DE102021112914A1 - Hybridantriebsvorrichtung - Google Patents

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Benjamin Kluge
Ulrich Ohnemus
Fritz Pobitzer
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Abstract

Hybridantriebsvorrichtung mit einer ersten Antriebsmaschine (1), welche als Brennkraftmaschine ausgebildet ist und mit einer zweiten Antriebsmaschine (2), welche als elektromechanischer Energiewandler ausgebildet ist, und mit einer Verbundleistungsgetriebeeinrichtung (3) zum Übertragen von Antriebsleistung von wenigstens einer diesen Antriebsmaschinen zu einer gemeinsamen Abtriebswelle (12), wobei die Verbundleistungsgetriebeeinrichtung (3) ein Verbundleistungs-Planetenradgetriebe (4) mit einem Verbundleistungs-Sonnenrad (5), einem Verbundleistungs-Hohlrad (6) und einem Verbundleistungs-Planetenradträger (7) aufweist und wobei auf dem Verbundleistungs-Planetenradträger (7) wenigstens ein Verbundleistungs-Planetenrad (8) drehbar gelagert ist und weiter weist die Verbundleistungsgetriebeeinrichtung (3) ein Verbundleistungs-Übertragergetriebe (9) auf, um Antriebsleistung von diesem Verbundleistungs-Planetenradgetriebe (4) mittels der gemeinsamen Abtriebswelle (12) zum Kraftfahrzeugantriebsstrang zu leiten,weiter ist der Verbundleistungsgetriebeeinrichtung (3) Antriebsleistung von der ersten Antriebsmaschine (1) über den Verbundleistungs-Planetenradträger (7) oder über das Verbundleistungs-Hohlrad (6) zuführbar und weiter ist derVerbundleistungsgetriebeeinrichtung (3) Antriebsleistung von der zweiten Antriebsmaschine (2) über das Verbundleistungs-Sonnenrad (5) zuführbar undweiter ist aus dem Verbundleistungs-Planetenradgetriebe (4) Antriebsleistung über das Verbundleistungs-Hohlrad (6) oder über den Verbundleistungs-Planetenradträger (7) an das Verbundleistungs-Übertragergetriebe (9) abgebbar,dadurch gekennzeichnet, dassdie zweite Antriebsmaschine (2) dauerhaft drehmomentleitend mit dem Verbundleistungs-Sonnenrad (5) verbunden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Hybridantriebsvorrichtung mit einer elektrischen Antriebsmaschine, einer Verbrennungskraftmaschine und einer Getriebeeinrichtung zur Übertragung von Antriebsleistung dieser beiden Antriebsmaschinen auf eine antreibbare Kraftfahrzeugachse. Aus der DE 10 2017 117 336 A1 ist eine verbundleistungsverzweigte elektrisch verstellbare Getriebeeinrichtung mit Motorkupplungseinrichtungen bekannt und bildet damit relevanten Stand der Technik für die vorgeschlagene Erfindung.
  • Nachfolgend ist die Erfindung anhand einer Antriebsvorrichtung für einen Personenkraftwagen beschrieben, dies ist nicht als eine Einschränkung der Erfindung auf diese Anwendung zu verstehen. Mit einer Hybridantriebsvorrichtung lassen sich die Vorteile eines elektrischen Antriebs (geringer Schadstoffausstoß am Kraftfahrzeug) mit den Vorteilen eines verbrennungsmotorischen Antriebs (hohe Reichweite, einfache Energieversorgung) kombinieren. Für die Funktionsweise des Hybridantriebs ist es dabei von Bedeutung, wie die Brennkraftmaschine und die elektrische Antriebsmaschine oder allgemeiner der elektromechanischen Energiewandler, gekoppelt werden, um insbesondere ein Antriebssystem mit geringem Bauraumbedarf und hoher Effizienz zu erzielen.
  • Die Aufgabe eine effiziente Hybridantriebsvorrichtung anzugeben, wird durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst, zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Im Sinn der Erfindung ist unter einer Hybridantriebsvorrichtung eine Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug zu verstehen, wobei diese Antriebsvorrichtung zwei Antriebsmaschinen aufweist, welche unterschiedlicher Art (insbesondere Brennkraftmaschine, elektromechanischer Energiewandler) sind, insbesondere ist eine dieser Antriebmaschinen eine Brennkraftmaschine, vorzugsweise in Hubkolbenbauweise, und weiter ist die andere Antriebsmaschine als ein elektromechanischer Energiewandler ausgebildet. Unter einem elektromechanischen Energiewandler ist insbesondere ein Elektromotor / -generator, beziehungsweise ein Elektromotor zu verstehen. Weiter ist die Hybridantriebsvorrichtung derart ausgebildet, dass diese eine einzige gemeinsame Abtriebswelle aufweist, auf welche Antriebsleistung gleichzeitig von diesen beiden Antriebsmaschinen oder jeweils nur von einer dieser Antriebsmaschinen übertragbar ist. Die erste Antriebsmaschine ist als Brennkraftmaschine ausgebildet, vorzugsweise als eine Brennkraftmaschine in Hubkolbenbauweise, vorzugsweise als eine sogenannte Otto- oder DieselBrennkraftmaschine. Weiter ist die zweite Antriebsmaschine als elektromechanischer Energiewandler ausgebildet, vorzugsweise als Elektromotor und weiter vorzugsweise als Elektromotor / -generator. Zum Zusammenführen der Antriebsleistung auf diese gemeinsame Abtriebswelle ist eine Getriebeeinrichtung vorgesehen, sogenannte Verbundleistungsgetriebeeinrichtung. Die Verbundleistungsgetriebeeinrichtung ist damit zum Übertragen von Antriebsleistung von wenigstens einer dieser beiden Antriebsmaschinen zur gemeinsamen Abtriebswelle und damit zu einem Kraftfahrzeugantriebsstrang eingerichtet. Weiter vorzugsweise ist von der gemeinsamen Abtriebswelle Antriebsleistung unmittelbar auf ein sogenanntes Finaldrivegetriebe beziehungsweise auf einen Kraftfahrzeugantriebsstrang übertragbar. Weiter vorzugsweise ist diese gemeinsame Abtriebswelle als Getriebeausgangswelle der Verbundleistungsgetriebeeinrichtung zu verstehen.
  • Weiter weise die Verbundleistungsgetriebeeinrichtung ein Verbundleistungs-Planetenradgetriebe auf, vorzugsweise ein einziges Planetenradgetriebe. Im Sinn der Erfindung ist unter einem Planetenradgetriebe ein sogenanntes Umlauf- oder vorzugsweise ein Dreiwellengetriebe zu verstehen. Diese Verbundleistungs-Planetenradgetriebe weist vorzugsweise ein Verbundleistungs-Sonnenrad, ein Verbundleistungs-Hohlrad und einen Verbundleistungs-Planetenradträger auf. Anders gewendet können diese Elemente des Verbundleistungs-Planetenradgetriebes kinematisch mit den drei Wellen eines Dreiwellenbeziehungsweise Umlaufgetriebes gleichgesetzt werden, also mit einer sogenannten Verbundleistungs-Sonnenradwelle, Verbundleistung-Planetenradträgerwelle und Verbundleistungs-Hohlradwelle. Weiter vorzugsweise ist auf dem Verbundleistungs-Planetenradträger wenigstens ein Verbundleistungs-Planetenrad drehbar gelagert. Weiter vorzugsweise ist auf dem Verbundleistungs-Planetenradträger eine Vielzahl von Verbundleistungs-Planetenräder drehbar gelagert. Vorzugsweise steht ein derartiges Verbundleistung-Planetenrad zur Leistungsübertragung mit dem Verbundleistungs-Planetenradgetriebe sowohl mit dem Verbundleistungs-Hohlrad wie auch mit der Verbundleistungs-Sonnenrad in Kontakt. Weiter vorzugsweise ist das Verbundleistungs-Planetenradgetriebe als sogenanntes Plusgetriebe ausgebildet und bevorzugt ist dieses als Minusgetriebe ausgebildet.
  • Weiter weist die Verbundleistungsgetriebeeinrichtung ein Verbundleistungs-Übertragergetriebe auf, welches dazu eingerichtet ist, Antriebsleistung von dem zuvor erläuterten Verbundleistungs-Planetengetriebe zur gemeinsamen Abtriebswelle und damit zum Kraftfahrzeugantriebsstrang zu leiten. Die Verbundleistungsgetriebeeinrichtung weist demnach zwei Teilgetriebe auf von welchen eines das Verbundleistungs-Planetenradgetriebe ist und das andere Teilgetriebe ist das Verbundleistungs-Übertragergetriebe. Insbesondere in Bezug auf die zweite Antriebsmaschine sind das Verbundleistungs-Planetenradgetriebe und das Verbundleistungs-Übertragergetriebe bezüglich der Leistungsübertragung zur gemeinsamen Abtriebswelle seriell angeordnet, wobei vorzugsweise Antriebsleistung von der zweiten Antriebsmaschine auf das Verbundleistungs-Planetengetriebe übertragen wird und von diesem auf das Verbundleistungs-Übertragergetriebe und von diesem ist die Antriebsleistung an den Kraftfahrzeugantriebsstrang und vorzugsweise an ein Achsgetriebe abgebbar. Im Sinn der Erfindung ist unter dem Kraftfahrzeugantriebsstrang eine Einrichtung zum Leiten von Antriebsleistung von dieser, Hybridantriebsvorrichtung zu wenigstens einer antreibbaren Kraftfahrzeugachse mit wenigstens einem antreibbaren Rad, sogenanntes Antriebsrad, welches zum Antrieb des Kraftfahrzeugs eingerichtet ist zu verstehen, vorzugsweise zu wenigstens einer antreibbaren Kraftfahrzeugachse mit zwei Antriebsrädern, welche vorzugsweise mittels eines Achsgetriebes kinematisch gekoppelt sind.
  • Insbesondere sind zwei grundsätzliche Varianten der Erfindung vorgeschlagen, welche sich in der Anbindung der beiden Antriebsmaschinen an dieses Verbundleistungs-Planetenradgetriebe unterscheiden. In einer ersten Variante der Erfindung ist der Verbundleistungsgetriebeeinrichtung Antriebsleistung von der ersten Antriebsmaschine über das Verbundleistungs-Hohlrad zuführbar und weiter ist der Verbundleistungsgetriebeeinrichtung Antriebsleistung von der zweiten Antriebsmaschine über das Verbundleistungs-Sonnenrad zuführbar und weiter ist aus dem Verbundleistungs-Planetenradgetriebe Antriebsleistung über den Verbundleistungs-Planetenradträger an das Verbundleistungs-Übertragergetriebe abgebbar. Bildlich gesprochen ist die erste Antriebsmaschine zur Abgabe von Antriebsleistung an das Verbundleistungs-Planetenradgetriebe mit der Verbundleistungs-Hohlradwelle gekoppelt, beziehungsweise koppelbar, und weiter ist die Verbundleistungs-Planetenradträgerwelle zur Leistungsabgabe mit dem Verbundleistungs-Übertragergetriebe gekoppelt beziehungsweise koppelbar.
  • In einer zweiten Variante der Erfindung ist der Verbundleistungsgetriebeeinrichtung Antriebsleistung von der ersten Antriebsmaschine über den Verbundleistungs-Planetenradträger zuführbar und weiter ist der Verbundleistungsgetriebeeinrichtung Antriebsleistung von der zweiten Antriebsmaschine über das Verbundleistungs-Sonnenrad zuführbar und weiter ist aus dem Verbundleistungs-Planetenradgetriebe Antriebsleistung über das Verbundleistungs-Hohlrad an das Verbundleistungs-Übertragergetriebe abgebbar.
  • Bildlich gesprochen ist die erste Antriebsmaschine zur Abgabe von Antriebsleistung an das Verbundleistungs-Planetenradgetriebe mit der Verbundleistungs-Planetenradträgerwelle gekoppelt, beziehungsweise koppelbar, und weiter ist die Verbundleistungs-Hohlradwelle zur Leistungsabgabe mit dem Verbundleistungs-Übertragergetriebe gekoppelt, beziehungsweise koppelbar.
  • Weiter ist vorgeschlagen, dass die zweite Antriebsmaschine, insbesondere also der elektromechanische Energiewandler dauerhaft drehmomentleitend mit dem Verbundleistungs-Sonnenrad verbunden ist. Vorzugsweise ist die zweite Antriebsmaschine, insbesondere also deren Abtriebswelle, unmittelbar drehfest mit der Verbundleistungs-Sonnenradwelle verbunden. Weiter vorzugsweise ist die zweite Antriebsmaschine, insbesondere also deren Abtriebswelle, mittels eines E-Maschinengetriebes mit der Verbundleistungs-Sonnenradwelle verbunden ist. Vorzugsweise ist das E-Maschinengetriebe als Zugmittelgetriebe, bevorzugt als Kettengetriebe ausgebildet und vorzugsweise ist das E-Maschinengetriebe als Zahnradgetriebe ausgebildet. Anders gewendet sind die beiden Varianten der Hybridantriebsvorrichtung durch die gemeinsame Idee verbunden, dass die zweite Antriebsmaschine dauerhaft, vorzugsweise mittelbar oder bevorzugt unmittelbar, mit dem Verbundleistungs-Sonnenrad erfolgt, wobei die beiden anderen Elemente des Verbundleistungs-Planetenradgetriebes mit der ersten Antriebsmaschine verbunden oder verbindbar ist und dass das jeweils andere der beiden Elemente des Verbundleistungs-Planetenradgetriebes mit der Verbundleistungs-Übertragergetriebe verbunden oder verbindbar ist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Verbundleistungs-Übertragergetriebe Eingangszahnrad, also ein Zahnrad, welches Bestandteil des Verbundleistungs-Übertragergetriebes ist mit dem Verbundleistungs-Planetenradträger drehmomentleitend verbunden, vorzugsweise unmittelbar mit diesem verbunden und weiter vorzugsweise konzentrisch zu diesem ausgerichtet. Weiter weist das Verbundleistungs-Übertragergetriebe, insbesondere zur Abgabe von Antriebsleistung ein Verbundleistungs-Ausgangszahnrad auf, welches vorzugsweise mit dem Verbundleistungs-Eingangszahnrad in Eingriff steht oder weiter vorzugsweise von diesem über wenigstens ein oder mehrere Zwischenzahnräder antreibbar ist. Weiter ist es vorgeschlagen, dass die gemeinsame Abtriebswelle mit dem Verbundleistungs-Ausgangszahnrad selektiv drehmomentleitend, vorzugsweise selektiv drehfest, verbindbar ist. Weiter ist für das herstellen dieser selektiven Verbindung in Drehmomentübertragungsrichtung vom Verbundleistungs-Ausgangszahnrad zum Kraftfahrzeugantriebsstrang eine Abkoppel-Kupplung zwischen dem Verbundleistungs-Ausgangszahnrad und der gemeinsamen Abtriebswelle angeordnet, mit welcher die Drehmomentübertragung vom Verbundleistungs-Ausgangszahnrad zum Kraftfahrzeugantriebsstrang selektiv unterbrechbar ist. Funktional ist es damit ermöglicht, den Kraftfahrzeugantriebsstrang von der Hybridantriebsvorrichtung vollständig abzutrennen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Verbundleistungs-Planetenradgetriebe eine Verblockungs-Kupplung auf, mit welcher zwei der drei Wellen des Verbundleistungs-Planetenradgetriebes drehfest selektiv miteinander verbindbar sind. Weiter vorzugsweise sind mit der Verblockungs-Kupplung demnach zwei Elemente des Verbundleistung-Planetenradgetriebes drehfest selektiv miteinander verbindbar und weiter vorzugsweise sind unter diesen selektiv verbindbaren Elementen des Verbundleistungs-Planetenradgetriebes das Verbundleistungs-Sonnenrad, das Verbundleistungs-Hohlrad und der Verbundleistungs-Planetenradträger zu verstehen. Insbesondere mittels einer solchen Verblockungs-Kupplung ist es demnach ermöglicht, dass trotz Leistungsübertragung (Drehzahl, Drehmoment) mit dem Verbundleistungs-Planetenradgetriebe keine Wälzleistungsverluste anfallen und weiter ist damit, insbesondere in diesem Betriebszustand, ein besonders effizienter Betrieb ermöglicht.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Verblockungs-Kupplung zur drehfesten, selektiven Verbindung des Verbundleistungs-Planetenradträgers mit dem Verbundleistungs-Hohlrad eingerichtet. Insbesondere eine solche Ausgestaltung hat sich als einfach zu realisieren herausgestellt und weist einen geringen Bauraumbedarf auf.
  • In einer bevorzugt Ausführungsform der Erfindung ist die erste Antriebsmaschine nicht unmittelbar sondern mittelbar zur Leistungsübertragung (Drehzahl, Drehmoment) mit der Verbundleistungsgetriebeeinrichtung gekoppelt beziehungsweise koppelbar. Zum mittelbaren verbinden der ersten Antriebsmaschine mit der Verbundleistungsgetriebeeinrichtung ist in Drehmomentübertragungsrichtung von der ersten Antriebsmaschine zur Verbundleistungsgetriebeeinrichtung zwischen diesen ein Brennkraftmaschinengetriebe angeordnet. Vorzugsweise ist dieses Brennkraftmaschinengetriebe als Zugmittelgetriebe ausgebildet, bevorzugt als Kettengetriebe. Insbesondere ist mittels eines Zugmittelgetriebes ein „großer“ Achsabstand überbrückbar und somit ist eine flexible Anpassung der Hybridantriebsvorrichtung für verschiedene Einbausituationen ermöglicht. Vorzugsweise ist das Brennkraftmaschinengetriebe als Zahnradgetriebe ausgebildet vorzugsweise als Planetenradgetriebe und bevorzugt als Zahnradgetriebe in Vorgelegebauweise. Insbesondere mittels eines Zahnradgetriebes ist eine besonders effiziente Leistungsübertragung ermöglicht. Weiter ist mit einem Brennkraftmaschinegetriebe eine Anpassung des Drehzahlniveaus, beziehungsweise des Drehmoments, der ersten Antriebsmaschine an die Verbundleistungsgetriebeeinrichtung, beziehungsweise an die Last- und Drehzahlanforderung des anzutreibenden Kraftfahrzeugs ermöglicht. Insbesondere ist es mit dem Brennkraftmaschinengetriebe ermöglicht das Verbundleistungsgetriebe achsparallel und in Längsrichtung überlappend zur Brennkraftmaschine anzuordnen und so ein geometrische Kaskadierung zu erreichen und weiter ist es mit einem Brennkraftmaschinengetriebe insbesondere ermöglicht kleinere und damit bauraumgünstigere Übersetzungen im Achsgetriebe beziehungsweise im Finaldrivegetriebe des Kraftfahrzeugantriebsstrangs zu realisieren, welche bauraumgünstiger sind als solche mit großer Übersetzung.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die zweite Antriebsmaschine nicht unmittelbar, sondern mittelbar zur Leistungsübertragung (Drehzahl, Drehmoment) mit der Verbundleistungsgetriebeeinrichtung gekoppelt, beziehungsweise koppelbar. Zum mittelbaren Verbinden der zweiten Antriebsmaschine mit der Verbundleistungsgetriebeeinrichtung ist in Drehmomentübertragungsrichtung der zweiten Antriebsmaschine zur Verbundleistungsgetriebeeinrichtung zwischen diesen eine E-Maschinengetriebe angeordnet. Vorzugsweise ist dieses E-Maschinengetriebe als Zugmittelgetriebe ausgebildet, bevorzugt als Kettengetriebe. Insbesondere ist mittels eines Zugmittlebtriebes ein „großer“ Achsabstand überbrückbar und somit ist eine flexible Anpassung der Hybridantriebsvorrichtung für verschiedene Einbausituationen ermöglicht. Vorzugsweise ist das E-Maschinengetriebe als Zahnradgetriebe ausgebildet, vorzugsweise als Planetenradgetriebe und bevorzugt als Zahnradgetriebe in Vorgelegebauweise. Insbesondere mittels eines Zahnradgetriebes ist eine besonders effiziente Leistungsübertragung ermöglicht. Weiter ist mit einem E-Maschengetriebe eine Anpassung des Drehzahlniveaus, beziehungsweise des Drehmoments, der zweiten Antriebsmaschine an die Verbundleistungsgetriebeeinrichtung, beziehungsweise an die Last- und Drehzahlanforderung des anzutreibenden Kraftfahrzeugs ermöglicht.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Verbundleistungsgetriebeeinrichtung das Verbundleistungs-Übertragergetriebe auf und dieses weist wenigstens ein Eingangszahnrad, sogenanntes Verbundleistung-Eingangszahnrad und ein Ausgangszahnrad, sogenanntes Verbundleistungs-Ausgangszahnrad auf. Weiter ist in dieser Ausführungsform dieses Verbundleistungs-Eingangszahnrad mit dem Verbundleistungs-Planetenradträger drehmomentleitend verbunden. Weiter vorzugsweise steht das Verbundleistungs-Ausgangszahnrad unmittelbar mit diesem Verbundleistungs-Eingangszahlrad zur Leistungsübertragung in Eingriff und weiter vorzugsweise ist über wenigstens ein oder bevorzugt mehrere Zwischenzahnräder eine Leistungsübertragung von diesem Verbundleistung-Eingangszahnrad auf dieses Verbundleistungs-Ausgangszahnrad ermöglicht. Insbesondere mittels wenigstens einem Zwischenzahnrad ist eine bessere Anpassung auf den Bauraum ermöglicht, insbesondere ohne ein Zwischenzahnrad ist eine hohe Effizienz bei der Leistungsübertragung erreichbar.
  • Weiter ist es vorgeschlagen, dass wenigstens eine der Kupplungen (Verblockungs-Kupplung, Abkoppel-Kupplung) als formschlüssige Kupplung ausgebildet ist und vorzugsweise sind beide Kupplungen als formschlüssige Kupplungen ausgebildet. Weiter ist es vorgeschlagen, dass die Standübersetzung des Verbundleistungs-Planetenradgetriebes vorzugsweise aus einem Bereich gewählt ist, für den gilt die Standübersetzung ist kleiner als -1,2 vorzugsweise kleiner als -1,5 und bevorzugt kleiner als -2,0 und weiter vorzugsweise gilt dass die Standübersetzung größer ist als -5,0 ist, größer ist als -4,2 und weiter vorzugsweise ist die Standübersetzung größer als -3,8.
  • Nachfolgend sind einzelne Merkmale und Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert, dabei zeigt:
    • 1: zwei schematisierte Hybridantriebsvorrichtungen,
    • 2: zwei N-V-Diagramm für ein Kraftfahrzeug mit den in 1 dargestellten Hybridantriebsvorrichtung,
    • 3: Schaltungsschema für die Hybridantriebsvorrichtungen.
  • In 1 ist eine schematisierte Hybridantriebsvorrichtung dargestellt, bei welcher die erste Antriebsmaschine 1 und eine zweite Antriebsmaschine 2 über eine Verbundleistungsgetriebeeinrichtung 3 zur Abgabe von Antriebsleistung verbindbar sind. In der dargestellten Variante ist die erste Antriebsmaschine 1 über eine Kupplung 16, alternativ kann anstelle der Kupplung 16 oder zusätzlich zu der Kupplung 16 auch eine Einrichtung zum Reduzieren von Drehungleichförmigkeiten, wie vorzugsweise eine Federdämpfersystem oder bevorzugt ein Ein- oder Mehrmassenschwungrad vorgesehen sein, wobei die Kupplung 16 als Anfahrkupplung ausgebildet sein kann, und ein Brennkraftmaschinengetriebe 14 mit dem Verbundleistungs-Planetenradträger 7 koppelbar. Die zweite Antriebsmaschine 2 ist über das E-Maschinengetriebe 15 dauerhaft mit dem Verbundleistungs-Sonnenrad 5 gekoppelt. Als Abtriebselement des Verbundleistungs-Planetenradgetriebes ist das Verbundleistungs-Hohlrad 6, beziehungsweise die Verbundleistungs-Hohlradwelle, eingerichtet. Die Verbundleistungs-Hohlradwelle weist das Verbundleistungs-Eingangszahnrad 10 des Verbundleistungs-Übertragergetriebes 9 auf. Das Verbundleistungs-Eingangszahnrad 10 steht zur Leistungsübertragung mit dem Verbundleistungs-Ausgangszahnrad 11 in Eingriff. In Drehmomentübertragungsrichtung von der zweiten Antriebsmaschine 2 beziehungsweise vom Verbundleistungs-Übertragergetriebe 9 zu dem Achsgetriebe 13 ist die Abkoppel-Kupplung SE2 vorgesehen. Bei geöffneter Abkoppel-Kupplung SE2 ist die Verbundleistungsgetriebeeinrichtung mechanisch vom Kraftfahrzeugantriebsstrang getrennt oder anders gewendet ist die gemeinsame Abtriebswelle 12 mechanisch von der Verbundleistungsgetriebeeinrichtung 3 abgekoppelt. Neben der Abkoppel-Kupplung SE2 ist auch eine Verblockungs-Kupplung SE1 vorgesehen.
  • Insbesondere über die beiden Kupplungseinrichtungen (Abkoppel-Kupplung SE2 und Verblockungs-Kupplung SE1) sind unterschiedliche Betriebsmodi darstellbar. Das in 3 dargestellte Schaltungsschema gilt für die beiden in 1 und 2 dargestellten Varianten der Hybridantriebsvorrichtung gleichermaßen, dabei bedeutet „X“ dass das jeweilige Schaltelement (SE1, SE2) geschlossen ist (Drehmomentübertragung ist ermöglicht). Bei geöffneter Verblockungs-Kupplung SE1 und geschlossener Abkoppel-Kupplung SE2 ist ein sogenannter eCVT-Betriebsmodus darstellbar. Bei der in 1 a) dargestellten Variante der Hybridantriebsvorrichtung wird die von der ersten Antriebsmaschine 1 bereitgestellte Antriebsleistung, insbesondere die Drehzahl dieser am Verbundleistungs-Planetenradträger 7 von der von der zweiten Antriebsmaschine 2 bereitgestellten Antriebsleistung, insbesondere der Drehzahl am Verbundleistungs-Sonnenrad 5, überlagert und so ist eine kontinuierlich, variable Verstellung des Übersetzungsverhältnisses des Verbundleistungs-Planetenradgetriebes 4, insbesondere über die Drehzahlsteuerung an der zweiten Antriebsmaschine 2 ermöglicht. Die als elektromechanischer Energiewandler ausgebildete zweite Antriebsmaschine 2 ermöglicht eine einfache und schnelle Drehzahlsteuerung, so dass sich ein effizient zu steuernder Hybridantriebsstrang ergibt. Die zweite Antriebsmaschine ist in einem motorischen Betriebsmodus und einem generatorischen Betriebsmodus betreibbar. In 2 a) sind die eCVT Antriebsmodi (eCVT motorisch / generatorisch) dargestellt für die in 1a dargestellte Hybridantriebsvorrichtung im sogenannten N-V-Diagramm, Motordrehzahl (n) über Fahrzeuggeschwindigkeit (v) aufgetragen. Im Festübersetzungsgang (Verbundleistungs-Planetenradgetriebe läuft bei der Leistungsübertragung verblockt um, 1:1 Übersetzung des Verbundleistungs-Planetenradgetriebe), sind die Verblockungs-Kupplung SE1 und der Abkoppel-Kupplung SE2 geschlossen, entsprechend ergibt sich der Zusammenhang entlang der Festganglinie 17 in 2a, als proportionaler Zusammenhang zwischen Fahrzeuggeschwindigkeit V und Motordrehzahl n der ersten Antriebsmaschine. Im eCVT Betriebsmodus hingegen ist die Verblockungs-Kupplung SE1 geöffnet, die Abkoppelkupplung SE2 hingegen ist geschlossen, so dass über die gemeinsame Abtriebswelle 12 Antriebsleistung an den Kraftfahrzeugantriebsstrang abgebbar ist. Durch die kontinuierliche Veränderung des Übersetzungsverhältnisses der Hybridantriebvorrichtung ergibt sich kein proportionaler Zusammenhang zwischen der Motordrehzahl n der Brennkraftmaschine und der Fahrgeschwindigkeit V des Kraftfahrzeugs. Weiter ist ein sogenannter serieller Modus ermöglicht, in welchem die Abkoppel-Kupplung SE2 geöffnet ist, so dass die gemeinsame Abtriebswelle vom Kraftfahrzeugantriebsstrang mechanisch getrennt ist und die zweite Antriebsmaschine, insbesondere zur Stromerzeugung, von der ersten Antriebsmaschine angetrieben wird, wobei im seriellen Modus die Verblockungs-Kupplung SE1 geschlossen ist. Weiter ist letztlich noch ein Neutralmodus N ermöglicht, in welchem beide Kupplungen (SE1 und SE2) geöffnet sind.
  • Die in 1a dargestellte Hybridantriebsvorrichtung mit dem zugehörigen, in 2a dargestellten Zusammenhängen im N-V-Diagramm ist insbesondere für hybridisches Fahren geeignet, also für einen gleichzeitigen Antrieb durch die erste und die zweite Antriebsmaschine. Der durch Schließen der Verblockungs-Kupplung SE1 gebildete Festgang (Gang1) ist in dieser Ausführungsform als V-max Gang ausgebildet und ermöglicht einen effizienten Antrieb bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten. Hingegen ist im eCVT Betriebsmodus eine Anfahrübersetzung bereitstellbar. Weiter ist erkennbar, dass der eCVT Betriebsmodus bei hohen Fahrgeschwindigkeiten nutzbar ist und so ist ein Fahren bei hoher oder bei Fahrzeugmaximalgeschwindigkeit ermöglicht ist, ohne Nutzung von Energie aus dem Kraftfahrzeughochvoltspeicher dazu genutzt wird.
  • Wie bereits dargelegt, ist in 1b eine weitere Ausführungsform der Hybridantriebsvorrichtung dargestellt und in 2b ist das zu der in 1b dargestellten Hybridantriebsvorrichtung gehörende N-V-Diagramm. Nachfolgend wird auf wesentliche Unterschiede der in 1b dargestellten Hybridantriebsvorrichtung zu der in 1a dargestellten Hybridantriebsvorrichtung eingegangen. Die erste Antriebsmaschine 1 ist über das Brennkraftmaschinengetriebe 14 und die Kupplung 16 mit dem Verbundleistungs-Hohlrad 6 verbindbar. Weiter erfolgt der Abtrieb aus dem Verbundleistungs-Planetenradgetriebe in Richtung hin zur gemeinsamen Abtriebswelle 12 über den Verbundleistungs-Planetenradträger 7. Aus diesem Vertauschen der Anbindung der ersten Antriebsmaschine 1 mit dem Abtrieb aus dem Verbundleistungs-Planetenradgetriebe, gegenüber der in 1a dargestellten Ausführungsform, ergeben sich die aus dem in 2b dargestellten N-V-Diagramm funktionalen Unterschiede. Dabei ist erkennbar, dass sich bei dieser Hybridantriebsvorrichtung (1b) eine Drehmomentsteigerung im Anfahrbereich gegenüber der in 1a dargestellten Variante. Weiter dient der Gang, welcher durch schließen der Verblockungskupplung SE1 und schließen der Abkoppel-Kupplung SE2 gebildet ist (Gang1) zum drehzahlberuhigten Fahren, anders gewendet wird die Fahrzeuggeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs bei keiner oder nur geringer Änderung der Drehzahl der ersten Antriebsmaschine erreicht. Insbesondere ergibt sich durch die Konfiguration auch eine Eignung für schwerere Kraftfahrzeuge als diejenige, welche mit der ersten Variante (1a) antreibbar sind. Auch in dieser Ausführungsform sind die Kupplungen (Verblockungs-Kupplung, Abkoppel-Kupplung) als formschlüssige Kupplungen ausgeführt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    erste Antriebsmaschine
    2
    zweite Antriebsmaschine
    3
    Verbundleistungsgetriebeeinrichtung
    4
    Verbundleistungs-Planetenradgetriebe
    5
    Verbundleistungs-Sonnenrad
    6
    Verbundleistungs-Hohlrad
    7
    Verbundleistungs-Planetenradträger
    8
    Verbundleistungs-Planetenrad
    9
    Verbundleistungs-Übertragergetriebe
    10
    Verbundleistungs-Eingangszahnrad
    11
    Verbundleistungs-Ausgangszahnrad
    12
    gemeinsame Abtriebswelle
    13
    Achsgetriebe
    14
    Brennkraftmaschinengetriebe
    15
    E-Maschinengetriebe
    16
    Kupplung
    17
    Festganglinie
    18
    Bereich, eCVT motorisch
    19
    Bereich eCVT generatorisch
    SE1
    Verblockungs-Kupplung
    SE2
    Abkoppel-Kupplung
    V
    Fahrzeuggeschwindigkeit
    n
    Drehzahl der ersten Antriebsmaschine
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102017117336 A1 [0001]

Claims (7)

  1. Hybridantriebsvorrichtung mit einer ersten Antriebsmaschine (1), welche als Brennkraftmaschine ausgebildet ist und mit einer zweiten Antriebsmaschine (2), welche als elektromechanischer Energiewandler ausgebildet ist, und mit einer Verbundleistungsgetriebeeinrichtung (3) zum Übertragen von Antriebsleistung von wenigstens einer diesen Antriebsmaschinen zu einer gemeinsamen Abtriebswelle (12), wobei die Verbundleistungsgetriebeeinrichtung (3) ein Verbundleistungs-Planetenradgetriebe (4) mit einem Verbundleistungs-Sonnenrad (5), einem Verbundleistungs-Hohlrad (6) und einem Verbundleistungs-Planetenradträger (7) aufweist und wobei auf dem Verbundleistungs-Planetenradträger (7) wenigstens ein Verbundleistungs-Planetenrad (8) drehbar gelagert ist und weiter weist die Verbundleistungsgetriebeeinrichtung (3) ein Verbundleistungs-Übertragergetriebe (9) auf, um Antriebsleistung von diesem Verbundleistungs-Planetenradgetriebe (4) mittels der gemeinsamen Abtriebswelle (12) zum Kraftfahrzeugantriebsstrang zu leiten, weiter ist der Verbundleistungsgetriebeeinrichtung (3) Antriebsleistung von der ersten Antriebsmaschine (1) über den Verbundleistungs-Planetenradträger (7) oder über das Verbundleistungs-Hohlrad (6) zuführbar und weiter ist der Verbundleistungsgetriebeeinrichtung (3) Antriebsleistung von der zweiten Antriebsmaschine (2) über das Verbundleistungs-Sonnenrad (5) zuführbar und weiter ist aus dem Verbundleistungs-Planetenradgetriebe (4) Antriebsleistung über das Verbundleistungs-Hohlrad (6) oder über den Verbundleistungs-Planetenradträger (7) an das Verbundleistungs-Übertragergetriebe (9) abgebbar, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Antriebsmaschine (2) dauerhaft drehmomentleitend mit dem Verbundleistungs-Sonnenrad (5) verbunden ist.
  2. Hybridantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass das Verbundleistungs-Übertragergetriebe (9) zur Aufnahme von Antriebsleistung vom Verbundleistungs-Planetenradgetriebe (4) ein Verbundleistungs-Eingangszahnrad (10) aufweist, dass das Verbundleistungs-Übertragergetriebe (9) zur Abgabe der Antriebsleistung ein Verbundleistungs-Ausgangszahnrad (11) aufweist, dass in Drehmomentübertragungsrichtung vom Verbundleistungs-Ausgangszahnrad (11) zur einer gemeinsamen Abtriebswelle (12) eine Abkoppel-Kupplung (SE2) angeordnet ist, mit welcher die Drehmomentübertragung vom Verbundleistungs-Ausgangszahnrad zur gemeinsamen Abtriebswelle (12) selektiv unterbrechbar ist.
  3. Hybridantriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verblockungs-Kupplung (SE1) vorgesehen ist, dass mit der Verblockungs-Kupplung (SE1) zwei Elemente des Verbundleistung-Planetenradgetriebes drehfest selektiv miteinander verbindbar sind, dass unter diesen Elementen des Verbundleistungs-Planetenradgetriebes das Verbundleistungs-Sonnenrad (5), das Verbundleistungs-Hohlrad (6) und der Verbundleistungs-Planetenradträger (7) zu verstehen sind.
  4. Hybridantriebsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet dass die Verblockungs-Kupplung (SE1) zur drehfesten, selektiven Verbindung des Verbundleistungs-Planetenradträgers (7) mit dem Verbundleistungs-Hohlrad (6) eingerichtet ist.
  5. Hybridantriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Drehmomentübertragungsrichtung von der ersten Antriebsmaschine (1) zur Verbundleistungsgetriebeeinrichtung (3) zwischen diesen ein Brennkraftmaschinengetriebe (14) angeordnet ist, welches zur Anpassung des Drehzahlniveaus der ersten Antriebsmaschine an die Verbundleistungsgetriebeeinrichtung (3) eingerichtet ist.
  6. Hybridantriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Drehmomentübertragungsrichtung von der zweiten Antriebsmaschine (2) zur Verbundleistungsgetriebeeinrichtung (3) zwischen diesen ein E-Maschinengetriebe (15) angeordnet ist, welches zur Anpassung des Drehzahlniveaus der zweiten Antriebsmaschine (2) an die Verbundleistungsgetriebeeinrichtung (3) eingerichtet ist.
  7. Hybridantriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundleistungs-Übertragergetriebe (9) ein Verbundleistungs-Eingangszahnrad (10) mit dem Verbundleistungs-Planetenradträger (7) drehmomentleitend verbunden ist, dass das Verbundleistungs-Übertragergetriebe (9) zur Abgabe der Antriebsleistung ein Verbundleistungs-Ausgangszahnrad (11) aufweist, und dass dieses Verbundleistungs-Eingangszahnrad (10) mit diesem Verbundleistungs-Ausgangszahnrad (11) zur Übertragung von Antriebsleistung zum Kraftfahrzeugantriebsstrang in Eingriff steht.
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