DE102020113377A1 - Hybridgetriebeeinrichtung mit schaltbarem Übersetzungsverhältnis - Google Patents

Hybridgetriebeeinrichtung mit schaltbarem Übersetzungsverhältnis Download PDF

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Sebastian Liebert
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Michael Etzel
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hybridgetriebeeinrichtung mit einer ersten Getriebeeingangswelle, zum Aufnehmen von Antriebsleistung einer ersten Antriebsmaschine, die als Verbrennungsmotor ausgebildet ist, mit einer zweiten Getriebeeingangswelle zum Aufnehmen von Antriebsleistung einer zweiten Antriebsmaschine, die als elektromechanischer Energiewandler ausgebildet ist, mit einer Getriebegehäuseeinrichtung, mit einer Getriebeausgangswelle zum Abgeben von Antriebsleistung an einen Kraftfahrzeugantriebsstrang, mit vorgegebenen Schaltelementen (Bremsen, Kupplungen) und mit mindestens einer elektronischen Steuereinheit. Die Steuereinheit ist insbesondere durch ein entsprechendes Computerprogramm-Produkt derart ausgestaltet, dass die Schaltelemente zur Einstellung eines energieoptimalen Antriebsmodus oder Getriebe-Modus unterschiedlich koppelbar sind und dass die Auswahl eines aktuell energieoptimalen Antriebsmodus oder Getriebe-Modus auf Basis von vordefinierten normierten Effizienz-Äquivalenten erfolgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Hybridgetriebeeinrichtung mit einer ersten Getriebeeingangswelle, zum Aufnehmen von Antriebsleistung von einer ersten Antriebsmaschine, welche als Brennkraftmaschine ausgebildet ist, mit einer zweiten Getriebeeingangswelle zum Aufnehmen von Antriebsleistung von einer zweiten Antriebsmaschine, welche als elektromechanischer Energiewandler ausgebildet ist, und mit einem elektronischen Steuergerät, durch das schaltbare Übersetzungsverhältnisse abhängig von vorgegebenen Betriebsparametern steuerbar sind.
  • Eine derartige Hybridantriebsvorrichtung ist beispielsweise in der nicht vorveröffentlichen Patentanmeldung 10 2019 129 093 beschrieben, auf die vollinhaltlich Bezug genommen wird und die insbesondere für den Antriebsstrang von Personenkraftfahrzeugen einsetzbar ist.
  • Im Rahmen der Entwicklung von sogenannten DHT Hybrid-Getrieben (DHT=„Dedicated Hybrid Transmission“) hat sich gezeigt, dass viele Getriebesysteme mit einem leistungsverzweigten Anfahrmodus (d.h. die Brennkraftmaschine und die elektrische Antriebsmaschine geben Antriebsleistung zum Anfahren ab), in welchem mittels der elektrischen Antriebsmaschine das Drehzahlverhältnis variabel mittels Drehzahlüberlagerung verändert wird, insbesondere gegenüber einem konventionellen Getriebe mit diskreten Schaltstufen, eine gewisse Anfahrschwäche aufweisen können. Eine Hybridantriebsvorrichtung im Sinne der Erfindung weist als Kernelemente eine Brennkraftmaschine und eine elektrische Antriebsmaschine, jeweils zum Abgeben von Antriebsleistung zum Überwinden von Fahrwiderständen auf, weiter weist eine solche Hybridantriebsvorrichtung eine Getriebeeinrichtung auf, mit welcher die Drehzahlüberlagerung und damit die Leistungssummation der elektrischen Antriebsmaschine und der Brennkraftmaschine ermöglicht ist. Ein derartiges Antriebssystem ist beispielsweise im Toyota Prius verbaut.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Hybridgetriebeeinrichtung mit verbessertem Betriebsverhalten anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
  • Die Erfindung betrifft eine Hybridgetriebeeinrichtung mit einer ersten Getriebeeingangswelle, zum Aufnehmen von Antriebsleistung einer ersten Antriebsmaschine, die als Verbrennungsmotor ausgebildet ist, mit einer zweiten Getriebeeingangswelle zum Aufnehmen von Antriebsleistung einer zweiten Antriebsmaschine, die als elektromechanischer Energiewandler ausgebildet ist, mit einer Getriebegehäuseeinrichtung, mit einer Getriebeausgangswelle zum Abgeben von Antriebsleistung an einen Kraftfahrzeugantriebsstrang, mit vorgegebenen Schaltelementen (Bremsen, Kupplungen) und mit mindestens einer elektronischen Steuereinheit. Die Steuereinheit ist insbesondere durch ein entsprechendes Computerprogramm-Produkt derart ausgestaltet, dass die Schaltelemente zur Einstellung eines energieoptimalen Antriebsmodus oder Getriebe-Modus unterschiedlich koppelbar sind und dass die Auswahl eines aktuell energieoptimalen Antriebsmodus oder Getriebe-Modus auf Basis von vordefinierten normierten Effizienz-Äquivalenten erfolgt.
  • Vorzugsweise sind sowohl unterschiedliche Festgänge als auch unterschiedliche E-CVT-Bereiche als energieoptimale Modi einstellbar. Weiterhin sind mittels Überlagerung der einstellbaren Drehzahlen der beiden Antriebsmaschinen (VKM, EMA) die Übersetzungsverhältnisse in den E-CVT-Bereichen kontinuierlich veränderbar (E-CVT:=electrically continuously variable transmission).
  • Vorzugsweise enthält die Steuereinheit ein Funktionsmodul, das zur Definition der normierten Effizienz-Äquivalenten eine Modus-Codierung (insbesondere in Form eines Kennfeldes) aufweist, wobei die Modus-Codierung vorgibt, zu welchem Betriebspunkt der effizienteste Modus zu aktivieren ist, um das niedrigste Effizienz-Äquivalent zu erreichen. Die Effizienz-Äquivalente werden durch experimentelle oder rechnerische Ermittlung eines normierten Kraftstoffverbrauchs für jeden Leistungspfad über alle Modi (Getriebe-Modi oder Antriebsmodi) am Getriebeabtrieb oder am Rad ermittelt.
  • Die Erfindung betrifft grundsätzlich eine energieeffiziente Betriebsstrategie für eine Hybridfahrzeugtopologie mit einer entsprechenden Hybridgetriebeeinrichtung in Form eines elektrifizierten Vollmodus-Getriebes, mindestens einer elektrischen Antriebsmaschine, einem elektrischen Hochvoltspeicher und einem Verbrennungsmotor.
  • Die Erfindung schlägt insbesondere eine Hybridgetriebeeinrichtung als Getriebevariante vor, welche mehrere leistungsverzweigte Bereiche aufweist, sogenannte E-CVT-Bereiche, welche eine Leistungssummation von erster und zweiter Antriebsmaschine, insbesondere mit variabler Drehzahlübersetzung ermöglichen. Durch diese Ausgestaltung müssen die einzelnen E-CVT-Bereiche, im Gegensatz zu einer Getriebevariante, mit nur einem einzigen leistungsverzweigten Bereich, nicht so weite Übersetzungsbereiche abdecken und können, insbesondere bezüglich der Drehmomentübersetzungsanforderung, spezifischer ausgelegt werden. Insbesondere durch eine derartige Ausgestaltung der Getriebevariante mit mehreren E-CVT-Bereichen kann beispielsweise die Anfahrschwäche gegenüber bestehenden Systemen reduziert werden. Weiterhin weist die erfindungsgemäße Hybridgetriebeeinrichtung zusätzlich wenigstens einen Festgang, vorzugsweise mehrere Festgänge, auf. Insbesondere zwischen diesen Festgängen ist eine schaltbare Übersetzungsänderung über die einzelnen E-CVT-Bereiche, gegeben. Diese Hybridgetriebeeinrichtung kann vorzugsweise mit rein formschlüssigen Schaltelementen realisiert werden. Zum technischen Hintergrund hierzu wird beispielsweise auch auf die nicht vorveröffentlichte DE 10 2019 132 073 der Anmelderin hingewiesen. Hierbei werden die E-CVT-Bereiche auch als Powersplitgang bezeichnet.
  • Nachfolgend ist die Getriebetopologie der Hybridgetriebeeinrichtung näher erläutert. Im Sinne der Erfindung ist unter einem E-CVT beziehungsweise einem E-CVT-Bereich zu verstehen, dass das Drehzahlverhältnis zwischen der ersten Getriebeeingangswelle, mit welcher die erste Antriebsmaschine gekoppelt ist oder koppelbar ist, und der Getriebeausgangswelle, welche mit einem Radantrieb, beziehungsweise mit einer Kraftfahrzeugantriebsachse, gekoppelt ist oder koppelbar ist, mittels Drehzahlüberlagerung von der zweiten Getriebeeingangswelle, mit welcher die zweite Antriebsmaschine gekoppelt ist, kontinuierlich veränderbar ist. Vorzugsweise weist die Hybridgetriebeeinrichtung zum Bereitstellen mehrere E-CVT-Bereiche mehrere Planetengetrieberadsätze auf, deren Elemente, insbesondere Sonnenrad, Planetenradträger und/oder Hohlrad, mittels sogenannter Schaltelemente selektiv miteinander koppelbar sind, wodurch unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse einstellbar sind.
  • Durch die unterschiedlichen Kopplungen mittels der Schaltelemente (Kupplungen, Bremsen) und mittels mindestens eines elektronischen Steuergeräts sind demnach abwechselnd sowohl unterschiedliche Festgänge als auch unterschiedliche E-CVT-Bereiche einstellbar und mittels der Drehzahlüberlagerung können dann in Abhängigkeit von den einstellbaren Drehzahlen der beiden Antriebsmaschinen die Übersetzungsverhältnisse in den E-CVT-Bereichen kontinuierlich verändert werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens ein Schaltelement der Hybridgetriebeeinrichtung als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet und bevorzugt sind mehrere Schaltelemente als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet und bevorzugt sind sämtliche Schaltelemente, welche zum Verändern der Übersetzung der Hybridgetriebeeinrichtung vorgesehen sind, als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet. Insbesondere ein formschlüssiges Schaltelement ist gegenüber einem reibschlüssigen Schaltelemente besonders energieeffizient betreibbar und weiter vorzugsweise ist mit einem formschlüssigen Schaltelement eine hohe Leistungsdichte erreichbar.
  • Die Hybridgetriebeeinrichtung ist insbesondere für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang vorgesehen. Weiter vorzugsweise ist als erste Antriebsmaschine in einem solchen Kraftfahrzeugantriebsstrang eine Brennkraftmaschine vorgesehen und vorzugsweise eine nach dem Otto- oder Dieselprinzip betreibbare Hubkolbenbrennkraftmaschine. Insbesondere bei einem solchen Antriebsstrang ergibt sich durch die vorgeschlagene Hybridgetriebeeinrichtung ein vorteilhafter Betrieb, da mit dieser die erste und die zweite Antriebsmaschine zu einem komfortablen und gleichzeitig effizienten Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug kombinierbar sind. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Hybridgetriebeeinrichtung genau drei Planetengetrieberadsätze aufweist. Weiter vorzugsweise ist es vorgesehen, keine Schaltelemente vorzusehen, welche ein Verblocken eines der Planetengetrieberadsätze ermöglicht.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Kraftfahrzeugantriebsstrang vorgesehen, welcher zusätzlich zu der zweiten Antriebsmaschine noch wenigstens eine dritte Antriebsmaschine aufweist. Insbesondere mittels einer Dritten Antriebsmaschine ist eine Erweiterung des Funktionsumfangs des Antriebsstrangs ermöglicht. Beispielsweise kann mittels zwei Elektromaschinen auch ein serieller Hybridmodus als energieoptimaler Modus realisiert und ausgewählt werden.
  • Die erfindungsgemäße Hybridgetriebeeinrichtung umfasst mindestens eine elektronische Steuereinheit (z.B. Antriebssteuergerät mit einem Softwareprogramm als Computerprogrammprodukt), die derart ausgestaltet ist, dass durch entsprechende Ansteuerung der Schaltelemente unterschiedliche Getriebe-Modi einstellbar sind, wobei vorzugsweise Festgänge und E-CVT-Bereiche abwechseln angesteuert werden.
  • Der Erfindung liegen folgende betriebsstrategische Überlegungen zugrunde:
    • Für den zukünftigen Einsatz von Hybridfahrzeugen mit Verbrennungsmotor (auch Brennkraftmaschine oder Verbrennungskraftmaschine genannt) und neuartigen elektrifiziertem Getriebe speziell für Hybridanwendungen (sogenannte DHT-Vollmodus-Getriebe) ist eine auf diesen Antrieb abgestimmte Betriebsstrategie essentiell, um den energieoptimalen Betrieb des Fahrzeuges zu gewährleisten und das volle Potenzial des Antriebsstranges zu heben.
  • Momentan gibt es Hybridanwendungen, welche hauptsächlich Getriebe einsetzen, die nicht alle möglichen Hebel/Modi zur Betriebspunktwahl im Verbrennerkennfeld ausnutzen. Daraufhin sind deren Betriebsstrategien ausgerichtet. Der Einsatz von Vollmodus-Getrieben bedarf einer eigenen Betriebsstrategie für den energieeffizienten Betrieb. Die Nutzung des elektrischen Speichers wird hauptsächlich durch den SOC (State-of-Charge) mit in Betracht gezogen.
  • Der Einsatz von Hybridgetriebeeinrichtung bzw. von Hybridantriebstopologien als Vollmodus-Getriebe-Hardwareausprägung kann nur mit einer speziell darauf abgestimmten Betriebsstrategie zur maximalen Effizienz gebracht werden. Hierzu muss eine energetische Betrachtung der möglichen Getriebe- und/oder Antriebsmodi erfolgen und daraufhin die optimale Auswahl für den momentan herrschenden Fahrerwunsch getroffen werden.
  • Dabei ist eine wirkungsgradbehaftete Bewertung aller Antriebskomponenten (Verbrennungsmotor, Elektrische Maschine(n) und deren Wechselrichter, elektrischer Speicher, Getriebe-Schaltelemente, usw.) zur Bedienung des Fahrerwunsches bzw. für die Bedienung des Leistungsbedarfes durchzuführen und anhand eines Effizienzkriteriums auszuwählen.
  • Die Auswahl des energieoptimalen Antriebsmodus erfolgt erfindungsgemäß grundsätzlich durch die Erzeugung eines Energieäquivalentwertes („Effizienz-Äquivalent“), welcher den Einsatz von Kraftstoff-Masse auf die erzeugte Energie bezieht. D.h. jede erzeugte Kilowattstunde Energie bekommt ein Energieäquivalent in Form von Kraftstoff-Masse je Kilowattstunde zugeordnet und wird hier auch als „Preis“ oder „Effizienz-Äquivalent“ für die Energie bezeichnet.
  • Hierbei stellen die Antriebsmodi jeweils Energie zu unterschiedlichen Preisen dem Antrieb bereit. Es wird hierbei jedoch nicht unterscheiden, welcher Art die Energie (mechanisch, elektrisch, ...) ist. Somit ist es möglich einen Energiepreis sowohl für die im elektrischen Speicher hinterlegte Energie zu ermitteln und somit eine Entscheidung zu treffen, wann und wie der Speicher energieoptimal geladen oder entladen werden kann. Als auch kann entschieden werden, ob es energieeffizienter ist, Antriebsenergie rein mechanisch oder teilweise (bis komplett) elektrisch zu erzeugen.
  • Eine reine SOC-basierte Speicherlade- oder Speicherentladestrategie wird erfindungsgemäß also um ein Energiepreiskriterium, das „Effizienz-Äquivalent“, ergänzt.
  • Durch Rekuperation eingesammelte Energie wird vorzugsweise als kostenlos bzw. mit dem Preis von null Masse Kraftstoff je Kilowattstunde angesehen.
  • Diese Betriebsstrategie kann auch für generische Betriebsstrategien in der Phase der Antriebsauslegung genutzt werden.
  • Nachfolgend sind anhand der Beschreibung zu den Figuren einzelne Merkmale der Erfindung näher erläutert, dabei zeigt:
    • 1: eine schematische Darstellung der wichtigsten Komponenten der Erfindung sowie im Detail einen schematisierten Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Hybridgetriebeeinrichtung,
    • 2: ein Schaltungsschema für die in 1 dargestellte Getriebeeinrichtung,
    • 3: ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Modus-Codierung als Teil einer elektronischen Steuereinheit,
    • 4 ein mögliches Verfahren zur rechnerischen Ermittlung eines Effizienz-Äquivalents,
    • 5 ein Beispiel für ein Verbrauchs-Kennfeld als Basis für die Erstellung eines Modus-Auswahl-Kennfeldes zur Modus-Codierung und
    • 6 eine Darstellung zu der durch die Erfindung erreichten Wirkung in Form einer Energie-Bilanzierung.
  • Ein Grundprinzip der Erfindung sieht vor, eine Getriebevariante anzugeben, welche mehrere leistungsverzweigte Bereiche, sogenannte E-CVTs, aufweist. Ein solcher Ansatz bietet den Vorteil, dass die einzelnen E-CVTs nicht so weite Übersetzungsbereiche abdecken müssen und in der Umkehr können diese spezifischer ausgelegt werden. Weiter vorteilhaft ist eine Schaltfunktionalität zwischen den einzelnen Festgängen über die einzelnen E-CVTs gegeben. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die vorgeschlagene Hybridgetriebeeinrichtung mit rein formschlüssigen Schaltelementen realisiert, durch die vorgeschlagene Konfiguration der Hybridgetriebeeinrichtung ist dies möglich, ohne dabei auf eine Lastschaltfähigkeit zu verzichten.
  • Zunächst wird anhand von 1 die erfindungsgemäße Betriebsstrategie anhand eines für die Erfindung besonders vorteilhaften Getriebes („Vollmodus“-Getriebe) mit beispielsweise folgenden vorteilhaften möglichen Getriebe-Modi beschrieben:
    • Modus 1:= Festgang ohne LP-Anhebung (LP=Lastpunkt)
    • Modus 2:= Festgang mit LP-Anhebung
    • Modus 3:= eCVT (E_CVT) ohne Lastpunktanhebung
    • Modus 4:= eCVT (E_CVT) mit Lastpunktanhebung
    • Modus 5:= e-Fahren (rein elektrisches Fahren, z.B. bis zu einer definierten max. Antriebsleistung)
    • (Als ein Modus 6 könnte auch ein serieller Hybridmodus vorgesehen sein, der jedoch eine zweite Elektromaschine benötigen würde.)
  • Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 1 und 2 sind hier 4 Festgänge und 3 E-CVT Bereiche möglich. Durch die E-CVT Bereiche kann insbesondere ein effizienz-optimierter Übergang von einem Festgang zum nächsten vorgenommen werden. Beispielsweise wird also beim Übergang von Festgang 1 zu Festgang 2 der ECVT1 Bereich, von Festgang 2 zu Festgang 3 der ECVT2 Bereich und von Festgang 3 zu Festgang 4 der ECVT3 Bereich genutzt. Gemäß den Getriebe-Modi können demnach Übersetzungsverhältnisse abwechselnd über Festgang zu E-CVT Bereich und über E-CVT-Bereich zu Festgang geschaltet werden. Es wird also vorzugsweise ein Getriebe vorgesehen, mit dem x Festgänge und x-1 E-CVT Bereiche geschaltet werden können, wobei je ein E-CVT Bereich zwischen je zwei Festgänge vorgesehen wird.
  • Eine elektronische Steuereinheit SG in Form eines Antriebssteuergeräts ist derart ausgestaltet, dass zum einen die weiter unten genauer beschriebenen Schaltelemente B04, B05, K26, K36 und K36 des Vollmodus-Getriebes sowie zum anderen eine erste Antriebsmaschine in Form eines Verbrennungsmotors VKM und/oder eine zweite Antriebsmaschinen in Form eines Elektromotors/Generators EMA zur Aktivierung eines jeweils vorgegebenen Getriebe-Modus und damit Antriebsbetriebsmodus ansteuerbar sind.
  • Dazu enthält die Steuereinheit SG ein Funktionsmodul MC, das insbesondere eine Modus-Codierung (siehe auch 3) abhängig von definierten Bedingungen aufweist. Die definierten Bedingungen basieren auf sogenannten Effizienz-Äquivalenten (be,Äqui in g/kWh), die durch experimentelle oder rechnerische Ermittlung eines normierten Kraftstoffverbrauchs für jeden Leistungspfad aller Getriebe-Modi am Getriebeabtrieb oder am Rad ermittelt werden (siehe auch 4). Die Modus-Codierung MC gibt vor, zu welchem Betriebspunkt, vorzugsweise zu welcher Drehzahl N [U/min] und zu welchem Drehmoment Md [Nm], der effizienteste Getriebe-Modus zu aktivieren ist, um das niedrigste Effizienz-Äquivalent (be,Äqui in g/kWh) zu erreichen. Vorzugsweise ist die Modus-Codierung MC (siehe auch Tabelle in 3) als Modus-Auswahl-Kennfeld abgespeichert, durch das für definierte Betriebspunkte jeweils der effizienteste Modus (hier 1 bis 5) vorgegeben ist.
  • Dieses Modus-Auswahl-Kennfeld basiert vorzugsweise auf einem zuvor ermittelten Verbrauchs-Kennfeld, in dem für die definierten Betriebspunkte die Effizienz-Äquivalente (be,Äqui in g/kWh) eingetragen sind, die bei Überprüfung der möglichen Getriebe-Modi am geringsten waren und somit den jeweils effizientesten Getriebe-Modus angeben (siehe auch 5).
  • Folgende Formel (siehe auch 4) gibt die konzeptionelle Ermittlung eines Effizienz-Äquivalents be,Äqui in g/kWh abhängig von den Wirkungsgraden η aller Komponenten eines Leistungspfades gemäß den einzelnen Getriebe-Modi und abhängig vom Absolutkraftstoffverbrauch be,opt,KL an, der jedem Betriebspunkt auf der effizienz-optimierten Leistungskennlinie in einem typischen Drehzahl-Leistungskennfeld einer Brennkraftmaschine entspricht. Grundsätzlich wird dabei im Rekuperationsbetrieb ein Effizienz-Äquivalent von Null angenommen. b e , A ¨ q u i v a l e n t = 1 ∏ η K o m p o n e n t e n , P ƒ a d ⋅ b e , o p t , K L
    Figure DE102020113377A1_0001
  • Mit dem Effizienz-Äquivalenz-Wert be,Äqui ist also ein normierter Vergleichswert zur Bewertung der Effizienz eines Getriebe-Modus bzw. Gesamtbetriebsmodus in einer effizienz-optimierten Betriebsstrategie geschaffen.
  • Die diversen Getriebe-Modi beinhalten teilweise eine Nutzung des elektrischen Speichers für die Speicherung und/oder Entnahme von Energie. Durch die Bilanzierung (6) der Effizienz-Äquivalentes (bzw. der Energiepreise) über die in dem elektrischen Speicher abgelegte Energie aus unterschiedlichen Getriebe-Modi wird ein weiteres Kriterium zur effizienten Nutzung der Energien über ein reines SOC-Kriterium hinaus geschaffen.
  • Insbesondere für die effizienzbasierte Entscheidung der Nutzung des Modus eFahren kann auf den bilanzierten Energiepreis zurückgegriffen werden.
  • Die Realisierung der möglichen Getriebe-Modi kann durch beliebig vielfältige Getriebevarianten ausgestaltet werden. Im Folgenden wird anhand von 1 und 2 eine besonders vorteilhafte Getriebevariante hierfür beschrieben:
    • Die als Brennkraftmaschine ausgestaltete erste Antriebsmaschine VKM gibt gemäß 1 zum Antrieb des Kraftfahrzeugs Antriebsleistung an die Getriebeeingangswelle 1 ab. Die Drehzahl der Getriebeeingangswelle ist beim E-CVT von einer von der als Elektromotor/Generator ausgestalteten zweiten Antriebsmaschine EMA überlagerbar. Dabei ist die zweite Antriebsmaschine EMA mit dem Sonnenritzel S1 des ersten Planetengetrieberadsatzes gekoppelt. Weiter weist der erste Planetengetrieberadsatz noch das erste Hohlrad H1 und den ersten Planetenradträger PT1 auf, auf welchem mehrere Planetenräder drehbar gelagert sind von welchen aber nur eines dargestellt ist.
  • Das erste Hohlrad H1 ist mit der ersten Bremseinrichtung B05 mit dem Getriebegehäuse 0 selektiv drehfest verbindbar. Mittels der Verbindungswelle 5 ist das erste Hohlrad H1 mit dem zweiten Sonnenrad S2 drehfest verbunden. Der zweite Planetengetrieberadsatz weist neben dem zweiten Sonnenritzel S2 auch das zweite Hohlrad H2 und den zweiten Planetenradträger PT2 auf, auf welchem mehrere Planetenräder drehbar gelagert sind, von welchen nur eines dargestellt ist. Das zweite Hohlrad ist über die dritte Kupplungseinrichtung K26 entweder selektiv drehfest mit der Getriebeausgangswelle 2 und somit mit dem dritten Planetenradträger PT3 verbindbar oder über die zweite Kupplungseinrichtung K36 mit dem dritten Sonnenritzel S3. Der dritte Planetengetrieberadsatz weist neben dem dritten Sonnenritzel S3 und dem dritten Planetenradträger PT3 auch noch das dritte Hohlrad H3 auf. Auf dem dritten Planetenradträger PT3 sind mehrere Planetenräder drehbar gelagert, von welchen nur eines dargestellt ist.
  • Weiter weist die Hybridgetriebeeinrichtung die erste Kupplungseinrichtung K35 auf, welche zum selektiv drehfesten Verbinden des dritten Sonnenrads S3 mit dem ersten Hohlrad H1 sowie mit dem zweiten Sonnenrad S2 eingerichtet ist. Über die erste Bremseinrichtung B05 ist das dritte Sonnenrad S3 zudem, bei geschlossener erster Kupplungseinrichtung K35, mit dem Getriebegehäuse 0 verbindbar, so dass auch für das dritte Sonnenrad S3 die Drehzahl Null vorgebbar ist.
  • Das dritte Hohlrad H3 ist über die zweite Bremseinrichtung B04 selektiv drehfest mit dem Getriebegehäuse 0 verbindbar. In der in 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist an der Getriebeausgangswelle eine ebenfalls als Elektromotor/Generator ausgebildete dritte Antriebsmaschine EMB vorgesehen. Die dritte Antriebsmaschine EMB führt zu einer wesentlichen Funktionserweiterung der vorgeschlagenen Hybridgetriebeeinrichtung, diese Antriebsmaschine EMB ist allerdings optional. Die in 1 dargestellten Schaltelemente B04, B05, K26, K35, K36 werden in einer bestimmten Art und Weise angesteuert um die gewünschte Anzahl an E-CVTs und Übersetzungsbereiche zur Verfügung zu stellen.
  • In 2 ist ein Schaltungsschema beziehungsweise eine Schaltmatrix dargestellt. Die mit „X“ gekennzeichneten Felder bedeuten, dass ein Schaltelement geschlossen ist, dass also Drehmoment mit diesem übertragbar ist. Weiter ist in der jeweiligen Zeile angegeben welcher Bereich beziehungsweise Gang angewählt ist. Wie dargelegt bedeutet E-CVT dabei, dass mit der Hybridgetriebeeinrichtung eine variable Drehzahlübersetzung für die Getriebeeingangswelle 1, insbesondere also für eine daran angeschlossene Brennkraftmaschine, im Verhältnis zu der Getriebeausgangswelle 2 ermöglicht. Weiter sind die unterschiedlichen E-CVTs (E-CVT1 bis E-CVT3) mit unterschiedlichen Übersetzungsbereichen und insbesondere mit unterschiedlichen Drehmomentübersetzungen ansteuerbar. Mit dem dargestellten Schaltungsschema sind pro E-CVT zwei Schaltelemente geschlossen und es werden drei E-CVTs angesteuert.
  • Durch entsprechende Steuerung unter anderem dieser Schaltelement mittels der elektronischen Steuereinheit SG sind die oben genannten Getriebe-Modi einstellbar.
  • Bezugszeichenliste
    • 0
    Getriebegehäuse
    1
    Getriebeeingangswelle
    2
    Getriebeausgangswelle
    5
    Verbindungswelle
    7
    Zweite Getriebeeingangswelle
    B05
    erste Bremseinrichtung
    B04
    zweite Bremseinrichtung
    K26
    dritte Kupplungseinrichtung
    K36
    zweite Kupplungseinrichtung
    K35
    erste Kupplungseinrichtung
    VKM
    Erste Antriebsmaschine
    EMA
    Zweite Antriebsmaschine
    EMB
    Dritte Antriebsmaschine
    S1, S2, S3
    Erstes, zweites, drittes Sonnenrad
    H1, H2, H3
    Erstes, zweites, drittes Hohlrad
    PT1, PT2, PT3
    Erster, zweiter, dritter Planetenradträger
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 102019129093 [0002]
    • DE 102019132073 [0010]

Claims (7)

  1. Hybridgetriebeeinrichtung mit einer ersten Getriebeeingangswelle (1), zum Aufnehmen von Antriebsleistung einer ersten Antriebsmaschine (VKM), die als Verbrennungsmotor ausgebildet ist, mit einer zweiten Getriebeeingangswelle (7) zum Aufnehmen von Antriebsleistung einer zweiten Antriebsmaschine (EMA), die als elektromechanischer Energiewandler ausgebildet ist, mit einer Getriebegehäuseeinrichtung (0), mit einer Getriebeausgangswelle (2) zum Abgeben von Antriebsleistung an einen Kraftfahrzeugantriebsstrang, mit vorgegebenen Schaltelementen (B05, B04, K26, K36, K35) und mit mindestens einer elektronischen Steuereinheit (SG) dergestalt, dass die Schaltelemente (B05, B04, K26, K36, K35) zur Einstellung eines energieoptimalen Antriebsmodus oder Getriebe-Modus (1, 2, 3, 4, 5) aus einer vorgegebenen Anzahl von verschiedenen Modi unterschiedlich koppelbar sind und dass die Auswahl eines aktuell energieoptimalen Modus (1, 2, 3, 4, 5) auf Basis von vordefinierten normierten Effizienz-Äquivalenten (be,Äqui) erfolgt.
  2. Hybridgetriebeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl unterschiedliche Festgänge als auch unterschiedliche E-CVT-Bereiche als energieoptimale Modi einstellbar sind, und dass mittels Überlagerung der einstellbaren Drehzahlen der beiden Antriebsmaschinen (VKM, EMA) die Übersetzungsverhältnisse in den E-CVT-Bereichen kontinuierlich veränderbar sind.
  3. Hybridgetriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Modus der folgenden Modi jeweils ein energieoptimaler Modus der verschiedenen Modi sein kann: - Festgang ohne Lastpunktanhebung, - Festgang mit Lastpunktanhebung, - E-CVT ohne Lastpunktanhebung, - E-CVT mit Lastpunktanhebung, - elektrisches Fahren, - serieller Hybridmodus mit Lastpunktanhebung und/oder - serieller Hybridmodus ohne Lastpunktanhebung.
  4. Hybridgetriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (SG) ein Funktionsmodul (MC) enthält, das ausgehend von den normierten Effizienz-Äquivalenten (be,Äqui) eine Modus-Codierung aufweist, wobei die Modus-Codierung vorgibt, zu welchem Betriebspunkt der effizienteste Getriebe-Modus (1, 2, 3, 4, 5) zu aktivieren ist, um das niedrigste Effizienz-Äquivalent (be,Äqui) zu erreichen.
  5. Hybridgetriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Effizienz-Äquivalente (be,Äqui in g/kWh) durch experimentelle oder rechnerische Ermittlung eines normierten Kraftstoffverbrauchs für jeden Leistungspfad über alle Getriebe-Modi (1, 2, 3, 4, 5) am Getriebeabtrieb oder am Rad ermittelt werden.
  6. Elektronische Steuereinheit (SG) für eine Hybridgetriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  7. Fahrzeug mit einer Hybridgetriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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