DE102021000983A1 - Hybrid propulsion system and vehicle - Google Patents

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DE102021000983A1
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shaft
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hybrid drive
planetary gear
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German (de)
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Jonathan Zeibig
Carsten Gitt
Peter Hahn
Tobias Haerter
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Mercedes Benz Group AG
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Mercedes Benz Group AG
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    • B60K2006/4833—Step up or reduction gearing driving generator, e.g. to operate generator in most efficient speed range
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    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/50—Architecture of the driveline characterised by arrangement or kind of transmission units
    • B60K6/54—Transmission for changing ratio
    • B60K2006/541—Transmission for changing ratio without reverse ratio using instead electric reversing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/50—Architecture of the driveline characterised by arrangement or kind of transmission units
    • B60K6/52—Driving a plurality of drive axles, e.g. four-wheel drive
    • 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
    • F16H1/00—Toothed gearings for conveying rotary motion
    • F16H1/28—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hybridantriebssystem (1) mit einem Verbrennungsmotor (2) und einer elektrischen Maschine (3), mit einem Getriebe (4) mit ersten Stirnradteilgetriebe (B) und einem zweiten Stirnradteilgetriebe (A), welche über wenigstens eines Vorgelegewelle (12) abtreiben, sowie einem vierwelligen Planetenradsatz (8), wobei eine erste Welle (8.1) mit einer Kurbelwelle (5) des Verbrennungsmotors (2) gekoppelt oder koppelbar ist, wobei ein Rotor der elektrischen Maschine (3) mit einer zweiten Welle (8.2) gekoppelt, koppelbar oder als diese ausgebildet ist, wobei eine erste Eingangswelle (9) des erstens Stirnradteilgetriebes (B) drehfest mit einer dritten Welle (8.3) verbunden ist, und wobei eine zweite Eingangswelle (10) des zweiten Stirnradteilgetriebes (A) mit einer vierten Welle (8.4) des Planetenradsatzes (8) drehfest verbunden ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Stirnradteilgetriebe (B, A) jeweils genau eine Stirnradpaarung (11, 14) aufweisen, und dass ein Verblockungsschaltelement (SK) zum Verblocken von zwei der Wellen (8.1, 8.2, 8.3, 8.4) des Planetenradsatzes (8) in einer axialen Richtung (a) entlang der Eingangswellen (9, 10) gesehen zwischen den beiden Stirnradpaarungen (11, 14) angeordnet sind, wobei ein Bremsschaltelement (BA) zum drehfesten Verbinden der vierten Welle (8.4) des Planetenradsatzes (8) mit einem Gehäuse (17) des Getriebes (4) vorgesehen ist.The invention relates to a hybrid drive system (1) with an internal combustion engine (2) and an electric machine (3), with a transmission (4) with a first spur gear sub-transmission (B) and a second spur gear sub-transmission (A), which are connected via at least one countershaft (12) and a four-shaft planetary gear set (8), a first shaft (8.1) being coupled or capable of being coupled to a crankshaft (5) of the internal combustion engine (2), a rotor of the electrical machine (3) being coupled to a second shaft (8.2). , can be coupled or is designed as such, with a first input shaft (9) of the first spur gear sub-transmission (B) being non-rotatably connected to a third shaft (8.3), and with a second input shaft (10) of the second spur gear sub-transmission (A) being connected to a fourth shaft (8.4) of the planetary gear set (8) is non-rotatably connected. The invention is characterized in that the first and the second spur gear sub-transmission (B, A) each have exactly one pair of spur gears (11, 14), and that a locking shifting element (SK) for locking two of the shafts (8.1, 8.2, 8.3, 8.4 ) of the planetary gear set (8) are arranged between the two pairs of spur gears (11, 14) viewed in an axial direction (a) along the input shafts (9, 10), with a brake switching element (BA) for the non-rotatable connection of the fourth shaft (8.4) of the Planetary gear set (8) is provided with a housing (17) of the transmission (4).

Description

Die Erfindung betrifft ein Hybridantriebssystem mit einem Verbrennungsmotor und einer elektrischen Maschine nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem derartigen Hybridantriebssystem.The invention relates to a hybrid drive system with an internal combustion engine and an electric machine according to the type defined in more detail in the preamble of claim 1. The invention also relates to a vehicle with such a hybrid drive system.

Ein gattungsgemäßes Hybridantriebssystem für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einer elektrischen Maschine beschreibt beispielsweise die DE 10 2017 006 082 A1 der Anmelderin. Dabei kommt ein vierwelliger Planetenradsatz zum Einsatz, über welchen die elektrische Maschine und der Verbrennungsmotor in das Getriebe des Hybridantriebssystems eingekoppelt sind.A generic hybrid drive system for a vehicle with an internal combustion engine and an electric machine describes, for example, the DE 10 2017 006 082 A1 the applicant. A four-shaft planetary gear set is used here, via which the electric machine and the combustion engine are coupled into the transmission of the hybrid drive system.

Der Aufbau im genannten Stand der Technik weist eine hohe Komplexität bei der Realisierung von vielen Funktionen auf und benötigt dafür viel Bauraum, insbesondere in axialer Richtung, also in der Richtung der Hauptgetriebeachse bzw. der Eingangswellen der beiden Stirnradteilgetriebe.The structure in the prior art mentioned has a high level of complexity in the implementation of many functions and requires a lot of space, especially in the axial direction, ie in the direction of the main transmission axis or the input shafts of the two spur gear sub-transmissions.

Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, einen einfachen und vor allem in axialer Richtung sehr kompakten Aufbau mit einer großen Zahl sinnvoller Getriebefunktionen anzugeben.The object of the present invention is to provide a simple structure that is very compact, especially in the axial direction, with a large number of useful transmission functions.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Hybridantriebssystem mit den Merkmalen im Anspruch 1, und hier insbesondere im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Hybridantriebssystems ergeben sich aus den hiervon abhängigen Ansprüchen. Im Anspruch 9 ist außerdem ein Fahrzeug mit einem solchen Hybridantriebssystem angegeben, welches die Aufgabe ebenfalls löst. Eine vorteilhafte Weiterbildung ergibt sich aus dem davon abhängigen Anspruch.According to the invention, this object is achieved by a hybrid drive system having the features in claim 1, and here in particular in the characterizing part of claim 1. Advantageous refinements and developments of the hybrid drive system according to the invention result from the dependent claims. Claim 9 also specifies a vehicle with such a hybrid drive system, which also solves the problem. An advantageous development results from the dependent claim.

Das erfindungsgemäße Hybridantriebssystem dient insbesondere als Fahrzeugantrieb. Es umfasst einen Verbrennungsmotor und eine bzw. mindestens eine elektrische Maschine, sowie ein Getriebe mit einem mindestens vierwelligen Planetenradsatz. Daneben sind zwei mechanische Strecken über das eine Stirnradteilgetriebe und das andere Stirnradteilgetriebe vorgesehen, welche schaltbar miteinander verbindbar sind, um entweder über die eine Strecke, die andere Strecke oder beide Strecken Abtriebsenergie abzugeben. Eine erste Welle des Planetenradsatzes ist dafür mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors gekoppelt oder vorzugsweise über eine Trennkupplung sowie ggf. über einen Drehschwingungsdämpfer koppelbar. Ein Rotor der elektrischen Maschine ist mit einer zweiten Welle des Planetenradsatzes gekoppelt oder koppelbar. Der Rotor der elektrischen Maschine kann auch unmittelbar diese zweite Welle des Planetenradsatzes ausbilden, beispielsweise indem der Rotor der elektrischen Maschine das Hohlrad des Planetenradsatzes ausbildet oder mit diesem unmittelbar verbunden ist. Eine erste Eingangswelle des ersten Stirnradteilgetriebes und eine zweite Eingangswelle des zweiten Stirnradteilgetriebes bilden dann die dritte und die vierte Welle des Planetenradsatzes oder sind bevorzugt drehfest mit diesem verbunden.The hybrid drive system according to the invention serves in particular as a vehicle drive. It includes an internal combustion engine and one or at least one electric machine, as well as a transmission with at least a four-shaft planetary gear set. In addition, two mechanical routes are provided via the one spur gear part and the other spur gear part transmission, which can be connected to one another in a switchable manner in order to deliver output energy either via one route, the other route or both routes. For this purpose, a first shaft of the planetary gear set is coupled to a crankshaft of the internal combustion engine or can preferably be coupled via a separating clutch and possibly via a torsional vibration damper. A rotor of the electric machine is coupled or can be coupled to a second shaft of the planetary gear set. The rotor of the electrical machine can also directly form this second shaft of the planetary gear set, for example by the rotor of the electrical machine forming the ring gear of the planetary gear set or being directly connected to it. A first input shaft of the first spur gear sub-transmission and a second input shaft of the second spur gear sub-transmission then form the third and the fourth shaft of the planetary gear set or are preferably non-rotatably connected to it.

Erfindungsgemäß ist es nun so, dass das erste und das zweite Stirnradteilgetriebe jeweils genau eine Stirnradpaarung aufweisen, um so einen einfachen und kompakten Aufbau zu realisieren. Die beiden Stirnradpaarungen des jeweils ersten Stirnradteilgetriebes einerseits und des zweiten Stirnradteilgetriebes andererseits sind so zueinander angeordnet, dass in einer axialen Richtung entlang der beiden Eingangswellen der jeweiligen Stirnradteilgetriebe gesehen, ein Verblockungsschaltelement zum verblocken von zwei der Wellen des Planetenradsatzes zwischen den beiden Stirnradpaarungen angeordnet ist. Der Planetenradsatz verfügt also über ein Verblockungsschaltelement, über welches zwei seiner Wellen entsprechend verbunden werden können, um den Planetenradsatz zu verblocken, sodass dieser im Block, also ohne eine Relativbewegung seiner Komponenten zueinander, umläuft. Dieses Verblockungsschaltelement ist axial zwischen den beiden Stirnradpaarungen und damit axial zwischen den beiden Stirnradteilgetrieben angeordnet. Außerdem ist es gemäß der Erfindung vorgesehen, dass die vierte Welle des Planetenradsatzes über ein Bremsschaltelement mit einem Gehäuse des Getriebes drehfest zu verbinden ist. Bei geöffnetem Verblockungsschaltelement ergibt sich so über das erste Stirnradteilgetriebe eine zusätzliche Übersetzung. Dadurch wird in axialer Richtung ein außerordentlich kompakter Aufbau bei einer sehr hohen Getriebespreizung, also sich sehr stark unterscheidenden Übersetzungen zwischen den schnellsten und dem langsamsten Gang, möglich. Durch den Einsatz des vierwelligen Planetenradsatzes des Verbrennungsmotors und der elektrischen Maschine in der beschriebenen Anordnung lässt sich dennoch eine Vielzahl von Funktionen mit dem erfindungsgemäßen Hybridantriebssystem einfach und effizient realisieren.According to the invention, the first and the second spur gear sub-transmission each have exactly one pair of spur gears in order to achieve a simple and compact structure. The two spur gear pairings of the respective first spur gear sub-transmission on the one hand and the second spur gear sub-transmission on the other hand are arranged relative to one another in such a way that, viewed in an axial direction along the two input shafts of the respective spur gear sub-transmission, a locking shifting element for locking two of the shafts of the planetary gear set is arranged between the two spur gear pairs. The planetary gear set therefore has a blocking switching element, via which two of its shafts can be connected accordingly in order to block the planetary gear set, so that it rotates in a block, ie without its components moving relative to one another. This blocking switching element is arranged axially between the two pairs of spur gears and thus axially between the two spur gear sub-transmissions. In addition, it is provided according to the invention that the fourth shaft of the planetary gear set is to be connected in a torque-proof manner to a housing of the transmission via a brake switching element. When the blocking shifting element is open, an additional translation results via the first spur gear sub-transmission. As a result, an extraordinarily compact structure in the axial direction with a very high gear spread, that is to say very different translations between the fastest and the slowest gear, is possible. By using the four-shaft planetary gear set of the internal combustion engine and the electric machine in the arrangement described, a large number of functions can nevertheless be implemented simply and efficiently with the hybrid drive system according to the invention.

Axial im Sinne der hier vorliegenden Erfindung bedeutet immer axial in Bezug auf eine Hauptdrehachse, welche wiederum mit den Drehachsen der beiden koaxialen Eingangswellen zusammenfällt. Drehfest im Sinne der Erfindung ist so definiert, dass unter einer drehfesten Verbindung oder Kopplung zweier drehbar gelagerter Elemente zu verstehen ist, dass diese beiden Elemente koaxial zueinander angeordnet sind und derart miteinander verbunden sind, dass sie mit derselben Winkelgeschwindigkeit umlaufen.For the purposes of the present invention, axially always means axially in relation to a main axis of rotation, which in turn coincides with the axes of rotation of the two coaxial input shafts. Rotationally fixed within the meaning of the invention is defined such that a rotationally fixed connection or coupling of two rotatably mounted elements is to be understood as meaning that these two elements are arranged coaxially with one another and in such a way with one another connected so that they revolve with the same angular velocity.

Die Wellen des Planetenradsatzes entsprechenden dessen Elementen bzw. sind mit diesen drehfest verbunden. Die Elemente sind bei einem beispielhaften vierwelligen Planetenradsatz z.B. das Hohlrad, eine erste und eine zweite Sonne sowie der Steg bzw. Doppelsteg der mit dem Hohlrad und der jeweiligen Sonne kämmenden Planetenräder.The shafts of the planetary gear set correspond to its elements or are non-rotatably connected to them. In an exemplary four-shaft planetary gear set, the elements are, for example, the ring gear, a first and a second sun, and the carrier or double carrier of the planet gears meshing with the ring gear and the respective sun.

Das Verblockungsschaltelement selbst kann beispielsweise als Reibkupplung ausgebildet sein, um so eine Verblockung der Elemente auch bei unterschiedlichen Drehzahlen der entsprechenden Wellen des Planetenradsatzes zu ermöglichen. Gemäß einer besonders günstigen und vorteilhaften Ausgestaltung kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass das Verblockungsschaltelement als formschlüssige Kupplung ausgeführt ist. Eine solche formschlüssige Kupplung, welche insbesondere auf jegliche Art von Synchronisierungselementen verzichtet, lässt sich besonders einfach, kostengünstig und kompakt aufbauen. Sie arbeitet weitgehend verschleißfrei und erlaubt durch den Einsatz der elektrischen Maschine, welche mit der zweiten Welle des vierwelligen Planetenradsatzes gekoppelt oder koppelbar ist, bei Bedarf eine Anpassung der Drehzahlen, um so auch mit der formschlüssig ausgestalteten Kupplung als Verblockungsschaltelement ein komfortables und zuverlässiges Schalten zu ermöglichen.The locking shifting element itself can be designed, for example, as a friction clutch, in order to enable locking of the elements even at different speeds of the corresponding shafts of the planetary gear set. According to a particularly favorable and advantageous embodiment, however, it can also be provided that the blocking switching element is designed as a form-fitting clutch. Such a form-fitting clutch, which in particular dispenses with any type of synchronization element, can be constructed in a particularly simple, inexpensive and compact manner. It works largely wear-free and, through the use of the electric machine, which is coupled or can be coupled to the second shaft of the four-shaft planetary gear set, allows the speeds to be adjusted if necessary, so that comfortable and reliable shifting is also possible with the positively designed clutch as a blocking shift element .

Gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Hybridantriebsvorrichtung kann es auch vorgesehen sein, dass genau eine Vorgelegewelle mit einem drehfest mit ihr verbundenen Abtriebsrad vorgesehen ist, wobei dieses Abtriebsrad axial überlappend zu dem Planetenradsatz angeordnet ist. Die eine Vorgelegewelle erlaubt einen quer zur axialen Richtung sehr kompakten Aufbau des Getriebes.According to an extremely advantageous development of the hybrid drive device according to the invention, it can also be provided that exactly one countershaft is provided with a driven gear connected to it in a torque-proof manner, with this driven gear being arranged axially overlapping the planetary gear set. One countershaft allows the transmission to have a very compact design transversely to the axial direction.

Der Verbrennungsmotor bzw. seine Kurbelwelle kann dabei gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hybridantriebssystems über eine Trennkupplung mit der ersten Welle des Planetenradsatzes verbunden sein. Ergänzend oder auch kompakt integriert mit der Trennkupplung kann dabei ein Zweimassenschwungrad zum Dämpfen bzw. Tilgen von Drehschwingungen vorgesehen werden. Auch alternative Aufbauten von Drehschwingungsdämpfern sind denkbar. Die Trennkupplung selbst erlaubt durch das Trennen des Getriebes bzw. Planetenradsatzes von dem Verbrennungsmotor einen rein elektrischen Betrieb, was die Möglichkeiten zur Steigerung der Funktionalität des erfindungsgemäßen Hybridantriebssystems entsprechend erhöht. Die Trennkupplung selbst kann dabei formschlüssig oder auch reibschlüssig ausgebildet sein. Sie kann insbesondere auch formschlüssig ohne eine Synchronisierung realisiert werden, um sie so besonders einfach und kompakt in ihrem Aufbau gestalten zu können.According to an advantageous embodiment of the hybrid drive system according to the invention, the internal combustion engine or its crankshaft can be connected to the first shaft of the planetary gear set via a separating clutch. A dual-mass flywheel for damping or absorbing torsional vibrations can be provided in addition to or also compactly integrated with the separating clutch. Alternative designs of torsional vibration dampers are also conceivable. By separating the transmission or planetary gear set from the internal combustion engine, the separating clutch itself permits purely electrical operation, which correspondingly increases the possibilities for increasing the functionality of the hybrid drive system according to the invention. The separating clutch itself can be designed in a form-fitting or friction-fitting manner. In particular, it can also be implemented in a form-fitting manner without synchronization, in order to be able to design it in a particularly simple and compact manner.

Die elektrische Maschine und/oder ein Rotorrad des Rotors der elektrischen Maschine sind dabei in axialer Richtung gesehen überlappend zu dem Planetenradsatz angeordnet. Auch diese Anordnung der elektrischen Maschine, welche vorzugsweise achsparallel zu den Eingangsachsen der beiden Stirnradteilgetriebe und der Kurbelwelle angeordnet ist, erlaubt einen in axialer Richtung sehr kompakten Aufbau. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Anbindung der elektrischen Maschine dabei über weitere Getriebeelemente wie ein Stirnradgetriebe, ein Riementrieb, ein Kettenantrieb oder dergleichen erfolgen.The electrical machine and/or a rotor wheel of the rotor of the electrical machine are arranged so as to overlap the planetary gear set, as seen in the axial direction. This arrangement of the electric machine, which is preferably arranged axially parallel to the input axes of the two spur gear sub-transmissions and the crankshaft, allows a very compact design in the axial direction. According to an advantageous development, the electrical machine can be connected via additional transmission elements such as a spur gear, a belt drive, a chain drive or the like.

Alternativ dazu kann die elektrische Maschine jedoch auch koaxial angeordnet sein, beispielsweise koaxial zu dem Planetenradsatz, wobei dann vorzugsweise das Hohlrad des Planetenradsatzes die zweite Welle ausbildet, welche mit dem Rotorrad der elektrischen Maschine gekoppelt ist oder unmittelbar einen Teil des Rotors der elektrischen Maschine, bei einer solchen koaxialen Anordnung derselben, ausbildet.Alternatively, the electric machine can also be arranged coaxially, for example coaxially to the planetary gear set, in which case the ring gear of the planetary gear set preferably forms the second shaft, which is coupled to the rotor wheel of the electric machine or directly to a part of the rotor of the electric machine such a coaxial arrangement thereof.

Eine außerordentlich günstige Weiterbildung des erfindungsgemäßen Hybridantriebssystems kann nun vorsehen, dass ein Schaltelement für das erste Stirnradteilgetriebe koaxial zu der Vorgelegewelle und axial zwischen den Stirnradpaarungen angeordnet ist. Eine solche Anordnung eines Schaltelements für das erste Stirnradteilgetriebe koaxial zu der Vorgelegewelle nutzt also ein Festrad im Bereich der Eingangswelle in der ersten Stirnradpaarung und dementsprechend ein Losrad auf der wenigstens einen, gemäß der oben beschriebenen Ausgestaltung der genau einen, Vorgelegewelle. Prinzipiell könnte ein solches Schaltelement in jeder axialen Position auf der Vorgelegewelle koaxial zu dieser angeordnet sein. Besonders bevorzugt befindet es sich zwischen den beiden Stirnradpaarungen. Das erste Schaltelement nutzt dann in axialer Richtung denselben Bauraum wie das Verblockungsschaltelement, so dass kein zusätzlicher Bauraum in axialer Richtung benötigt wird.An extraordinarily favorable further development of the hybrid drive system according to the invention can now provide that a switching element for the first spur gear sub-transmission is arranged coaxially to the countershaft and axially between the spur gear pairings. Such an arrangement of a shifting element for the first spur gear sub-transmission coaxial to the countershaft uses a fixed wheel in the area of the input shaft in the first spur gear pairing and accordingly a loose wheel on the at least one countershaft, according to the embodiment of exactly one described above. In principle, such a switching element could be arranged coaxially with the countershaft in any axial position. It is particularly preferably located between the two pairs of spur gears. The first shifting element then uses the same installation space in the axial direction as the blocking shifting element, so that no additional installation space is required in the axial direction.

Unter koaxial im Sinne der hier vorliegenden Erfindung ist dabei ein drehbar gelagertes Element koaxial zu einem anderen drehbar gelagerten Element, wie beispielsweise einer Welle, zu verstehen, so dass die Drehachsen der beiden Elemente jeweils deckungsgleich oder fluchtend sind. Ferner ist es gemäß der Erfindung so, dass unter einer Radpaarung bzw. Stirnradpaarung eine Anzahl von zwei miteinander kämmenden Zahnrädern bzw. Stirnrädern zu verstehen ist, welche parallele Drehachsen aufweisen und bezogen auf eine Ebene, welche senkrecht zu diesen Drehachsen steht, in einer gemeinsamen Ebene, welche als Radsatzebene bezeichnet wird, angeordnet sind.In the context of the present invention, coaxial means a rotatably mounted element coaxial to another rotatably mounted element, such as a shaft, so that the axes of rotation of the two elements are congruent or aligned. Furthermore, according to the invention, it is the case that under a pair of gears or pair of spur gears there are a number of two gears or spur gears that mesh with one another is to be understood, which have parallel axes of rotation and are arranged in a common plane, referred to as the wheelset plane, in relation to a plane which is perpendicular to these axes of rotation.

Gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung befinden sich ein zweites Schaltelement und das erfindungsgemäße Bremsschaltelement koaxial zu der zweiten Eingangswelle und in axialer Richtung auf der dem Planetenradsatz abgewandten Seite der beiden Stirnradpaarungen. Bei der zweiten Stirnradpaarung ist somit das Losrad dieser zweiten Stirnradpaarung koaxial zu der zweiten Eingangswelle angeordnet. Das Festrad dieser zweiten Stirnradpaarung ist dann koaxial zu der Vorgelegewelle angeordnet. Über das Bremsschaltelement kann dann die mit der zweiten Eingangswelle drehfest verbundene vierte Welle des Planetenradsatzes gegenüber dem Gehäuse festgebremst werden.According to an extraordinarily favorable development, a second switching element and the brake switching element according to the invention are located coaxially to the second input shaft and in the axial direction on the side of the two spur gear pairs facing away from the planetary gear set. In the case of the second pair of spur gears, the loose wheel of this second pair of spur gears is arranged coaxially with the second input shaft. The fixed wheel of this second pair of spur gears is then arranged coaxially to the countershaft. The fourth shaft of the planetary gear set, which is non-rotatably connected to the second input shaft, can then be braked with respect to the housing via the brake switching element.

Die beiden Schaltelemente können dabei gemäß einer sehr günstigen Weiterbildung dieser Ideen als Koppelschaltelement ausgebildet und mit einer einzigen gemeinsamen Schiebemuffe schaltbar sein, um so einen einerseits möglichst einfachen und in axialer Richtung kompakten Aufbau zu realisieren und andererseits den Aufwand hinsichtlich der Bauteile und der Aktorik nochmals zu reduzieren.According to a very favorable development of this idea, the two shifting elements can be designed as a coupling shifting element and can be shifted with a single common sliding sleeve, in order to realize a design that is as simple as possible and compact in the axial direction on the one hand, and on the other hand the complexity with regard to the components and actuators is increased again to reduce.

Letztlich ist der vierwellige Planetenradsatz so ausgeführt, dass die erste Welle in Bezug auf die dritte und die vierte Welle die Summenwelle darstellt, sobald die beiden mit der dritten und der vierten Welle verbundenen Stirnradteilgetriebe aktiv geschaltet sind. Ihre entsprechenden Schaltelemente sind also geschlossen und die elektrische Maschine stellt kein signifikantes Drehmoment zur Verfügung. Die dritte mit dem ersten Stirnradteilgetriebe drehfest verbundene Welle des Planetenradsatzes stellt dabei in Bezug auf die zweite Welle und die erste Welle die Summenwelle dar, sobald eine Gangstufe im ersten Stirnradteilgetriebe aktiv geschaltet ist, und das Schaltelement des anderen Stirnradteilgetriebes offen ist, wobei die elektrische Maschine dabei ein signifikantes Drehmoment zur Verfügung stellt.Ultimately, the four-shaft planetary gear set is designed in such a way that the first shaft represents the sum shaft in relation to the third and fourth shaft as soon as the two spur gear sub-transmissions connected to the third and fourth shaft are activated. Their corresponding switching elements are therefore closed and the electric machine does not provide any significant torque. The third shaft of the planetary gear set, which is non-rotatably connected to the first spur gear sub-transmission, represents the sum shaft in relation to the second shaft and the first shaft as soon as a gear stage in the first spur gear sub-transmission is actively shifted and the switching element of the other spur gear sub-transmission is open, with the electric machine while providing a significant torque.

Bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug ist es nun so, dass dieses ein Hybridantriebssystem nach einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen aufweist, wobei zusätzlich ein elektrisches Antriebssystem vorgesehen ist, welches von dem Hybridantriebssystem mechanisch unabhängig ausgebildet ist. Dadurch wird der Antrieb sehr flexibel einsetzbar. Zum Beispiel kann so ein elektrischer Rückwärtsgang realisiert werden, so dass das Getriebe einen solchen nicht vorsehen muss.In the case of the vehicle according to the invention, it is now the case that it has a hybrid drive system according to one of the configurations described above, with an additional electric drive system being provided which is designed to be mechanically independent of the hybrid drive system. This means that the drive can be used very flexibly. For example, an electric reverse gear can be implemented in this way, so that the transmission does not have to provide one.

Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung hiervon kann es bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug vorgesehen werden, durch das Hybridantriebssystem eine Achse des Fahrzeugs angetrieben, während das elektrische Antriebssystem eine andere Achse des Fahrzeugs treibt, um so beispielsweise zum Anfahren und Rückwärtsfahren im rein elektrischen Betrieb die eine Achse zu nutzen und für den Vortrieb mit dem Hybridantriebssystem die andere Achse zu nutzen. Außerdem können bei Bedarf beide Achsen genutzt werden, um so, beispielsweise bei einer Pkw-Anwendung, ein Allradsystem zu erhalten.According to a very advantageous development of this, it can be provided in the vehicle according to the invention that one axle of the vehicle is driven by the hybrid drive system, while the electric drive system drives another axle of the vehicle, so that one axle can be closed for starting and reversing in purely electric mode, for example and to use the other axis for propulsion with the hybrid drive system. In addition, both axles can be used if required, in order to obtain an all-wheel drive system, for example in a car application.

Der Aufbau erlaubt es auch im Hybridantriebssystem bei generatorischem Betrieb der elektrischen Maschine erzeugte Leistung an das rein elektrische Antriebsystem weiterzugeben, so dass dessen Betrieb nicht vom Ladezustand der Batterie abhängig ist.The design also allows power generated in the hybrid drive system during generator operation of the electric machine to be passed on to the purely electric drive system, so that its operation is not dependent on the state of charge of the battery.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Hybridantriebssystems ergeben sich auch aus den beiden Ausführungsbeispielen, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben sind.Further advantageous refinements of the hybrid drive system according to the invention also result from the two exemplary embodiments which are described in more detail below with reference to the figures.

Dabei zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hybridantriebssystems;
  • 2 eine Schalttabelle zur Erläuterung der möglichen Zustände der erfindungsgemäßen Hybridantriebssysteme in 1; und
  • 3 ein schematisch angedeutetes Fahrzeug mit einem solchen Hybridantriebssystem und einem zusätzlichen elektrischen Antriebssystem.
show:
  • 1 a schematic representation of a possible embodiment of the hybrid drive system according to the invention;
  • 2 a switching table to explain the possible states of the hybrid drive systems according to the invention 1 ; and
  • 3 a schematically indicated vehicle with such a hybrid drive system and an additional electric drive system.

In der Darstellung der 1 ist ein Hybridantriebssystem 1 zu erkennen, welches einen angedeuteten Verbrennungsmotor 2 sowie eine elektrische Maschine 3. Ein Rotor der elektrischen Maschine 3 ist drehfest mit einem Rotorrad 6 verbunden, welches über ein Zwischenrad 7 als Getriebeelement an einen vierwelligen Planetenradsatz 8 eines in seiner Gesamtheit mit 4 bezeichneten Getriebes angebunden ist. Das Getriebe 4 ist dabei, bezogen auf seine Hauptdrehachse, nur in seiner oberen Hälfte dargestellt.In the representation of 1 a hybrid drive system 1 can be seen, which has an indicated internal combustion engine 2 and an electric machine 3. A rotor of the electric machine 3 is non-rotatably connected to a rotor wheel 6, which via an intermediate wheel 7 as a transmission element is connected to a four-shaft planetary gear set 8 of a four-shaft planetary gear set in its entirety designated gear is connected. In relation to its main axis of rotation, the transmission 4 is only shown in its upper half.

Der vierwellige Planetenradsatz 8 umfasst dabei eine erste Welle bzw. ein erstes Element 8.1, welches hier durch die erste Sonne gebildet wird. Ein zweites Element 8.2 ist dabei mit dem Zwischenrad 7 gekoppelt und wird durch ein Hohlrad des Planetenradsatzes 8 ausgebildet. Neben diesen beiden Wellen 8.1 und 8.2 wird eine dritte Welle bzw. ein drittes Element 8.3 des Planetenradsatzes 8 durch eine zweite Sonne gebildet und ist drehfest mit einer ersten Eingangswelle 9 eines ersten Stirnradteilgetriebes B verbunden. Ein Steg bzw. Doppelsteg als vierte Welle bzw. viertes Element 8.4 des Planetenradsatzes 8 ist drehfest mit einer zweiten Eingangswelle 10 eines zweiten Stirnradteilgetriebes A verbunden.The four-shaft planetary gear set 8 includes a first shaft or a first element 8.1, which is formed here by the first sun. A second element 8.2 is coupled to the intermediate gear 7 and is formed by a ring gear of the planetary gearset 8. In addition to these two shafts 8.1 and 8.2, a third shaft or a third element 8.3 of the planetary gear set 8 is replaced by a formed second sun and is rotatably connected to a first input shaft 9 of a first spur gear B. A web or double web as the fourth shaft or fourth element 8.4 of the planetary gear set 8 is connected to a second input shaft 10 of a second spur gear sub-transmission A in a torque-proof manner.

Die erste Welle bzw. das erste Element 8.1 des Planetenradsatzes 8 ist über eine Trennkupplung K0 und einen optionalen Drehschwingungsdämpfer 13 mit einer Kurbelwelle 5 des Verbrennungsmotors 2 verbindbar. Bei geschlossener Trennkupplung K0 lässt sich der Verbrennungsmotor 2 bzw. seine Kurbelwelle 5 also mit der ersten Welle 8.1 bei Bedarf drehfest koppeln.The first shaft or the first element 8.1 of the planetary gear set 8 can be connected to a crankshaft 5 of the internal combustion engine 2 via a separating clutch K0 and an optional torsional vibration damper 13. When the separating clutch K0 is closed, the internal combustion engine 2 or its crankshaft 5 can therefore be coupled in a torque-proof manner to the first shaft 8.1 if required.

Über die erste Eingangswelle 9 wird ein koaxial und drehfest zu dieser angeordnetes erstes Festrad FB angetrieben, welches ein erstes Losrad LB treibt, die zusammen eine Stirnradpaarung 11 ausbilden. Diese Stirnradpaarung 11 ist dabei die einzige Stirnradpaarung des ersten Stirnradteilgetriebes B, deren Losrad LB koaxial zu einer Vorgelegewelle 12 angeordnet und bei Bedarf über ein erstes Schaltelement SB drehfest mit dieser verbindbar ist. Das zweite Stirnradteilgetriebe A umfasst ein Losrad LA auf der mit der dritten Welle 8.3 des Planetenradsatzes 8 verbundenen zweiten Eingangswelle 10, welche koaxial zu der ersten Eingangswelle 9 realisiert, welche als Hohlwelle um die zweite Eingangswelle 10 herum ausgebildet ist. Ein Festrad FA koaxial zu der Vorgelegewelle 12 komplettiert dann eine Stirnradpaarung 14 und damit das zweite Stirnradteilgetriebe A, welches ausschließlich diese eine Stirnradpaarung 14 umfasst. Über ein zweites Schaltelement SA ist das Losrad LA mit der zweiten Eingangswelle 10 bei Bedarf drehfest verbindbar.About the first input shaft 9 is a coaxial and non-rotatably arranged first fixed gear FB is driven, which drives a first idler gear LB, which together form a spur gear pair 11 . This spur gear pairing 11 is the only spur gear pairing of the first spur gear sub-transmission B, the idler gear LB of which is arranged coaxially to a countershaft 12 and, if required, can be connected to it in a rotationally fixed manner via a first switching element SB. The second spur gear sub-transmission A includes an idler gear LA on the second input shaft 10, which is connected to the third shaft 8.3 of the planetary gear set 8 and is realized coaxially with the first input shaft 9, which is designed as a hollow shaft around the second input shaft 10. A fixed wheel FA coaxial to the countershaft 12 then completes a pair of spur gears 14 and thus the second spur gear sub-transmission A, which exclusively includes this one pair of spur gears 14 . The loose wheel LA can be connected in a torque-proof manner to the second input shaft 10 via a second shifting element SA, if required.

Die Vorgelegewelle 12 trägt ihrerseits in einem Abschnitt in axialer Richtung a, welche sich immer auf die Drehachse der Kurbelwelle 5 des Verbrennungsmotors 5 und damit die Hauptdrehachse des Getriebes 4 bezieht, ein Abtriebsrad 15 angeordnet. Dieses kämmt mit einem hier schematisch angedeuteten Differential 16, über welches eine angetriebene Achse 23 eines mit dem Hybridantriebssystems 1 ausgestatteten Fahrzeugs 21 (vergleiche 3) angetrieben wird.The countershaft 12 in turn carries a driven wheel 15 in a section in the axial direction a, which always relates to the axis of rotation of the crankshaft 5 of the internal combustion engine 5 and thus the main axis of rotation of the transmission 4 . This meshes with a differential 16, shown schematically here, via which a driven axle 23 of a vehicle 21 equipped with the hybrid drive system 1 (cf 3 ) is driven.

Das Abtriebsrad 15 liegt dabei zwischen dem Planetenradsatz 8 und dem ersten Stirnradteilgetriebe B. Das Differential kann somit axial neben die elektrische Maschine 3 rutschen. Sie könnten sich jedoch auch axial überlappen, was durch den alles in einer Ebene zeigenden Radsatzplan der 1 nicht darstellbar ist. Das Differential 16 jedoch möglichst dicht an den Verbrennungsmotor 2 rücken, was ein Vorteil bezüglich des Bauraums darstellt.The output gear 15 is located between the planetary gear set 8 and the first spur gear sub-transmission B. The differential can thus slip axially next to the electric machine 3 . However, they could also overlap axially, which is due to the wheelset plan showing everything in one plane 1 is not representable. However, move the differential 16 as close as possible to the internal combustion engine 2, which is an advantage in terms of installation space.

Alternativ dazu wäre es auch denkbar, bei entsprechenden Durchmessern des Planetenradsatzes 8 und der Stirnradpaarungen 11,14 die Anordnung des drehfest mit der Vorgelegewelle 12 verbundenen Abtriebsrads 15 axial überlappend zu dem Planetenradsatz 8 auszuführen Auch hierdurch könnte das Differential 16 sehr nah an den Verbrennungsmotor 2 rücken, was den kompakten Aufbau und die ideale Ausnutzung des in dem Fahrzeug 21 typischerweise vorhandenen Bauraums vorteilhaft fördert.Alternatively, it would also be conceivable, with corresponding diameters of the planetary gear set 8 and the spur gear pairings 11, 14, to design the arrangement of the output gear 15, which is non-rotatably connected to the countershaft 12, to overlap axially with the planetary gear set 8. This would also allow the differential 16 to move very close to the internal combustion engine 2 , which advantageously promotes the compact construction and the ideal utilization of the installation space typically present in the vehicle 21 .

Durch beide Varianten wird insbesondere ein Einbau quer zur Fahrtrichtung einfach möglich.Both variants make it easy to install, in particular, transversely to the direction of travel.

Über eine Bremsschaltelement BA lässt sich die zweite Eingangswelle 10 und damit das mit ihr drehfest verbundene vierte Element bzw. die vierte Welle 8.4 des Planetenradsatzes 8 mit einem Gehäuse 17 des Getriebes 4 verbinden und so festbremsen. Damit kann die Übersetzung des Planetenradsatzes 8 geändert werden. Die beiden Schaltelemente SA, BA sind in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel zu einem kombinierten Koppelschaltelement zusammengefasst. Dieses umfasst einen gemeinsamen Gleichlaufkörper sowie eine gemeinsame Schiebemuffe 18. Neben der prinzipiell auch denkbaren Ausgestaltung der Schaltelemente als Reibschaltelemente ist diese Variante mit einer Ausgestaltung der Schaltelemente SA und BA als kombiniertes Schaltelement mit einer gemeinsamen Schiebemuffe 18 und einer formschlüssigen Schaltung über einen einzigen Aktor ideal. Bezüglich der Anordnung kann es vorzugsweise, wie hier dargestellt, auf der dem Planetenradsatz 8 abgewandten Seite der beiden Stirnradpaarungen 11, 14 auf der zweiten Eingangswelle 10 angeordnet sein. Damit lässt sich dann wahlweise die zweite Eingangswelle 10 festbremsen oder mit dem Losrad LA und über des zweite Stirnradteilgetriebe A mit dem Abtrieb über das Abtriebsrad 15 verbinden.The second input shaft 10 and thus the fourth element or the fourth shaft 8.4 of the planetary gearset 8, which is non-rotatably connected to it, can be connected to a housing 17 of the transmission 4 via a brake shifting element BA, and can thus be braked. So that the translation of the planetary gear set 8 can be changed. In the exemplary embodiment shown here, the two switching elements SA, BA are combined to form a combined coupling switching element. This includes a common synchronous body and a common sliding sleeve 18. In addition to the configuration of the shifting elements as friction shifting elements, which is also conceivable in principle, this variant is ideal with a configuration of the shifting elements SA and BA as a combined shifting element with a common sliding sleeve 18 and positive shifting via a single actuator. With regard to the arrangement, it can preferably be arranged on the second input shaft 10 on the side of the two pairs of spur gears 11 , 14 facing away from the planetary gear set 8 , as shown here. The second input shaft 10 can then either be braked or connected to the idler gear LA and via the second spur gear part A to the output via the output gear 15 .

Zwei der Elemente des Planetenradsatzes 8, beispielsweise in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel die dritte Welle 8.3 und die vierte Welle 8.4 bzw. die mit ihr drehfest verbundene erste Eingangswelle 9 bzw. zweite Eingangswelle 10 können über ein Verblockungsschaltelement SK miteinander verbunden werden, welches hier wiederum vorzugsweise als formschlüssiges Schaltelement ohne Synchronisierung ausgebildet ist. Bei der entsprechenden Drehzahl der Elemente kann so eine Relativbewegung zwischen den Elementen des Planetenradsatzes durch eine Verbindung des Stegs als viertes Element 8.4 mit der zweiten Sonne als drittes Element 8.3 realisiert werden. Der Planetenradsatz 8 läuft dann als Block um, weshalb das Schaltelement SK gängiger Weise als Verblockungsschaltelement bezeichnet wird.Two of the elements of the planetary gear set 8, for example in the exemplary embodiment shown here the third shaft 8.3 and the fourth shaft 8.4 or the first input shaft 9 or second input shaft 10 connected to them in a rotationally fixed manner, can be connected to one another via a locking shifting element SK, which in turn is preferably used here is designed as a form-fitting switching element without synchronization. At the corresponding speed of the elements, a relative movement between the elements of the planetary gear set can be realized by connecting the spider as the fourth element 8.4 to the second sun as the third element 8.3. The planetary gear set 8 then rotates as a block, which is why the shifting element SK is commonly referred to as a blocking shifting element.

Beide beschriebenen Varianten des Ausführungsbeispiels des Hybridantriebssystems 1 erlauben nun verschiedene nachfolgend anhand der Tabelle in 2 erläuterte Zustände und Gangstufen. Dabei ist jeweils durch ein x eine geschlossene Kupplung oder ein geschlossenes Schaltelement dargestellt.Both described variants of the exemplary embodiment of the hybrid drive system 1 now allow different following based on the table in 2 states and gear levels explained. An x represents a closed clutch or a closed shift element.

Ein erster kombinierter Zustand bei welchem sowohl verbrennungsmotorisch als auch elektromotorisch auf das Hybridantriebssystem 1 eingewirkt werden kann, ist mit EVT 1 bezeichnet. Dabei werden die Drehmomente bzw. Drehzahlen des Verbrennungsmotors 2 und der elektrischen Maschine 3 am Planetenradsatz 8 überlagert, gleichzeitig ist das zweite Schaltelement SA geschlossen, das erste Schaltelement SB geöffnet. Dieser Zustand kann beispielsweise zum Anfahren eines Fahrzeugs mit dem Hybridantriebssystem 1 im hybridischen Modus erfolgen. Dabei sind sowohl der Verbrennungsmotor 2 als auch die elektrische Maschine 3 beteiligt. Durch Drehmoment vom Verbrennungsmotor 2 und einen zu Beginn generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine 3 kann je nach Ansteuerung der elektrischen Maschine 3 das Drehmoment, welches zum Antrieb gelangt, zunehmend vergrößert werden, indem die generatorische Leistung an der elektrischen Maschine 3 entsprechend reduziert wird. Hierdurch lässt sich ein elektrodynamisches Anfahren realisieren. Im weiteren Verlauf kann die elektrische Maschine 3 dann auch motorisch betrieben werden. Neben diesem Anfahren eines Fahrzeugs mit dem Hybridantriebssystem 1 dient der erste EVT-Modus EVT 1 unter anderem auch der aktiven Übersetzungsverstellung sowie einer Drehzahlsynchronisierung innerhalb des ersten Schaltelements SB, insbesondere beim Wechsel von einem ersten Gang G1 auf einen zweiten Gang G2, welcher nachfolgend noch beschrieben ist. Im ersten Gang G1 wird dann der Planetenradsatz 8 entsprechend verblockt indem das Verblockungsschaltelement SK geschlossen wird. Zum Beispiel kann das Verblockungsschaltelement SK als formschlüssiges Kupplungselement ausgebildet sein, wobei bei einem Schließen des Verblockungsschaltelement SK durch die elektrische Maschine 3 eine Synchronisierung auf eine an sich bekannte Weise erfolgen kann.A first combined state in which the hybrid drive system 1 can be influenced both by the internal combustion engine and by the electric motor is denoted by EVT 1 . The torques or speeds of the internal combustion engine 2 and the electric machine 3 are superimposed on the planetary gear set 8, at the same time the second shifting element SA is closed and the first shifting element SB is opened. This state can occur, for example, to start a vehicle with the hybrid drive system 1 in the hybrid mode. Both the internal combustion engine 2 and the electric machine 3 are involved. Torque from the internal combustion engine 2 and an initially regenerative operation of the electric machine 3 can, depending on the activation of the electric machine 3, increase the torque that is applied to the drive by reducing the regenerative power on the electric machine 3 accordingly. This enables electrodynamic starting to be implemented. In the further course, the electrical machine 3 can then also be operated as a motor. In addition to this starting of a vehicle with the hybrid drive system 1, the first EVT mode EVT 1 also serves, among other things, for the active gear ratio adjustment and speed synchronization within the first shifting element SB, in particular when changing from a first gear G1 to a second gear G2, which is described below is. In the first gear G1, the planetary gear set 8 is then blocked accordingly by the blocking shifting element SK being closed. For example, the blocking switching element SK can be designed as a form-fitting clutch element, synchronization being able to take place in a manner known per se when the blocking switching element SK is closed by the electrical machine 3 .

Bei einem Wechsel von dem ersten Gang G1 auf den zweiten Gang G2 wird einerseits das Verblockungsschaltelement SK geöffnet und das erste Schaltelement SB zusätzlich zum zweiten Schaltelement SA geschlossen beziehungsweise bei einer gemeinsamen Schiebemuffe 18 diese in die entsprechende Stellung verschoben.When changing from the first gear G1 to the second gear G2, the locking shifting element SK is opened and the first shifting element SB is closed in addition to the second shifting element SA or, in the case of a common sliding sleeve 18, this is pushed into the corresponding position.

Um vom zweiten Gang G2 dann in einen dritten Gang G3 zu kommen, wird das zweite Schaltelement SA geöffnet und gleichzeitig das Verblockungsschaltelement SK wieder geschlossen, so dass die beiden Eingangswellen 9, 10 und der Planetenradsatz 8 entsprechend verblockt sind.In order to get from the second gear G2 into a third gear G3, the second shifting element SA is opened and at the same time the blocking shifting element SK is closed again, so that the two input shafts 9, 10 and the planetary gearset 8 are blocked accordingly.

Im zweiten EVT-Modus EVT 2 werden dann bei geöffnetem Verblockungsschaltelement SK, geöffnetem zweitem Schaltelement SA und geschlossenem erstem Schaltelement SB die Drehzahlen und Drehmomente des Verbrennungsmotors 2 und der elektrischen Maschine 3 am Planetenradsatz 8 entsprechend überlagert. Dieser zweite EVT-Modus EVT 2 dient dabei insbesondere zur Umsetzung eines „virtuellen“ vierten und eines „virtuellen“ fünften Gangs. Neben der aktiven Übersetzungsverstellung kann der zweite EVT-Modus EVT 2 auch für eine Drehzahlsynchronisierung innerhalb des Verblockungsschaltelements SK beim Wechsel vom zweiten auf den dritten Gang eingesetzt werden, wenn dieses als formschlüssiges Schaltelement ohne Synchronisierung ausgebildet ist. Auch in diesem Modus kann die elektrische Maschine sowohl generatorisch als auch motorisch betrieben werden.In the second EVT mode EVT 2, the speeds and torques of the internal combustion engine 2 and the electric machine 3 on the planetary gearset 8 are then superimposed accordingly when the blocking shift element SK is open, the second shift element SA is open and the first shift element SB is closed. This second EVT mode EVT 2 serves in particular to implement a “virtual” fourth and a “virtual” fifth gear. In addition to active ratio adjustment, the second EVT mode EVT 2 can also be used for speed synchronization within the locking shift element SK when changing from second to third gear if this is designed as a positive-locking shift element without synchronization. In this mode, too, the electrical machine can be operated both as a generator and as a motor.

Ein dann folgender sechster Gang G6 nutzt nun das Bremsschaltelement BA. Bei geöffnetem zweitem Schaltelement SA und geöffneter Verblockungskupplung SK wird so über das erste Stirnradteilgetriebe B abgetrieben.A then following sixth gear G6 now uses the brake switching element BA. When the second shifting element SA is open and the locking clutch SK is open, the first spur gear sub-transmission B is driven off.

Die weiteren Zustände, nämlich ein erster elektrischer Gang E1, ein zweiter elektrischer Gang E2 und ein dritter elektrischer Gang E3 sind dann elektrische Gänge, welche bei geöffneter Trennkupplung K0 im Falle von E 1 mit eingelegten Schaltelementen SA und SB realisiert werden. Beim Wechseln von dem ersten elektrischen Gang E1 auf den zweiten elektrischen Gang E2 wird das erste Schaltelement SB geöffnet und der Planetenradsatz 8 verblockt, beim weiteren Wechseln in den dritten elektrischen Gang E3 wird dann das zweite Schaltelement SA geöffnet und das erste Schaltelement SB entsprechend geschlossen.The other states, namely a first electrical gear E1, a second electrical gear E2 and a third electrical gear E3 are then electrical gears which are realized when the separating clutch K0 is disengaged in the case of E1 with shifting elements SA and SB engaged. When changing from the first electric gear E1 to the second electric gear E2, the first shifting element SB is opened and the planetary gearset 8 is blocked. When changing further into the third electric gear E3, the second shifting element SA is then opened and the first shifting element SB is closed accordingly.

Nicht in 2 dargestellt, jedoch ebenfalls vorteilhaft möglich, ist ein vierter elektrischer Gang, bei welchem die Trennkupplung K0 offen ist, und bei welchem ansonsten die gleichen Schaltelemente geschlossen sind wie bei dem sechsten Gang G6.Not in 2 shown, but also advantageously possible, is a fourth electric gear in which the separating clutch K0 is open and in which the same shifting elements are otherwise closed as in the sixth gear G6.

Das Hybridantriebssystem 1 lässt sich nun insbesondere zum Antreiben eines in 3 dargestellten Fahrzeugs 21 verwenden. Der einfache und bezüglich der benötigen Bauteile reduzierte Aufbau des Hybridantriebssystems 1 macht dabei vor allem in Kombination mit einem zusätzlichen rein elektrischen Antriebsystem 22 Sinn, welcher zum Beispiel einen Rückwärtsgang ausbilden und/oder das Anfahren realisieren oder ergänzend zum Hybridantriebssystem 1 unterstützen kann. Insbesondere können das Hybridantriebssystem 1 und das elektrische Antriebssystem 22 dabei so angeordnet sein, dass das eine, hier z.B. das Hybridantriebssystem 1, eine erste angetriebene Achse, z.B. die Vorderachse 23, des Fahrzeugs 22 treibt und das elektrische Antriebssystem 22 eine andere angetriebene Achse, hier die Hinterachse 24. Eine über einen Doppelpfeil 25 angedeutete Kopplung der beiden Systeme, nämlich des Hybridantriebssystems 1 und des elektrischen Antriebssystems 22, erfolgt dann rein elektrisch über eine nicht näher dargestellte Antriebsteuerungsvorrichtung sowie über ein ebenfalls nicht näher dargestelltes Batteriesystem.The hybrid drive system 1 can now be used in particular to drive an in 3 Vehicle 21 shown use. The simple design of the hybrid drive system 1, which has fewer components required, makes sense above all in combination with an additional purely electric drive system 22, which can, for example, form a reverse gear and/or implement starting or can support it in addition to the hybrid drive system 1. In particular, the hybrid drive system 1 and the electric Drive system 22 can be arranged in such a way that one, here for example the hybrid drive system 1, drives a first driven axle, for example the front axle 23, of the vehicle 22 and the electric drive system 22 drives another driven axle, here the rear axle 24. One via a double arrow 25 indicated coupling of the two systems, namely the hybrid drive system 1 and the electric drive system 22, then takes place purely electrically via a drive control device not shown in detail and a battery system also not shown in detail.

Die elektrische Unterstützung des Antriebs ist dabei auch bei weitgehend leerer Batterie noch möglich, da über das Hybridsystem 1 dessen elektrische Maschine 3 generatorisch betrieben werden kann, um so das elektrische Antriebssystem 22 mit Leistung zu versorgen.The electrical support of the drive is still possible even when the battery is largely empty, since the electric machine 3 can be operated as a generator via the hybrid system 1 in order to supply the electric drive system 22 with power.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102017006082 A1 [0002]DE 102017006082 A1 [0002]

Claims (10)

Hybridantriebssystem (1) mit einem Verbrennungsmotor (2) und einer elektrischen Maschine (3), und einem Getriebe (4) mit einem ersten Stirnradteilgetriebe (B) und einem zweiten Stirnradteilgetriebe (A), welche über wenigstens eines Vorgelegewelle (12) abtreiben, sowie einem vierwelligen Planetenradsatz (8), wobei eine erste Welle (8.1) mit einer Kurbelwelle (5) des Verbrennungsmotors (2) gekoppelt oder koppelbar ist, wobei ein Rotor der elektrischen Maschine (3) mit einer zweiten Welle (8.2) gekoppelt, koppelbar oder als diese ausgebildet ist, wobei eine erste Eingangswelle (9) des erstens Stirnradteilgetriebes (B) drehfest mit einer dritten Welle (8.3) verbunden ist, und wobei eine zweite Eingangswelle (10) des zweiten Stirnradteilgetriebes (A) mit einer vierten Welle (8.4) des Planetenradsatzes (8) drehfest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Stirnradteilgetriebe (B, A) jeweils genau eine Stirnradpaarung (11, 14) aufweisen, und dass ein Verblockungsschaltelement (SK) zum Verblocken von zwei der Wellen (8.1, 8.2, 8.3, 8.4) des Planetenradsatzes (8) in einer axialen Richtung (a) entlang der Eingangswellen (9, 10) gesehen zwischen den beiden Stirnradpaarungen (11, 14) angeordnet sind, wobei ein Bremsschaltelement (BA) zum drehfesten Verbinden der vierten Welle (8.4) des Planetenradsatzes (8) mit einem Gehäuse (17) des Getriebes (4) vorgesehen ist.Hybrid drive system (1) with an internal combustion engine (2) and an electric machine (3), and a transmission (4) with a first spur gear sub-transmission (B) and a second spur gear sub-transmission (A), which drive via at least one countershaft (12), and a four-shaft planetary gear set (8), wherein a first shaft (8.1) is coupled or can be coupled to a crankshaft (5) of the internal combustion engine (2), wherein a rotor of the electric machine (3) is coupled, can be coupled or can be coupled to a second shaft (8.2). designed as this, with a first input shaft (9) of the first spur gear sub-transmission (B) being non-rotatably connected to a third shaft (8.3), and with a second input shaft (10) of the second spur gear sub-transmission (A) being connected to a fourth shaft (8.4) of the planetary gear set (8) is non-rotatably connected, characterized in that the first and the second spur gear part (B, A) each have exactly one spur gear pair (11, 14), and that a blocking Switching element (SK) for blocking two of the shafts (8.1, 8.2, 8.3, 8.4) of the planetary gear set (8) seen in an axial direction (a) along the input shafts (9, 10) between the two pairs of spur gears (11, 14). are, wherein a brake switching element (BA) for non-rotatably connecting the fourth shaft (8.4) of the planetary gear set (8) with a housing (17) of the transmission (4) is provided. Hybridantriebssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verblockungsschaltelement (SK) als formschlüssige Kupplung ausgeführt ist.Hybrid drive system (1) after claim 1 , characterized in that the locking switching element (SK) is designed as a form-fitting clutch. Hybridantriebssystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass genau eine Vorgelegewelle (12) mit einem drehfest mit ihr verbundenen Abtriebsrad (15) vorgesehen ist.Hybrid drive system (1) after claim 1 or 2 , characterized in that exactly one countershaft (12) with a non-rotatably connected output gear (15) is provided. Hybridantriebssystem (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors (2) über eine Trennkupplung (K0) mit der ersten Welle (8.1) des Planetenradsatzes (8) verbunden ist.Hybrid drive system (1) after claim 1 , 2 or 3 , characterized in that the crankshaft of the internal combustion engine (2) is connected to the first shaft (8.1) of the planetary gear set (8) via a separating clutch (K0). Hybridantriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (3) und/oder ein mit ihrem Rotor drehfest verbundenes Rotorrad (6) in axialer Richtung (a) gesehen, überlappend zu dem Planetenradsatz (8) angeordnet ist.Hybrid drive system (1) according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the electric machine (3) and/or a rotor wheel (6) non-rotatably connected to its rotor is arranged overlapping the planetary gear set (8) when viewed in the axial direction (a). Hybridantriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Schaltelement (SB) koaxial zu der wenigstens einen Vorgelegewelle (12) und in axialer Richtung (a) zwischen den Stirnradpaarungen (11, 14) angeordnet ist.Hybrid drive system (1) according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that a first switching element (SB) is arranged coaxially to the at least one countershaft (12) and in the axial direction (a) between the pairs of spur gears (11, 14). Hybridantriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Schaltelement (SA) und das Bremsschaltelement (BA) koaxial zu der zweiten Eingangswelle (10) und in axialer Richtung (a) auf einer dem Planetenradsatz (8) abgewandten Seite der beiden Stirnradpaarungen (11, 14) angeordnet sind.Hybrid drive system (1) according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that a second switching element (SA) and the brake switching element (BA) are arranged coaxially to the second input shaft (10) and in the axial direction (a) on a side of the two spur gear pairs (11, 14) facing away from the planetary gear set (8). are. Hybridantriebssystem (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schaltelement (SA) und das Bremsschaltelement (BA) als ein Koppelschaltelement ausgebildet und mit einer einzigen gemeinsamen Schiebemuffe schaltbar sind.Hybrid drive system (1) after claim 7 , characterized in that the second switching element (SA) and the brake switching element (BA) are designed as a coupling switching element and can be switched with a single common sliding sleeve. Fahrzeug (21) mit einem Hybridantriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und mit einem zusätzlichen elektrischen Antriebsystem (22).Vehicle (21) with a hybrid drive system (1) according to one of Claims 1 until 8th and with an additional electric drive system (22). Fahrzeug (21) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass über das Hybridantriebssystem (1) eine erste Fahrzeugachse (23) und über das elektrische Antriebssystem (22) eine weitere Fahrzeugachse (24) angetrieben ist.Vehicle (21) after claim 9 , characterized in that a first vehicle axle (23) is driven via the hybrid drive system (1) and a further vehicle axle (24) is driven via the electric drive system (22).
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