangement has only one or two gear set planes, and if an output of the planetary gear set arrangement can be or is connected to the output shaft arrangement via only one gear set plane. It is also preferred if the transmission arrangement has only two clutch levels in which clutches are arranged. A clutch that connects the first input shaft and the electric machine to one another is preferably arranged in the axial direction between the transmission arrangement and a gear set that connects the planetary gear set arrangement to the output shaft arrangement.
Unter einer „Verbindung“ zwischen Wellen wird vorliegend vorzugsweise verstanden, dass diese Wellen drehfest miteinander verbunden sind, also immer mit proportionalen Drehzahlen zueinander drehen. Über miteinander verbundene Wellen kann also Drehmoment- bzw. Antriebsleistung übertragen werden. Unter „verbindbar“ wird vorliegend vorzugsweise verstanden, dass zwei verbindbare Elemente in einem Betriebsmodus nicht miteinander verbunden sein können, so dass keine Antriebsleistung von einem Element auf das andere übertragen werden kann. Andererseits bedeutet diese Formulierung jedoch auch, dass diese zwei Elemente miteinander verbindbar sind, um in einem anderen Betriebsmodus Antriebsleistung von einem Element auf das andere übertragen zu können.In the present case, a “connection” between shafts is preferably understood to mean that these shafts are connected to one another in a rotationally fixed manner, that is to say always rotate at proportional speeds to one another. Torque or drive power can therefore be transmitted via interconnected shafts. In the present case, “connectable” is preferably understood to mean that two connectable elements cannot be connected to one another in one operating mode, so that no drive power can be transferred from one element to the other. On the other hand, however, this formulation also means that these two elements can be connected to one another in order to be able to transfer drive power from one element to the other in a different operating mode.
Die Aufgabe wird vollkommen gelöst.The task is completely solved.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Rotor der Elektromaschine mit einer zweiten Eingangswelle verbunden ist, wobei die Eingangswelle über eine Kupplung und ggf. über einen schaltbaren Wenderadsatz mit der ersten Eingangswelle verbindbar ist.According to a preferred embodiment, the rotor of the electric machine is connected to a second input shaft, the input shaft being connectable to the first input shaft via a clutch and possibly via a switchable reversing gear set.
Der schaltbare Wenderadsatz ist ggf. vorgesehen, um die erste Eingangswelle auf zwei verschiedene Arten mit der Elektromaschine zu verbinden, nämlich entweder vorwärtsdrehend oder rückwärtsdrehend. Es ist folglich eine Drehzahlumkehr zwischen dem Verbrennungsmotor und der Elektromaschine möglich. Dies ist ein funktionaler Vorteil, da ein rein elektrisches Reversieren möglich ist (die elektrische Maschine dreht rückwärts und der Verbrennungsmotor kann trotzdem vorwärts drehen). Eine verbrennungsmotorische Unterstützung erfolgt nur bei Bedarf.The switchable reversing gear set is provided, if necessary, in order to connect the first input shaft to the electric machine in two different ways, namely either forwardly or backwardly. It is consequently possible to reverse the speed between the internal combustion engine and the electric machine. This is a functional advantage as purely electrical reversing is possible (the electric machine rotates backwards and the combustion engine can still rotate forwards). Internal combustion engine support is only provided when necessary.
Der schaltbare Wenderadsatz ist jedoch generell so realisiert, dass er überwiegend in einer Schaltstellung ist, bei der der Rotor über den schaltbaren Wenderadsatz mit der zweiten Eingangswelle verbunden ist, ohne die Drehrichtung umzukehren.The switchable turning gear set is generally implemented in such a way that it is predominantly in a switching position in which the rotor is connected to the second input shaft via the switchable turning gear set without reversing the direction of rotation.
Folglich kann in dieser Stellung die Elektromaschine die gleiche Funktionalität im Vorwärtsfahrbetrieb einrichten wie für den Fall, bei dem der Rotor der Elektromaschine mit der zweiten Eingangswelle verbunden ist, insbesondere mit der gleichen Drehzahl dreht.Consequently, in this position, the electric machine can set up the same functionality in forward driving operation as for the case in which the rotor of the electric machine is connected to the second input shaft, in particular rotating at the same speed.
Die Kupplung, mit der die zweite Eingangswelle mit der ersten Eingangswelle verbindbar ist, kann als Klauenkupplung realisiert sein, kann jedoch auch als Synchron-Schaltung realisiert sein, um eine Synchronisation des Verbrennungsmotors unterstützen zu können.The clutch with which the second input shaft can be connected to the first input shaft can be implemented as a claw coupling, but can also be implemented as a synchronous circuit in order to be able to support synchronization of the internal combustion engine.
Sofern die erste und die zweite Eingangswelle miteinander verbindbar sind, ist es möglich, die Planetenradsatzanordnung auch für einen rein verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb zu nutzen. In diesem Fall kann die Elektromaschine beispielsweise im Leerlauf mitdrehen, oder kann ggf. generatorisch oder motorisch betrieben werden.If the first and the second input shaft can be connected to one another, it is possible to use the planetary gear set arrangement for a purely internal combustion engine driving operation. In In this case, the electric machine can, for example, rotate while idling, or can optionally be operated as a generator or motor.
Um beispielsweise fünf Vorwärtsgangstufen einzurichten, ist es folglich nicht notwendig, in der Getriebeanordnung fünf schaltbare Radsätze vorzusehen. Stattdessen können beispielsweise nur drei schaltbare Gangstufen in der Getriebeanordnung vorgesehen sein, während zwei weitere rein verbrennungsmotorische Gangstufen dadurch realisiert werden, dass die erste und die zweite Eingangswelle miteinander verbunden werden und beispielsweise zwei Planetenradsatzkupplungen nach Bedarf, insbesondere alternativ geschlossen werden. Eine Planetenradsatzkupplung ist dabei vorzugsweise als integriertes Anfahrelement vorgesehen, so dass diese Planetenradsatzkupplung auch als Anfahrkupplung verwendet werden kann. In diesem Fall kann die erste Eingangswelle drehfest mit der Antriebswelle und folglich mit einem Verbrennungsmotor verbunden sein.In order to set up five forward gear stages, for example, it is consequently not necessary to provide five shiftable gear sets in the transmission arrangement. Instead, for example, only three shiftable gear steps can be provided in the transmission arrangement, while two more purely internal combustion engine gear steps are implemented by connecting the first and second input shafts and, for example, engaging two planetary gear set clutches as required, in particular alternatively. A planetary gear set clutch is preferably provided as an integrated starting element, so that this planetary gear set clutch can also be used as a starting clutch. In this case, the first input shaft can be connected non-rotatably to the drive shaft and consequently to an internal combustion engine.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Planetenradsatzanordnung einen Planetenradsatz mit einem ersten Glied, einem zweiten Glied und einem dritten Glied auf.In a further preferred embodiment, the planetary gear set arrangement has a planetary gear set with a first link, a second link and a third link.
Von besonderem Vorzug ist hierbei, wenn eines der Glieder des Planetenradsatzes mit dem Rotor verbunden oder über eine Kupplung verbindbar ist, wenn ein weiteres der Glieder mit einem Gehäuse verbunden oder über eine Kupplung verbindbar ist und wenn ein weiteres der Glieder mit einer Planetenradsatzausgangswelle verbunden oder über eine Kupplung verbindbar ist.It is particularly preferred here if one of the links of the planetary gear set is connected to the rotor or can be connected via a clutch, if another of the links is connected to a housing or can be connected via a clutch and if another link is connected to or via a planetary gear set output shaft a clutch can be connected.
Der Planetenradsatz wird folglich vorzugsweise zwischen dem Rotor und der Planetenradsatzausgangswelle sowie dem Gehäuse angeschlossen.The planetary gear set is consequently preferably connected between the rotor and the planetary gear set output shaft and the housing.
Generell ist es dabei bevorzugt, wenn eines der drei Glieder über eine Kupplung mit dem zugeordneten Element (Rotor, Gehäuse oder Planetenradsatzausgangswelle) verbindbar ist, und wenn die anderen zwei Glieder mit ihrem jeweiligen Element verbunden sind. Ferner ist es hierbei bevorzugt, wenn
- - das erste Glied mit dem Rotor verbunden ist oder das erste Glied über eine erste Planetenradsatzkupplung mit dem Rotor verbindbar ist, und/oder
- - das zweite Glied über eine erste Planetenradsatzkupplung mit einem Gehäuse verbindbar ist oder das zweite Glied mit einem Gehäuse verbunden ist, und/oder
- - das dritte Glied mit der Planetenradsatzausgangswelle verbunden ist oder das dritte Glied über eine erste Planetenradsatzkupplung mit der Planetenradsatzausgangswelle verbindbar ist.
- - the first link is connected to the rotor or the first link can be connected to the rotor via a first planetary gear set coupling, and / or
- - The second link can be connected to a housing via a first planetary gear set coupling or the second link is connected to a housing, and / or
- - The third link is connected to the planetary gear set output shaft or the third link can be connected to the planetary gear set output shaft via a first planetary gear set clutch.
Von besonderem Vorzug ist es ferner, wenn wenigstens zwei der Glieder des Planetenradsatzes über eine Kupplung miteinander verbindbar sind.It is also particularly advantageous if at least two of the members of the planetary gear set can be connected to one another via a clutch.
Bei dieser Ausführungsform ist es besonders bevorzugt, wenn eines der Glieder des Planetenradsatzes mit dem zugeordneten Element (Rotor, Gehäuse oder Planetenradsatzausgangswelle) über eine erste Kupplung verbindbar ist und wenn zwei Glieder des Planetenradsatzes miteinander über eine zweite Kupplung verbindbar sind.In this embodiment, it is particularly preferred if one of the members of the planetary gear set can be connected to the associated element (rotor, housing or planetary gear set output shaft) via a first clutch and if two members of the planetary gear set can be connected to one another via a second clutch.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist
- - das dritte Glied über eine zweite Planetenradsatzkupplung mit dem ersten Glied verbindbar oder
- - das dritte Glied über eine zweite Planetenradsatzkupplung mit dem zweiten Glied verbindbar oder
- - das erste Glied über eine zweite Planetenradsatzkupplung mit dem zweiten Glied verbindbar oder
- - der Rotor über eine zweite Planetenradsatzkupplung mit der Planetenradsatzausgangswelle verbindbar.
- - The third link can be connected to the first link via a second planetary gear set coupling or
- - The third link can be connected to the second link via a second planetary gear set coupling or
- - The first link can be connected to the second link via a second planetary gear set coupling or
- - The rotor can be connected to the planetary gear set output shaft via a second planetary gear set coupling.
Die zweite Eingangswelle ist generell der Elektromaschine zugeordnet. Die Planetenradsatzausgangswelle ist generell dem Planetenradsatz zugeordnet.The second input shaft is generally assigned to the electric machine. The planetary gear set output shaft is generally assigned to the planetary gear set.
Von besonderem Vorzug ist es dabei, wenn
- - die Planetenradsatzausgangswelle eine Hohlwelle ist und/oder
- - die Planetenradsatzausgangswelle über einen Radsatz mit der Ausgangswellenanordnung verbunden oder verbindbar ist und/oder
- - an der Planetenradsatzausgangswelle ein Glied des Planetenradsatzes drehbar gelagert ist und/oder
- - die zweite Eingangswelle oder die erste Eingangswelle durch die als Hohlwelle ausgebildete Planetenradsatzausgangswelle hindurchgeführt ist.
- - The planetary gear set output shaft is a hollow shaft and / or
- - The planetary gear set output shaft is connected or can be connected to the output shaft arrangement via a gear set and / or
- - A member of the planetary gear set is rotatably mounted on the planetary gear set output shaft and / or
- - The second input shaft or the first input shaft is passed through the planetary gear set output shaft designed as a hollow shaft.
Der Radsatz, über den die Planetenradsatzausgangswelle mit der Ausgangswellenanordnung verbunden oder verbindbar ist, kann ein Konstanten-Radsatz sein, kann jedoch auch als schaltbarer Radsatz ausgebildet sein. Sofern der Radsatz als schaltbarer Radsatz ausgebildet ist, ist es möglich, diesen Radsatz und die damit verbundene Planetenradsatzanordnung vom Abtrieb abzukoppeln. Schleppverluste können hierdurch vermieden werden. Ein Schaltelement zum Schalten dieses Radsatzes kann beispielsweise mittels der Elektromaschine synchronisiert werden.The gear set via which the planetary gear set output shaft is or can be connected to the output shaft arrangement can be a constant gear set, but can also be designed as a switchable gear set. If the gear set is designed as a switchable gear set, it is possible to decouple this gear set and the associated planetary gear set from the output. This avoids drag losses. A switching element for switching this gear set can be synchronized for example by means of the electric machine.
An der Planetenradsatzausgangswelle ist vorzugsweise ein Sonnenrad des Planetenradsatzes drehbar gelagert. Das Sonnenrad kann dabei mit einer Hohlwelle verbunden sein, durch die die Planetenradsatzausgangswelle sich hindurch erstreckt. Die mit dem Sonnenrad verbundene Hohlwelle kann in manchen Ausführungsformen über eine erste Planetenradsatzkupplung mit einem Gehäuse verbindbar oder mit dem Gehäuse verbunden sein.A sun gear of the planetary gear set is preferably rotatably mounted on the planetary gear set output shaft. The sun gear can be connected to a hollow shaft through which the planetary gear set output shaft extends. In some embodiments, the hollow shaft connected to the sun gear can be connected to a housing or connected to the housing via a first planetary gear set coupling.
Vorzugsweise ist die zweite Eingangswelle, die mit dem Rotor verbunden oder verbindbar ist, durch die Planetenradsatzausgangswelle hindurchgeführt. In diesem Fall ist eine Kupplung zum Verbinden der ersten Eingangswelle und der zweiten Eingangswelle vorzugsweise innerhalb oder benachbart zu der Getriebeanordnung angeordnet. In einer anderen Variante erstreckt sich die erste Eingangswelle durch die Planetenradsatzausgangswelle hindurch und ist vorzugsweise mit der zweiten Eingangswelle mittels einer Kupplung verbindbar, die auf einer der Getriebeanordnung abgewandten axialen Seite des Planetenradsatzes angeordnet ist.The second input shaft, which is connected or can be connected to the rotor, is preferably passed through the planetary gear set output shaft. In this case, a clutch for connecting the first input shaft and the second input shaft is preferably arranged inside or adjacent to the transmission arrangement. In another variant, the first input shaft extends through the planetary gear set output shaft and can preferably be connected to the second input shaft by means of a clutch, which is arranged on an axial side of the planetary gear set facing away from the transmission arrangement.
Gemäß einer insgesamt bevorzugten Ausführungsform ist die Planetenradsatzanordnung koaxial zu der ersten Eingangswelle angeordnet. Hierdurch ergibt sich eine kompakte Bauweise.According to a generally preferred embodiment, the planetary gear set arrangement is arranged coaxially with the first input shaft. This results in a compact design.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein Planetenradsatz der Planetenradsatzanordnung radial innerhalb des Rotors und in axialer Überlappung mit dem Rotor angeordnet. Alternativ oder zusätzlich hierzu ist es bevorzugt, wenn wenigstens eine Planetenradsatzkupplung radial innerhalb des Rotors und in axialer Überlappung mit dem Rotor angeordnet ist.According to a further preferred embodiment, a planetary gear set of the planetary gear set arrangement is arranged radially inside the rotor and in axial overlap with the rotor. As an alternative or in addition to this, it is preferred if at least one planetary gear set coupling is arranged radially inside the rotor and in axial overlap with the rotor.
Hierdurch kann insbesondere eine axial kompakte Bauweise realisiert werden, da für den Planetenradsatz und die Planetenradsatzkupplung kein zusätzlicher axialer Bauraum bereitgestellt werden muss.In this way, in particular, an axially compact design can be implemented, since no additional axial installation space has to be provided for the planetary gear set and the planetary gear set clutch.
Ferner ist es insgesamt vorteilhaft, wenn die Getriebeanordnung aufweist:
- - eine erste Radsatzebene, die wenigstens einen schaltbaren Radsatz aufweist, über den die erste Eingangswelle mit der Ausgangswellenanordnung verbindbar ist, und/oder
- - eine zweite Radsatzebene, die wenigstens einen Radsatz aufweist, über den die Ausgangswellenanordnung mit einer Leistungsverteilungseinrichtung zum Antreiben von angetriebenen Rädern verbunden ist, und/oder
- - eine dritte Radsatzebene, die wenigstens einen Radsatz aufweist, über den eine Planetenradsatzausgangswelle mit der Ausgangswellenanordnung verbindbar oder verbunden ist.
- - A first gear set level, which has at least one switchable gear set via which the first input shaft can be connected to the output shaft arrangement, and / or
- - A second gear set level, which has at least one gear set via which the output shaft arrangement is connected to a power distribution device for driving driven wheels, and / or
- - A third gear set level, which has at least one gear set via which a planetary gear set output shaft can be or is connected to the output shaft arrangement.
Eine derartige Getriebeanordnung weist vorzugsweise nur drei Radsatzebenen auf. Zwischen der zweiten Radsatzebene und der dritten Radsatzebene ist vorzugsweise eine Kupplungsebene vorgesehen, in der vorzugsweise eine Kupplung angeordnet ist, mit der die erste Eingangswelle und die zweite Eingangswelle miteinander verbindbar sind, und vorzugsweise eine weitere Kupplung, über die ein an der ersten Eingangswelle drehbar gelagertes Losrad mit der Ausgangswellenanordnung verbindbar ist. Ferner ist vorzugsweise zwischen der ersten Radsatzebene und der zweiten Radsatzebene keine Kupplungsebene vorgesehen. Vorzugsweise ist eine Kupplungsebene auf einer der dritten Radsatzebene abgewandten axialen Seite der ersten Radsatzebene vorgesehen.Such a gear arrangement preferably has only three gear set levels. A coupling plane is preferably provided between the second gear set level and the third gear set level, in which a clutch is preferably arranged, with which the first input shaft and the second input shaft can be connected to one another, and preferably a further coupling via which a rotatably mounted on the first input shaft Idler gear can be connected to the output shaft arrangement. Furthermore, no coupling level is preferably provided between the first gear set level and the second gear set level. A coupling plane is preferably provided on an axial side of the first gear set plane facing away from the third gear set plane.
Mit einer derartigen Getriebeanordnung kann eine axial besonders kompakte Bauweise realisiert werden.With such a gear arrangement, an axially particularly compact construction can be realized.
Die Ausgangswellenanordnung kann durch eine einzelne Ausgangswelle gebildet sein, die achsparallel versetzt zu der ersten Eingangswelle angeordnet ist.The output shaft arrangement can be formed by a single output shaft which is arranged offset axially parallel to the first input shaft.
Von besonderem Vorzug ist es, wenn
- - die Ausgangswellenanordnung eine erste Ausgangswelle und eine zweite Ausgangswelle aufweist und wenn die erste Radsatzebene ein mit der ersten Eingangswelle verbundenes Festrad, ein an der ersten Ausgangswelle gelagertes Losrad und ein an der zweiten Ausgangswelle gelagertes Losrad aufweist, und/oder wenn
- - die Ausgangswellenanordnung eine erste Ausgangswelle und eine zweite Ausgangswelle aufweist und wenn die zweite Radsatzebene ein an der ersten Ausgangswelle festgelegtes Festrad und ein an der zweiten Ausgangswelle festgelegtes Festrad aufweist, die mit einem Eingangsglied der Leistungsverteilungseinrichtung verbunden sind.
- - The output shaft arrangement has a first output shaft and a second output shaft and if the first gear set level has a fixed gear connected to the first input shaft, an idler gear mounted on the first output shaft and an idler gear mounted on the second output shaft, and / or if
- - The output shaft arrangement has a first output shaft and a second output shaft and if the second gear set plane has a fixed gear attached to the first output shaft and a fixed gear attached to the second output shaft, which are connected to an input member of the power distribution device.
Die erste Radsatzebene beinhaltet folglich vorzugsweise drei Zahnräder, über die zwei unterschiedliche Gangstufen einrichtbar sind, wobei Leistung von der ersten Eingangswelle entweder von der ersten Eingangswelle zu der ersten Ausgangswelle oder zu der zweiten Ausgangswelle fließt (sog. Doppelnutzung).The first gear set level therefore preferably contains three gears, via which two different gear steps can be set, with power from the first input shaft flowing either from the first input shaft to the first output shaft or to the second output shaft (so-called double use).
Eine zweite Elektromaschine kann beispielsweise ein Antriebsritzel aufweisen, das mit einem der Losräder in Eingriff steht, die an der ersten bzw. der zweiten Ausgangswelle gelagert sind.A second electric machine can for example have a drive pinion that is connected to one of the Idler gears engaged, which are mounted on the first and the second output shaft.
Vorzugsweise weist die zweite Radsatzebene ein drehbar an der ersten Eingangswelle gelagertes Losrad auf, das mit einem Festrad in Eingriff steht, das an einer Ausgangswelle der Ausgangswellenanordnung festgelegt ist.The second gear set level preferably has an idler gear which is rotatably mounted on the first input shaft and which meshes with a fixed gear which is fixed on an output shaft of the output shaft arrangement.
Bei dieser Ausgestaltung ist es beispielsweise möglich, über die Zahnräder in der ersten Radsatzebene zwei rein verbrennungsmotorische Vorwärtsgangstufen einzurichten und eine weitere verbrennungsmotorische Vorwärtsgangstufe innerhalb der zweiten Radsatzebene einzurichten.In this embodiment it is possible, for example, to set up two purely internal combustion engine forward gear stages via the gears in the first gear set level and to set up a further internal combustion engine forward gear level within the second gear set level.
Ferner ist es insgesamt vorteilhaft, wenn
- - eine Kupplung zum Verbinden der ersten Eingangswelle und einer zweiten Eingangswelle sowie eine Schaltkupplung eines schaltbaren Radsatzes mittels einer einzelnen Betätigungseinrichtung alternativ betätigbar sind, oder
- - eine Kupplung zum Verbinden der ersten Eingangswelle und einer zweiten Eingangswelle sowie eine Schaltkupplung eines schaltbaren Radsatzes mittels zwei separater Betätigungseinrichtungen betätigbar sind, oder
- - eine Kupplung zum Verbinden der ersten Eingangswelle und einer zweiten Eingangswelle sowie eine Kupplung zum Bremsen der ersten Eingangswelle gegen ein Gehäuse mittels einer Betätigungseinrichtung alternativ betätigbar sind.
- a clutch for connecting the first input shaft and a second input shaft as well as a clutch of a switchable gear set can be actuated alternatively by means of a single actuating device, or
- a clutch for connecting the first input shaft and a second input shaft and a clutch of a switchable gear set can be actuated by means of two separate actuating devices, or
- a clutch for connecting the first input shaft and a second input shaft and a clutch for braking the first input shaft against a housing can be alternatively actuated by means of an actuating device.
Im ersten Fall ist nur eine einzelne Betätigungseinrichtung zum alternativen Betätigen der Schaltkupplung des schaltbaren Radsatzes und der Kupplung zum Verbinden der Eingangswellen nötig.In the first case, only a single actuating device is required for alternatively actuating the clutch of the shiftable gear set and the clutch for connecting the input shafts.
Eine einzelne Betätigungseinrichtung einer weiteren Schaltkupplung kann in manchen Fällen mit einer Betätigungseinrichtung noch einer weiteren Schaltkupplung der Getriebeanordnung fest verbunden sein, um auf diese Weise die Anzahl der Aktuatoren verringern zu können.An individual actuating device of a further clutch can in some cases be permanently connected to an actuating device of yet another clutch of the transmission arrangement in order to be able to reduce the number of actuators in this way.
Sofern die Kupplung zum Verbinden der Eingangswellen und die Schaltkupplung des schaltbaren Radsatzes mittels zwei separater Betätigungseinrichtungen betätigbar sind, können ggf. zwei derartige Doppelschaltelemente vorgesehen werden. Eine Betätigungseinrichtung kann folglich die Kupplung zum Verbinden der Eingangswellen und eine Kupplung der Getriebeanordnung betätigen, und eine weitere Betätigungseinrichtung kann beispielsweise die Kupplung des schaltbaren Radsatzes und eine weitere Schaltkupplung der Getriebeanordnung verbinden.If the clutch for connecting the input shafts and the clutch of the switchable gear set can be actuated by means of two separate actuating devices, two such double switching elements can optionally be provided. An actuating device can consequently actuate the clutch for connecting the input shafts and a clutch of the gear arrangement, and a further actuating device can, for example, connect the clutch of the switchable gear set and another clutch of the gear arrangement.
Hierdurch können vier Schaltelemente mit nur zwei Aktuatoren betätigt werden.This means that four switching elements can be operated with only two actuators.
In manchen Varianten ist eine Kupplung zum Bremsen der ersten Eingangswelle gegen ein Gehäuse vorgesehen. Hierdurch kann der funktionale Vorteil erreicht werden, dass der Verbrennungsmotor sich nicht selbstständig synchronisieren muss. Daher muss ggf. keine zusätzliche weitere Elektromaschine vorgesehen werden, die mit der ersten Eingangswelle verbunden ist. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn die Antriebswelle über eine Anfahr- und Trennkupplung mit der ersten Eingangswelle verbunden ist.In some variants, a clutch is provided for braking the first input shaft against a housing. This has the functional advantage that the internal combustion engine does not have to synchronize itself. Therefore, it may not be necessary to provide any additional electrical machine that is connected to the first input shaft. In this case it is advantageous if the drive shaft is connected to the first input shaft via a starting and disconnecting clutch.
Sofern eine derartige Kupplung zum Bremsen der ersten Eingangswelle gegen ein Gehäuse vorgesehen ist, ist es vorteilhaft, wenn man diese Kupplung und eine Kupplung zum Verbinden der Eingangswellen mittels einer einzelnen Betätigungseinrichtung alternativ betätigbar macht, um auch hier Aktuatoren einsparen zu können.If such a coupling is provided for braking the first input shaft against a housing, it is advantageous if this coupling and a coupling for connecting the input shafts can be actuated alternatively by means of a single actuating device in order to be able to save actuators here as well.
Ferner ist es insgesamt vorteilhaft, wenn die Planetenradsatzanordnung einen Plus-Planetenradsatz aufweist. Hierbei kann die Standübersetzung erhöht werden. Es ergibt sich eine größere Flexibilität bei den Übersetzungen.Furthermore, it is advantageous overall if the planetary gear set has a plus planetary gear set. The stationary ratio can be increased here. There is greater flexibility in the translations.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist, wie oben beschrieben, eine zweite Elektromaschine mit der ersten Eingangswelle verbunden. Hier ist, wie oben beschrieben, ein serielles Fahren möglich, bei dem der Verbrennungsmotor eine Batterie über die zweite Elektromaschine lädt, während die erste Elektromaschine zum Antreiben des Kraftfahrzeuges verwendet wird. Ferner ist ggf. ein Start des Verbrennungsmotors aus einer rein elektrischen Fahrt heraus möglich. Ferner ist es auch möglich, eine Drehzahl des Verbrennungsmotors beim Ankoppeln (beim Zustarten) und bei Schaltungen zu unterstützen.According to a further preferred embodiment, as described above, a second electric machine is connected to the first input shaft. As described above, serial driving is possible here, in which the internal combustion engine charges a battery via the second electric machine while the first electric machine is used to drive the motor vehicle. It is also possible to start the internal combustion engine from a purely electric drive. Furthermore, it is also possible to support a speed of the internal combustion engine when coupling (when starting up) and when switching.
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.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 ein Schema einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen eines Hybrid-Antriebsstranges; -
2 eine Leistungsfluss-Darstellung des Hybrid-Antriebsstranges der1 ; -
3 eine Schalttabelle für einen verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb des Hybrid-Antriebsstranges der1 ; -
4 eine Schalttabelle für einen elektromotorischen Fahrbetrieb mit dem Hybrid-Antriebsstrang der1 ; -
5 eine Detailansicht einer weiteren Ausführungsform eines Hybrid-Antriebsstranges; -
6 eine Detailansicht einer weiteren Ausführungsform eines Hybrid-Antriebsstranges; -
7 eine Detailansicht einer weiteren Ausführungsform eines Hybrid-Antriebsstranges; -
8 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Hybrid-Antriebsstran g es; -
9 eine Detailansicht einer weiteren Ausführungsform eines Hybrid-Antriebsstranges; -
10 eine Detailansicht einer weiteren Ausführungsform eines Hybrid-Antriebsstranges; -
11 eine Detailansicht einer weiteren Ausführungsform eines Hybrid-Antriebsstranges; -
12 eine Detailansicht einer weiteren Ausführungsform eines Hybrid-Antriebsstranges; -
13 eine Detailansicht einer weiteren Ausführungsform eines Hybrid-Antriebsstranges; -
14 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Hybrid-Antriebsstranges; -
15 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hybrid-Antriebsstranges; -
16 eine Schalttabelle für einen verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb mit dem Hybrid-Antriebsstrang der15 ; -
17 eine Schalttabelle für einen elektromotorischen Fahrbetrieb mit dem Hybrid-Antriebsstrang der15 ; -
18 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Hybrid-Antriebsstranges; -
19 eine Schalttabelle für einen verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb mit dem Hybrid-Antriebsstrang der 18 ; -
20 eine Schalttabelle für einen elektromotorischen Fahrbetrieb mit dem Hybrid-Antriebsstrang der 18 ; -
21 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Hybrid-Antriebsstranges; -
22 eine Detailansicht einer weiteren Ausführungsform eines Hybrid-Antriebsstranges; -
23 eine Detailansicht einer weiteren Ausführungsform eines Hybrid-Antriebsstranges; -
24 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Hybrid-Antriebsstranges; und -
25 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Hybrid-Antriebsstranges.
-
1 a diagram of a first embodiment of a hybrid drive train according to the invention; -
2 a power flow representation of the hybrid powertrain of1 ; -
3 a switching table for an internal combustion engine driving mode of the hybrid drive train of1 ; -
4th a switching table for an electromotive operation with the hybrid drive train of1 ; -
5 a detailed view of a further embodiment of a hybrid drive train; -
6th a detailed view of a further embodiment of a hybrid drive train; -
7th a detailed view of a further embodiment of a hybrid drive train; -
8th a schematic representation of a further embodiment of a hybrid drive train it; -
9 a detailed view of a further embodiment of a hybrid drive train; -
10 a detailed view of a further embodiment of a hybrid drive train; -
11 a detailed view of a further embodiment of a hybrid drive train; -
12 a detailed view of a further embodiment of a hybrid drive train; -
13 a detailed view of a further embodiment of a hybrid drive train; -
14th a schematic representation of a further embodiment of a hybrid drive train; -
15th a schematic representation of a further embodiment of a hybrid drive train according to the invention; -
16 a shift table for internal combustion engine driving with the hybrid drive train of15th ; -
17th a switching table for an electromotive operation with the hybrid drive train of15th ; -
18th a schematic representation of a further embodiment of a hybrid drive train; -
19th a shift table for internal combustion engine driving with the hybrid drive train of18th ; -
20th a switching table for an electromotive operation with the hybrid drive train of18th ; -
21st a schematic representation of a further embodiment of a hybrid drive train; -
22nd a detailed view of a further embodiment of a hybrid drive train; -
23 a detailed view of a further embodiment of a hybrid drive train; -
24 a schematic representation of a further embodiment of a hybrid drive train; and -
25th a schematic representation of a further embodiment of a hybrid drive train.
In den
Der Hybrid-Antriebsstrang
Der Hybrid-Antriebsstrang
Die Getriebeanordnung
Die Getriebeanordnung
An der ersten Ausgangswelle
Die Schaltkupplung
Die Getriebeanordnung
In der zweiten Radsatzebene
In der zweiten Radsatzebene
Verbrennungsmotorische Antriebsleistung wird über die Antriebswelle
Alternativ könnte die Getriebeanordnung
Der Hybrid-Antriebsstrang
Der Rotor
Der Hybrid-Antriebsstrang
Die Planetenradsatzanordnung
Das dritte Glied
Der Rotor
Das Sonnenrad
In axialer Richtung zwischen dem Planetenradsatz
Alternativ kann auch an der zweiten Ausgangswelle
Der Radsatz
Die Getriebeanordnung
Zum Einrichten einer Parksperrenfunktion ist es möglich, an der ersten oder an der zweiten Ausgangswelle ein Parksperrenrad festzulegen. Vorliegend ist ein Parksperrenrad
In
Es ist zu erkennen, dass der Verbrennungsmotor
Es ist zu erkennen, dass der Planetenradsatz eine Standübersetzung i0 besitzt. Die Übersetzung i1 ist im Wesentlichen durch den Radsatz
In
Zum Anfahren wird zunächst die Kupplung
Die zweite Gangstufe (V2) wird dann eingerichtet, indem die erste Planetenradsatzkupplung
In der Vorwärtsgangstufe 2 fließt verbrennungsmotorische Leistung von der ersten Eingangswelle
Zum Schalten in die Vorwärtsgangstufe V3 werden die Kupplung
In ähnlicher Weise erfolgt dann ein Gangwechsel in die Vorwärtsgangstufe V4, indem die Schaltkupplung
Ein Gangwechsel in die Vorwärtsgangstufe V5 erfolgt in entsprechender Weise durch Öffnen der Schaltkupplung
Folglich lassen sich mit dem Hybrid-Antriebsstrang
In sämtlichen Vorwärtsgangstufen V1 bis V5 kann die Elektromaschine
Vor Fahrbeginn kann der Verbrennungsmotor
Mittels des Hybrid-Antriebsstranges
Hierbei bleibt der Verbrennungsmotor
Eine erste elektromotorische Stufe wird eingerichtet, indem die erste Planetenradsatzkupplung
Eine zweite elektromotorische Gangstufe E2 wird eingerichtet, indem die zweite Planetenradsatzkupplung
Bei geschlossener zweiter Planetenradsatzkupplung
Aus einem elektromotorischen Fahrbetrieb in der Gangstufe E1 können die Gänge V1, V3, V4, V5 zugestartet werden, indem ein weiteres Schaltelement geschlossen wird (zum Zustarten in der verbrennungsmotorischen Gangstufe V1 die Kupplung
Aus einem elektromotorischen Fahrbetrieb in der Gangstufe E2 können die Gänge V2, V3, V4, V5 zugestartet werden, in entsprechender Weise.The gears V2, V3, V4, V5 can be started in a corresponding manner from an electric motor-driven driving mode in gear stage E2.
Schaltungen zwischen den Vorwärtsgangstufen V1 und V2 erfolgen wie bei den rein elektrischen Schaltungen zwischen E1 und E2 ebenfalls als Lastschaltungen über die als Reibkupplungen ausgebildeten Planetenradsatzkupplungen
In manchen Varianten kann eine zweite Elektromaschine mit der ersten Eingangswelle
Wenn nur die Kupplung
Der Hybrid-Antriebsstrang
Ferner ermöglicht der Hybrid-Antriebsstrang fünf verbrennungsmotorische Gangstufen und zwei elektromotorische Gangstufen, so dass ein hoher Wirkungsgrad erreichbar ist.The hybrid drive train also enables five internal combustion engine gears and two electric motor gears, so that a high level of efficiency can be achieved.
Die zweite Planetenradsatzkupplung
Alternativ ist es auch möglich, die zweite Planetenradsatzkupplung
Die Schaltkupplungen
Ferner ist es beispielsweise möglich, die Anzahl der verbrennungsmotorischen Gangstufen zu verringern, wenn man eines oder mehrere der Losräder
In manchen Fällen ist es auch möglich, die Ausgangswellenanordnung
Im Folgenden werden weitere Ausführungsformen von Hybrid-Antriebssträngen beschrieben, die hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise generell dem Hybrid-Antriebsstrang
Bei dem Hybrid-Antriebsstrang 10' ist es möglich, in den oberen Gangstufen V3 bis V5 den Radsatz 88' und den damit verbundenen Planetenradsatz vom Abtrieb abzukoppeln. Hierdurch können Schleppverluste vermieden werden.In the hybrid drive train 10 'it is possible to decouple the gear set 88' and the associated planetary gear set from the output in the upper gears V3 to V5. In this way, drag losses can be avoided.
Die Schaltkupplung
In
Bei dem Hybrid-Antriebsstrang 10" sind die Schaltkupplungen
Wie es aus den Schalttabellen der
Beispielsweise ist es möglich, eine einzelne Betätigungseinrichtung vorzusehen, die sowohl die Schaltkupplung
In
In
Der Hybrid-Antriebsstrang 10IV entspricht hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise generell dem Hybrid-Antriebsstrang
An der Umkehrwelle
Eine verbrennungsmotorische Rückwärtsgangstufe R1 kann eingerichtet werden, indem die erste Planetenradsatzkupplung
Bei dem Hybrid-Antriebsstrang 10IV ist, wie bei der Ausführungsform der
Bei dem Hybrid-Antriebsstrang 10IV ist es bevorzugt, wenn die Schaltkupplungen
In
In
Bei dem Hybrid-Antriebsstrang 10VI ist zwischen der Antriebswelle
In
Sofern bei dem Antriebsstrang 10VII der Radsatz
In
Der Hybrid-Antriebsstrang 10VIII basiert auf der Ausführungsform der
Bei dem Hybrid-Antriebsstrang 10VIII ist die erste Eingangswelle
Die Maßnahme, die zweite Eingangswelle 68VIII nicht direkt mittels einer Kupplung
Die Kupplung 70VIII könnte folglich auch als Kupplung für den Vorwärtsbetrieb bezeichnet werden, und die Kupplung
Mit anderen Worten können bei geschlossener Kupplung 70VIII die gleichen Vorwärtsgangstufen eingerichtet werden wie bei der Ausführungsform der
Auch ein rein elektrischer Fahrbetrieb ist natürlich mittels des Wenderadsatzes
In
Der Hybrid-Antriebsstrang 10IX basiert beispielsweise auf einem der Antriebsstränge der
Die erste Eingangswelle
Die Kupplung 70IX und die Kupplung 121IX sind dabei als synchronisierfähige Kupplungen ausgebildet und sind vorliegend in ein Kupplungspaket zusammengefasst, das mittels einer einzigen Betätigungseinrichtung B5IX betätigbar ist.The clutch 70 IX and the clutch 121 IX are designed as synchronizable clutches and are in the present case combined in a clutch pack that can be actuated by means of a single actuating device B5 IX .
Die Kupplungen 70IX, 121IX können dazu verwendet werden, um den Verbrennungsmotor
Der Hybrid-Antriebsstrang 10IX wird vorzugsweise mit einer Reibkupplung 120VII ausgestattet, wie sie in
In
Dieser basiert auf dem Hybrid-Antriebsstrang
Die zweite Elektromaschine
Im rein elektrischen Fahrbetrieb kann entweder die elektrische Gangstufe E1 oder die elektrische Gangstufe E2 der
Zudem ermöglicht die zweite Elektromaschine
Zudem ermöglicht die zweite Elektromaschine
In
Wie es in
Ferner werden die Vorwärtsgangstufen V1 und V2 in gleicher Weise eingerichtet wie bei dem Hybrid-Antriebsstrang der
Eine dritte Vorwärtsgangstufe V3 als höchste Vorwärtsgangstufe wird eingerichtet, indem die Schaltkupplung
In
Der Hybrid-Antriebsstrang 10XII basiert auf dem Hybrid-Antriebsstrang
Der Hybrid-Antriebsstrang 10XII weist, ähnlich wie der Hybrid-Antriebsstrang der
Der Hybrid-Antriebsstrang 10XII weist ferner, ähnlich wie bei der Ausführungsform der
Mit dem Hybrid-Antriebsstrang 10XII der
Die Vorwärtsgangstufen V3 und V4 werden genau so eingerichtet wie bei der Ausführungsform der
Ferner sind zwei Rückwärtsgangstufen R1 und R2 einrichtbar, und zwar genau so wie bei dem Antriebsstrang 10IV der
Die Planetenradsatzanordnung
In
In
In gleicher Weise ist hierbei das erste Glied des Plus-Planetenradsatzes 74XIII als Planetenträger ausgebildet, der mit dem Rotor
Ferner ist, wie bei der Ausführungsform der
Das Zahnrad
Die Kupplung 70XIII ist hierbei als Synchron-Schaltkupplung ausgebildet, um, ähnlich wie bei der Ausführungsform 10IX der
Ferner ist bei dem Hybrid-Antriebsstrang 10XIII vorgesehen, dass die erste Eingangswelle
In
In
Die Planetenradsatzanordnungen 72XIV und 72XV der
In
Im Unterschied zu den zuvor beschriebenen Ausführungsformen ist die Planetenradsatzanordnung 72XVI mit einem Planetenradsatz ausgestattet, dessen Sonnenrad (zweites Glied) 78XVI fest an dem Gehäuse
Bei dieser Ausführungsform ist die erste Planetenradsatzkupplung 82XVI zwischen dem ersten Glied 76XVI (Hohlrad) des Planetenradsatzes und dem Rotor
Die mit dem Hybrid-Antriebsstrang 10XVI realisierbaren Gangstufen sind identisch wie bei der Ausführungsform der
In
Auch bei dieser Ausführungsform dient die Planetenradsatzkupplung 82XVII als integriertes Anfahrelement. Es lassen sich bei dem Hybrid-Antriebsstrang 10XVII die gleichen Gangstufen einrichten wie bei dem Hybrid-Antriebsstrang
Mit anderen Worten ist es bei der Ausführungsform der
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- Hybrid-AntriebsstrangHybrid powertrain
- 1212th
- VerbrennungsmotorInternal combustion engine
- 1414th
- Antriebswelledrive shaft
- 1616
- erste Eingangswellefirst input shaft
- 1818th
- GetriebeanordnungGear arrangement
- 2020th
- AusgangswellenanordnungOutput shaft assembly
- 2222nd
- erste Ausgangswellefirst output shaft
- 2424
- zweite Ausgangswellesecond output shaft
- 2626th
- AbtriebsradsatzOutput gear set
- 2828
- LeistungsverteilungseinrichtungPower distribution facility
- 30L,30R30L, 30R
- angetriebene Räderdriven wheels
- 3232
- erste Radsatzebenefirst wheel set level
- 3434
- erster Radsatzfirst wheelset
- 3636
- FestradFixed gear
- 38,4038.40
- Losräder (V3,V4)Idler gears (V3, V4)
- 42,4442.44
- SchaltkupplungenClutches
- 4545
- zweite Radsatzebenensecond wheel set levels
- 46,4846.48
- AbtriebsräderOutput gears
- 5050
- Losrad (V5)Idler gear (V5)
- 5252
- SchaltkupplungClutch
- 6060
- ElektromaschineElectric machine
- 6262
- Statorstator
- 6464
- Gehäusecasing
- 6666
- Rotorrotor
- 6868
- zweite Eingangswellesecond input shaft
- 7070
- Kupplungcoupling
- 7272
- PlanetenradsatzanordnungPlanetary gear set arrangement
- 7474
- PlanetenradsatzPlanetary gear set
- 7676
- erstes Gliedfirst link
- 7878
- zweites Gliedsecond link
- 8080
- drittes Gliedthird link
- 8282
- erste Planetenradsatzkupplungfirst planetary gear set clutch
- 8484
- zweite Planetenradsatzkupplungsecond planetary gear set clutch
- 8686
- PlanetenradsatzausgangswellePlanetary gear set output shaft
- 8888
- RadsatzWheelset
- 9090
- FestradFixed gear
- 9292
- Zahnradgear
- 9494
- dritte Radsatzebenethird wheel set level
- 9898
- erste Kupplungsebenefirst coupling level
- 100100
- zweite Kupplungsebenesecond coupling level
- 110110
- SchaltkupplungClutch
- 112112
- UmkehrwelleReverse shaft
- 114114
- FestradFixed gear
- 116116
- LosradIdler wheel
- 118118
- SchaltkupplungClutch
- 120120
- Kupplungcoupling
- 121121
- Kupplungcoupling
- 122122
- zweite Elektromaschinesecond electric machine
- 124124
- Ritzel pinion
- A1,A2,A3,A4,A5A1, A2, A3, A4, A5
- Achsenaxes
- B1,B2,B3,B4B1, B2, B3, B4
- BetätigungseinrichtungenControls
- PP
- ParksperrenradParking lock wheel
- WW.
- WenderadsatzTurning wheel set
- KK
- KraftfahrzeugMotor vehicle
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102013211975 A1 [0011]DE 102013211975 A1 [0011]
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-
2019
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Cited By (5)
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