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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.
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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.
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Die Aufgabe eine effiziente Hybridantriebsvorrichtung anzugeben, wird durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst, zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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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 bevorzugt von jeweils nur von einer dieser Antriebsmaschinen übertragbar ist.
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Vorzugsweise ist die erste Antriebsmaschine als Brennkraftmaschine ausgebildet, vorzugsweise als eine Brennkraftmaschine in Hubkolbenbauweise, vorzugsweise als eine sogenannte Otto- oder Diesel-Brennkraftmaschine. Weiter vorzugsweise 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.
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Weiter weist 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-Planetenrädern 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.
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Weiter weist die Verbundleistungsgetriebeeinrichtung ein Verbundleistungs-Übertragergetriebe auf, welches dazu eingerichtet ist, Antriebsleistung von dem zuvor erläuterten Verbundleistungs-Planetenradgetriebe zur gemeinsamen Abtriebswelle und damit zum Kraftfahrzeugantriebsstrang zu leiten. Die Verbundleistungsgetriebeeinrichtung weist demnach mehrere, vorzugsweise wenigstens drei Teilgetriebe auf, von welchen eines das Verbundleistungs-Planetenradgetriebe ist und ein anderes Teilgetriebe ist das Verbundleistungs-Übertragergetriebe und ein drittes dieser Teilgetriebe ist ein Verbundleistungs-Schaltgetriebe. 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-Planetenradgetriebe 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.
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Insbesondere sind zwei grundsätzliche Varianten der Erfindung in Bezug auf die Zuführung von Antriebsleistung zu dem Verbundleistungs-Planetenradgetriebe vorgeschlagen. In einer ersten Variante der Erfindung ist dem Verbundleistungs-Planetenradgetriebe Antriebsleistung von der ersten Antriebsmaschine über das Verbundleistungs-Hohlrad zuführbar und weiter ist dem Verbundleistungs-Planetenradgetriebe Antriebsleistung von der zweiten Antriebsmaschine über das Verbundleistungs-Sonnenrad zuführbar und weiter ist aus dem Verbundleistungs-Planetenradgetriebe Antriebsleistung über den Verbundleistungs-Planetenradträger, insbesondere 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 ist diese mit dieser koppelbar, und weiter ist die Verbundleistungs-Planetenradträgerwelle zur Leistungsabgabe mit dem Verbundleistungs-Übertragergetriebe gekoppelt beziehungsweise ist mit dieser koppelbar.
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In einer zweiten Variante der Erfindung ist dem Verbundleistungs-Planetenradgetriebe Antriebsleistung von der ersten Antriebsmaschine über den Verbundleistungs-Planetenradträger zuführbar und weiter ist dem Verbundleistungs-Planetenradgetriebe 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 ist diese mit dieser koppelbar, und weiter ist die Verbundleistungs-Hohlradwelle zur Leistungsabgabe mit dem Verbundleistungs-Übertragergetriebe gekoppelt, beziehungsweise mit diesem koppelbar.
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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. 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 gekoppelt ist, wobei eines der beiden anderen Elemente des Verbundleistungs-Planetenradgetriebes mit der ersten Antriebsmaschine zur Übertragung von Antriebsleistung verbunden oder verbindbar ist und dass das jeweils andere der beiden Elemente des Verbundleistungs-Planetenradgetriebes mit der Verbundleistungs-Übertragergetriebe verbunden oder verbindbar ist.
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Weiter weist das Verbundleistungsgetriebe ein Verbundleistungs-Schaltgetriebe auf, welches wenigstens zwei schaltbare unterschiedliche Übersetzungsstufen aufweist, vorzugsweise genau zwei. Vorzugsweise ist das Verbundleistungs-Schaltgetriebe bezogen auf die Drehmomentübertragung von der ersten Antriebsmaschine zum Verbundleistungs-Planetenradgetriebe zwischen diesen angeordnet, vorzugsweise wenigstens in Bezug auf die Eingangswelle. Vorzugsweise weist das Verbundleistungs-Schaltgetriebe eine Schaltgetriebe-Eingangswelle und eine Schaltgetriebe-Ausgangswelle auf. Insbesondere zwischen diesen beiden Getriebewellen (Schaltgetriebe-Eingangswelle, Schaltgetriebe-Ausgangswelle) ist mittels der wenigstens zwei Übersetzungsstufen des Verbundleistungs-Schaltgetriebes das Übersetzungsverhältnis veränderbar. Weiter vorzugsweise ist die erste Antriebsmaschine so wie das Verbundleistungs-Planetenradgetriebe mit der Schaltgetriebe-Eingangswelle unmitteltbar gekoppelt oder selektiv mit dieser koppelbar und weiter vorzugsweise sind die Schaltgetriebe-Eingangswelle und das Verbundleistungs-Hohlrad konzentrisch zueinander ausgerichtet.
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In einer bevorzugt Ausführungsform weist das Verbundleistungs-Schaltgetriebe zur Aufnahme von Antriebsleistung von der ersten Antriebsmaschine und zum Ausbilden von wenigstens zwei Übersetzungsstufen ein erstes Schaltgetriebe-Eingangszahnrad und wenigstens ein zweites Schaltgetriebe-Eingangszahnrad auf. Weiter weist das Verbundleistung-Schaltgetriebe, insbesondere zur Abgabe von Antriebsleistung, vorzugsweise an die gemeinsame Abtriebswelle, ein erstes Schaltgetriebe-Ausgangszahnrad auf, welches vorzugsweise mit dem ersten Schaltgetriebe-Eingangszahnrad zur Leistungsübertragung kämmt, oder weiter vorzugsweise über wenigstens ein Zwischenrad mit diesem in Verbindung steht und weiter weist das Verbundleistungs-Schaltgetriebe, insbesondere zur Abgabe von Antriebsleistung, vorzugsweise an die gemeinsame Abtriebswelle, ein zweites Schaltgetriebe-Ausgangszahnrad auf, welches vorzugsweise mit dem zweiten Schaltgetriebe-Eingangszahnrad kämmt, oder weiter vorzugsweise über wenigstens ein weiteres Zwischenrad mit diesem in Verbindung steht. Insbesondere mittels des wenigstens einen ersten und zweiten Schaltgetriebe-Eingangs- beziehungsweise -Ausgangszahnrads ist mit dem Verbundleistungs-Schaltgetriebe eine Übertragung von Antriebsleistung mit unterschiedlichen Übersetzungen und damit insbesondere eine effiziente Übertragung ermöglicht.
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Weiter sind in dieser Ausführungsform die beiden Schaltgetriebe-Eingangszahnräder auf der Schaltgetriebe-Eingangswelle angeordnet, insbesondere also konzentrisch zu dieser angeordnet und vorzugsweise dauerhaft drehfest mit dieser verbunden oder vorzugsweise ist wenigstens eines dieser Schaltgetriebe-Eingangszahnräder oder bevorzugt sind beide Schaltgetriebe-Eingangszahnräder, selektiv drehfest mit der Schaltgetriebe-Eingangswelle verbindbar. In Drehmomentübertragungsrichtung von der Schaltgetriebe-Eingangswelle zum Verbundleistungs-Übertragergetriebe, beziehungsweise zum Verbundleistungs-Planetenradgetriebe, welches mit der zweiten Antriebsmaschine gekoppelt ist oder vorzugsweise mit dieser selektiv koppelbar ist, ist vorzugsweise eine selektiv schaltbare Trennkupplung vorgesehen. Mit dieser schaltbaren Trennkupplung ist vorzugsweise eine drehmomentleitende Verbindung von der Schaltgetriebe-Eingangswelle auf eines der Getriebeelemente des Verbundleistungs-Planetenradgetriebes unterbrechbar, insbesondere die drehmomentleitende Verbindung auf das Verbundleistungs-Hohlrad und weiter vorzugsweise die drehmomentleitende Verbindung von der Schaltgetriebe-Eingangswelle auf eine Planetengetriebe-Eingangswelle. Weiter sind in einer Ausführungsform der Erfindung die beiden Schaltgetriebe-Ausgangszahnräder auf der Schaltgetriebe-Ausgangswelle beziehungsweise auf der gemeinsmaen Abtriebswelle angeordnet, insbesondere also konzentrisch zu dieser ausgerichtet und vorzugsweise dauerhaft drehfest mit dieser verbunden oder vorzugsweise ist wenigstens eines dieser Schaltgetriebe-Ausgangszahnräder oder bevorzugt sind beide Schaltgetriebe-Ausgangszahnräder, selektiv drehfest mit der gemeinsamen Abtriebswelle verbindbar.
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Im Sinne der Erfindung ist unter der Planetengetriebe-Eingangswelle diejenige Getriebewelle des Verbundleistungs-Planetenradgetriebes zu verstehen, mittels welcher diesem von der ersten Antriebsmaschine Antriebsleistung zuführbar ist, vorzugsweise ist die mit dem Verbundleistungs-Hohlrad drehfest verbundene Getriebewelle als die Planetengetriebe-Eingangswelle zu erstehen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Eingangszahnrad in das Verbundleistungs-Übertragergetriebe, sogenanntes Verbundleistungs-Eingangszahnrad, also ein Zahnrad welches Bestandteil des Verbundleistungs-Übertragergetriebes ist, mit dem Verbundleistungs-Planetenradträger drehmomentleitend verbunden. Vorzugsweise ist dieses Verbundleistungs-Eingangszahnrad unmittelbar mit diesem Planetenradträger 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.
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Weiter ist es vorgeschlagen, dass die gemeinsame Abtriebswelle mit dem Verbundleistungs-Ausgangszahnrad selektiv drehmomentleitend, vorzugsweise selektiv, verbindbar ist und weiter vorzugsweise ist das Verbundleistungs-Ausgangszahnrad dauerhaft drehfest mit der gemeinsamen Abtriebswelle verbunden. Insbesondere unter Beteiligung einer selektiven Verbindung des Verbundleistungs-Ausgangszahnrads ist es insbesondere ermöglicht, die Verbundleistungsgetriebeeinrichtung in wenigstens einem Fahrmodus, wie insbesondere dem Fahrzeugsegeln, still zu setzten und so die Verluste zu verringern. Insbesondere mittels einer drehfesten Verbindung des Ausgangszahnrads mit der gemeinsamen Abtriebswelle ist in eine hohe Betriebssicherheit erreichbar. Anders gewendet ist eine Ausführungsform vorgesehen, bei welcher für das Herstellen der selektiven drehfesten Verbindung in Drehmomentübertragungsrichtung vom Verbundleistungs-Ausgangszahnrad zum Kraftfahrzeugantriebsstrang eine Abkoppel-Kupplung zwischen dem Verbundleistungs-Ausgangszahnrad und der gemeinsamen Abtriebswelle angeordnet ist, mit welcher die Drehmomentübertragung vom Verbundleistungs-Ausgangszahnrad zum Kraftfahrzeugantriebsstrang selektiv unterbrechbar ist. Funktional ist es damit ermöglicht, den Kraftfahrzeugantriebsstrang von der Hybridantriebsvorrichtung vollständig abzutrennen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Verbundleistungs-Planetenradgetriebe eine Verblockungs-Kupplung auf, mit welcher zwei der drei Wellen, beziehungsweise zwei von drei Getriebeelementen (Hohlrad, Sonnenrad, Planetenradträger), 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.
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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 insbesondere einen geringen Bauraumbedarf auf.
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In einer bevorzugt Ausführungsform der Erfindung ist die erste Antriebsmaschine nicht unmittelbar, sondern mittelbar zur Leistungsübertragung (Drehzahl, Drehmoment) mit der Verbundleistungsgetriebeeinrichtung verbunden. 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.
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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 damit insbesondere bauraumgünstiger sind, als solche mit großer Übersetzung.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die zweite Antriebsmaschine nicht unmittelbar, sondern mittelbar zur Leistungsübertragung (Drehzahl, Drehmoment) mit der Verbundleistungsgetriebeeinrichtung verbunden. Zum mittelbaren Verbinden der zweiten Antriebsmaschine mit der Verbundleistungsgetriebeeinrichtung ist in Drehmomentübertragungsrichtung von 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 solchen 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.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Verbundleistungs-Schaltgetriebe eine Schaltgetriebe-Ausgangswelle auf, vorzugsweise ist die gemeinsame Abtriebswelle als Schaltgetriebe-Ausgangswelle ausgebildet. Weiter vorzugsweise ist auf der Schaltgetriebe-Ausgangswelle eine Koppeleinrichtung angeordnet, mittels welcher wenigstens das erste Schaltgetriebe-Ausgangszahnrad oder das zweite Schaltgetriebe-Ausgangszahnrad mit der Schaltgetriebeausgangswelle verbindbar sind.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Verbundleistungs-Schaltgetriebe eine zweite beziehungsweise Eingangs-Koppeleinrichtung auf, mittels welcher wenigstens das erste Schaltgetriebe-Eingangszahnrad oder das zweite Schaltgetriebe-Eingangszahnrad mit der Schaltgetriebe-Eingangswelle verbindbar sind.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Hybridantriebsvorrichtung eine dritte Antriebsmaschine auf. Vorzugsweise ist diese dritte Antriebsmaschine derart angeordnet, dass mit dieser Antriebsleistung, bezogen auf die Drehmomentübertragung, zwischen der ersten Antriebsmaschine und der Schaltgetriebe-Eingangswelle abgebbar ist, so dass die dritte Antriebsmaschine in Bezug auf die Drehmomentübertragung von der ersten Antriebsmaschine auf die Schaltgetriebe-Eingangswelle funktional zwischen diesen angeordnet ist. Die dritte Antriebsmaschine kann in diesem Sinn als Funktions-EM verstanden werden, da dies vorzugsweise nicht zum dauerhaften Antreiben des Kraftfahrzeugs eingerichtet ist, sondern nur selektive Antriebsleistung an die Hybridantriebsvorrichtung abgibt, um insbesondere Komfort- oder Performance-Funktionen zu erfüllen. Mit einer derartigen dritten Antriebsmaschine ist insbesondere die Zugkraftunterbrechung bei Schaltvorgängen im Verbundleistungsschaltgetriebe, welche die erste Antriebsmaschine betreffen, verbesserbar. Insbesondere ist unter diesem verbessern ein Verringern oder Aufheben der Zugkraftunterbrechung zu verstehen. Weiter vorzugsweise ist es mit der dritten Antriebsmaschine ermöglicht, die erste Antriebsmaschine, vorzugsweise die Brennkraftmaschine, insbesondere bei abtriebsgestützten Schaltungen über die zweite Antriebsmaschine, besser zu synchronisieren. Vorzugsweise ist die dritte Antriebsmaschine, bezogen auf die Drehmomentübertragung von der ersten Antriebsmaschine zum Verbundleistungs-Schaltgetriebe nach einer Drehungleichförmigkeitsreduzierungseinrichtung angeordnet. Unter einer solchen Drehungleichförmigkeitsreduzierungseinrichtung kann ein Ein- oder Mehrmassenschwungrad oder eine andere zur Verminderung von Drehungleichförmigkeit vorgesehene Einrichtungen verstanden werden.
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In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist die dritte Antriebsmaschine mittels eines Funktionsmaschinengetriebes zur Drehmomentübertragung mit der ersten Antriebsmaschine gekoppelt oder ist selektiv mit dieser koppelbar. Insbesondere mittels eines Funktionsmaschinengetriebes ist eine Anpassung der Antriebsleistung der dritten Antriebsmaschine an die Lastanforderung der Verbundleistungsgetriebeeinrichtung ermöglicht.
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Weiter ist es vorgeschlagen, dass wenigstens eine der Kupplungen (Verblockungs-Kupplung, Abkoppel-Kupplung, Kupplungen zum Koppeln der Schaltgetriebezahnräder) als formschlüssige Kupplung ausgebildet ist und vorzugsweise sind alle 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 und besonders bevorzugt ist diese Standübersetzung aus einem Bereich zwischen -1,6 und -3,8 ausgewählt.
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Nachfolgend sind einzelne Merkmale und Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert, dabei zeigt:
- 1: schematisierte Hybridantriebsvorrichtung,
- 2: N-V-Diagramm für ein Kraftfahrzeug mit der in 1 dargestellten Hybridantriebsvorrichtung,
- 3: Schaltungsschema für eine Hybridantriebsvorrichtung nach 1.
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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 an eine gemeinsame Abtriebswelle12 verbindbar sind. Die Verbundleistungsgetriebeeinrichtung 3 weist ein Verbundleistungs-Schaltgetriebe 16, ein Verbundleistungs-Übertragergetriebe 9 und ein Verbundleistungs-Planetenradgetriebe 4 auf. In der dargestellten Variante ist für die erste Antriebsmaschine 1 eine Kupplung 31 vorgesehen, alternativ kann anstelle der Kupplung 31 oder zusätzlich zu der Kupplung 31 auch eine Einrichtung zum Reduzieren von Drehungleichförmigkeiten, wie vorzugsweise eine Federdämpfersystem oder bevorzugt ein Ein- oder Mehrmassenschwungrad, vorgesehen sein. Vorzugsweise ist die die Kupplung 31 als Anfahrkupplung ausgebildet und weiter ist darauf hingewiesen, dass die die Kupplung 31 optional ist, vorzugsweise ist die erste Antriebsmaschine, in einer Ausführungsform ohne diese Kupplung 31, dauerhaft mit der Verbundleistungsgetriebeeinrichtung 3 drehmomentleitend verbunden. Weiter ist die Antriebsleistung von der ersten Antriebsmaschine 1 über das Brennkraftmaschinengetriebe 14 mit der Verbundleistungsgetriebeeinrichtung 3 verbunden.
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Die zweite Antriebsmaschine 2 ist über das E-Maschinengetriebe 15 dauerhaft mit dem Verbundleistungs-Sonnenrad 5 gekoppelt. Als Abtriebselement des Verbundleistungs-Planetenradgetriebes 4 ist der Verbundleistungs-Planetenradträger 7 eingerichtet. Der Verbundleistungs-Planetenradträger 7 ist dauerhaft drehfest mit dem Verbundleistungs-Eingangszahnrad 10 des Verbundleistungs-Übertragergetriebes 9 verbunden. 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, zur ersten Antriebsmaschine 1, beziehungsweise zur gemeinsamen Schaltgetriebe-Eingangswelle 21, ist zwischen diesen die Abkoppel-Kupplung SE2 vorgesehen, welche zum Unterbrechen der Übertragung von Antriebsleistung von der zweiten Antriebsmaschine 2 auf die Schaltgetriebe-Eingangswelle 21, beziehungsweise zum Unterbrechen der Übertragung der Antriebsleistung von der ersten Antriebsmaschine 1 auf das Verbundleistungs-Planetenradgetriebe 4 eingerichtet ist. Neben der Abkoppel-Kupplung SE2 ist auch eine Verblockungs-Kupplung SE1 vorgesehen, mit welcher zwei Elemente des Verbundleistungs-Planetenradgetriebes 4 (Verbundleistungs-Planetenradträger 7, Verbundleistungs-Hohlrad 6) selektiv drehfest verbindbar sind.
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Weiter weist das Verbundleistungs-Schaltgetriebe 16 eine erste und eine zweite Schaltgetriebe-Kupplung SE3, SE4 auf. Mit der ersten Schaltgetriebe-Kupplung SE3 ist das erste Schaltgetriebe-Ausgangszahnrad 19 mit der Schaltgetriebe-Ausgangswelle 12a seleketiv drehfest verbindbar und mit der zweiten Schaltgetriebe-Kupplung SE4 ist das zweite Schaltgetriebe-Ausgangszahnrad 20 selektiv drehfest mit der Schaltgetriebe-Ausgangswelle 12a verbindbar. Das erste Schaltgetriebe-Eingangszahnrad 17 kämmt zur Übertragung von Antriebsleistung mit dem ersten Schaltgetriebe-Ausgangszahnrad 19. Das zweite Schaltgetriebe-Eingangszahnrad 18 kämmt zur Übertragung von Antriebsleistung mit dem zweiten Schaltgetriebe-Ausgangszahnrad 20.
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Mit den Schaltgetriebe-Kupplungen SE3 und SE4 sind damit unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse zwischen der Schaltgetriebe-Eingangswelle 21 und der Schaltgetriebe-Ausgangswelle 12a beziehungsweise mit der gemeinsamen Abtriebswelle 12 herstellbar. Dabei ist höchstens eine der beiden Schaltgetriebe-Kupplungen SE3, SE4 eingelegt oder beide ausgelegt. Insbesondere über die beiden Kupplungseinrichtungen (Abkoppel-Kupplung SE2 und Verblockungs-Kupplung SE1), sowie über die beiden Schaltgetriebe-Kupplungen (SE3, SE4) sind unterschiedliche Betriebsmodi für die Hybridantriebsvorrichtung darstellbar.
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Das in 3 dargestellte Schaltungsschema gilt für die in 1 dargestellte Variante der Hybridantriebsvorrichtung, dabei bedeutet „X“ dass das jeweilige Schaltelement (SE1, SE2, SE3, SE4) geschlossen ist (Drehmomentübertragung ist ermöglicht), ansonsten ist das Schaltelement geöffnet (keine Drehmomentübertragung ermöglicht). Bei geöffneter Verblockungs-Kupplung SE1 und geschlossener Abkoppel-Kupplung SE2, sowie geöffneten Schaltgetriebe-Kupplungen SE3, SE4, ist ein sogenannter eCVT-Betriebsmodus darstellbar. Insbesondere im eCVT-Betriebsmodus ist eine Drehzahlüberlagerung mit kontinuierlich veränderbarer Übersetzung möglich.
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Bei der in 1 dargestellten Variante der Hybridantriebsvorrichtung wird die von der ersten Antriebsmaschine 1 bereitgestellte Antriebsleistung, insbesondere die Drehzahl dieser, am Verbundleistungs-Hohlrad 6 von der von der zweiten Antriebsmaschine 2 bereitgestellten Antriebsleistung, insbesondere der Drehzahl dieser, am Verbundleistungs-Sonnenrad 5, überlagert und so ist die kontinuierlich, variable Verstellung des Übersetzungsverhältnisses des Verbundleistungs-Planetenradgetriebes 4, insbesondere über die Drehzahlsteuerung an der zweiten Antriebsmaschine 2, ermöglicht. Die Planetengetriebe-Eingangswelle 6a ist als diejenige Getriebewelle des Verbundleistungs-Planetenradgetriebes zu verstehen, mittels welcher diesem von der ersten Antriebsmaschine Antriebsleistung zuführbar ist also im gezeigten Fall die mit den Verbundleistungs-Hohlrad 6 verbundene Getriebewelle.
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Die als elektromechanischer Energiewandler ausgebildete zweite Antriebsmaschine 2 ermöglicht somit eine einfache und schnelle Drehzahlsteuerung, so dass sich ein effizient zu steuernder Hybridantriebsstrang ergibt. Die zweite Antriebsmaschine 2 ist in einem motorischen Betriebsmodus (Antriebsleistung wird von der zweiten Antriebsmaschine abgegeben) und einem generatorischen Betriebsmodus (Antriebsleistung wird von der zweiten Antriebsmaschine aufgenommen) betreibbar. In 2 sind die eCVT Antriebsmodi (eCVT generatorisch 24 / eCVT motorisch 25) für die in 1 dargestellte Hybridantriebsvorrichtung, im sogenannten N-V-Diagramm, Motordrehzahl (n) über Fahrzeuggeschwindigkeit (V) aufgetragen, dargestellt.
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Weiter sind drei Festübersetzungsgänge (Gang1, Gang2, Gang3) entsprechend dem Schaltungsschema möglich. In einem solchen Festübersetzungsgang weist die Verbundleistungsgetriebeeinrichtung durch die Bauart des Getriebes festgelegte Übersetzungen auf. Dabei werden diese Festübersetzungsgänge wie folgt gebildet Verblockungs-Kupplung SE1 und der Abkoppel-Kupplung SE2 geschlossen, Gang1; Verblockungs-Kupplung SE1 und zweite Schaltgetriebe-Kupplung SE4 geschlossen, Gang2; Verblockungs-Kupplung SE1 und erste Schaltgetriebe-Kupplung SE3 geschlossen, Gang3.
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Im eCVT Betriebsmodus hingegen ist die Verblockungs-Kupplung SE1 geöffnet, die Abkoppel-Kupplung 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 nicht notwendigerweise ein proportionaler Zusammenhang zwischen der Motordrehzahl n der Brennkraftmaschine und der Fahrgeschwindigkeit V des Kraftfahrzeugs, da die Übersetzung mittels der zweiten Antriebsmaschine veränderbar ist. Weiter ist ein sogenannter EV Modus (Antrieb erfolgt ausschließlich über E-Maschine) ermöglicht, in welchem die Abkoppel-Kupplung SE2 geöffnet ist, die Verblockungs-Kupplung SE1 ist geschlossen. Weiter ist letztlich noch ein Neutralmodus N ermöglicht, in welchem alle Kupplungen (SE1, SE2, SE3 und SE4) geöffnet sind.
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Die in 1 dargestellte Hybridantriebsvorrichtung mit dem zugehörigen, in 2 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 Kupplung SE1 und SE4 gebildete Gang2 ist als V-max Gang gebildet und ermöglicht einen effizienten Betrieb auch bei hohen Fahrgeschwindigkeiten. Der durch Schließen der Kupplung SE1 und SE3 gebildete Gang3 ist als Gang zum drehzahlberuhigten Fahren ausgebildet und ermöglicht einen komfortablen Fahrbetrieb. Hingegen ist im eCVT Betriebsmodus eine Anfahrübersetzung bereitstellbar.
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Entsprechend ergeben sich für diese Festübersetzungsgänge (Gang1, Gang2, Gang3) die Festgangübersetzungslinien (26, 27, 28) im N-V-Diagramm. Im N-V-Diagramm ist die Motordrehzahl n auf der Hochachse 30, sowie die Fahrzeuggeschwindigkeit v auf der Abszisse 29 aufgetragen. Weiter ist in 2 ist ein exemplarischer Drehzahlverlauf 32 erkennbar, bei welchem eine Beschleunigung aus dem Fahrzeugstillstand dargestellt ist. Die Umschaltung von eCVT in Gang1 32a führt zu einem Sprung auf die erste Festganglinie 26, die Umschaltung von Gang1 in Gang2 32b führt zu einem Sprung auf die zweite Festganglinie 27, die Umschaltung von Gang2 in Gang3 32c führt zu einem Sprung auf die dritte Festganglinie 27.
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Weiter ist eine als Funktions-E-Maschine ausgebildete dritte Antriebsmaschine F-EM vorgesehen. Die dritte Antriebsmaschine F-EM ist mittels des Funktionsmaschinengetriebes 23 zur Übertragung von Antriebsleistung mit der ersten Antriebsmaschine 1 verbunden. Die dritte Antriebsmaschine F-EM ermöglicht zusätzliche Funktionen, ist allerdings als optional anzusehen. Die durch die dritte Antriebsmaschine F-EM ermöglicht dabei folgende zusätzlichen Funktionen
- - serieller Betrieb,
- - starten der ersten Antriebsmaschine 1, insbesondere anschleppen dieser, mit der dritten Antriebsmaschine F-EM,
- - Drehzahlführung während einer Schaltung zwischen den Gängen (eCVT, Gang1, Gang2, Gang3),
- - Lastpunktverschiebung der ersten Antriebsmaschine 1, insbesondere im eCVT-Betrieb, über Drehmomentsteuerung an der dritten Antriebmaschine F-EM.
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Weiter ist in diesem Sinn unter Drehzahlführung zu verstehen, dass bei einem Gangwechsel eine Antriebsleistung über die dritte Antriebsmaschine F-EM auf die Verbundleistungsgetriebeeinrichtung aufbringbar ist, dies führt insbesondere zu einer Funktionsverbesserung.
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Das Brennkraftmaschinengetriebe 14, das E-Maschinengetriebe 15, das Funktionsmaschinengetriebe 23, können jeweils als Zahnradgetriebe oder vorzugsweise als Zugmittelgetriebe ausgebildet sein. Die Antriebsleistung wird zum Antreiben des Kraftfahrzeugs von der gemeinsamen Antriebswelle 12 über das Achsgetriebe 13 abgegeben.
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Mit anderen Worten ausgedrückt, ist mit der vorgeschlagenen Hybridantriebsvorrichtung die Zugkrafterhaltung beim Wechsel zwischen elektrischem Fahren (EV Betriebsmodus) und hybridisch Fahren (eCVT, Gang1, Gang2, Gang3) ermöglicht.
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Insbesondere erlaubt die
- - Abkoppel-Kupplung SE2, dass ein elektrischer Fahrgangentsteht, aus dem heraus jeder hybridische Festgang direkt und ohne Zugkrafteinbruch einlegbar ist, sobald die erste Antriebmaschine gestartet ist
- - der elektrische Fahrgang (EV) über Verblockungs-Kupplung SE1 gebildet ist, welche das Verbundleistungs-Planetenradgetriebe im Block umlaufen lässt, die mindert Verluste bei der Leistungsübertragung
- - die dritte Antriebsmaschine erlaubt die zuvor erläuterten zusätzlichen Funktionen
- - der Gang1 sorgt für einen effizienten Betrieb im Fahrbereich ab ca. 35 km/h
- - der eCVT Betriebsmodus stellt eine Anfahrübersetzung bereit, die bis in den Überlandgeschwindigkeitsbereich (bis ca. 100 km/h) genutzt werden kann.
- - im EV Betriebsmodus kann zum Schalten der einzeln Festgänge (Gang1, Gang2, Gang3) genutzt werden und somit kann wenigstens eines der Schaltelemente (SE1, SE2, SE3, SE4) formschlüssig ausgeführt sein, da während eines Gangwechsel die Zugkraft über den EV Betriebsmodus und damit von der zweiten Antriebsmaschine 2 aufrechterhalten werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erste Antriebsmaschine
- 2
- zweite Antriebsmaschine
- 3
- Verbundleistungsgetriebeeinrichtung
- 4
- Verbundleistungs-Planetenradgetriebe
- 5
- Verbundleistungs-Sonnenrad
- 6
- Verbundleistungs-Hohlrad
- 6a
- Planetengetriebe-Eingangswelle
- 7
- Verbundleistungs-Planetenradträger
- 8
- Verbundleistungs-Planetenrad
- 9
- Verbundleistungs-Übertragergetriebe
- 10
- Verbundleistungs-Eingangszahnrad
- 11
- Verbundleistungs-Ausgangszahnrad
- 12
- gemeinsame Abtriebswelle
- 12a
- Schaltgetriebe-Ausgangswelle
- 13
- Achsgetriebe
- 14
- Brennkraftmaschinengetriebe
- 15
- E-Maschinengetriebe
- 16
- Verbundleistungs-Schaltgetriebe
- 17
- Erstes Schaltgetriebe-Eingangszahnrad
- 18
- Zweites Schaltgetriebe-Eingangszahnrad
- 19
- Erstes Schaltgetriebe-Ausgangszahnrad
- 20
- Zweites Schaltgetriebe-Ausgangszahnrad
- 21
- Schaltgetriebe-Eingangswelle
- 22
- Schaltgetriebe-Ausgangswelle
- 23
- Funktionsmaschinengetriebe
- 24
- Bereich, eCVT motorisch
- 25
- Bereich, eCVT generatorisch
- 26
- 1.Festganglinie
- 27
- 2.Festganglinie
- 28
- 3.Festganglinie
- 29
- FZG-Geschwindigkeit
- 30
- Motordrehzahl
- 31
- Kupplung
- 32
- Schaltungsschema im N-V-Diagramm
- 32a
- Schaltung aus eCVT nach Gang1
- 32b
- Schaltung aus Gang1 nach Gang2
- 32c
- Schaltung aus Gang2 nach Gang3
- F-EM
- Dritte Antriebsmaschine
- SE1
- Verblockungs-Kupplung
- SE2
- Abkoppel-Kupplung
- SE3
- erste Schaltgetriebe-Kupplung
- SE4
- zweite Schaltgetriebe-Kupplung
- V
- Fahrzeuggeschwindigkeit
- n
- Drehzahl der ersten Antriebsmaschine
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017117336 A1 [0001]
