DE102020125276A1

DE102020125276A1 - Hybridantriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102020125276A1
Application number: DE102020125276.5A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Ohnemus; Fritz Pobitzer; Sebastian Liebert; Benjamin Kluge
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2020-09-28
Filing date: 2020-09-28
Publication date: 2022-03-31
Anticipated expiration: 2040-09-29
Also published as: WO2022063515A1; CN116056929A; DE102020125276B4; US20230356583A1

Abstract

Hybridantriebsanordnung mit einer Brennkraftmaschine (1) als erster Antriebsmaschine, welche eine erste Antriebswelle (1a) aufweist, und einem elektromechanischen Energiewandler (2) als zweiter Antriebsmaschine, welche eine zweite Antriebswelle (2a) aufweist, und mit einer schaltbaren Traktionsgetriebeeinrichtung (5) mit einer ersten Getriebeeingangswelle (5a), welche selektiv mit der ersten Antriebswelle (1a) verbindbar ist und mit einer zweiten Getriebeeingangswelle (5b), welche dauerhaft oder selektiv mit der zweiten Antriebswelle (2a) verbindbar ist und mit einer Getriebeausgangswelle (5c), welche zur Abgabe von Antriebsleistung von wenigstens einer oder von beiden Antriebsmaschinen (1, 2) an einen restlichen Kraftfahrzeugantriebsstrang eingerichtet ist, wobei die Traktionsgetriebeeinrichtung (5) als Umlaufgetriebeeinrichtung ausgebildet ist und einen Eingangs-Planetengetrieberadsatz aufweist, wobei der Eingang-Planetengetrieberadsatz wenigstens drei Getriebewellen aufweist, von welchen eine als Eingangs-Sonnenradwelle (13a), eine als Eingangs-Hohlradwelle (13c) und eine als Eingangs-Planetenradträgerwelle (13b) ausgebildet ist,wobei eine dieser drei Getriebewelle des Eingangs-Planetengetrieberadsatzes als die erste Getriebeeingangswelle (5a) ausgebildet ist und wobei in Drehmomentübertragungsrichtung von der ersten Antriebswelle (1a) zu der ersten Getriebeeingangswelle (5a) zwischen diesen eine erste Drehschwingungsreduzierungseinrichtung (3) angeordnet ist dadurch gekennzeichnet, dasseine andere dieser drei Getriebewellen (13a, 13b, 13c) des Eingangs-Planetengetrieberadsatzes als die zweite Getriebeeingangswelle (5b) ausgebildet ist unddass in Drehmomentübertragungsrichtung von der zweiten Antriebswelle (2a) zu dieser zweiten Getriebeeingangswelle (5b) zwischen diesen eine zweiteDrehschwingungsreduzierungseinrichtung (4b) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hybridantriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine als erster Antriebsmaschine, einem elektromechanischen Energiewandler als zweiter Antriebsmaschine und einem schaltbaren Traktionsgetriebe zum Übertragen der Antriebskräfte wenigstens der ersten oder wenigstens der zweiten oder beider Antriebsmaschinen zu einem restlichen Antriebsstrang. Aus der DE 10 2014 018 463 A1 ist eine Antriebsvorrichtung für ein hybridgetriebenes Kraftfahrzeug mit zwei Antriebsmaschinen und einem schaltbaren Traktionsgetriebe bekannt.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand einer Anwendung in einem Personenkraftwagen mit Hybridantrieb beschrieben, dies ist nicht als eine Einschränkung der Erfindung auf eine derartige Anwendung zu verstehen. Um in einem Personenkraftwagen eine „große“ Reichweite bei „geringem“ Fahrzeuggewicht einerseits und emissionsfreies Fahren andererseits zu ermöglichen, wird in Personenkraftwagen häufig eine Hybridantriebanordnung vorgesehen, mit einer Brennkraftmaschine als erster Antriebsmaschine und einem elektromechanischen Energiewandler als zweiter Antriebsmaschine, wobei diese wenigstens zwei Antriebsmaschinen mittels eines schaltbaren Traktionsgetriebes kombiniert oder jeweils alleine zum Antrieb des Kraftfahrzeugs herangezogen werden können. Weiter werden in einem Personenkraftwagen, insbesondere wenn dieser über einen elektromechanischen Energiewandler als Antriebsmaschine verfügt, hohe Anforderungen an das sogenannte Noise-Vibration-Harshness-Verhalten (NVH-Verhalten) gestellt.
Die Erfindung schlägt eine Hybridantriebsanordnung mit gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Betriebseigenschaften vor, diese Aufgabe wird durch einen Hybridantriebsordnung gemäß dem ersten Patentanspruch gelöst, sowie durch einen Personenkraftwagen mit einer solchen Hybridantriebsanordnung. Zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Im Sinn der Erfindung ist unter einer Hybridantriebsanordnung eine Antriebsordnung mit einer Brennkraftmaschine als erster Antriebsmaschine und einem elektromechanischen Energiewandler als zweiter Antriebsmaschine zu verstehen. Die erste Antriebsmaschine weist eine erste Antriebswelle, insbesondere zur Abgabe einer ersten Antriebsleistung auf und die zweite Antriebsmaschine weist eine zweite Antriebswelle, insbesondere zur Abgabe oder Aufnahme einer zweiten Antriebsleistung auf. Vorzugsweise ist die Brennkraftmaschine als ein Verbrennungsmotor in Hubkolbenbauweise ausgebildet. Weiter vorzugsweise ist der elektromechanische Energiewandler als Elektromotor/-generator ausgebildet. Insbesondere eine Brennkraftmaschine gibt Antriebsleistung ab, welche mit Drehschwingungen behaftet ist und weiter weist ein elektromechanischer Energiewandler eine hohe Massenträgheit auf, so dass die Kombination aus beiden hohe Anforderungen an die Entkopplung der Schwingungen stellt, um einen ausreichenden Fahrkomfort zu erzielen.
Bei der vorgeschlagenen Hybridantriebsanordnung ist es vorgesehen, dass die erste Antriebsmaschine alleine oder die zweite Antriebsmaschine alleine oder beide Antriebsmaschinen in Kombination zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs herangezogen werden. Mit einer solchen Hybridantriebsanordnung sind unterschiedlichste Betriebsmodi ermöglicht. Zum ermöglichen dieser Betriebsmodi ist eine schaltbare Traktionsgetriebeeinrichtung vorgesehen, wobei sich schaltbar auf unterschiedliche Betriebsmodi aber auch auf unterschiedliche Getriebeübersetzung bezieht. Die Traktionsgetriebeeinrichtung kann damit funktional als Knotenpunkt zwischen den beiden Antriebsmaschinen und einem restlichen Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs verstanden werden, wobei die Traktionsgetriebeeinrichtung zusätzlich zu der zweiten Antriebsmaschine weitere elektromechanische Energiewandler aufweisen kann, ebenso kann in diesem restlichen Kraftfahrzeugantriebsstrang wenigstens ein zusätzlicher elektromechanischer Energiewandler vorgesehen sein.
Die Traktionsgetriebeeinrichtung weist eine erste Getriebeeingangswelle auf, welche, insbesondere bzgl. der Übertragung von Antriebsleistung von der ersten Antriebsmaschine selektiv mit der ersten Antriebswelle verbindbar. Im Sinne der Erfindung ist unter dem Verbinden dabei eine unmittelbare Verbindung zu verstehen, bei welcher die beiden verbundenen Wellen konzentrisch zueinander angeordnet sind und zur Leistungsübertragung mit der gleichen Drehzahl rotieren und auch eine mittelbare Verbindung, bei welcher die beiden Wellen mittels einer Getriebestufe miteinander verbunden sind und so zur Leistungsübertragung im Verhältnis des Übersetzungsverhältnisses der Getriebestufe rotieren. Weiter ist verbindbar derart zu verstehen, dass die Verbindung (mittelbar oder unmittelbar) insbesondere mittels einer Kupplungseinrichtung, selektiv unterbrechbar ist, also keine dauerhaft Verbindung besteht.
Weiter weist die Traktionsgetriebeeinrichtung eine zweite Getriebeeingangswelle auf, welche dauerhaft oder selektiv mit der zweiten Antriebswelle verbindbar ist und vorzugsweise ist die zweite Getriebeeingangswelle dauerhaft mit der zweiten Antriebswelle verbunden. Die Traktionsgetriebeeinrichtung weist wenigstens eine Getriebeausgangswelle auf, vorzugsweise ist die Getriebeausgangswelle mit einem Achsgetriebe verbunden oder zur Leistungsübertragung auf ein solches Achsgetriebe eingerichtet. Anders gewendet ist diese Getriebeausgangswelle zur Abgabe von Antriebsleistung von wenigstens einer oder von beiden Antriebsmaschinen an einen restlichen Kraftfahrzeugantriebsstrang eingerichtet. Weiter weist ein solcher restlicher Kraftfahrzeugantriebsstrang wenigstens einen Radantrieb, vorzugsweise ein Differentialgetriebe und weiter vorzugsweise wenigstens eine Antriebswelle auf. Insbesondere ist als der restliche Kraftfahrzeugantriebsstrang der Teil des Kraftfahrzeugantriebsstrangs zu verstehen, welcher sich an die Getriebeausgangswelle der vorzugsweise schaltbaren Traktionsgetriebeeinrichtung anschließt und funktional die von wenigstens einer der Antriebsmaschinen bereitgestellte Antriebskraft zu der oder zu den angetriebenen Kraftfahrzeugachsen oder -rädern überträgt.
Weiter ist die schaltbare Traktionsgetriebeeinrichtung insbesondere als Umlaufgetriebeeinrichtung ausgebildet. Dabei ist unter einer Umlaufgetriebeeinrichtung eine Getriebeeinrichtung zu verstehen, welche wenigstens einen Planetengetrieberadsatz, aufweisend ein Hohlrad, ein Sonnenrad und einen Planetenradträger auf welchem wenigstens ein Planetenrad oder vorzugsweise eine Vielzahl von Planetenräder drehbar gelagert sind. Weiter vorzugsweise weist eine Umlaufgetriebeeinrichtung eine Vielzahl von Planetengetriebeeinrichtungen auf, von welchen auch ein oder mehrere Planetengetrieberadsätze als reduzierter Planetengetrieberadsatz ausgebildet sein kann, wobei unter einem reduzierten Planetengetrieberadsatz ein Planetengetrieberadsatz zu verstehen ist, welcher eines der zuvor genannten Getriebeelemente (Sonnenrad, Hohlrad, Planetenradträger) nicht aufweist. Weiter vorzugsweise ist unter einer Umlaufgetriebeeinrichtung eine Getriebeeinrichtung zu verstehen, welche ausschließlich Planetengetrieberadsätze oder reduzierte Planetengetrieberadsätze zum Bereitstellen der schaltbaren Übersetzungsstufen aufweist. Weiter vorzugsweise weist die schaltbare Traktionsgetriebeeinrichtung eine Vielzahl von Schaltelementen, insbesondere Bremsen und Kupplungen, auf, welche dazu eingerichtet sind einzelne Getriebeelemente miteinander zu verbinden oder Getriebeelemente mit einer Getriebegehäuseeinrichtung zu verbinden. Derartige Getriebeeinrichtungen sind in den unterschiedlichsten Getriebetopologien bekannt.
Die schaltbare Traktionsgetriebeeinrichtung weist den sogenannten Eingangs-Planetengetrieberadsatz auf, welcher vorzugsweise nicht als reduzierter Planetengetrieberadsatz, sondern als vollständiger Planetengetrieberadsatz ausgebildet ist und demnach ein Sonnenrad, beziehungsweise eine Sonnenradwelle, ein Hohlrad, beziehungsweise eine Hohlradwelle und einen Planetenradträger mit wenigstens einem darauf drehbar gelagertem Planetenrad aufweist. Damit weist der Eingangs-Planetengetrieberadsatz wenigstens drei Getriebewellen auf, von welchen eine als Eingangs-Sonnenradwelle, eine als Eingangs-Hohlradwelle und eine als Eingangs-Planetenradträgerwelle ausgebildet ist. Weiter ist eine dieser drei Getriebewellen (Eingangs-Sonnenradwelle, Eingangs-Hohlradwelle, Eingangs-Planetenradträgerwelle) als die erste Getriebeeingangswelle ausgebildet ist. Unter der ersten Getriebeeingangswelle ist damit diejenige Getriebewelle zu verstehen, über welche der schaltbaren Traktionsgetriebeeinrichtung Antriebsleistung (Drehzahl, Drehmoment) von der ersten Antriebsmaschine zuführbar ist. Weiter ist, bezogen auf die Übertragung von Drehmoment von der ersten Antriebsmaschine und damit von der ersten Antriebswelle auf die erste Getriebeeingangswelle, zwischen der ersten Antriebswelle und der ersten Getriebeeingangswelle eine erste Drehschwingungsreduzierungseinrichtung angeordnet. Systembedingt ist das von der ersten Antriebsmaschine bereitgestellte Antriebsdrehmoment mit Drehschwingungen behaftet, welche mittels der ersten Drehschwingungsreduzierungseinrichtung verringert oder beseitigt werden. Vorzugsweise ist unter einer Drehschwingungsreduzierungseinrichtung ein Ein- oder Mehr-Massenschwungrad zu verstehen und weiter vorzugsweise eine Einrichtung, welche zum aktiven oder passiven Verringern von Drehschwingungen vorgesehen ist, wobei derartige Einrichtungen in unterschiedlichen Bauformen aus dem Stand der Technik bekannt sind.
Die Erfindung schlägt weiter vor, dass eine andere dieser drei Getriebewellen (Eingangs-Sonnenradwelle, Eingangs-Hohlradwelle, Eingangs-Planetenradträgerwelle) des Eingangs-Planetengetrieberadsatzes als die zweite Getriebeeingangswelle ausgebildet ist. In einem Fall in welchem die Eingangs-Planetenradträgerwelle als erste Getriebeeingangswelle ausgebildet ist, ist die zweite Getriebeeingangswelle demnach vorzugsweise die Eingangs-Hohlradwelle oder bevorzugt die Eingangs-Sonnenradwelle. Weiter vorzugsweise wird Antriebsleistung auf die Getriebeeingangswellen mittels jeweils einer Getriebeeinrichtung übertragen. Weiter vorzugsweise ist, bezogen auf die Übertragung von Antriebsleistung von der zweiten Antriebsmaschine auf die zweite Getriebeeingangswelle zwischen der zweiten Antriebswelle und der zweiten Getriebeeingangswelle eine zweite Drehschwingungsreduzierungseinrichtung angeordnet. Insbesondere die zweite Antriebsmaschine weist eine hohe Massenträgheit auf, so dass auf die schaltbare Traktionsgetriebeeinrichtung übertragene Drehschwingungen in diesem Zusammenhang zu einem nachteiligen beziehungsweise unerwünschten Noise-Vibration-Harshness (NVH) Verhalten führen kann. Um zu einer Entkopplung der zweiten Antriebsmaschine beizutragen, ist es vorgeschlagen, eine zweite Drehschwingungsreduzierungseinrichtung vorzusehen, wobei diese in Drehmomentübertragungsrichtung von der zweiten Antriebswelle zur zweiten Getriebeeingangswelle zwischen diesen angeordnet ist. Insbesondere mittels einer derartigen Hybridantriebsanordnung mit zwei Drehmomentreduzierungseinrichtungen ist ein besonders bevorzugtes NVH-Verhalten erreichbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die erste Getriebeeingangswelle der Hybridantriebsanordnung als Eingangs-Planetenradträgerwelle ausgebildet, also als die Planetenradträgerwelle des Eingangs-Planetengetrieberadsatzes. Insbesondere mittels einer solchen Ausbildung der Erfindung ist für erste Antriebsmaschine, also die Brennkraftmaschine, ein vorteilhafter Übersetzungsbereich mit der Hybridantriebsanordnung ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die zweite Getriebeeingangswelle der Hybridantriebsanordnung als Eingangs-Sonnenradwelle ausgebildet, also als die Sonnenradwelle des Eingangs-Planetengetrieberadsatzes. Insbesondere mittels einer solchen Ausbildung der Erfindung ist für die zweite Antriebsmaschine, also den elektromechanischen Energiewandler, ein vorteilhafter Übersetzungsbereich mit der Hybridantriebsanordnung ermöglicht, insbesondere in Kombination mit der an der ersten Getriebeeingangswelle angekoppelten ersten Antriebsmaschine.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Antriebsmaschine mit einer E-Maschinen-Getriebestufe mit der zweiten Getriebeeingangswelle verbunden, insbesondere also zur Übertragung einer Antriebsleistung (Drehzahl, Drehmoment) mit dieser verbunden und weiter ist diese zu diesem Zweck mit der zweiten Getriebeeingangswelle vorzugsweise dauerhaft verbunden. Wie dargelegt weist die zweite Antriebsmaschine zum Abgeben und Aufnehmen von Antriebsleistung (Drehzahl, Drehmoment) eine Antriebswelle, sogenannte zweite Antriebswelle auf, welche insbesondere in der Ausführungsform mit der E-Maschinen-Getriebestufe achsparallel und radial beanstandet zu der zweiten Getriebeeingangswelle angeordnet ist. Insbesondere mittels einer solchen Ausgestaltung ist eine kompakter Aufbau der Hybridantriebsanordnung ermöglicht, da die zweite Antriebsmaschine so achsparallel und radial beabstandet zu der zweiten Getriebeeingangswelle und damit zur schaltbaren Traktionsgetriebeeinrichtung angeordnet ist und weiter ist mit der E-Maschinen-Getriebestufe die Möglichkeit geschaffen, die von der zweiten Antriebsmaschine bereitstellbare Antriebsleistung (Drehzahl, Drehmoment) an die Lastanforderung anzupassen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Hybridantriebsanordnung die E-Maschinen-Getriebestufe als Zahnradgetriebe ausgebildet. Insbesondere Zahnradgetriebe weisen einen hohen Wirkungsgrad auf und ermöglichen eine hohe Leistungsdichte. Weiter vorzugsweise weist dieses Zahnradgetriebe ein Antriebszahnrad auf, welches drehfest mit der zweiten Antriebswelle, also mit der Antriebswelle der zweiten Antriebsmaschine, verbunden ist. Weiter ist eine Zwischen-Zahnradeinrichtung vorgesehen, mit welcher dieses Antriebszahnrad in Eingriff steht. Insbesondere eine Zwischen-Zahnradeinrichtung ermöglicht es, bei geringem Bauraumbedarf eine größere radiale Distanz zu überbrücken, weiter vorzugsweise sind mehrere Zwischen-Zahnräder vorgehsehen von welchen wenigstens eines als Zwischen-Zahnradeinrichtung ausgebildet ist, und weiter vorzugsweise ist eine Zahnradkaskade vorgesehen, mittels welcher Antriebsleistung von dieser Antriebswelle zu der zweiten Getriebeantriebswelle übertragbar ist. Im Sinne der Erfindung ist unter der Zwischen-Zahnradeinrichtung ein Zwischen-Zahnrad zu verstehen, welches eine Drehschwingungsreduzierungseinrichtung aufweist, insbesondere also die zweite Drehschwingungsreduzierungseinrichtung und wobei insbesondere von der Zwischen-Zahnradeinrichtung Antriebsleistung von dieser Antriebswelle zu der zweiten Getriebeeingangswelle übertragbar ist. Insbesondere mittels einer zweiten Drehschwingungsreduzierungseinrichtung ist es ermöglicht, Drehschwingungen, welche insbesondere in der schaltbaren Traktionsgetriebeeinrichtung hervorgerufen oder von dieser übertragen werden können, zu isolieren beziehungsweise zu verringern, so dass diese die zweite Antriebsmaschine nicht, beziehungsweise nur geringfügig, erreichen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist diese E-Maschinen-Getriebestufe als Zahnradgetriebe ausgebildet, wie bereits oben dargelegt, und dieses Zahnradgetriebe weist, abweichend zu der zuvor erläuterten Ausführungsform eine Antriebszahnradeinrichtung auf, welche die zweite Drehschwingungsreduzierungseinrichtung aufweist. Im Gegensatz zu der zuvor erläuterten E-Maschinen-Getriebestufe weist die hier diskutierte Ausführungsform zusätzlich oder alternativ zu der Zwischen-Zahnradeinrichtung mit zweiter Drehschwingungsreduzierungseinrichtung, die Antriebszahnradeinrichtung mit zweiter Drehschwingungsreduzierungseinrichtung auf. Dabei ist die Antriebszahnradeinrichtung unmittelbar auf der Antriebswelle der zweiten Antriebsmaschine angeordnet. Weiter vorzugsweise ist die Antriebszahnradeinrichtung somit zur Übertragung von Antriebsleistung (Drehzahl, Drehmoment) auf das Zwischen-Zahnrad oder unmittelbar auf die zweite Getriebeeingangswelle eingerichtet und steht daher vorzugsweise mit einem entsprechenden Zahnrad in Eingriff. Weiter vorzugsweise ist so vom Zwischen-Zahnrad die Antriebsleistung zu der zweiten Getriebeeingangswelle übertragbar ist. Insbesondere eine zweite Drehschwingungsreduzierungseinrichtung auf der Antriebswelle der zweiten Antriebsmaschine also auf der Antriebszahnradeinrichtung führt zu einer besonders guten Entkopplung der zweiten Antriebsmaschine von Drehschwingungen der schaltbaren Traktionsgetriebeeinrichtung.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die E-Maschinen-Getriebestufe als Umschlingungsgetriebe ausgebildet. Insbesondere mittels eines Umschlingungsgetriebes ist es ermöglicht, mit geringem Aufwand eine „große“ radiale Distanz zwischen der Antriebswelle der zweiten Antriebsmaschine und der zweiten Getriebeeingangswelle zu überbrücken und so ist insgesamt ein kompakter Aufbau der Hybridantriebsanordnung erreichbar. Im Sinn der Erfindung ist unter einem Umschlingungsgetriebe insbesondere ein Zugmittelgetriebe und vorzugsweise ein Riemen- oder bevorzugt ein Kettengetriebe zu verstehen. Vorzugsweise weist das Umschlingungsgetriebe eine Antriebskettenradeinrichtung auf, welche vorzugsweise auf der der Antriebswelle der zweiten Antriebsmaschine angeordnet beziehungsweise drehfest mit dieser verbunden ist. Weiter vorzugsweise weist die Antriebskettenradeinrichtung die zweite Drehschwingungsreduzierungseinrichtung auf, und ist weiter vorzugsweise mittels dieser mit der zweiten Antriebswelle verbunden. Weiter vorzugsweise ist zur Übertragung der Antriebskräfte (Drehzahl, Drehmoment) von der zweiten Antriebsmaschine auf die zweite Getriebeeingangswelle ein E-Maschinen-Umschlingungsmittel vorgesehen, welches insbesondere im Fall eines Riemengetriebes als Riemen ausgebildet ist und welches insbesondere im Fall eines Kettengetriebes als Kette ausgebildet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Antriebswelle mit einer Brennkraftmaschinen-Getriebestufe mit der ersten Getriebeeingangswelle wenigstens zeitweise verbunden oder vorzugsweise mit dieser selektiv verbindbar. Insbesondere mittels einer Brennkraftmaschinen-Getriebestufe ist es ermöglicht, dass die erste Antriebswelle achsparallel und radial beabstandet zu der ersten Getriebeeingangswelle angeordnet ist und weiter ist insbesondere dadurch ein geschachtelter Aufbau ermöglicht, bei welchem die erste, zweite Antriebsmaschine und die schaltbare Traktionsgetriebeeinrichtung jeweils parallel und insbesondere jeweils nicht konzentrisch zueinander angeordnet sind und so wird eine kompakter Aufbau der Hybridantriebsanordnung ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Brennkraftmaschinen-Getriebestufe eine Brennkraftmaschinenkupplungseinrichtung auf, welche konzentrisch zu der ersten Antriebswelle angeordnet ist und mittels welcher die Leistungsübertragung, insbesondere Drehzahl, Drehmoment, von der ersten Antriebswelle zu der ersten Getriebeeingangswelle selektiv unterbrechbar ist. Vorzugsweise ist die erste Drehschwingungsreduzierungseinrichtung konzentrisch zu der ersten Antriebswelle angeordnet. Insbesondere mittels einer solchen Ausgestaltung ist eine mechanische Trennung, bezüglich der Übertragung von Antriebsleistung, von der Hybridantriebsanordnung ermöglicht und so ist ein effizienter Betrieb der Hybridantriebsanordnung ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Hybridantriebsanordnung ist die erste Drehschwingungsreduzierungseinrichtung in Drehmomentübertragungsrichtung von der ersten Antriebswelle zu der ersten Getriebeeingangswelle vor der Brennkraftmaschinenkupplungseinrichtung angeordnet. Eine mögliche Quelle für Drehungleichförmigkeiten und damit eine Schwingungsanregungsquelle ist die erste Antriebsmaschine in Form einer Brennkraftmaschine, insbesondere mittels einer ersten Drehschwingungsreduzierungseinrichtung, welche möglichst nahe an dieser Quelle angeordnet ist, ist es ermöglicht die restliche Hybridantriebsanordnung von dieser Schwingungsanregungsquelle zu entkoppeln und so eine besonders komfortable Antriebsanordnung bereitzustellen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die zweite Getriebeeingangswelle mittels eines als Bremseinrichtung ausgebildeten Schaltelements mit einer Gehäuseeinrichtung selektiv verbindbar, vorzugsweise drehfest verbindbar. Mittels einer solchen Ausgestaltung der Erfindung ist es ermöglicht, die zweite Antriebsmaschine, insbesondere wenn diese keine Antriebsleistung an die Hybridantriebsanordnung abgibt, still zu setzten, beziehungsweise die Drehzahl Null für diese vorzugeben. Untersuchungen haben gezeigt, dass mit einer solchen Ausgestaltung ein besonders effizienter Betrieb der ersten Antriebsmaschine über die schaltbare Traktionsgetriebeeinrichtung ermöglicht ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Eingangs-Hohlradwelle mittels eines als Bremseinrichtung ausgebildeten Schaltelements mit einer Gehäuseeinrichtung selektiv verbindbar. Vorzugsweise ist diese Bremseinrichtung zusätzlich zu der zuvor genannten Bremseinrichtung vorhanden und ist damit als weitere Bremseinrichtung zu verstehen. Untersuchungen haben gezeigt, dass mit einer derartigen Bremseinrichtung ein effizienter Betrieb der Hybridantriebsanordnung ermöglicht ist.
Nachfolgend sind einzelne Merkmale und Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert, dabei sind auch andere Kombinationen von Merkmalen und Ausführungsformen als die dargestellten möglich, es zeigt:

1: eine Schnittdarstellung einer Hybridantriebsvorrichtung,
2: Teilschnittdarstellungen von zwei Varianten der Anbindung der elektrischen Antriebsmaschine an die Hybridantriebsvorrichtung

In 1 ist eine schematisierte Schnittdarstellung einer Hybridantriebsvorrichtung dargestellt. Die dargestellte Hybridantriebsvorrichtung weist eine Brennkraftmaschine 1 als erste Antriebsmaschine und eine elektrische Antriebsmaschine 2 als zweite Antriebsmaschine auf. Diese beiden Antriebsmaschinen können jeweils einzeln oder gemeinsam zur Abgabe von Antriebsleistung über die Traktionsgetriebeeinrichtung 5 auf den restlichen Antriebsstrang mit dem Achsgetriebe 6 und der linken und rechten Abtriebswelle 7a, 7b herangezogen werden. Die Traktionsgetriebeeinrichtung 5 ist als Umlaufgetriebeeinrichtung ausgebildet und weist den Eingangsplanetengetrieberadsatz mit der Eingangs-Sonnenradwelle 13a, der Eingangs-Planetenradträgerwelle 13b sowie der Eingangs-Planetenradträgerhohlradwelle 13c auf. Die Brennkraftmaschine ist über die Brennkraftmaschinenkupplungseinrichtung 1b selektiv mit der ersten Getriebeeingangswelle 5a verbindbar, weiter weist die Hybridantriebsvorrichtung zur Leistungsübertragung von der Brennkraftmaschine 1 auf die Traktionsgetriebeeinrichtung den als Brennkraftmaschinengetriebe ausgebildeten ersten Quertrieb 9 auf. In Drehmomentübertragungsrichtung von der ersten Antriebswelle 1a auf die erste Getriebeeingangswelle 5a ist zwischen diesen die erste Drehschwingungsreduzierungseinrichtung 3 angeordnet. Mit der ersten Drehschwingungsreduzierungseinrichtung 3, können die insbesondere von der Brennkraftmaschine verursachten Drehschwingungen reduziert werden. Die E-Maschinen-Getriebestufe, also der zweite Quertrieb, kann ein Zugmittelgetriebe beinhalten (Ausführungsform, 2b) oder ein Zahnradgetriebe (1 und 2a).
Die elektrische Antriebsmaschine 2 ist über den als E-Maschinen-Getriebestufe ausgebildeten zweiten Quertrieb 9 mit der zweiten Getriebeeingangswelle 5b verbunden. Dabei sind verschiedene Varianten für diesen zweiten Quertrieb vorgeschlagen (vgl. 2a, 2b).
In der in 1 dargestellten Ausführungsform weist eine Zwischen-Zahnradeinrichtung 10a, aufweisend die zweite Drehschwingungsreduzierungseinrichtung 4, auf. Weiter kämmt diese Zwischen-Zahnradeinrichtung 10a mit Drehschwingungsreduzierungseinrichtung 4 zur Leistungsübertragung von der zweiten Antriebswelle 2a mit dem Antriebszahnrad 11a, welches ohne Drehschwingungsreduzierungseinrichtung ausgebildet ist, und mit einem auf der zweiten Getriebeeingangswelle 5b angeordneten Zahnrad.
Die Hybridantriebsvorrichtung ist dabei in sogenanntem Quereinbau in ein Kraftfahrzeug aufgenommen, also bezogen auf die Ausrichtung der ersten und zweiten Antriebswelle 1a, 2a, quer zu der planmäßigen vorwärts Fahrtrichtung 8 des Kraftfahrzeugs. Die Antriebsleistung wird von der Traktionsgetriebeeinrichtung 5 mittels der Getriebeabtriebswelle 5c an das Achsgetriebe 6 abgegeben und von diesem auf die linke und rechte Abtriebswelle 7a, 7b verteilt, welche die Antriebsleistung an die Antriebsräder (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeugs abgeben.
Die Eingangshohlradwelle 13c kann mittels der Bremseinrichtung 14 selektiv drehfest mit dem schematisiert dargestellten Getriebegehäuse 15 verbunden werden, damit ist insbesondere ein rein elektrischer Fahrgang (Antrieb erfolgt ausschließlich über die zweite Antriebsmaschine) ermöglicht.
Nachfolgend sind die in den 2a und 2b unterschiedlichen Anbindungen, insbesondere der zweiten Antriebsmaschine an das Traktionsgetriebe erläutert, dabei ist im Wesentlichen auf die Unterschiede zu der in 1 dargestellten Ausführungsform eingegangen.
In 2a ist eine Ausführungsform vorgeschlagen, bei welcher die zweite Drehschwingungsreduzierungseinrichtung 4 unmittelbar in Antriebszahnradeinrichtung 11b mit zweiter Drehschwingungsreduzierungseinrichtung 4 aufgenommen ist, der zweite Quertrieb (10) ist dabei also als Zahnradgetriebeeinrichtung ausgebildet. Diese Antriebszahnradeinrichtung 11b ist mittels der zweiten Drehschwingungsreduzierungseinrichtung 4 mit der zweiten Antriebswelle 2a verbunden. Die Leistungsübertragung von der elektrischen Antriebsmaschine 2 erfolgt dabei weiter über das Zwischen-Zahnrad 10b ohne dass in dieses die zweite Drehschwingungsreduzierungseinrichtung 4 integriert ist.
In 2b ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher die elektrische Antriebsmaschine 2 über die Antriebskettenradeinrichtung 11c mit zweiter Drehschwingungsreduzierungseinrichtung 4 erfolgt. Der zweite Quertrieb 10 ist in dieser Ausführungsform als Zugmittelgetriebe ausgebildet, beziehungsweise weist dieser ein solches auf, und weiter beinhaltet dieser die zweite Drehschwingungsreduzierungseinrichtung 4. In der dargestellten Ausführungsform entkoppelt die zweite Drehschwingungsreduzierungseinrichtung 4 die zweite Antriebswelle 2a von der Antriebskettenradeinrichtung 11c mit zweiter Drehschwingungsreduzierungseinrichtung 4.
Mit anderen Worten kann ein Grundprinzip der Erfindung sein, im zweiten Getriebe und damit insbesondere entweder am zweiten Antriebsrad oder am Zwischen-Zahnrad eine Drehschwingungsreduzierungseinrichtung, vorzugsweise einen Torsionsschwingungsdämpfer, anzuordnen. Die Traktionsgetriebeeinrichtung weist regelmäßig eine hohe Leistungsdichte auf, so dass insbesondere in dem in dieser zur Leistungsübertragung auf die Getriebeausgangswelle vorgesehenen Radsatz Knappheit an Bauraum besteht, daher ist es vorgeschlagen die Quertriebe zur Reduzierung von Drehschwingungen auszunutzen. Insbesondere die elektrische Antriebsmaschine wird „direkt“ und damit drehstarr an den Getrieberadsatz der Traktionsgetriebeeinrichtung angekoppelt. Die schwingungstechnische Auslegung der Anbindung der elektrischen Antriebsmaschine mündet nur in die Einbringung gezielter Wellensteifigkeiten. Daher ist es vorgeschlagen, vorzugsweise im zweiten Quertrieb eine Drehschwingungsreduzierungseinrichtung vorzusehen, wie insbesondere ein Torsionsschwingungsdämpfer mit gezielt eingebrachter Massenträgheit, weiter sind Steifigkeiten über Bogenfedern, Dämpfungen über Reibelemente oder Elastomer-Formelemente oder Ähnliches als Zweimassenschwungrad (ZMS) oder Kupplungsscheibendämpfer bekannt und in der Regel geeignet.
Bei Ausführungsformen bei welcher der zweite Quertrieb eine Zahnrad-Antriebskaskade aufweist, kann die zweite Drehschwingungsreduzierungseinrichtung in diesem Radsatz sowohl auf dem zweite Antriebsmaschinen-seitigen Antriebsrad als auch auf einem Zwischenrad sitzen beziehungsweise in dieses integriert sein. Soweit der zweite Quertrieb ein Zugmittelgetriebe aufweist, beziehungsweise vorzugsweise einen Zahnkettenantrieb aufweist, kann das zweite Antriebsmaschinen-seitige Zahnkettenantriebsrad die zweite Drehschwingungsreduzierungseinrichtung aufweisen. Weiter vorzugsweise kann die zweite Drehschwingungsreduzierungseinrichtung mit einem oder mehreren Bogenfeder-Kanälen aufgebaut sein oder alternativ kann wenigstens eine Elastomer-Spur zwischen Primär- und Sekundärseite der Drehschwingungsreduzierungseinrichtung vorgesehen sein. Insbesondere ist mittels der zweiten Drehschwingungsreduzierungseinrichtung eine Entkopplung dadurch erreichbar, dass diese eine Primär- und eine Sekundärseite aufweist, welche drehweich und dämpfend miteinander gekoppelt sind. Insbesondere ist es vorgeschlagen, dass die Primär- und die Sekundärseite der zweiten Drehschwingungsreduzierungseinrichtung exakt aufeinander gelagert sind, dies führt insbesondere dazu, dass eine Schwingungsentkoppelung in der zweiten Drehschwingungsreduzierungseinrichtung nur in Umfangsrichtung zwischen Primär- und Sekundärseite erfolgt. Weiter ist es vorgeschlagen Steifigkeits- und Dämpfungswerte für die zweite Drehschwingungsreduzierungseinrichtung experimentell oder theoretisch, vorzugsweise mittels einer Simulation zu ermitteln.
Auch die EM-B, die auf die Antriebsachse angekoppelt wird, also vor dem FD angebunden sein wird, könnte auf diese Art und Weise schwingungsentkoppelt werden
Bezugszeichenliste

1: Brennkraftmaschine
1a: erste Antriebswelle
1b: Brennkraftmaschinenkupplungseinrichtung
2: Elektrische Antriebsmaschine
2a: zweite Antriebswelle
3: erste Drehschwingungsreduzierungseinrichtung
4: zweite Drehschwingungsreduzierungseinrichtung
5: Traktionsgetriebeeinrichtung
5a: erste Getriebeeingangswelle
5b: zweite Getriebeeingangswelle
5c: Getriebeausgangswelle
6: Achsgetriebe
7a: linke Abtriebswelle
7b: rechte Abtriebswelle
8: Fahrtrichtung vorwärts
9: erster Quertrieb
10: zweiter Quertrieb
10a: Zwischen-Zahnradeinrichtung mit 4
10b: Zwischen-Zahnrad ohne 4
11a: Antriebszahnrad ohne 4
11b: Antriebszahnradeinrichtung mit 4
11c: Antriebskettenradeinrichtung mit 4
12: Zugmitteltrieb
13a: Eingangs-Planetenradwelle
13b: Eingang-Planetenradträgerwelle
13c: Eingangs-Hohlradwelle
14: Bremseinrichtung
15: Gehäuseeinrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014018463 A1 [0001]

Claims

Hybridantriebsanordnung mit einer Brennkraftmaschine (1) als erster Antriebsmaschine, welche eine erste Antriebswelle (1a) aufweist, und einem elektromechanischen Energiewandler (2) als zweiter Antriebsmaschine, welche eine zweite Antriebswelle (2a) aufweist, und mit einer schaltbaren Traktionsgetriebeeinrichtung (5) mit einer ersten Getriebeeingangswelle (5a), welche selektiv mit der ersten Antriebswelle (1a) verbindbar ist und mit einer zweiten Getriebeeingangswelle (5b), welche dauerhaft oder selektiv mit der zweiten Antriebswelle (2a) verbindbar ist und mit einer Getriebeausgangswelle (5c), welche zur Abgabe von Antriebsleistung von wenigstens einer oder von beiden Antriebsmaschinen (1, 2) an einen restlichen Kraftfahrzeugantriebsstrang eingerichtet ist, wobei die Traktionsgetriebeeinrichtung (5) als Umlaufgetriebeeinrichtung ausgebildet ist und einen Eingangs-Planetengetrieberadsatz aufweist, wobei der Eingang-Planetengetrieberadsatz wenigstens drei Getriebewellen aufweist, von welchen eine als Eingangs-Sonnenradwelle (13a), eine als Eingangs-Hohlradwelle (13c) und eine als Eingangs-Planetenradträgerwelle (13b) ausgebildet ist, wobei eine dieser drei Getriebewelle des Eingangs-Planetengetrieberadsatzes als die erste Getriebeeingangswelle (5a) ausgebildet ist und wobei in Drehmomentübertragungsrichtung von der ersten Antriebswelle (1a) zu der ersten Getriebeeingangswelle (5a) zwischen diesen eine erste Drehschwingungsreduzierungseinrichtung (3) angeordnet ist dadurch gekennzeichnet, dass eine andere dieser drei Getriebewellen (13a, 13b, 13c) des Eingangs-Planetengetrieberadsatzes als die zweite Getriebeeingangswelle (5b) ausgebildet ist und dass in Drehmomentübertragungsrichtung von der zweiten Antriebswelle (2a) zu dieser zweiten Getriebeeingangswelle (5b) zwischen diesen eine zweite Drehschwingungsreduzierungseinrichtung (4b) angeordnet ist.
Hybridantriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Getriebeeingangswelle (5a) als Eingangs-Planetenradträgerwelle (13b) ausgebildet ist.
Hybridantriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Getriebeeingangswelle (5b) als Eingangs-Sonnenradwelle (13a) ausgebildet ist.
Hybridantriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Antriebswelle (2a) mit einer E-Maschinen-Getriebestufe mit der zweiten Getriebeeingangswelle (5b) verbunden ist, so dass die zweite Antriebswelle (2a) achsparallel und radial beabstandet zu der zweiten Getriebeeingangswelle (5b) angeordnet ist.
Hybridantriebsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die E-Maschinen-Getriebestufe als Zahnradgetriebe ausgebildet ist und dass dieses Zahnradgetriebe ein Antriebszahnrad aufweist, welches drehfest mit der zweiten Antriebswelle (2a) verbunden ist und mit einer Zwischen-Zahnradeinrichtung (10a) in Eingriff steht, welche die zweite Drehschwingungsreduzierungseinrichtung (4) aufweist und wobei von der Zwischen-Zahnradeinrichtung (10a) Antriebsleistung zu der zweiten Getriebeeingangswelle (5b) übertragbar ist.
Hybridantriebsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die E-Maschinen-Getriebestufe als Zahnradgetriebe ausgebildet ist und dass dieses Zahnradgetriebe eine Antriebszahnradeinrichtung (11 b) aufweist, welche die zweite Drehschwingungsreduzierungseinrichtung (4) aufweist und mittels dieser mit der zweiten Antriebswelle (2a) verbunden ist und mit einem Zwischen-Zahnrad (10b), welches mit der Antriebszahnradeinrichtung (11b) in Eingriff steht und wobei vom Zwischen-Zahnrad (10b) Antriebsleistung zu der zweiten Getriebeeingangswelle (5b) übertragbar ist.
Hybridantriebsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die E-Maschinen-Getriebestufe als Zugmittelgetriebe (12) ausgebildet ist und eine Antriebskettenradeinrichtung (11c) aufweist, welche die zweite Drehschwingungsreduzierungseinrichtung (4) aufweist und mittels dieser mit der zweiten Antriebswelle (2a) verbunden ist und wobei zur Übertragung von Antriebskräften von der zweiten Antriebswelle (2a) auf die zweite Getriebeeingangswelle (5b) ein E-Maschinen-Zugmittel vorgesehen ist.
Hybridantriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antriebswelle (1a) mit einer Brennkraftmaschinen-Getriebestufe mit der ersten Getriebeeingangswelle (5a) verbunden ist, so dass die erste Antriebswelle (1a) achsparallel und radial beabstandet zu der ersten Getriebeeingangswelle (5a) angeordnet ist.
Hybridantriebsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschinen-Getriebestufe eine Brennkraftmaschinenkupplungseinrichtung (1b) aufweist, welche konzentrisch zu der ersten Antriebswelle (1a) angeordnet ist und mittels welcher die Leistungsübertragung von der ersten Antriebswelle (1a) zu der ersten Getriebeeingangswelle (5a) selektiv unterbrechbar ist und wobei die erste Drehschwingungsreduzierungseinrichtung (3) konzentrisch zu der ersten Antriebswelle (1a) angeordnet ist.
Hybridantriebsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Drehschwingungsreduzierungseinrichtung (3) in Drehmomentübertragungsrichtung von der ersten Antriebswelle (1a) zu der ersten Getriebeeingangswelle (5a) vor der Brennkraftmaschinenkupplungseinrichtung (1b) angeordnet ist.
Hybridantriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Getriebeeingangswelle (5b) mittels eines als Bremseinrichtung (14) ausgebildeten Schaltelements mit einer Gehäuseeinrichtung (15) selektiv verbindbar ist.
Hybridantriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangs-Hohlradwelle (13c) mittels eines weiteren als Bremseinrichtung (14) ausgebildeten Schaltelements mit einer Gehäuseeinrichtung (15) selektiv verbindbar ist.