DE102020203779A1 - Hybridgetriebe mit kompletter Kombinierbarkeit der Übersetzungen - Google Patents

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English (en)
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Stefan Beck
Martin Brehmer
Johannes Kaltenbach
Fabian Kutter
Thomas Martin
Michael Wechs
Oliver BAYER
Peter Ziemer
Matthias Horn
Thomas Kroh
Max Bachmann
Juri Pawlakowitsch
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    • B60K6/44—Series-parallel type
    • B60K6/442—Series-parallel switching type
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    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60K2006/381—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 apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the driveline clutches characterized by driveline brakes
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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
    • B60K6/48—Parallel type
    • B60K2006/4816—Electric machine connected or connectable to gearbox internal shaft
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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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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybridgetriebe (18) für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) eines Kraftfahrzeugs (10), mit: einer Getriebeeingangswelle (32) zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer Verbrennungsmaschine (16) des Kraftfahrzeugs; einer ersten Getriebeantriebswelle (34), die mittels einer Eingangsverbindung mit der Getriebeeingangswelle antriebswirksam verbindbar ist, um einen verbrennungsmotorischen Kraftpfad im Hybridgetriebe einzurichten; einer zweiten Getriebeantriebswelle (36), die mit einer ersten elektrischen Antriebsmaschine (14) des Kraftfahrzeugs antriebswirksam verbunden ist, um einen elektromotorischen Kraftpfad im Hybridgetriebe einzurichten; einer ersten Vorgelegewelle (38) und einer zweiten Vorgelegewelle (40); in mehreren Radsatzebenen angeordneten Losrädern und Festrädern zum Bilden von Gangstufen; mehreren Gangschaltvorrichtungen mit Schaltelementen (A, B, C, D, E, F) zum Einlegen der Gangstufen; und einem Abtrieb (26) zum Übertragen von Antriebsleistung aus dem Hybridgetriebe, wobei die Eingangsverbindung ein Vorgetriebe (24) zum Einrichten von mindestens zwei schaltbaren Vorübersetzungsstufen im verbrennungsmotorischen Kraftpfad umfasst. 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 Kraftfahrzeug-Antriebsstrang.
  • 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 können sowohl eine Überlagerung der Antriebsmomente als auch eine Ansteuerung mit rein verbrennungsmotorischem Antrieb oder rein elektromotorischem Antrieb ermöglicht werden. 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 2012 205 319 A1 offenbart einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs, der einen Verbrennungsmotor mit einer Triebwelle, eine als Motor und als Generator betreibbare Elektromaschine mit einem Rotor sowie ein mehrstufiges Hauptgetriebe mit zwei Eingangswellen und einer gemeinsamen, achsparallel zu den Eingangswellen angeordneten Ausgangswelle aufweist. Die erste Eingangswelle ist über eine zweistufige Vorschaltgruppe mit der Triebwelle des Verbrennungsmotors verbindbar. Die zweite Eingangswelle steht mit dem Rotor der Elektromaschine in Triebverbindung. Beide Eingangswellen sind koaxial sowie axial benachbart zueinander angeordnet und mittels einem ein- und ausrückbaren Koppel-Schaltelement drehfest miteinander verbindbar und jeweils über mindestens eine schaltbare Stirnradstufe mit der Ausgangswelle in Triebverbindung bringbar. Der Hybridantrieb weist außerdem eine einzige Stirnradstufe auf mit mittlerer Übersetzung zur schaltbaren Verbindung der ersten Eingangswelle mit der Ausgangswelle mit einer Anordnung des betreffenden Losrades und des zugeordneten Gang-Schaltelementes auf der ersten Eingangswelle. Das Gang-Schaltelement der Stirnradstufe der ersten Eingangswelle und das Koppel-Schaltelement sind in einem ersten Doppelschaltelement zusammengefasst.
  • Vor diesem Hintergrund stellt sich einem Fachmann die Aufgabe, ein axial kompaktes, hocheffizientes und variables Hybridgetriebe zu schaffen. Insbesondere soll ein Hybridgetriebe geschaffen werden, bei dem alle Verbrennungsgangstufen mit allen Elektrogangstufen frei kombinierbar sind.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Hybridgetriebe für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit:
    • einer Getriebeeingangswelle zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer Verbrennungsmaschine des Kraftfahrzeugs;
    • einer ersten Getriebeantriebswelle, die mittels einer Eingangsverbindung mit der Getriebeeingangswelle antriebswirksam verbindbar ist, um einen verbrennungsmotorischen Kraftpfad im Hybridgetriebe einzurichten;
    • einer zweiten Getriebeantriebswelle, die mit einer ersten elektrischen Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs antriebswirksam verbunden ist, um einen elektromotorischen Kraftpfad im Hybridgetriebe einzurichten;
    • einer ersten Vorgelegewelle und einer zweiten Vorgelegewelle;
    • in mehreren Radsatzebenen angeordneten Losrädern und Festrädern zum Bilden von Gangstufen;
    • mehreren Gangschaltvorrichtungen mit Schaltelementen zum Einlegen der Gangstufen; und
    • einem Abtrieb zum Übertragen von Antriebsleistung aus dem Hybridgetriebe, wobei
    • die Eingangsverbindung ein Vorgetriebe zum Einrichten von mindestens zwei schaltbaren Vorübersetzungsstufen im verbrennungsmotorischen Kraftpfad umfasst.
  • Die obige Aufgabe wird ferner gelöst durch einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit:
    • einem Hybridgetriebe wie zuvor definiert;
    • einer Verbrennungsmaschine, die mit der ersten Getriebeantriebswelle verbindbar ist; und
    • einer ersten elektrischen Antriebsmaschine, die mit der zweiten Getriebeantriebswelle antriebswirksam verbunden ist.
  • Die obige Aufgabe wird schließlich gelöst von einem Kraftfahrzeug mit:
    • einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang wie zuvor definiert; und
    • einem Energiespeicher zum Speichern von Energie zum Versorgen der ersten und vorzugsweise 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 Vorgelegewelle kann ein axial kompakt bauendes Hybridgetriebe geschaffen werden, das insbesondere eine hohe Anzahl von Gangstufen, vorzugsweise ohne Windungsgangstufen, aufweist. Durch eine Eingangsverbindung, die ein Vorgetriebe zum Einrichten von mindestens zwei schaltbaren Vorübersetzungen im verbrennungsmotorischen Kraftpfad umfasst, kann eine Art Gruppengetriebe für die Verbrennungsmaschine geschaffen werden. Das Hybridgetriebe kann kompakt und dennoch mit einer hohen Anzahl von Verbrennungsgangstufen ausgebildet werden. Insbesondere kann durch das Einrichten eines verbrennungsmotorischen Kraftpfads und eines elektromotorischen Kraftpfads im Hybridgetriebe eine volle Kombinierbarkeit der Verbrennungsgangstufen bzw. der Elektrogangstufen erreicht werden. Mit anderen Worten kann jede der Verbrennungsgangstufen mit jeder der Elektrogangstufen kombiniert gefahren werden.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst eine Vorübersetzung des Vorgetriebes eine Direktübersetzung. Ergänzend oder alternativ umfasst der verbrennungsmotorische Kraftpfad im Hybridgetriebe vier Gangstufen. Weiterhin ergänzend oder alternativ umfasst der elektromotorische Kraftpfad im Hybridgetriebe zwei Gangstufen. Hierdurch kann ein kompaktes und leichtes Hybridgetriebe geschaffen werden, das eine ausreichende Spreizung für eine Verbrennungsmaschine aufweist. Eine Vorübersetzung kann technisch einfach im Vorgetriebe eingerichtet werden, beispielsweise durch Überbrücken des Vorgetriebes. Das Hybridgetriebe baut folglich technisch einfach.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Vorgetriebe einen Planetenradsatz mit Planetenradsatzelementen, umfassend ein Hohlrad, ein Planetenrad mit einem Planetenradträger und ein Sonnenrad. Hierdurch kann technisch einfach ein insbesondere axial kompakt bauendes Vorgetriebe geschaffen werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein gangbildendes Zahnrad an der ersten Getriebeantriebswelle angeordnet und kämmt mit einem an der ersten Vorgelegewelle angeordneten gangbildenden Zahnrad und einem an der zweiten Vorgelegewelle angeordneten gangbildenden Zahnrad. Ergänzend oder alternativ ist ein gangbildendes Zahnrad an der zweiten Getriebeantriebswelle angeordnet und kämmt mit einem an der ersten Vorgelegewelle angeordneten gangbildenden Zahnrad und einem an der zweiten Vorgelegewelle angeordneten gangbildenden Zahnrad. Hierdurch kann die Kompaktheit des Hybridgetriebes weiter verbessert werden, ohne Variabilität einzubüßen. Insbesondere kann ein Hybridgetriebe geschaffen werden, das mit wenigen Bauteilen aufgebaut werden kann. Durch die „Doppelnutzung“ eines gangbildenden Zahnrads kann zudem Gewicht eingespart werden. Das Getriebe kann kostengünstig und kompakt aufgebaut werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Schaltelement zum Verblocken oder Überbrücken des Planetenradsatzes ausgebildet. Ergänzend ist ein Schaltelement zum Einrichten einer Übersetzung mittels des Planetenradsatzes ausgebildet. Hierdurch kann technisch einfach ein Schalten des Planetenradsatzes erfolgen. Insbesondere kann durch Einlegen eines einzigen Schaltelements eine Übersetzung mit dem Planetenradsatz eingerichtet werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Planetenradsatz drei Kopplungen. Die erste Kopplung ist einem ersten Planetenradsatzelement und der Getriebeeingangswelle zugeordnet. Die zweite Kopplung ist einem zweiten Planetenradsatzelement und der ersten Getriebeantriebswelle zugeordnet. Ergänzend ist die dritte Kopplung einem dritten Planetenradsatzelement und einem gehäusefesten Bauteil zugeordnet. Eine dieser Kopplungen ist mittels eines Schaltelements schaltbar und die anderen Kopplungen sind als permanentfeste Verbindungen ausgeführt. Durch eine derartige Anbindung kann der Planetenradsatz technisch einfach im verbrennungsmotorischen Kraftpfad angebunden werden, da wenigstens zwei der Verbindungen als permanentfeste Verbindungen ausgeführt sind. Mittels der per Schaltelement schaltbaren Kopplung kann technisch einfach eine Übersetzung mittels des Planetenradsatzes eingerichtet werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die zweite Getriebeantriebswelle als Hohlwelle ausgebildet und umgibt die erste Getriebeantriebswelle zumindest abschnittsweise. Ergänzend oder alternativ ist die erste Getriebeantriebswelle als Hohlwelle ausgebildet und umgibt die Getriebeeingangswelle zumindest abschnittsweise. Hierdurch kann eine Kompaktheit des Hybridgetriebes weiter verbessert werden. Ferner können hierdurch insbesondere kurze Wellen im Getriebe Anwendung finden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Schaltelemente als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet. Ergänzend oder alternativ sind zwei der Schaltelemente als Doppelschaltelemente ausgebildet und von einem doppeltwirkenden Aktor betätigbar. Ein Doppelschaltelement ermöglicht es, das Hybridgetriebe mit wenigen Bauteilen aufzubauen, da zur Betätigung eines Doppelschaltelements, also beispielsweise 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 kosteneffizienten Hybridgetriebe.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein gangbildendes Zahnradpaar des verbrennungsmotorischen Kraftpfads im Hybridgetriebe dazu ausgebildet, antriebswirksam mit einer zweiten elektrischen Antriebsmaschine wirkverbunden zu werden. Hierdurch kann die Funktionalität des Hybridgetriebes erweitert werden. Insbesondere ist mit dem Hybridgetriebe ein Start der Verbrennungsmaschine aus einer rein elektrischen Fahrt möglich. Ferner kann die zweite elektrische Antriebsmaschine als Generator von der Verbrennungsmaschine betrieben werden und so Funktionen wie eine Bordnetzversorgung oder serielles Kriechen und Fahren sowohl vorwärts als auch rückwärts ermöglichen. Ferner kann die zweite elektrische Antriebsmaschine bei einer Drehzahlregelung der Verbrennungsmaschine beispielsweise beim Ankoppeln und bei Schaltungen unterstützen. Zudem ist es möglich, dass eine Zugkraftstützung mittels der zweiten elektrischen Antriebsmaschine erfolgt, wenn die erste elektrische Antriebsmaschine den Gang wechselt. Ferner kann so ein rein elektrischer Antrieb mit zwei elektrischen Antriebsmaschinen eingerichtet werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste elektrische Antriebsmaschine als Koaxialmaschine ausgebildet. Ergänzend sind der Planetenradsatz und vorzugsweise zwei Schaltelemente axial und/oder radial innerhalb der ersten elektrischen Antriebsmaschine angeordnet. Hierdurch kann ein hocheffizienter und insbesondere axial kompakt bauender Antriebsstrang geschaffen werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die in mehreren Radsatzebenen angeordneten Losräder und Festräder zum Bilden von Gangstufen axial zwischen der Verbrennungsmaschine und der ersten elektrischen Antriebsmaschine angeordnet. Ergänzend weist der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang vorzugsweise eine zweite elektrische Antriebsmaschine auf, die antriebswirksam mit der ersten Getriebeantriebswelle verbunden ist. Hierdurch kann der zur Verfügung stehende Bauraum verbessert genutzt werden. Die Kompaktheit des Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs kann erhöht werden. Insbesondere kann durch eine zweite elektrische Antriebsmaschine eine Bordnetzversorgung, ein Start der Verbrennungsmaschine aus rein elektrischer Fahrt und/oder ein serielles Kriechen bzw. Fahren vorwärts und/oder rückwärts mit dem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang abgebildet werden. Die Variabilität des Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs wird erhöht.
  • 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. Hierdurch kann der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang effizient betrieben werden. Der Kraftstoffverbrauch kann reduziert werden. Insbesondere kann auf einen zusätzlichen Anlasser für die Verbrennungsmaschine verzichtet werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste elektrische Antriebsmaschine und vorzugsweise die zweite elektrische Antriebsmaschine als ein Stützkraftmittel bei Gangwechseln der Verbrennungsmaschine ansteuerbar. Ergänzend oder alternativ ist die Verbrennungsmaschine und vorzugsweise die zweite elektrische Antriebsmaschine als ein Stützkraftmittel bei Gangwechseln der elektrischen Antriebsmaschine ansteuerbar. Ergänzend oder alternativ sind alle Gangstufen der ersten elektrischen Antriebsmaschine unabhängig von den Gangstufen der Verbrennungsmaschine schaltbar. Weiterhin ergänzend sind alle Gangstufen der Verbrennungsmaschine unabhängig von den Gangstufen der ersten elektrischen Antriebsmaschine schaltbar. Hierdurch kann der Fahrkomfort erhöht werden. Ferner kann die zur Verfügung stehende Antriebsleistung des Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs erhöht werden. Zudem kann ein höchst variabler Kraftfahrzeug-Antriebsstrang geschaffen werden, der es erlaubt, beide Antriebsmaschinen, also die elektrische Antriebsmaschine und die Verbrennungsmaschine, in einem optimalen Betriebsbereich zu betreiben, und zwar insbesondere unabhängig von der für die andere Antriebsmaschine eingelegten Gangstufe.
  • 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.
  • Unter Standladen bzw. Laden in Neutral 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 Gangstufenwechsel erfolgt insbesondere durch Abschalten eines Schaltelements und/oder einer Kupplung und gleichzeitiges Aufschalten des Schaltelements 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 dabei 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.
  • Beim seriellen Fahren oder Kriechen wird eine elektrische Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs generatorisch von einer Verbrennungsmaschine des Kraftfahrzeugs betrieben. Die so erzeugte Energie wird dann einer weiteren elektrischen Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs zur Verfügung gestellt, um Antriebsleistung bereitzustellen.
  • 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 schematische vereinfachte Darstellung eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 3a, 3b schematisch die Schaltzustände des Hybridgetriebes gemäß der 2;
    • 4 eine weitere vereinfachte Darstellung eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 5 eine Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 6 eine weitere vereinfachte schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 7 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 8 schematisch die Schaltzustände des Hybridgetriebes der 7;
    • 9 eine weitere vereinfachte schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 10 schematisch die Schaltzustände des Hybridgetriebes gemäß der 9;
    • 11 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 12a,12b schematische Übersichten von möglichen Anbindungen eines Vorgetriebes an das Hybridgetriebe;
    • 13a - c weitere Varianten von Anbindungen eines Vorgetriebes an das Hybridgetriebe;
    • 14 eine weitere vereinfachte schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 15 schematisch die Schaltzustände des Hybridgetriebes gemäß der 14;
    • 16 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 17 eine schematische Übersicht der Schaltzustände des Hybridgetriebes gemäß der 16;
    • 18 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 19 eine weitere vereinfachte schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 20 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 21 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes; und
    • 22 eine weitere 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. Ferner ist eine optionale zweite elektrische Antriebsmaschine 20 gestrichelt dargestellt. Die zweite elektrische Antriebsmaschine 20 ist ebenfalls mittels des Hybridgetriebes 18 mit einer Hinterachse des Kraftfahrzeugs 10 verbindbar. 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, der Verbrennungsmaschine 16 und der optionalen zweiten elektrischen Antriebsmaschine 20 den Rädern des Kraftfahrzeugs 10 zugeführt. Das Kraftfahrzeug 10 weist ferner einen Energiespeicher 22 auf, um Energie zu speichern, die zum Versorgen der ersten und/oder zweiten elektrischen Antriebsmaschine 14, 20 dient.
  • In 2 ist schematisch eine Übersicht eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 nach dem Schema eines Schaltplans gezeigt. Die einzelnen im Hybridgetriebe 18 vorhandenen Wellen sind mit „w“ und entsprechendem Index durchnummeriert. Ferner sind vier Hauptübersetzungen mit i1 bis i4 bezeichnet. Diese Übersetzungen werden vorzugsweise durch Zahnradpaare eingerichtet. Zudem sind ein erstes bis viertes Schaltelement A bis D nach Art eines Schalters dargestellt. Ferner sind die zu einem Abtrieb 26 hin einrichtbaren Abtriebsübersetzungen mit iab1 bzw. iab2 bezeichnet. Das Hybridgetriebe 18 weist ein Vorgetriebe 24 auf, das mittels eines fünften und sechsten Schaltelements E und F schaltbar ist.
  • Die erste elektrische Antriebsmaschine 14 kann durch Schließen des ersten Schaltelements A oder des zweiten Schaltelements B antriebswirksam mit dem Abtrieb 26 verbunden werden, wobei durch Schließen des ersten Schaltelements A die Übersetzungen i1 und iab1 im Kraftübertragungspfad eingebunden sind und durch Schließen des zweiten Schaltelements B die Übersetzungen i2 und iab2 .
  • Die Verbrennungsmaschine 16 kann durch Schließen des dritten Schaltelements C über die Übersetzungen i3 und iab1 mit dem Abtrieb 26 verbunden werden. Ferner kann die Verbrennungsmaschine 16 durch Schließen des vierten Schaltelements D über die Übersetzungen i4 und iab2 mit dem Abtrieb 26 verbunden werden.
  • Am Getriebeeingang kann die Antriebsleistung der Verbrennungsmaschine 16 ferner durch das Vorgetriebe 24 übersetzt werden. In Kraftflussrichtung nach dem Vorgetriebe 24 kann eine optionale zweite elektrische Antriebsmaschine 20 an das Hybridgetriebe 18 angebunden werden.
  • Das Hybridgetriebe 18 hat also im Wesentlichen zwei Pfade, einen verbrennungsmotorischen und einen elektromotorischen Pfad. Der verbrennungsmotorische Pfad weist vier Übersetzungen auf, die sich aus dem Zweigang-Vorgetriebe 24 und den Übersetzungen i3 und i4 ergeben. Der elektromotorische Pfad hat zwei Übersetzungen, die sich aus den zwei über das erste Schaltelement A und das zweite Schaltelement B schaltbaren Stirnradstufen mit den Übersetzungen i1 und i2 ergeben.
  • In 3a und 3b sind schematisch die Schaltzustände des Hybridgetriebes 18 gemäß der 2 gezeigt. In einer Schaltmatrix 28 sind die Schaltzustände bezüglich der Verbrennungsgangstufen V1 bis V4 gezeigt. In einer Schaltmatrix 30 sind die Schaltzustände bezüglich der beiden Elektrogangstufen E1 und E2 gezeigt. Es versteht sich, dass die Verbrennungsgangstufen kombiniert mit den Elektrogangstufen gefahren werden können, um einen Hybridmodus einzurichten.
  • In der ersten Spalte der Schaltmatrix 28 sind die Verbrennungsgangstufen V1 bis V4 der Verbrennungsmaschine 16 gezeigt. In der zweiten bis siebten Spalte sind die Schaltzustände der Schaltelemente A bis F gezeigt, wobei ein „X“ bedeutet, dass das jeweilige Schaltelement geschlossen ist, also die zugeordneten Getriebebauteile antriebswirksam miteinander verbindet. Sofern kein Eintrag vorhanden ist, ist davon auszugehen, dass das entsprechende Schaltelement offen ist, also keine Antriebsleistung überträgt.
  • Zum Einrichten der ersten Verbrennungsgangstufe V1 sind folglich das dritte Schaltelement C und das fünfte Schaltelement E zu schließen. Die zweite Verbrennungsgangstufe V2 wird eingerichtet durch Schließen des dritten Schaltelements C und Schließen des sechsten Schaltelements F. Ein Schließen des vierten Schaltelements D und des fünften Schaltelements E richtet die dritte Verbrennungsgangstufe V3 ein.
  • Die vierte Verbrennungsgangstufe V4 kann durch Schließen des vierten Schaltelements D und des sechsten Schaltelements F eingerichtet werden.
  • Zum Einrichten der ersten Elektrogangstufe E1 ist das erste Schaltelement A zu schließen. Zum Einrichten der zweiten Elektrogangstufe E2 ist das zweite Schaltelement B zu schließen.
  • In 4 ist ein vereinfachtes Schema einer weiteren Variante eines Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Variante ist das Vorgetriebe 24 explizit als Planetenradsatz RS dargestellt, wobei der Planetenradsatz RS ein Hohlrad Ho, ein Sonnenrad So und einen Planetenradträger oder Steg St aufweist. Mittels des Planetenradsatzes RS ist eine Übersetzung i0 einrichtbar, wobei diese durch Einlegen des fünften Schaltelements E aktiviert wird. Ein Einlegen des sechsten Schaltelements F bewirkt eine Überbrückung des Planetenradsatzes RS, also eine Direktübersetzung der Antriebsleistung der Verbrennungsmaschine 16.
  • In 5 ist eine Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Das Hybridgetriebe 18 weist eine Getriebeeingangswelle 32 auf, die antriebswirksam mit der Verbrennungsmaschine 16 verbunden ist und mit einem Hohlrad Ho eines Planetenradsatzes RS antriebswirksam verbunden ist. Das Hybridgetriebe 18 weist ferner eine erste Getriebeantriebswelle 34 auf, die als Hohlwelle ausgebildet ist und die Getriebeeingangswelle 32 zumindest abschnittsweise umgibt. Die erste Getriebeantriebswelle 34 kann durch Schalten des sechsten Schaltelements F antriebswirksam mit der Getriebeeingangswelle 32 verbunden werden. Das sechste Schaltelement F ist mit dem fünften Schaltelement E zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst, wobei das fünfte Schaltelement E einen Planetenradträger oder Steg des Planetenradsatzes RS antriebswirksam mit der ersten Getriebeantriebswelle 34 verbinden kann. Der Planetenradsatz RS sowie das fünfte Schaltelemente F und das sechste Schaltelement E sind radial und axial innerhalb der als Koaxialmaschine ausgebildeten ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 angeordnet. Die erste elektrische Antriebsmaschine 14 ist zudem antriebswirksam mit einer zweiten Getriebeantriebswelle 36 verbunden. Das Hybridgetriebe 18 weist zudem eine erste Vorgelegewelle 38 und eine zweite Vorgelegewelle 40 auf. An der ersten Getriebeantriebswelle 34 ist ein Festrad angeordnet, das mit einem Losrad an der ersten Vorgelegewelle 38 und einem Losrad an der zweiten Vorgelegewelle 40 kämmt. Mit dem Losrad an der ersten Vorgelegewelle 38 bildet dieses Festrad die Übersetzung i3 . Ferner bildet dieses Festrad mit dem Losrad, das an der zweiten Vorgelegewelle 40 angeordnet ist, die Übersetzung i4 . Das zur Übersetzung i3 gehörige Losrad ist mittels des dritten Schaltelements C antriebswirksam mit der ersten Vorgelegewelle 38 verbindbar. Das zur Übersetzungsstufe i4 zugehörige Losrad ist mittels des vierten Schaltelements D antriebswirksam mit der zweiten Vorgelegewelle 40 verbindbar.
  • An der zweiten Getriebeantriebswelle 36 ist ein Festrad angeordnet, das mit einem an der ersten Vorgelegewelle 38 angeordneten Losrad kämmt und die Übersetzungsstufe i1 bildet. Das an der ersten Vorgelegewelle 38 angeordnete Losrad der Übersetzungsstufe i1 ist durch Schalten des ersten Schaltelements A antriebswirksam mit der ersten Vorgelegewelle 38 verbindbar. Das an der zweiten Getriebeantriebswelle 36 angeordnete Festrad ist zudem in Eingriff mit einem an der zweiten Vorgelegewelle 40 angeordneten Losrad und bildet mit diesem zusammen die Übersetzungsstufe i2 . Das an der zweiten Vorgelegewelle 40 angeordnete Losrad der Übersetzungsstufe i2 ist durch Schalten des zweiten Schaltelements B antriebswirksam mit der zweiten Vorgelegewelle 40 verbindbar.
  • Das Hybridgetriebe 18 weist eine axial kurze Bauweise auf, da der Planetenradsatz RS unter dem Rotor der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 geschachtelt werden kann. Durch das gezeigte Hybridgetriebe 18 können die Verbrennungsgangstufen V1 bis V4 unabhängig von den Elektrogangstufen E1 und E2 geschaltet werden. Mit anderen Worten kann jede der Elektrogangstufen E1 oder E2 mit jeder der Verbrennungsgangstufen V1 bis V4 kombiniert werden. Es versteht sich, dass während der Schaltungen der Verbrennungsgangstufen V1 bis V4 die erste elektrische Antriebsmaschine 14 die Zugkraft über eine der Elektrogangstufen E1 oder E2 stützen kann und umgekehrt die Verbrennungsmaschine 16 die Zugkraft über eine der Verbrennungsgangstufen V1 bis V4 aufrechterhalten kann, wenn die Elektrogangstufe gewechselt wird. Der Planetenradsatz RS dient insbesondere als Zweigangvorschaltgruppe oder Splitgruppe für die Stirnradstufen i3 und i4 . Beim Schalten von der Verbrennungsgangstufe V1 in die Verbrennungsgangstufe V2 ist ein Schaltelementwechsel im Planetenradsatz RS erforderlich, wobei vom fünften Schaltelement E auf das sechste Schaltelement F gewechselt wird. Eine Synchronisation kann beispielsweise durch eine Drehzahlregelung der Verbrennungsmaschine 16 erfolgen.
  • Die Schaltung von der Verbrennungsgangstufe V2 in die Verbrennungsgangstufe V3 ist eine Gruppenschaltung, bei der ein Wechsel bei der Splitgruppe erforderlich ist, und zwar vom sechsten Schaltelement F auf das fünfte Schaltelement E. Ferner ist ebenfalls eine Schaltung in der Hauptgruppe, und zwar von der Übersetzungsstufe i3 in die Übersetzungsstufe i4 , also ein Wechsel vom dritten Schaltelement C auf das vierte Schaltelement D erforderlich. Ein Schaltablauf kann dabei wie folgt ablaufen. Es erfolgt ein Lastabbau an der Verbrennungsmaschine 16. Dann folgt ein Öffnen des dritten Schaltelements C und des sechsten Schaltelements F. Anschließend wird das fünfte Schaltelement E synchronisiert und geschlossen sowie das vierte Schaltelement D synchronisiert und geschlossen. Ist eine optionale zweite elektrische Antriebsmaschine 20 vorhanden, kann diese bei der Synchronisation unterstützen. Ist keine zweite elektrische Antriebsmaschine 20 vorhanden, sind konventionelle Synchronisierungen an mindestens einem der bei den Gruppenschaltungen jeweils zu schaltenden Schaltelemente nötig.
  • Bei einer Schaltung von der Verbrennungsgangstufe V3 in die Verbrennungsgangstufe V4 ist ein Schaltelementwechsel bei der Splitgruppe vom fünften Schaltelement E auf das sechste Schaltelement F erforderlich. Hier kann die Synchronisation ebenfalls beispielsweise durch eine Drehzahlregelung der Verbrennungsmaschine 16 erfolgen.
  • Die Schaltzustände des Hybridgetriebes 18 gemäß der 4 und 5 können den Schaltmatrizen 28, 30 der 3a und 3b entnommen werden.
  • In 6 ist eine vereinfachte schematische Übersicht einer weiteren Variante eines Hybridgetriebes 18 gezeigt. Das Schema ist dabei analog zu dem in 4 gezeigten Schema. Im Unterschied zu dem Schema der 4 ist ein Hohlrad Ho des Planetenradsatzes RS festgesetzt, also mit einem gehäusefesten Bauteil verbunden. Ein Planetenradträger oder Steg St kann mittels des fünften Schaltelements E antriebswirksam Antriebsleistung der Verbrennungsmaschine 16 mittels einer Übersetzung des Planetenradsatzes RS in das Hybridgetriebe 18 einbringen. Durch Schließen des sechsten Schaltelements F kann der Planetenradsatz RS überbrückt werden. Die Verbrennungsmaschine 16 ist antriebswirksam mit einem Sonnenrad So des Planetenradsatzes RS verbunden.
  • In 7 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Wie bereits im Schema der 6 erläutert, ist im Unterschied zu der in 5 gezeigten Variante eines Hybridgetriebes 18 das Hohlrad des Planetenradsatzes RS festgesetzt, also mit einem gehäusefesten Bauteil verbunden. Ferner ist die Getriebeeingangswelle 32 antriebswirksam mit einem Sonnenrad So des Planetenradsatzes RS verbunden. Ein Planetenradträger oder Steg St des Planetenradsatzes kann durch Schließen des fünften Schaltelements E antriebswirksam mit der ersten Getriebeantriebswelle 34 verbunden werden. Durch Schließen des sechsten Schaltelements F wird die Getriebeeingangswelle 32 antriebswirksam mit der ersten Getriebeantriebswelle 34 verbunden, also der Planetenradsatz RS überbrückt.
  • In den schematischen Darstellungen nach dem Schema eines Schaltplans und in den detaillierteren schematischen Darstellungen von Hybridgetrieben 18 sind die einrichtbaren Übersetzungsstufen mit „i“ und entsprechendem Index gekennzeichnet sowie die einzelnen Wellen mit „w“ und entsprechendem Index, um eine Identifizierung der einzelnen Bauteile in den verschiedenen Darstellungen zu erleichtern.
  • In 8 sind die Schaltzustände der Verbrennungsgangstufen V1 bis V4 des Hybridgetriebes 18 gemäß 7 und 6 gezeigt. Die Schaltmatrix 28 ist dabei analog zu der in 3a gezeigten Schaltmatrix. Die erste Verbrennungsgangstufe V1 wird eingerichtet durch Schließen des dritten Schaltelements C und des fünften Schaltelements E. Ein Schließen des vierten Schaltelements D und des fünften Schaltelements E richtet die zweite Verbrennungsgangstufe V2 ein. Die dritte Verbrennungsgangstufe V3 wird durch Schließen des dritten Schaltelements C und des sechsten Schaltelements F eingerichtet. Ein Schließen des vierten Schaltelements D und des sechsten Schaltelements F richtet die vierte Verbrennungsgangstufe V4 ein.
  • In 9 ist eine weitere Variante eines Hybridgetriebes 18 schematisch vereinfacht dargestellt. Im Unterschied zu der in 6 gezeigten Variante ist das Sonnenrad So des Planetenradsatzes RS festgesetzt, also mit einem gehäusefesten Bauteil verbunden. Ein Planetenradträger oder Steg St des Planetenradsatzes RS ist antriebswirksam mit der Verbrennungsmaschine 16 verbunden und ein Hohlrad Ho des Planetenradsatzes RS kann mittels des fünften Schaltelements E Antriebsleistung in das Hybridgetriebe 18 übertragen. Wie in den übrigen Ausführungsbeispielen kann durch Schließen des Schaltelements F der Planetenradsatz RS überbrückt werden, also die Verbrennungsmaschine 16 direkt mit dem Hybridgetriebe 18 verbunden werden.
  • In 10 ist eine Schaltmatrix 28 der Schaltzustände des Hybridgetriebes 18 gemäß der 9 gezeigt. Zum Einrichten der ersten Verbrennungsgangstufe V1 ist das dritte Schaltelement C und das sechste Schaltelement F zu schließen. Durch Schließen des dritten Schaltelements C und des fünften Schaltelements E kann die zweite Verbrennungsgangstufe V2 eingerichtet werden. Die dritte Verbrennungsgangstufe V3 kann durch Schließen des vierten Schaltelements D und des sechsten Schaltelements F eingerichtet werden. Ein Schließen des vierten Schaltelements D und des fünften Schaltelements E richtet die vierte Verbrennungsgangstufe V4 ein.
  • In 11 ist eine detailliertere schematische Darstellung des Hybridgetriebes 18 gemäß der 9 gezeigt. Wie bereits bezüglich der 9 beschrieben, ist die Getriebeeingangswelle 32 antriebswirksam mit einem Planetenradträger oder Steg St des Planetenradsatzes RS verbunden. Durch Schließen des sechsten Schaltelements F kann der Planetenradsatz RS überbrückt werden, also die Getriebeeingangswelle 32 antriebswirksam mit der ersten Getriebeantriebswelle 34 verbunden werden. Ein Schließen des fünften Schaltelements E bewirkt eine Untersetzung mittels des Planetenradsatzes RS. Das Hohlrad Ho des Planetenradsatzes RS wird durch Schließen des fünften Schaltelements E antriebswirksam mit der ersten Getriebeantriebswelle 34 verbunden. Das Sonnenrad So des Planetenradsatzes RS ist antriebswirksam mit einem gehäusefesten Bauteil verbunden.
  • In den 12a und 12b sind verschiedene Anbindungsmöglichkeiten des Planetenradsatzes RS gezeigt. In 12a ist das Doppelschaltelement umfassend das fünfte Schaltelement E und das sechste Schaltelement F antriebsseitig an den Planetenradsatz angebunden, also in Kraftflussrichtung zwischen Verbrennungsmaschine 16 und dem Planetenradsatz RS. In der 12b ist das Doppelschaltelement umfassend das fünfte Schaltelement E und das sechste Schaltelement F abtriebsseitig mit dem Planetenradsatz RS verbunden, also in Kraftflussrichtung nach dem Planetenradsatz RS.
  • In den 13a bis 13c sind die verschiedenen Möglichkeiten einer gehäuseseitigen Anordnung des fünften Schaltelements E gezeigt. Ist das fünfte Schaltelement E gehäuseseitig angeordnet, kann der Planetenradsatz RS mittels des sechsten Schaltelements F verblockt werden. Beim Verblocken werden wenigstens zwei Planetenradsatzelemente antriebswirksam miteinander verbunden, sodass der Planetenradsatz RS als Ganzes umläuft und folglich keine Übersetzung im Planetenradsatz RS mehr stattfindet. Zum Verblocken gibt es prinzipiell drei Möglichkeiten. Eine erste ist in 13a gezeigt. Hierbei wird das Sonnenrad So des Planetenradsatzes RS antriebswirksam mit dem Hohlrad Ho verbunden. Eine derartige Anordnung erlaubt jedoch kein Doppelschaltelement und ist daher nicht bevorzugt.
  • Eine zweite Variante ist in 13b dargestellt. Bei dieser Variante wird das Sonnenrad So antriebswirksam mit dem Planetenradträger oder Steg St des Planetenradsatzes RS verbunden.
  • In 13c ist eine dritte Variante dargestellt, bei der der Planetenradträger oder Steg St des Planetenradsatzes RS antriebswirksam mit dem Hohlrad Ho verbunden wird. Mit den Ausführungsformen gemäß der 13b und 13c ist ein Doppelschaltelement umfassend das fünfte Schaltelement E und das sechste Schaltelement F möglich.
  • In 14 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 vereinfacht schematisch dargestellt. Im Unterschied zu den zuvor gezeigten Varianten von Hybridgetrieben 18 ist das Doppelschaltelement umfassend das fünfte Schaltelement E und das sechste Schaltelement F antriebsseitig am Planetenradsatz RS angeordnet, wobei durch Schließen des fünften Schaltelements E das Hohlrad Ho des Planetenradsatzes RS antriebswirksam mit der Verbrennungsmaschine 16 verbindbar ist. Ein Planetenradträger oder Steg St des Planetenradsatzes RS ist antriebswirksam mit der ersten Getriebeantriebswelle 34 verbunden. Das Sonnenrad So des Planetenradsatzes RS ist mit einem gehäusefesten Bauteil verbunden, also festgesetzt. Durch Schließen des fünften Schaltelements E kann folglich eine Übersetzung des Planetenradsatzes RS eingerichtet werden, wobei ein Schließen des sechsten Schaltelements F den Planetenradsatz RS überbrückt.
  • In 15 sind die entsprechenden Schaltzustände in der Schaltmatrix 28 dargestellt. Zum Einrichten der ersten Verbrennungsgangstufe V1 sind das dritte Schaltelement C und das fünfte Schaltelement E zu schließen. Die zweite Verbrennungsgangstufe V2 wird eingerichtet durch Schließen des dritten Schaltelements C und des sechsten Schaltelements F. Ein Schließen des vierten Schaltelements D und des fünften Schaltelements E richtet die dritte Verbrennungsgangstufe V3 ein. Die vierte Verbrennungsgangstufe V4 wird durch Schließen des vierten Schaltelements D und des sechsten Schaltelements F eingerichtet.
  • In 16 ist eine detaillierte schematische Darstellung des in 14 vereinfacht dargestellten Hybridgetriebes 18 gezeigt. Wie bereits beschrieben findet eine antriebsseitige Anbindung des Doppelschaltelements umfassend das fünfte Schaltelement E und das sechste Schaltelement F an den Planetenradsatz RS statt. Das Doppelschaltelement ist daher an einem Getriebeeingang angeordnet und befindet sich nicht mehr innerhalb der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14. Wie bereits oben beschrieben ist das Sonnenrad So des Planetenradsatzes RS mit einem gehäusefesten Bauteil verbunden, wobei ein Planetenradträger oder Steg St antriebswirksam mit der ersten Getriebeantriebswelle 34 verbunden ist und ein Hohlrad Ho des Planetenradsatzes RS durch Schließen des fünften Schaltelements E antriebswirksam mit der Verbrennungsmaschine 16 verbunden werden kann.
  • In 17 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 vereinfacht schematisch dargestellt. Im Unterschied zu der in 14 gezeigten Variante ist das Hohlrad Ho des Planetenradsatzes RS antriebswirksam mit der Verbrennungsmaschine 16 verbunden. Ferner ist das Sonnenrad So des Planetenradsatzes RS durch Schließen des sechsten Schaltelements F antriebswirksam mit einem gehäusefesten Bauteil verbindbar. Der Planetenradträger oder Steg St des Planetenradsatzes RS ist dabei antriebswirksam mit der ersten Getriebeantriebswelle 34 verbunden. Durch Schließen des fünften Schaltelements E kann das Hohlrad Ho mit dem Sonnenrad So des Planetenradsatzes RS verbunden werden und der Planetenradsatz RS verblockt werden.
  • In 18 ist das Hybridgetriebe 18 gemäß der 17 detaillierter dargestellt. Wie bereits oben beschrieben ist die Verbrennungsmaschine 16 mit dem Hohlrad Ho des Planetenradsatzes RS verbunden. Ein Planetenradträger oder Steg St des Planetenradsatzes RS ist antriebswirksam mit der ersten Getriebeantriebswelle 34 verbunden. Durch Schließen des fünften Schaltelements E kann das Sonnenrad So des Planetenradsatzes RS antriebswirksam mit einem gehäusefesten Bauteil verbunden werden. Durch Schließen des sechsten Schaltelements F wird der Planetenradsatz RS verblockt. Das Doppelschaltelement umfassend das fünfte Schaltelement E und das sechste Schaltelement F ist hierbei zumindest teilweise radial und/oder axial innerhalb der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 angeordnet.
  • In 19 ist eine weitere Variante eines Hybridgetriebes 18 schematisch vereinfacht dargestellt. Im Unterschied zu den zuvor gezeigten Varianten von Hybridgetrieben 18 ist das Hohlrad Ho des Planetenradsatzes RS antriebswirksam mit der Verbrennungsmaschine 16 verbunden. Ein Planetenradträger oder Steg St des Planetenradsatzes RS ist antriebswirksam mit der ersten Getriebeantriebswelle 34 verbunden. Das Doppelschaltelement umfassend das fünfte Schaltelement E und das sechste Schaltelement F ist am Sonnenrad So des Planetenradsatzes RS angeordnet, wobei ein Schließen des fünften Schaltelements E das Sonnenrad So des Planetenradsatzes RS festsetzt, also mit einem gehäusefesten Bauteil antriebswirksam verbindet. Ein Schließen des sechsten Schaltelements F verbindet einen Planetenradträger oder Steg St des Planetenradsatzes RS antriebswirksam mit dem Sonnenrad So und verblockt somit den Planetenradsatz RS.
  • Die Schaltzustände des Hybridgetriebes 18 gemäß der 16 bis 19 können der Schaltmatrix 30 der 3b und der Schaltmatrix 28 der 15 entnommen werden.
  • In 20 ist das Hybridgetriebe 18 der 19 detaillierter dargestellt. Wie bereits oben beschrieben ist ein Planetenradträger oder Steg St des Planetenradsatzes RS antriebswirksam mit der ersten Getriebeantriebswelle 34 verbunden. Das Hohlrad Ho des Planetenradsatzes RS ist antriebswirksam mit der Verbrennungsmaschine 16 verbunden. Das Sonnenrad So des Planetenradsatzes RS kann durch Schließen des sechsten Schaltelements F antriebswirksam mit der ersten Getriebeantriebswelle 34 verbunden werden. Ferner kann das Sonnenrad So durch Schließen des fünften Schaltelements E festgesetzt werden. Das Doppelschaltelement umfassend das fünfte Schaltelement E und das sechste Schaltelement F ist in der gezeigten Ausführungsform radial und axial innerhalb der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 angeordnet.
  • In 21 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 schematisch detailliert dargestellt. Im Unterschied zu der in 20 gezeigten Variante ist der Planetenradsatz anstatt als Minusplanetenradsatz als Plusplanetenradsatz ausgeführt.
  • Prinzipiell kann ein Minusplanetenradsatz in einen Plusplanetenradsatz überführt werden, indem die Steg- und Hohlradanbindung getauscht und der Betrag der Standübersetzung um 1 erhöht wird. In der gezeigten Ausführungsform ist das Sonnenrad So antriebswirksam mit der Getriebeeingangswelle 32 verbunden. Das Hohlrad Ho des Planetenradsatzes RS ist antriebswirksam mit der ersten Getriebeantriebswelle 34 verbunden, und ein Planetenradträger oder Steg St kann durch Schließen des fünften Schaltelements E festgesetzt werden. Ferner kann der Planetenradträger oder Steg St durch Schließen des sechsten Schaltelements F antriebswirksam mit dem Sonnenrad So des Planetenradsatzes RS verbunden werden. Mit anderen Worten kann durch Schließen des sechsten Schaltelements F der Planetenradsatz RS verblockt werden.
  • In 22 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 5 gezeigten Variante ist der Abtrieb 26 nicht mehr zwischen den beiden die Übersetzungen i1 bis i4 bildenden Radsatzebenen angeordnet, sondern befindet sich an einem axialen Ende der ersten und/oder zweiten Vorgelegewelle 38, 40. Es versteht sich, dass eine derartige Anordnung nicht nur bezüglich der in 5 gezeigten Variante möglich ist, sondern vielmehr für alle gezeigten Varianten von Hybridgetrieben 18 denkbar ist.
  • Zum besseren Verständnis sind in den Figuren weiterhin Getriebeachsen A1 bis A5 dargestellt, wobei die Getriebeeingangswelle 32, die erste Getriebeantriebswelle 34, die zweite Getriebeantriebswelle 36 und der Planetenradsatz RS an der Getriebeachse A1 angeordnet sind. Die erste Vorgelegewelle 38 ist an der Getriebeachse A2 angeordnet. Die zweite Vorgelegewelle 40 ist an der Getriebeachse A3 angeordnet. Der Abtrieb und insbesondere ein Differential des Abtriebs ist an der Getriebeachse A4 angeordnet. Die optionale zweite elektrische Antriebsmaschine 20 ist vorzugsweise als achsparallele Antriebsmaschine ausgebildet und an einer Getriebeachse A5 angeordnet.
  • 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
    zweite elektrische Antriebsmaschine
    22
    Energiespeicher
    24
    Vorgetriebe
    26
    Abtrieb
    28
    Schaltmatrix
    30
    Schaltmatrix
    32
    Getriebeeingangswelle
    34
    erste Getriebeantriebswelle
    36
    zweite Getriebeantriebswelle
    38
    erste Vorgelegewelle
    40
    zweite Vorgelegewelle
    A - F
    Schaltelemente
    RS
    Planetenradsatz
    i1 - i4
    Getriebeübersetzung
    iab1
    erste Abtriebsübersetzung
    iab2
    zweite Abtriebsübersetzung
    So
    Sonnenrad
    Ho
    Hohlrad
    St
    Steg
    A1-A5
    Getriebeachsen
  • 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 102012205319 A1 [0006]

Claims (15)

  1. Hybridgetriebe (18) für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) eines Kraftfahrzeugs (10), mit: einer Getriebeeingangswelle (32) zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer Verbrennungsmaschine (16) des Kraftfahrzeugs; einer ersten Getriebeantriebswelle (34), die mittels einer Eingangsverbindung mit der Getriebeeingangswelle antriebswirksam verbindbar ist, um einen verbrennungsmotorischen Kraftpfad im Hybridgetriebe einzurichten; einer zweiten Getriebeantriebswelle (36), die mit einer ersten elektrischen Antriebsmaschine (14) des Kraftfahrzeugs antriebswirksam verbunden ist, um einen elektromotorischen Kraftpfad im Hybridgetriebe einzurichten; einer ersten Vorgelegewelle (38) und einer zweiten Vorgelegewelle (40); in mehreren Radsatzebenen angeordneten Losrädern und Festrädern zum Bilden von Gangstufen; mehreren Gangschaltvorrichtungen mit Schaltelementen (A, B, C, D, E, F) zum Einlegen der Gangstufen; und einem Abtrieb (26) zum Übertragen von Antriebsleistung aus dem Hybridgetriebe, wobei die Eingangsverbindung ein Vorgetriebe (24) zum Einrichten von mindestens zwei schaltbaren Vorübersetzungsstufen im verbrennungsmotorischen Kraftpfad umfasst.
  2. Hybridgetriebe (18) nach Anspruch 1, wobei eine Vorübersetzung des Vorgetriebes (24) eine Direktübersetzung umfasst; der verbrennungsmotorische Kraftpfad im Hybridgetriebe vier Gangstufen (V1, V2, V3, V4) umfasst; und/oder der elektromotorische Kraftpfad im Hybridgetriebe zwei Gangstufen (E1, E2) umfasst.
  3. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Vorgetriebe (24) einen Planetenradsatz (RS) mit Planetenradsatzelementen, umfassend ein Hohlrad (Ho), ein Planetenrad mit einem Planetenradträger und einem Sonnenrad (So), umfasst.
  4. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein gangbildendes Zahnrad an der ersten Getriebeantriebswelle (34) angeordnet ist und mit einem an der ersten Vorgelegewelle (38) angeordneten gangbildenden Zahnrad und einem an der zweiten Vorgelegewelle (40) angeordneten gangbildenden Zahnrad kämmt; und/oder ein gangbildendes Zahnrad an der zweiten Getriebeantriebswelle (36) angeordnet ist und mit einem an der ersten Vorgelegewelle angeordneten gangbildenden Zahnrad und einem an der zweiten Vorgelegewelle angeordneten gangbildenden Zahnrad kämmt.
  5. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Schaltelement (F) zum Verblocken oder Überbrücken des Planetenradsatzes (RS) ausgebildet ist; und ein Schaltelement (E) zum Einrichten einer Übersetzung mittels des Planetenradsatzes ausgebildet ist.
  6. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Planetenradsatz (RS) drei Kopplungen umfasst; die erste Kopplung einem ersten Planetenradsatzelement und der Getriebeeingangswelle (32) zugeordnet ist; die zweite Kopplung einem zweiten Planetenradsatzelement und der ersten Getriebeantriebswelle (34) zugeordnet ist; die dritte Kopplung einem dritten Planetenradsatzelement und einem gehäusefesten Bauteil zugeordnet ist; und eine dieser Kopplungen mittels eines Schaltelementes (E) schaltbar ist und die anderen beiden Kopplungen als permanent feste Verbindungen ausgeführt sind.
  7. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zweite Getriebeantriebswelle (36) als Hohlwelle ausgebildet ist und die erste Getriebeantriebswelle (34) zumindest abschnittsweise umgibt; und/oder die erste Getriebeantriebswelle als Hohlwelle ausgebildet ist und die Getriebeeingangswelle (32) zumindest abschnittsweise umgibt.
  8. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schaltelemente (A, B, C, D, E, F) als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet sind; und/oder zwei der Schaltelemente als Doppelschaltelemente ausgebildet sind und von einem doppeltwirkenden Aktor betätigbar sind.
  9. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein gangbildendes Zahnradpaar des verbrennungsmotorischen Kraftpfads im Hybridgetriebe dazu ausgebildet ist, antriebswirksam mit einer zweiten elektrischen Antriebsmaschine (20) wirkverbunden zu werden.
  10. Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) für ein Kraftfahrzeug (10), mit: einem Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche; einer Verbrennungsmaschine (16), die mit der ersten Getriebeantriebswelle (34) verbindbar ist; und einer ersten elektrischen Antriebsmaschine (14), die mit der zweiten Getriebeantriebswelle (36) antriebswirksam verbunden ist.
  11. Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach Anspruch 10, wobei die erste elektrische Antriebsmaschine (14) als Koaxialmaschine ausgebildet ist; und der Planetenradsatz (RS) und vorzugsweise zwei Schaltelemente (E, F) axial und/oder radial innerhalb der ersten elektrischen Antriebsmaschine angeordnet sind.
  12. Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach Anspruch 10 oder 11, wobei die in mehreren Radsatzebenen angeordneten Losräder und Festräder zum Bilden von Gangstufen axial zwischen der Verbrennungsmaschine (16) und der ersten elektrischen Antriebsmaschine (14) angeordnet sind; und der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang vorzugsweise eine zweite elektrische Antriebsmaschine (20) aufweist, die antriebswirksam mit der ersten Getriebeantriebswelle (34) verbunden ist.
  13. Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach Anspruch 12, wobei die zweite elektrische Antriebsmaschine (20) als Startergenerator zum Starten der Verbrennungsmaschine (16) ansteuerbar ist; und/oder als Ladegenerator zum Laden eines Energiespeichers (22) ansteuerbar ist.
  14. Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste elektrische Antriebsmaschine (14) und vorzugsweise die zweite elektrische Antriebsmaschine (20) als ein Stützkraftmittel bei Gangwechseln der Verbrennungsmaschine (16) ansteuerbar ist; die Verbrennungsmaschine und vorzugsweise die zweite elektrische Antriebsmaschine als ein Stützkraftmittel bei Gangwechseln der elektrischen Antriebsmaschine ansteuerbar ist; alle Gangstufen der ersten elektrische Antriebsmaschine unabhängig von den Gangstufen der Verbrennungsmaschine schaltbar sind; und/oder alle Gangstufen der Verbrennungsmaschine unabhängig von den Gangstufen der ersten elektrische Antriebsmaschine schaltbar sind.
  15. Kraftfahrzeug (10) mit: einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach einem der Ansprüche 11 bis 14; und einem Energiespeicher (22) zum Speichern von Energie zum Versorgen der ersten elektrischen Antriebsmaschine (14) und vorzugsweise der zweiten elektrischen Antriebsmaschine (20).
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