DE102020131911A1

DE102020131911A1 - Hybridantriebsstrang für ein hybridgetriebenes Fahrzeug

Info

Publication number: DE102020131911A1
Application number: DE102020131911.8A
Authority: DE
Inventors: Alfred Rehr; Tassilo Scholle
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2020-12-02
Filing date: 2020-12-02
Publication date: 2022-06-02

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 (S31, S24) schaltbar sind, und wobei die Elektromaschine (5) an eine der beiden Eingangswellen (7, 9) angebunden ist. Erfindungsgemäß wirkt die Elektromaschine (5) über ein Vorgelege (11) auf eine der Eingangswellen (7, 9) oder auf die Abtriebswelle (13) ein. Das Vorgelege (11) ist als eine Planetengetriebestufe realisiert.

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 Schaltelemente 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. Die Elektromaschine kann koaxial zur Abtriebswelle angeordnet sein. Zudem kann eine antriebsseitige Elektromaschinen-Anbindung bereitgestellt sein. In der antriebsseitigen Elektromaschinen-Anbindung kann die Elektromaschine über ein Vorgelege zur Drehmomentwandlung auf ein abtriebsseitiges Loszahnrad einer Radebene in trieblicher Verbindung sein, das mit dem antriebsseitigen Festzahnrad der Radebene kämmt.
Die vier verbrennungsmotorischen Vorwärtsgänge können als Direkt-Vorwärtsgänge realisiert sein, die lediglich jeweils genau eine Radebene nutzen.
Eine 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.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 ist das Vorgelege bauraumgünstig als eine Planetengetriebestufe realisiert. Die Planetengetriebestufe kann auf eine der Eingangswellen oder alternativ auf die Abtriebswelle einwirken. Zudem kann die Planetengetriebestufe koaxial zu den Eingangswellen oder koaxial zur Abtriebswelle angeordnet sein. Die als Vorgelege wirkende Planetengetriebestufe kann als Getriebekomponenten ein Sonnenrad, einen die Planetenräder tragenden Planetenradträger und ein radial äußere Hohlrad aufweisen. Von diesen Getriebekomponenten ist eine erste Getriebekomponente drehfest auf der Elektromaschinen-Welle angeordnet, eine zweite Getriebekomponente gehäusefest gehalten und eine dritte Getriebekomponente drehfest an einem Zahnrad, insbesondere ein Loszahnrad, einer der vier Gangstufen-Radebenen angebunden.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante kann das radial äußere Hohlrad gehäusefest gehalten sein, der die Planetenräder tragende Planetenradträger drehfest an dem Zahnrad, insbesondere Loszahnrad, einer der vier Gangstufen-Radebenen angebunden sein, und das Sonnenrad drehfest auf der Elektromaschinen-Welle 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 die als Vorgelege realisierte Planetengetriebestufe axial zwischen der vierten Radebene und der Elektromaschine angeordnet sein. Für eine antriebsseitige Elektromaschinen-Anbindung kann eine der Getriebekomponenten der Planetengetriebestufe mit dem auf der Abtriebswelle drehgelagerten Loszahnrad der vierten Radebene drehfest verbunden 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 in der Fahrzeuglängsrichtung nach fahrzeughinten über das Getriebegehäuse hinaus mit einem Wellen-Endstück axial verlängert sein. Das Wellen-Endstück der Abtriebswelle kann über eine lastschaltbare Kupplung mit einer nach fahrzeughinten führenden Endwelle verbindbar sein.
In einer bauraumgünstigen Anordnung der Elektromaschine kann die Elektromaschine koaxial zur Abtriebswelle angeordnet sein. Die Elektromaschinen-Welle kann eine Hohlwelle sein, die auf der Abtriebswelle drehgelagert ist. In diesem Fall kann sich die Abtriebswelle bauraumgünstig 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 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
Es zeigen:

1 und 2 eine Getriebestruktur des Hybridantriebsstrangs sowie ein Schaltschema.

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 S31 (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 ungeraden Vorwärtsgänge 1, 3 zugeordnet, während dem zweiten Teilgetriebe II sämtliche geraden Vorwärtsgänge 2, 4 zugeordnet sind. Entsprechend sind die ungeraden Vorwärtsgänge 1, 3 über die erste Eingangswelle 7 sowie über die erste Trennkupplung K1 aktivierbar. Demgegenüber sind die geraden Vorwärtsgänge 2, 4 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 ist das Vorgelege 11 eine Planetengetriebestufe, die koaxial zur Abtriebswelle 13 angeordnet ist. Die Planetengetriebestufe weist als Getriebekomponenten ein Sonnenrad 12, einen die Planetenräder 18 tragenden Planetenradträger 20 und ein radial äußere Hohlrad 16 auf. Das radial äußere Hohlrad 16 ist gehäusefest gehalten ist, während der die Planetenräder 18 tragende Planetenradträger 20 drehfest an dem Loszahnrad der vierten Radebenen R4 angebunden ist. Das Sonnenrad 12 ist in der 1 drehfest auf der Elektromaschinen-Welle 25 angeordnet.
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, S31 auf. In Axialrichtung zwischen der Doppelkupplung K1, K2 und der ersten Radebene R1 ist in der 1 die Stirnradstufe 14 positioniert. Die Planetengetriebestufe ist herbei axial zwischen der vierten Radebene R4 und der Elektromaschine 5 angeordnet ist.
Zwischen den beiden Radebenen eines jeden Teilgetriebes I, II ist jeweils genau ein Schaltelement S24, S31 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 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 in der Fahrzeuglängsrichtung x nach fahrzeughinten mit einem Wellen-Endstück 27 axial verlängert, das durch die Elektromaschine 5 geführt ist. Das Wellen-Endstück 27 der Abtriebswelle 13 ist an einer lastschaltbaren Kupplung 29 angeschlossen. Von der Kupplung 29 führt eine Endwelle 31 nach fahrzeughinten in Richtung Hinterachse HA.
Im Hinblick auf eine bauraumgünstige Anordnung ist die Elektromaschinen-Welle 25 als eine Hohlwelle realisiert, die auf der Abtriebswelle 13 koaxial drehgelagert ist.
Eine reguläre Schaltfolge der verbrennungsmotorischen Gänge kann sein: 1-2-3-4, wobei der erste verbrennungsmotorische Gang über die geschlossene zweite Trennkupplung K1 (Teilgetriebe I) und die weiteren Gänge durch alternierendes Schließen der Trennkupplungen K2, K1 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 erste Trennkupplung K1 geschlossen und das Schaltelement S31 des ersten Teilgetriebes I nach rechts (Schaltstellung S1) betätigt, so dass ein Loszahnrad der, die erste Gangstufe bildenden vierten Radebene R4 mit der Abtriebswelle 13 gekoppelt ist. Bei eingelegtem ersten Gang V1 ergibt sich somit ein Lastpfad von der Brennkraftmaschine 1 über die erste Trennkupplung K1, die vierte Radebene R4 bis zur Abtriebswelle 13. Von dort führt der Lastpfad weiter bis zum Vorderachsdifferenzial 21 und in Richtung Hinterachse HA.

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. 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 (Hybridgang H1).
Bei eingelegtem zweiten verbrennungsmotorischen Gang V2 ist die zweite Trennkupplung K2 geschlossen und das zweite Schaltelement S24 nach links (Schaltstellung S2) betätigt, so dass ein Loszahnrad der, den zweiten Gang bildenden Radebene R1 mit der Abtriebswelle 13 gekoppelt ist. Bei eingelegtem zweiten Gang V2 ergibt sich ein Lastpfad von der Brennkraftmaschine 1 über die zweite Trennkupplung K2, die erste Radebene R1 bis zur Abtriebswelle 13 und dann weiter wie anhand des ersten Gangs V1 beschrieben.
Gemäß der 2 stehen für den eingelegten zweiten Gang V2 zwei Hybridgänge H2a, H2b zur Verfügung: Bei Betätigung des Schaltelements S31 nach rechts (Schaltstellung S1) ist die, die erste Gangstufe bildende Radebene R4 in einem ersten Boost-Lastpfad integriert, bei dem über den ersten Gang geboostet wird. Bei Betätigung des Schaltelements S31 nach links (Schaltstellung S3) ist die, die dritte Gangstufe bildende Radebene R3 in einem Boost-Lastpfad integriert, bei dem über den dritten Gang geboostet wird.
Bei eingelegtem dritten verbrennungsmotorischen Gang V3 ist die erste Trennkupplung K1 geschlossen und das Schaltelement S31 des ersten Teilgetriebes I nach links (Schaltstellung S3) betätigt, so dass ein Loszahnrad der, die dritten Gangstufe bildenden dritten Radebene R3 mit der Abtriebswelle 13 gekoppelt ist. Bei eingelegtem dritten Gang V3 ergibt sich somit ein Lastpfad von der Brennkraftmaschine 1 über die erste Trennkupplung K1, die dritte Radebene R3 bis zur Abtriebswelle 13. Von dort führt der Lastpfad weiter wie anhand des ersten Gangs V1 beschrieben. Im verbrennungsmotorischen dritten Gang V3 ist ebenfalls ein Boost-Betrieb ermöglicht. 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 (Hybridgang H3).
Bei eingelegtem vierten verbrennungsmotorischen Gang V4 ist die zweite Trennkupplung K2 geschlossen und das zweite Schaltelement S24 nach rechts betätigt (Schaltstellung S4), so dass ein Loszahnrad der, den vierten Gang bildenden Radebene R2 mit der Abtriebswelle 13 gekoppelt ist. Bei eingelegtem vierten Gang V4 ergibt sich ein Lastpfad von der Brennkraftmaschine 1 über die zweite Trennkupplung K2, die zweite Radebene R2 bis zur Abtriebswelle 13. Von dort führt der Lastpfad weiter wie anhand des ersten Gangs V1 beschrieben. Im vierten verbrennungsmotorischen Gang V4 ist ein Hybridbetrieb, etwa Boost-Betrieb ermöglicht, der analog wie anhand des zweiten Gangs V2 beschrieben realisierbar ist (Hybridgang H2a, H2b).
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 zweite Schaltelement S31 nach rechts (Schaltstellung S1) betätigt. Dadurch ergibt sich ein Lastpfad, bei dem das elektromotorische Drehmoment von der Elektromaschine 5 über das Vorgelege 11 sowie über die, den ersten Gang bildenden Radebene R4 zur Abtriebswelle 13 geführt wird. Von dort führt der Lastpfad weiter wie anhand des ersten Gangs V1 beschrieben.
Bei eingelegtem zweiten elektromotorischen Gang E2 ist das zweite Schaltelement S31 nach links betätigt (Schaltstellung S1). Dadurch ergibt sich ein Lastpfad, bei dem das elektromotorische Drehmoment von der Elektromaschine 5 über das Vorgelege 11 sowie über die den dritten Gang bildenden Radebene R3 zur Abtriebswelle 13 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 S31 in lastfreier Neutralstellung. Dadurch ergibt sich ein Lastpfad, bei dem ein verbrennungsmotorisches Moment über die erste geschlossene Trennkupplung K1, die erste Eingangswelle 7, die vierte Radebene R4 und das Vorgelege 11 zur Elektromaschine 5 geleitet wird.
Mit der erfindungsgemäßen antriebsseitigen Elektromaschinen-Anbindung kann zudem eine Synchronisierung bei der Schaltung vom zweiten Gang V2 auf den dritten Gang V3 erfolgen. Beispielhaft ist nachfolgend ein Schaltvorgang vom zweiten Gang V2 auf den dritten Gang V3 beschrieben:

So ist vor dem Schaltvorgang, d.h. bei noch eingelegtem zweiten Gang V2, 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 dritten Gang bildenden dritten Radebene R3 stillstehen. Zum Vorwählen des dritten Gangs V3 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 dritte Gang V3 vorgewählt, d.h. das Schaltelement S31 wird in der 1 nach links gerückt (Schaltstellung S3). 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.

Bezugszeichenliste

1: Brennkraftmaschine
3: Doppelkupplungsgetriebe
5: Elektromaschine
7: erste Eingangswelle
8: Drehschwingungsdämpfer
9: zweite Eingangswelle
10: Kraftabgabewelle
11: Vorgelege
12: Sonnenrad
13: Abtriebswelle
14: Stirnradstufe
15, 17: Stirnzahnräder
16: radial äußeres Hohlrad
18: Planetenräder
19: Antriebswelle
20: Planetenradträger
21: Vorderachsdifferenzial
25: Elektromaschinen-Welle
27: Wellen-Endstück
29: lastschaltbare Kupplung
31: Endwelle (Anschluss zur Kardanwelle)
K1, K2: lastschaltbare Trennkupplungen
S31, 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 (S31, S24) schaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (5) über ein Vorgelege (11) auf eine der Eingangswellen (7, 9) oder auf die Abtriebswelle (13) einwirkt, und dass das Vorgelege (11) eine Planetengetriebestufe ist, die insbesondere koaxial zu den Eingangswellen (7, 9) oder zur Abtriebswelle (13) angeordnet ist.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (5) an eine der beiden Eingangswellen (7, 9) angebunden ist, und/oder dass das die als Vorgelege (11) wirkende Planetengetriebestufe als Getriebekomponenten ein Sonnenrad (12), einen die Planetenräder (18) tragenden Planetenradträger (20) und ein radial äußere Hohlrad (16) aufweist, und dass insbesondere eine erste Getriebekomponente (12) drehfest auf der Elektromaschinen-Welle (25) angeordnet ist, eine zweite Getriebekomponente (16) gehäusefest gehalten ist und eine dritte Getriebekomponente (20) drehfest an einem Zahnrad, insbesondere ein Loszahnrad, einer der vier Gangstufen-Radebenen (R1 bis R4) angebunden ist.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das radial äußere Hohlrad (16) gehäusefest gehalten ist, der die Planetenräder (18) tragende Planetenradträger (20) drehfest an dem Zahnrad, insbesondere Loszahnrad, einer der vier Radebenen (R1 bis R4) angebunden ist, und das Sonnenrad (12) drehfest auf der Elektromaschinen-Welle (25) angeordnet ist.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (5) koaxial zur Abtriebswelle (13) angeordnet ist, und dass insbesondere die Elektromaschinen-Welle (25) eine Hohlwelle ist, die auf der Abtriebswelle (13) drehgelagert ist.
Hybridantriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 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 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetengetriebestufe axial zwischen der vierten Radebene (R4) und der Elektromaschine (5) angeordnet ist, und dass für eine antriebsseitige Elektromaschinen-Anbindung eine der Getriebekomponenten der Planetengetriebestufe, d.h. Sonnenrad (12), Hohlrad (16) oder Planetenradträger (18), mit dem auf der Abtriebswelle (13) drehgelagerten Loszahnrad der vierten Radebene (R4) drehfest verbunden ist.
Hybridantriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Teilgetriebe (I, II) genau zwei Gangstufen-Radebenen und genau ein Schaltelement (S31, S24) aufweist, und/oder dass das Vorgelege (11) frei von weiteren Schaltelementen ist, und/oder dass das jeweilige Schaltelement (S31, S24), insbesondere eine Doppelsynchronkupplung, axial beidseitig schaltbar ist und zwischen den beiden Gangstufen-Radebenen des Teilgetriebes (I, II) angeordnet ist, so dass ein Loszahnrad der zu schaltenden Gangstufen-Radebene mit einer der Eingangswellen (7, 9) oder der Abtriebswelle (13) kuppelbar ist.
Hybridantriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die abtriebsseitigen Gangzahnräder sämtlicher vier Gangstufen-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) 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.
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.
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 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) mit einem Wellen-Endstück (27) axial nach hinten verlängert ist, wodurch ein Antriebsmoment in Richtung FahrzeugHinterachse (HA) führbar 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 (II) und sämtliche ungeraden verbrennungsmotorischen Gänge dem anderen Teilgetriebe (I) zugeordnet sind.