DE102020203790A1 - Hybrid transmission with pre-transmission for internal combustion engine - Google Patents
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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 Getriebeantriebswelle (34), die mittels einer Eingangsverbindung mit der Getriebeeingangswelle antriebswirksam verbindbar ist, um einen verbrennungsmotorischen Kraftpfad im Hybridgetriebe einzurichten; einer Vorgelegewelle (36); 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; einem Abtrieb (26) zum Übertragen von Antriebsleistung aus dem Hybridgetriebe, wobei ein erstes gangbildendes Zahnradpaar und ein zweites gangbildendes Zahnradpaar mit einer ersten elektrischen Antriebsmaschine (14) des Kraftfahrzeugs antriebswirksam verbindbar ist, um einen elektromotorischen Kraftpfad im Hybridgetriebe einzurichten; und die Eingangsverbindung ein Vorgetriebe (24) umfasst, zum Einrichten von mindestens zwei schaltbaren Vorübersetzungsstufen im verbrennungsmotorischen Kraftpfad. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang mit einem solchen Hybridgetriebe und ein Kraftfahrzeug (10) mit einem solchen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang.The present invention relates to a hybrid transmission (18) for a motor vehicle drive train (12) of a motor vehicle (10), having: a transmission input shaft (32) for operative connection of the hybrid transmission to an internal combustion engine (16) of the motor vehicle; a transmission drive shaft (34) which can be connected to the transmission input shaft by means of an input connection in order to establish an internal combustion engine power path in the hybrid transmission; a countershaft (36); idler gears and fixed gears arranged in several gear set levels to form gear stages; a plurality of gear shifting devices with shifting elements (A, B, C, D, E, F) for engaging the gear steps; an output (26) for transmitting drive power from the hybrid transmission, a first gear-forming gear pair and a second gear-forming gear pair being operatively connectable to a first electric drive machine (14) of the motor vehicle in order to set up an electromotive force path in the hybrid transmission; and the input connection comprises a pre-transmission (24) for setting up at least two switchable pre-transmission stages in the internal combustion engine power path. The present invention also relates to a motor vehicle drive train with such a hybrid transmission and a motor vehicle (10) with such a motor vehicle drive train.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybridgetriebe, einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang mit einem solchen Hybridgetriebe sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang.The present invention relates to a hybrid transmission, a motor vehicle drive train with such a hybrid transmission and a motor vehicle with such a motor vehicle drive train.
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.Vehicles are increasingly being equipped with hybrid drives, ie with at least two different drive sources. Hybrid drives can help reduce fuel consumption and pollutant emissions. Drivetrains with an internal combustion engine and one or more electric motors as parallel hybrids or mixed hybrids have largely prevailed. Such hybrid drives have an essentially parallel arrangement of the internal combustion engine and the electric drive in the power flow. Both a superposition of the drive torques and a control with a purely internal combustion engine drive or a purely electric motor drive can be made possible here. Since the drive torques of the electric drive and the internal combustion engine can add up depending on the control, a comparatively smaller design of the internal combustion engine and / or its temporary shutdown is possible. In this way, a significant reduction in CO 2 emissions can be achieved without any significant loss of performance or comfort. The possibilities and advantages of an electric drive can thus be combined with the range, performance and cost advantages of internal combustion engines.
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.A disadvantage of the above-mentioned hybrid drives is their generally more complex structure, since both drive sources preferably transmit drive power to a drive shaft with only one gear. As a result, such transmissions are usually complex and costly to produce. A reduction in the complexity in the structure of a hybrid transmission is usually associated with a loss of variability.
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.This disadvantage can at least partially be overcome by means of dedicated hybrid transmissions or “Dedicated Hybrid Transmissions” (DHT), in which an electric machine is integrated into the transmission in order to display the full range of functions. For example, the mechanical transmission part in particular can be simplified in the transmission, for example by eliminating the reverse gear, with at least one electrical machine being used instead.
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.Dedicated hybrid transmissions can emerge from known transmission concepts, i.e. from double clutch transmissions, converter planetary transmissions, continuously variable transmissions (CVT) or automated manual transmissions. The electric machine becomes part of the transmission.
Die Druckschrift
Vor diesem Hintergrund stellt sich einem Fachmann die Aufgabe, ein axial kompaktes, hocheffizientes und variables Hybridgetriebe zu schaffen, das insbesondere eine beliebige Kombinierbarkeit der Verbrennungs-Gangstufen und Elektro-Gangstufen erlaubt.Against this background, a person skilled in the art is faced with the task of creating an axially compact, highly efficient and variable hybrid transmission which, in particular, allows the combustion gear steps and electric gear steps to be combined as desired.
Die obige Aufgabe wird gelöst durch ein Hybridgetriebe für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit:
- einer Getriebeeingangswelle zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer Verbrennungsmaschine des Kraftfahrzeugs;
- einer Getriebeantriebswelle, die mittels einer Eingangsverbindung mit der Getriebeeingangswelle antriebswirksam verbindbar ist, um einen verbrennungsmotorischen Kraftpfad im Hybridgetriebe einzurichten;
- einer 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
- ein erstes gangbildendes Zahnradpaar und ein zweites gangbildendes Zahnradpaar mit einer ersten elektrischen Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs antriebswirksam verbindbar ist, um einen elektromotorischen Kraftpfad im Hybridgetriebe einzurichten; und
- die Eingangsverbindung ein Vorgetriebe umfasst, zum Einrichten von mindestens zwei schaltbaren Vorübersetzungsstufen im verbrennungsmotorischen Kraftpfad.
- a transmission input shaft for operative connection of the hybrid transmission with an internal combustion engine of the motor vehicle;
- a transmission drive shaft, which can be effectively connected to the transmission input shaft by means of an input connection, in order to set up an internal combustion engine power path in the hybrid transmission;
- a countershaft;
- idler gears and fixed gears arranged in several gear set levels to form gear stages;
- a plurality of gear shifting devices with shifting elements for engaging the gear steps; and
- an output for transmitting drive power from the hybrid transmission, wherein
- a first gear-forming gear pair and a second gear-forming gear pair can be connected to a first electric drive machine of the motor vehicle in a driving manner in order to set up an electromotive force path in the hybrid transmission; and
- the input connection comprises a pre-transmission for setting up at least two switchable pre-transmission stages in the internal combustion engine power path.
Die obige Aufgabe wird ferner gelöst durch einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit:
- einem Hybridgetriebe wie zuvor beschrieben;
- einer Verbrennungsmaschine, die mit der Getriebeantriebswelle verbindbar ist; und
- einer ersten elektrischen Antriebsmaschine, die mit dem ersten gangbildenden Zahnradpaar antriebswirksam verbindbar ist und die mit dem zweiten gangbildenden Zahnradpaar antriebswirksam verbindbar ist.
- a hybrid transmission as previously described;
- an internal combustion engine which can be connected to the transmission input shaft; and
- a first electric drive machine, which can be connected in a driving manner to the first gear-forming gear pair and which can be connected in a drivingly effective manner to the second gear-forming gear pair.
Die obige Aufgabe wird schließlich gelöst durch ein Kraftfahrzeug mit:
- einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang wie zuvor beschrieben; und
- einem Energiespeicher zum Speichern von Energie zum Versorgen der ersten elektrischen Antriebsmaschine und vorzugsweise der zweiten elektrischen Antriebsmaschine.
- an automotive powertrain as previously described; and
- an energy store for storing energy for supplying the first electric drive machine and preferably the second electric drive machine.
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.Preferred embodiments of the invention are described in the dependent claims. It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention. In particular, the motor vehicle drive train and the motor vehicle can be designed in accordance with the configurations described for the hybrid transmission in the dependent claims.
Durch eine Eingangsverbindung, die ein Vorgetriebe zum Einrichten von mindestens zwei schaltbaren Vorübersetzungen im verbrennungsmotorischen Kraftpfad umfasst, kann ein Gruppengetriebe für die Verbrennungsmaschine geschaffen werden. Durch das Einrichten eines elektromotorischen Kraftpfads durch ein erstes gangbildendes Zahnradpaar und ein zweites gangbildendes Zahnradpaar, die jeweils mit einer ersten elektrischen Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs antriebswirksam verbindbar sind, kann ein kompaktes Hybridgetriebe geschaffen werden, bei dem insbesondere alle Elektro-Gangstufen beliebig mit allen Verbrennungs-Gangstufen kombiniert werden können. Vorzugsweise kann das zweite gangbildende Zahnradpaar sowohl im elektromotorischen als auch im verbrennungsmotorischen Kraftpfad eingebunden werden und kann sowohl Antriebsleistung der ersten elektrischen Antriebsmaschine als auch der Verbrennungsmaschine übertragen. Dadurch, dass das Hybridgetriebe mit nur einer einzigen Vorgelegewelle aufgebaut ist, kann ein kompaktes Hybridgetriebe geschaffen werden, das insbesondere mit wenigen Bauteilen aufgebaut ist.A group transmission for the internal combustion engine can be created by means of an input connection which includes a pre-transmission for setting up at least two switchable pre-transmissions in the internal combustion engine power path. By setting up an electromotive force path through a first gear-forming gear pair and a second gear-forming gear pair, each of which can be effectively connected to a first electric drive machine of the motor vehicle, a compact hybrid transmission can be created in which, in particular, all electric gear steps with all combustion gear steps can be combined. Preferably, the second gear-forming gear pair can be integrated both in the electric motor and in the internal combustion engine power path and can transmit both drive power from the first electric drive machine and the internal combustion machine. Because the hybrid transmission is constructed with only a single countershaft, a compact hybrid transmission can be created which, in particular, is constructed with few components.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst eine Vorübersetzung des Vorgetriebes eine direkte Übersetzung. Ergänzend oder alternativ umfasst der verbrennungsmotorische Kraftpfad im Hybridgetriebe vier Gangstufen. Weiterhin ergänzend oder alternativ umfasst der elektromotorische Kraftpfad im Hybridgetriebe zwei Gangstufen. Dadurch kann ein kompaktes und leichtes Hybridgetriebe geschaffen werden, das eine ausreichende Spreizung für die Verbrennungsmaschine aufweist. Eine Vorübersetzung kann technisch einfach mit dem Vorgetriebe eingerichtet werden, beispielsweise durch Überbrücken des Vorgetriebes. Somit kann eine Übersetzung durch Schalten eines einzigen Schaltelements eingerichtet werden. Das Hybridgetriebe baut folglich technisch einfach.In an advantageous embodiment, a pre-transmission of the pre-transmission includes a direct transmission. In addition or as an alternative, the internal combustion engine power path in the hybrid transmission includes four gear stages. Additionally or alternatively, the electromotive force path in the hybrid transmission includes two gear stages. As a result, a compact and lightweight hybrid transmission can be created that has a sufficient spread for the internal combustion engine. A pre-translation can be set up with the pre-transmission in a technically simple manner, for example by bridging the pre-transmission. Thus, a translation can be set up by switching a single switching element. The hybrid transmission is therefore technically simple to build.
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 ein technisch einfach und insbesondere axial kompakt bauendes Vorgetriebe geschaffen werden. Zudem ist die Einrichtung einer Direktübersetzung mit einem Planetenradsatz vorteilhaft einrichtbar, da zwei Möglichkeiten bestehen, eine Direktübersetzung einzurichten. Der Planetenradsatz kann beispielsweise verblockt werden. Ebenso ist es denkbar, das Vorgetriebe also den Planetenradsatz zu überbrücken.In a further advantageous embodiment, the pre-transmission comprises a planetary gear set with planetary gear set elements comprising a ring gear, a planet gear with a planetary gear carrier and a sun gear. In this way, a technically simple and, in particular, axially compact front gear can be created. In addition, it is advantageous to set up a direct transmission with a planetary gear set, since there are two ways of setting up a direct transmission. The planetary gear set can be blocked, for example. It is also conceivable to bridge the pre-transmission so the planetary gear set.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das zweite gangbildende Zahnradpaar dazu ausgebildet, antriebswirksam mit der Verbrennungsmaschine und/oder der ersten elektrischen Antriebsmaschine verbunden zu werden. Ergänzend sind alle Gangstufen für die Verbrennungsmaschine unabhängig von den Gangstufen für die erste elektrische Antriebsmaschine schaltbar. Hierdurch kann ein hochvariables und dennoch kompaktes Hybridgetriebe geschaffen werden. Insbesondere erlaubt es die Doppelnutzung des zweiten gangbildenden Zahnradpaars, ein Getriebe mit weniger Bauteilen und geringerem Bauraumbedarf zu schaffen.In a further advantageous embodiment, the second gear-forming gear pair is designed to be connected to the internal combustion engine and / or the first electric drive machine in a driving manner. In addition, all gear steps for the internal combustion engine can be shifted independently of the gear steps for the first electric drive machine. In this way, a highly variable and yet compact hybrid transmission can be created. In particular, the dual use of the second gear-forming gear pair makes it possible to create a transmission with fewer components and less space requirement.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein sechstes Schaltelement zum Verblocken oder Überbrücken des Planetenradsatzes ausgebildet. Ergänzend ist ein fünftes Schaltelement zum Einrichten einer Übersetzung mittels des Planetenradsatzes ausgebildet. Hierdurch kann technisch einfach ein Schalten des Planetenradsatzes erfolgen. Vorzugsweise kann der Planetenradsatz mit einem Doppelschaltelement geschaltet werden, wobei ein Schaltelement des Doppelschaltelements eine Überbrückung des Planetenradsatzes bewirkt und ein Schaltelement des Doppelschaltelements das Einrichten einer Übersetzung mittels des Planetenradsatzes bewirkt.In a further advantageous embodiment, a sixth switching element is designed for blocking or bridging the planetary gear set. In addition, a fifth shift element is designed to set up a translation by means of the planetary gear set. This enables the planetary gear set to be switched in a technically simple manner. The planetary gear set can preferably be shifted with a double shifting element, a shifting element of the double shifting element bridging the planetary gear set and a shifting element of the double shifting element causing a gear ratio to be set up by means of the planetary gear set.
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 Getriebeantriebswelle zugeordnet. Die dritte Kopplung ist einem dritten Planetenradsatzelement und einem gehäusefesten Bauteil zugeordnet. Ergänzend ist eine dieser Kopplungen mittels eines fünften Schaltelements schaltbar und die beiden anderen Kopplungen sind als permanent feste Verbindung ausgeführt. Durch eine derartige Anbindung kann der Planetenradsatz des Vorgetriebes technisch einfach in den verbrennungsmotorischen Kraftpfad eingebunden werden, da wenigstens zwei der Verbindungen als permanent feste Verbindungen ausgeführt sind, also keine schaltbaren Anbindungen benötigen.In a further advantageous embodiment, the planetary gear set comprises three couplings. The first coupling is assigned to a first planetary gear set element and the transmission input shaft. The second coupling is assigned to a second planetary gear set element and the transmission input shaft. The third coupling is assigned to a third planetary gear set element and a component fixed to the housing. In addition, one of these couplings can be switched by means of a fifth switching element and the other two couplings are designed as a permanently fixed connection. With such a connection, the planetary gear set of the pre-transmission can be technically easily integrated into the internal combustion engine power path, since at least two of the connections are designed as permanently fixed connections, i.e. do not require any switchable connections.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Getriebeantriebswelle als Hohlwelle ausgebildet und umgibt die Getriebeeingangswelle zumindest abschnittsweise. Hierdurch kann eine Kompaktheit des Hybridgetriebes weiter verbessert werden. Es kann ein Hybridgetriebe geschaffen werden, das insbesondere axial kurz baut.In a further advantageous embodiment, the transmission drive shaft is designed as a hollow shaft and surrounds the transmission input shaft at least in sections. As a result, the compactness of the hybrid transmission can be further improved. A hybrid transmission can be created that is particularly short axially.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Schaltelemente als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet. Ergänzend oder alternativ sind zwei der Schaltelemente als Doppelschaltelement 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 kosteneffizienteren Hybridgetriebe.In a further advantageous embodiment, the switching elements are designed as form-fitting switching elements. Additionally or alternatively, two of the switching elements are designed as double switching elements and can be actuated by a double-acting actuator. A double shift element makes it possible to build the hybrid transmission with a few components, since only one actuator has to be used to actuate a double shift element, for example to engage two gear stages. Furthermore, the control of the hybrid transmission is simplified. In addition, the hybrid transmission is compact, meaning that it requires less installation space. By using positive shifting elements, the hybrid transmission can be designed with less loss, that is, more efficiently. In particular, positive shifting elements lead to a more cost-efficient hybrid transmission.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Getriebeeingangswelle dazu ausgebildet, antriebswirksam mit einer zweiten elektrischen Antriebsmaschine verbunden 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 generatorisch von der Verbrennungsmaschine betrieben werden und so Funktionen wie Bordnetzversorgung oder ein serielles Kriechen und/oder Fahren sowohl vorwärts als auch rückwärts ermöglichen. Ferner kann die zweite elektrische Antriebsmaschine die Verbrennungsmaschine bei einer Drehzahlregelung beispielsweise zum Ankoppeln oder bei Schaltungen unterstützen. Zudem ist es möglich, dass die Zugkraftunterstützung mittels der zweiten elektrischen Antriebsmaschine erfolgt, wenn die erste elektrische Antriebsmaschine den Gang wechselt. Hierdurch kann insbesondere ein effizienter rein elektromotorischer Fahrbetrieb eingerichtet werden.In a further advantageous embodiment, the transmission input shaft is designed to be connected to a second electric drive machine in a driving manner. This allows the functionality of the hybrid transmission to be expanded. In particular, the hybrid transmission enables the internal combustion engine to be started from a purely electric drive. Furthermore, the second electric drive machine can be operated as a generator by the internal combustion engine and thus enable functions such as on-board power supply or serial crawling and / or driving both forwards and backwards. Furthermore, the second electric drive machine can support the internal combustion machine in speed regulation, for example for coupling or for gear changes. In addition, it is possible for the tractive force support to take place by means of the second electric drive machine when the first electric drive machine changes gear. In this way, in particular, efficient, purely electric motor driving operation can be set up.
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 kompakt bauender Antriebsstrang geschaffen werden. Der zur Verfügung stehende Bauraum kann vorteilhaft ausgenutzt werden. Insbesondere kann eine große elektrische Antriebsmaschine Anwendung finden.In a further advantageous embodiment, the first electric drive machine is designed as a coaxial machine. In addition, the planetary gear set and preferably two switching elements are arranged axially and / or radially inside the first electric drive machine. In this way, a highly efficient and, in particular, compact drive train can be created. The available installation space can be used to advantage. In particular, a large electric drive machine can be used.
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 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 ermöglicht werden. Die Variabilität des Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs wird erhöht.In a further advantageous embodiment, the idler gears and fixed gears, which are arranged in several gear set levels, are arranged axially between the internal combustion engine and the first electric drive machine to form gear stages. In addition, the motor vehicle drive train preferably has a second electric drive machine, which is connected to the transmission drive shaft in a driving manner. As a result, the available installation space can be used in an improved manner. The compactness of the motor vehicle drive train can be increased. In particular, an on-board power supply, a start of the internal combustion engine from a purely electric drive and / or serial crawling or driving forwards and / or backwards can be made possible by a second electric drive machine. The variability of the motor vehicle drive train is increased.
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. Ferner ist es möglich, sowohl die zweite elektrische Antriebsmaschine als auch die Verbrennungsmaschine kleiner zu dimensionieren, da beide kombiniert Antriebsleistung zur Verfügung stellen können.In a further advantageous embodiment, the second electric drive machine can be controlled as a starter generator for starting the internal combustion engine. Additionally or alternatively, the second electric drive machine can be controlled as a charging generator for charging an energy store. This allows the motor vehicle drive train to be operated efficiently. The fuel consumption can be reduced. In particular, there is no need for an additional starter for the internal combustion engine. Furthermore, it is possible to dimension both the second electric drive machine and the internal combustion machine smaller, since both can provide combined drive power.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste elektrische Antriebsmaschine als ein Stützkraftmittel bei Gangwechseln der Verbrennungsmaschine und vorzugsweise der zweiten elektrischen Antriebsmaschine ansteuerbar. Ergänzend oder alternativ ist die Verbrennungsmaschine und vorzugsweise die zweite elektrische Antriebsmaschine als ein Stützkraftmittel bei Gangwechseln der ersten elektrischen Antriebsmaschine ansteuerbar. Weiter ergänzend oder alternativ sind alle Gangstufen der ersten elektrischen Antriebsmaschine unabhängig von den Gangstufen der Verbrennungsmaschine schaltbar. Weiterhin ergänzend oder alternativ sind alle Gangstufen der Verbrennungsmaschine unabhängig von den Gangstufen der ersten elektrischen Antriebsmaschine schaltbar. Hierdurch kann der Fahrkomfort erhöht werden. Es 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 Antriebsmaschine eingelegten Gangstufe. Zudem kann die zur Verfügung stehende Antriebsleistung des Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs erhöht werden.In a further advantageous embodiment, the first electric drive machine can be activated as a supporting force means when changing gears of the internal combustion engine and preferably of the second electric drive machine. Additionally or alternatively, the internal combustion engine and preferably the second electric drive machine can be controlled as a supporting force means when changing gears in the first electric drive machine. Additionally or alternatively, all gear steps of the first electric drive machine can be shifted independently of the gear steps of the internal combustion engine. Additionally or alternatively, all gear stages of the internal combustion engine can be switched independently of the gear stages of the first electric drive machine. This can increase driving comfort. A highly variable motor vehicle drive train can be created which allows both drive machines, i.e. the electric drive machine and the internal combustion engine, to be operated in an optimal operating range, in particular independently of the gear selected for the drive machine. In addition, the available drive power of the motor vehicle drive train can be increased.
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.Fixing an element of a planetary gear set is to be understood in particular as blocking a rotation of the element about its axis of rotation. The element is preferably connected non-rotatably to a static component such as a frame and / or a transmission housing by means of a switching element. It is also conceivable to brake the element to a standstill.
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.Blocking a planetary gear set includes drivingly connecting two gears and / or the planetary gear carrier and a gear of the planetary gear set so that they rotate together with the same number of revolutions around the same point, preferably the center of the planetary gear set. When two gears and / or a planetary gear carrier and a gear of the planetary gear set are interlocked, the planetary gear set preferably acts like a shaft; in particular, there is no translation in the planetary gear set.
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.Stationary charging or charging in neutral is to be understood in particular as the operation of the electric drive machine as a generator, preferably at a standstill with the internal combustion engine running, in order to fill an energy store and / or to feed an on-board electronics.
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.In the present case, an actuator is in particular a component that converts an electrical signal into a mechanical movement. Actuators that are used with double switching elements preferably perform movements in two opposite directions in order to switch one switching element of the double switching element in the first direction and to switch the other switching element in the second direction.
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.A gear step change takes place in particular by switching off a switching element and / or a clutch and simultaneously switching on the switching element and / or the clutch for the next higher or lower gear step. The second shift element and / or the second clutch thus takes over the torque from the first shift element and / or the first clutch piece by piece until the entire torque is taken over by the second shift element and / or the second clutch at the end of the gear step change. With prior synchronization, a gear change can take place more quickly; form-fitting shifting elements can preferably be used.
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.A combustion machine can in particular be any machine that can generate a rotary movement by burning a drive medium such as gasoline, diesel, kerosene, ethanol, liquefied petroleum gas, LPG, etc. An internal combustion engine can be, for example, a gasoline engine, a diesel engine, a Wankel engine or a two-stroke engine.
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.When driving in series or crawling, an electric drive machine of a motor vehicle is operated as a generator by an internal combustion engine of the motor vehicle. The energy generated in this way is then made available to a further electric drive machine of the motor vehicle in order to provide drive power.
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 der2 ; -
4 eine erste Variante einer Anordnung der Schaltelemente eines Vorgetriebes des Hybridgetriebes; -
5 eine weitere Variante einer Anordnung der Schaltelemente eines Vorgetriebes des Hybridgetriebes; -
6 eine weitere Variante der Anordnung von Schaltelementen eines Vorgetriebes; -
7 eine erste Variante einer möglichen Anbindung eines Vorgetriebes im Hybridgetriebe; -
8 eine weitere Variante einer möglichen Anbindung eines Vorgetriebes im Hybridgetriebe; -
9 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes; -
10 eine vereinfachte schematische Darstellung des Hybridgetriebes gemäß der9 ; -
11 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes; -
12 eine vereinfachte schematische Darstellung des Hybridgetriebes gemäß der11 ; -
13 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes; -
14 eine vereinfachte schematische Darstellung des Hybridgetriebes gemäß der13 ; -
15 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes; -
16 eine vereinfachte schematische Darstellung des Hybridgetriebes gemäß der15 ; -
17 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes; und -
18 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes.
-
1 a schematic plan view of a motor vehicle with a motor vehicle drive train according to the invention; -
2 a schematic simplified representation of a hybrid transmission according to the invention; -
3a ,3b schematically the switching states of the hybrid transmission according to FIG2 ; -
4th a first variant of an arrangement of the switching elements of a pre-transmission of the hybrid transmission; -
5 a further variant of an arrangement of the switching elements of a pre-transmission of the hybrid transmission; -
6th another variant of the arrangement of switching elements of a pre-transmission; -
7th a first variant of a possible connection of a pre-transmission in the hybrid transmission; -
8th another variant of a possible connection of a pre-transmission in the hybrid transmission; -
9 another variant of a hybrid transmission according to the invention; -
10 a simplified schematic representation of the hybrid transmission according to FIG9 ; -
11 another variant of a hybrid transmission according to the invention; -
12th a simplified schematic representation of the hybrid transmission according to FIG11 ; -
13th another variant of a hybrid transmission according to the invention; -
14th a simplified schematic representation of the hybrid transmission according to FIG13th ; -
15th another variant of a hybrid transmission according to the invention; -
16 a simplified schematic representation of the hybrid transmission according to FIG15th ; -
17th another variant of a hybrid transmission according to the invention; and -
18th another variant of a hybrid transmission according to the invention.
In
In
Das Hybridgetriebe
Die erste elektrische Antriebsmaschine
Die Hauptübersetzung
An den verbrennungsmotorischen Kraftpfad kann eine optionale zweite elektrische Antriebsmaschine
In den
In der ersten Spalte der Schaltmatrix
Zum Einrichten der ersten Verbrennungs-Gangstufe
Durch Einlegen des ersten Schaltelements
Das Vorgetriebe
In
In
In
In den
In
In
Ferner ist der Planetenradsatz
An der Vorgelegewelle
Die Getriebeeingangswelle
Die zuvor beschriebenen Wellen sind auf einer ersten Getriebeachse A1 angeordnet. Die Vorgelegewelle
Das Vorgetriebe
In
In
In
In
In
In
In
In
In der gezeigten Variante ist die Getriebeeingangswelle
In
Es versteht sich, dass eine derartige alternative Anbindung des Abtriebs für jede der zuvor gezeigten Ausführungsformen von Hybridgetrieben
Vorteile der Anordnung des Abtriebs
Mit den gezeigten Ausführungsformen von Hybridgetrieben
Bei Schaltungen zwischen den Verbrennungs-Gangstufen
Das vorzugsweise als Zweiganggetriebe ausgeführte Vorgetriebe dient als Splitgruppe für die Stirnradstufen, die die Übersetzungsstufen
Bei der Schaltung von der Verbrennungs-Gangstufe
Die Schaltung von der Verbrennungs-Gangstufe
Bei einer Schaltung von der Verbrennungs-Gangstufe
Mit einer zweiten elektrischen Antriebsmaschine
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.The invention has been comprehensively described and explained with reference to the drawings and the description. The description and explanation are to be understood as an example and not restrictive. The invention is not limited to the disclosed embodiments. Other embodiments or variations will become apparent to those skilled in the art using the present invention and a careful analysis of the drawings, the disclosure, and the following claims.
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.In the claims, the words “comprising” and “having” do not exclude the presence of further elements or steps. The undefined article “a” or “an” does not exclude the presence of a plural. A single element or a single unit can perform the functions of several of the units mentioned in the patent claims. The mere mention of some measures in several different dependent patent claims should not be understood to mean that a combination of these measures cannot also be used advantageously. Reference signs in the patent claims are not to be understood as restrictive.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- KraftfahrzeugMotor vehicle
- 1212th
- Kraftfahrzeug-AntriebsstrangAutomotive powertrain
- 1414th
- erste elektrische Antriebsmaschinefirst electric drive machine
- 1616
- VerbrennungsmaschineInternal combustion engine
- 1818th
- HybridgetriebeHybrid transmission
- 2020th
- zweite elektrische Antriebsmaschinesecond electric prime mover
- 2222nd
- EnergiespeicherEnergy storage
- 2424
- VorgetriebePre-transmission
- 2626th
- AbtriebDownforce
- 2828
- SchaltmatrixSwitching matrix
- 3030th
- SchaltmatrixSwitching matrix
- 3232
- GetriebeeingangswelleTransmission input shaft
- 3434
- GetriebeantriebswelleTransmission drive shaft
- 3636
- VorgelegewelleCountershaft
- RSRS
- PlanetenradsatzPlanetary gear set
- StSt.
- Stegweb
- SoSo
- SonnenradSun gear
- HoHo
- HohlradRing gear
- w*w *
- GetriebewellenGear shafts
- i1-i3i1-i3
- HauptübersetzungenMain translations
- iabiab
- AbtriebsübersetzungOutput ratio
- A-FA-F
- SchaltelementeSwitching elements
- V1-V4V1-V4
- Verbrennungs-GangstufenCombustion gears
- E1, E2E1, E2
- Elektro-GangstufenElectric gear steps
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102012205319 A1 [0006]DE 102012205319 A1 [0006]
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020203790.6A DE102020203790A1 (en) | 2020-03-24 | 2020-03-24 | Hybrid transmission with pre-transmission for internal combustion engine |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020203790.6A DE102020203790A1 (en) | 2020-03-24 | 2020-03-24 | Hybrid transmission with pre-transmission for internal combustion engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE102020203790A1 true DE102020203790A1 (en) | 2021-09-30 |
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ID=77658613
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DE102020203790.6A Pending DE102020203790A1 (en) | 2020-03-24 | 2020-03-24 | Hybrid transmission with pre-transmission for internal combustion engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102020203790A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102022203684A1 (en) | 2022-04-12 | 2023-10-12 | Zf Friedrichshafen Ag | Hybrid transmission device for a motor vehicle |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102012205319A1 (en) | 2012-04-02 | 2013-10-02 | Zf Friedrichshafen Ag | Hybrid drive of motor car, has planetary gear whose intermediate element is connected with other gear construction elements of planetary gears or with countershaft over shift elements in twin shift unit |
-
2020
- 2020-03-24 DE DE102020203790.6A patent/DE102020203790A1/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102012205319A1 (en) | 2012-04-02 | 2013-10-02 | Zf Friedrichshafen Ag | Hybrid drive of motor car, has planetary gear whose intermediate element is connected with other gear construction elements of planetary gears or with countershaft over shift elements in twin shift unit |
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DE102022203684A1 (en) | 2022-04-12 | 2023-10-12 | Zf Friedrichshafen Ag | Hybrid transmission device for a motor vehicle |
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