DE102020203803A1 - Hybridgetriebe mit elektrischer Zugkraftunterstützung - Google Patents

Hybridgetriebe mit elektrischer Zugkraftunterstützung Download PDF

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DE102020203803A1
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English (en)
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Johannes Kaltenbach
Fabian Kutter
Martin Brehmer
Matthias Horn
Oliver BAYER
Thomas Martin
Michael Wechs
Thomas Kroh
Max Bachmann
Peter Ziemer
Juri Pawlakowitsch
Ingo Pfannkuchen
Stefan Beck
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ZF Friedrichshafen AG
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ZF Friedrichshafen AG
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    • B60K6/48—Parallel type
    • B60K2006/4833—Step up or reduction gearing driving generator, e.g. to operate generator in most efficient speed range
    • B60K2006/4841—Step up or reduction gearing driving generator, e.g. to operate generator in most efficient speed range the gear provides shifting between multiple ratios
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    • F16H3/02—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion
    • F16H3/08—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts
    • F16H2003/0811—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts using unsynchronised clutches
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/02—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion
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    • F16H3/087—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears
    • F16H3/093—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears with two or more countershafts
    • F16H2003/0931—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears with two or more countershafts each countershaft having an output gear meshing with a single common gear on the output shaft
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybridgetriebe (18) für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) eines Kraftfahrzeugs (10), mit: einer ersten Getriebeantriebswelle (22) zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer Verbrennungsmaschine (16) des Kraftfahrzeugs ; einem Planetenradsatz (RS), umfassend ein Sonnenrad (34), ein Planetenrad (32) und ein Hohlrad (30), wobei der Planetenradsatz dazu ausgebildet ist, antriebswirksam mit einer elektrischen Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs verbunden zu werden; einer zweiten Getriebeantriebswelle (24), die mit dem Planetenradsatz antriebswirksam verbunden ist; einer ersten Vorgelegewelle (26) und einer zweiten Vorgelegewelle (28); in mehreren Radsatzebenen angeordneten Losrädern und Festrädern zum Bilden von Gangstufen; mehreren Gangschaltvorrichtungen mit Schaltelementen (A, B, C, D, E, F, G, H), die Stirnrad-Schaltelemente und Planetenradsatz-Schaltelemente umfassen, zum Einlegen der Gangstufen; einem Abtrieb (36) zum Übertragen von Antriebsleistung aus dem Hybridgetriebe; und einer Verbindungskupplung mit einem Schaltelement (K3) zum antriebswirksamen Verbinden der ersten und zweiten Getriebeantriebswelle. 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 werden sowohl eine Überlagerung der Antriebsmomente als auch eine Ansteuerung mit rein verbrennungsmotorischem Antrieb oder rein elektromotorischem Antrieb ermöglicht. Da sich die Antriebsmomente des Elektroantriebs und des Verbrennungsmotors je nach Ansteuerung addieren können, ist eine vergleichsweise kleinere Auslegung des Verbrennungsmotors und/oder dessen zeitweise Abschaltung möglich. Hierdurch kann eine signifikante Reduzierung der CO2-Emissionen ohne nennenswerte Leistungs- bzw. Komforteinbußen erreicht werden. Die Möglichkeiten und Vorteile eines Elektroantriebs können somit mit den Reichweiten-, Leistungs- und Kostenvorteilen von Brennkraftmaschinen verbunden werden.
  • Ein Nachteil der oben genannten Hybridantriebe besteht in einem im Allgemeinen komplexeren Aufbau, da beide Antriebsquellen vorzugsweise mit nur einem Getriebe Antriebsleistung auf eine Antriebswelle übertragen. Hierdurch sind derartige Getriebe meist aufwendig und kostenintensiv in der Produktion. Eine Reduzierung der Komplexität im Aufbau eines Hybridgetriebes geht meistens mit einer Einbuße an Variabilität einher.
  • Dieser Nachteil kann zumindest teilweise mittels dedizierter Hybridgetriebe oder „Dedicated Hybrid Transmissions“ (DHT) überwunden werden, bei denen eine elektrische Maschine in das Getriebe integriert wird, um den vollen Funktionsumfang darzustellen. Beispielsweise kann im Getriebe insbesondere der mechanische Getriebeteil vereinfacht werden, etwa durch Entfall des Rückwärtsgangs, wobei stattdessen mindestens eine elektrische Maschine genutzt wird.
  • Dedizierte Hybridgetriebe können aus bekannten Getriebekonzepten hervorgehen, also aus Doppelkupplungsgetrieben, Wandler-Planetengetrieben, stufenlosen Getrieben (CVT) oder automatisierten Schaltgetrieben. Die elektrische Maschine wird dabei zum Teil des Getriebes.
  • Die Druckschrift DE 10 2013 223 356 A1 offenbart eine Vorrichtung für einen Antriebsstrang eines Hybridfahrzeuges, umfassend eine Planetenstufe mit den Komponenten Hohlrad, Planetensteg und Sonnenrad. Von diesen Komponenten dient eine erste Komponente der drehfesten Anbindung einer Getriebeeingangswelle eines ersten Teilgetriebes eines Kraftfahrzeuggetriebes und eine zweite Komponente der drehfesten Koppelung mit einem Rotor einer Elektromaschine, wohingegen eine dritte Komponente an eine Getriebeeingangswelle eines zweiten Teilgetriebes des Kraftfahrzeuggetriebes drehfest anbindbar ist. Zudem können zwei der Komponenten drehfest miteinander gekoppelt werden. Um die Vorrichtung nun möglichst kompakt zu gestalten und gleichzeitig bei Anwendung in einem Antriebsstrang möglichst viele Fahrfunktionen realisieren zu können, ist zur drehfesten Verbindung der dritten Komponente mit der zweiten Komponente ein erstes Schaltelement und zur drehfesten Anbindung der dritten Komponente an die Getriebeeingangswelle des zweiten Teilgetriebes ein zweites Schaltelement vorgesehen. Dabei können das erste und das zweite Schaltelement unabhängig voneinander betätigt werden.
  • Vor diesem Hintergrund stellt sich einem Fachmann die Aufgabe, ein lastschaltfähiges kompaktes Hybridgetriebe zu schaffen, das insbesondere axial kurz baut.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Hybridgetriebe für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit:
    • einer ersten Getriebeantriebswelle zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer Verbrennungsmaschine des Kraftfahrzeugs;
    • einem Planetenradsatz, umfassend ein Sonnenrad, ein Planetenrad und ein Hohlrad, wobei der Planetenradsatz dazu ausgebildet ist, antriebswirksam mit einer elektrischen Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs verbunden zu werden;
    • einer zweiten Getriebeantriebswelle, die mit dem Planetenradsatz antriebswirksam verbunden ist;
    • einer ersten Vorgelegewelle und einer zweiten Vorgelegewelle;
    • in mehreren Radsatzebenen angeordneten Losrädern und Festrädern zum Bilden von Gangstufen;
    • mehreren Gangschaltvorrichtungen mit Schaltelementen, die Stirnrad-Schaltelemente und Planetenradsatz-Schaltelemente umfassen, zum Einlegen der Gangstufen;
    • einem Abtrieb zum Übertragen von Antriebsleistung aus dem Hybridgetriebe; und
    • einer Verbindungskupplung mit einem Schaltelement zum antriebswirksamen Verbinden der ersten und zweiten Getriebeantriebswelle.
  • 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 verbunden ist; und
    • einer elektrischen Antriebsmaschine, die mit der zweiten Getriebeantriebswelle antriebswirksam verbunden ist.
  • Schließlich wird die obige Aufgabe gelöst durch ein Kraftfahrzeug mit:
    • einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang wie zuvor definiert; und
    • einem Energiespeicher zum Speichern von Energie zum Versorgen der elektrischen Antriebsmaschine.
  • Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Insbesondere können der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang und das Kraftfahrzeug entsprechend den für das Hybridgetriebe in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Ausgestaltungen ausgeführt sein.
  • Durch eine erste und zweite Getriebeantriebswelle kann ein kompaktes Hybridgetriebe geschaffen werden, das insbesondere eine kombinierte, also hybride Antriebsweise zweier Antriebsmaschinen erlaubt. Durch einen Planetenradsatz, der dazu ausgebildet ist, antriebswirksam mit der elektrischen Antriebsmaschine verbunden zu werden, und eine zweite Getriebeantriebswelle, die mit dem Planetenradsatz antriebswirksam verbunden ist, kann ein hochvariables Hybridgetriebe geschaffen werden. Insbesondere kann durch den Planetenradsatz eine Vorübersetzung vor der zweiten Getriebeantriebswelle stattfinden, sodass insbesondere Antriebsleistung der elektrischen Antriebsmaschine vorteilhaft, entsprechend unter- oder übersetzt, in das Getriebe eingebracht werden kann. Mittels einer ersten und einer zweiten Vorgelegewelle kann die axiale Baulänge des Hybridgetriebes gering gehalten werden, ohne dabei auf einen Funktionsumfang zu verzichten. Durch eine Verbindungskupplung zum Verbinden der ersten und zweiten Getriebeantriebswelle kann die Variabilität des Hybridgetriebes weiter verbessert werden, insbesondere kann hierdurch für die Verbrennungsmaschine unabhängig von den Schaltstellungen des Planetenradsatzes geschalten werden. Durch den Planetenradsatz kann ein elektrodynamisches Anfahrelement (EDA) geschaffen werden, das insbesondere auch elektrodynamische Schaltungen erlaubt.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein gangbildendes Zahnrad, das an der ersten Getriebeantriebswelle angeordnet ist, mit einem gangbildenden Zahnrad auf der ersten Vorgelegewelle und mit einem gangbildenden Zahnrad auf der zweiten Vorgelegewelle in Eingriff bzw. kämmt mit diesen. Ergänzend kämmt ein gangbildendes Zahnrad, das an der zweiten Getriebeantriebswelle angeordnet ist, mit einem gangbildenden Zahnrad auf der ersten Vorgelegewelle und mit einem gangbildenden Zahnrad auf der zweiten Vorgelegewelle. Hierdurch kann ein kompaktes und im Aufbau einfaches Hybridgetriebe geschaffen werden, da insbesondere wenig Bauteile zum Aufbau des Hybridgetriebes verwendet werden müssen. Durch die vorteilhafte „Doppelnutzung“ der Zahnräder auf der ersten und zweiten Getriebeantriebswelle kann insbesondere ein leichtes Hybridgetriebe geschaffen werden mit wenig Bauraumbedarf, das dennoch eine hohe Funktionalität und Variabilität aufweist.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die zweite Getriebeantriebswelle als Hohlwelle ausgebildet und umgibt die erste Getriebeantriebswelle zumindest abschnittsweise. Hierdurch kann ein erstes und zweites Teilgetriebe geschaffen werden, wobei das erste und zweite Teilgetriebe wechselseitig von der ersten und zweiten Getriebeantriebswelle mit Antriebsleistung versorgt werden. Insbesondere kann hierdurch wechselseitig ein Stützen der Antriebsleistung mit der elektrischen Antriebsmaschine und/oder der Verbrennungsmaschine erfolgen. Durch Ausbilden einer Getriebeantriebswelle als Hohlwelle kann die Kompaktheit des Getriebes weiter verbessert werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die erste und die zweite Getriebeantriebswelle achsparallel zu der ersten und zweiten Vorgelegewelle angeordnet. Ergänzend definieren die erste und zweite Vorgelegewelle eine Ebene; wobei die erste Getriebeantriebswelle und die zweite Getriebeantriebswelle in Draufsicht auf diese Ebene radial zwischen der ersten und zweiten Vorgelegewelle angeordnet sind. Hierdurch kann ein kompaktes Hybridgetriebe geschaffen werden, das dennoch einen hohen Funktionsumfang aufweist.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Planetenradträger des Planetenradsatzes antriebswirksam mit der zweiten Getriebeantriebswelle verbunden. Ergänzend ist das Hohlrad oder das Sonnenrad des Planetenradsatzes dazu ausgebildet, antriebswirksam mit der elektrischen Antriebsmaschine verbunden zu werden. Hierdurch kann der Planetenradsatz vorteilhaft in das Hybridgetriebe integriert sein. Insbesondere kann der Planetenradsatz vorzugsweise innerhalb einer als Koaxialmaschine ausgebildeten elektrischen Antriebsmaschine angeordnet werden. Durch die Anbindung der elektrischen Antriebsmaschine an ein Hohlrad oder das Sonnenrad des Planetenradsatzes kann insbesondere ein EDA geschaffen und/oder ein elektrodynamisches Schalten ermöglicht werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Hybridgetriebe ein erstes Planetenradsatz-Schaltelement auf, das dazu ausgebildet ist, das Sonnenrad des Planetenradsatzes festzusetzen. Ergänzend oder alternativ weist das Hybridgetriebe ein zweites Planetenradsatz-Schaltelement auf, das dazu ausgebildet ist, den Planetenradsatz zu verblocken. Weiterhin ergänzend oder alternativ weist das Hybridgetriebe ein drittes Planetenradsatz-Schaltelement auf, das dazu ausgebildet ist, die erste Getriebeantriebswelle mit dem Sonnenrad oder dem Hohlrad des Planetenradsatzes antriebswirksam zu verbinden. Durch ein Planetenradsatz-Schaltelement, das dazu ausgebildet ist, das Sonnenrad des Planetenradsatzes festzusetzen, kann technisch einfach und steuerungstechnisch einfach eine Übersetzung mittels des Planetenradsatzes eingerichtet werden. Durch ein Planetenradsatz-Schaltelement, das dazu ausgebildet ist, den Planetenradsatz zu verblocken, kann technisch einfach eine weitere Übersetzung eingerichtet werden. Insbesondere kann hierdurch erreicht werden, dass die elektrische Antriebsmaschine direkt, also ohne Vorübersetzung, mit der zweiten Getriebeantriebswelle verbunden wird. Durch ein drittes Planetenradsatz-Schaltelement, das dazu ausgebildet ist, die erste Getriebeantriebswelle antriebswirksam mit dem Sonnenrad oder dem Hohlrad des Planetenradsatzes zu verbinden, kann technisch einfach ein EDA geschaffen werden. Insbesondere können hierdurch elektrodynamische Schaltungen, EDS, mittels des Planetenradsatzes durchgeführt werden. Das Hybridgetriebe kann hochvariabel und insbesondere vorzugsweise ohne Verbrennungsmaschinenreibkupplung ausgeführt werden, wobei trotzdem die Antriebsleistung der Verbrennungsmaschine zum Anfahren verwendet werden kann.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das erste Planetenradsatz-Schaltelement, das zweite Planetenradsatz-Schaltelement und/oder das dritte Planetenradsatz-Schaltelement als Lastschaltelement ausgebildet. Ergänzend oder alternativ sind zwei der Planetenradsatz-Schaltelemente als Doppelschaltelemente ausgebildet und von einem doppeltwirkenden Aktor betätigbar. Durch das Vorsehen von Lastschaltelementen für die Planetenradsatz-Schaltelemente kann insbesondere das Lastschaltverhalten verbessert werden. Beispielsweise können verschiedene Elektrogangstufen unter Last geschaltet werden. Ein Lastschaltelement kann beispielsweise eine Reibkupplung oder ein Reibkonus sein, der dazu verwendet wird, ein Planetenradsatzelement festzusetzen. Ferner sind klassische Lamellenkupplungen denkbar.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Schaltelemente als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet. Ergänzend oder alternativ sind wenigstens zwei der Schaltelemente als Doppelschaltelemente ausgebildet und von einem doppeltwirkenden Aktor betätigbar. Ein Doppelschaltelement ermöglicht es, das Hybridgetriebe mit weniger Bauteilen aufzubauen, da zur Betätigung eines Doppelschaltelements, also zum Einlegen von zwei Gangstufen, nur ein Aktor verwendet werden muss. Ferner ist die Ansteuerung des Hybridgetriebes vereinfacht. Zudem baut das Hybridgetriebe kompakt, also mit weniger Bauraumbedarf. Durch die Verwendung von formschlüssigen Schaltelementen kann das Hybridgetriebe mit weniger Verlust, also effizienter, ausgeführt sein. Insbesondere führen formschlüssige Schaltelemente zu einem kosteneffizienteren Hybridgetriebe.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung bildet der Planetenradsatz ein elektrodynamisches Anfahrelement (EDA) für die Verbrennungsmaschine und die elektrische Antriebsmaschine, mit dem insbesondere elektrodynamische Schaltungen einrichtbar sind. Hierdurch kann insbesondere kombiniert mit der elektrischen Antriebsmaschine und der Verbrennungsmaschine angefahren werden, vorzugsweise ohne Verbrennungsmaschinenreibkupplung. Das Getriebe kann hierdurch effizienter ausgeführt werden, insbesondere da kein Verlust von Antriebsleistung in Form von Schlupf stattfindet. Zudem kann eine Kompaktheit des Getriebes weiter verbessert werden, da vorzugsweise keine Reibkupplung vorgesehen sein muss. Durch ein elektrodynamisches Anfahrelement, das insbesondere elektrodynamische Schaltungen ermöglicht, kann der Fahrkomfort mit einem derartigen Hybridgetriebe verbessert werden. Der Verschleiß bzw. die Bauteilbelastung des Getriebes wird verringert. Das Getriebe kann sehr effizient ausgeführt werden, also mit wenig Verlustleistung.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der Abtrieb ein Abtriebsritzel auf, wobei ein gangbildendes Zahnrad mit dem Abtriebsritzel des Abtriebs kämmt. Hierdurch kann wenigstens ein gangbildendes Zahnrad eingespart werden, da das Abtriebsritzel des Abtriebs vorteilhaft zum Bilden einer Gangstufe eingesetzt wird. Das Hybridgetriebe kann mit weniger Bauteilen aufgebaut werden und insbesondere mit weniger Bauraumbedarf. Das Hybridgetriebe kann ferner gewichtsoptimiert ausgeführt werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die elektrische Antriebsmaschine als Koaxialmaschine ausgebildet und der Planetenradsatz axial und/oder radial innerhalb der elektrischen Antriebsmaschine angeordnet. Hierdurch kann eine Kompaktheit des Hybridgetriebes weiter verbessert werden. Insbesondere kann eine vergleichsweise große Koaxialmaschine Anwendung finden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die elektrische Antriebsmaschine als Startergenerator zum Starten der Verbrennungsmaschine ansteuerbar. Ergänzend oder alternativ ist die elektrische Antriebsmaschine als Ladegenerator zum Laden eines Energiespeichers ansteuerbar. Hierdurch kann der KraftfahrzeugAntriebsstrang effizient betrieben werden. Der Kraftstoffverbrauch kann reduziert werden. Zudem kann auf einen zusätzlichen Anlasser für die Verbrennungsmaschine verzichtet werden.
  • Ergänzend oder alternativ ist die Verbrennungsmaschine als ein Stützkraftmittel bei Gangwechseln der elektrischen Antriebsmaschine ansteuerbar. Hierdurch kann der Fahrkomfort und die zur Verfügung stehende Antriebsleistung des Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs erhöht werden. Insbesondere kann ein EDA gebildet werden, sodass es möglich ist, auf eine Reibkupplung zum Anfahren zu verzichten, aber dennoch verbrennungsmotorisch unterstützt anzufahren.
  • 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 Festsetzen eines Elements eines Planetenradsatzes ist insbesondere als ein Blockieren einer Drehung des Elements um seine Rotationsachse zu verstehen. Vorzugsweise wird dabei das Element mittels eines Schaltelements drehfest mit einem statischen Bauteil wie einem Rahmen und/oder einem Getriebegehäuse verbunden. Es ist auch denkbar, das Element bis zu einem Stillstand zu bremsen.
  • Ein Verblocken eines Planetenradsatzes umfasst ein antriebswirksames Verbinden zweier Zahnräder und/oder des Planetenradträgers und eines Zahnrads des Planetenradsatzes, sodass diese gemeinsam mit der gleichen Umdrehungszahl um denselben Punkt, vorzugsweise den Mittelpunkt des Planetenradsatzes, rotieren. Beim Verblocken zweier Zahnräder und/oder eines Planetenradträgers und eines Zahnrads des Planetenradsatzes wirkt der Planetenradsatz vorzugsweise wie eine Welle, es findet insbesondere keine Übersetzung im Planetenradsatz statt.
  • Ein Gangstufenwechsel erfolgt insbesondere durch Abschalten eines Schaltelementes und/oder einer Kupplung und gleichzeitiges Aufschalten des Schaltelementes und/oder der Kupplung für die nächsthöhere oder -niedrigere Gangstufe. Das zweite Schaltelement und/oder die zweite Kupplung übernimmt also Stück für Stück das Drehmoment vom ersten Schaltelement und/oder der ersten Kupplung, bis am Ende des Gangstufenwechsels das gesamte Drehmoment vom zweiten Schaltelement und/oder der zweiten Kupplung übernommen wird. Bei vorheriger Synchronisation kann ein Gangwechsel schneller erfolgen, vorzugsweise können 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.
  • Ein EDA bewirkt, dass über einen oder mehrere Planetenradsätze eine Drehzahlüberlagerung von Verbrennungsmaschinen-Drehzahl und elektrischer Antriebsmaschinen-Drehzahl stattfindet, sodass ein Anfahren eines Kraftfahrzeugs aus dem Stillstand bei laufender Verbrennungsmaschine, vorzugsweise ohne Reibkupplung, möglich ist. Dabei stützt die elektrische Antriebsmaschine ein Drehmoment ab. Vorzugsweise ist die Verbrennungsmaschine nicht mehr durch eine Anfahrkupplung oder dergleichen vom Getriebe trennbar. Durch Verwenden eines EDAs können vorzugsweise Anlasser, Generator und Anfahrkupplung beziehungsweise hydrodynamischer Wandler entfallen. Dabei baut ein EDA insbesondere so kompakt, dass alle Komponenten im serienmäßigen Kupplungsgehäuse ohne Verlängerung des Getriebes Platz finden. Das elektrodynamische Anfahrelement kann beispielsweise über einen weich abgestimmten Torsionsdämpfer fest mit einer Verbrennungsmaschine und insbesondere einem Schwungrad einer Verbrennungsmaschine verbunden sein. Somit können die elektrische Antriebsmaschine und die Verbrennungsmaschine wahlweise gleichzeitig oder alternativ betrieben werden. Hält das Kraftfahrzeug an, können die elektrische Antriebsmaschine und die Verbrennungsmaschine abgeschaltet werden. Aufgrund einer guten Regelbarkeit der elektrischen Antriebsmaschine wird eine sehr hohe Anfahrqualität erreicht, die der eines Antriebs mit Wandlerkupplung entsprechen kann.
  • Bei einer sogenannten abtriebsgestützten Schaltung ist eine elektrische Antriebsmaschine mit einer festen Übersetzung zum Abtrieb hin verbunden und stützt die Zugkraft alleine elektromotorisch, während die Verbrennungsmaschine im Hintergrund eine lastfreie Schaltung wie bei einem automatisierten Schaltgetriebe ausführt.
  • Bei einer sogenannten elektrodynamischen Schaltung (EDS) findet wie beim EDA-Anfahren über einen oder mehrere Planetenradsätze eine Drehzahlüberlagerung von Verbrennungsmaschinen-Drehzahl und elektrischer Antriebsmaschinen-Drehzahl statt. Zum Schaltungsbeginn werden die Drehmomente der elektrischen Antriebsmaschine und der Verbrennungsmaschine angepasst, sodass das auszulegende Schaltelement lastfrei wird. Nach dem Öffnen dieses Schaltelements erfolgt eine Drehzahlanpassung unter Erhaltung der Zugkraft, sodass das einzulegende Schaltelement synchron wird. Nach dem Schließen des Schaltelements erfolgt die Lastaufteilung zwischen der Verbrennungsmaschine und der elektrischen Antriebsmaschine beliebig je nach Hybrid-Betriebsstrategie. Das elektrodynamische Schaltverfahren hat den Vorteil, dass das zu schaltende Schaltelement des Zielgangs durch das Zusammenspiel der elektrischen Antriebsmaschine und der Verbrennungsmaschine synchronisiert wird, wobei die elektrische Antriebsmaschine vorzugsweise präzise regelbar ist. Ein weiterer Vorteil des EDS-Schaltverfahrens ist, dass eine hohe Zugkraft erreicht werden kann, da sich die Drehmomente der Verbrennungsmaschine und der elektrischen Antriebsmaschine im Hybridgetriebe summieren.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang;
    • 2 eine erste Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 3 ein Schaltschema des Hybridgetriebes der 2;
    • 4 eine zweite Variante eines erfindungsgemäßen Hybridetriebes;
    • 5 eine dritte Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes; und
    • 6 eine vierte Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes.
  • In 1 ist schematisch ein Kraftfahrzeug 10 mit einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 gezeigt. Der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 weist eine elektrische Antriebsmaschine 14 und eine Verbrennungsmaschine 16 auf, die mittels eines Hybridgetriebes 18 mit einer Hinterachse des Kraftfahrzeugs 10 verbunden sind. Es versteht sich, dass auch eine Verbindung mit einer Vorderachse des Kraftfahrzeugs 10 möglich ist. Mittels des Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs 12 wird Antriebsleistung der elektrischen Antriebsmaschine 14 und der Verbrennungsmaschine 16 den Rädern des Kraftfahrzeugs 10 zugeführt. Das Kraftfahrzeug 10 weist ferner einen Energiespeicher 20 auf, um Energie zu speichern, die zum Versorgen der elektrischen Antriebsmaschine 14 dient.
  • 2 zeigt eine Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18. Das Hybridgetriebe 18 weist eine erste Getriebeantriebswelle 22 und eine zweite Getriebeantriebswelle 24 auf. Die erste Getriebeantriebswelle 22 ist mit der Verbrennungsmaschine 16 wirkverbunden. In dem gezeigten Beispiel ist die Verbrennungsmaschine 16 mittels eines Torsionsdämpfers mit der ersten Getriebeantriebswelle 22 verbunden.
  • Das Hybridgetriebe 18 weist ferner eine erste Vorgelegewelle 26 und eine zweite Vorgelegewelle 28 auf.
  • Die elektrische Antriebsmaschine 14 ist mittels eines Planetenradsatzes RS mit der zweiten Getriebeantriebswelle 24 verbunden, wobei die zweite Getriebeantriebswelle 24 mit einem Planetenradträger des Planetenradsatzes RS wirkverbunden ist. Die elektrische Antriebsmaschine 14 ist mit einem Hohlrad 30 des Planetenradsatzes RS antriebswirksam verbunden. Der Planetenradsatz RS weist ferner ein Planetenrad 32 und ein Sonnenrad 34 auf. Das Sonnenrad 34 kann mittels eines Schaltelements F festgesetzt, also mit einem gehäusefesten Bauteil antriebswirksam verbunden werden. Das Schaltelement F ist mit einem Schaltelement G zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst, wobei das Schaltelement G die erste Getriebeantriebswelle 22 antriebswirksam mit dem Sonnenrad 34 des Planetenradsatzes RS verbindet. Die beiden Schaltelemente F und G sind ein erstes und ein drittes Planetenradsatz-Schaltelement. Ferner ist ein zweites Planetenradsatz-Schaltelement H vorgesehen, das dazu ausgebildet ist, den Planetenradsatz RS zu verblocken. Im gezeigten Beispiel geschieht das durch antriebswirksames Verbinden des Sonnenrads 34 mit dem Hohlrad 30 des Planetenradsatzes RS.
  • Für die Verbrennungsmaschine 16 sind insgesamt vier Verbrennungsgangstufen V1 bis V4 einrichtbar, wobei die entsprechenden Zahnradpaare, die die Gangstufen bilden, in der Zeichnung durch 1., 2., 3. und 4. verdeutlicht sind. Wobei 1. ebenfalls die Elektrogangstufen E1 und E2 bildet unddas Zahnradpaar zum Bilden der Elektrogangstufen E3 und E4 mit E4 bezeichnet ist. Die Elektrogangstufen werden dabei zusätzlich mittels des Planetenradsatzes RS untersetzt, sodass zu jedem Stirnradpaar zwei Elektrogangstufen vorhanden sind.
  • An der ersten Vorgelegewelle 26 ist ein Losrad der ersten Gangstufe angeordnet, das mittels eines ersten Schaltelements A antriebswirksam mit der ersten Vorgelegewelle 26 verbunden werden kann. Dieses Losrad ist in Eingriff mit einem Festrad an der zweiten Getriebeantriebswelle 24. Dieses Festrad ist wiederum in Eingriff mit einem Losrad, das an der zweiten Vorgelegewelle 28 angeordnet ist und mittels eines fünften Schaltelements E antriebswirksam mit der zweiten Vorgelegewelle 28 verbunden werden kann. Durch Einlegen des fünften Schaltelements E wird die Elektrogangstufe E4 eingerichtet.
  • An der ersten Vorgelegewelle 26 ist zudem ein Losrad der zweiten Gangstufe angeordnet, das durch Einlegen eines zweiten Schaltelements B antriebswirksam mit der ersten Vorgelegewelle 26 verbunden werden kann. Das Losrad der zweiten Gangstufe ist in Eingriff mit einem Festrad, das an der ersten Getriebeantriebswelle 22 angeordnet ist. Dieses Festrad ist zudem in Eingriff mit einem Losrad der dritten Gangstufe, das an der zweiten Vorgelegewelle 28 angeordnet ist und mittels eines dritten Schaltelements C antriebswirksam mit der zweiten Vorgelegewelle 28 verbunden werden kann. Zudem ist an der zweiten Vorgelegewelle 28 ein Festrad der vierten Gangstufe angeordnet, das mit einem Zahnrad, in Form eines Abtriebsritzels, eines Abtriebs 36 kämmt. Dieses Festrad ist in Eingriff mit einem Losrad, das an der ersten Getriebeantriebswelle 22 angeordnet ist und mittels eines vierten Schaltelements D antriebswirksam mit dieser verbunden werden kann. Das vierte Schaltelement D ist mit einem Schaltelement K3 einer Verbindungskupplung zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst, wobei das Schaltelement K3 der Verbindungskupplung die erste Getriebeantriebswelle 22 antriebswirksam mit der zweiten Getriebeantriebswelle 24 verbinden kann.
  • Der Abtrieb 36 umfasst in dem gezeigten Beispiel ein Differential mit einem Abtriebsritzel, das, wie bereits oben beschrieben, mit dem Zahnrad der vierten Gangstufe, das an der zweiten Vorgelegewelle 28 angeordnet ist, kämmt. Ferner kämmt das Abtriebsritzel mit einem Festrad, das an der ersten Vorgelegewelle 26 angeordnet ist. Das erste bis fünfte Schaltelement Abis E ist dabei vorzusgweise jeweils ein Stirnrad-Schaltelement.
  • In 3 ist eine Schaltmatrix 38 des Hybridgetriebes 18 gemäß der 2 gezeigt. In der ersten Spalte sind die verschiedenen Gangstufen bzw. Zustände, die mit dem Hybridgetriebe 18 eingerichtet werden können, benannt. In der zweiten bis zehnten Spalte sind die Schaltzustände aller Schaltelemente K3, A bis H, gezeigt, wobei ein „X“ bedeutet, dass das Schaltelement geschlossen ist, also die ihm zugeordneten Getriebebauteile antriebswirksam miteinander verbindet. Es versteht sich, dass, sofern nichts anderes angegeben ist, die Schaltelemente als offen anzusehen sind, also keine Antriebsleistung übertragen bzw. keine antriebswirksame Verbindung einrichten.
  • Zum Einrichten der Elektrogangstufe E1 sind folglich das erste Schaltelement A und das erste Planetenradsatz-Schaltement F zu schließen. Durch Schließen des ersten Schaltelements A und des zweiten Planetenradsatz-Schaltelements H ist die Elektrogangstufe E2 einrichtbar. Die Elektrogangstufe E3 kann durch Schließen des fünften Schaltelements E und des ersten Planetenradsatz-Schaltelements F eingerichtet werden. Ein Schließen des fünften Schaltelements E und des zweiten Planetenradsatz-Schaltelements H bewirkt das Einrichten der vierten Elektrogangstufe E4.
  • Ein erster EDA-Modus EDA1 kann durch Schließen des ersten Schaltelements A und des dritten Planetenradsatz-Schaltelements G eingerichtet werden. Zudem kann ein zweiter EDA-Modus EDA2 durch Schließen des fünften Schaltelements E und des dritten Planetenradsatz-Schaltelements G eingerichtet werden.
  • Die Verbrennungsgangstufe V1.1 ist durch Schließen des ersten Schaltelements A und des zweiten und dritten Planetenradsatz-Schaltelements G, H einrichtbar. Die Verbrennungsgangstufe V1.2 ist durch Schließen des Schaltelements K3 der Verbindungskuppplung und des ersten Schaltelements A einrichtbar. Durch Schließen des zweiten Schaltelements B kann die Verbrennungsgangstufe V2 eingerichtet werden. Die Verbrennungsgangstufe V3 wird durch Schließen des dritten Schaltelements C eingerichtet. Schließen des vierten Schaltelements D bewirkt ein Einrichten der vierten Verbrennungsgangstufe V4.
  • Ein erstes Laden in Neutral LiN1 kann durch Schließen des Schaltelements K3 der Verbindungskuppplung und des ersten Planetenradsatz-Schaltelements F eingerichtet werden. Ein zweites Laden in Neutral LiN2 kann durch Schließen des Schaltelements K3 der Verbindungskuppplung und des zweiten Planetenradsatz-Schaltelements H eingerichtet werden, wobei sich die beiden Laden-in-Neutral-Zustände LiN1, LiN2 durch eine mittels des Planetenradsatzes RS eingerichtete Übersetzung zwischen elektrischer Antriebsmaschine 14 und Verbrennungsmaschine 16 unterscheiden.
  • Es versteht sich, dass die Elektrogangstufen und die Verbrennungsgangstufen auch kombiniert gefahren werden können. Aus Gründen der Übersicht wird auf eine derartige Darstellung im Schaltschema verzichtet.
  • Zum rein elektrischen Fahren stehen folglich die Elektrogangstufen E1 bis E4 zur Verfügung, wobei ein elektrisches Anfahren und ein Fahren vorwärts und rückwärts erfolgen kann. Der Planetenradsatz RS bildet für die elektrische Antriebsmaschine 14 sozusagen ein Vorschaltgetriebe zur zweiten Getriebeantriebswelle 28. Mittels dieses Vorschaltgetriebes können folglich die vier Elektrogangstufen E1 bis E4 eingerichtet werden.
  • Mit der gezeigten Ausführungsform sind die folgenden Lastschaltungen der Elektrogangstufen möglich. Von der Elektrogangstufe E1 kann eine Zughochschaltung als Lastschaltung in die Elektrogangstufe E2 stattfinden. Ebenso kann eine Zurückschaltung von der Elektrogangstufe E2 in die Elektrogangstufe E1 als Lastschaltung erfolgen. Eine Schaltung von der Elektrogangstufe E3 in die Elektrogangstufe E4 kann als Zughochschaltung unter Last erfolgen, ebenso wie die entsprechende Zurückschaltung von der Elektrogangstufe E4 in die Elektrogangstufe E3.
  • Zudem ist es denkbar, die Elektrogangstufe E3 in der Schaltfolge auszulassen, um eine Gruppenschaltung der Elektrogangstufe E2 in die Elektrogangstufe E3 zu vermeiden. Vorliegend ist unter Gruppenschaltung zu verstehen, dass wenigstens vier Schaltelemente beteiligt sind. Eine Gruppenschaltung dauert daher im Schaltablauf länger.
  • Die Schaltungen von der zweiten Elektrogangstufe E2 in die dritte Elektrogangstufe E3 oder von der zweiten Elektrogangstufe E2 in die vierte Elektrogangstufe E4 erfolgen dabei zugkraftunterbrochen. Diese Schaltung kann im reinen Elektrobetrieb jedoch vermieden werden, da die Elektrogangstufen E1 und E2 bereits einen ausreichend hohen und breiten Geschwindigkeitsbereich abdecken. Vorzugsweise kann jedoch bei geringen Lastanforderungen oder Lastwechseln eine Schaltung von der Elektrogangstufe E2 in die Elektrogangstufe E3 oder E4 für einen Fahrer unbemerkt durchgeführt werden.
  • Ein Laden in Neutral kann über das Schaltelement K3 der Verbindungskupplung eingerichtet werden, indem die elektrische Antriebsmaschine 14 mit der Verbrennungsmaschine 16 verbunden wird. Insbesondere kann so auch die elektrische Antriebsmaschine 14 zum Starten der Verbrennungsmaschine 16 verwendet werden oder von der Verbrennungsmaschine 16 generatorisch zur Stromerzeugung betrieben werden.
  • Der Zustand Laden in Neutral LiN2 wird eingerichtet, indem zum Schaltelement K3 der Verbindungskupplung auch das zweite Planetenradsatz-Schaltement H geschlossen wird. In diesem Zustand drehen die elektrische Antriebsmaschine 14 und die Verbrennungsmaschine 16 gleichschnell. Vorteilhafterweise kann das Laden in Neutral LiN1 eingerichtet werden, wenn das erste Planetenradsatz-Schaltement F geschlossen wird und das Schaltelement K3 der Verbindungskupplung geschlossen ist. In diesem Zustand dreht die elektrische Antriebsmaschine 14 schneller als die Verbrennungsmaschine. Das ist insbesondere vorteilhaft, da für beide Antriebsmaschinen 14, 16 vorteilhafte Betriebspunkte vorliegen.
  • Eine Absenkung der Drehzahl der elektrischen Antriebsmaschine 14 im Hybridbetrieb kann erfolgen, wenn das Schaltelement K3 der Verbindungskupplung geöffnet ist. Hierbei kann lastfrei im Hintergrund das erste Schaltelement A ausgelegt werden und das fünfte Schaltelement E eingelegt werden. Hierdurch wird die Drehzahl der elektrischen Antriebsmaschine 14 abgesenkt. Vorzugsweise kann diese Umschaltung erfolgen, während die Verbrennungsmaschine in einer der Verbrennungsgangstufen V2, V3 oder V4 die Zugkraft aufrechterhält. Zudem kann im Hybridbetrieb die elektrische Antriebsmaschine 14 abgekoppelt werden, wenn die Verbrennungsmaschine 16 in einer der Verbrennungsgangstufen V2, V3 oder V4 fährt. Es ist insbesondere ein effizienter verbrennungsmotorischer Fahrbetrieb möglich.
  • Für die Verbrennungsmaschine 16 können Wechsel der Gangstufen im Wege einer abtriebsgestützten Schaltung erfolgen. Insbesondere bei Gangwechseln zwischen den Verbrennungsgangstufen V1 bis V4 kann die elektrische Antriebsmaschine 14 die Zugkraft am Abtrieb 36 stützen, während die Verbrennungsmaschine 16 die Gangstufen für sich genommen lastfrei wechselt. Insbesondere kann die elektrische Antriebsmaschine 14 über eine Elektrogangstufe die Zugkraft aufrechterhalten, wenn ein Wechsel mittels des zweiten bis vierten Schaltelements B, C, D oder des Schaltelements K3 der Verbindungskupplung erfolgt. Eine Synchronisation dieser beteiligten Schaltelemente K3, B, C oder D erfolgt vorzugsweise durch Drehzahlregelung an der Verbrennungsmaschine 16. Gegebenenfalls kann eine weitere elektrische Antriebsmaschine, die mit der Verbrennungsmaschine 16 wirkverbunden ist, bei der Synchronisation unterstützen, insbesondere bei einem Beschleunigen oder einem Abbremsen.
  • Ferner können Gangwechsel für die Verbrennungsmaschine 16 im Wege einer elektrodynamischen Schaltung, EDS, erfolgen. Im EDA-Modus EDA1 oder EDA2 dient der Planetenradsatz RS zur Überlagerung der Drehzahlen der elektrischen Antriebsmaschine 14 und der Verbrennungsmaschine 16. Der Planetenradträger ist dabei mittels des ersten Schaltelements A oder des fünften Schaltelements E mit dem Abtrieb 36 verbunden. Die elektrische Antriebsmaschine 14 ist mit dem Hohlrad 30 des Planetenradsatzes RS verbunden. Ferner ist die Verbrennungsmaschine 16 mittels des dritten Planetenradsatz-Schaltelements G antriebswirksam mit dem Sonnenrad 34 des Planetenradsatzes RS verbindbar. Während einer Schaltung für die Verbrennungsmaschine 16 kann über einen EDA-Modus die Zugkraft aufrechterhalten werden. Beispielsweise kann, wenn die elektrische Antriebsmaschine 14 das Drehmoment der Verbrennungsmaschine 16 am Planetenradsatz RS abstützt, ein lastfreies Schaltelement, welches eine der Verbrennungsgangstufen V1 bis V4 schaltet, ausgelegt werden. Das geht insbesondere, da im EDA-Modus nur das erste und fünfte Schaltelement A, E und das dritte Planetenradsatz-Schaltement G belastet sind.
  • Da die Drehzahlen im EDA-Modus variabel sind, kann eine Zielverbrennungsgangstufe für die Verbrennungsmaschine 16 synchronisiert werden. Von besonderem Vorteil ist dabei, dass die elektrische Antriebsmaschine 14 den Synchronisierungsvorgang aktiv unterstützen kann und folglich keine hochdynamische Drehzahlregelung der Verbrennungsmaschine 16 erforderlich ist. Bei einem Erreichen der Synchrondrehzahl kann eine neue Gangstufe für die Verbrennungsmaschine 16 eingelegt werden. Insbesondere sind alle Verbrennungsgangstufen V1 bis V4 auf diese Art unter Last einlegbar.
  • Die elektrodynamische Schaltung von der Verbrennungsgangstufe V1 in die Verbrennungsgangstufe V2 kann dabei lediglich über den EDA-Modus EDA1 erfolgen, da das erste Schaltelement A in der ersten Verbrennungsgangstufe V1, also V1.1 oder V1.2 gemäß dem Schaltschema 36, geschlossen sein muss. Die EDS-Schaltung von der Verbrennungsgangstufe V2 in die Verbrennungsgangstufe V3 und von der Verbrennungsgangstufe V3 in die Verbrennungsgangstufe V4 können entweder über den EDA-Modus EDA1 oder den EDA-Modus EDA2 erfolgen. Im EDA-Modus EDA2 ist das Drehzahlniveau der elektrischen Antriebsmaschine 14 niedriger als im EDA-Modus EDA1.
  • Der EDA-Modus EDA1 eignet sich insbesondere zum hybridischen Anfahren. Dabei arbeitet die elektrische Antriebsmaschine 14 zumindest anfangs generatorisch, sodass das Anfahren auch bei einem leeren Energiespeicher 20 möglich ist. Nach diesem Anfahren ist ein Übergang in alle Verbrennungsgangstufen V1 bis V4 möglich.
  • In 4 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Variante ist das erste Planetenradsatz-Schaltelement F als Reibschaltelement ausgeführt. Ferner entfällt das Doppelschaltelement FG, sodass das dritte Planetenradsatz-Schaltelement G als Einfachschaltelement ausgeführt ist. Durch das erste Planetenradsatz-Schaltelement F, das als Reibschaltelement ausgeführt ist, sind die folgenden zusätzlichen Lastschaltungen möglich. Es kann von der Elektrogangstufe E2 in die Elektrogangstufe E1 eine sogenannte Schubrückschaltung erfolgen, die bei Rekuperation als Lastschaltung möglich ist. Umgekehrt kann von der Elektrogangstufe E1 in die Elektrogangstufe E2 eine Schubhochschaltung erfolgen, die ebenfalls als Lastschaltung möglich ist. Üblicherweise kommt eine derartige Schubhochschaltung beim Betrieb selten vor. Von der Elektrogangstufe E4 kann eine Schubrückschaltung in die Elektrogangstufe E3 als Lastschaltung erfolgen. Das geschieht vorzugsweise bei Rekuperation. Ebenfalls kann eine Schubhochschaltung von der Elektrogangstufe E3 in die Elektrogangstufe E4 als Lastschaltung erfolgen. Im normalen Betrieb kommt das jedoch selten vor. Insbesondere sind in der gezeigten Variante alle Schaltelemente A, B, C, D, E, G, K3 bis auf das erste Planetenradsatz-Schaltement F als nicht synchronisierte sogenannte Klauenschaltelemente ausgebildet. Das erste Planetenradsatz-Schaltelement F ist als Reibschaltelement einer sogenannten Lastschaltbremse für die elektrische Antriebsmaschine 14 ausgebildet. Das zweite Planetenradsatz-Schaltement H ist als Reibschaltelement, eine sogenannte Lastschaltkupplung, für die elektrische Antriebsmaschine 14 ausgebildet.
  • In 5 ist eine weitere Variante eines Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu den zuvor beschriebenen Varianten wurde auf das erste Planetenradsatz-Schaltelement F verzichtet und das zweite Planetenradsatz-Schaltelement H als Klauenschaltelement ausgeführt. Mit anderen Worten sind alle in der gezeigten Ausführungsform gezeigten Schaltelemente als Klauenschaltelemente ausgeführt. Hierdurch kann ein Hybridgetriebe 18 geschaffen werden, das weniger Bauaufwand aufweist. Ferner kann ein effizientes Hybridgetriebe 18 geschaffen werden, da keine Reibschaltelemente und folglich auch keine Reibverluste im Hybridgetriebe 18 stattfinden.
  • Durch das Entfallen des ersten Planetenradsatz-Schaltelements F und das Ausführen des zweiten Planetenradsatz-Schaltelements H als Klauenschaltelement entfallen auch die Elektrogangstufen E1 und E3. Ferner muss die elektrische Antriebsmaschine 14 in der Elektrogangstufe E2 mehr Drehmoment aufbringen, um auf gleiche Antriebsmomente wie bei der in 2 gezeigten Variante, in der Elektrogangstufe E1, zu kommen. Zudem entfällt der Zustand Laden in Neutral LiN1.
  • Diese Variante eines Hybridgetriebs 18 ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn fahrzeugseitig geringere Anforderungen an Drehmoment und an den Antrieb 36 generell gestellt werden, wie beispielsweise für kleinere und leichtere Kraftfahrzeuge.
  • In 6 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 5 gezeigten Variante erfolgt die Anbindung der elektrischen Antriebsmaschine 14 an das Sonnenrad 34 des Planetenradsatzes RS, wobei die Verbrennungsmaschine 16 mittels des dritten Planetenradsatz-Schaltelements G mit dem Hohlrad 30 des Planetenradsatzes RS verbindbar ist. In dieser Ausführungsform sind alle Schaltelemente als Klauenschaltelemente ausgeführt. Durch die Vertauschung der Anbindung am Planetenradsatz RS benötigt die elektrische Antriebsmaschine 14 im EDA-Modus weniger Drehmoment, um das Moment der Verbrennungsmaschine 16 abzustützen.
  • Eine derartige Variante eines Hybridgetriebes 18 ist insbesondere dann sinnvoll, wenn eine im Verhältnis zur Verbrennungsmaschine 16 kleinere elektrische Antriebsmaschine 14 zum Einsatz kommen soll.
  • Ein Fachmann erkennt, dass in den oben gezeigten Varianten von Hybridgetrieben 18 ein Verblocken des Planetenradsatzes RS mittels des zweiten Planetenradsatz-Schaltelements H insbesondere auch dadurch erfolgen kann, dass das Sonnenrad 34 und ein Planetenradträger des Planetenradsatzes RS mittels des zweiten Planetenradsatz--Schaltelements H antriebswirksam verbunden werden oder dass ein Planetenradträger und das Hohlrad 30 mittels des zweiten Planetenradsatz-Schaltelements H antriebswirksam verbunden werden. Eine weitere Verblockingsvariante ist in 2 gezeigt, wobei das zweite Planetenradsatz-Schaltelement H das Sonnenrad 34 und das Hohlrad 30 des Planetenradsatzes antriebswirksam verbindet.
  • 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
    elektrische Antriebsmaschine
    16
    Verbrennungsmaschine
    18
    Hybridgetriebe
    20
    Energiespeicher
    22
    erste Getriebeantriebswelle
    24
    zweite Getriebeantriebswelle
    26
    erste Vorgelegewelle
    28
    zweite Vorgelegewelle
    30
    Hohlrad
    32
    Planetenrad
    34
    Sonnenrad
    36
    Abtrieb
    38
    Schaltschema
    A-E
    Schaltelemente
    RS
    Planetenradsatz
    F-H
    Planetenradsatz-Schaltelemente
    K3
    Schaltelement der Verbindungskupplung
    V1-V4
    Verbrennungsgangstufen
    E1-E4
    Elektrogangstufen
    LiN
    Laden in Neutral
  • 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 102013223356 A1 [0006]

Claims (15)

  1. Hybridgetriebe (18) für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) eines Kraftfahrzeugs (10), mit: einer ersten Getriebeantriebswelle (22) zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer Verbrennungsmaschine (16) des Kraftfahrzeugs ; einem Planetenradsatz (RS), umfassend ein Sonnenrad (34), ein Planetenrad (32) und ein Hohlrad (30), wobei der Planetenradsatz dazu ausgebildet ist, antriebswirksam mit einer elektrischen Antriebsmaschine (14) des Kraftfahrzeugs verbunden zu werden; einer zweiten Getriebeantriebswelle (24), die mit dem Planetenradsatz antriebswirksam verbunden ist; einer ersten Vorgelegewelle (26) und einer zweiten Vorgelegewelle (28); in mehreren Radsatzebenen angeordneten Losrädern und Festrädern zum Bilden von Gangstufen; mehreren Gangschaltvorrichtungen mit Schaltelementen (A, B, C, D, E, F, G, H), die Stirnrad-Schaltelemente und Planetenradsatz-Schaltelemente umfassen, zum Einlegen der Gangstufen; einem Abtrieb (36) zum Übertragen von Antriebsleistung aus dem Hybridgetriebe; und einer Verbindungskupplung mit einem Schaltelement (K3) zum antriebswirksamen Verbinden der ersten und zweiten Getriebeantriebswelle.
  2. Hybridgetriebe (18) nach Anspruch 1, wobei ein gangbildendes Zahnrad, das an der ersten Getriebeantriebswelle (22) angeordnet ist, mit einem gangbildenden Zahnrad auf der ersten Vorgelegewelle (26) und mit einem gangbildenden Zahnrad auf der zweiten Vorgelegewelle (28) kämmt, und ein gangbildendes Zahnrad, das an der zweiten Getriebeantriebswelle (24) angeordnet ist, mit einem gangbildenden Zahnrad auf der ersten Vorgelegewelle und mit einem gangbildenden Zahnrad auf der zweiten Vorgelegewelle kämmt.
  3. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zweite Getriebeantriebswelle (24) als Hohlwelle ausgebildet ist und die erste Getriebeantriebswelle (22) zumindest abschnittsweise umgibt.
  4. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Getriebeantriebswelle (22) und die zweite Getriebeantriebswelle (24) achsparallel zu der ersten und zweiten Vorgelegewelle (26, 28) angeordnet sind; die erste und zweite Vorgelegewelle eine Ebene definieren; und die erste Getriebeantriebswelle und die zweite Getriebeantriebswelle in Draufsicht auf diese Ebene radial zwischen der ersten und zweiten Vorgelegewelle angeordnet sind.
  5. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Planetenradträger des Planetenradsatzes (RS) antriebswirksam mit der zweiten Getriebeantriebswelle (24) verbunden ist; und das Hohlrad (30) oder das Sonnenrad (34) des Planetenradsatzes dazu ausgebildet ist, antriebswirksam mit der elektrischen Antriebsmaschine (14) verbunden zu werden.
  6. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einem ersten Planetenradsatz-Schaltelement (F), das dazu ausgebildet ist, das Sonnenrad (34) des Planetenradsatzsatzes (RS) festzusetzen; einem zweiten Planetenradsatz-Schaltelement (H), das dazu ausgebildet ist, den Planetenradsatz zu verblocken; und/oder einem dritten Planetenradsatz-Schaltelement (G), das dazu ausgebildet ist, die erste Getriebeantriebswelle (22) mit dem Sonnenrad oder dem Hohlrad (30) des Planetenradsatzes antriebswirksam zu verbinden.
  7. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das erste Planetenradsatz-Schaltelement (F), das zweite Planetenradsatz-Schaltelement (H) und/oder das dritte Planetenradsatz-Schaltelement (G) als Lastschaltelement ausgebildet ist; und/oder zwei der Planetenradsatz-Schaltelemente als Doppelschaltelemente ausgebildet sind und von einem doppeltwirkenden Aktor betätigbar sind.
  8. Hybridgetriebe (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Schaltelemente (A, B, C, D, E, F, G, H, K3) als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet sind; und/oder wenigstens zwei der Schaltelemente als Doppelschaltelemente ausgebildet sind und von einem doppeltwirkenden Aktor betätigbar sind.
  9. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Planetenradsatz (RS) ein elektrodynamisches Anfahrelement, EDA, für die Verbrennungsmaschine (16) und die elektrische Antriebsmaschine (14) bildet, mit dem insbesondere elektrodynamische Schaltungen einrichtbar sind.
  10. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Abtrieb (36) ein Abtriebsritzel umfasst und ein gangbildendes Zahnrad mit dem Abtriebsritzel des Abtriebs kämmt.
  11. Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) für ein Kraftfahrzeug (10), mit: einem Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche; einer Verbrennungsmaschine (16), die mit der ersten Getriebeantriebswelle (22) verbunden ist; und einer elektrischen Antriebsmaschine (14), die mit der zweiten Getriebeantriebswelle (24) antriebswirksam verbunden ist.
  12. Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach Anspruch 11, wobei die elektrische Antriebsmaschine (14) als Koaxialmaschine ausgebildet ist und der Planetenradsatz (RS) axial und/oder radial innerhalb der elektrischen Antriebsmaschine angeordnet ist.
  13. Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach Anspruch 11 oder 12, wobei die elektrische Antriebsmaschine (14) als Startergenerator zum Starten der Verbrennungsmaschine (16) ansteuerbar ist; und/oder als Ladegenerator zum Laden eines Energiespeichers (20) ansteuerbar ist.
  14. Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die elektrische Antriebsmaschine (14) als ein Stützkraftmittel bei Gangwechsein der Verbrennungsmaschine (16) ansteuerbar ist; und/oder die Verbrennungsmaschine (16) als ein Stützkraftmittel bei Gangwechseln der elektrischen Antriebsmaschine ansteuerbar ist.
  15. Kraftfahrzeug (10) mit: einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach einem der Ansprüche 11 bis 14; und einem Energiespeicher (20) zum Speichern von Energie zum Versorgen der elektrischen Antriebsmaschine (14).
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DE102013223356A1 (de) 2013-11-15 2015-05-21 Zf Friedrichshafen Ag Vorrichtung für einen Antriebsstrang eines Hybridfahrzeuges

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