DE102020203179A1 - Hybridgetriebe mit elektrischer Zugkraftunterstützung - Google Patents

Hybridgetriebe mit elektrischer Zugkraftunterstützung Download PDF

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DE102020203179A1
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planetary gear
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hybrid transmission
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English (en)
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Johannes Kaltenbach
Uwe Griesmeier
Stefan Beck
Michael Wechs
Matthias Horn
Jens Moraw
Fabian Kutter
Gerhard Niederbrucker
Thomas Martin
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ZF Friedrichshafen AG
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ZF Friedrichshafen AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60K6/48—Parallel type
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    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
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    • 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
    • F16H2200/00—Transmissions for multiple ratios
    • F16H2200/003—Transmissions for multiple ratios characterised by the number of forward speeds
    • F16H2200/0047—Transmissions for multiple ratios characterised by the number of forward speeds the gear ratios comprising five forward speeds
    • 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
    • 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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    • 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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    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • F16H3/62—Gearings having three or more central gears
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    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybridgetriebe (18) für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) eines Kraftfahrzeugs (10), mit einer ersten Getriebeantriebswelle (22) zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs; einer zweiten Getriebeantriebswelle (24) zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer ersten elektrischen Antriebsmaschine (14) des Kraftfahrzeugs; drei gekoppelten Planetenradsätzen (RS1, RS2, RS3); mehreren Wellen, die jeweils mit Elementen der Planetenradsätze verbunden sind; mehreren Schaltelementen (A, B, C, D, E, F, G, K) zum Verbinden der Wellen, um Gangstufen einzurichten; und einem Abtrieb (32) zum Übertragen von Antriebsleistung aus dem Hybridgetriebe; wobei ein Planentenradträger des zweiten Planetenradsatzes mit der zweiten Getriebeantriebswelle antriebswirksam verbunden ist; ein Hohlrad (38) des zweiten Planetenradsatzes und ein Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes antriebswirksam mit dem Abtrieb verbunden sind; die erste und die zweite Getriebeantriebswelle mittels eines fünften Schaltelements antriebswirksam verbindbar sind; die erste Getriebeantriebswelle mittels eines zweiten Schaltelements antriebwirksam mit dem Abtrieb verbindbar ist, um eine Direktgangstufe für die Antriebsmaschine einzurichten; ein Sonnenrad (26) des ersten Planetenradsatzes mittels eines ersten Schaltelements festsetzbar ist; und ein Sonnenrad (34) des zweiten Planetenradsatzes mittels eines dritten Schaltelements festsetzbar ist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang mit einem solchen Hybridgetriebe und ein Kraftfahrzeug (10) mit einem solchen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybridgetriebe, einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang mit einem solchen Hybridgetriebe sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Kraftfah rzeu g -Antriebsstra n g.
  • Fahrzeuge werden zunehmend mit Hybridantrieben, d. h. mit wenigstens zwei verschiedenen Antriebsquellen ausgestattet. Hybridantriebe können zur Verminderung des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemissionen beitragen. Es haben sich weitgehend Antriebsstränge mit einem Verbrennungsmotor und einem oder mehreren Elektromotoren als Parallelhybrid oder als Mischhybrid durchgesetzt. Derartige Hybridantriebe weisen im Kraftfluss eine im Wesentlichen parallele Anordnung des Verbrennungsmotors und des Elektroantriebs auf. Hierbei werden sowohl eine Überlagerung der Antriebsmomente als auch eine Ansteuerung mit rein verbrennungsmotorischem Antrieb oder rein elektromotorischem Antrieb ermöglicht. Da sich die Antriebsmomente des Elektroantriebs und des Verbrennungsmotors je nach Ansteuerung addieren können, ist eine vergleichsweise kleinere Auslegung des Verbrennungsmotors und/oder dessen zeitweise Abschaltung möglich. Hierdurch kann eine signifikante Reduzierung der CO2-Emissionen ohne nennenswerte Leistungs- bzw. Komforteinbußen erreicht werden. Die Möglichkeiten und Vorteile eines Elektroantriebs können somit mit den Reichweiten-, Leistungs- und Kostenvorteilen von Brennkraftmaschinen verbunden werden.
  • Ein Nachteil der oben genannten Hybridantriebe besteht in einem im Allgemeinen komplexeren Aufbau, da beide Antriebsquellen vorzugsweise mit nur einem Getriebe Antriebsleistung auf eine Antriebswelle übertragen. Hierdurch sind derartige Getriebe meist aufwendig und kostenintensiv in der Produktion. Eine Reduzierung der Komplexität im Aufbau eines Hybridgetriebes geht meistens mit einer Einbuße an Variabilität einher.
  • Dieser Nachteil kann zumindest teilweise mittels dedizierter Hybridgetriebe oder „Dedicated Hybrid Transmissions“ (DHT) überwunden werden, bei denen eine elektrische Maschine in das Getriebe integriert wird, um den vollen Funktionsumfang darzustellen. Beispielsweise kann im Getriebe insbesondere der mechanische Getriebeteil vereinfacht werden, etwa durch Entfall des Rückwärtsgangs, wobei stattdessen mindestens eine elektrische Maschine genutzt wird.
  • Dedizierte Hybridgetriebe können aus bekannten Getriebekonzepten hervorgehen, also aus Doppelkupplungsgetrieben, Wandler-Planetengetrieben, stufenlosen Getrieben (CVT) oder automatisierten Schaltgetrieben. Die elektrische Maschine wird dabei zum Teil des Getriebes.
  • Die Druckschrift DE 10 2017 218 513 A1 offenbart ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Elektromaschine, eine erste Antriebswelle, eine zweite Antriebswelle, eine Abtriebswelle, zumindest zwei Planetenradsätze sowie zumindest vier Schaltelemente, wobei durch selektives Betätigen der zumindest vier Schaltelemente unterschiedliche Gänge schaltbar und zudem im Zusammenspiel mit der Elektromaschine unterschiedliche Betriebsmodi darstellbar sind, sowie einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Getriebe und ein Verfahren zum Betreiben desselbigen.
  • Vor diesem Hintergrund stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, ein lastschaltfähiges kompaktes Hybridgetriebe zu schaffen, das insbesondere eine verbesserte Übersetzung für die Antriebsmaschinen bei hohen Fahrgeschwindigkeiten erlaubt.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Hybridgetriebe für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs , mit:
    • einer ersten Getriebeantriebswelle zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs ;
    • einer zweiten Getriebeantriebswelle zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer ersten elektrischen Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs;
    • drei gekoppelten Planetenradsätzen;
    • mehreren Wellen, die jeweils mit Elementen der Planetenradsätze verbunden sind;
    • mehreren Schaltelementen zum Verbinden der Wellen, um Gangstufen einzurichten; und
    • einem Abtrieb zum Übertragen von Antriebsleistung aus dem Hybridgetriebe; wobei
    • ein Planentenradträger des zweiten Planetenradsatzes mit der zweiten Getriebeantriebswelle antriebswirksam verbunden ist;
    • ein Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes und ein Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes antriebswirksam mit dem Abtrieb verbunden sind;
    • die erste und die zweite Getriebeantriebswelle mittels eines fünften Schaltelements antriebswirksam verbindbar sind;
    • die erste Getriebeantriebswelle mittels eines zweiten Schaltelements antriebswirksam mit dem Abtrieb verbindbar ist, um eine Direktgangstufe für die Antriebsmaschine einzurichten;
    • ein Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes mittels eines ersten Schaltelements festsetzbar ist; und
    • ein Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes mittels eines dritten Schaltelements festsetzbar ist.
  • Die Aufgabe wird ferner gelöst durch einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit:
    • einem Hybridgetriebe wie zuvor definiert;
    • einer Antriebsmaschine, die mit der ersten Getriebeantriebswelle verbindbar ist; und
    • einer ersten elektrischen Antriebsmaschine, die mit der zweiten Getriebeantriebswelle antriebswirksam verbunden ist.
  • Schließlich wird die Aufgabe gelöst von einem Kraftfahrzeug mit:
    • einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang wie zuvor definiert; und
    • einem Energiespeicher zum Speichern von Energie zum Versorgen der ersten elektrischen Antriebsmaschine und/oder der zweiten elektrischen Antriebsmaschine.
  • Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Insbesondere können der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang und das Kraftfahrzeug entsprechend den für das Hybridgetriebe in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Ausgestaltungen ausgeführt sein.
  • Durch eine erste und zweite Getriebeantriebswelle kann ein kompaktes Hybridgetriebe geschaffen werden, das insbesondere eine kombinierte, also hybride Antriebsweise zweier Antriebsmaschinen erlaubt. Mittels der drei gekoppelten Planetenradsätze können vorzugsweise bis zu fünf Übersetzungsstufen für eine Antriebsmaschine eingerichtet werden. Insbesondere kann ein zusätzlicher langer Gang vorzugsweise für eine Antriebsmaschine in Form einer Verbrennungsmaschine bereitgestellt werden, sodass bei höheren Fahrgeschwindigkeiten die Drehzahl der Verbrennungsmaschine abgesenkt werden kann, ohne dass eine Drehzahl der ersten elektrischen Antriebsmaschine ebenfalls abgesenkt wird. Die Verbrennungsmaschine kann hierbei vorzugsweise in einem verbrauchsgünstigen Betriebspunkt betrieben werden, wobei die erste elektrische Antriebsmaschine gleichzeitig ein gutes Ansprechverhalten sicherstellen kann. Da die Drehzahl der ersten elektrischen Antriebsmaschine nicht mitabgesenkt werden muss, kann die erste elektrische Antriebsmaschine bei Bedarf spontan eine hohe Leistung abgeben. Die drei gekoppelten Planetenradsätze erlauben eine kompakte Bauweise des Hybridgetriebes bei einer geringen Bauteilbelastung. Die Übersetzungsstufen können dabei mit nur wenigen Zahneingriffen erreicht werden, was zu einem Verzahnungswirkungsgrad, einer guten Übersetzungsreihe und wenig Getriebeverlusten führt.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Getriebeantriebswelle zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer Antriebsmaschine in Form einer Verbrennungsmaschine ausgebildet, wobei drei Planetenradsätze zum Einrichten von mindestens fünf zugkraftunterbrechungsfrei schaltbaren Vorwärtsgangstufen für die Verbrennungsmaschine ausgebildet sind. Durch das Einrichten von mindestens fünf zugkraftunterbrechungsfrei schaltbaren Vorwärtsgangstufen kann ein Hybridgetriebe geschaffen werden, das einen erhöhten Fahrkomfort bei kompakter Bauweise erlaubt.
  • Ferner kann insbesondere die Effizienz des Getriebes erhöht sein sowie eine Bauteilbelastung des Getriebes verringert werden. Es kann ein Kraftfahrzeug-Antriebsstrang geschaffen werden, der eine erhöhte Effizienz aufweist.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Schaltelemente als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet. Ergänzend oder alternativ sind wenigstens zwei der Schaltelemente als Doppelschaltelement ausgebildet und von einem doppeltwirkenden Aktor betätigbar. Ein Doppelschaltelement ermöglicht es, das Hybridgetriebe mit weniger Bauteilen aufzubauen, da zur Betätigung eines Doppelschaltelements, also zum Einlegen von zwei Gangstufen, nur ein Aktor verwendet werden muss. Ferner ist die Ansteuerung des Hybridgetriebes vereinfacht. Zudem baut das Hybridgetriebe kompakt, also mit weniger Bauraumbedarf. Durch die Verwendung von formschlüssigen Schaltelementen kann das Hybridgetriebe mit weniger Verlust, also effizienter, ausgeführt sein. Insbesondere führen formschlüssige Schaltelemente zu einem kosteneffizienteren Hybridgetriebe.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Sonnenräder des ersten, zweiten und dritten Planetenradsatzes jeweils auf einer Hohlwelle angeordnet, die die erste Getriebeantriebswelle zumindest abschnittsweise umgibt. Hierdurch kann die Kompaktheit des Hybridgetriebes weiter verbessert werden. Es kann insbesondere ein Hybridgetriebe geschaffen werden, das axial kurz baut.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die zweite Getriebeantriebswelle als Hohlwelle ausgebildet und umgibt die Hohlwelle, an der das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes angeordnet ist, zumindest abschnittsweise. Hierdurch kann eine Kompaktheit des Hybridgetriebes weiter verbessert werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Hybridgetriebe eine Verbrennungsmaschinenkupplung zum lösbaren Verbinden der ersten Getriebeantriebswelle mit der Verbrennungsmaschine auf. Die Verbrennungsmaschinenkupplung ist vorzugsweise als Reibkupplung ausgebildet. Hierdurch kann ein Anschleppen der Verbrennungsmaschine durch eine elektrische Antriebsmaschine erfolgen. Insbesondere kann ein Zuschalten der Verbrennungsmaschine vereinfacht erfolgen, da ein vorheriges Synchronisieren der Schaltelemente nicht stattfinden muss. Ferner kann bei einem rein elektrischen Fahrbetrieb die Verbrennungsmaschine vom Hybridgetriebe abgekoppelt werden und muss nicht mitgeschleppt werden. Die Effizienz des Hybridgetriebes wird erhöht.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind zwei Gangstufen für die erste elektrische Antriebsmaschine einrichtbar, bei denen die erste Getriebeantriebswelle stillsteht. Hierdurch kann die Effizienz des Getriebes weiter erhöht werden. Insbesondere sind wenigstens zwei Gangstufen einrichtbar, bei denen die Verbrennungsmaschine nicht zwangsläufig mitgeschleppt wird. Vorzugsweise kann hierbei auch ohne Verbrennungsmaschinenkupplung eine hohe Effizienz erreicht werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Hohlrad des dritten Planetenradsatzes eine Kopplung zum Abtrieb auf, weist der Planetenradträger des dritten Planetenradsatzes eine Kopplung zur ersten Getriebeantriebswelle auf und weist das Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes eine Kopplung zum Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes auf. Ergänzend liegen zwei von diesen drei Kopplungen als permanent drehfeste Verbindung vor, wobei bei der noch verbleibenden Kopplung eine drehfeste Verbindung über ein viertes Schaltelement herstellbar ist. Hierdurch kann technisch einfach und insbesondere durch Einlegen von nur einem Schaltelement eine Übersetzung mittels der drei gekoppelten Planetenradsätze eingerichtet werden. Durch drei Kopplungen, wobei nur eine über ein Schaltelement schaltbar ist, kann ein variables Hybridgetriebe geschaffen werden, das insbesondere abhängig davon, wo die schaltbare Kopplung angeordnet ist, verschiedene Übersetzungen je nach Anwendungsfall einrichten kann.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Getriebeantriebswelle dazu ausgebildet, mit einer zweiten elektrischen Antriebsmaschine antriebswirksam verbunden zu werden. Hierdurch können rein elektrische Lastschaltfunktionen eingerichtet werden. Ferner kann die zweite elektrische Antriebsmaschine die Verbrennungsmaschine bei der Synchronisation der Schaltelemente unterstützen, während die erste elektrische Antriebsmaschine die Zugkraft aufrechterhält. Eine Leistungsverschränkung der Antriebsleistung der ersten und zweiten elektrischen Antriebsmaschine kann eingerichtet werden, sodass eine höhere rein elektrische Antriebsleistung bereitgestellt werden kann. Ferner kann die zweite elektrische Antriebsmaschine die Verbrennungsmaschine starten, vorzugsweise ist hierfür eine Verbrennungsmaschinenkupplung vorgesehen. Die Verbrennungsmaschinenkupplung kann vorzugsweise als synchronisierte Kupplung ausgeführt sein, also beispielsweise als Klauenschaltelement, da die zweite elektrische Antriebsmaschine die Verbrennungsmaschinenkupplung synchronisieren kann. Durch eine zweite elektrische Antriebsmaschine kann ein serieller Fahrbetrieb eingerichtet werden, es kann also batterieunabhängig gefahren werden, indem die zweite elektrische Antriebsmaschine als Generator arbeitet und die erste elektrische Antriebsmaschine mit Antriebsleistung versorgt.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Hybridgetriebe ein sechstes Schaltelement auf, das dazu ausgebildet ist, das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes antriebswirksam mit der ersten Getriebeantriebswelle zu verbinden. Ergänzend oder alternativ ist ein siebtes Schaltelement vorgesehen, das dazu ausgebildet ist, das dazu ausgebildet ist, den ersten und/oder zweiten Planetenradsatz zu verblocken. Weiterhin ergänzend oder alternativ weist das Hybridgetriebe ein achtes Schaltelement auf, das dazu ausgebildet ist, die Sonnenräder des zweiten und dritten Planetenradsatzes antriebswirksam mit der ersten Getriebeantriebswelle zu verbinden. Durch das sechste Schaltelement, das dazu ausgebildet ist, das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes antriebswirksam mit der ersten Getriebeantriebswelle zu verbinden, kann eine Drehzahlüberlagerung am ersten Planetenradsatz, ein sogenannter EDA-Modus, eingerichtet werden. Hierbei treibt die erste elektrische Antriebsmaschine das Hohlrad an, und die Verbrennungsmaschine und/oder die zweite elektrische Antriebsmaschine, sofern vorhanden, treibt das Sonnenrad an. Der Planetenradträger, auch als Steg bekannt, ist dabei antriebswirksam mit dem Abtrieb gekoppelt. Durch das siebte Schaltelement, das dazu ausgebildet ist, das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes antriebswirksam mit dem Abtrieb zu verbinden, wird eine Verblockung des ersten und zweiten Planetenradsatzes erreicht. Es kann ein weiterer rein elektrischer Fahrgang für die erste elektrische Antriebsmaschine eingerichtet werden. Vorzugsweise kann die Verbrennungsmaschine aus diesem Fahrgang zugestartet werden. Vorliegend wird eine Verblockung dadurch erreicht, dass das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes antriebswirksam mit dem Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes verbunden wird. Ferner kann eine Verblockung auch dadurch erreicht werden, dass das siebte Schaltelement das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes antriebswirksam mit dem Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes verbindet oder dass das siebte Schaltelement das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes mit dem Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes verbindet. Durch das achte Schaltelement, das dazu ausgebildet ist, die Sonnenräder des zweiten und dritten Planetenradsatzes antriebswirksam mit der ersten Getriebeantriebswelle zu verbinden, kann für die Antriebsmaschine, die an der ersten Getriebeantriebswelle angeordnet ist, ein weiterer, kurzer Gang eingerichtet werden. Hierdurch kann ein Sechsganggetriebe geschaffen werden, bei dem die ersten beiden Gangsprünge vergleichsweise klein sind.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der Kraftfahrzeugantriebstrang eine zweite elektrische Antriebsmaschine auf, die mit der ersten Getriebeantriebswelle antriebswirksam verbunden ist. Hierdurch können die oben beschriebenen Vorteile einer zweiten elektrischen Antriebsmaschine in einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang erreicht werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die zweite elektrische Antriebsmaschine als Startergenerator zum Starten der Verbrennungsmaschine ansteuerbar. Ergänzend oder alternativ ist die zweite elektrische Antriebsmaschine als Ladegenerator zum Laden eines Energiespeichers ansteuerbar. Weiterhin ergänzend oder alternativ ist die zweite elektrische Antriebsmaschine als Generator zum Versorgen der ersten elektrischen Antriebsmaschine bei einem seriellen Fahrmodus ansteuerbar. Hierdurch kann der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang effizient betrieben werden. Der Kraftstoffverbrauch kann reduziert werden. Ferner kann auf einen zusätzlichen Anlasser für die Verbrennungsmaschine verzichtet werden. Ein Synchronisieren kann vereinfacht und schnell erfolgen, wobei vorzugsweise durchgehend formschlüssige Schaltelemente verwendet werden können.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste elektrische Antriebsmaschine als elektrodynamisches Anfahrelement und/oder als ein Stützkraftmittel bei Gangwechseln der Verbrennungsmaschine ansteuerbar. Hierdurch kann der Fahrkomfort und die zur Verfügung stehende Antriebsleistung des Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs erhöht werden. Durch ein elektrodynamisches Anfahrelement ist es insbesondere möglich, auf eine Reibkupplung beim Anfahren zu verzichten und dennoch verbrennungsmotorisch unterstützt anzufahren.
  • Unter Standladen ist insbesondere das Betreiben der elektrischen Antriebsmaschine als Generator zu verstehen, vorzugsweise bei einem Stillstand mit laufender Verbrennungsmaschine, um einen Energiespeicher zu befüllen und/oder eine Bordelektronik zu speisen.
  • Ein Aktor ist vorliegend insbesondere ein Bauteil, das ein elektrisches Signal in eine mechanische Bewegung umsetzt. Vorzugsweise führen Aktoren, die mit Doppelschaltelementen verwendet werden, Bewegungen in zwei entgegengesetzte Richtungen aus, um in der ersten Richtung ein Schaltelement des Doppelschaltelements zu schalten und in der zweiten Richtung das andere Schaltelement zu schalten.
  • Ein Festsetzen eines Elements eines Planetenradsatzes ist insbesondere als ein Blockieren einer Drehung des Elements um seine Rotationsachse zu verstehen. Vorzugsweise wird dabei das Element mittels eines Schaltelements drehfest mit einem statischen Bauteil wie einem Rahmen und/oder einem Getriebegehäuse verbunden. Es ist auch denkbar, das Element bis zu einem Stillstand zu bremsen.
  • Ein Verblocken eines Planetenradsatzes umfasst ein antriebswirksames Verbinden zweier Zahnräder und/oder des Planetenradträgers und eines Zahnrads des Planetenradsatzes, sodass diese gemeinsam mit der gleichen Umdrehungszahl um denselben Punkt, vorzugsweise den Mittelpunkt des Planetenradsatzes, rotieren. Beim Verblocken zweier Zahnräder und/oder eines Planetenradträgers und eines Zahnrads des Planetenradsatzes wirkt der Planetenradsatz vorzugsweise wie eine Welle, es findet insbesondere keine Übersetzung im Planetenradsatz statt.
  • Ein Gangstufenwechsel erfolgt insbesondere durch Abschalten eines Schaltelementes und/oder einer Kupplung und gleichzeitiges Aufschalten des Schaltelementes und/oder der Kupplung für die nächsthöhere oder -niedrigere Gangstufe. Das zweite Schaltelement und/oder die zweite Kupplung übernimmt also Stück für Stück das Drehmoment vom ersten Schaltelement und/oder der ersten Kupplung, bis am Ende des Gangstufenwechsels das gesamte Drehmoment vom zweiten Schaltelement und/oder der zweiten Kupplung übernommen wird. Bei vorheriger Synchronisation kann ein Gangwechsel schneller erfolgen, vorzugsweise können da¬bei formschlüssige Schaltelemente Anwendung finden.
  • Eine Verbrennungsmaschine kann insbesondere jede Maschine sein, die durch Verbrennen eines Antriebsmittels, wie Benzin, Diesel, Kerosin, Ethanol, Flüssiggas, Autogas, etc. eine Drehbewegung erzeugen kann. Eine Verbrennungsmaschine kann beispielsweise ein Ottomotor, ein Dieselmotor, ein Wankelmotor oder ein Zweitaktmotor sein.
  • Ein elektrodynamisches Anfahrelement, EDA, bewirkt, dass über einen oder mehrere Planetenradsätze eine Drehzahlüberlagerung von Verbrennungsmaschinen-Drehzahl und elektrischer Antriebsmaschinen-Drehzahl stattfindet, sodass ein Anfahren eines Kraftfahrzeugs aus dem Stillstand bei laufender Verbrennungsmaschine, vorzugsweise ohne Reibkupplung, möglich ist. Dabei stützt die elektrische Antriebsmaschine ein Drehmoment ab. Vorzugsweise ist die Verbrennungsmaschine nicht mehr durch eine Anfahrkupplung oder dergleichen vom Getriebe trennbar. Durch Verwenden eines EDAs können vorzugsweise Anlasser, Generator und Anfahrkupplung beziehungsweise hydrodynamischer Wandler entfallen. Dabei baut ein EDA insbesondere so kompakt, dass alle Komponenten im serienmäßigen Kupplungsgehäuse ohne Verlängerung des Getriebes Platz finden. Das elektrodynamische Anfahrelement kann beispielsweise über einen weich abgestimmten Torsionsdämpfer fest mit einer Verbrennungsmaschine und insbesondere einem Schwungrad einer Verbrennungsmaschine verbunden sein. Somit können die elektrische Antriebsmaschine und die Verbrennungsmaschine wahlweise gleichzeitig oder alternativ betrieben werden. Hält das Kraftfahrzeug an, können elektrische Antriebsmaschine und Verbrennungsmaschine abgeschaltet werden. Aufgrund einer guten Regelbarkeit der elektrischen Antriebsmaschine wird eine sehr hohe Anfahrqualität erreicht, die der eines Antriebs mit Wandlerkupplung entsprechen kann.
  • Bei einer sogenannten abtriebsgestützten Schaltung ist eine elektrische Antriebsmaschine mit einer festen Übersetzung zum Abtrieb hin verbunden und stützt die Zugkraft alleine elektromotorisch, während die Verbrennungsmaschine im Hintergrund eine lastfreie Schaltung wie bei einem automatisierten Schaltgetriebe ausführt.
  • Bei einer sogenannten elektrodynamischen Schaltung, EDS, findet wie beim EDA-Anfahren über einen oder mehrere Planetenradsätze eine Drehzahlüberlagerung von Verbrennungsmaschinen-Drehzahl und elektrischer Antriebsmaschinen-Drehzahl statt. Zum Schaltungsbeginn werden die Drehmomente der elektrischen Antriebsmaschine und der Verbrennungsmaschine angepasst, sodass das auszulegende Schaltelement lastfrei wird. Nach dem Öffnen dieses Schaltelements erfolgt eine Drehzahlanpassung unter Erhaltung der Zugkraft, sodass das einzulegende Schaltelement synchron wird. Nach dem Schließen des Schaltelements erfolgt die Lastaufteilung zwischen der Verbrennungsmaschine und der elektrischen Antriebsmaschine beliebig je nach Hybrid-Betriebsstrategie. Das elektrodynamische Schaltverfahren (EDS) hat den Vorteil, dass das zu schaltende Schaltelement des Zielgangs durch das Zusammenspiel der elektrischen Antriebsmaschine und der Verbrennungsmaschine synchronisiert wird, wobei die elektrische Antriebsmaschine vorzugsweise präzise regelbar ist. Ein weiterer Vorteil des EDS-Schaltverfahrens ist, dass eine hohe Zugkraft erreicht werden kann, da sich die Drehmomente der Verbrennungsmaschine und der elektrischen Maschine im Hybridgetriebe summieren.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang;
    • 2 eine erste Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 3 ein Schaltschema des Hybridgetriebes der 2;
    • 4 eine zweite Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 5 eine dritte Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 6 eine vierte Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 7 eine fünfte Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 8 eine sechste Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes; und
    • 9 eine siebte Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes.
  • In 1 ist schematisch ein Kraftfahrzeug 10 mit einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 gezeigt. Der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 weist eine erste elektrische Antriebsmaschine 14 und eine Verbrennungsmaschine 16 auf, die mittels eines Hybridgetriebes 18 mit einer Hinterachse des Kraftfahrzeugs 10 verbunden sind. Es versteht sich, dass auch eine Verbindung mit einer Vorderachse des Kraftfahrzeugs 10 möglich ist. Mittels des Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs 12 wird Antriebsleistung der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 und der Verbrennungsmaschine 16 den Rädern des Kraftfahrzeugs 10 zugeführt. Das Kraftfahrzeug 10 weist ferner einen Energiespeicher 20 auf, um Energie zu speichern, die zum Versorgen der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 dient.
  • In 2 ist eine erste Variante eines Hybridgetriebes 18 gezeigt. Das Hybridgetriebe 18 weist eine erste Getriebeantriebswelle 22 und eine zweite Getriebeantriebswelle 24 auf. Die erste Getriebeantriebswelle 22 ist dazu ausgebildet, antriebswirksam mit einer nicht gezeigten Verbrennungsmaschine 16 verbunden zu werden. Die zweite Getriebeantriebswelle 24 ist antriebswirksam mit der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 verbunden.
  • Das Hybridgetriebe 18 weist ferner einen ersten Planetenradsatz RS1, einen zweiten Planetenradsatz RS2 und einen dritten Planetenradsatz RS3 auf.
  • Der erste Planetenradsatz RS1 umfasst ein Sonnenrad 26, ein Planetenrad 28 und ein Hohlrad 30. Das Sonnenrad 26 kann durch Einlegen eines ersten Schaltelements A festgesetzt, also drehfest mit einem gehäusefesten Bauteil verbunden werden. Ein Planetenradträger kann mittels eines zweiten Schaltelements B antriebswirksam mit der ersten Getriebeantriebswelle 22 verbunden werden. Das Hohlrad 30 kann antriebswirksam mittels eines fünften Schaltelements K mit der ersten Getriebeantriebswelle verbunden werden und ist selbst drehfest bzw. antriebswirksam mit der zweiten Getriebeantriebswelle 24 verbunden. Der Planetenradträger ist zudem antriebswirksam mit einem Abtrieb 32 verbunden.
  • Der zweite Planetenradsatz RS 2 weist ebenfalls ein Sonnenrad 34, ein Planetenrad 36 und ein Hohlrad 38 auf. Das Sonnenrad 34 des zweiten Planetenradsatzes RS2 kann dabei durch Einlegen eines dritten Schaltelements C festgesetzt, also mit einem gehäusefesten Bauteil antriebswirksam verbunden werden. Ein Planetenradträger ist antriebswirksam mit der zweiten Getriebeantriebswelle 24 verbunden. Das Hohlrad 38 ist antriebswirksam mit dem Abtrieb 32 sowie dem Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes verbunden.
  • Der dritte Planetenradsatz RS3 weist ein Sonnenrad 40, ein Planetenrad 42 und ein Hohlrad 44 auf. Das Sonnenrad 40 ist dabei ebenfalls mittels des dritten Schaltelements C festsetzbar. Das Sonnenrad 40 des dritten Planetenradsatzes RS3 ist dabei antriebswirksam mit dem Sonnenrad 34 des zweiten Planetenradsatzes verbunden. Ein Planetenradträger kann durch Einlegen eines vierten Schaltelements D antriebswirksam mit der ersten Getriebeantriebswelle 22 verbunden werden. Das Hohlrad 44 ist dabei antriebswirksam mit dem Hohlrad 30 und der zweiten Getriebeantriebswelle 24 verbunden.
  • In 3 ist ein Schaltschema 46 gezeigt. In einer ersten Spalte des Schaltschemas 46 sind verschiedene Zustände mit Z1 bis Z11 benannt. In einer zweiten Spalte des Schaltschemas 46 sind die Gangstufen für die erste elektrische Antriebsmaschine 14 benannt. In einer dritten Spalte sind die Gangstufen für die Verbrennungsmaschine 16 benannt. In der vierte bis achten Spalte sind die Schaltzustände der einzelnen Schaltelemente (A, B, C, D, K) benannt, wobei ein „X“ bedeutet, dass das Schaltelement geschlossen ist, also die ihm zugeordneten Getriebebauteile antriebswirksam miteinander verbindet. Ferner bedeutet die Gangstufe 0, dass keine Antriebsleistung mittels der entsprechenden Antriebsmaschine 14, 16 übertragen wird.
  • Im Zustand Z1 ist für die erste elektrische Antriebsmaschine 14 die zweite Gangstufe eingelegt. Für die Verbrennungsmaschine 16 ist keine Gangstufe eingelegt. Hierzu ist das erste Schaltelement A zu schließen. Die erste elektrische Antriebsmaschine 14 stellt folglich alleine die Antriebsleistung zur Verfügung.
  • Im Zustand Z2 ist für die erste elektrische Antriebsmaschine 14 die vierte Gangstufe eingelegt. Für die Verbrennungsmaschine 16 ist ebenfalls kein Gang eingelegt. In diesem Zustand ist das dritte Schaltelement C zu schließen. Die erste elektrische Antriebsmaschine 14 stellt also alleine die Antriebsleistung zur Verfügung, wobei mit einer geringeren Übersetzung gefahren wird.
  • Im Zustand Z3 ist für die erste elektrische Antriebsmaschine 14 keine Gangstufe eingelegt und für die Verbrennungsmaschine 16 die dritte Gangstufe. Hierzu ist das zweite Schaltelement B zu schließen. Die Verbrennungsmaschine 16 stellt folglich alleine die Antriebsleistung zur Verfügung.
  • Im Zustand Z4 befindet sich die erste elektrische Antriebsmaschine 14 im zweiten Gangstufe und die Verbrennungsmaschine 16 in der ersten Gangstufe. So sind das erste und vierte Schaltelement A, D zu schließen. Es erfolgt ein Hybridbetrieb, bei dem beide Antriebsmaschinen 14, 16 Antriebsleistung bereitstellen.
  • Im Zustand Z5 befinden sich sowohl die erste elektrische Antriebsmaschine 14 als auch die Verbrennungsmaschine 16 in der zweiten Gangstufe. Hierzu sind das erste und fünfte Schaltelement A, K zu schließen.
  • Im Zustand Z6 befindet sich die erste elektrische Antriebsmaschine 14 in der zweiten Gangstufe und die Verbrennungsmaschine 16 in der dritten Gangstufe. Hierzu sind das erste und zweite Schaltelement A, B zu schließen.
  • Im Zustand Z7 befindet sich die erste elektrische Antriebsmaschine 14 in der vierten Gangstufe und die Verbrennungsmaschine 16 in der dritten Gangstufe. Hierzu sind das zweite und dritte Schaltelement B, C zu schließen.
  • Im Zustand Z8 befinden sich sowohl die erste elektrische Antriebsmaschine 14 als auch die Verbrennungsmaschine 16 in der vierten Gangstufe. Hierzu sind das dritte und fünfte Schaltelement C, K zu schließen.
  • Im Zustand Z9 befindet sich die erste elektrische Antriebsmaschine 14 in der vierten Gangstufe und die Verbrennungsmaschine 16 in der fünften Gangstufe. So sind das dritte und vierte Schaltelement C, D zu schließen.
  • Im Zustand Z10 befinden sich sowohl die Verbrennungsmaschine 16 als auch die erste elektrische Antriebsmaschine 14 in der nullten Gangstufe. In anderen Worten wird keine Antriebsleistung zum Abtrieb 32 übertragen. Hierzu ist das Schaltelement K zu schließen, um die erste elektrische Antriebsmaschine 14 mittels der Verbrennungsmaschine 16 generatorisch zu betreiben und beispielsweise ein Standladen oder ein Laden in neutral zu ermöglichen.
  • Im Zustand Z11 befindet sich die erste elektrische Antriebsmaschine 14 und die Verbrennungsmaschine 16 im dritten Gang. Hierzu sind das zweite und fünfte Schaltelement B, K zu schließen.
  • In den Zuständen Z1 und Z2 wird folglich allein durch die erste elektrische Antriebsmaschine 14 gefahren.
  • Im Zustand Z3 wird allein durch die Verbrennungsmaschine 16 gefahren.
  • In den Zuständen Z4 bis Z9 und Z11 wird hybrid mit beiden Antriebsmaschinen 14, 16 gefahren.
  • Insbesondere kann ausgehend vom Zustand Z1 in die Zustände Z4, Z5 und Z6 gewechselt werden, indem das zweite, vierte oder fünfte Schaltelement B, D, K geschlossen wird. Dieses weitere Schaltelement kann mit der weiteren Antriebsmaschine an der ersten Getriebeantriebswelle 22 synchronisiert werden. Im Falle einer Verbrennungsmaschine 16 an der ersten Getriebeantriebswelle 22 umfassen die oben genannten Zustände hybridische Zustände. Hierbei ist ein Zustart der Verbrennungsmaschine 16 in die Gangstufen 1, 2 oder 3 möglich.
  • Ausgehend vom Zustand Z2 kann in die Zustände Z7, Z8 und Z9 gewechselt werden, indem das zweite, vierte oder fünfte Schaltelement B, D, K geschlossen wird. Dieses weitere Schaltelement kann mit der weiteren Antriebsmaschine an der ersten Getriebeantriebswelle 22 synchronisiert werden. Im Fall einer Verbrennungsmaschine an der ersten Getriebeantriebswelle 22 sind diese Zustände ebenfalls hybridische Zustände. Hierdurch ist dann ein Zustart der Verbrennungsmaschine 16 in die Gangstufen 3, 4 oder 5 möglich.
  • Bei einem Zustandwechsel zwischen den Zuständen Z4 bis Z9 ist es folglich immer möglich, dass die nicht am Wechsel beteiligte Antriebsmaschine die Zugkraft am Abtrieb aufrechterhält. Eine Identifikation der Antriebsmaschine, die nicht am Wechsel beteiligt ist, ist am Schaltschema 46 daran ersichtlich, dass sich die zugehörige Gangstufe nicht ändert. Zum Zustandswechsel baut die an der Schaltung beteiligte Antriebsmaschine ihre Last ab, sodass das dann lastfrei gewordene Schaltelement ausgelegt werden kann. Anschließend wird das einzulegende Schaltelement synchronisiert und eingelegt.
  • Die Synchronisation kann hierbei über die jeweilige Antriebsmaschine erfolgen. Es versteht sich, dass auch ein Synchronelement am Schaltelement selbst oder mithilfe einer anderen zentralen Synchronisierungseinrichtung geschaltet werden kann. Ferner versteht sich, dass die entsprechende Antriebsmaschine gegebenenfalls auch über eine nicht dargestellte, zusätzliche Trennkupplung abgekoppelt werden kann. Eine Identifikation der am Wechsel beteiligten Antriebsmaschine erfolgt ebenfalls anhand des Schaltschemas 46 und ist daran zu erkennen, dass sich die zugehörige Gangstufe ändert. Im Zustand Z10 kann neben dem Laden auch ein Start der Verbrennungsmaschine 16 mittels der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 erfolgen.
  • In 4 ist eine zweite Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. In dieser Darstellung sowie in der folgenden Darstellung soll lediglich auf die Unterschiede eingegangen werden. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich auf gleiche Merkmale und werden nicht zwangsläufig erneut erläutert.
  • Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Variante weist der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 eine zweite elektrische Antriebsmaschine 48 auf. Diese ist antriebswirksam mit der ersten Getriebeantriebswelle 22 verbunden. Es versteht sich, dass die Zustände des Schaltschemas 46 ebenfalls für die in der 4 gezeigten Getriebevariante anwendbar sind, wobei die Gangstufen für die zweite elektrische Antriebsmaschine 48 analog zu den Gangstufen der Verbrennungsmaschine 16 sind.
  • Ferner ist im Unterschied zu der in 2 gezeigten Variante eine Verbrennungsmaschinenkupplung K0 vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, die Verbrennungsmaschine 16 lösbar antriebswirksam mit der ersten Getriebeantriebswelle 22 zu verbinden. Es versteht sich, dass bei geöffneter Verbrennungsmaschinenkupplung K0 ein rein elektrisches Fahren unter Lastschaltung der einzelnen Gangstufen, wie oben im Schaltschema 46 erläutert, möglich ist. Ferner kann durch Schließen der Verbrennungsmaschinenkupplung K0 ein serieller Betrieb eingerichtet werden, bei dem die zweite elektrische Antriebsmaschine 48 von der Verbrennungsmaschine 16 generatorisch betrieben wird und die so erzeugte Energie der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 zur Verfügung gestellt wird. Das ist insbesondere beim Schaltzustand Z1 und Z2 möglich.
  • In 5 ist eine dritte Variante eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs 12 mit einem Hybridgetriebe 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Variante ist der Planetenradträger des dritten Planetenradsatzes RS3 antriebswirksam mit der ersten Getriebeantriebswelle 22 verbunden, wobei das vierte Schaltelement D das Sonnenrad 40 des dritten Planetenradsatzes RS3 und das Sonnenrad 34 des zweiten Planetenradsatzes RS2 antriebswirksam miteinander verbinden kann.
  • In 6 ist eine vierte Variante eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs 12 mit einem Hybridgetriebe 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 5 gezeigten Variante sind die Sonnenräder 34, 40 des zweiten und dritten Planetenradsatzes RS2, RS3 antriebswirksam miteinander verbunden, wobei das vierte Schaltelement D das Hohlrad 44 des dritten Planetenradsatzes RS3 antriebswirksam mit der zweiten Getriebeantriebswelle 24 verbinden kann.
  • Die in den 5 und 6 gezeigten Varianten von Hybridgetrieben 18 sind dabei funktional im Wesentlichen gleich, wobei die Vor- und Nachteile im Wesentlichen konstruktiver Art sind. Insbesondere ergeben sich andere Drehzahl- und Drehmomentverhältnisse am dritten Planetenradsatz RS3, wenn das vierte Schaltelement D offen ist.
  • In 7 ist eine fünfte Variante eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs 12 mit einem Hybridgetriebe 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Variante ist ein weiteres sechstes Schaltelement E vorgesehen, das das Sonnenrad 26 des ersten Planetenradsatzes RS1 antriebswirksam mit der ersten Getriebeantriebswelle 22 verbinden kann. Wird das sechste Schaltelement E geschlossen, ergibt sich eine Drehzahlüberlagerung am ersten Planetenradsatz RS1. Es kann ein sogenannter EDA-Modus eingerichtet werden, bei dem die erste elektrische Antriebsmaschine 14 das Hohlrad 30 des ersten Planetenradsatzes RS1 antreibt, wobei die Verbrennungsmaschine 16 die Sonne bzw. das Sonnenrad 26 antreibt. Der Abtrieb erfolgt dann über den Planetenradträger.
  • Es versteht sich, dass auch bei dieser Variante eine zweite elektrische Antriebsmaschine 48 vorgesehen sein kann. Hierdurch kann insbesondere ein rein elektrischer EDA-Modus und/oder eine rein elektrische EDS-Schaltung erfolgen. Beispielsweise kann eine Verbrennungsmaschinenkupplung K0 geöffnet werden. Somit sind die elektrischen Gangstufen untereinander rein elektrisch lastschaltbar. Es versteht sich, dass das erste und dritte Schaltelement A, C aufgrund der Drehzahlüberlagerung synchronisiert werden können, wobei gleichzeitig ein Kraftfluss zum Abtrieb 32 besteht. Insbesondere ist ein rein elektrisches EDA-Anfahren möglich. Es ist ebenfalls möglich, die nicht gezeigte Verbrennungsmaschinenkupplung K0 zu öffnen und das sechste Schaltelement E zu schließen. Vorteil ist hierbei, dass mit hohem Drehmoment und sehr niedrigen Fahrgeschwindigkeiten auch längere Zeit gefahren werden kann. Insbesondere kann hierbei eine Überhitzung der elektrischen Antriebsmaschinen 14, 48 oder der Elektronik für die elektrischen Antriebsmaschinen 14, 48 verhindert werden, da die beiden elektrischen Antriebsmaschinen 14, 48 bei geeigneten hohen Drehzahlen betrieben werden können. Mit anderen Worten wird ein Betrieb mit niedrigen Drehzahlen der elektrischen Antriebsmaschinen 14, 48 vermieden.
  • Die Verbrennungsmaschine 16 und die erste elektrische Antriebsmaschine 14 können leistungsverzweigt fahren. Insbesondere kann das leistungsverzweigte Fahren auch bei leerem Energiespeicher 20 erfolgen, indem nur das sechste Schaltelement E geschlossen wird. Vorteilhafterweise ist dabei die Drehzahl der Verbrennungsmaschine 16 stufenlos variabel wählbar. Es versteht sich, dass, wenn eine zweite elektrische Antriebsmaschine 48 vorgesehen ist, diese zusammen oder anstelle der Verbrennungsmaschine 16 eingesetzt werden kann.
  • In 8 ist eine weitere Variante eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs 12 mit einem Hybridgetriebe 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 7 gezeigten Variante ist ein weiteres siebtes Schaltelement F vorgesehen, das dazu ausgebildet ist, das Sonnenrad 26 des ersten Planetenradsatzes RS1 antriebswirksam mit dem Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes RS1 zu verbinden. Mit anderen Worten wird der erste Planetenradsatz RS1 durch das siebte Schaltelement F verblockt. Hierdurch entsteht ein weiterer rein elektrischer Fahrgang für die erste elektrische Antriebsmaschine 14. Für diesen Fahrgang ist nur das siebte Schaltelement F zu schließen, wobei alle anderen Schaltelemente zu öffnen sind. Insbesondere kann die Verbrennungsmaschine 16 der ersten Getriebeantriebswelle 22 aus diesem rein elektrischen Fahrgang beispielsweise in einen Direktgang zugestartet werden. So ist das zweite Schaltelement B zusätzlich zu schließen. Anschließend kann die Verbrennungsmaschine 16 die Zugkraft stützen, wobei die erste elektrische Antriebsmaschine 14 bei Bedarf ihren Gang wechseln kann.
  • Es versteht sich, dass die Verblockung des Planetenradsatzes RS1 zwangsweise auch zur Verblockung des Planetenradsatzes RS2 führt, da zwei Elemente des Planetenradsatzes RS2 fest verbunden sind. In dem gezeigten Beispiel sind das der Planetenradträger und das Hohlrad 38. Bei der gezeigten Variante ist der dritte Planetenradsatz RS3 ebenfalls verblockt, da auch hier zwei Elemente fest mit dem zweiten Planetenradsatz RS2 verbunden sind. In dem gezeigten Beispiel ist das Sonnenrad 40 des dritten Planetenradsatzes RS3 und das Hohlrad 44 des dritten Planetenradsatzes RS3 jeweils mit Elementen des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbunden.
  • Es versteht sich, dass die gleiche Funktion, also das Verblocken des ersten Planetenradsatzes RS1 und des zweiten Planetenradsatzes RS2, auch eingerichtet werden kann, indem das siebte Schaltelement F den Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes RS1 antriebswirksam mit dem Hohlrad 30 des ersten Planetenradsatzes verbindet. Alternativ kann das siebte Schaltelement F auch das Sonnenrad 34 mit dem Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes RS2 antriebswirksam verbinden. In der gezeigten Variante wäre es zudem denkbar, den dritten Planetenradsatz RS3 zu verblocken, indem das Sonnenrad 40 des dritten Planetenradsatzes antriebswirksam mit dem Planetenradträger des dritten Planetenradsatzes verbunden wird oder das Hohlrad 44 des dritten Planetenradsatzes RS3 antriebswirksam mit dem Planetenradträger des dritten Planetenradsatzes RS3 verbunden wird.
  • In 9 ist eine weitere Variante eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs 12 mit einem Hybridgetriebe 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 8 gezeigten Variante ist ein weiteres achtes Schaltelement G vorgesehen, das die erste Getriebeantriebswelle 22 antriebswirksam mit dem Sonnenrad 34 des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbinden kann. Hierdurch ergibt sich, wenn das erste und das achte Schaltelement A, G gleichzeitig geschlossen sind, für die Verbrennungsmaschine 16 an der ersten Getriebeantriebswelle 22 eine weitere kurze Gangstufe. Diese kurze Gangstufe kann insbesondere die neue erste Gangstufe des Hybridgetriebes 18 sein. Unter Beibehaltung der bisherigen ersten Gangstufe, also des Zustands Z4 gemäß dem Schaltschema 46 aus 3, entsteht folglich ein Sechsgang-Hybridgetriebe 18, bei dem die ersten beiden Gangsprünge vergleichsweise klein sind. Der bisherige Zustand Z4 kann jedoch in der Gangreihe ausgelassen werden, sodass weiterhin ein Fünfgang-Hybridgetriebe 18 insbesondere in Bezug auf die erste Getriebeantriebswelle 22 vorliegt. Es versteht sich, dass der Gangsprung vom ersten in den zweiten Gang dann größer ist. Es versteht sich weiter, dass das dritte und das achte Schaltelement C, G in dem gezeigten Beispiel zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst werden können.
  • Anstelle eines Minusplanetenradsatzes kann in den oben beschriebenen Ausführungsformen auch ein Plusplanetenradsatz Anwendung finden. Hierbei wäre die Anbindung von Hohlrad und Planetenradträger zu vertauschen und eine Standübersetzung betragsmäßig um 1 zu erhöhen. Nachteilig wären bei einer derartigen Ausführung jedoch der erhöhte Bauaufwand und ein schlechterer Wirkungsgrad. Es versteht sich folglich, dass Varianten mit einem Plusplanetenradsatz theoretisch möglich sind, aber praktisch unvorteilhaft scheinen.
  • Es versteht sich weiter, dass die elektrischen Antriebsmaschinen 14, 48 sowohl koaxial als auch achsparallel angeordnet werden können. Bei achsparalleler Anordnung kann eine elektrische Antriebsmaschine 14, 48 beispielsweise mit einem oder mehreren Stirnradpaaren an die entsprechende Getriebeantriebswelle 22, 24 angebunden werden. Es versteht sich ferner, dass auch ein Kettenantrieb oder ein anderes Zugmittelgetriebe vorgesehen sein können. Bei einer koaxialen Anbindung kann eine direkte Verbindung eines Rotors der entsprechenden elektrischen Antriebsmaschine 14, 48 mit der entsprechenden Getriebeantriebswelle 22, 24 hergestellt werden. Ferner kann auch hier ein weiterer Planetenradsatz als Festübersetzung vorgesehen werden.
  • Es versteht sich weiter, dass auch anstatt einer Verbrennungsmaschine 16 mit einer weiteren elektrischen Antriebsmaschine gefahren werden kann, sodass das offenbarte Hybridgetriebe 18 auch als reines Elektrogetriebe bzw. Elektro-Hybridgetriebe verwendet werden kann.
  • Die Erfindung wurde anhand der Zeichnungen und der Beschreibung umfassend beschrieben und erklärt. Die Beschreibung und Erklärung sind als Beispiel und nicht einschränkend zu verstehen. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer genauen Analyse der Zeichnungen, der Offenbarung und der nachfolgenden Patentansprüche.
  • In den Patentansprüchen schließen die Wörter „umfassen“ und „mit“ nicht das Vorhandensein weiterer Elemente oder Schritte aus. Der undefinierte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt nicht das Vorhandensein einer Mehrzahl aus. Ein einzelnes Element oder eine einzelne Einheit kann die Funktionen mehrerer der in den Patentansprüchen genannten Einheiten ausführen. Die bloße Nennung einiger Maßnahmen in mehreren verschiedenen abhängigen Patentansprüchen ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht ebenfalls vorteilhaft verwendet werden kann. Bezugszeichen in den Patentansprüchen sind nicht einschränkend zu verstehen.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Kraftfahrzeug
    12
    Kraftfahrzeug-Antriebsstrang
    14
    erste elektrische Antriebsmaschine
    16
    Verbrennungsmaschine
    18
    Hybridgetriebe
    20
    Energiespeicher
    22
    erste Getriebeantriebswelle
    24
    zweite Getriebeantriebswelle
    26
    Sonnenrad
    28
    Planetenrad
    30
    Hohlrad
    32
    Abtrieb
    34
    Sonnenrad
    36
    Planetenrad
    38
    Hohlrad
    40
    Sonnenrad
    42
    Planetenrad
    44
    Hohlrad
    46
    Schaltschema
    48
    zweite elektrische Antriebsmaschine
    A-G
    Schaltelemente
    K
    Schaltelement
    K0
    Verbrennungsmaschinenkupplung
    RS1
    erster Planetenradsatz
    RS2
    zweiter Planetenradsatz
    RS3
    dritter Planetenradsatz
    Z1-Z11
    Zustände
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102017218513 A1 [0006]

Claims (15)

  1. Hybridgetriebe (18) für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) eines Kraftfahrzeugs (10), mit: einer ersten Getriebeantriebswelle (22) zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs ; einer zweiten Getriebeantriebswelle (24) zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer ersten elektrischen Antriebsmaschine (14) des Kraftfahrzeugs; drei gekoppelten Planetenradsätzen (RS1, RS2, RS3); mehreren Wellen, die jeweils mit Elementen der Planetenradsätze verbunden sind; mehreren Schaltelementen (A, B, C, D, E, F, G, K) zum Verbinden der Wellen, um Gangstufen einzurichten; und einem Abtrieb (32) zum Übertragen von Antriebsleistung aus dem Hybridgetriebe; wobei ein Planentenradträger des zweiten Planetenradsatzes mit der zweiten Getriebeantriebswelle antriebswirksam verbunden ist; ein Hohlrad (38) des zweiten Planetenradsatzes und ein Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes antriebswirksam mit dem Abtrieb verbunden sind; die erste und die zweite Getriebeantriebswelle mittels eines fünften Schaltelements (K) antriebswirksam verbindbar sind; die erste Getriebeantriebswelle mittels eines zweiten Schaltelements (B) antriebswirksam mit dem Abtrieb verbindbar ist, um eine Direktgangstufe für die Antriebsmaschine einzurichten; ein Sonnenrad (26) des ersten Planetenradsatzes mittels eines ersten Schaltelements (A) festsetzbar ist; und ein Sonnenrad (34) des zweiten Planetenradsatzes mittels eines dritten Schaltelements (C) festsetzbar ist.
  2. Hybridgetriebe (18) nach Anspruch 1, wobei die erste Getriebeantriebswelle zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer Antriebsmaschine in Form einer Verbrennungsmaschine (16) ausgebildet ist; und die drei Planetenradsätze (RS1, RS2, RS3) zum Einrichten von mindestens fünf zugkraftunterbrechungsfrei schaltbaren Vorwärtsgangstufen für die Verbrennungsmaschine ausgebildet sind.
  3. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schaltelemente (A, B, C, D, E, F, G, K) als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet sind; und/oder wenigstens zwei der Schaltelemente als Doppelschaltelement ausgebildet sind und von einem doppeltwirkenden Aktor betätigbar sind.
  4. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Sonnenräder (26, 34, 40) des ersten, zweiten und dritten Planetenradsatzes (RS1, RS2, RS3) jeweils auf einer Hohlwelle angeordnet sind, die die erste Getriebeantriebswelle (22) zumindest abschnittsweise umgibt.
  5. Hybridgetriebe (18) nach Anspruch 4, wobei die zweite Getriebeantriebswelle (24) als Hohlwelle ausgebildet ist und die Hohlwelle, an der das Sonnenrad (34) des zweiten Planetenradsatzes (RS2) angeordnet ist, zumindest abschnittsweise umgibt.
  6. Hybridgetriebe (18) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, mit einer Verbrennungsmaschinenkupplung (K0) zum lösbaren Verbinden der ersten Getriebeantriebswelle (22) mit der Verbrennungsmaschine (16).
  7. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zwei Gangstufen für die erste elektrische Antriebsmaschine (14) einrichtbar sind, bei denen die erste Getriebeantriebswelle (22) stillsteht.
  8. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Hohlrad (44) des dritten Planetenradsatzes (RS3) eine Kopplung zum Abtrieb (32) aufweist, der Planentenradträger des dritten Planetenradsatzes eine Kopplung zur ersten Getriebeantriebswelle (22) aufweist und das Sonnenrad (40) des dritten Planetenradsatzes eine Kopplung zum Sonnenrad (34) des zweiten Planetenradsatzes (RS2) aufweist; und von diesen drei Kopplungen zwei Koppelungen als permanent drehfeste Verbindungen vorliegen, wobei bei der noch verbleibenden Kopplung eine drehfeste Verbindung über ein viertes Schaltelement (D) herstellbar ist.
  9. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Getriebeantriebswelle (22) dazu ausgebildet ist, mit einer zweiten elektrischen Antriebsmaschine (48) antriebswirksam verbunden zu werden.
  10. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einem sechsten Schaltelement (E), das dazu ausgebildet ist, das Sonnenrad (26) des ersten Planetenradsatzes (RS1) antriebswirksam mit der ersten Getriebeantriebswelle (22) zu verbinden; mit einem siebten Schaltelement (F), das dazu ausgebildet ist, den ersten und/oder zweiten Planetenradsatz (RS1, RS2) zu verblocken; und/oder mit einem achten Schaltelement (G), das dazu ausgebildet ist, die Sonnenräder (34, 40) des zweiten und dritten Planetenradsatzes (RS2, RS3) antriebswirksam mit der ersten Getriebeantriebswelle zu verbinden.
  11. Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) für ein Kraftfahrzeug (10), mit: einem Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche; einer Antriebsmaschine, die mit der ersten Getriebeantriebswelle (22) verbindbar ist; und einer ersten elektrischen Antriebsmaschine (14), die mit der zweiten Getriebeantriebswelle (24) antriebswirksam verbunden ist.
  12. Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach Anspruch 11 mit einer zweiten elektrischen Antriebsmaschine (48), die mit der ersten Getriebeantriebswelle (22) antriebswirksam verbunden ist.
  13. Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach Anspruch 11 oder 12 mit einem Hybridgetriebe (18) nach einem der Ansprüche 2 bis 10, wobei die zweite elektrische Antriebsmaschine (48) als Startergenerator zum Starten der Verbrennungsmaschine (16) ansteuerbar ist; als Ladegenerator zum Laden eines Energiespeichers (20) ansteuerbar ist; und/oder als Generator zum Versorgen der ersten elektrischen Antriebsmaschine (14) bei einem seriellen Fahrmodus ansteuerbar ist.
  14. Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einem Hybridgetriebe (18) nach einem der Ansprüche 2 bis 10, wobei die erste elektrische Antriebsmaschine (14) als ein Stützkraftmittel bei Gangwechseln der Verbrennungsmaschine (16), vorzugsweise zum elektrodynamischen Schalten, und/oder als elektrodynamisches Anfahrelement ansteuerbar ist.
  15. Kraftfahrzeug (10) mit: einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach einem der Ansprüche 11 bis 14; und einem Energiespeicher (20) zum Speichern von Energie zum Versorgen der ersten elektrischen Antriebsmaschine (14) und/oder der zweiten elektrischen Antriebsmaschine (48).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102017218513A1 (de) 2017-10-17 2019-04-18 Zf Friedrichshafen Ag Getriebe für ein Kraftfahrzeug

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DE102017218513A1 (de) 2017-10-17 2019-04-18 Zf Friedrichshafen Ag Getriebe für ein Kraftfahrzeug

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