DE102021102914A1

DE102021102914A1 - Hybridantriebsstrang für ein hybridgetriebenes Fahrzeug

Info

Publication number: DE102021102914A1
Application number: DE102021102914.7A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Schmitz
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2021-02-09
Filing date: 2021-02-09
Publication date: 2022-08-11

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hybridantriebsstrang für ein hybridgetriebenes Fahrzeug, mit einer Brennkraftmaschine (VKM), einer als Starter/Generator arbeitenden ersten Elektromaschine (EM1), einer als Fahrmotor arbeitenden zweiten Elektromaschine (EM2) und mit einem mittels Schaltelementen (S1, S2, S3) in unterschiedliche Gangstufen umschaltbaren Getriebe (1), das über eine Brennkraftmaschinenwelle (W2) mit der Brennkraftmaschine (VKM), über eine Elektromaschinenwelle (W1) mit der ersten Elektromaschine (EM1) und über eine Abtriebswelle (W3) mit zumindest einer Fahrzeugachse (VA) trieblich verbindbar ist. Erfindungsgemäß ist die als Fahrmotor arbeitende zweite Elektromaschine (EM2) abtriebsnah angebunden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hybridantriebsstrang für ein hybridgetriebenes Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein solcher Hybridantriebsstrang kann eine Brennkraftmaschine, eine als Starter/Generator arbeitende Elektromaschine und eine als Fahrmotor arbeitende Elektromaschine aufweisen. Der Hybridantriebsstrang kann für einen seriellen Fahrbetrieb und für einen Parallelbetrieb ausgelegt sein. Im seriellen Fahrbetrieb ist eine direkte Straßenkopplung der Brennkraftmaschine insbesondere in für die Brennkraftmaschine ungünstigen Teilbereichen (zum Beispiel niedrige Drehzahl in Kombination mit niedriger Last) aufgelöst. In diesem Fall treibt die Brennkraftmaschine die als Starter/Generator arbeitende Elektromaschine mit einem verbrennungsmotorischen Moment an, so dass ein Aufladen der an den Elektromaschinen angeschlossenen Hochvoltbatterie erfolgt. Gleichzeitig generiert die als Fahrmotor arbeitende Elektromaschine ein Antriebsmoment, mit dem das Fahrzeug angetrieben wird. Im Parallelbetrieb ist dagegen eine direkte Straßenkopplung von sowohl der Brennkraftmaschine als auch der als Fahrmotor arbeitenden Elektromaschine bereitstellbar.
Ein gattungsgemäßer Hybridantriebsstrang weist ein mittels Schaltelementen in unterschiedliche Gangstufen umschaltbares Getriebe auf, das über eine Brennkraftmaschinenwelle mit der Brennkraftmaschine, über eine Elektromaschinenwelle mit der als Starter/Generator arbeitenden Elektromaschine und über eine Abtriebswelle mit zumindest einer Fahrzeugachse des Fahrzeugs trieblich verbindbar ist.
Aus der DE 10 2017 206 510 A1 ist ein Hybridantriebsstrang für ein hybridgetriebenes Fahrzeug bekannt, das in einem seriellen Fahrbetrieb und in einem parallelen Fahrbetrieb betrieben werden kann. Aus der DE 10 2015 222 692 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung eines Hybridfahrzeugs bekannt. Aus der DE 10 2010 028 026 A1 ist ein weiterer Hybridantriebsstrang für ein Fahrzeug bekannt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Hybridantriebsstrang für ein hybridgetriebenes Fahrzeug bereitzustellen, der bei einer im Vergleich zum Stand der Technik bauteilreduzierten, konstruktiv einfachen sowie baulich günstigen Getriebestruktur eine größere Anzahl von Freiheitsgraden in der Funktionalität (das heißt Schaltstrategie) und in der Auslegung der Gangstufen aufweist.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Erfindungsgemäß kann das Getriebe als ein reines Stirnradgetriebe aufgebaut sein, und zwar mit zumindest einer (axial kurz bauenden) Stirnradstufe. In der Stirnradstufe kämmt ein auf der Brennkraftmaschinenwelle angeordnetes antriebsseitiges Zahnrad mit einem auf der Abtriebswelle angeordneten abtriebsseitigen Zahnrad. Zudem kämmt das antriebsseitige Zahnrad mit einem Zahnrad, das auf der Elektromaschinenwelle der als Starter/Generator arbeitenden Elektromaschine angeordnet ist. Dieser Stirnzahnradsatz bildet eine Radebene, die gegebenenfalls über Schaltelemente schaltbar ist. Auf diese Weise wird eine einfach aufgebaute Getriebestruktur erzielt, die im Vergleich zu einem Planetengetriebe wesentlich effizienter betreibbar ist.
Die Erfindung betrifft insbesondere einen Hybridantriebsstrang, der axial kurzbauend sowie mit einer geringstmöglichen Anzahl von Schaltelementen ausgeführt ist. Von daher ist der Hybridantriebsstrang sowohl für einen Längseinbau als auch für einen Quereinbau im Fahrzeug geeignet. Im Quereinbau sind die Getriebewellen des Hybridantriebsstrangs in der Fahrzeugquerrichtung ausgerichtet.
In einer Ausführungsvariante kann das erfindungsgemäße Getriebe mit genau zwei Stirnradstufen sowie mit insgesamt drei Schaltelementen eine Getriebefunktionalität realisieren, die im Stand der Technik nur mit einer wesentlich größeren Anzahl von Radebenen ermöglicht ist. Ein vergleichbares konventionelles Getriebe ist wesentlich komplexer aufgebaut und weist eine größere axiale Baulänge auf. Demgegenüber kann das erfindungsgemäße Getriebe mit einem reduzierten Bauraumbedarf sowie mit einem reduzierten getriebetechnischen Bauteilaufwand realisiert werden.
In einer technischen Umsetzung kann in zumindest einer Stirnradstufe St1 das antriebsseitige Zahnrad als Festzahnrad auf der Brennkraftmaschinenwelle angeordnet sein. Das abtriebsseitige Zahnrad kann als Loszahnrad realisiert sein, das über ein Schaltelement mit der Abtriebswelle koppelbar sowie davon entkoppelbar ist. Zudem kann das elektromaschinenseitige Zahnrad ebenfalls als ein Loszahnrad realisiert sein, das mit einem Schaltelement mit der Elektromaschinenwelle koppelbar ist oder davon entkoppelbar ist (je nach Schaltstellung). Auf diese Weise kann in einfacher Weise eine Straßenkopplung der Brennkraftmaschine aufgelöst oder hergestellt werden. Bei aufgelöster Straßenkopplung können Schleppverluste einer mitgeschleppten Brennkraftmaschine vermieden werden. Ebenso können Schleppverluste einer mitgeschleppten Elektromaschine vermieden werden.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 ist die als Fahrmotor arbeitende zweite Elektromaschine abtriebsnah angebunden. Für eine solche abtriebsnahe Elektromaschinen-Anbindung kann die als Fahrmotor arbeitende zweite Elektromaschine koaxial oder achsparallel zur Abtriebswelle angeordnet sein. In diesem Fall kann ein Rotorwelle der zweiten Elektromaschine eine Hohlwelle sein, die auf der Abtriebswelle koaxial drehgelagert ist. Bevorzugt kann der Hybridantriebsstrang ein Schaltelement S3 aufweisen, das in einer ersten Schaltstellung die Rotorwelle der als Fahrmotor arbeitenden Elektromaschine mit der Abtriebswelle trieblich verbindet, und in einer zweiten Schaltstellung die Rotorwelle der als Fahrmotor arbeitenden Elektromaschine von der Abtriebswelle entkoppelt.
Durch die erfindungsgemäße abtriebsnahe Elektromaschinen-Anbindung der als Fahrmotor arbeitenden Elektromaschine ist eine im Vergleich zum Stand der Technik bauteilreduzierte, konstruktiv einfache sowie baulich günstige sowie effizient betreibbare Getriebestruktur ermöglicht.
In einer kompakten Ausführungsvariante kann das Getriebe genau zwei Stirnradstufen aufweisen. In diesem Fall kann die Abtriebswelle über die zweite Stirnradstufe mit einem Achsdifferenzial der Fahrzeugachse verbunden sein. Konstruktiv einfach ist es, wenn die zweite Stirnradstufe aus einem drehfest auf der Abtriebswelle angeordneten Zahnrad und einem damit kämmenden, eingangsseitigen Zahnrad des Achsdifferenzials ausgebildet ist.
Die Brennkraftmaschinenwelle, die Elektromaschinenwelle und die Abtriebswelle der Getriebestruktur können zueinander achsparallel angeordnet sein. Zudem kann die zumindest eine Stirnradstufe baulich günstig in Axialrichtung zwischen der Brennkraftmaschine und der als Fahrmotor arbeitenden Elektromaschine positioniert sein.
Im Hinblick auf eine größere Anzahl von Freiheitsgraden bei der Getriebe-Funktionalität kann das Stirnradgetriebe zumindest eine zusätzliche dritte Stirnradstufe St3 aufweisen, deren Stirnradsatz mittels eines Schaltelements schaltbar ist. Die zusätzliche dritte Stirnradstufe St3 kann bauraumgünstig axial zwischen der ersten Stirnradstufe St1 und der zweiten Stirnradstufe St2 positioniert sein.
In der zusätzlichen Stirnradstufe kann ein auf der Brennkraftmaschinenwelle angeordnetes antriebsseitiges Zahnrad mit einem auf der Abtriebswelle angeordneten Zahnrad kämmen. Das antriebsseitige Zahnrad kann als Festzahnrad auf der Brennkraftmaschinenwelle angeordnet sein, während das abtriebsseitige Zahnrad als Loszahnrad auf der Abtriebswelle angeordnet sein kann. In diesem Fall kann in Axialrichtung zwischen den Loszahnrädern der beiden Stirnradstufen ein axial beidseitig verstellbares Schaltelement (zum Beispiel eine herkömmliche Doppelsynchronkupplung) angeordnet sein. In einer ersten Schaltstellung kann das Schaltelement das Loszahnrad der ersten Stirnradstufe drehfest mit der Abtriebswelle koppeln, wodurch ein erster verbrennungsmotorische Gang bereitstellbar ist. In einer zweiten Schaltstellung kann das Schaltelement das Loszahnrad der zweiten Stirnradstufe drehfest mit der Abtriebswelle koppeln, wodurch ein zweiter verbrennungsmotorischer Gang bereitstellbar ist. In einer Neutralstellung des Schaltelements können die Loszahnräder der beiden Stirnradstufen von der Abtriebswelle entkoppelt sein.
Für eine einfache Realisierung eines Rückwärtsgangs kann die als Fahrmotor arbeitende Elektromaschine des Hybridantriebsstrangs in umgekehrter Drehrichtung betrieben werden, und zwar unter Bildung eines elektromotorischen Rückwärtsgangs, so dass eine zusätzliche Rückwärtsgang-Radebene, wie es bei einem mechanischen Rückwärtsgang erforderlich wäre, wegfällt.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
Es zeigen:

1 die Getriebestruktur eines Hybridantriebsstrangs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 ein Schaltschema des in der 1 gezeigten Hybridantriebsstrangs;
3 in einer Ansicht entsprechend der 1 ein weiteres Ausführungsbeispiel;
4 und 5 jeweils Ansichten weiterer Ausführungsbeispiele.

Das in der 1 gezeigte automatisch schaltbare Getriebe 1 ist Bestandteil eines Hybridantriebsstrangs eines nicht dargestellten hybridgetriebenen Kraftfahrzeugs. Der Hybridantriebsstrang weist in der 1 eine Brennkraftmaschine VKM, eine als Starter/Generator arbeitende erste Elektromaschine EM1 und eine als Fahrmotor arbeitende zweite Elektromaschine EM2 auf. Die beiden Elektromaschinen EM1, EM2 sind über gestrichelt angedeutete Versorgungsleitungen an eine Hochvoltbatterie HV angeschlossen.
Das mittels Schaltelementen S1, S2, S3 in unterschiedliche Gangstufen umschaltbare Getriebe 1 ist über eine Brennkraftmaschinenwelle W2 (sowie unter Zwischenschaltung eines Drehschwingungsdämpfers 2) mit der Brennkraftmaschine VKM verbunden und über eine Elektromaschinenwelle W1 mit der als Starter/Generator arbeitenden Elektromaschine EM1 verbunden. Zudem weist das Getriebe 1 eine Abtriebswelle W3 auf, die mit zum Beispiel einer Fahrzeug-Vorderachse VA trieblich verbindbar ist.
Das Getriebe 1 ist in der 1 im Quereinbau im Fahrzeug verbaut, so dass die zueinander achsparallelen Getriebewellen W1, W2, W3 in Flucht zur Fahrzeugquerrichtung y ausgerichtet sind.
Erfindungsgemäß ist das Getriebe 1 in der 1 als ein reines Stirnradgetriebe realisiert, das insgesamt zwei Stirnradstufen St1, St2 aufweist. In der ersten Stirnradstufe St1 ist ein antriebsseitiges Zahnrad Z2 als Festzahnrad auf der Brennkraftmaschinenwelle W2 angeordnet, so dass die Brennkraftmaschinenwelle W2 frei von Schaltelementen ist. Das antriebsseitige Zahnrad Z3 kämmt mit einem auf der Elektromaschinenwelle W1 angeordneten Zahnrad Z1. Das elektromaschinenseitige Zahnrad Z1 ist als Loszahnrad auf der Elektromaschinenwelle W1 angeordnet und über ein erstes Schaltelement S1 mit der Elektromaschinenwelle W1 koppelbar oder davon entkoppelbar.
Zudem kämmt das antriebsseitige Zahnrad Z2 mit einem abtriebsseitigen Zahnrad Z3, das ebenfalls als Loszahnrad realisiert ist. Das abtriebsseitige Zahnrad Z3 ist mittels eines zweiten Schaltelements S2 mit der Abtriebswelle W3 koppelbar oder davon entkoppelbar.
Die als Fahrmotor arbeitende zweite Elektromaschine EM2 ist koaxial zur Abtriebswelle W3 ausgerichtet. Die zweite Elektromaschine EM2 ist dabei nicht drehfest an die Abtriebswelle W3 angebunden. Vielmehr ist eine koaxial zur Abtriebswelle 3 ausgerichtete Rotorwelle R2 als Hohlwelle ausgeführt, die drehbar auf einem Endstück der Abtriebswelle W3 abgestützt ist. Die Rotorwelle R2 der zweiten Elektromaschine EM2 ist über ein drittes Schaltelement S3 an die Abtriebswelle W3 anbindbar. In einer ersten Schaltstellung ist die als Fahrmotor arbeitende Elektromaschine EM2 mit der Abtriebswelle W3 trieblich gekoppelt. In einer zweiten Schaltstellung ist die als Fahrmotor arbeitende Elektromaschine EM2 von der Abtriebswelle W3 entkoppelt.
In der 1 ist die Abtriebswelle W3 über die zweite Stirnradstufe St2 mit einem Achsdifferenzial 3 der Fahrzeug-Vorderachse VA in Verbindung. Die zweite Stirnradstufe St2 weist in der 1 ein drehfest auf der Abtriebswelle W3 angeordnetes Zahnrad Z4 und ein damit kämmendes eingangsseitiges Zahnrad 5 des Achsdifferenzials 3 auf. An seinen Ausgangsseiten weist das Achsdifferenzial 3 jeweils Flanschwellen 7 auf, die in der Fahrzeugquerrichtung y zu den beiden Vorderrädern der Fahrzeug-Vorderachse VA geführt sind.
Die beiden Stirnradstufen St1, St2 sind in der 1 in Axialrichtung zwischen der Brennkraftmaschine VKM und der als Fahrmotor arbeitenden Elektromaschine EM2 angeordnet. Die erste Stirnradstufe St1 ist auf der, der Brennkraftmaschine VKM zugewandten Getriebeseite angeordnet, während die zweite Stirnradstufe St2 auf der, der zweiten Elektromaschine EM2 zugewandten Getriebeseite angeordnet ist.
Anhand des in der 2 gezeigten Schaltschemas sind nachfolgend Fahrbetriebsarten des in der 1 gezeigten Hybridantriebsstrangs beschrieben. Die Fahrbetriebsarten können abhängig von Betriebsdaten und Fahrparametern des Kraftfahrzeugs über eine nicht gezeigte elektronische Getriebesteuerung vorgebbar und/oder manuell einstellbar sein.
In einem seriellen Fahrbetrieb ist das Schaltelement S1 und das Schaltelement S3 geschlossen, während das Schaltelement S2 offen ist. Somit ergibt sich ein erster Lastpfad, bei dem ein verbrennungsmotorisches Drehmoment von der Brennkraftmaschine VKM über das antriebsseitige Zahnrad Z3, das elektromaschinenseitige Zahnrad Z1 und die Elektromaschinenwelle W1 bis zur ersten Elektromaschine EM1 geführt wird, die als Generator arbeitet, um die Hochvoltbatterie 9 aufzuladen. Davon unabhängig ergibt sich ein zweiter Lastpfad, bei dem ein elektromotorisches Drehmoment von der als Fahrmotor arbeitenden Elektromaschine EM2 über das dritte Schaltelement S3, die Abtriebswelle W3 und die zweite Stirnradstufe St2 bis zum Achsdifferenzial 3 der Fahrzeug-Vorderachse VA geführt wird.
Im seriellen Fahrbetrieb ist daher eine direkte Straßenkopplung der Brennkraftmaschine VKM aufgelöst. In diesem Fall treibt die Brennkraftmaschine VKM die als Starter/Generator arbeitende Elektromaschine EM1 mit einem verbrennungsmotorischen Moment an, so dass ein Aufladen der an den Elektromaschinen EM1, EM2 angeschlossenen Hochvoltbatterie HV erfolgt. Gleichzeitig generiert die als Fahrmotor arbeitende Elektromaschine EM1 ein Antriebsmoment, mit dem das Fahrzeug angetrieben wird.
In einem rein verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb sind das erste Schaltelement S1 und das dritte Schaltelement S3 offen, während das zweite Schaltelement S2 geschlossen ist. In diesem Fall ergibt sich ein Lastpfad, bei dem ein verbrennungsmotorische Drehmoment von der Brennkraftmaschine VKM über die Brennkraftmaschinenwelle W2 sowie die Stirnradstufe St1 bis zur Abtriebswelle W3 geführt wird, und von dort über die zweite Stirnradstufe St2 bis zum Achsdifferenzial 3 der Fahrzeug-Vorderachse VA geführt wird.
Im rein verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb sind die beiden Elektromaschinen EM1, EM2 stillgelegt sowie vollständig vom Antriebsstrang entkoppelt, so dass keine Schleppverluste entstehen.
In einem rein elektrischen Fahrbetrieb sind das erste Schaltelement S1 und das zweite Schaltelement S2 offen, während das dritte Schaltelement S3 geschlossen ist. In diesem Fall ergibt sich ein Lastpfad, bei dem ein elektromotorisches Drehmoment von der als Fahrmotor arbeitenden Elektromaschine EM2 über das dritte Schaltelement S3, die Abtriebswelle W3 und die zweite Stirnradstufe St2 bis zum Achsdifferenzial 3 der Fahrzeug-Vorderachse VA geführt wird. Im rein elektrischen Fahrbetrieb ist die Brennkraftmaschine VKM und die als Starter/Generator arbeitende Elektromaschine EM1 stillgelegt sowie vom Antriebsstrang vollständig entkoppelt, so dass keine Schleppverluste entstehen.
Für eine Brennkraftmaschinen-Zustart wird das erste Schaltelement S1 und das dritte Schaltelement S3 geschlossen, während das zweite Schaltelement S2 offen bleibt. In diesem Fall ergibt sich ein erster Lastpfad, bei dem ein elektromotorisches Drehmoment von der als Starter/Generator arbeitenden ersten Elektromaschine EM1 zur Brennkraftmaschine VKM geführt wird. Davon unabhängig wird in einem zweiten Lastpfad ein elektromotorisches Drehmoment von der als Fahrmotor arbeitenden Elektromaschine EM2 über das dritte Schaltelement S3, die Abtriebswelle W3 und die zweite Stirnradstufe St2 bis zum Achsdifferenzial 3 der Fahrzeug-Vorderachse VA geführt.
In einem Rekuperations-Betrieb ist das erste Schaltelement S1 und das zweite Schaltelement S2 offen, während das dritte Schaltelement S3 geschlossen ist. Dadurch kann die als Fahrmotor arbeitende Elektromaschine EM2 mit einem Rekuperations-Drehmoment beaufschlagt werden, um die Hochvoltbatterie 9 aufzuladen.
Sofern im rein verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb eine erhöhte fahrerseitige Leistungsanforderung für zum Beispiel einen Überholvorgang vorliegt, kann auf einen Boost-Betrieb umgeschaltet werden. Im Boost-Betrieb wird durch die zweite Elektromaschine EM2 ein zusätzliches Boost-Drehmoment bereitgestellt, so dass die zweite Elektromaschine EM2 als Hilfsantriebsquelle genutzt werden kann. Ausgehend vom rein verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb wird das dritte Schaltelement S3 geschlossen und die zweite Elektromaschine EM2 hochgefahren. In diesem Fall erfolgt in der Abtriebswelle W3 eine abtriebsnahe Leistungsaddition, bei der das Boost-Drehmoment auf das verbrennungsmotorische Drehmoment aufaddiert wird.
In der 3 ist ein Hybridantriebsstrang gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Der Aufbau sowie die Funktionsweise des in der 3 gezeigten Hybridantriebsstrangs ist grundsätzlich identisch mit dem anhand der 1 und 2 veranschaulichten Hybridantriebsstrang, so dass auf die Vorbeschreibung verwiesen wird.
Im Unterschied zur 1 und 2 wird in der 3 nicht nur ein einziger rein verbrennungsmotorischer Fahrgang bereitgestellt, sondern werden vielmehr zwei verbrennungsmotorische Fahrgänge bereitgestellt. Hierzu weist das Getriebe als Gangstufen-Radebenen die Stirnradstufe St1 und eine weitere Stirnradstufe St3 auf. In der Stirnradstufe St3 kämmt ein auf der Brennkraftmaschinenwelle W2 angeordnetes antriebsseitiges Zahnrad Z5 mit einem auf der Abtriebswelle W3 angeordneten Zahnrad Z6. Das antriebsseitige Zahnrad Z5 ist als Festzahnrad auf der Brennkraftmaschinenwelle W2 angeordnet, während das abtriebsseitige Zahnrad Z6 als Loszahnrad auf der Abtriebswelle W3 angeordnet ist.
Das zweite Schaltelement S2 ist in der 3 axial beidseitig schaltbar (zum Beispiel eine Doppelsynchronkupplung) sowie in Axialrichtung zwischen den Loszahnrädern Z3, Z6 der beiden Stirnradstufen St1, St3 angeordnet.
Die erste Stirnradstufe St1 und die dritte Stirnradstufe St3 bilden Gangstufen-Radebenen, mit deren Hilfe die beiden verbrennungsmotorischen Fahrgänge realisierbar sind. In einer ersten Schaltstellung des zweiten Schaltelements S2 ist ein erster verbrennungsmotorischer Gang geschaltet, bei dem das Loszahnrad Z3 der ersten Stirnradstufe St1 drehfest mit der Abtriebswelle W3 gekoppelt ist. In einer zweiten Schaltstellung des zweiten Schaltelements S2 ist dagegen der zweite verbrennungsmotorische Gang geschaltet, bei dem das Loszahnrad Z6 der zweiten Stirnradstufe St2 drehfest mit der Abtriebswelle W3 gekoppelt ist.
In der 4 ist eine Variante des in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiels dargestellt. Im Unterschied zur 1 ist in der 4 die Elektromaschine EM2 nicht koaxial, sondern achsparallel zur Abtriebswelle W3 positioniert. Die Elektromaschine EM2 ist über ein, eine Drehmomentwandlung bewirkendes Vorgelege V an die Abtriebswelle W3 anbindbar.
In der 4 ist das Vorgelege V aus zwei Vorgelege-Stirnradstufen aufgebaut. Von diesen weist eine erste Vorgelege-Stirnradstufe ein auf der Rotorwelle R2 der Elektromaschine EM2 angeordnetes Festzahnrad Z5 auf, das mit einem auf einer Zwischenwelle W4 angeordneten Festzahnrad Z6 kämmt. Eine zweite Vorgelege-Stirnradstufe weist ein ebenfalls auf der Zwischenwelle W4 angeordnetes Festzahnrad Z7 auf, das mit einer auf einer Hohlwelle W5 angeordneten Festzahnrad Z8 kämmt. Die Hohlwelle W5 ist koaxial auf der Abtriebswelle W3 drehgelagert und mittels des dritten Schaltelements S3 mit der Abtriebswelle 3 kuppelbar.
In der 5 ist eine Variante des in der 3 gezeigten Ausführungsbeispiels dargestellt. Das in der 5 gezeigte Getriebe ist ebenfalls um ein Vorgelege V erweitert, wie es anhand der 4 erläutert ist. Von daher wird auf die Beschreibung der 4 verwiesen.
Bezugszeichenliste

1: Getriebe
2: Drehschwingungsdämpfers
3: Achsdifferenzial
5: Eingangszahnrad
7: Flanschwellen
HV: Hochvoltbatterie
EM1: als Starter/Generator arbeitende Elektromaschine
EM2: als Fahrmotor arbeitende Elektromaschine
S1, S2, S3: Schaltelemente
W1: Elektromaschinenwelle
W2: Brennkraftmaschinenwelle
W3: Abtriebswelle
W4: Zwischenwelle
W5: Hohlwelle
V: Vorgelege
VKM: Brennkraftmaschine
R2: Rotorwelle
Z1 bis Z8: Zahnräder
VA: Fahrzeug-Vorderachse
St1, St2: Stirnradstufen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017206510 A1 [0004]
DE 102015222692 A1 [0004]
DE 102010028026 A1 [0004]

Claims

Hybridantriebsstrang für ein hybridgetriebenes Fahrzeug, mit einer Brennkraftmaschine (VKM), einer als Starter/Generator arbeitenden ersten Elektromaschine (EM1), einer als Fahrmotor arbeitenden zweiten Elektromaschine (EM2) und mit einem mittels Schaltelementen (S1, S2, S3) in unterschiedliche Gangstufen umschaltbaren Getriebe (1), das über eine Brennkraftmaschinenwelle (W2) mit der Brennkraftmaschine (VKM), über eine Elektromaschinenwelle (W1) mit der ersten Elektromaschine (EM1) und über eine Abtriebswelle (W3) mit zumindest einer Fahrzeugachse (VA) trieblich verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die als Fahrmotor arbeitende zweite Elektromaschine (EM2) abtriebsnah angebunden ist, und dass für eine solche abtriebsnahe Elektromaschinen-Anbindung die als Fahrmotor arbeitende zweite Elektromaschine (EM2) koaxial oder achsparallel zur Abtriebswelle (W3) angeordnet ist und ein Schaltelement (S3) bereitgestellt ist, das in einer ersten Schaltstellung die Elektromaschine (EM2) von der Abtriebswelle (W3) entkoppelt, und in einer zweiten Schaltstellung die Elektromaschine (EM2) mit der Abtriebswelle (W3) trieblich verbindet.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die als Fahrmotor arbeitende Elektromaschine (EM2) über ein, eine Drehmomentwandlung bewirkendes Vorgelege (V) an die Abtriebswelle (W3) anbindbar ist.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (W3) über eine Stirnradstufe (St2) mit einem Achsdifferenzial (3) der Fahrzeugachse (VA) trieblich verbindbar ist.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Stirnradstufe (St2) aus einem drehfest auf der Abtriebswelle (W3) angeordneten Zahnrad (Z4) und einem eingangsseitigen Zahnrad (5) des Achsdifferenzials (3) aufgebaut ist.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (1) als ein reines Stirnradgetriebe aufgebaut ist, das zumindest eine weitere Stirnradstufe (St1) aufweist, in der ein auf der Brennkraftmaschinenwelle (W2) angeordnetes antriebsseitiges Zahnrad (Z2) mit einem auf der Abtriebswelle (W3) angeordneten abtriebsseitigen Zahnrad (Z3) kämmt.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Stirnradstufe (St1) das antriebsseitige Zahnrad (Z2) als Festzahnrad auf der Brennkraftmaschinenwelle (W2) angeordnet ist, und/oder dass das abtriebsseitige Zahnrad (Z3) ein mittels eines Schaltelements (S2) mit der Abtriebswelle (W3) koppelbares Loszahnrad ist.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das auf der Brennkraftmaschinenwelle (W2) angeordnete antriebsseitige Zahnrad (Z2) der Stirnradstufe (St1) zusätzlich mit einem, auf der Elektromaschinenwelle (W1) der ersten Elektromaschine (EM1) angeordneten Zahnrad (Z1) kämmt, und dass insbesondere das elektromaschinenseitige Zahnrad (Z1) ein mittels eines Schaltelements (S1) mit der Elektromaschinenwelle (W1) koppelbares Loszahnrad ist.
Hybridantriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stirnradgetriebe insgesamt zumindest, insbesondere genau zwei Stirnradstufen (St1, St2) aufweist.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zumindest teilweise verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb ein verbrennungsmotorischer Lastpfad bereitgestellt ist, bei dem ein verbrennungsmotorisches Drehmoment von der Brennkraftmaschine (VKM) zur Abtriebswelle (W3), und von dort bis zur Fahrzeugachse (VA) geführt ist.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zumindest teilweise elektromotorischen Fahrbetrieb ein elektromotorischer Lastpfad bereitgestellt ist, bei dem ein elektromotorisches Drehmoment von der als Fahrmotor arbeitenden Elektromaschine (EM2) zur Abtriebswelle (W3), und von dort bis zur Fahrzeugachse (VA) geführt ist, und dass insbesondere sowohl im verbrennungsmotorischen Lastpfad als auch im elektromotorischen Lastpfad die Stirnradstufe (St2) eingebunden ist.
Hybridantriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Parallelbetrieb das verbrennungsmotorische Drehmoment und das elektromotorische Drehmoment in der Abtriebswelle (W3) zu einem Gesamt-Antriebsmoment aufaddiert werden, und dass insbesondere das Gesamt-Antriebsmoment von der Abtriebswelle (W3) über die Stirnradstufe (St2) zum Achsdifferenzial (3) der Fahrzeugachse (VA) geführt wird.
Hybridantriebsstrang nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass in einem seriellen Betrieb das elektromotorische Drehmoment von der als Fahrmotor arbeitenden Elektromaschine (EM2) über den elektromotorischen Lastpfad zum Achsdifferenzial (3) der Fahrzeugachse (VA) geführt wird, und dass ein vom elektromotorischen Lastpfad entkoppelter Lade-Lastpfad bereitgestellt ist, bei dem das verbrennungsmotorische Drehmoment von der Brennkraftmaschine (VKM) bis zur ersten Elektromaschine (EM1) geführt wird.
Hybridantriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschinenwelle (W2), die Elektromaschinenwelle (W1) und die Abtriebswelle (W3) zueinander achsparallel angeordnet sind, und/oder dass der Hybridantriebsstrang im Quereinbau im Fahrzeug verbaubar ist, so dass die Getriebewellen (W1, W2, W3) in der Fahrzeugquerrichtung (y) ausgerichtet sind.
Hybridantriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Stirnradstufe (St1, St2, St3) in Axialrichtung in einem Bauraum zwischen der Brennkraftmaschine (VKM) und der zweiten Elektromaschine (EM2) angeordnet ist.
Hybridantriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (1) zumindest eine weitere Stirnradstufe (St3) aufweist, und dass insbesondere in der weiteren Stirnradstufe (St3) ein auf der Brennkraftmaschinenwelle (W2) angeordnetes antriebsseitiges Zahnrad (Z5) mit einem auf der Abtriebswelle (W3) angeordneten Zahnrad (Z6) kämmt.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in der weiteren Stirnradstufe (St3) das antriebsseitige Zahnrad (Z5) als Festzahnrad auf der Brennkraftmaschinenwelle (W2) angeordnet ist, und/oder das abtriebsseitige Zahnrad (Z6) als Loszahnrad auf der Abtriebswelle (W3) angeordnet ist.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (S2) axial beidseitig schaltbar ist und in Axialrichtung zwischen den Loszahnrädern (Z3, Z6) der beiden Stirnradstufen (St1, St3) angeordnet ist, so dass in einer ersten Schaltstellung das Loszahnrad (Z3) der ersten Stirnradstufe (St1) drehfest mit der Abtriebswelle (W3) gekoppelt ist, in einer zweiten Schaltstellung das Loszahnrad (Z6) der zweiten Stirnradstufe (St2) drehfest mit der Abtriebswelle (W3) gekoppelt ist, und in einer Neutralstellung die Loszahnräder (Z3, Z6) der beiden Stirnradstufen (St1, St3) von der Abtriebswelle (W3) entkoppelt sind.