DE102020131903A1

DE102020131903A1 - Hybridantriebsstrang für ein hybridgetriebenes Fahrzeug

Info

Publication number: DE102020131903A1
Application number: DE102020131903.7A
Authority: DE
Inventors: Tassilo Scholle; Alfred Rehr
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2020-12-02
Filing date: 2020-12-02
Publication date: 2022-06-02
Anticipated expiration: 2040-12-03
Also published as: DE102020131903B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hybridantriebsstrang für ein hybridgetriebenes Fahrzeug, mit einer Elektromaschine (5) und einer Brennkraftmaschine (1), deren Kraftabgabewelle (10) über zwei lastschaltbare Trennkupplungen (K1, K2) einer Doppelkupplung alternierend entweder auf eine erste Eingangswelle (7) oder auf eine zweite Eingangswelle (9) eines Doppelkupplungsgetriebes (3) abtreibt, wobei mittels der Eingangswellen (7, 9) jeweils ein erstes Teilgetriebe (I) oder ein zweites Teilgetriebe (II) aktivierbar sind, und wobei auf den beiden Eingangswellen (7, 9) und einer dazu achsparallelen gemeinsamen Abtriebswelle (13) in genau vier Radebenen (R1 bis R4) Fest- und Loszahnräder angeordnet sind, die unter Bildung von Gangstufen (1, 2, 3, 4) zu Zahnradsätzen zusammengefasst sind, in denen die Loszahnräder mittels Schaltelementen (S24, S13) mit den Wellen (7, 9, 13) koppelbar sind, und wobei die Elektromaschine (5) an eine der beiden Eingangswellen (7, 9) angebunden ist. Erfindungsgemäß ist die Elektromaschine (5) koaxial zur Abtriebswelle (13) angeordnet. Für eine antriebsseitige Elektromaschinen-Anbindung wirkt die Elektromaschine (5) über ein, insbesondere eine Stirnradstufe (12, 16) aufweisendes Vorgelege (11) auf die Eingangswelle (7) ein.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hybridantriebsstrang für ein hybridgetriebenes Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein gattungsgemäßer Hybridantriebsstrang weist eine Elektromaschine, eine Brennkraftmaschine sowie ein Doppelkupplungsgetriebe auf, bei dem eine Kraftabgabewelle der Brennkraftmaschine über zwei lastschaltbare Trennkupplungen einer Doppelkupplung alternierend entweder auf eine erste Eingangswelle oder auf eine zweite Eingangswelle des Doppelkupplungsgetriebes abtreiben. Mit Hilfe der Eingangswellen kann jeweils ein erstes Teilgetriebe oder ein zweites Teilgetriebe des Doppelkupplungsgetriebes aktiviert werden. Auf den beiden Eingangswellen und einer dazu achsparallelen gemeinsamen Abtriebswelle sind in genau vier Radebenen Fest- und Loszahnräder angeordnet. Diese sind unter Bildung von Gangstufen zu Zahnradsätzen zusammengefasst, in denen die Loszahnräder mittels Schaltelementen mit den Wellen koppelbar sind. Die Elektromaschine kann auf eine der beiden Eingangswellen einwirken.
Aus der DE 10 2014 223 339 A1 und aus der DE 10 2014 223 340 A1 ist jeweils eine Drehmomentübertragungsvorrichtung bekannt. Aus der WO 2016/075334 A1 , aus der WO 2016/075335 A1 , aus der WO 2016/075336 A1 und aus WO 2016/075337 A1 sind weitere Drehmomentübertragungsvorrichtungen bekannt. Aus der DE 10 2016 221 060 A1 ist ein Hybridantriebsstrang bekannt. Aus der DE 10 2016 221 097 A1 ist eine Drehmomentübertragungsvorrichtung für Hybridantriebe bekannt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Hybridantriebsstrang für ein hybridgetriebenes Fahrzeug bereitzustellen, der bei einer im Vergleich zum Stand der Technik bauteilreduzierten, konstruktiv einfachen sowie baulich günstigen Getriebestruktur eine größere Anzahl von Freiheitsgraden in der Funktionalität (das heißt Schaltstrategie) und in der Auslegung der Gangstufen aufweist.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Das erfindungsgemäße Getriebe mit den genau vier Radebenen sowie der antriebsseitigen Elektromaschinen-Anbindung realisiert mit geringem getriebetechnischen Aufwand sowie mit geringem Bauraumbedarf eine Getriebefunktionalität, die im Stand der Technik nur mit einem Doppelkupplungsgetriebe erzielbar ist, das eine wesentlich größere Anzahl von Radebenen, etwa acht Radebenen, aufweist. Ein solches herkömmliches Doppelkupplungsgetriebe ist daher wesentlich komplexer aufgebaut und weist eine große axiale Baulänge auf.
In Abkehr davon betrifft die Erfindung einen Hybridantriebsstrang, der axial kurzbauend sowie mit geringstmöglichen Schaltelementen ausgeführt ist. Von daher ist der Hybridantriebsstrang sowohl für einen Längseinbau als auch für einen Quereinbau im Fahrzeug geeignet.
Insgesamt können bei möglichst geringem getriebetechnischem Aufwand die vier verbrennungsmotorischen Vorwärtsgänge sowie zwei zusätzliche elektromotorische Vorwärtsgänge mittels nur genau zwei Schaltelementen schaltbar sein. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 ist die Elektromaschine koaxial zur Abtriebswelle angeordnet. Zudem ist eine antriebsseitige Elektromaschinen-Anbindung bereitgestellt. In der antriebsseitigen Elektromaschinen-Anbindung wirkt die Elektromaschine über ein Vorgelege zur Drehmomentwandlung auf eine der beiden Eingangswellen ein. Bevorzugt weist das Vorgelege eine in Axialrichtung bauraumgünstige Stirnradstufe auf.
Die vier verbrennungsmotorischen Vorwärtsgänge können als Direkt-Vorwärtsgänge realisiert sein, die lediglich jeweils genau eine Radebene nutzen.
Die erfindungsgemäße antriebsseitige Elektromaschinen-Anbindung weist die folgenden Vorteile auf: So ist mit der antriebsseitigen Elektromaschinen-Anbindung ein rein elektromotorischer Fahrbetrieb ermöglicht (zum Beispiel unter Anderem Parkpilot, Staupilot, elektrisches Kriechen). Zudem ist ein Boost-Betrieb im niedrigen oder hohen Drehmomentbereich gewährleistet. Ferner ist eine optimale Übersetzung für die Darstellung der elektrischen Fahrfunktionen ermöglicht. Außerdem sind z.B. ein Segel-Betrieb sowie ggf. ein Brennkraftmaschinen-Start oder ein Brennkraftmaschinen-Zustart sowie ein Kaltstart ermöglicht. Mit der antriebsseitigen Elektromaschinen-Anbindung kann zudem eine Unterstützung bei der Synchronisierung im Doppelkupplungsgetriebe erfolgen.
In einer einfachen technischen Umsetzung kann die Vorgelege-Stirnradstufe ein auf einer Elektromaschinen-Welle gelagertes Zahnrad und ein erstes Vorgelege-Zahnrad aufweisen, das auf einer zu den Eingangswellen achsparallelen Vorgelegewelle gelagert ist. Die beiden Zahnräder der Stirnradstufe können als Festzahnräder realisiert sein. Die Vorgelegewelle kann ein zweites Vorgelege-Zahnrad aufweisen, das mit Axialversatz zum ersten Vorgelege-Zahnrad positioniert ist und bevorzugt ebenfalls drehfest auf der Vorgelegewelle gelagert ist. Das zweite Vorgelege-Zahnrad kann mit einem Zahnrad einer Radebene des Doppelkupplungsgetriebes kämmen. Diese in dem Vorgelege integrierte Radebene bildet bevorzugt eine Gangstufe des Hybridantriebsstranges. Entsprechend kann das zweite Vorgelege-Zahnrad auf ein Gangzahnrad der Radebene abtreiben. Das Gangzahnrad kann bevorzugt auf der Antriebsseite liegen, das heißt auf einer der Eingangswellen angeordnet sein.
In einer kompakten Ausführungsvariante können sämtliche vier Radebenen in Axialrichtung in einer Reihenfolge hintereinander zwischen der Brennkraftmaschine und der Elektromaschine angeordnet sein. Die erste Radebene kann auf der, der Brennkraftmaschine zugewandten Getriebeseite positioniert sein. Demgegenüber kann die vierte Radebene auf der, der Elektromaschine zugewandten Getriebeseite positioniert sein.
Die geraden Gänge sowie die ungeraden Gänge sind in gängiger Praxis bevorzugt paarweise in jeweils einem Teilgetriebe anzuordnen. Ansonsten kann die Zuordnung der verbrennungsmotorischen Gangstufen zu den jeweiligen Radebenen frei variierbar sein (z.B. 1-3-2-4, 3-1-2-4,...).
Im Rahmen der Erfindung sind mehrere Anbindungsmöglichkeiten der Elektromaschine an den Radebenen realisierbar. Im Hinblick auf eine Bauraumreduzierung kann das Vorgelege bevorzugt an der, der Elektromaschine zugewandten vierten Radebene angebunden sein.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung betrifft die Reduzierung der Gangstufen-Radebenen auf genau vier Radebenen sowie eine stark reduzierte Anzahl von Schaltelementen. Bevorzugt können in jedem Teilgetriebe genau zwei Radebenen sowie genau ein Schaltelement angeordnet sein. Im Unterschied zu den Teilgetrieben kann das Vorgelege bevorzugt komplett frei von weiteren Schaltelementen sein. Bei einer solchen Getriebestruktur weist der Hybridantriebsstrang somit insgesamt nur zwei Schaltelemente auf. Diese können bevorzugt als Doppelsynchronkupplungen realisiert sein, die axial beidseitig schaltbar sind. Das jeweilige Schaltelement kann somit axial zwischen den beiden Gangstufen-Radebenen des Teilgetriebes angeordnet sein, um ein Loszahnrad der zu schaltenden Radebene mit einer der Eingangswellen oder mit der Abtriebswelle zu kuppeln.
Die Schaltelemente können wahlweise auf der Antriebswelle oder auf der Abtriebswelle angeordnet sein. Im Hinblick auf reduzierte Schleppmomente ist es besonders bevorzugt, wenn die abtriebsseitigen Zahnräder sämtlicher vier Radebenen als Loszahnräder auf der Abtriebswelle drehgelagert sind. Demgegenüber können die antriebsseitigen Zahnräder sämtlicher Radebenen als Festzahnräder auf der jeweiligen Eingangswelle drehfest angeordnet sein. In diesem Fall ist die Abtriebswelle frei von Zahnrädern, das heißt die Abtriebswelle weist kein darauf drehfest angeordnetes Zahnrad auf, sondern vielmehr lediglich die Kupplungsverzahnungen der beiden Schaltelemente.
Im Hinblick auf eine konstruktiv einfache und bauraumreduzierte Getriebestruktur ist es zudem bevorzugt, wenn die Abtriebswelle über eine axial kurz bauend Stirnradstufe eine dazu achsparallele Antriebswelle eines Achsdifferenzials antreibt. Die Stirnradstufe kann baulich günstig in Axialrichtung zwischen der Doppelkupplung und der ersten Gangstufen-Radebene positioniert sein. Die Antriebswelle des Achsdifferenzials kann als eine Achsdifferenzial-Ritzelwelle der Fahrzeugachse ausgeführt sein.
Für eine einfache Realisierung eines Rückwärtsgangs kann die Elektromaschine des Hybridantriebsstrangs in umgekehrter Drehrichtung betrieben werden, und zwar unter Bildung eines elektromotorischen Rückwärtsgangs, so dass eine zusätzliche Rückwärtsgang-Radebene, wie es bei einem mechanischen Rückwärtsgang erforderlich wäre, wegfällt.
Der erfindungsgemäße Hybridantriebsstrang kann sowohl im Längseinbau als auch im Quereinbau im Fahrzeug verbaut werden. Nachfolgend wird eine besonders bevorzugte Längseinbausituation des Hybridantriebsstrangs im Fahrzeug beschrieben: So können in dem längseingebauten Hybridantriebsstrang die Getriebewellen in der Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet sein. Speziell bei einem frontseitigen Längseinbau im Fahrzeug kann die Elektromaschine in der Fahrzeuglängsrichtung hinter dem Getriebe (zum Beispiel bauraumgünstig in einem Fahrzeugtunnel) positioniert sein. Die Elektromaschine kann dabei in teilweiser seitlicher Überdeckung in Fahrzeugquerrichtung mit dem Getriebe positioniert sein oder alternativ ohne seitliche Überdeckung hinter dem Getriebe positioniert sein.
Im Hybridantriebsstrang können alle Antriebsvarianten realisiert werden, d.h. ein Frontantrieb, ein Heckantrieb oder ein Allradantrieb. In einer Weiterbildung der Erfindung kann der Hybridantriebsstrang für einen Allradantrieb ausgelegt sein, bei dem über das Getriebe sowohl die Vorderachse als auch die Hinterachse des Fahrzeugs angetrieben werden können. Eine bauraumreduzierte sowie konstruktiv einfache Realisierung des Allradantriebs ist von entscheidender Bedeutung: Vor diesem Hintergrund kann die Abtriebswelle zweiteilig ausgebildet sein, und zwar mit einer Abtriebs-Hohlwelle, auf der die Gangzahnräder sämtlicher vier Gangstufen-Radebenen angeordnet sind, und mit einer Abtriebs-Innenwelle, auf der die Abtriebs-Hohlwelle koaxial drehgelagert ist. In der Einbaulage kann die Abtriebs-Hohlwelle in der Fahrzeuglängsrichtung nach fahrzeughinten über das Getriebegehäuse hinaus mit einem Wellen-Endstück axial verlängert sein. Das Wellen-Endstück der Abtriebs-Hohlwelle kann an einer Eingangsseite eines Zwischendifferenzials angeschlossen sein. Von den beiden Ausgangsseiten des Zwischendifferenzials führt eine Endwelle nach fahrzeughinten in Richtung Hinterachse des Fahrzeugs und die Abtriebs-Innenwelle zum Vorderachsdifferenzial. In diesem Fall kann die Abtriebs-Innenwelle über die Stirnradstufe mit einer Antriebswelle des Vorderachsdifferenzials trieblich verbunden sein.
In einer bauraumgünstigen Anordnung der Elektromaschine kann deren Elektromaschine-Welle als eine Hohlwelle realisiert sein. Diese kann auf der Abtriebs-Hohlwelle koaxial drehgelagert sein. Sowohl die Abtriebs-Hohlwelle als auch die Abtriebs-Innenwelle können sich in diesem Fall komplett durchgängig durch die Elektromaschine nach fahrzeughinten erstrecken.
In einer konkreten Ausführungsvariante des Doppelkupplungsgetriebes kann eine zweite Eingangswelle eine Hohlwelle sein, die radial außen auf der ersten Eingangswelle koaxial drehgelagert ist. Das der zweiten Eingangswelle zugeordnete zweite Teilgetriebe kann in Axialrichtung der Doppelkupplung zugewandt sein. Demgegenüber kann das der ersten Eingangswelle zugeordnete erste Teilgetriebe unter Zwischenlage des zweiten Teilgetriebes von der Doppelkupplung axial beabstandet sein. Sämtliche geraden verbrennungsmotorischen Gänge können dem einen Teilgetriebe zugeordnet sein, während sämtliche ungeraden verbrennungsmotorischen Gänge dem anderen Teilgetriebe zugeordnet sein können.
Nachfolgend sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
Es zeigen:

1 und 2 eine Getriebestruktur des Hybridantriebsstrangs sowie ein Schaltschema gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel; und
3 und 4 Ansichten entsprechend 1 und 2 eines zweiten Ausführungsbeispiels.

In der 1 ist ein Hybridantriebsstrang für ein hybridgetriebenes Fahrzeug gezeigt, der sich im Wesentlichen aus einer Brennkraftmaschine 1, einem Doppelkupplungsgetriebe 3 und einer Elektromaschine 5 zusammensetzt. Das Doppelkupplungsgetriebe 3 weist eine erste Eingangswelle 7 und eine zweite Eingangswelle 9 auf. Diese sind koaxial angeordnet und über zwei zum Beispiel hydraulisch betätigbare lastschaltbare Trennkupplungen K1, K2 sowie über einen vorgeschalteten Drehschwingungsdämpfer 8 alternierend mit einer Kraftabgabewelle 10 momentenübertragend verbindbar. Die erste Eingangswelle 7 ist in der 1 als eine Vollwelle realisiert, die koaxial innerhalb der als Hohlwelle realisierten zweiten Eingangswelle 9 geführt ist.
Das Doppelkupplungsgetriebe 3 weist in der 1 insgesamt genau vier verbrennungsmotorische Vorwärtsgänge 1 bis 4 auf. Diese sind in genau vier Gangstufen-Radebenen R1 bis R4 durch entsprechende Zahnradsätze mit jeweils einem Loszahnrad und einem Festzahnrad realisiert, die über insgesamt genau zwei Schaltelemente S24 und S13 (das heißt zum Beispiel Doppelsynchronkupplungen) schaltbar sind. Die abtriebsseitigen Zahnräder der, die Gangstufen bildenden Radebenen R1 bis R4 sind in der 1 allesamt auf einer gemeinsamen achsparallelen Abtriebswelle 13 angeordnet. Die Abtriebswelle 13 treibt über eine Zahnradstufe 14 mit Stirnzahnrädern 15, 17 eine Antriebswelle 19 eines Vorderachsdifferenzials 21 an.
Mittels der ersten und zweiten Eingangswellen 7, 9 kann jeweils ein erstes Teilgetriebe I und ein zweites Teilgetriebe II des Doppelkupplungsgetriebes 3 aktiviert werden. Dem ersten Teilgetriebe I sind in der 1 sämtliche geraden Vorwärtsgänge 2, 4 zugeordnet, während dem zweiten Teilgetriebe II sämtliche ungeraden Vorwärtsgänge 1, 3 zugeordnet sind. Entsprechend sind die geraden Vorwärtsgänge 2, 4 über die erste Eingangswelle 7 sowie über die erste Trennkupplung K1 aktivierbar. Demgegenüber sind die ungeraden Vorwärtsgänge 1, 3 des zweiten Teilgetriebes II über die zweite Eingangswelle 9 sowie über die zweite Trennkupplung K2 aktivierbar. Das erste Teilgetriebe I ist in der 1, in der Axialrichtung betrachtet, unter Zwischenlage des zweiten Teilgetriebes II axial von der Doppelkupplung K1, K2 beabstandet, die in der 1 am linken äußeren Getriebeende angeordnet ist. Am gegenüberliegenden rechten axial äußeren Getriebeende des Doppelkupplungsgetriebes 3 ist die Elektromaschine 5 positioniert.
Der Elektromaschine 5 ist ein Vorgelege 11 für eine Drehmomentwandlung vorgelagert. In der 1 weist das Vorgelege 11 eine Stirnradstufe mit einem auf einer Elektromaschinen-Welle 25 drehfest gelagerten Zahnrad 12 und einem damit kämmenden ersten Vorgelege-Zahnrad 16 auf. Das erste Vorgelege-Zahnrad 16 ist auf einer zu den Eingangswellen 7, 9 achsparallelen Vorgelegewelle 18 drehfest angeordnet. Auf der Vorgelegewelle 18 ist mit Axialversatz zum ersten Vorgelege-Zahnrad 16 ein zweites Vorgelege-Zahnrad 20 drehfest angeordnet, das mit einem antriebsseitigen Zahnrad der vierten Radebene R4 kämmt.
In der 1 sind sämtliche vier Radebenen R1 bis R4 in der Axialrichtung in einer Reihenfolge hintereinander zwischen der Brennkraftmaschine 1 und der Elektromaschine 5 angeordnet. Die erste Radebene R1 ist auf der, der Brennkraftmaschine 1 zugewandten Getriebeseite positioniert, während die vierte Radebene R4 auf der, der Elektromaschine 5 zugewandten Getriebeseite positioniert ist. Jedes der beiden Teilgetriebe I, II weist genau zwei Radebenen sowie genau ein Schaltelement S24, S13 auf. In Axialrichtung zwischen der Doppelkupplung K1, K2 und der ersten Radebene R1 ist in der 1 die Stirnradstufe 14 positioniert.
Zwischen den beiden Radebenen eines jeden Teilgetriebes I, II ist jeweils genau ein Schaltelement S24, S13 angeordnet, mit dem ein Loszahnrad der zu schaltenden Radebene mit der Abtriebswelle 13 kuppelbar ist.
Im Hinblick auf eine einfache Realisierung eines Rückwärtsgangs kann in der 1 die Elektromaschine 5 in umgekehrter Drehrichtung betrieben werden, wodurch ein elektromotorischer Rückwärtsgang gebildet ist.
In der 1 ist der Hybridantriebsstrang in einem frontseitigen Längseinbau im Fahrzeug verbaut. In dem längs eingebauten Hybridantriebsstrang sind die Getriebewellen 7, 9, 13, 18 in der Fahrzeuglängsrichtung x in Flucht ausgerichtet. Bei dem frontseitigen Längseinbau der 1 ist die Elektromaschine 5 in der Fahrzeuglängsrichtung x hinter dem Getriebe 3 zum Beispiel in einem Fahrzeugtunnel positioniert, wobei die Elektromaschine 5 ohne seitliche Überdeckung mit dem Getriebe 3 angeordnet ist bzw. an einer hinteren Getriebe-Außenwand 26 angeflanscht ist.
In der 1 ist der Hybridantriebsstrang für einen Allradantrieb ausgelegt, bei dem mittels des Getriebes 3 sowohl die Vorderachse VA als auch die Hinterachse HA des Fahrzeugs antreibbar ist. Hierzu ist die Abtriebswelle 13 zweiteilig ausgeführt, und zwar mit einer Abtriebs-Hohlwelle 22 und einer Abtriebs-Innenwelle 23. Auf der Abtriebs-Hohlwelle 22 sind die Gangzahnräder sämtlicher vier Radebenen R1 bis R4 angeordnet. Auf der Abtriebs-Innenwelle 23 ist die Abtriebs-Hohlwelle 22 koaxial drehgelagert. Die Abtriebs-Hohlwelle 21 ist in der Fahrzeuglängsrichtung x nach fahrzeughinten mit einem Wellen-Endstück 27 axial verlängert, das durch die Elektromaschine 5 geführt ist. Das Wellen-Endstück 27 ist an einer Eingangsseite eines Zwischendifferenzials 29 angeschlossen. Von dessen Ausgangsseiten führt eine Endwelle 31 nach fahrzeughinten in Richtung Hinterachse HA sowie die Abtriebs-Innenwelle 23 (radial innerhalb der Abtriebs-Hohlwelle 22) zum Vorderachsdifferenzial 21. Von den beiden Ausgangsseiten des Vorderachsdifferenzials 21 sind Flanschwellen 33 in der Fahrzeugquerrichtung y bis zu nicht gezeigten Fahrzeug-Vorderrädern geführt.
Im Hinblick auf eine bauraumgünstige Anordnung ist die Elektromaschinen-Welle 25 als eine Hohlwelle realisiert, die auf der Abtriebs-Hohlwelle 22 koaxial drehgelagert ist. Sowohl die Abtriebs-Hohlwelle 22 als auch die Abtriebs-Innenwelle 23 sind durch die komplette Elektromaschine 5 nach fahrzeughinten bis zum Zwischendifferenzial 29 geführt.
Eine reguläre Schaltfolge der verbrennungsmotorischen Gänge kann sein: 1-2-3-4, wobei der erste verbrennungsmotorische Gang über die geschlossene zweite Trennkupplung K2 (Teilgetriebe II) und die weiteren Gänge durch alternierendes Schließen der Trennkupplungen K1, K2 erfolgt. In dem Teilgetriebe mit der offenen Trennkupplung kann wie bekannt der nächste Gang vorgewählt werden, so dass durch Umschalten der Kupplungen K1, K2 ohne Unterbrechung der Zugkraft geschaltet werden kann. Die Schaltfolge kann abhängig von Betriebsdaten und Fahrparametern des Kraftfahrzeugs über eine nicht gezeigte elektronische Getriebesteuerung vorgebbar und/oder manuell einstellbar sein.
Nachfolgend sind anhand des in der 2 gezeigten Schaltschemas die folgenden Fahrbetriebsarten beschrieben:

Bei eingelegtem verbrennungsmotorischen ersten Gang V1 ist die zweite Trennkupplung K2 geschlossen und das Schaltelement S13 des zweiten Teilgetriebes II nach links (Schaltstellung S1) betätigt, so dass ein Loszahnrad der, die erste Gangstufe bildenden ersten Radebene R1 mit der Abtriebswelle 13 gekoppelt ist. Bei eingelegtem ersten Gang V1 ergibt sich somit ein Lastpfad von der Brennkraftmaschine 1 über die zweite Trennkupplung K2, die erste Radebene R1 bis zur Abtriebs-Hohlwelle 22. Von dort führt der Lastpfad weiter bis zum Zwischendifferenzial 29, in der eine Momentenverteilung auf die Endwelle 31 und auf die Abtriebs-Innenwelle 23 stattfindet. Von der Abtriebs-Innenwelle 23 führt der Lastpfad über die Stirnradstufe 14 weiter bis zum Vorderachsdifferenzial 21.

Im verbrennungsmotorischen ersten Gang V1 ist ein Hybridbetrieb, etwa ein Boost-Betrieb, ermöglicht. Bei entsprechendem Fahrerwunsch kann im Boost-Betrieb ein Beschleunigen (das heißt bei erhöhter Leistungsanforderung zum Beispiel bei einem Überholvorgang) mit einem durch die Elektromaschine 5 zusätzlich bereitgestellten Boost-Drehmoment erfolgen. In diesem Fall kann die Elektromaschine 5 als Hilfsantriebsquelle genutzt werden. Gemäß der 1 stehen für den eingelegten ersten Gang V1 zwei Hybridgänge H1a, H1b zur Verfügung: Bei Betätigung des Schaltelements S24 nach links (Schaltstellung S2) ist die, die zweite Gangstufe bildende Radebene R3 in einem ersten Boost-Lastpfad integriert, bei dem über den zweiten Gang (d.h. großes Moment) geboostet wird. Bei Betätigung des Schaltelements S24 nach rechts (Schaltstellung S4) ist die, die vierte Gangstufe bildende Radebene R4 in einem Boost-Lastpfad integriert, bei dem über den vierten Gang (d.h. kleines Moment) geboostet wird.
Bei eingelegtem zweiten verbrennungsmotorischen Gang V2 ist die erste Trennkupplung K1 geschlossen und das erste Schaltelement S24 nach links (Schaltstellung S2) betätigt ist, so dass ein Loszahnrad der, den zweiten Gang bildenden Radebene R3 mit der Abtriebswelle 13 gekoppelt ist. Bei eingelegtem zweiten Gang V2 ergibt sich ein Lastpfad von der Brennkraftmaschine 1 über die erste Trennkupplung K1, die dritte Radebene R3 bis zur Abtriebs-Hohlwelle 13 und dann weiter wie anhand des ersten Gangs V1 beschrieben.
Im zweiten verbrennungsmotorischen Gang V2 ist ebenfalls ein Hybridbetrieb, etwa ein Boost-Betrieb, ermöglicht (Hybridgang H2). Hierzu wird die Elektromaschine 5 hochgefahren, so dass in der dritten Radebene R3 eine Leistungsaddition erfolgt, bei der das Boost-Drehmoment auf das verbrennungsmotorische Drehmoment aufaddiert wird.
Bei eingelegtem dritten verbrennungsmotorischen Gang V3 ist die zweite Trennkupplung K2 geschlossen und das Schaltelement S13 des zweiten Teilgetriebes II nach rechts (Schaltstellung S3) betätigt, so dass ein Loszahnrad der, die dritten Gangstufe bildenden zweiten Radebene R2 mit der Abtriebswelle 13 gekoppelt ist. Bei eingelegtem dritten Gang V3 ergibt sich somit ein Lastpfad von der Brennkraftmaschine 1 über die zweite Trennkupplung K2, die zweite Radebene R2 bis zur Abtriebs-Hohlwelle 22. Von dort führt der Lastpfad weiter wie anhand des ersten Gangs V1 beschrieben. Im dritten verbrennungsmotorischen Gang V3 ist ein Hybridbetrieb, etwa Boost-Betrieb ermöglicht, der analog wie anhand des ersten Gangs V1 beschrieben realisierbar ist (Hybridgang H3a, H3b).
Bei eingelegtem vierten verbrennungsmotorischen Gang V4 ist die erste Trennkupplung K1 geschlossen und das erste Schaltelement S24 nach rechts betätigt ist (Schaltstellung S4), so dass ein Loszahnrad der, den vierten Gang bildenden Radebene R4 mit der Abtriebswelle 13 gekoppelt ist. Bei eingelegtem vierten Gang V4 ergibt sich ein Lastpfad von der Brennkraftmaschine 1 über die erste Trennkupplung K1, die vierte Radebene R4 bis zur Abtriebs-Hohlwelle 13. Von dort führt der Lastpfad weiter wie anhand des ersten Gangs V1 beschrieben.
Im verbrennungsmotorischen vierten Gang V4 ist ebenfalls ein Boost-Betrieb ermöglicht. Hierzu wird die Elektromaschine 5 hochgefahren, so dass in der vierten Radebene R4 eine Leistungsaddition erfolgt, bei der das Boost-Drehmoment auf das verbrennungsmotorische Drehmoment aufaddiert wird.
Für einen rein elektrischen Fahrbetrieb können jeweils rein elektromotorische Gänge E1 und E2 eingelegt werden, wobei die Brennkraftmaschine 1 stillgelegt ist. Bei eingelegtem ersten elektromotorischen Gang E1 ist das erste Schaltelement S24 nach links (Schaltstellung S2) betätigt. Dadurch ergibt sich ein Lastpfad, bei dem das elektromotorische Drehmoment von der Elektromaschine 5 über das Vorgelege 11 sowie über die, den zweiten Gang bildenden Radebene R3 zur Abtriebs-Hohlwelle 22 geführt wird. Von dort führt der Lastpfad weiter wie anhand des ersten Gangs V1 beschrieben.
Bei eingelegtem zweiten elektromotorischen Gang E2 ist das erste Schaltelement S24 nach rechts betätigt (Schaltstellung S4). Dadurch ergibt sich ein Lastpfad, bei dem das elektromotorische Drehmoment von der Elektromaschine 5 über das Vorgelege 11 sowie über die den vierten Gang bildenden Radebene R4 zur Abtriebs-Hohlwelle 22 geführt wird. Von dort führt der Lastpfad weiter wie anhand des ersten Gangs V1 beschrieben.
Zudem ist ein Standlade-Betrieb ermöglicht. Dieser ist aktivierbar, sofern das Fahrzeug im Fahrzeugstillstand ist, zum Beispiel an einer Ampel oder im Stau steht. Im Standlade-Betrieb ist die erste Trennkupplung K1 geschlossen und sind die beiden Schaltelement S24 und S13 in lastfreier Neutralstellung. Dadurch ergibt sich ein Lastpfad, bei dem ein verbrennungsmotorisches Moment über die erste geschlossene Trennkupplung K1, die erste Eingangswelle 7 und das Vorgelege 11 zur Elektromaschine 5 geleitet wird.
Mit der erfindungsgemäßen antriebsseitigen Elektromaschinen-Anbindung kann zudem eine Synchronisierung bei der Schaltung vom ersten Gang V1 auf den zweiten Gang V2 sowie bei der Schaltung vom dritten Gang V3 auf den vierten Gang V4 erfolgen. Beispielhaft ist nachfolgend ein Schaltvorgang vom ersten Gang V1 auf den zweiten Gang V2 beschrieben:

So ist vor dem Schaltvorgang, d.h. bei noch eingelegtem ersten Gang V1, die zweite Trennkupplung K2 geschlossen und die ersten Trennkupplung K1 noch geöffnet. Zudem ist die Elektromaschine 5 stillgelegt, so dass die erste Eingangswelle 7 und die Gangzahnräder der, den zweiten Gang bildenden dritten Radebene R3 stillstehen. Zum Vorwählen des zweiten Gangs V2 kann eine Synchronisation erfolgen, bei der die Elektromaschine 5 hochgefahren wird, bis das Loszahnrad der dritten Radebene R3 in etwa mit gleicher Drehzahl dreht wie die Abtriebswelle 13. Mit Erreichen der Drehzahlgleichheit wird der zweite Gang V2 vorgewählt, d.h. das Schaltelement S24 wird in der 1 nach links gerückt (Schaltstellung S2). Anschließend wird die Elektromaschine 5 wieder stillgelegt. Dann erfolgt eine Lastübertragung, bei der die zweite Trennkupplung K2 geöffnet wird und gleichzeitig die erste Trennkupplung K1 geschlossen wird.

In den 3 und 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel gezeigt, dessen Aufbau und Funktionsweise weitgehend identisch mit den 1 und 2 ist. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist in der 2 das Getriebe nur für einen Frontantrieb ausgelegt. Die Antriebswelle 13 ist daher in der 3 ohne eine momentenübertragende Anbindung in Richtung Hinterachse HA.
Bezugszeichenliste

1: Brennkraftmaschine
3: Doppelkupplungsgetriebe
5: Elektromaschine
7: erste Eingangswelle
8: Drehschwingungsdämpfer
9: zweite Eingangswelle
10: Kraftabgabewelle
11: Vorgelege
12: Elektromaschinen-Zahnrad
13: Abtriebswelle
14: Stirnradstufe
15, 17: Stirnzahnräder
16: erstes Vorgelege-Zahnrad
18: Vorgelege-Welle
19: Antriebswelle
20: zweites Vorgelege-Zahnrad
21: Vorderachsdifferenzial
22: Abtriebs-Hohlwelle
23: Abtriebs-Innenwelle
25: Elektromaschinen-Welle
26: Getriebe-Gehäusewand
27: Wellen-Endstück
29: Zwischendifferenzial
31: Endwelle (Anschluss zur Kardanwelle)
K1, K2: lastschaltbare Trennkupplungen
S13, S24: Schaltelemente
R1 bis R4: Radebenen
33: Flanschwellen
I, II: Teilgetriebe
VA: Vorderachse
HA: Hinterachse
V1 bis V4: verbrennungsmotorische Gänge
E1, E2: elektromotorische Gänge
H: Hybridgänge
SL: Standladen
S1, S2, S3, S4: Schaltstellungen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014223339 A1 [0003]
DE 102014223340 A1 [0003]
WO 2016/075334 A1 [0003]
WO 2016/075335 A1 [0003]
WO 2016/075336 A1 [0003]
WO 2016/075337 A1 [0003]
DE 102016221060 A1 [0003]
DE 102016221097 A1 [0003]

Claims

Hybridantriebsstrang für ein hybridgetriebenes Fahrzeug, mit einer Elektromaschine (5) und einer Brennkraftmaschine (1), deren Kraftabgabewelle (10) über zwei lastschaltbare Trennkupplungen (K1, K2) einer Doppelkupplung alternierend entweder auf eine erste Eingangswelle (7) oder auf eine zweite Eingangswelle (9) eines Doppelkupplungsgetriebes (3) abtreibt, wobei mittels der Eingangswellen (7, 9) jeweils ein erstes Teilgetriebe (I) oder ein zweites Teilgetriebe (II) aktivierbar sind, und wobei auf den beiden Eingangswellen (7, 9) und einer dazu achsparallelen gemeinsamen Abtriebswelle (13) in genau vier Radebenen (R1 bis R4) Fest- und Loszahnräder angeordnet sind, die unter Bildung von Gangstufen (1, 2, 3, 4) zu Zahnradsätzen zusammengefasst sind, in denen die Loszahnräder mittels Schaltelementen (S24, S13) mit den Wellen (7, 9, 13) koppelbar sind, und wobei die Elektromaschine (5) an eine der beiden Eingangswellen (7, 9) angebunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (5) koaxial zur Abtriebswelle (13) angeordnet ist, und dass eine antriebsseitige Elektromaschinen-Anbindung bereitgestellt ist, bei der die Elektromaschine (5) über ein, insbesondere eine Stirnradstufe (12, 16) aufweisendes Vorgelege (11) auf die Eingangswelle (7) einwirkt.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorgelege-Stirnradstufe ein auf einer Elektromaschinen-Welle (25) insbesondere drehfest gelagertes Zahnrad (12) und ein erstes Vorgelege-Zahnrad (16) aufweist, das auf einer zu den Eingangswellen (7, 9) achsparallelen Vorgelegewelle (18) insbesondere drehfest gelagert ist, und dass insbesondere die Vorgelegewelle (18) ein zweites Vorgelege-Zahnrad (20) aufweist, das bevorzugt drehfest auf der Vorgelegewelle (18) gelagert ist, und dass insbesondere das zweite Vorgelege-Zahnrad (20) mit einem antriebsseitigen Zahnrad einer, eine Gangstufe bildenden Radebene (R1 bis R4) kämmt.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche vier Radebenen (R1 bis R4) in Axialrichtung in einer Reihenfolge hintereinander zwischen der Brennkraftmaschine (1) und der Elektromaschine (5) angeordnet sind, und dass die erste Radebene (R1) auf der der Brennkraftmaschine (1) zugewandten Getriebeseite sowie die vierte Radebene (R4) auf der der Elektromaschine (5) zugewandten Getriebeseite positioniert ist.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorgelege (11) mit einem Zahnrad einer der vier Radebenen (R1 bis R4) trieblich verbunden ist, insbesondere mit einem Gangzahnrad der, der Elektromaschine (5) zugewandten vierten Radebene (R4).
Hybridantriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Teilgetriebe (I, II) genau zwei Radebenen und genau ein Schaltelement (S24, S13) aufweist, und/oder dass das Vorgelege (11) frei von weiteren Schaltelementen ist, und/oder dass das jeweilige Schaltelement (S24, S13), insbesondere eine Doppelsynchronkupplung, axial beidseitig schaltbar ist und zwischen den beiden Radebenen des jeweiligen Teilgetriebes (I, II) angeordnet ist, so dass ein Loszahnrad der zu schaltenden Radebene mit einer der Eingangswellen (7, 9) oder der Abtriebswelle (13) kuppelbar ist.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die abtriebsseitigen Gangzahnräder sämtlicher vier Radebenen (R1 bis R4) als Loszahnräder auf der Abtriebswelle (13) drehgelagert sind, und dass die antriebsseitigen Gangzahnräder sämtlicher vier Radebenen (R1, bis R4) als Festzahnräder auf der jeweiligen Eingangswelle (7, 9) drehfest angeordnet sind.
Hybridantriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (13) über eine Stirnradstufe (14) eine Antriebswelle (19) eines Achsdifferenzials (21) antreibt, und dass insbesondere die Stirnradstufe (14) in Axialrichtung zwischen der Doppelkupplung (K1, K2) und der ersten Radebene (R1) positioniert ist.
Hybridantriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Hinblick auf eine einfache Realisierung eines Rückwärtsgangs die Elektromaschine (5) in umgekehrter Drehrichtung betreibbar ist, so dass der Rückwärtsgang rein elektromotorisch bereitstellbar ist.
Hybridantriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hybridantriebsstrang in einem Quereinbau oder in einem Längseinbau im Fahrzeug verbaubar ist, und dass insbesondere in dem längseingebauten Hybridantriebsstrang die Getriebewellen (7, 9, 13) in der Fahrzeuglängsrichtung (x) ausgerichtet sind, und dass insbesondere bei einem frontseitigen Längseinbau im Fahrzeug die Elektromaschine (5) in der Fahrzeuglängsrichtung (x) hinter dem Getriebe (3), zum Beispiel im Fahrzeugtunnel, positioniert ist, und zwar insbesondere mit oder ohne teilweiser seitlicher Überdeckung zwischen der Elektromaschine (5) und dem Getriebe (3) in der Fahrzeugquerrichtung (y).
Hybridantriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hybridantriebsstrang für einen Allradantrieb ausgelegt ist, bei dem mittels des Getriebes (3) sowohl die Vorderachse (VA) als auch die Hinterachse (HA) des Fahrzeugs antreibbar ist, und dass für den Allradantrieb insbesondere die Abtriebswelle (13) zweiteilig ausgebildet ist, und zwar mit einer Abtriebs-Hohlwelle (22), auf der die Gangzahnräder sämtlicher vier Radebenen (R1 bis R4) angeordnet sind, und einer Abtriebs-Innenwelle (23), auf der die Abtriebs-Hohlwelle (22) koaxial drehgelagert ist, und dass in der Fahrzeuglängsrichtung (x) nach fahrzeughinten die Abtriebs-Hohlwelle (22) mit einem Wellen-Endstück (27) axial verlängert ist, das an einer Eingangsseite eines Zwischendifferenzials (29) angeschlossen ist, und dass von den Ausgangsseiten des Zwischendifferenzials (29) eine Endwelle (31) nach fahrzeughinten in Richtung Hinterachse (HA) führt und die Abtriebs-Innenwelle (23) zum Vorderachsdifferenzial (21) führt.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass für eine bauraumgünstige Anordnung die Elektromaschinen-Welle (25) als eine Hohlwelle realisiert ist, die auf der Abtriebs-Hohlwelle (22) koaxial drehgelagert ist.
Hybridantriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Eingangswelle (9) eine Hohlwelle ist, die auf der ersten Eingangswelle (7) koaxial drehgelagert ist, und dass das der zweiten Eingangswelle (9) zugeordnete zweite Teilgetriebe (II), in Axialrichtung betrachtet, der Doppelkupplung (K1, K2) zugewandt ist, während das der ersten Eingangswelle (7) zugeordnete erste Teilgetriebe (I) unter Zwischenlage des zweiten Teilgetriebes (II) von der Doppelkupplung (K1, K2) axial beabstandet ist, und dass insbesondere sämtliche geraden verbrennungsmotorischen Gänge dem einen Teilgetriebe (I) und sämtliche ungeraden verbrennungsmotorischen Gänge dem anderen Teilgetriebe (II) zugeordnet sind.