DE102020131909B4 - Hybrid drivetrain for a hybrid-powered vehicle - Google Patents

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    • F16H2200/003—Transmissions for multiple ratios characterised by the number of forward speeds
    • F16H2200/0043—Transmissions for multiple ratios characterised by the number of forward speeds the gear ratios comprising four forward speeds

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Abstract

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) schaltbar sind, wobei sämtliche vier Radebenen (R1 bis R4) in Axialrichtung in einer Reihenfolge hintereinander zwischen der Brennkraftmaschine (1) und der Elektromaschine (5) angeordnet sind, wobei 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, wobei der Elektromaschine (5) ein Vorgelege (11) zugeordnet ist, mittels dem die Elektromaschine (5) unter axialer Überbrückung der an die Elektromaschine (5) grenzenden vierten Radebene (R4) auf die erste, zweite oder dritte Radebene (R1 bis R3) einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorgelege (11) ein auf einer Elektromaschinen-Welle (25) gelagertes Vorgelege-Zahnrad (12) aufweist, das mit einem antriebsseitigen, als Festzahnrad ausgebildeten Gangzahnrad einer der vier Radebenen (R1 bis R4) kämmt.Hybrid drive train for a hybrid-driven vehicle, with an electric machine (5) and an internal combustion engine (1), the power output shaft (10) of which drives alternately either to a first input shaft (7) or to a second input shaft (9) of a dual clutch transmission (3) via two power-shiftable separating clutches (K1, K2) of a dual clutch, wherein a first partial transmission (I) or a second partial transmission (II) can be activated by means of the input shafts (7, 9), and wherein fixed and loose gears are arranged on the two input shafts (7, 9) and a common output shaft (13) axially parallel thereto in exactly four gear planes (R1 to R4), which are combined to form gear stages (1, 2, 3, 4) to form gear sets in which the loose gears can be switched by means of switching elements (S24, S13), wherein all four gear planes (R1 to R4) are arranged in an axial direction in a sequence one behind the other between the internal combustion engine (1) and the electric machine (5), the first gear plane (R1) being positioned on the transmission side facing the internal combustion engine (1) and the fourth gear plane (R4) being positioned on the transmission side facing the electric machine (5), the electric machine (5) being assigned a reduction gear (11) by means of which the electric machine (5) acts on the first, second or third gear plane (R1 to R3) while axially bridging the fourth gear plane (R4) bordering the electric machine (5), characterized in that the reduction gear (11) has a reduction gear (12) mounted on an electric machine shaft (25) which meshes with a drive-side gear wheel designed as a fixed gear wheel of one of the four gear planes (R1 to R4).

Description

Die Erfindung betrifft einen Hybridantriebsstrang für ein hybridgetriebenes Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a hybrid drive train for a hybrid-powered vehicle according to the preamble of claim 1.

Ein gattungsgemäßer Hybridantriebsstrang ist in der DE 10 2016 221 061 A1 gezeigt. Der 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 Schaltelemente mit den Wellen koppelbar sind. Die Elektromaschine kann auf eine der beiden Eingangswellen einwirken.A generic hybrid powertrain is in the EN 10 2016 221 061 A1 shown. The hybrid drive train has an electric machine, an internal combustion engine and a dual clutch transmission, in which a power output shaft of the internal combustion engine drives alternately either to a first input shaft or to a second input shaft of the dual clutch transmission via two power-shiftable separating clutches of a dual clutch. With the help of the input shafts, a first partial transmission or a second partial transmission of the dual clutch transmission can be activated. Fixed and loose gears are arranged in exactly four gear planes on the two input shafts and a common output shaft parallel to the axis. These are combined to form gear stages to form gear sets in which the loose gears can be coupled to the shafts by means of switching elements. The electric machine can act on one of the two input shafts.

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 / 075 334 A1 , aus der WO 2016 / 075 335 A1 , aus der WO 2016 / 075 336 A1 und aus WO 2016 / 075 337 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 CN 1 04 859 419 A und die DE 10 2010 037 451 A1 zeigen ebenfalls Hybridantriebsstränge.From the EN 10 2014 223 339 A1 and from the EN 10 2014 223 340 A1 A torque transmission device is known in each case. From the WO 2016 / 075 334 A1 , from the WO 2016 / 075 335 A1 , from the WO 2016 / 075 336 A1 and from WO 2016 / 075 337 A1 Other torque transmission devices are known. EN 10 2016 221 060 A1 A hybrid drive train is known. From the EN 10 2016 221 097 A1 is a torque transmission device for hybrid drives. The CN 1 04 859 419 A and the EN 10 2010 037 451 A1 also show hybrid powertrains.

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.The object of the invention is to provide a hybrid drive train for a hybrid-powered vehicle which, in comparison to the prior art, has a reduced number of components, a simple design and a structurally favorable transmission structure, while offering a greater number of degrees of freedom in terms of functionality (i.e. shifting strategy) and in the design of the gear ratios.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.The object is solved by the features of patent claim 1. Preferred developments of the invention are disclosed in the subclaims.

Das erfindungsgemäße Getriebe mit den genau vier Radebenen sowie einer an- oder abtriebsseitigen 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.The transmission according to the invention with exactly four gear planes and an electric machine connection on the input or output side achieves a transmission functionality with little gear technical effort and with little installation space requirement that can only be achieved in the prior art with a dual clutch transmission that has a much larger number of gear planes, around eight gear planes. Such a conventional dual clutch transmission is therefore much more complex in design and has a large axial length.

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.In contrast to this, the invention relates to a hybrid drive train that is axially short and has the smallest possible switching elements. The hybrid drive train is therefore suitable for both longitudinal and transverse installation in the vehicle.

Insgesamt können bei möglichst geringem getriebetechnischem Aufwand die vier verbrennungsmotorischen Vorwärtsgänge sowie zwei zusätzliche elektromotorische Vorwärtsgänge mittels nur genau zwei Schaltelementen schaltbar sein. In der Erfindung kann speziell eine antriebsseitige Elektromaschinen-Anbindung bereitgestellt sein. In diesem Fall wirkt die Elektromaschine über ein Vorgelege zur Drehmomentwandlung auf eine der beiden Eingangswellen ein. Overall, the four combustion engine forward gears and two additional electric motor forward gears can be switched using just two switching elements with the lowest possible transmission technology effort. In the invention, a drive-side electric machine connection can be provided in particular. In this case, the electric machine acts on one of the two input shafts via a gear reducer for torque conversion.

Gemäß Anspruch 1 wirkt die Elektromaschine über das Vorgelege auf die erste, zweite oder dritte Radebene, und zwar zumindest unter axialer Überbrückung der an die Elektromaschine grenzenden vierten Radebene.According to claim 1, the electric machine acts on the first, second or third gear plane via the gear transmission, at least by axially bridging the fourth gear plane adjacent to the electric machine.

Die vier verbrennungsmotorischen Vorwärtsgänge können als Direkt-Vorwärtsgänge realisiert sein, die lediglich jeweils genau eine Radebene nutzen.The four forward gears of the combustion engine can be implemented as direct forward gears, each of which uses only one gear plane.

Die Elektromaschine kann achsparallel mit Achsabstand zu den Eingangswellen angeordnet sein, wobei die Elektromaschine über das Vorgelege auf eine der Eingangswellen einwirken kann. Eine solche 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.The electric machine can be arranged parallel to the axis with an axle distance to the input shafts, whereby the electric machine can act on one of the input shafts via the gear box. Such a drive-side electric machine connection has the following advantages: The drive-side electric machine connection enables purely electric motor operation (for example, parking pilot, traffic jam pilot, electric creeping). Boost operation in the low or high torque range is also guaranteed. An optimal gear ratio for the implementation of the electric driving functions is also possible. In addition, sailing operation and, if necessary, an internal combustion engine start or an internal combustion engine start as well as a cold start are possible. The drive-side electric machine connection can also support synchronization in the dual clutch transmission.

Erfindungsgemäß weist das Vorgelege ein auf einer Elektromaschinen-Welle insbesondere drehfest gelagertes Vorgelege-Zahnrad auf, das mit einem antriebsseitigen Gangzahnrad der ersten, zweiten oder dritten Radebenen kämmt.According to the invention, the reduction gear has a gear mounted on an electric machine shaft, in particular A non-rotatably mounted countershaft gear which meshes with a drive-side gear wheel of the first, second or third gear planes.

Erfindungsgemäß sind sämtliche vier Radebenen in Axialrichtung in einer Reihenfolge hintereinander zwischen der Brennkraftmaschine und der Elektromaschine angeordnet. Die erste Radebene ist auf der, der Brennkraftmaschine zugewandten Getriebeseite positioniert. Demgegenüber ist die vierte Radebene auf der, der Elektromaschine zugewandten Getriebeseite positioniert.According to the invention, all four gear planes are arranged in a sequence in the axial direction between the internal combustion engine and the electric machine. The first gear plane is positioned on the transmission side facing the internal combustion engine. In contrast, the fourth gear plane is positioned on the transmission side facing the electric machine.

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,...).In common practice, the even gears and the odd gears are preferably arranged in pairs in each sub-gearbox. Otherwise, the allocation of the combustion engine gears to the respective gear levels can be freely varied (e.g. 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.Within the scope of the invention, several options for connecting the electric machine to the wheel planes can be implemented. In order to reduce the installation space, the reduction gear can preferably be connected to the fourth wheel plane facing the electric machine.

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.An essential aspect of the invention relates to the reduction of the gear stage gear planes to exactly four gear planes and a greatly reduced number of shifting elements. Preferably, exactly two gear planes and exactly one shifting element can be arranged in each partial transmission. In contrast to the partial transmissions, the countershaft can preferably be completely free of further shifting elements. With such a transmission structure, the hybrid drive train therefore has a total of only two shifting elements. These can preferably be implemented as double synchronous clutches that can be switched axially on both sides. The respective shifting element can thus be arranged axially between the two gear stage gear planes of the partial transmission in order to couple an idler gear of the gear plane to be switched with one of the input shafts or with the output shaft.

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.The switching elements can be arranged either on the drive shaft or on the output shaft. In order to reduce drag torques, it is particularly preferred if the output-side gears of all four gear levels are mounted as loose gears on the output shaft. In contrast, the drive-side gears of all gear levels can be arranged as fixed gears on the respective input shaft in a rotationally fixed manner. In this case, the output shaft is free of gears, i.e. the output shaft does not have a gear arranged on it in a rotationally fixed manner, but rather only the coupling teeth of the two switching elements.

Im Hinblick auf eine konstruktiv einfache und bauraumreduzierte Getriebestruktur ist es zudem bevorzugt, wenn die Abtriebswelle über eine axial kurz bauende 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.With a view to a structurally simple and space-saving transmission structure, it is also preferred if the output shaft drives an axially parallel drive shaft of an axle differential via an axially short spur gear stage. The spur gear stage can be structurally positioned advantageously in the axial direction between the double clutch and the first gear stage gear plane. The drive shaft of the axle differential can be designed as an axle differential pinion shaft of the vehicle axle.

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.For a simple implementation of a reverse gear, the electric machine of the hybrid drive train can be operated in the opposite direction of rotation, forming an electromotive reverse gear, so that an additional reverse gear wheel plane, as would be required for a mechanical reverse gear, is eliminated.

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.The hybrid drive train according to the invention can be installed both longitudinally and transversely in the vehicle. A particularly preferred longitudinal installation situation of the hybrid drive train in the vehicle is described below: In the longitudinally installed hybrid drive train, the transmission shafts can be aligned in the longitudinal direction of the vehicle. Especially in the case of a front-side longitudinal installation in the vehicle, the electric machine can be positioned in the longitudinal direction of the vehicle behind the transmission (for example, in a vehicle tunnel for optimal installation space). The electric machine can be positioned in partial lateral overlap with the transmission in the transverse direction of the vehicle or, alternatively, can be positioned behind the transmission without lateral overlap.

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.All drive variants can be implemented in the hybrid drive train, i.e. front-wheel drive, rear-wheel drive or all-wheel drive. In a further development of the invention, the hybrid drive train can be designed for all-wheel drive, in which both the front axle and the rear axle of the vehicle can be driven via the transmission. A space-saving and structurally simple implementation of the all-wheel drive is of crucial importance: Against this background, the output shaft can be designed in two parts, namely with an output hollow shaft on which the gear wheels of all four gear levels are arranged, and with an output inner shaft on which the output hollow shaft is coaxially rotatably mounted. In the installed position, the output hollow shaft can be axially extended in the vehicle's longitudinal direction to the rear of the vehicle beyond the transmission housing with a shaft end piece. The shaft end piece of the output hollow shaft can be connected to an input side of an intermediate differential. From the two output sides of the intermediate differential, an output shaft leads to the rear of the vehicle towards the rear axle of the vehicle and the output inner shaft to the front axle differential. In this case, the output inner shaft can be connected to a drive shaft of the front axle differential via the spur gear stage.

In einer bauraumgünstigen Anordnung der Elektromaschine kann sowohl die Elektromaschine als auch das Zwischendifferenzial zueinander achsparallel angeordnet sein. Die Elektromaschine und das Zwischendifferenzial können in Axialrichtung hinter dem Getriebe positioniert sind und dort an eine Getriebe-Gehäusewand angeflanscht sein.In an arrangement of the electric motor that saves space, both the electric motor and the intermediate differential can be arranged axially parallel to one another. The electric motor and the intermediate differential can be positioned axially behind the gearbox and flanged to a gearbox housing wall.

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.In a specific design variant of the dual clutch transmission, a second input shaft can be a hollow shaft that is coaxially rotatably mounted radially on the outside of the first input shaft. The second partial transmission assigned to the second input shaft can face the dual clutch in the axial direction. In contrast, the first partial transmission assigned to the first input shaft can be axially spaced from the dual clutch with the second partial transmission in between. All even combustion engine gears can be assigned to one partial transmission, while all odd combustion engine gears can be assigned to the other partial transmission.

Nachfolgend sind drei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.Three embodiments of the invention are described below with reference to the accompanying figures.

Es zeigen:

  • 1 und 2 eine Getriebestruktur des Hybridantriebsstrangs sowie ein Schaltschema gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel; und
  • 3 und 4 jeweils Ansichten entsprechend der 1 gemäß einem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel.
Show it:
  • 1 and 2 a transmission structure of the hybrid drive train and a circuit diagram according to a first embodiment; and
  • 3 and 4 views according to the 1 according to a second and third embodiment.

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.In the 1 a hybrid drive train for a hybrid-driven vehicle is shown, which essentially consists of an internal combustion engine 1, a dual-clutch transmission 3 and an electric machine 5. The dual-clutch transmission 3 has a first input shaft 7 and a second input shaft 9. These are arranged coaxially and can be connected to a power output shaft 10 in a torque-transmitting manner via two, for example, hydraulically actuated power-shiftable separating clutches K1, K2 and via an upstream torsional vibration damper 8. The first input shaft 7 is in the 1 realized as a solid shaft which is guided coaxially within the second input shaft 9 realized as a hollow shaft.

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 mitjeweils 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.The dual clutch transmission 3 has 1 a total of exactly four combustion engine forward gears 1 to 4. These are implemented in exactly four gear levels R1 to R4 by corresponding gear sets, each with one loose gear and one fixed gear, which can be switched via a total of exactly two switching elements S24 and S13 (i.e., for example, double synchronous clutches). The output-side gears of the gear levels R1 to R4 forming the gear levels are in the 1 all arranged on a common axially parallel output shaft 13. The output shaft 13 drives a drive shaft 19 of a front axle differential 21 via a gear stage 14 with spur gears 15, 17.

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.By means of the first and second input shafts 7, 9, a first partial transmission I and a second partial transmission II of the dual clutch transmission 3 can be activated. The first partial transmission I is assigned 1 all even forward gears 2, 4 are assigned, while all odd forward gears 1, 3 are assigned to the second partial transmission II. Accordingly, the even forward gears 2, 4 can be activated via the first input shaft 7 and the first separating clutch K1. In contrast, the odd forward gears 1, 3 of the second partial transmission II can be activated via the second input shaft 9 and the second separating clutch K2. The first partial transmission I is in the 1 , viewed in the axial direction, with the interposition of the second partial transmission II axially spaced from the double clutch K1, K2, which in the 1 is arranged at the left outer end of the transmission. The electric machine 5 is positioned at the opposite right axially outer end of the dual clutch transmission 3.

Der Elektromaschine 5 ist achsparallel mit Achsabstand a zu den Eingangswellen 7, 9 angeordnet. Zudem ist die Elektromaschine 5 antriebsseitig an das Getriebe 3 angebunden: Hierzu wirkt die Elektromaschine 5 über ein Vorgelege 11 für eine Drehmomentwandlung auf die Eingangswelle 7 ein. In der 1 weist das Vorgelege 11 ein auf einer Elektromaschinen-Welle 25 drehfest gelagertes Vorgelege-Zahnrad 12 auf, das mit einem antriebsseitigen Gangzahnrad der dritten Radebene R3 kämmt, so dass die an die Elektromaschine 5 grenzende vierte Radebene R4 in Axialrichtung überbrückt wird. In der 1 kämmt das auf der Elektromaschinen-Welle 25 angeordnete Vorgelege-Zahnrad 12 mit einem als Festzahnrad ausgebildeten, antriebseitigen Gangzahnrad der dritten Radebene R3.The electric machine 5 is arranged parallel to the axis with an axial distance a to the input shafts 7, 9. In addition, the electric machine 5 is connected to the transmission 3 on the drive side: For this purpose, the electric machine 5 acts on the input shaft 7 via a gear 11 for a torque conversion. In the 1 the countershaft 11 has a countershaft gear 12 which is mounted on an electric machine shaft 25 in a rotationally fixed manner and which meshes with a drive-side gear wheel of the third gear plane R3, so that the fourth gear plane R4 bordering the electric machine 5 is bridged in the axial direction. In the 1 The countershaft gear 12 arranged on the electric machine shaft 25 meshes with a drive-side gear wheel of the third gear plane R3, which is designed as a fixed gear wheel.

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.In the 1 all four gear planes R1 to R4 are arranged in the axial direction in a sequence one after the other between the internal combustion engine 1 and the electric machine 5. The first gear plane R1 is positioned on the transmission side facing the internal combustion engine 1, while the fourth gear plane R4 is positioned on the transmission side facing the electric machine 5. Each of the two partial transmissions I, II has exactly two gear planes and exactly one switching element S24, S13. In the axial direction between the double clutch K1, K2 and the first gear plane R1, in the 1 the spur gear stage 14 is positioned.

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.Between the two gear planes of each partial transmission I, II, exactly one switching element S24, S13 is arranged, with which an idler gear of the gear plane to be switched can be coupled to the output shaft 13.

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.With regard to a simple implementation of a reverse gear, the 1 the electric machine 5 can be operated in the opposite direction of rotation, thereby forming an electromotive reverse gear.

In der 1 ist der Hybridantriebsstrang in einem frontseitigen Längseinbau im Fahrzeug verbaut. In dem längs eingebauten Hybridantriebsstrang sind die Getriebewellen 7, 9, 13 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 the 1 The hybrid drive train is installed in a front-side longitudinal installation in the vehicle. In the longitudinally installed hybrid drive train, the transmission shafts 7, 9, 13 are aligned in the vehicle's longitudinal direction x. In the front-side longitudinal installation of the 1 the electric machine 5 is positioned in the vehicle longitudinal direction x behind the transmission 3, for example in a vehicle tunnel, wherein the electric machine 5 is arranged without lateral overlap with the transmission 3 or is flanged to a rear transmission outer wall 26.

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 22 ist in der Fahrzeuglängsrichtung x nach fahrzeughinten mit einem Wellen-Endstück axial verlängert, das durch die Elektromaschine 5 geführt ist. Das Wellen-Endstück der Abtriebs-Hohlwelle 22 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.In the 1 the hybrid drive train is designed for all-wheel drive, in which both the front axle VA and the rear axle HA of the vehicle can be driven by means of the transmission 3. For this purpose, the output shaft 13 is designed in two parts, namely with a hollow output shaft 22 and an inner output shaft 23. The gear wheels of all four wheel planes R1 to R4 are arranged on the hollow output shaft 22. The hollow output shaft 22 is coaxially rotatably mounted on the inner output shaft 23. The hollow output shaft 22 is axially extended to the rear of the vehicle in the vehicle's longitudinal direction x with a shaft end piece that is guided through the electric machine 5. The shaft end piece of the hollow output shaft 22 is connected to an input side of an intermediate differential 29. From its output sides, an end shaft 31 leads to the rear of the vehicle in the direction of the rear axle HA and the output inner shaft 23 (radially within the output hollow shaft 22) to the front axle differential 21. From the two output sides of the front axle differential 21, flange shafts 33 are guided in the vehicle transverse direction y to the vehicle front wheels (not shown).

Im Hinblick auf eine bauraumgünstige Anordnung sind die Elektromaschine 5 und das Zwischendifferenzial 29 zueinander achsparallel (d.h. nebeneinander) angeordnet. Sowohl die Elektromaschine 5 als auch das Zwischendifferenzial 29 sind in Axialrichtung hinter dem Getriebe 3 positioniert und an der Getriebe-Gehäusewand 26 angeflanscht.In order to achieve a space-saving arrangement, the electric motor 5 and the intermediate differential 29 are arranged axially parallel to one another (i.e. next to one another). Both the electric motor 5 and the intermediate differential 29 are positioned axially behind the transmission 3 and are flanged to the transmission housing wall 26.

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.A regular shifting sequence of the combustion engine gears can be: 1-2-3-4, with the first combustion engine gear being engaged via the closed second separating clutch K2 (partial transmission II) and the other gears being engaged by alternately closing the separating clutches K1, K2. As is known, the next gear can be preselected in the partial transmission with the open separating clutch, so that shifting can be done by switching the clutches K1, K2 without interrupting the traction. The shifting sequence can be specified and/or manually adjusted via an electronic transmission control (not shown) depending on the operating data and driving parameters of the vehicle.

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.
The following are based on the 2 The following driving modes are described in the circuit diagrams shown:
  • When the internal combustion engine's first gear V1 is engaged, the second separating clutch K2 is closed and the shifting element S13 of the second partial transmission II is actuated to the left (shifting position S1), so that an idler gear of the first gear plane R1 forming the first gear stage is coupled to the output shaft 13. When the first gear V1 is engaged, a load path is thus created from the internal combustion engine 1 via the second separating clutch K2, the first gear plane R1 to the hollow output shaft 22. From there, the load path continues to the intermediate differential 29, in which a torque distribution takes place to the end shaft 31 and to the inner output shaft 23. From the inner output shaft 23, the load path continues via the spur gear stage 14 to the front axle differential 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.In the combustion engine's first gear V1, hybrid operation, such as boost operation, is possible. If the driver so wishes, acceleration can take place in boost operation (i.e. when increased power is required, for example when overtaking) with an additional boost torque provided by the electric machine 5. In this case, the electric machine 5 can be used as an auxiliary drive source. According to the 1 stand for the inserted first Gear V1 has two hybrid gears H1a, H1b available: When the switching element S24 is moved to the left (switch position S2), the gear plane R3 forming the second gear is integrated into a first boost load path, in which boosting is carried out via the second gear (i.e. high torque). When the switching element S24 is moved to the right (switch position S4), the gear plane R4 forming the fourth gear is integrated into a boost load path, in which boosting is carried out via the fourth gear (i.e. low torque).

Bei eingelegtem zweiten verbrennungsmotorischen Gang V2 ist die erste Trennkupplung K1 geschlossen und das erste Schaltelement S24 nach links (Schaltstellung S2) betätigt, 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.When the second internal combustion engine gear V2 is engaged, the first separating clutch K1 is closed and the first switching element S24 is actuated to the left (switching position S2), so that a loose gear of the gear plane R3 forming the second gear is coupled to the output shaft 13. When the second gear V2 is engaged, a load path results from the internal combustion engine 1 via the first separating clutch K1, the third gear plane R3 to the output hollow shaft 13 and then continues as described for the first gear V1.

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.In the second combustion engine gear V2, hybrid operation, such as boost operation, is also possible (hybrid gear H2). For this purpose, the electric motor 5 is revved up so that power is added in the third gear plane R3, in which the boost torque is added to the combustion engine torque.

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).When the third internal combustion engine gear V3 is engaged, the second separating clutch K2 is closed and the switching element S13 of the second partial transmission II is actuated to the right (switching position S3), so that a loose gear of the second gear plane R2 forming the third gear is coupled to the output shaft 13. When the third gear V3 is engaged, this results in a load path from the internal combustion engine 1 via the second separating clutch K2, the second gear plane R2 to the hollow output shaft 22. From there, the load path continues as described for the first gear V1. In the third internal combustion engine gear V3, hybrid operation, such as boost operation, is possible, which can be implemented in a similar way to that described for the first gear V1 (hybrid gear H3a, H3b).

Bei eingelegtem vierten verbrennungsmotorischen Gang V4 ist die erste Trennkupplung K1 geschlossen und das erste Schaltelement S24 nach rechts betätigt (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.When the fourth internal combustion engine gear V4 is engaged, the first separating clutch K1 is closed and the first switching element S24 is actuated to the right (switching position S4), so that a loose gear of the gear plane R4 forming the fourth gear is coupled to the output shaft 13. When the fourth gear V4 is engaged, a load path results from the internal combustion engine 1 via the first separating clutch K1, the fourth gear plane R4 to the output hollow shaft 13. From there, the load path continues as described for the first gear V1.

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.Boost operation is also possible in the combustion engine's fourth gear V4. For this purpose, the electric motor 5 is revved up so that power is added in the fourth gear plane R4, in which the boost torque is added to the combustion engine torque.

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.For purely electric driving, purely electromotive gears E1 and E2 can be engaged, with the internal combustion engine 1 shut down. When the first electromotive gear E1 is engaged, the first switching element S24 is actuated to the left (switch position S2). This results in a load path in which the electromotive torque is guided from the electric machine 5 via the gear reducer 11 and via the gear plane R3 forming the second gear to the output hollow shaft 22. From there, the load path continues as described for the first gear V1.

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.When the second electromotive gear E2 is engaged, the first shift element S24 is actuated to the right (shift position S4). This results in a load path in which the electromotive torque is guided from the electric machine 5 via the gear reduction gear 11 and via the gear plane R4 forming the fourth gear to the output hollow shaft 22. From there, the load path continues as described for the first gear V1.

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.In addition, stand-by charging is possible. This can be activated when the vehicle is stationary, for example at a traffic light or in a traffic jam. In stand-by charging mode, the first separating clutch K1 is closed and the two switching elements S24 and S13 are in the load-free neutral position. This results in a load path in which a combustion engine torque is transmitted to the electric machine 5 via the first closed separating clutch K1, the first input shaft 7 and the gear box 11.

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.
With the drive-side electric machine connection according to the invention, synchronization can also be achieved when shifting from first gear V1 to second gear V2 and when shifting from third gear V3 to fourth gear V4. A shifting process from first gear V1 to second gear V2 is described below as an example:
  • Thus, before the gear change, ie when the first gear V1 is still engaged, the second separating clutch K2 is closed and the first separating clutch K1 is still open. In addition, the electric machine 5 is shut down so that the first input shaft 7 and the gear wheels of the third gear plane R3 forming the second gear are stationary. To preselect the second gear V2, a synchronization can take place in which the electric machine 5 is started up. until the idler gear of the third gear plane R3 rotates at approximately the same speed as the output shaft 13. When the speed is equal, the second gear V2 is preselected, ie the switching element S24 is in the 1 moved to the left (switch position S2). The electric machine 5 is then shut down again. A load transfer then takes place, during which the second separating clutch K2 is opened and the first separating clutch K1 is closed at the same time.

In den 3 und 4 ist ein zweites und drittes Ausführungsbeispiel gezeigt, deren Aufbau und Funktionsweise weitgehend identisch mit dem ersten Ausführungsbeispiel ist. Im Unterschied zur 1 wirkt in der 3 die Elektromaschine 5 unter axialer Überbrückung von sowohl der an die Elektromaschine 5 grenzenden vierten Radebene R4 als auch der dritten Radebene R3 auf die zweite Radebene R2 ein. In der 3 kämmt das auf der Elektromaschinen-Welle 25 angeordnete Vorgelege-Zahnrad 12 mit einem als Festzahnrad ausgebildeten, antriebseitigen Gangzahnrad der zweiten Radebene R2.In the 3 and 4 A second and third embodiment is shown, the structure and functionality of which is largely identical to the first embodiment. In contrast to the 1 works in the 3 the electric machine 5 is axially bridged by both the fourth gear plane R4 adjacent to the electric machine 5 and the third gear plane R3 to the second gear plane R2. In the 3 the countershaft gear 12 arranged on the electric machine shaft 25 meshes with a drive-side gear wheel of the second gear plane R2, designed as a fixed gear wheel.

In der 4 wirkt die Elektromaschine 5 unter axialer Überbrückung der an die Elektromaschine 5 grenzenden vierten Radebene R4, der dritten Radebene R3 und der zweiten Radebene R2 auf die erste Radebene R1 ein. In der 4 kämmt das auf der Elektromaschinen-Welle 25 angeordnete Vorgelege-Zahnrad 12 daher mit einem als Festzahnrad ausgebildeten, antriebseitigen Gangzahnrad der ersten Radebene R2.In the 4 the electric machine 5 acts on the first wheel plane R1 by axially bridging the fourth wheel plane R4, the third wheel plane R3 and the second wheel plane R2 adjacent to the electric machine 5. In the 4 The countershaft gear 12 arranged on the electric machine shaft 25 therefore meshes with a drive-side gear wheel of the first gear plane R2, which is designed as a fixed gear wheel.

BEZUGSZEICHENLISTE.LIST OF REFERENCE SYMBOLS.

11
Brennkraftmaschineinternal combustion engine
33
DoppelkupplungsgetriebeDouble clutch
55
ElektromaschineElectric machine
77
erste Eingangswellefirst input shaft
88th
DrehschwingungsdämpferTorsional vibration damper
99
zweite Eingangswellesecond input shaft
1010
KraftabgabewellePower output shaft
1111
VorgelegeCountershaft
1212
Elektromaschinen-ZahnradElectrical machine gear
1313
AbtriebswelleOutput shaft
1414
StirnradstufeSpur gear stage
15, 1715, 17
StirnzahnräderSpur gears
1919
Antriebswelledrive shaft
2121
VorderachsdifferenzialFront axle differential
2222
Abtriebs-HohlwelleOutput hollow shaft
2323
Abtriebs-InnenwelleOutput inner shaft
2525
Elektromaschinen-WelleElectric machine shaft
2626
Getriebe-GehäusewandGearbox housing wall
2929
ZwischendifferenzialIntermediate differential
3131
Endwelle (Anschluss zur Kardanwelle)End shaft (connection to the cardan shaft)
K1, K2K1, K2
lastschaltbare Trennkupplungenpower-shift clutches
S13, S24S13, S24
SchaltelementeSwitching elements
R1 bis R4R1 to R4
RadebenenWheel levels
3333
FlanschwellenFlange shafts
aa
AxialabstandAxial distance
I, III, II
TeilgetriebePartial transmission
VAVA
VorderachseFront axle
HAHA
HinterachseRear axle
V1 bis V4V1 to V4
verbrennungsmotorische Gängecombustion engine gears
E1, E2E1, E2
elektromotorische Gängeelectromotor gears
HH
HybridgängeHybrid gears
SLSL
StandladenStand shop
S1, S2, S3, S4S1, S2, S3, S4
SchaltstellungenSwitch positions

Claims (11)

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) schaltbar sind, wobei sämtliche vier Radebenen (R1 bis R4) in Axialrichtung in einer Reihenfolge hintereinander zwischen der Brennkraftmaschine (1) und der Elektromaschine (5) angeordnet sind, wobei 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, wobei der Elektromaschine (5) ein Vorgelege (11) zugeordnet ist, mittels dem die Elektromaschine (5) unter axialer Überbrückung der an die Elektromaschine (5) grenzenden vierten Radebene (R4) auf die erste, zweite oder dritte Radebene (R1 bis R3) einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorgelege (11) ein auf einer Elektromaschinen-Welle (25) gelagertes Vorgelege-Zahnrad (12) aufweist, das mit einem antriebsseitigen, als Festzahnrad ausgebildeten Gangzahnrad einer der vier Radebenen (R1 bis R4) kämmt.Hybrid drive train for a hybrid-driven vehicle, with an electric machine (5) and an internal combustion engine (1), the power output shaft (10) of which drives alternately either to a first input shaft (7) or to a second input shaft (9) of a dual clutch transmission (3) via two power-shiftable separating clutches (K1, K2) of a dual clutch, wherein a first partial transmission (I) or a second partial transmission (II) can be activated by means of the input shafts (7, 9), and wherein fixed and loose gears are arranged on the two input shafts (7, 9) and a common output shaft (13) parallel to the axis thereto in exactly four gear planes (R1 to R4), which are combined to form gear stages (1, 2, 3, 4) to form gear sets in which the loose gears can be switched by means of switching elements (S24, S13), wherein all four gear planes (R1 to R4) are arranged in an axial direction in a sequence one behind the other between the internal combustion engine (1) and the electric machine (5), the first gear plane (R1) being on the transmission side facing the internal combustion engine (1) and the fourth gear plane (R4) being on the transmission side facing the electric machine (5) facing the transmission side, wherein the electric machine (5) is assigned a countershaft (11) by means of which the electric machine (5) acts on the first, second or third wheel plane (R1 to R3) while axially bridging the fourth wheel plane (R4) adjacent to the electric machine (5), characterized in that the countershaft (11) has a countershaft gear (12) mounted on an electric machine shaft (25) which meshes with a drive-side gear wheel designed as a fixed gear wheel of one of the four wheel planes (R1 to R4). Hybridantriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (5) achsparallel mit Achsabstand (a) zu den Eingangswellen (7, 9) angeordnet ist, und dass die Elektromaschine (5) über ein Vorgelege (11) auf eine der Eingangswellen (7, 9) einwirkt.Hybrid powertrain according to Claim 1 , characterized in that the electric machine (5) is arranged axially parallel with an axial distance (a) to the input shafts (7, 9), and that the electric machine (5) acts on one of the input shafts (7, 9) via a gear train (11). Hybridantriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorgelege-Zahnrad (12) mit einem als Loszahnrad ausgebildeten Gangzahnrad einer der Radebenen (R1 bis R3) kämmt, insbesondere mit dem antriebsseitigen Gangzahnrad der dritten Radebene (R3).Hybrid powertrain according to Claim 1 , characterized in that the countershaft gear (12) meshes with a gear wheel designed as a loose gear wheel of one of the wheel planes (R1 to R3), in particular with the drive-side gear wheel of the third wheel plane (R3). 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 Teilgetriebes (I, II) angeordnet ist, so dass ein Loszahnrad der zu schaltenden Radebene (R1 bis R4) mit einer der Eingangswellen (7, 9) oder der Abtriebswelle (13) kuppelbar ist.Hybrid drive train according to one of the preceding claims, characterized in that each partial transmission (I, II) has exactly two gear planes and exactly one shifting element (S24, S13), and/or that the intermediate gear (11) is free of further shifting elements, and/or that the respective shifting element (S24, S13), in particular a double synchronous clutch, can be switched axially on both sides and is arranged between the two gear planes of the partial transmission (I, II), so that a loose gear of the gear plane (R1 to R4) to be switched can be coupled to one of the input shafts (7, 9) or the output shaft (13). Hybridantriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 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.Hybrid drive train according to one of the preceding claims, characterized in that the output-side gear wheels of all four wheel planes (R1 to R4) are rotatably mounted as loose gear wheels on the output shaft (13), and that the drive-side gear wheels of all four wheel planes (R1 to R4) are arranged as fixed gear wheels on the respective input shaft (7, 9) in a rotationally fixed manner. Hybridantriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (13) über eine Stirnradstufe (14) mit Stirnzahnrädern (15, 17) 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.Hybrid drive train according to one of the preceding claims, characterized in that the output shaft (13) drives a drive shaft (19) of an axle differential (21) via a spur gear stage (14) with spur gears (15, 17), and that in particular the spur gear stage (14) is positioned in the axial direction between the double clutch (K1, K2) and the first gear plane (R1). 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, und zwar unter Bildung eines elektromotorischen Rückwärtsgangs.Hybrid drive train according to one of the preceding claims, characterized in that, with a view to a simple realization of a reverse gear, the electric machine (5) can be operated in the opposite direction of rotation, namely with the formation of an electromotive reverse gear. Hybridantriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hybridantriebsstrang in einem Längseinbau im Fahrzeug verbaut ist, und dass 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 ohne seitliche Überdeckung zwischen der Elektromaschine (5) und dem Getriebe (3) in der Fahrzeugquerrichtung (y).Hybrid drive train according to one of the preceding claims, characterized in that the hybrid drive train is installed in a longitudinal installation in the vehicle, and that in the longitudinally installed hybrid drive train the transmission shafts (7, 9, 13) are aligned in the vehicle longitudinal direction (x), and that in particular in the case of a front-side longitudinal installation in the vehicle the electric machine (5) is positioned in the vehicle longitudinal direction (x) behind the transmission (3), for example in the vehicle tunnel, in particular without lateral overlap between the electric machine (5) and the transmission (3) in the vehicle transverse direction (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 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 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 zur Hinterachse (HA) führt und die Antriebs-Innenwelle (23) zum Vorderachsdifferenzial (21) führt.Hybrid drive train according to one of the preceding claims, characterized in that the hybrid drive train is designed for an all-wheel drive, in which both the front axle (VA) and the rear axle (HA) of the vehicle can be driven by means of the transmission (3), and that for the all-wheel drive, in particular the output shaft (13) is designed in two parts with an output hollow shaft (22) on which the gear wheels of all four wheel planes (R1 to R4) are arranged, and an output inner shaft (23) on which the output hollow shaft (22) is coaxially rotatably mounted, and that in the vehicle longitudinal direction (x) towards the rear of the vehicle, the output hollow shaft (22) is axially extended with a shaft end piece which is connected to an input side of an intermediate differential (29), and that from the output sides of the intermediate differential (29) an end shaft (31) leads to the rear of the vehicle to the rear axle (HA) and the drive inner shaft (23) to the front axle differential (21). Hybridantriebsstrang nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (5) und das Zwischendifferenzial (29) zueinander achsparallel angeordnet sind, und/oder dass die Elektromaschine (5) und das Zwischendifferenzial (29) in Axialrichtung hinter dem Getriebe (3) positioniert sind.Hybrid powertrain according to Claim 9 , characterized in that the electric machine (5) and the intermediate differential (29) are arranged axially parallel to one another, and/or that the electric machine (5) and the intermediate differential (29) are positioned in the axial direction behind the transmission (3). 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.Hybrid drive train according to one of the preceding claims, characterized in that the second input shaft (9) is a hollow shaft which is coaxially rotatably mounted on the first input shaft (7), and that the second partial transmission (II) assigned to the second input shaft (9), viewed in the axial direction, of the double clutch (K1, K2), while the first partial transmission (I) assigned to the first input shaft (7) is axially spaced from the double clutch (K1, K2) with the second partial transmission (II) interposed, and that in particular all even combustion engine gears are assigned to one partial transmission (I) and all odd combustion engine gears are assigned to the other partial transmission (II).
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