DE102020202655A1 - Hybrid-Getriebeanordnung, Hybrid-Antriebsstrang sowie Kraftfahrzeug - Google Patents

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hybrid
transmission arrangement
planetary gear
hybrid transmission
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Johannes Kaltenbach
Matthias Horn
Stefan Beck
Fabian Kutter
Ingo Pfannkuchen
Juri Pawlakowitsch
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ZF Friedrichshafen AG
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    • B60K6/42—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
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    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/50—Architecture of the driveline characterised by arrangement or kind of transmission units
    • B60K6/52—Driving a plurality of drive axles, e.g. four-wheel drive
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/50—Architecture of the driveline characterised by arrangement or kind of transmission units
    • B60K6/54—Transmission for changing ratio
    • B60K6/547—Transmission for changing ratio the transmission being a stepped gearing
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    • F16H3/02—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion
    • F16H3/08—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts
    • F16H3/087—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears
    • F16H3/091—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears including a single countershaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/02—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion
    • F16H3/08—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts
    • F16H2003/0803—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts with countershafts coaxial with input or output shaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H3/08—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts
    • F16H2003/0807—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts with gear ratios in which the power is transferred by axially coupling idle gears
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/02—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion
    • F16H3/08—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts
    • F16H2003/0822—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the arrangement of at least one reverse gear
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hybrid-Getriebeanordnung.Daneben betrifft die Erfindung einen Hybrid-Antriebsstrang.Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Hybrid-Getriebeanordnung, die eine Getriebeanordnung und wenigstens einen Elektromotor aufweist, wobei die Getriebeanordnung als Gangwechselgetriebe ausgebildet ist und wenigstens ein Planetengetriebe und wenigstens ein Stirnradgetriebe aufweist, wobei das Stirnradgetriebe zwei Eingangswellen aufweist, von denen die erste Getriebeeingangswelle direkt ohne Zwischenschaltung des Planetengetriebes und die zweite Getriebeeingangswelle unter Zwischenschaltung des Planetengetriebes an der Eingangswelle der Hybrid-Getriebeanordnung angebunden sind.
  • Es ist bekannt, mit einem Elektromotor versehene Getriebeanordnungen als Hybrid-Getriebeanordnungen zu verbauen. Vor oder im Getriebe kann eine Summierung der von einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs und dem Elektromotor abgegebenen Drehmoment erfolgen.
  • Die dabei verwendeten Hybrid-Getriebeanordnungen sind üblicherweise für den Einbau entweder in Front-Quer-Einbaulage oder für den Heck-Längs-Einbau optimiert.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hybrid-Getriebeanordnung anzugeben, die sowohl Front-Quer als auch Heck-Längs verbaut werden kann.
  • Zur Lösung dieses Problems wird vorgeschlagen, dass auf der zweiten Getriebeeingangswelle ein Rückwärtsgang-Zahnrad angeordnet ist.
  • Durch das Rückwärtsgang-Zahnrad wird es möglich, eine Vielzahl an zusätzlichen Funktionen zu erhalten. Insbesondere kann dadurch ein dynamisches Rückwärtsfahren unter Verwendung des Planetengetriebes erzielt werden.
  • Vorzugsweise kann die Hybrid-Getriebeanordnung ein einziges Planetengetriebe aufweisen. Das Planetengetriebe wird zur Herstellung von elektrodynamischem Anfahren (EDA) oder elektrodynamischen Schalten (EDS) verwendet. Hierzu ist es bevorzugt, dass der Elektromotor am Planetengetriebe angreift, insbesondere am Sonnenrad oder am Hohlrad dann kann über den Elektromotor die Abgabe des Drehmoments an das Getriebe sozusagen beliebig variiert werden.
  • Das Stirnradgetriebe kann bevorzugt allein die Funktion des Gangwechsel bereitstellen, das heißt dass es wenigstens zwei Gangstufen aufweist. Unter einem Gangwechsel wird dabei ein Wechsel definierter Gangstufen verstanden. Das Planetengetriebe wird zwar auch zur Variation des vom Verbrennungsmotor und/oder Elektromotor abgegebenen Drehmoments verwendet, jedoch liegen hierbei keine diskreten Gangstufen vor.
  • Die zweite Getriebeeingangswelle ist vorteilhafterweise als Hohlwelle ausgebildet. Weiterhin kann die zweite Getriebeeingangswelle koaxial zur ersten Getriebeeingangswelle angeordnet sein und diese umgreifen. Die erste Getriebeeingangswelle führt also durch die zweite Getriebeeingangswelle.
  • Vorzugsweise kann die Getriebeanordnung genau ein Planetengetriebe aufweisen. Bevorzugt kann sich das Planetengetriebe im Drehmomentfluss des Verbrennungsmotors und/oder Elektromotors vor dem Stirnradgetriebe befinden.
  • Vorzugsweise kann ein Hohlrad des Planetengetriebes eingangsseitig zum Verbrennungsmotor angeordnet sein. D.h. dass das Hohlrad ausgehend vom Verbrennungsmotor das erste Bauteil des Planetengetriebes ist, bei dem Drehmoment ankommt.
  • Vorzugsweise kann ein Sonnenrad des Planetengetriebes eingangsseitig zum zweiten Elektromotor angeordnet sein. D.h. dass das Sonnenrad ausgehend vom zweiten Elektromotor das erste Bauteil des Planetengetriebes ist, bei dem Drehmoment ankommt.
  • Vorzugsweise kann ein Planetenträger des Planetengetriebes ausgangsseitig angeordnet sein.
  • Vorzugsweise kann das Stirnradgetriebe höchstens vier Vorwärtsgangstufen, insbesondere genau vier Vorwärtsgangstufen, aufweisen. Die besondere Herausforderung bei der Ausgestaltung der Hybrid-Getriebeanordnung besteht darin, die Hybrid-Getriebeanordnung weder in axialer noch in radialer Richtung zu lang werden zu lassen. Dementsprechend ist trotz der zwei Getriebeeingangswellen vorgesehen, dass das Stirnradgetriebe höchstens vier Vorwärtsgangstufen aufweist.
  • Bevorzugt kann das Stirnradgetriebe genau eine Radsatzebene für jede Vorwärtsgangstufe aufweisen. Dann weist bei vier Vorwärtsgangstufen das Stirnradgetriebe vier Radsatzebenen für die Vorwärtsgänge auf. Eine derartige Anordnung würde man bei Front-Quer-Getrieben vermeiden.
  • Vorteilhafterweise kann die Hybrid-Getriebeanordnung genau eine Vorgelegewelle aufweisen. Durch diese Maßnahme kann in radialer Richtung Bauraum eingespart werden.
  • Vorzugsweise kann auf wenigstens einer Getriebeeingangswelle, insbesondere beiden Getriebeeingangswellen, ausschließlich Festräder angeordnet sein. In Kombination mit der Verwendung einer einzigen Vorgelegewelle ergibt sich, dass auf einer Seite der Hybrid-Getriebeanordnung offener Bauraum verbleibt, der variabel genutzt werden kann.
  • Dementsprechend können weiterhin auf wenigstens einer Vorgelegewelle als Gangräder ausschließlich Losräder angeordnet sein. Ist lediglich eine Vorgelegewelle vorhanden, sind auf dieser alle Gang-Losräder angeordnet. Dabei ist selbstverständlich zu beachten, dass weiterhin bevorzugt auf der Vorgelegewelle wenigstens ein Festrad zur Anbindung an ein Differenzial angeordnet ist. Dieses Festrad treibt auf das Differenzial ab und ist nicht als Losrad ausgestaltet. Bei der Betrachtung der Gangräder wird es aber nicht berücksichtigt, da dieses Festrad nicht zu den Gangrädern gezählt wird.
  • Bevorzugt kann das Festrad zum Abtrieb auf ein Differenzial an einem Ende der Vorgelegewelle angeordnet sein. Vorzugsweise kann es am eingangsseitigen Ende der Vorgelegewelle angeordnet sein. Die Eingangsseite ist diejenige Seite, auf der das Drehmoment in die Hybrid-Getriebeanordnung eingebracht wird.
  • Bevorzugt kann die Hybrid-Getriebeanordnung eine Kupplung zum Verblocken des Planetengetriebes aufweisen. Diese Kupplung ermöglicht, dass das Stirnradgetriebe wie ein herkömmliches Doppelkupplungsgetriebe im Hinblick auf die Gangübersetzungen, also die Gangstufen, ausgelegt werden kann. Ist ein Planentengetriebe verblockt, so ist die Übersetzung unabhängig von der Zähnezahl stets 1. Anders ausgedrückt läuft das Planetengetriebe als Block um. Dann verhält sich die Hybrid-Getriebeanordnung so, als wäre kein Planetengetriebe vorhanden.
  • Vorteilhafterweise ist die Kupplung zum Verblocken des Planetengetriebes direkt neben dem Planetengetriebe angeordnet. Die Kupplung kann das Hohlrad und das Sonnenrad des Planetengetriebes miteinander koppeln.
  • Alternativ kann die Kupplung zum Verblocken des Planetengetriebes am Ende der zweiten Getriebeeingangswelle angeordnet sein. Es liegt dann zwischen den Teilgetrieben. Dabei kann Bauraum eingespart werden, indem bspw. die Betätigung zusammen mit einem anderen Schaltelement geteilt werden kann.
  • Vorzugsweise kann die Getriebeanordnung oder der Antriebsstrang eine Trennkupplung aufweisen. Bevorzugt ist diese zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Planetengetriebe angeordnet. Weiterhin kann die Trennkupplung nach einer Dämpfungseinrichtung angeordnet sein. Mittels der Trennkupplung lässt sich der Verbrennungsmotor zum rein elektrischen Fahren abkoppeln, wodurch die elektrische Fahrt energieeffizienter wird.
  • Die Dämpfungseinrichtung kann einen Torsionsdämpfer und/oder einen Tilger und/oder eine Rutschkupplung aufweisen. Der Torsionsdämpfer kann als Zweimassenschwungrad ausgebildet sein. Der Tilger kann als drehzahladaptiver Tilger ausgebildet sein
  • Vorteilhafterweise ist der zweite Elektromotor mit dem Planetengetriebe wirkverbunden. Das Planetengetriebe kann insbesondere als Summierglied dienen.
  • Vorzugsweise kann das Planetengetriebe radial innerhalb des Elektromotors angeordnet sein. Dadurch kann bei einer koaxialen Anordnung des zweiten Elektromotors eine effiziente Raumaufteilung erzielt werden. Alternativ kann der zweite Elektromotor achsparallel angeordnet werden. Er kann dann über eine Zahnradstufe oder eine Kette an das Planetengetriebe angebunden werden.
  • Vorzugsweise können der zweiten Getriebeeingangswelle wenigstens eine, insbesondere alle, ungeraden Vorwärts-Gangstufen zugeordnet sein. Weiterhin kann auf der zweiten Getriebeeingangswelle ein Rückwärtsgang-Zahnrad angeordnet sein.
  • Bevorzugt können die Getriebeeingangswellen, das Planetengetriebe und/oder eine Kupplung und/oder Trennkupplung und/oder der zweite Elektromotor auf einer Achse angeordnet sein. Dieser Aufbau ist wie beschrieben grundsätzlich für eine Hecklängsanordnung gedacht, da dabei einige Gestaltungsmerkmale, die üblicherweise bei Heck-Längs-Getrieben verwendet werden, anzutreffen sind.
  • Dementsprechend ist in einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, dass der Verbrennungsmotor achsparallel zur Achse der Getriebeeingangswellen angeordnet ist. Liegen andere oder die meisten anderen Bauteile des Antriebsstrangs auf der Achse der Getriebeeingangswellen kann, wie oben bereits erwähnt, Bauraum freigelassen werden. Dieser wird dann nicht mit anderen Getriebeteilen sondern mit dem Verbrennungsmotor belegt. Bei einem Front-Quer-Einbau der Hybrid-Getriebeanordnung kann der freigewordene radiale Bauraum mit dem Verbrennungsmotor belegt werden. Wird die Hybrid-Getriebeanordnung in einer Heck-Längs-Variante verbaut, dann kann der Verbrennungsmotor auf der gleichen Achse wie die Getriebeeingangswellen liegen. Es kann also immer dasselbe Getriebe verwendet werden, nur die Einbauposition im Kraftfahrzeug unterscheidet sich.
  • Bevorzugt weist die Hybrid-Getriebeanordnung auf der Eingangsseite ein Zahnrad zur Anbindung des Verbrennungsmotors auf. Das Alternativ kann der Verbrennungsmotor auf der Achse der Getriebeeingangswellen angeordnet sein. Dies ist insbesondere bei einem Heck-Längs-Einbau bevorzugt
  • Dadurch können die Stückkosten pro Getriebe verringert werden, da einerseits eine größere Anzahl an gleichen Bauteilen gefertigt wird und andererseits die Anzahl der Fertigungslinien geringgehalten werden kann. Dies ist möglich durch eine Gestaltung des Getriebes, das grundsätzlich als eine Art kurzes Heck-Längs-Getriebe ausgestaltet wird und das dabei Platz für den Verbrennungsmotor bei einem Front-Quer-Einbau lässt.
  • Weiterhin kann die Hybrid-Getriebeeinrichtung eine Steuerungseinrichtung aufweisen. Diese ist dazu ausgebildet, das Getriebe wie beschrieben zu steuern.
  • Daneben betrifft die Erfindung einen Hybrid-Antriebsstrang mit einer Hybrid-Getriebeeinrichtung und wenigstens einer elektrischen Achse. Der Hybrid-Antriebsstrang zeichnet sich dadurch aus, dass die Hybrid-Getriebeeinrichtung wie beschrieben ausgebildet ist. Dieser Aufbau ist bevorzugt mit einem einzigen Elektromotor in der Hybrid-Getriebeeinrichtung angeordnet. Eine elektrische Achse ist dabei eine Achse mit einem dieser zugeordneten Elektromotor. Die Abgabe von Antriebsmoment durch den Elektromotor der elektrischen Achse erfolgt also unabhängig von der Hybrid-Getriebeeinrichtung. Bevorzugt ist die elektrische Achse eine Montageeinheit. Die Montageeinheit kann auch ein eigenes Getriebe zur Übersetzung des Antriebsmomentes des Elektromotors der elektrischen Achse aufweisen. Dieses ist vorzugsweise als Gangwechselgetriebe ausgestaltet.
  • Bei der Verwendung einer elektrischen Achse kann diese das Antriebsmoment abstützen.
  • Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einer Hybrid-Getriebeanordnung oder einem Hybrid-Antriebsstrang. Das Kraftfahrzeug zeichnet sich dadurch aus, dass die Hybrid-Getriebeanordnun oder der Hybrid-Antriebsstrang wie beschrieben ausgebildet ist.
  • Vorteilhafterweise ist die Hybrid-Getriebeanordnung als Front-Quer-Getriebeanordnung im Kraftfahrzeug anordnet. Alternativ kann die Hybrid-Getriebeanordnung als Heck-Längs-Getriebeanordnung im Kraftfahrzeug anordnet sein. Dies ist gerade der Vorteil der Hybrid-Getriebeanordnung, dass sie beliebig verbaubar ist.
  • Vorzugsweise weist das Kraftfahrzeug eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Hybrid-Getriebeanordnung auf. Die Steuerungseinrichtung kann also Teil der Hybrid-Getriebeanordnung sein, muss es aber nicht.
  • Vorzugsweise ist im Kraftfahrzeug eine Batterie angeordnet, die einen elektrischen Betrieb des Kraftfahrzeugs für wenigstens 15 Minuten ermöglicht. Alternativ kann für einen rein elektrischen Betrieb der Verbrennungsmotor mit einem der Elektromotoren als Generator Strom erzeugen, der direkt an den anderen Elektromotor geht.
  • Weiterhin weist das Kraftfahrzeug eine elektrische Achse auf. Unter einer elektrischen Achse wird in der vorliegenden Anmeldung eine Achse verstanden, der ein eigener Elektromotor zugeordnet ist. Dementsprechend weist das Kraftfahrzeug einen ersten Elektromotor an der ersten Achse und einen zweiten Elektromotor an der zweiten Achse auf, wobei der zweite Elektromotor der zweiten Achse an die Hybrid-Getriebeanordnung angebunden ist. Der Elektromotor der ersten, elektrischen Achse kann direkt auf die Achse abtreiben, es kann aber auch noch ein ein- oder zweistufiges Getriebe zwischengeschaltet sein.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und Figuren. Dabei zeigen:
    • 1 ein Kraftfahrzeug,
    • 2 eine Hybrid-Getriebeanordnung in einer ersten Ausgestaltung,
    • 3 eine zweite Schaltmatrix zu der Hybrid-Getriebeanordnung nach 2,
    • 4 eine Hybrid-Getriebeanordnung in einer zweiten Ausgestaltung,
    • 5 eine Hybrid-Getriebeanordnung in einer dritten Ausgestaltung;
    • 6 eine Hybrid-Getriebeanordnung in einer vierten Ausgestaltung.
  • 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einer ersten Achse 2 und einer zweiten Achse 3. Die zweite Achse 3 ist Teil eines Hybrid-Antriebsstrangs 4, der einen Verbrennungsmotor 5, eine Hybrid-Getriebeanordnung 6 und ein Differenzial 7 aufweist.
  • Die erste Achse 2 weist einen ersten Elektromotor EM1 und ein Differenzial 8 auf. In der gezeigten Darstellung ist das Differenzial 7 das Differenzial der Vorderachse und das Differenzial 8 das Differenzial der Hinterachse. Wie sich aus der Einführung aber bereits ergibt, kann die Position der Hybrid-Getriebeanordnung 6 auch vertauscht werden, sodass die erste Achse 2 die Vorderachse und die zweite Achse 3 die Hinterachse ist. Dies ist möglich, weil sich der Verbrennungsmotor 5 und die Hybrid-Getriebeanordnung 6 sowohl Front-Quer als auch Heck-Längs verbauen lassen.
  • Im Folgenden werden Hybrid-Getriebeanordnungen 6 vorgestellt, die einen derartigen Einbau zulassen. Dabei wird der Elektromotor EM2 als Teil der Hybrid-Getriebeanordnung 6 betrachtet. Dies ist aber nicht zwingend, der Elektromotor EM2 kann auch von der eigentlichen Getriebeanordnung beabstandet verbaut sein und mit dieser lediglich wirkverbunden sein. Die gemeinsame Betrachtung erzwingt also nicht eine Bauraumnähe.
  • 2 zeigt eine Hybrid-Getriebeanordnung 6 in einer ersten Ausgestaltung. Neben dem zweiten Elektromotor EM2 sind eine Trennkupplung K0, eine Kupplung K3 zum Verblocken eines Planetengetriebes 9, ein Stirnradgetriebe 10 sowie das Differenzial 7 dargestellt. Bei dem Differenzial kann es sich grundsätzlich auch um das Differenzial 8 handeln, wenn die Hybrid-Getriebeanordnung an der Hinterachse eingebaut ist. Aus Richtung des Verbrennungsmotors 5 befinden sich folgende Bauteile im Drehmomentpfad:
    • Die Trennkupplung K0 dient dem Abkoppeln des Verbrennungsmotors bei rein elektrischer Fahrt. Sie ist vorzugsweise als Reibungskupplung ausgestaltet. Dies gilt unabhängig von der konkreten Ausführungsform der Hybrid-Getriebeanordnung 6.
  • Die Kupplung K3 zum Verblocken des Planetengetriebes 9 kann das Hohlrad 12 und das Sonnenrad 14 des Planetengetriebes verbinden. Das Hohlrad 12 ist mit der ersten Getriebeeingangswelle 16 drehfest verbunden. Der Planetenträger 18 ist dagegen mit der zweiten Getriebeeingangswelle 20 drehfest verbunden. Ist die Kupplung K3 geschlossen können sowohl die erste Getriebeeingangswelle 16 als auch die zweite Getriebeeingangswelle 20 angetrieben werden. Über das Planetengetriebe 9 können die Gangwechsel vollzogen werden. Diese Variante der Entlastung und Belastung der Gangstufen ist unter dem Namen elektrodynamisches Schalten (EDS) bekannt.
  • Der zweite Elektromotor EM2 ist an das Sonnenrad 14 des Planetengetriebes 9 angebunden. Der Elektromotor EM2 ermöglicht einen rein elektrischen Antrieb der zweiten Achse 3 und damit auch des Kraftfahrzeugs 1.
  • Das Stirnradgetriebe 10 weist genau vier Gangstufen G1, G2, G3 und G4 für vier verbrennungsmotorische Vorwärtsgänge V1, V2, V3 und V4 und vier elektrische Vorwärtsgänge E1, E2, E3 und E4 auf. Diese sind in vier Radebenen R1, R2, R3 und R4 angeordnet. Die Gangstufen bieten unterschiedliche Übersetzungen an unabhängig davon, ob das Drehmoment vom Verbrennungsmotor 5 und/oder Elektromotor EM2 bereitgestellt wird.
  • Auf der zweiten Getriebeeingangswelle sind die Festräder 22 und 24 der Vorwärtsgangstufen G1 und G3 angeordnet. Auf der ersten Getriebeeingangswelle 16 sind die Festräder 26 und 28 der Vorwärtsgangstufen G2 und G4 angeordnet. Dabei befinden sich bevorzugt die Festräder mit den größten Durchmessern axial außen. So ist der Durchmesser der Zahnfesträder 22 und 28 größer als der Durchmesser der Festräder 24 und 26.
  • Die Getriebeanordnung 11 ist ein Teil der Hybrid-Getriebeanordnung 6 und umfasst das Planetengetriebe 9 und das Stirnradgetriebe 10. Ein weiterer Teil der Hybrid-Getriebeanordnung 6 ist der zweite Elektromotor EM2.
  • Die Hybrid-Getriebeanordnung 6 weist eine einzige Vorgelegewelle 30 auf. Auf der Vorgelegewelle 30 sind die Losräder 32, 34, 36 und 38 der Gangstufen G1 bis G4 angeordnet. Weiterhin ist auf der Vorgelegewelle 30 ein Zahnfestrad 40 zur Anbindung an das Differenzial 7 oder 8 angeordnet. Dieses ist auf der Eingangsseite der Hybrid-Getriebeanordnung 6 angeordnet. Die Eingangsseite ist dabei die Seite, auf der das Drehmoment zur Getriebeanordnung 11 gelangt. Wie bereits beschrieben wird Drehmoment vom Verbrennungsmotor auf das Planentengetriebe 9 abgegeben, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung der Kupplung K0 und/oder der Kupplung K3. Dies stellt damit die Eingangsseite der Hybrid-Getriebeanordnung 6 da.
  • Weiterhin weist die Hybrid-Getriebeanordnung 6 zwei Schalteinrichtungen S1 und S2 auf. Jede der Schalteinrichtung S1 und S2 umfasst zwei Schaltkupplungen: die Schalteinrichtung S1 die Schaltkupplungen A und C, die Schalteinrichtung S2 die Schaltkupplungen B und D.
  • Weiterhin ist auf der zweiten Getriebeeingangswelle 20 ein Rückwärtsgangfestrad 42 angeordnet. Entsprechend befindet sich auf der Vorgelegewelle 30 ein Rückwärtsganglosrad 44 und ein Zwischenrad 46 ist ebenfalls vorhanden. Damit befindet sich eine dritte Schalteinrichtung S3 auf der Vorgelegewelle 30. Um diese mit dem gleichen Aktuator wie die Kupplung K3 betätigen zu können ist die Kupplung K3 auf die Höhe der Schalteinrichtung S3 mit der Schaltkupplung R versetzt worden.
  • 3 zeigt eine Schaltmatrix zur Hybrid-Getriebeanordnung 6 nach 2. Dabei wird insbesondere auch die Funktion der Kupplung K3 und der Trennkupplung K0 deutlich. Während in den verbrennungsmotorischen Vorwärtsgängen V1 bis V4 jeweils eine der Schaltkupplungen A bis D sowie die Trennkupplung K0 und die Kupplung K3 geschlossen sind, ist dies beim Anfahren nicht gegeben. Das Anfahren erfolgt nämlich über das Planetengetriebe mittels des sogenannten elektrodynamischen Anfahrens (EDA) wobei über das Planetengetriebe eine variable Übersetzung bereitgestellt wird. Je nachdem ob die erste Gangstufe G1 oder dritte Gangstufe G3 verwendet werden, kann dementsprechend einer der Anfahrmodi EDA1 oder EDA2 verwendet werden. Bei diesen ist die Kupplung K3 offen, das Planetengetriebe 9 also nicht verblockt. Dadurch kann über eine Kombination des Elektromotors EM2 und den Verbrennungsmotor 5 das abgegebene Drehmoment und die abgegebene Drehzahl beliebig aufsummiert werden. Der Vorteil des Anfahrmodus EDA2 ist, dass auch generatorisch angefahren werden kann. Das heißt, dass bei diesem Anfahren sowohl angefahren wird als auch über einen generatorischen Betrieb des zweiten Elektromotors EM2 eine Batterie aufgeladen werden kann. Dabei ist die Trennkupplung K0 geschlossen.
  • Die rein elektrischen Fahrmodi E1 bis E4 sind zu den verbrennungsmotorischen Fahrmodi von den Schaltkupplungen her identisch, lediglich die Trennkupplung K0 ist geöffnet, um den Verbrennungsmotor 5 nicht mitschleppen zu müssen.
  • Der Fahrmodus LiN, für Laden in Neutral, erlaubt einen Betrieb in einem Range-Extender-Modus. Dabei wird auf der zweiten Achse lediglich eine Batterie geladen. Der Antrieb des Kraftfahrzeugs 1 kann über die erste Achse 2 erfolgen. Dabei sind sämtliche Schaltkupplungen A bis E geöffnet.
  • Selbstverständlich können mit der Hybrid-Getriebeeinrichtung 6 folgende hybridischen Gänge realisiert werden:
    • Zum einen kann zu den verbrennungsmotorischen Gängen V1 bis V4 auch immer der erste Elektromotor EM1 der ersten Achse 2 zugeschaltet werden. Andererseits können auch der Verbrennungsmotor 5 und der Elektromotor EM2 gleichzeitig Drehmoment auf die zweite Achse 3 abgeben. Selbstverständlich können auch alle drei Motoren beide Achsen antreiben.
  • 3 zeigt eine Schaltmatrix zur Hybrid-Getriebeanordnung 6 nach 2. Dabei wird insbesondere auch die Funktion der Kupplung K3 und der Trennkupplung K0 deutlich. Während in den verbrennungsmotorischen Vorwärtsgängen V1 bis V4 jeweils eine der Schaltkupplungen A bis D sowie die Trennkupplung K0 und die Kupplung K3 geschlossen sind, ist dies beim Anfahren nicht gegeben. Das Anfahren erfolgt nämlich über das Planetengetriebe mittels des sogenannten elektrodynamischen Anfahrens (EDA) wobei über das Planetengetriebe eine variable Übersetzung bereitgestellt wird. Je nachdem ob die erste Gangstufe G1 oder dritte Gangstufe G3 verwendet werden, kann dementsprechend einer der Anfahrmodi EDA1 oder EDA2 verwendet werden. Bei diesen ist die Kupplung K3 offen, das Planetengetriebe 9 also nicht verblockt. Dadurch kann über eine Kombination des Elektromotors EM2 und den Verbrennungsmotor 5 das abgegebene Drehmoment und die abgegebene Drehzahl beliebig aufsummiert werden. Der Vorteil des Anfahrmodus EDA2 ist, dass auch generatorisch angefahren werden kann. Das heißt, dass bei diesem Anfahren sowohl angefahren wird als auch über einen generatorischen Betrieb des zweiten Elektromotors EM2 eine Batterie aufgeladen werden kann. Dabei ist die Trennkupplung K0 geschlossen.
  • Die rein elektrischen Fahrmodi E1 bis E4 sind zu den verbrennungsmotorischen Fahrmodi von den Schaltkupplungen her identisch, lediglich die Trennkupplung K0 ist geöffnet, um den Verbrennungsmotor 5 nicht mitschleppen zu müssen.
  • Der Fahrmodus LiN, für Laden in Neutral, erlaubt einen Betrieb in einem Range-Extender-Modus. Dabei wird auf der zweiten Achse lediglich eine Batterie geladen. Der Antrieb des Kraftfahrzeugs 1 kann über die erste Achse 2 erfolgen. Dabei sind sämtliche Schaltkupplungen A bis E geöffnet.
  • Selbstverständlich können mit der Hybrid-Getriebeeinrichtung 6 folgende hybridischen Gänge realisiert werden:
    • Zum einen kann zu den verbrennungsmotorischen Gängen V1 bis V4 auch immer der erste Elektromotor EM1 der ersten Achse 2 zugeschaltet werden. Andererseits können auch der Verbrennungsmotor 5 und der Elektromotor EM2 gleichzeitig Drehmoment auf die zweite Achse 3 abgeben. Selbstverständlich können auch alle drei Motoren beide Achsen antreiben.
  • Weiterhin ist der Rückwärtsgang über die Schaltkupplung R berücksichtigt. Der Rückwärtsgang ist hier ebenfalls dynamisch als elektrodynamisches Anfahren rückwärts (EDAR) ausgestaltet.
  • Um das Planetengetriebe 9 zu verblocken verbindet die Kupplung K3 das Hohlrad 12 mit dem Planetenträger 18.
  • In einer Ausgestaltung können die Zahnräder 24 und 42 als ein Zahnrad ausgebildet sein. Dann kämmen sowohl das Losrad 36 als auch das Zwischenrad 46 mit diesem einzigen Festrad.
  • 4 zeigt eine zweite Ausgestaltung der Hybrid-Getriebeanordnung 6. Bei dieser ist im Unterschied zu 2 das Planetengetriebe 9 an der Achse der Getriebeeingangswelle 16 gespiegelt. Auch ist die Position der Festräder 26 und 28 und damit auch der Losräder 32 und 34 vertauscht. Dadurch weist die Hybrid-Getriebeanordnung 6 nach 7 drei Doppelschalteinrichtungen S1, S2 und S3 auf, wobei S3 die Kupplung K3 und die Schaltkupplung B umfasst. Dadurch kann mit der Hybrid-Getriebeanordnung 6 nach 7 sowohl ein mechanischer Rückwärtsgang als auch ein elektrodynamischer Rückwärtsgang realisiert werden.
  • Daher ist für die Gangstufe G2 im zweiten verbrennungsmotorischen Vorwärtsgang V2 das Schließen der Kupplung K3 nicht möglich. Um einen mechanischen Rückwärtsgang einzulegen müssen die Trennkupplung K0, die Schaltkupplung R und die Kupplung K3 geschlossen sein.
  • 5 zeigt eine Variante zur Hybrid-Getriebeanordnung 6 nach 4. Dabei sind die Radebenen R1 und RR der Gangstufe G1 und der Gangstufe R vertauscht worden. Ansonsten gelten die Ausführungen wie zu 4.
  • 6 zeigt eine vierte Ausführungsform der Hybrid-Getriebeanordnung 6. Bei dieser ist im Vergleich zu 5 die Abfolge der Gänge auf der zweiten Getriebeeingangswelle 20 wie auch auf der ersten Getriebeeingangswelle 16 vertauscht. Es findet sich auf der zweiten Getriebeeingangswelle die Gangfolge ausgehend vom Planetengetriebe 9 Gangstufe G3, Gangstufe G1 und Rückwärtsgangstufe R. Auf der ersten Getriebeeingangswelle 16 folgen die Gangstufen G2 und G4. Entsprechend hat die Hybrid-Getriebeanordnung 6 nach 9 vier Radsatzebenen R1 bis R4 für Vorwärtsgänge bzw. Gangstufen G1 bis G4, eine Radsatzebene für die Rückwärtsgangebene RR und eine Radsatzebene RA für den Abtrieb.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kraftfahrzeug
    2
    erste Achse
    3
    zweite Achse
    4
    Hybrid-Antriebsstrang
    5
    Verbrennungsmotor
    6
    Hybrid-Getriebeanordnung
    7
    Differenzial
    8
    Differenzial
    9
    Planetengetriebe
    10
    Stirnradgetriebe
    12
    Hohlrad
    14
    Sonnenrad
    16
    erste Getriebeeingangswelle
    18
    Planetenträger
    20
    zweite Getriebeeingangswelle
    22
    Festrad
    24
    Festrad
    26
    Festrad
    28
    Festrad
    30
    Vorgelegewelle
    32
    Losrad
    34
    Losrad
    36
    Losrad
    38
    Losrad
    40
    Festrad
    42
    Festrad
    44
    Losrad
    46
    Zwischenrad
    48
    Dämpfungsanordnung
    50
    Zahnrad
    52
    Zahnrad
    54
    Kette
    56
    Abtriebszahnrad
    58
    Kette
    60
    Zwischenrad
    K0
    Trennupplung
    K3
    Kupplung
    A
    Schaltkupplung
    B
    Schaltkupplung
    C
    Schaltkupplung
    D
    Schaltkupplung
    R
    Schaltkupplung
    S1
    Schalteinrichtung
    S2
    Schalteinrichtung
    S3
    Schalteinrichtung
    R1
    Radsatzebene
    R2
    Radsatzebene
    R3
    Radsatzebene
    R4
    Radsatzebene
    RA
    Radsatzebene
    RR
    Radsatzebene

Claims (16)

  1. Hybrid-Getriebeanordnung (6), die eine Getriebeanordnung (11) und wenigstens einen Elektromotor (EM2) aufweist, wobei die Getriebeanordnung (11) als Gangwechselgetriebe ausgebildet ist und wenigstens ein Planetengetriebe (9) und wenigstens ein Stirnradgetriebe (10) aufweist, wobei das Stirnradgetriebe (10) zwei Eingangswellen (16, 20) aufweist, von denen die erste Getriebeeingangswelle (16) direkt ohne Zwischenschaltung des Planetengetriebes (9) und die zweite Getriebeeingangswelle (20) unter Zwischenschaltung des Planetengetriebes (9) an der Eingangsseite der Hybrid-Getriebeanordnung (6) angebunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass auf der zweiten Getriebeeingangswelle (20) ein Rückwärtsgang-Zahnrad (42) angeordnet ist.
  2. Hybrid-Getriebeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stirnradgetriebe (10) höchstens vier Vorwärtsgangstufen, insbesondere genau vier Vorwärtsgangstufen (G1, G2, G3, G4), aufweist.
  3. Hybrid-Getriebeanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stirnradgetriebe (10) genau eine Radsatzebene (R1, R2, R3, R4) für jeden Vorwärtsgang (G1, G2, G3, G4) aufweist.
  4. Hybrid-Getriebeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybrid-Getriebeanordnung (6) genau eine Vorgelegewelle (30) aufweist.
  5. Hybrid-Getriebeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf wenigstens einer Getriebeeingangswelle (16, 20), insbesondere beiden Getriebeeingangswellen (16, 20), ausschließlich Festräder (22, 24, 26, 28) angeordnet sind.
  6. Hybrid-Getriebeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf wenigstens einer Vorgelegewelle (30) ausschließlich Losräder (32, 34, 36, 38) angeordnet sind.
  7. Hybrid-Getriebeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybrid-Getriebeanordnung (6) eine Kupplung (K3) zum Verblocken des Planetengetriebes (9) aufweist.
  8. Hybrid-Getriebeanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (K3) mit einen Planetenträger (18) und einem Hohlrad (12) des Planetengetriebes (9) verbunden ist.
  9. Kraftfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Verbrennungsmotor (5) und dem Planetengetriebe (9) eine Trennkupplung (K0) angeordnet ist.
  10. Kraftfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (EM2) an das Planetengetriebe (9), insbesondere an die Eingangsseite des Planetengetriebes (9), angebunden ist.
  11. Hybrid-Getriebeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (9) radial innerhalb des Elektromotors (EM2) angeordnet ist.
  12. Hybrid-Getriebeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweiten Getriebeeingangswelle (20) wenigstens eine, insbesondere alle, ungeraden Vorwärts-Gangstufen (G1, G3) zugeordnet sind.
  13. Hybrid-Getriebeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückwärtsgang-Zahnrad (42) am einem Ende, insbesondere dem inneren Ende, der zweiten Getriebeeingangswelle (20) angeordnet ist.
  14. Hybrid-Getriebeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangswellen (16, 20), das Planetengetriebe (9) und/oder eine Kupplung (K3) und/oder eine Trennkupplung (K0) und/oder der Elektromotor (EM2) auf einer Achse angeordnet sind.
  15. Hybrid-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (5), wenigstens einem Elektromotor (EM2) und einer Hybrid-Getriebeanordnung (6), dadurch gekennzeichnet, dass die Hybrid-Getriebeanordnung (6) nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildet ist.
  16. Kraftfahrzeug mit einem Hybrid-Antriebsstrang, dadurch gekennzeichnet, dass der Hybrid-Antriebsstrang (4) nach Anspruch 15 ausgebildet ist.
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