DE102021203414A1 - Gangvorwahlfrei lastschaltbares Hybridgetriebe - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybridgetriebe (18) für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) eines Kraftfahrzeugs (10), mit: einer ersten Getriebeeingangswelle (28) zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer Verbrennungsmaschine (16); einer zweiten Getriebeeingangswelle (30) zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer ersten elektrischen Antriebsmaschine (14); einem Vier-Wellensystem (32), das mit der ersten Getriebeeingangswelle und der zweiten Getriebeeingangswelle verbunden ist; einer ersten Getriebeantriebswelle (34), die mit dem Vier-Wellensystem verbunden ist; einer zweiten Getriebeantriebswelle (36), die mit dem Vier-Wellensystem verbunden ist; einer ersten Vorgelegewelle (42); in mehreren Radsatzebenen angeordneten Zahnradpaaren (ST1, ST2, ST3, STR) aus Losrädern und Festrädern zum Bilden von Gangstufen; mehreren Gangschaltvorrichtungen mit Schaltelementen (A, B, C, K3) zum Einlegen der Gangstufen; und einem Abtrieb (38) zum Übertragen von Antriebsleistung aus dem Hybridgetriebe, wobei mit dem Vier-Wellensystem ein elektrodynamischer Überlagerungszustand einrichtbar ist, der mit jedem Zahnradpaar des ersten Teilgetriebes und/oder jedem Zahnradpaar des zweiten Teilgetriebes kombinierbar ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybridgetriebe, einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang mit einem solchen Hybridgetriebe sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang.
  • Fahrzeuge werden zunehmend mit Hybridantrieben, d. h. mit wenigstens zwei verschiedenen Antriebsquellen ausgestattet. Hybridantriebe können zur Verminderung des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemissionen beitragen. Es haben sich weitgehend Antriebsstränge mit einem Verbrennungsmotor und einem oder mehreren Elektromotoren als Parallelhybrid oder als Mischhybrid durchgesetzt. Derartige Hybridantriebe weisen im Kraftfluss eine im Wesentlichen parallele Anordnung des Verbrennungsmotors und des Elektroantriebs auf. Hierbei können sowohl eine Überlagerung der Antriebsmomente als auch eine Ansteuerung mit rein verbrennungsmotorischem Antrieb oder rein elektromotorischem Antrieb ermöglicht werden. Da sich die Antriebsmomente des Elektroantriebs und des Verbrennungsmotors je nach Ansteuerung addieren können, ist eine vergleichsweise kleinere Auslegung des Verbrennungsmotors und/oder dessen zeitweise Abschaltung möglich. Hierdurch kann eine signifikante Reduzierung der CO2-Emissionen ohne nennenswerte Leistungs- bzw. Komforteinbußen erreicht werden. Die Möglichkeiten und Vorteile eines Elektroantriebs können somit mit den Reichweiten-, Leistungs- und Kostenvorteilen von Brennkraftmaschinen verbunden werden.
  • Ein Nachteil der oben genannten Hybridantriebe besteht in einem im Allgemeinen komplexeren Aufbau, da beide Antriebsquellen vorzugsweise mit nur einem Getriebe Antriebsleistung auf eine Antriebswelle übertragen. Hierdurch sind derartige Getriebe meist aufwendig und kostenintensiv in der Produktion. Eine Reduzierung der Komplexität im Aufbau eines Hybridgetriebes geht meistens mit einer Einbuße an Variabilität einher.
  • Dieser Nachteil kann zumindest teilweise mittels dedizierter Hybridgetriebe oder „Dedicated Hybrid Transmissions“ (DHT) überwunden werden, bei denen eine elektrische Maschine in das Getriebe integriert wird, um den vollen Funktionsumfang darzustellen. Beispielsweise kann im Getriebe insbesondere der mechanische Getriebeteil vereinfacht werden, etwa durch Entfall des Rückwärtsgangs, wobei stattdessen mindestens eine elektrische Maschine genutzt wird.
  • Dedizierte Hybridgetriebe können aus bekannten Getriebekonzepten hervorgehen, also aus Doppelkupplungsgetrieben, Wandler-Planetengetrieben, stufenlosen Getrieben (CVT) oder automatisierten Schaltgetrieben. Die elektrische Maschine wird dabei zum Teil des Getriebes.
  • Die Druckschrift DE 10 2008 032 320 A1 offenbart einen Hybridantriebsstrang eines Fahrzeuges, welches ein Antriebssystem mit einer Verbrennungskraftmaschine und einer ersten elektrischen Zusatzantriebseinheit sowie einem dem Antriebssystem nachgeordneten Getriebe zur steuerbaren Drehzahl- und Drehmomentverteilung der Antriebsleistung des Antriebssystems auf eine Abtriebswelle aufweist. Das Getriebe umfasst eine erste und eine zweite Schaltgetriebeeinheit und ein Planetenradgetriebe mit vier Bauelementen, nämlich einem Planetenelement, einem Planetenträger und zwei mit dem Planetenelement in Eingriff stehenden Zahnrädern. Die Verbrennungskraftmaschine ist über einen direkten Leistungspfad - durch Überbrückung der ersten elektrischen Zusatzantriebseinheit - über mehrere mechanische Gänge des ersten und/oder zweiten Schaltgetriebes mit der Abtriebswelle koppelbar. Hierzu umfasst das erste Schaltgetriebe eine erste Kupplungseinrichtung und das zweite Schaltgetriebe eine zweite Kupplungseinrichtung.
  • Vor diesem Hintergrund stellt sich einem Fachmann die Aufgabe, ein axial kompaktes, hocheffizientes und variables Hybridgetriebe zu schaffen. Insbesondere soll ein Hybridgetriebe geschaffen werden, bei dem elektrodynamisches Anfahren sowie elektrodynamische Schaltungen, bei denen die Last aufrechterhalten wird, möglich sind.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Hybridgetriebe mit:
    • einer ersten Getriebeeingangswelle zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer Verbrennungsmaschine des Kraftfahrzeugs;
    • einer zweiten Getriebeeingangswelle zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer ersten elektrischen Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs;
    • einem Vier-Wellensystem, das mit der ersten Getriebeeingangswelle und der zweiten Getriebeeingangswelle verbunden ist,
    • einer ersten Getriebeantriebswelle für ein erstes Teilgetriebe, die mit dem Vier-Wellensystem verbunden ist;
    • einer zweiten Getriebeantriebswelle für ein zweites Teilgetriebe, die mit dem Vier-Wellensystem verbunden ist;
    • einer ersten Vorgelegewelle;
    • in mehreren Radsatzebenen angeordneten Zahnradpaaren aus Losrädern und Festrädern zum Bilden von Gangstufen;
    • mehreren Gangschaltvorrichtungen mit Schaltelementen zum Einlegen der Gangstufen; und
    • einem Abtrieb zum Übertragen von Antriebsleistung aus dem Hybridgetriebe, wobei mit dem Vier-Wellensystem ein elektrodynamischer Überlagerungszustand einrichtbar ist, der mit jedem Zahnradpaar des ersten Teilgetriebes und/oder jedem Zahnradpaar des zweiten Teilgetriebes kombinierbar ist.
  • Die obige Aufgabe wird ferner gelöst durch einen Kraftfahrzeugantriebsstrang mit:
    • einem Hybridgetriebe wie zuvor definiert;
    • einer Verbrennungsmaschine, die mit der ersten Getriebeeingangswelle verbindbar ist; und
    • einer ersten elektrischen Antriebsmaschine, die mit der zweiten Getriebeeingangswelle antriebswirksam verbunden ist.
  • Die obige Aufgabe wird schließlich gelöst von einem Kraftfahrzeug mit:
    • einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang wie zuvor definiert; und
    • einem Energiespeicher zum Speichern von Energie zum Versorgen der ersten elektrischen Antriebsmaschine und vorzugsweise der zweiten elektrischen Antriebsmaschine.
  • Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Insbesondere können der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang und das Kraftfahrzeug entsprechend den für das Hybridgetriebe in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Ausgestaltungen ausgeführt sein.
  • Durch eine erste Getriebeeingangswelle und eine zweite Getriebeeingangswelle kann technisch einfach ein erstes und zweites Teilgetriebe geschaffen werden. Ferner kann eine Anbindung einer Verbrennungsmaschine und/oder einer elektrischen Antriebsmaschine vorteilhaft an das Getriebe erfolgen. Durch das Vier-Wellensystem, mit dem ein elektrodynamischer Überlagerungszustand einrichtbar ist, der mit jedem Zahnradpaar des ersten Teilgetriebes und/oder jedem Zahnradpaar des zweiten Teilgetriebes kombinierbar ist, kann jedem Zahnradpaar ein Verblockungsgang, also ein Gang, in dem das Vier-Wellensystem verblockt ist, und ein EDX-Zustand, also ein leistungsverzweigter Zustand, zugeordnet werden. Vorzugsweise muss hierdurch für einen Gangwechsel keine Vorwahlschaltung durchgeführt werden. Insbesondere kann durch ein Verblocken des Vier-Wellensystems ein Laden in Neutral und/oder ein serieller Zustand verwirklicht werden, wobei sich dieser Zustand auch zum Motorstart eignet.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Vier-Wellensystem einen ersten Planetenradsatz und einen zweiten Planetenradsatz mit jeweils drei Planetenradsatzelementen. Ein Planetenradsatzelement des ersten Planetenradsatzes ist mit der ersten Getriebeeingangswelle antriebswirksam verbunden. Ergänzend ist ein Planetenradsatzelement des ersten Planetenradsatzes und ein Planetenradsatzelement des zweiten Planetenradsatzes mit der zweiten Getriebeeingangswelle antriebswirksam verbunden. Weiter ergänzend ist ein Planetenradsatzelement des ersten Planetenradsatzes und ein Planetenradsatzelement des zweiten Planetenradsatzes mit der ersten Getriebeantriebswelle antriebswirksam verbunden. Zudem ist ein Planetenradsatzelement des zweiten Planetenradsatzes mit der zweiten Getriebeantriebswelle antriebswirksam verbunden. Durch ein Vier-Wellensystem, das einen ersten Planetenradsatz und einen zweiten Planetenradsatz umfasst, kann ein kompaktes und verlustarmes Vier-Wellensystem geschaffen werden. Durch die vorteilhafte Verbindung der Planetenradsatzelemente untereinander und mit den Getriebeeingangswellen und Getriebeantriebswellen kann technisch einfach ein robustes und zuverlässiges Vier-Wellensystem geschaffen werden, das sowohl einen Verblockungszustand als auch einen leistungsverzweigten Zustand ermöglicht.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Verblockungsschaltelement der Schaltelemente zum Verblocken des Vier-Wellensystems ausgebildet. Hierdurch kann technisch einfach ein Verblockungsgang eingerichtet werden. Das Vier-Wellensystem agiert dabei wie eine Welle, es findet also keine Über- oder Untersetzung der Antriebsleistung im Vier-Wellensystem statt.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Hybridgetriebe einen mechanischen Rückwärtsgang, wobei besonders bevorzugt ein Zahnrad des Hybridgetriebes mit einem Zahnrad einer Vorwärtsgangstufe und einem Zahnrad für eine Rückwärtsgangstufe kämmt. Es versteht sich, dass zum Einrichten eines mechanischen Rückwärtsgangs eine Drehrichtungsumkehr vorzugsweise mittels eines weiteren Zahnrads erfolgt. Hierdurch kann ein hochfunktionales Hybridgetriebe geschaffen werden. Insbesondere kann ein Rückwärtsfahren auch bei leerem Energiespeicher ermöglicht werden. Die Verbrennungsmaschine kann zum Rückwärtsfahren verwendet werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Vier-Wellensystem einen ersten Planetenradsatz und einen zweiten Planetenradsatz, die ineinander geschachtelt sind. Hierdurch kann ein insbesondere in axialer Baurichtung sehr kompaktes Hybridgetriebe geschaffen werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Vorgelegewelle als Hohlwelle ausgebildet und umgibt eine Abtriebswelle des Abtriebs zumindest abschnittsweise. Hierdurch kann eine radiale Kompaktheit des Hybridgetriebes verbessert werden. Insbesondere kann eine robuste und stabile Lagerung der ersten Vorgelegewelle erfolgen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Hybridgetriebe eine zweite Vorgelegewelle, wobei ein Zahnrad des ersten Teilgetriebes und/oder ein Zahnrad des zweiten Teilgetriebes mit einem Zahnrad auf der ersten Vorgelegewelle und einem Zahnrad auf der zweiten Vorgelegewelle kämmt. Vorzugsweise kämmt dieses Zahnrad mit einem an einer Rückwärtsgangwelle angeordneten Rückwärtsgangzahnrad, wobei die Rückwärtsgangwelle ein weiteres Rückwärtsgangzahnrad aufweist, das mit einem Zahnrad der zweiten Vorgelegewelle kämmt. Durch das Einrichten einer sogenannten Doppelradebene kann axialer Bauraum eingespart werden. Ferner kann ein gewichtsoptimiertes Hybridgetriebe geschaffen werden, da zum Einrichten von zwei mechanischen Übersetzungsstufen nur drei Zahnräder verwendet werden müssen. Durch das Einrichten einer Rückwärtsgangstufe mit einer Rückwärtsgangwelle kann technisch einfach ein Getriebe um eine mechanische Rückwärtsgangstufe erweitert werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Schaltelemente als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet. Ergänzend oder alternativ sind zwei der Schaltelemente als Doppelschaltelement ausgebildet und von einem doppelt wirkenden Aktor betätigbar. Hierdurch kann ein effizientes und kostengünstiges Hybridgetriebe geschaffen werden. Ein Doppelschaltelement ermöglicht es, das Hybridgetriebe mit weniger Bauteilen aufzubauen, da zur Betätigung eines Doppelschaltelements, also zum Einlegen von zwei mechanischen Übersetzungsstufen, nur ein Aktor verwendet werden muss. Die Ansteuerung des Getriebes ist vereinfacht. Zudem baut das Getriebe kompakt.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst eine Gangfolge des Hybridgetriebes alternierend Verblockungsgänge und leistungsverzweigte Gangstufen, um alle Gangstufen im Getriebe zugkraftunterbrechungsfrei schaltbar auszuführen. Unter Gangfolge ist insbesondere die Reihenfolge der mit dem Getriebe schaltbaren Gangstufen zu verstehen, wobei die Gangfolge die schaltbaren Gangstufen in geordneter Reihenfolge nach den mit den Gangstufen einrichtbaren Übersetzungen umfasst. Durch eine derartige Gangfolge kann technisch einfach und schalttechnisch einfach mit dem Hybridgetriebe zugkraftunterbrechungsfrei geschaltet werden. Insbesondere kann hier vorteilhaft mittels des Vier-Wellensystems eine Gangfolge eingerichtet bzw. erweitert werden.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste elektrische Antriebsmaschine als Koaxialmaschine ausgebildet. Ergänzend oder alternativ sind der erste Planetenradsatz und der zweite Planetenradsatz axial und/oder radial innerhalb der ersten elektrischen Antriebsmaschine angeordnet. Hierdurch kann ein hocheffizienter und insbesondere axial kompakt bauender Antriebsstrang geschaffen werden. Der zur Verfügung stehende Bauraum kann vorteilhaft ausgenutzt werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Verbrennungsmaschine achsparallel zum Hybridgetriebe angeordnet und mittels einer Kette oder einer Zahnradkette antriebswirksam mit einer Zwischenwelle verbunden, die durch Schließen einer Verbrennungsmaschinenkupplung mit der ersten Getriebeeingangswelle verbindbar ist. Hierbei kann eine Verbrennungsmaschinenkupplung am Getriebeeingang oder auf einer Achse für die Verbrennungsmaschine angeordnet werden. Ferner kann hierdurch ein axial kompakt bauender Antriebsstrang geschaffen werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste elektrische Antriebsmaschine als Startergenerator zum Starten der Verbrennungsmaschine ansteuerbar. Ergänzend oder alternativ ist die erste elektrische Antriebsmaschine als Ladegenerator zum Laden eines Energiespeichers ansteuerbar. Hierdurch kann der Kraftfahrzeugantriebsstrang effizient betrieben werden. Der Kraftstoffverbrauch kann reduziert werden. Vorzugsweise kann auf einen zusätzlichen Anlasser für die Verbrennungsmaschine verzichtet werden. Es ist ein serieller Fahrmodus einrichtbar, sodass auch bei leerem Energiespeicher elektrisch angefahren werden kann.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Abtrieb des Hybridgetriebes mit einer ersten Kraftfahrzeugachse antriebswirksam verbindbar. Ferner umfasst die zweite Kraftfahrzeugachse eine elektrische Achse mit einer zweiten elektrischen Antriebsmaschine. Hierdurch kann technisch einfach eine verbesserte Zugkraftaufrechterhaltung mittels der elektrischen Achse bei Schaltungen im Hybridgetriebe erfolgen. Ferner kann technisch einfach ein Allradantrieb eingerichtet werden. Zudem kann ein bevorzugter serieller Modus eingerichtet werden, bei dem die erste elektrische Antriebsmaschine durch die Verbrennungsmaschine generatorisch betrieben wird und dadurch der elektrischen Achse Antriebsleistung zur Verfügung stellt.
  • Ein Festsetzen eines Elements eines Planetenradsatzes ist insbesondere als ein Blockieren einer Drehung des Elements um seine Rotationsachse zu verstehen. Vorzugsweise wird dabei das Element mittels eines Schaltelements drehfest mit einem statischen Bauteil wie einem Rahmen und/oder einem Getriebegehäuse verbunden. Es ist auch denkbar, das Element bis zu einem Stillstand zu bremsen.
  • Ein Verblocken eines Vier-Wellensystems bzw. eines Planetenradsatzes umfasst ein antriebswirksames Verbinden zweier Zahnräder und/oder des Planetenradträgers und eines Zahnrads des Planetenradsatzes, sodass diese gemeinsam mit der gleichen Umdrehungszahl um denselben Punkt, vorzugsweise den Mittelpunkt des Planetenradsatzes, rotieren. Beim Verblocken zweier Zahnräder und/oder eines Planetenradträgers und eines Zahnrads des Planetenradsatzes wirkt der Planetenradsatz vorzugsweise wie eine Welle, es findet insbesondere keine Übersetzung im Planetenradsatz statt.
  • Unter Standladen bzw. Laden in Neutral ist insbesondere das Betreiben der elektrischen Antriebsmaschine als Generator zu verstehen, vorzugsweise bei einem Stillstand mit laufender Verbrennungsmaschine, um einen Energiespeicher zu befüllen und/oder eine Bordelektronik zu speisen.
  • Ein Aktor ist vorliegend insbesondere ein Bauteil, das ein elektrisches Signal in eine mechanische Bewegung umsetzt. Vorzugsweise führen Aktoren, die mit Doppelschaltelementen verwendet werden, Bewegungen in zwei entgegengesetzte Richtungen aus, um in der ersten Richtung ein Schaltelement des Doppelschaltelements zu schalten und in der zweiten Richtung das andere Schaltelement zu schalten.
  • Ein Gangstufenwechsel erfolgt insbesondere durch Abschalten eines Schaltelements und/oder einer Kupplung und gleichzeitiges Aufschalten des Schaltelements und/oder der Kupplung für die nächsthöhere oder -niedrigere Gangstufe. Das zweite Schaltelement und/oder die zweite Kupplung übernimmt also Stück für Stück das Drehmoment vom ersten Schaltelement und/oder der ersten Kupplung, bis am Ende des Gangstufenwechsels das gesamte Drehmoment vom zweiten Schaltelement und/oder der zweiten Kupplung übernommen wird. Bei vorheriger Synchronisation kann ein Gangwechsel schneller erfolgen, vorzugsweise können dabei formschlüssige Schaltelemente Anwendung finden.
  • Eine Verbrennungsmaschine kann insbesondere jede Maschine sein, die durch Verbrennen eines Antriebsmittels, wie Benzin, Diesel, Kerosin, Ethanol, Flüssiggas, Autogas etc., eine Drehbewegung erzeugen kann. Eine Verbrennungsmaschine kann beispielsweise ein Ottomotor, ein Dieselmotor, ein Wankelmotor oder ein Zweitaktmotor sein.
  • Beim seriellen Fahren oder Kriechen wird eine elektrische Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs generatorisch von einer Verbrennungsmaschine des Kraftfahrzeugs betrieben. Die so erzeugte Energie wird dann einer weiteren elektrischen Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs zur Verfügung gestellt, um Antriebsleistung bereitzustellen.
  • Eine elektrische Fahrzeugachse, oder kurz elektrische Achse, ist vorzugsweise eine Nicht-Haupt-Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs, bei der mittels einer elektrischen Antriebsmaschine Antriebsleistung auf Räder des Kraftfahrzeugs übertragen werden kann. Es versteht sich, dass die elektrische Antriebsmaschine auch mittels eines Getriebes angebunden sein kann. Mittels einer elektrischen Achse kann ganz oder teilweise eine Zugkraft aufrechterhalten werden, wenn im Getriebe für eine Haupt-Antriebsachse ein Gangwechsel erfolgt. Ferner kann mittels einer elektrischen Achse zumindest teilweise eine Allrad-Funktionalität eingerichtet werden.
  • Ein elektrodynamisches Anfahrelement (EDA) bewirkt, dass über einen oder mehrere Planetenradsätze eine Drehzahlüberlagerung von Verbrennungsmaschinen-Drehzahl und elektrischer Antriebsmaschinen-Drehzahl stattfindet, sodass ein Anfahren eines Kraftfahrzeugs aus dem Stillstand bei laufender Verbrennungsmaschine, vorzugsweise ohne Reibkupplung, möglich ist. Dabei stützt die elektrische Antriebsmaschine ein Drehmoment ab. Vorzugsweise ist die Verbrennungsmaschine nicht mehr durch eine Anfahrkupplung oder dergleichen vom Getriebe trennbar. Durch Verwenden eines EDAs können vorzugsweise Anlasser, Generator und Anfahrkupplung beziehungsweise hydrodynamischer Wandler entfallen. Dabei baut ein EDA insbesondere so kompakt, dass alle Komponenten im serienmäßigen Kupplungsgehäuse ohne Verlängerung des Getriebes Platz finden. Das elektrodynamische Anfahrelement kann beispielsweise über einen weich abgestimmten Torsionsdämpfer fest mit einer Verbrennungsmaschine und insbesondere einem Schwungrad einer Verbrennungsmaschine verbunden sein. Somit können die elektrische Antriebsmaschine und die Verbrennungsmaschine wahlweise gleichzeitig oder alternativ betrieben werden. Hält das Kraftfahrzeug an, können elektrische Antriebsmaschine und Verbrennungsmaschine abgeschaltet werden. Aufgrund einer guten Regelbarkeit der elektrischen Antriebsmaschine wird eine sehr hohe Anfahrqualität erreicht, die der eines Antriebs mit Wandlerkupplung entsprechen kann.
  • Bei einer sogenannten elektrodynamischen Schaltung (EDS) findet wie beim EDA-Anfahren über einen oder mehrere Planetenradsätze eine Drehzahlüberlagerung von Verbrennungsmaschinen-Drehzahl und elektrischer Antriebsmaschinen-Drehzahl statt. Zum Schaltungsbeginn werden die Drehmomente der elektrischen Antriebsmaschine und der Verbrennungsmaschine angepasst, sodass das auszulegende Schaltelement lastfrei wird. Nach dem Öffnen dieses Schaltelements erfolgt eine Drehzahlanpassung unter Erhaltung der Zugkraft, sodass das einzulegende Schaltelement synchron wird. Nach dem Schließen des Schaltelements erfolgt die Lastaufteilung zwischen der Verbrennungsmaschine und der elektrischen Antriebsmaschine beliebig je nach Hybrid-Betriebsstrategie. Das elektrodynamische Schaltverfahren hat den Vorteil, dass das zu schaltende Schaltelement des Zielgangs durch das Zusammenspiel der elektrischen Antriebsmaschine und der Verbrennungsmaschine synchronisiert wird, wobei die elektrische Antriebsmaschine vorzugsweise präzise regelbar ist. Ein weiterer Vorteil des EDS-Schaltverfahrens ist, dass eine hohe Zugkraft erreicht werden kann, da sich die Drehmomente der Verbrennungsmaschine und der elektrischen Maschine im Hybridgetriebe summieren.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugantriebsstrang;
    • 2 eine schematisch vereinfachte Darstellung eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 3 schematisch die Schaltzustände des Hybridgetriebes gemäß der 2;
    • 4 eine detaillierte schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 5 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 6 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 7 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 8 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 9 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 10 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 11 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 12 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 13 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 14 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 15 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 16 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 17 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 18 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 19 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes; und
    • 20 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes.
  • In 1 ist schematisch ein Kraftfahrzeug 10 mit einem Kraftfahrzeugantriebsstrang 12 gezeigt. Der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 weist eine erste elektrische Antriebsmaschine 14 und eine Verbrennungsmaschine 16 auf, die mittels eines Hybridgetriebes 18 mit einer Vorderachse des Kraftfahrzeugs 10 verbunden sind. Ferner gezeigt wird eine optionale zweite elektrische Antriebsmaschine 22, die mittels eines optionalen Getriebes 24 eine elektrische Achse bildet und mit der Hinterachse des Kraftfahrzeugs 10 verbunden ist. Es versteht sich, dass auch eine Verbindung mit einer Vorderachse des Kraftfahrzeugs 10 möglich ist, wobei vorzugsweise das Hybridgetriebe 18 dann Antriebsleistung auf die Hinterachse überträgt. Mittels des Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs 12 wird Antriebsleistung der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 der Verbrennungsmaschine 16 und der optionalen zweiten elektrischen Antriebsmaschine 22 den Rädern des Kraftfahrzeugs 10 zugeführt. Das Kraftfahrzeug 10 weist ferner einen Energiespeicher 26 auf, um Energie zu speichern, die zum Versorgen der ersten und/oder optionalen zweiten elektrischen Antriebsmaschine 14, 22 dient.
  • In 2 ist schematisch ein vereinfachtes Schema eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Die Darstellung entspricht dabei einer Art Schaltplan. Die einrichtbaren Übersetzungen sind in Vierecken dargestellt und mit einem „i“ mit Index 1 bis Index 3 bezeichnet. Es versteht sich, dass weitere Übersetzungen vorgesehen sein können. Diese Übersetzungen werden bevorzugt durch Zahnradpaare eingerichtet. Ferner sind vier Schaltelemente A, B, C und K3 nach Art eines Schalters dargestellt.
  • Das Hybridgetriebe 18 weist eine erste Getriebeeingangswelle 28 und eine zweite Getriebeeingangswelle 30 auf, die Antriebsleistung in ein schematisch dargestelltes Vier-Wellensystem 32 einbringen können.
  • Das Vier-Wellensystem 32 kann die eingebrachte Antriebsleistung übersetzen oder untersetzen und insbesondere einen leistungsverzweigten Zustand einrichten, bei dem Antriebsleistung sowohl der ersten Getriebeeingangswelle 28 als auch der zweiten Getriebeeingangswelle 30 kombiniert an eine erste Getriebeantriebswelle 34 und/oder zweite Getriebeantriebswelle 36 abgegeben wird.
  • Die erste Getriebeantriebswelle 34 ist mittels eines Verbindungsschaltelements K3 mit der zweiten Getriebeantriebswelle 36 antriebswirksam verbindbar. Durch diese Verbindung wird das Vier-Wellensystem 32 verblockt und richtet folglich keine Übersetzung der Antriebsleistungen mehr ein.
  • Die erste Getriebeantriebswelle 34 ist mit einer ersten Übersetzung i1 und einer dritten Übersetzung i3 antriebswirksam verbunden, wobei durch Einlegen eines ersten Schaltelements A die erste Übersetzung i1 eingerichtet und einem Abtrieb 38 zugeführt wird. Durch Einlegen eines dritten Schaltelements C wird die dritte Übersetzung i3 dem Abtrieb 38 zugeführt. Das erste Schaltelement A ist vorzugsweise mit dem dritten Schaltelement C zu einem Doppelschaltelement kombiniert.
  • Die zweite Getriebeantriebswelle 36 ist in dem gezeigten Beispiel mit einer zweiten Übersetzung i2 antriebswirksam verbunden, wobei die zweite Übersetzung i2 durch Einlegen eines zweiten Schaltelements B antriebswirksam mit dem Abtrieb 38 verbunden werden kann.
  • Es versteht sich, dass es sich hierbei um eine stark vereinfachte Darstellung eines Hybridgetriebes 18 handelt. Insbesondere kann die Verbindung zwischen einer Antriebsmaschine und dem Hybridgetriebe 18 bekannte Bauelemente wie beispielsweise eine Vorübersetzung, eine Trennkupplung und/oder einen Dämpfer umfassen.
  • Das Vier-Wellensystem 32 kann beispielsweise aus mehreren Radsätzen bestehen, deren Wellen entsprechend miteinander verkoppelt sind. Die Radsätze können insbesondere verschiedene Bauformen aufweisen, beispielsweise einen Plus-Minus- oder Minus-Minus-Radsatz und/oder einen reduzierten Radsatz.
  • Ferner ist auch ein Stufenplanetensystem denkbar, das als Vier-Wellensystem 32 ausgebildet ist. Im gezeigten Beispiel sind durch zwei definierte Drehzahlen alle Wellen im Vier-Wellensystem 32 definiert, weisen also eine vordefinierte bestimmbare Drehzahl auf.
  • Es versteht sich ferner, dass auch bei der Verbindung mit dem Abtrieb 38 eine Übersetzung eingerichtet sein kann, die insbesondere ein- oder mehrstufig ausgebildet ist. Zudem kann diese Verbindung koaxial über eine Radsatzübersetzung ausgeführt sein und dadurch direkt über ein Differential bis zum Rad wirken.
  • Vorzugsweise wird eine Gangstufe durch Schalten einer Stirnradstufe und Verblocken des Vier-Wellensystems gebildet, im Folgenden wird dieser Zustand als Verblockungsgang bezeichnet. Eine Gangstufe kann auch durch das kombinierte Schalten beider Teilgetriebe als sogenannter leistungsverzweigter Gang eingerichtet werden.
  • Wird nur ein Teilgetriebe antriebswirksam geschaltet und nicht verblockt, kann mittels des Vier-Wellensystems 32 ein elektrodynamischer Überlagerungszustand, im Folgenden mit EDX bezeichnet, eingerichtet werden. In diesem elektrodynamischen Überlagerungszustand können die Drehzahlen der Getriebeantriebswellen 34, 36 gemäß den Übersetzungsverhältnissen im Vier-Wellensystem 32 frei eingestellt und durch Überlagerung die Drehzahl am jeweiligen Teilgetriebe bestimmt werden. Insbesondere kann hierdurch ein Anfahren, ein sogenanntes elektrodynamisches Anfahren EDA, ein Fahren, also ein elektrodynamisches Fahren EDF, oder eine elektrodynamische Schaltung, EDS, durchgeführt werden. Vorzugsweise verfügt jedes Teilgetriebe über einen EDX-Zustand, der mit allen daraufliegenden Zahnradpaaren und einrichtbaren mechanischen Übersetzungsstufen kombiniert werden kann.
  • In der 3 sind schematisch die Schaltzustände des Hybridgetriebes 18 gemäß der 2 in einer Schaltmatrix 40 gezeigt.
  • In der ersten Spalte der Schaltmatrix 40 sind die Verbrennungsgangstufen V1 bis V4 der Verbrennungsmaschine 16, drei elektrodynamische Zustände EDX1 bis EDX3 sowie drei Elektrogangstufen E1 bis E3 und ein Schaltzustand für Laden in Neutral LiN gezeigt. Der Vollständigkeit halber wurden Zusatzgangstufen aufgenommen. Eine Zusatzgangstufe für die Verbrennungsmaschine 16 ist mit VZ bezeichnet. Ferner sind zwei Zusatzgangstufen für die elektrische Antriebsmaschine 14 mit EZ1 und EZ2 bezeichnet.
  • In der zweiten bis sechsten Spalte sind die Schaltzustände der Verbrennungsmaschinenkupplung K0 des ersten bis dritten Schaltelements A bis C und des Verbindungsschaltelements K3 gezeigt, wobei ein „X“ bedeutet, dass das jeweilige Schaltelement bzw. die jeweilige Kupplung geschlossen ist, also die zugeordneten Getriebebauteile antriebswirksam miteinander verbindet. Sofern kein Eintrag vorhanden ist, ist davon auszugehen, dass das entsprechende Schaltelement bzw. die entsprechende Kupplung offen ist, also keine Antriebsleistung überträgt.
  • Zum Einrichten der Verbrennungszusatzgangstufe VZ sind die Verbrennungsmaschinenkupplung K0, das erste Schaltelement A und das Verblockungsschaltelement K3 zu schließen.
  • Die erste Verbrennungsgangstufe V1 wird durch Schließen der Verbrennungsmaschinenkupplung K0, des ersten Schaltelements A und des zweiten Schaltelements B eingerichtet.
  • Die zweite Verbrennungsgangstufe V2 wird durch Schließen der Verbrennungsmaschinenkupplung K0, des zweiten Schaltelements B und des Verblockungsschaltelements K3 eingerichtet.
  • Durch Schließen der Verbrennungsmaschinenkupplung K0, des zweiten Schaltelements B und des dritten Schaltelements C wird die dritte Verbrennungsgangstufe V3 eingerichtet.
  • Die vierte Verbrennungsgangstufe V4 wird durch Schließen der Verbrennungsmaschinenkupplung K0, des dritten Schaltelements C und des Verblockungsschaltelements K3 eingerichtet.
  • Der erste elektrodynamische Überlagerungszustand EDX1 wird durch Schließen der Verbrennungsmaschinenkupplung K0 und des ersten Schaltelements A eingerichtet.
  • Der zweite elektrodynamische Überlagerungszustand EDX2 wird durch Schließen der Verbrennungsmaschinenkupplung K0 und des zweiten Schaltelements B eingerichtet.
  • Ein Schließen der Verbrennungsmaschinenkupplung K0 und des dritten Schaltelements C richtet den dritten elektrodynamischen Überlagerungszustand EDX3 ein.
  • Die erste Elektrogangstufe E1 kann durch Schließen des ersten Schaltelements A und des Verblockungsschaltelements K3 eingerichtet werden.
  • Ein Schließen des zweiten Schaltelements B und des Verblockungsschaltelements K3 richtet die zweite Elektrogangstufe E2 ein.
  • Die dritte Elektrogangstufe E3 kann durch Schließen des dritten Schaltelements C und des Verblockungsschaltelements K3 eingerichtet werden.
  • Eine erste Elektrozusatzgangstufe EZ1 kann durch Schließen des ersten Schaltelements A und des zweiten Schaltelements B eingerichtet werden.
  • Ein Schließen des zweiten Schaltelements B und des dritten Schaltelements C richtet die zweite Elektrozusatzgangstufe EZ2 ein.
  • Der Zustand Laden in Neutral kann durch Schließen des Verblockungsschaltelements K3 und der Verbrennungsmaschinenkupplung K0 eingerichtet werden.
  • Mit anderen Worten ist die Verbrennungsmaschinenkupplung K0, sofern vorhanden, für die Verbrennungsgangstufen und die elektrodynamischen Überlagerungszustände zu schließen. Reine Elektrogangstufen werden durch Öffnen der Verbrennungsmaschinenkupplung K0 und entsprechendes Einlegen der Schaltelemente eingerichtet.
  • Eine Schaltlogik bei elektrodynamischen Lastschaltungen, EDS, kann, bei geschlossener Verbrennungsmaschinenkupplung K0, beispielsweise wie folgt ablaufen:
    • Zum Anfahren wird das erste Schaltelement A geschlossen, um den ersten elektrodynamischen Überlagerungszustand EDX1 einzurichten. Aus diesem Überlagerungszustand kann in die Verbrennungszusatzgangstufe VZ durch Schließen des Verblockungsschaltelements K3 oder in die erste Verbrennungsgangstufe V1 durch Schlie-ßen des zweiten Schaltelement B in ein festes Übersetzungsverhältnis gewechselt werden.
  • Aus der Verbrennungszusatzgangstufe VZ kann durch Öffnen des Verblockungsschaltelements K3 der erste elektrodynamische Überlagerungszustand EDX1 hergestellt werden und durch Schließen des zweiten Schaltelement B in die erste Verbrennungsgangstufe V1 gewechselt werden.
  • Aus der ersten Verbrennungsgangstufe V1 kann durch Öffnen des ersten Schaltelements A der zweite elektrodynamische Überlagerungszustand EDX2 hergestellt werden und durch Schließen des Verblockungsschaltelements K3 in die zweite Verbrennungsgangstufe V2 oder durch Schließen des dritten Schaltelements C in die dritte Verbrennungsgangstufe V3 gewechselt werden.
  • Aus der zweiten Verbrennungsgangstufe V2 kann durch Öffnen des Verblockungsschaltelements K3 der zweite elektrodynamische Überlagerungszustand EDX2 hergestellt werden und durch Schließen des dritten Schaltelements C in die dritte Verbrennungsgangstufe V3 gewechselt werden.
  • Aus der dritten Verbrennungsgangstufe V3 kann durch Öffnen des zweiten Schaltelements B der dritte elektrodynamische Überlagerungszustand EDX3 hergestellt werden und durch Schließen des Verblockungsschaltelements K3 in die vierte Verbrennungsgangstufe V4 gewechselt werden. Es versteht sich, dass diese Logik des Hochschaltens analog auf Schaltungen übertragbar ist.
  • Serielle Zustände entstehen, bei geschlossener Verbrennungsmaschinenkupplung K0, durch eine Verblockung der beiden Teilgetriebe mit dem Verblockungsschaltelement K3. Eine Schaltung zwischen seriellen Zuständen erfolgt im dargestellten System zugkraftunterbrochen. Die erste elektrische Antriebsmaschine 14 unterstützt die Verbrennungsmaschine 16 bei der Synchronisation während der Schaltungen.
  • Die Verbrennungsgangstufen VZ, V3 und V4 können, bei geschlossener Verbrennungsmaschinenkupplung K0, folglich seriell offen geschaltet werden. Zunächst erfolgt ein Fahren in der Verbrennungszusatzgangstufe VZ, wobei das erste Schaltelement A und das Verblockungsschaltelement K3 geschlossen sind. Anschließend wird das erste Schaltelement A geöffnet und es erfolgt eine Synchronisation, bis das zweite Schaltelement B geschlossen werden kann. Daraufhin folgt ein Fahren in der zweiten Verbrennungsgangstufe V2, in der das zweite Schaltelement B und das Verblockungsschaltelement K3 geschlossen sind.
  • Anschließend kann das zweite Schaltelement B geöffnet werden und eine Synchronisation erfolgen, um das dritte Schaltelement C zu schließen. Sodann kann in der vierten Verbrennungsgangstufe V4 gefahren werden, wobei das dritte Schaltelement C und das Verblockungsschaltelement K3 geschlossen sind. Es versteht sich, dass diese Logik des Hochschaltens auch analog auf Rückschaltungen übertragbar ist.
  • Folglich kann mit dem gezeigten Getriebeaufbau und dem gezeigten Schaltschema ein einfacher Aufbau mit wenigen Stirnradstufen und einem Vier-Wellensystem erreicht werden. Bei einer Anzahl X von Stirnradstufen sind 2*X-1 Gangstufen realisierbar. Zudem sind bei einer Anzahl von X Stirnradstufen X elektrodynamische Überlagerungszustände realisierbar. Es kann ein elektrodynamisches Fahren und Anfahren sowie eine elektrodynamische Schaltung ermöglicht werden. Insbesondere werden keine Vorwahlschaltungen benötigt.
  • In 4 ist eine detaillierte Darstellung des Hybridgetriebes 18 gemäß der 2 gezeigt. Die nicht gezeigte Verbrennungsmaschine 16 kann mittels der ersten Getriebeeingangswelle 28 antriebswirksam mit dem Hybridgetriebe 18 verbunden werden, wobei die erste Getriebeeingangswelle 28 die Verbrennungsmaschinenkupplung K0 umfasst.
  • Die erste Getriebeeingangswelle 28 ist antriebswirksam mit einem Hohlrad eines ersten Planetenradsatzes RS1 verbunden. In dem gezeigten Beispiel ist die zweite Getriebeeingangswelle 30 zweiteilig ausgebildet, wobei die zweite Getriebeeingangswelle 30 mit einem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes RS1 und einem Hohlrad eines zweiten Planetenradsatzes RS2 verbunden ist.
  • Die beiden Planetenradsätze RS1, RS2 bilden ein Vier-Wellensystem 32. Ein Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes RS1 ist antriebswirksam mit einem Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes RS2 und der ersten Getriebeantriebswelle 34 verbunden. Ein Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes RS2 ist antriebswirksam mit der zweiten Getriebeantriebswelle 36 verbunden.
  • Die erste Getriebeantriebswelle 34 ist als Hohlwelle ausgebildet und umgibt die zweite Getriebeantriebswelle 36 zumindest abschnittsweise. Achsparallel zur ersten und zweiten Getriebeantriebswelle 34, 36 ist eine erste Vorgelegewelle 42 angeordnet.
  • An der ersten Getriebeantriebswelle 34 ist ein Festrad eines ersten Zahnradpaares ST1 angeordnet, das mit einem an der ersten Vorgelegewelle 42 angeordneten Losrad kämmt. Ein zweites Zahnradpaar ST2 umfasst ein Festrad, das an der zweiten Getriebeantriebswelle 36 angeordnet ist und mit einem an der ersten Vorgelegewelle 42 angeordneten Losrad kämmt. Ein drittes Zahnradpaar ST3 umfasst ein an der ersten Getriebeantriebswelle 34 angeordnetes Festrad, das mit einem an der ersten Vorgelegewelle 42 angeordneten Losrad kämmt.
  • An der ersten Vorgelegewelle 42 ist zudem ein nicht näher bezeichnetes Abtriebszahnrad angeordnet, das als Festrad ausgebildet ist und mit einem Abtrieb 38 kämmt, wobei der Abtrieb 38 vorzugsweise ein Differential umfasst.
  • Von der Anbindungsseite der nicht gezeigten Verbrennungsmaschine 16 aus gesehen sind zuerst die Verbrennungsmaschinenkupplung K0, dann der erste und zweite Planetenradsatz RS1, RS2, das dritte Zahnradpaar ST3, das erste Zahnradpaar ST1 und das zweite Zahnradpaar ST2 angeordnet.
  • Zwischen dem ersten Zahnradpaar ST1 und dem zweiten Zahnradpaar ST2 ist das Verblockungsschaltelement K3 angeordnet und dazu ausgebildet, die erste Getriebeantriebswelle 34 antriebswirksam mit der zweiten Getriebeantriebswelle 36 zu verbinden und das Vier-Wellensystem 32 zu verblocken.
  • Das zweite Schaltelement B ist an der ersten Vorgelegewelle 42 angeordnet und dazu ausgebildet, das Losrad des zweiten Zahnradpaares ST2 antriebswirksam mit der ersten Vorgelegewelle 42 zu verbinden.
  • Das erste Schaltelement A und das dritte Schaltelement C sind zu einem Doppelschaltelement CA zusammengefasst, wobei das erste Schaltelement A dazu ausgebildet ist, das Losrad des ersten Zahnradpaares ST1 antriebswirksam mit der ersten Vorgelegewelle 42 zu verbinden.
  • Das dritte Schaltelement C ist dazu ausgebildet, das Losrad des dritten Zahnradpaares ST3 antriebswirksam mit der ersten Vorgelegewelle 42 zu verbinden.
  • Die erste elektrische Antriebsmaschine 14 ist in dem gezeigten Beispiel als Koaxialmaschine ausgebildet, wobei der erste Planetenradsatz RS1 und der zweite Planetenradsatz RS2 zumindest abschnittsweise radial und/oder axial innerhalb der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 angeordnet sind.
  • Die Planetenradsätze RS1 und RS2 sind als Minusplanetenradsätze ausgebildet und im Vier-Wellensystem 32 wie folgt verbunden. Die erste Getriebeeingangswelle 28 ist mit der Verbrennungsmaschine 16 und dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes RS1 verbunden.
  • Die zweite Getriebeeingangswelle 30 ist mit der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 und dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes RS1 und dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbunden.
  • Der Steg oder Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes RS1 ist mit dem Steg oder Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes RS2 und dem ersten Teilgetriebe, also der ersten Getriebeantriebswelle 34, verbunden.
  • Das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes RS2 ist mit dem zweiten Teilgetriebe, also der zweiten Getriebeantriebswelle 36, verbunden.
  • Die Verbrennungsmaschine 16 kann mittels eines Torsionsdämpfers und der Verbrennungsmaschinenkupplung K0 mit der ersten Getriebeeingangswelle 28, die auch eine erste Eingangswelle für das Vier-Wellensystem 32 bildet, verbunden werden. Die erste elektrische Antriebsmaschine 14 ist mit der zweiten Getriebeeingangswelle 30, die auch eine zweite Eingangswelle für das Vier-Wellensystem 32 bildet, verbunden.
  • Mittels des Verblockungsschaltelements K3 können die Planetenradsätze RS1, RS2 verblockt werden. Hierzu verbindet das Verblockungsschaltelement K3 zwei der vier Wellen des Planetensystems miteinander, im gezeigten Beispiel wird das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes RS2 mit dem Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbunden.
  • Die erste Vorgelegewelle 42 bildet in dem gezeigten Beispiel eine Abtriebswelle. Außer der Verbrennungsmaschinenkupplung K0 sind die Schaltelemente vorzugsweise als formschlüssige Schaltelemente, beispielsweise Klauenschaltelemente, ausgebildet.
  • Durch diese Getriebestruktur kann insbesondere ein einfacher Aufbau mit nur drei Stirnradstufen ST1, ST2, ST3 und zwei Planetenradsätzen RS1, RS2 erreicht werden. Vorzugsweise werden nur vier Aktoren benötigt. Es kann eine kompakte Bauweise bei einer geringen Bauteilbelastung und geringen Getriebeverlusten erreicht werden, ebenso wie ein guter Verzahnungswirkungsgrad sowohl verbrennungsmotorisch als auch elektrisch. Elektrodynamische Schaltungen, ein elektrodynamisches Anfahren und elektrodynamisches Fahren werden ermöglicht.
  • Ein verbrennungsmotorisches bzw. hybrides Fahren, bei dem die Verbrennungsmaschinenkupplung K0 geschlossen ist, kann beispielsweise wie folgt erfolgen. Es stehen vier mechanische Verbrennungsgangstufen V1 bis V4 und eine Verbrennungszusatzgangstufe VZ für die Verbrennungsmaschine 16 zur Verfügung.
  • In der Verbrennungszusatzgangstufe VZ ist das erste Schaltelement A und das Verblockungsschaltelement K3 geschlossen, sodass beide Schaltelemente belastet sind. In diesem Zustand dreht die erste elektrische Antriebsmaschine 14 gleich schnell wie die Verbrennungsmaschine 16.
  • In der ersten Verbrennungsgangstufe V1 sind das erste Schaltelement A und das zweite Schaltelement B geschlossen, wobei beide Schaltelemente belastet sind. In der zweiten Verbrennungsgangstufe V2 sind das zweite Schaltelement B und das Verblockungsschaltelement K3 geschlossen, wobei beide Schaltelemente belastet sind. In diesem Zustand dreht die erste elektrische Antriebsmaschine 14 gleich schnell wie die Verbrennungsmaschine 16.
  • In der dritten Verbrennungsgangstufe V3 sind das zweite Schaltelement B und das dritte Schaltelement C geschlossen, wobei beide Schaltelemente belastet sind.
  • In der vierten Verbrennungsgangstufe V4 sind das dritte Schaltelement C und das Verblockungsschaltelement K3 geschlossen, wobei beide Schaltelemente belastet sind. In diesem Zustand dreht die erste elektrische Antriebsmaschine 14 gleich schnell wie die Verbrennungsmaschine 16.
  • Die Gangstufen, bei denen beide Teilgetriebe an der Leistungsübertragung teilnehmen, also die erste Verbrennungsgangstufe V1 und die dritte Verbrennungsgangstufe V3, weisen keine Blindleistung auf. Ferner findet eine Leistungsteilung statt.
  • Ein elektrisches Fahren mit der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14, bei dem die Verbrennungsmaschinenkupplung K0 geöffnet ist, kann wie folgt erfolgen. Die drei Gangstufen, bei denen das Verblockungsschaltelement K3 geschlossen ist, also die Verbrennungszusatzgangstufe VZ, die zweite Verbrennungsgangstufe V2 und die vierte Verbrennungsgangstufe V4, können auch für die erste elektrische Antriebsmaschine 14 als rein elektrische Gangstufen genutzt werden, wenn die Verbrennungsmaschine 16 über die geöffnete Verbrennungsmaschinenkupplung K0 abgetrennt ist.
  • Diese Elektrogangstufen sind mit E1 bis E3 bezeichnet. Für die erste elektrische Antriebsmaschine 14 sind noch weitere Gangstufen vorhanden, wenn die Verbrennungsmaschinenkupplung K0 und das Verblockungsschaltelement K3 geöffnet sind. So kann eine erste elektrische Zusatzgangstufe EZ1 eingerichtet werden, wenn das erste Schaltelement A und das zweite Schaltelement B geschlossen werden. Eine weitere zweite elektrische Zusatzgangstufe EZ2 kann eingerichtet werden, indem das zweite Schaltelement B und das dritte Schaltelement C geschlossen werden.
  • Die Gänge, bei denen beide Teilgetriebe mit dem Abtrieb verbunden sind, also zur Leistungsübertragung beitragen, EZ1 und EZ2, weisen keine Blindleistung auf. Hier findet eine Leistungsteilung statt.
  • Der erste elektrodynamische Überlagerungszustand EDx1, also wenn die Verbrennungsmaschinenkupplung K0 geschlossen ist, erlaubt folgende Konfigurationen.
  • Wenn das erste Schaltelement A geschlossen wird, entsteht ein EDx-Zustand am ersten Planetenradsatz RS1. Die Verbrennungsmaschine 16 ist dann mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes RS1 verbunden, wobei die erste elektrische Antriebsmaschine 14 am Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes RS1 das Drehmoment der Verbrennungsmaschine 16 abstützt. Der Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes RS1 ist durch das erste Zahnradpaar oder die Stirnradstufe ST1 auf dem ersten Teilgetriebe mit dem Abtrieb 38 verbunden. Die Drehzahlen des zweiten Planetenradsatzes RS2 sind dadurch definiert. In diesem Zustand ist ein elektrodynamisches Anfahren vorwärts möglich, indem aus dem ersten elektrodynamischen Überlagerungszustand EDx1 das erste Schaltelement A geschlossen wird.
  • Aus dem ersten elektrodynamischen Überlagerungszustand EDx1 kann die Verbrennungsmaschine 16 in den verbrennungsmotorischen Zusatzgang und die erste Verbrennungsgangstufe V1 gelangen, da das erste Schaltelement A in diesen Gangstufen jeweils geschlossen ist. Wird im verbrennungsmotorischen Zusatzgang geschaltet, erfolgt die nächste Schaltung, also von der Verbrennungszusatzgangstufe VZ in die erste Verbrennungsgangstufe V1, erneut über den ersten elektrodynamischen Überlagerungszustand EDx1.
  • Wird in der ersten Verbrennungsgangstufe V1 geschaltet, erfolgt die nächste Schaltung, also von der ersten Verbrennungsgangstufe V1 in die zweite Verbrennungsgangstufe V2, über den zweiten elektrodynamischen Überlagerungszustand EDx2, da das gemeinsame zweite Schaltelement B geschlossen ist.
  • Folglich kann entschieden werden, ob der erste elektrodynamische Überlagerungszustand EDx1 in die Schaltfolge integriert wird oder nicht. Dies kann in speziellen Anwendungsfällen relevant werden, da die elektrodynamischen Überlagerungszustände EDx1, EDx2 und EDx3 über verschiedene Eigenschaften verfügen und verschieden ausgebildet sein können. Diese werden beispielsweise durch die Standübersetzungen der Planetenradsätze RS1 und RS2 und die Übersetzung der Stirnradstufen ST1 bis ST3 beeinflusst.
  • Beispielsweise kann die Schaltung von der Verbrennungszusatzgangstufe VZ in den ersten elektrodynamischen Überlagerungszustand EDx1 und weiter in die erste Verbrennungsgangstufe V1 durch die erste elektrische Antriebsmaschine 14 überwiegend motorisch und die Schaltung von der ersten Verbrennungsgangstufe V1 über den zweiten elektrodynamischen Überlagerungszustand EDx2 in die zweite Verbrennungsgangstufe V2 durch die erste elektrische Antriebsmaschine 14 überwiegend generatorisch gestützt werden.
  • Im zweiten elektrodynamischen Überlagerungszustand EDx2, wenn die Verbrennungsmaschinenkupplung K0 geschlossen ist, sind folgende Konfigurationen denkbar. Ist das zweite Schaltelement B geschlossen, entsteht ein elektrodynamischer Überlagerungszustand durch eine Überlagerung der beiden Planetenradsätze RS1 und RS2. Die Verbrennungsmaschine 16 ist dann mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes RS1 verbunden, wobei die erste elektrische Antriebsmaschine 14 an dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes RS1 das Drehmoment der Verbrennungsmaschine 16 abstützt. Der Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes RS1 ist mit dem Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbunden. Die erste elektrische Antriebsmaschine 14 stützt am Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes RS2 das Drehmoment ab, wobei das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes RS2 durch das Zahnradpaar ST2 auf dem zweiten Teilgetriebe mit dem Abtrieb 38 verbunden ist. Hierdurch ist ein elektrodynamischer Fahrbetrieb, insbesondere ein Fahren vorwärts, möglich, wenn beispielsweise vom zweiten elektrodynamischen Überlagerungszustand EDx2 heraus das zweite Schaltelement B geschlossen wird.
  • Im dritten elektrodynamischen Überlagerungsmodus EDx3, wenn die Verbrennungsmaschinenkupplung K0 geschlossen ist, sind folgende Konfigurationen denkbar. Wird das dritte Schaltelement C geschlossen, entsteht ein elektrodynamischer Überlagerungszustand am ersten Planetenradsatz RS1. Die Verbrennungsmaschine 16 ist dann mit dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes RS1 verbunden. Die erste elektrische Antriebsmaschine stützt am Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes RS1 das Drehmoment der Verbrennungsmaschine 16 ab. Der Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes RS1 ist durch das erste Zahnradpaar ST1 auf dem ersten Teilgetriebe mit dem Abtrieb 38 verbunden. Die Drehzahlen des zweiten Planetenradsatzes RS2 sind hierbei definiert. Somit ist ein elektrodynamischer Fahrbetrieb Fahren vorwärts möglich.
  • Mit dem gezeigten Hybridgetriebe 18 sind die folgenden EDS Lastschaltungen möglich.
  • Es kann eine Schaltung von der Zusatzgangstufe in die erste Gangstufe erfolgen. Dabei wird elektrodynamisch durch die erste elektrische Antriebsmaschine 14 geschaltet und das erste Schaltelement A bleibt geschlossen, wobei von der Verbrennungszusatzgangstufe VZ in den elektrodynamischen Überlagerungszustand EDx1 und dann weiter in die erste Verbrennungsgangstufe V1 geschaltet wird.
  • Eine Schaltung von der ersten Gangstufe in die zweite Gangstufe kann ebenfalls elektrodynamisch durch die erste elektrische Antriebsmaschine 14 erfolgen, wobei das zweite Schaltelement B geschlossen bleibt. Dabei wird von der ersten Verbrennungsgangstufe V1 über den zweiten elektrodynamischen Überlagerungszustand EDx2 in die zweite Verbrennungsgangstufe V2 gewechselt.
  • Eine Schaltung von der zweiten Gangstufe in die dritte Gangstufe kann ebenfalls elektrodynamisch durch die erste elektrische Antriebsmaschine 14 erfolgen, wobei das zweite Schaltelement B geschlossen bleibt. Dabei wird von der zweiten Verbrennungsgangstufe V2 über den zweiten elektrodynamischen Überlagerungszustand EDx2 in die dritte Verbrennungsgangstufe V3 gewechselt.
  • Eine Schaltung von der dritten in die vierte Gangstufe kann ebenfalls elektrodynamisch durch die erste elektrische Antriebsmaschine 14 erfolgen, wobei das dritte Schaltelement C geschlossen bleibt. Hierbei wird von der dritten Verbrennungsgangstufe V2 über den dritten elektrondynamischen Überlagerungszustand EDx3 in die vierte Verbrennungsgangstufe V4 gewechselt.
  • Eine Schaltung von der zweiten Verbrennungsgangstufe V2 in die dritte Verbrennungsgangstufe V3 kann beispielsweise wie folgt erfolgen.
  • Im Ausgangszustand, also wenn die zweite Verbrennungsgangstufe V2 geschaltet ist, sind die Verbrennungsmaschinenkupplung K0, das zweite Schaltelement B und das Verblockungsschaltelement K3 geschlossen. Die Momente der Verbrennungsmaschine 16 und der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 werden dabei so eingestellt, dass einerseits das gewünschte Abtriebsmoment bereitgestellt wird und andererseits die auszulegende Klauenkupplung, also das Verblockungsschaltelement K3, lastfrei wird. Sodann wird das Verblockungsschaltelement K3 geöffnet.
  • Anschließend werden die Momente der Verbrennungsmaschine 16 und der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 so eingestellt, dass einerseits das gewünschte Abtriebsmoment bereitgestellt wird und andererseits die Drehzahl der Verbrennungsmaschine 16 absinkt. Ist das nun einzulegende dritte Schaltelement C synchron, wird es geschlossen. Hierdurch ist die dritte Verbrennungsgangstufe V3 für die Verbrennungsmaschine 16 mechanisch geschaltet, also die Verbrennungsmaschinenkupplung K0, das zweite Schaltelement B und das dritte Schaltelement C geschlossen.
  • Rückschaltungen erfolgen analog zu Hochschaltungen, nur in umgekehrter Ablaufreihenfolge. Es versteht sich, dass auch Schubschaltungen möglich sind, da die erste elektrische Antriebsmaschine 14 auch Momente am Planetenradsatz RS1, RS2 bremsend abstützen kann.
  • Im Zustand Laden in Neutral LiN, wenn die Verbrennungsmaschinenkupplung K0 geschlossen ist, bzw. beim Start der Verbrennungsmaschine 16 sind die folgenden Konfigurationen denkbar. Ist nur das Verblockungsschaltelement K3 geschlossen, kann die erste elektrische Antriebsmaschine 14 über die Verbrennungsmaschinenkupplung K0 mit der Verbrennungsmaschine 16 unabhängig vom Abtrieb 38 verbunden werden. Hierdurch kann ein Start der Verbrennungsmaschine 16 mittels der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 erfolgen.
  • Es versteht sich, dass dieser Start auch als Schwungstart mit einer Differenzdrehzahl an der Verbrennungsmaschinenkupplung K0 durchgeführt werden kann, sofern die Verbrennungsmaschinenkupplung K0 als Reibkupplung ausgebildet ist. Ferner kann die erste elektrische Antriebsmaschine 14 als Generator betrieben werden und einen Energiespeicher 26 oder elektrische Verbraucher versorgen.
  • Es versteht sich, dass ein Verbraucher auch eine zweite elektrische Antriebsmaschine 22 sein kann, die beispielsweise die andere Fahrzeugachse antreibt und als elektrische Achse, insbesondere elektrische Hinterachse, ausgebildet ist. Ein Übergang zum Zustand Laden in Neutral LiN ist in die Gangstufen Verbrennungszusatzgangstufe VZ, zweite Verbrennungsgangstufe V2 und vierte Verbrennungsgangstufe V4 möglich, da in diesen Zuständen das Verblockungsschaltelement K3 jeweils geschlossen ist.
  • Es versteht sich, dass der Antriebsstrang eine elektrische Achse umfassen kann. Hierbei ist eine Kombination als Allrad-Antriebssystem mit der zweiten, rein elektrisch angetriebenen Achse möglich. Beispielsweise kann ein DHT, also ein dediziertes Hybridgetriebe, mit der Verbrennungsmaschine 16 und der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 als reiner Frontantrieb ausgebildet sein, wobei ein zusätzlicher Hinterachsantrieb mit einer separaten zweiten elektrischen Antriebsmaschine 22 in Form einer elektrischen Hinterachse erfolgt.
  • Ferner kann eine E-CVT Funktion, also eine Art E-Automatikgetriebe-Funktion, eingerichtet werden, bei der die elektrodynamischen Überlagerungszustände EDx1, EDx2 und EDx3 leistungsverzweigte E-CVT Fahrbereiche für die Verbrennungsmaschine bilden, bei denen auch ein batterieneutraler Betrieb möglich ist.
  • Ferner kann ein serielles Fahren erfolgen. Hierzu ist das Hybridgetriebe 18 zunächst in den Zustand Laden in Neutral LiN zu schalten. Sodann kann die erste elektrische Antriebsmaschine 14 generatorisch von der Verbrennungsmaschine 16 betrieben werden und für die zweite elektrische Antriebsmaschine 22 Antriebsleistung erzeugen.
  • Zudem kann eine Zugkraftunterstützung mit der zweiten elektrischen Antriebsmaschine 22 erfolgen. Die zweite elektrische Antriebsmaschine 22 kann die Zugkraft stützen, wenn im Hybridgetriebe 18 Umschaltungen notwendig sind, bei denen der Abtrieb 38 des Hybridgetriebes 18 lastfrei wird. Beispiele für solche Übergänge sind wie folgt.
  • Wenn zunächst rein elektrisch mit der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 und/oder der zweiten elektrischen Antriebsmaschine 22 gefahren wird und dann ein Start der Verbrennungsmaschine 16 in Neutral mittels der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 erfolgen soll.
  • Ein serielles Schalten, wobei bei geschlossenem Verblockungsschaltelement K3 ein beliebiger Wechsel zwischen den Gangstufen Verbrennungszusatzgangstufe VZ, zweite Verbrennungsgangstufe V2 und vierte Verbrennungsgangstufe V4 erfolgt. Insbesondere ist dabei vorteilhaft, dass die erste elektrische Antriebsmaschine 14 unterbrechungsfrei generatorisch betrieben werden kann und so sowohl das Bordnetz als auch die zweite elektrische Antriebsmaschine 22 mit elektrischer Leistung versorgen kann.
  • Das Verblockungsschaltelement K3 verblockt im geschlossenen Zustand den ersten Planetenradsatz RS1 und den zweiten Planetenradsatz RS2 durch Verbinden von zwei Elementen des Vier-Wellensystems 32, insbesondere je zweimal das Sonnenrad, den Planetenradträger oder Steg und das Hohlrad der Planetenradsätze RS1, RS2.
  • Das führt zu insgesamt fünf verschiedenen Möglichkeiten der Verblockung. Es kann das Sonnenrad mit dem Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes verbunden werden, das Sonnenrad und das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes RS2 können verbunden werden, das ist insbesondere bei einem Teilgetriebetausch möglich; der Steg, also der Planetenradträger, des zweiten Planetenradsatzes und das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes RS2 bzw. das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes und der Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes können verbunden werden, das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes und das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes RS1 können verbunden werden und der Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes RS1 und das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes RS1 können verbunden werden.
  • In 5 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 dargestellt. In dieser und in den folgenden Darstellungen soll lediglich auf die Unterschiede eingegangen werden. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich auf gleiche Merkmale und werden nicht erneut erläutert. Im Unterschied zu der in 4 gezeigten Ausführungsform eines Hybridgetriebes 18 ist das Verblockungsschaltelement K3 zwischen der Verbrennungsmaschinenkupplung K0 und dem ersten Planetenradsatz RS1 angeordnet.
  • In 6 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 4 gezeigten Ausführungsform ist das Verblockungsschaltelement K3 zwischen dem zweiten Planetenradsatz RS2 und dem dritten Zahnradpaar ST3 angeordnet. Die Schaltzustände der Hybridgetriebe 18 gemäß den 5 und 6 und insbesondere der folgenden Figuren können der Schaltmatrix 40 aus 3 entnommen werden.
  • In 7 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 4 gezeigten Ausführungsform ist ein mechanischer Rückwärtsgang durch ein Rückwärtsgangzahnradpaar STR einrichtbar.
  • Das Rückwärtsgangzahnradpaar STR umfasst ein Festrad, das an der ersten Getriebeantriebswelle 34 angeordnet ist und mit einem weiteren Festrad verbunden ist, wobei das weitere Festrad mit einem an der ersten Vorgelegewelle 42 angeordneten Losrad kämmt.
  • Das Losrad des Rückwärtsgangzahnradpaars STR kann durch Einlegen eines Rückwärtsgangschaltelements R antriebswirksam mit der ersten Vorgelegewelle 42 verbunden werden. In dem gezeigten Beispiel ist das Rückwärtsgangschaltelement mit dem zweiten Schaltelement B zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst. Es versteht sich, dass das Rückwärtsgangzahnradpaar STR drei Zahnräder umfasst, um eine Drehrichtungsumkehr einzurichten.
  • Mit dem dargestellten Hybridgetriebe 18 ist insbesondere ein elektrodynamisches Anfahren auch rückwärts möglich. Vorteilhafterweise ist das Rückwärtsgangschaltelement auf der ersten Vorgelegewelle 42 angeordnet, da hier ein Ritzeldurchmesser auf der Antriebswelle eine bevorzugte Dimension aufweist.
  • Es versteht sich, dass eine gemeinsame Verzahnung für das Ritzel der ersten Verbrennungsgangstufe V1 und der Rückwärtsgangstufe vorgesehen sein kann. Ein Umschalten zwischen einem elektrodynamischen ersten Anfahrmodus EDA1 vorwärts und einem elektrodynamischen Rückwärtsanfahrmodus ist zugkraftunterbrochen.
  • Ist das Hybridgetriebe 18 mit einer elektrischen Achse kombiniert, kann die zweite elektrische Antriebsmaschine 22 die Zugkraft beim Reversieren stützen. Da in dem gezeigten Beispiel das Verblockungsschaltelement K3 als Einzelschaltelement ausgeführt ist, ist der Rückwärtsgang auch als mechanischer Gang verfügbar.
  • In 8 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 6 gezeigten Ausführungsform ist das Hybridgetriebe 18 der 8 ohne Verbrennungsmaschinenkupplung K0 ausgeführt. Hierdurch ist ein rein elektrisches Fahren in dieser Getriebeanordnung nicht mehr möglich. Jedoch kann durch den Entfall der Verbrennungsmaschinenkupplung ein Aktor sowie Bauraum eingespart werden.
  • In 9 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 6 gezeigten Ausführungsform ist das zweite Schaltelement B an der zweiten Getriebeantriebswelle 36 angeordnet. Folglich sind das Festrad und das Losrad des zweiten Zahnradpaares ST2 vertauscht, sodass das Festrad an der ersten Vorgelegewelle 42 und das Losrad an der zweiten Getriebeantriebswelle 36 angeordnet ist. Es versteht sich, dass ein derartiger Tausch auch für das Doppelschaltelement CA sowie die dem Doppelschaltelement CA zugeordneten Zahnradpaare ST1, ST2 denkbar ist.
  • In 10 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 4 gezeigten Ausführungsform ist der Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes RS2 unter dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes RS2 hindurchgeführt. Hierdurch kann das erste Teilgetriebe mit dem ersten Zahnradpaar ST1 und dem dritten Zahnradpaar ST3 auch als Vollwelle ausgeführt werden. Das ermöglicht kleinere Ritzeldurchmesser. Ferner kann sich eine getauschte Anordnung der Stirnräder auch günstig auf die Bauraumverhältnisse auswirken.
  • In 11 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 10 gezeigten Ausführungsform sind das erste Zahnradpaar ST1 und das dritte Zahnradpaar ST3 getauscht. Es versteht sich, dass, sofern ein weiteres Zahnradpaar im zweiten Teilgetriebe vorhanden ist, auch dieses Zahnradpaar durchgetauscht werden kann.
  • In 12 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 11 gezeigten Ausführungsform ist eine mechanische Rückwärtsgangstufe durch ein Rückwärtsgangzahnradpaar STR vorgesehen, wobei das erste Zahnradpaar ST1 und das Rückwärtsgangzahnradpaar STR ein gemeinsames Festrad auf der zweiten Getriebeantriebswelle 36 aufweisen.
  • In dem gezeigten Beispiel sind das zweite Schaltelement B und das Rückwärtsgangschaltelement R mit einer verteilten Schaltgabel ausgeführt und folglich mit einem Aktor schaltbar. Das Rückwärtsgangzahnradpaar STR und das erste Zahnradpaar ST1 sind am Rand des Hybridgetriebes 18 angeordnet. Das bietet Vorteile hinsichtlich der Modularität des Getriebes.
  • Eine Variante mit und ohne Rückwärtsgang am Rand des Hybridgetriebes 18 ist einfacher umzusetzen als eine Variante, bei der das Rückwärtsgangzahnradpaar STR zwischen den Teilgetrieben angeordnet ist.
  • In 13 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 4 gezeigten Ausführungsform ist die erste elektrische Antriebsmaschine 14 als achsparallele Antriebsmaschine ausgebildet und mit einem Zahnrad bzw. einer Räderkette antriebswirksam mit der zweiten Getriebeeingangswelle 30 verbunden.
  • In 14 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 13 gezeigten Ausführungsform ist die erste elektrische Antriebsmaschine 14 mittels einer Kette antriebswirksam mit der zweiten Getriebeeingangswelle 30 verbunden. Die Ausführung der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 als achsparallele elektrische Antriebsmaschine, wie in 13 und 14 gezeigt, kann aus Bauraumgründen sinnvoll sein.
  • In 15 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 14 gezeigten Ausführungsform sind der erste Planetenradsatz RS1 und der zweite Planetenradsatz RS2 geschachtelt ausgeführt. Das ist insbesondere möglich, da das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes RS1 mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes RS2 und der Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes RS1 mit dem Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes RS2 gekoppelt ist. Es versteht sich, dass eine geeignete Standübersetzung für die zwei Planetenradsätze RS1 und RS2 gewählt werden sollte.
  • In 16 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 13 gezeigten Ausführungsform ist das Verblockungsschaltelement K3 zwischen dem zweiten Planetenradsatz RS2 und dem zweiten Zahnradpaar ST2 angeordnet.
  • Ferner ist das Hybridgetriebe 18 sozusagen gespiegelt. Dabei sind die Planetenradsätze RS1 und RS2 und die Anbindung der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 am Getriebeende angeordnet. Das Getriebeende ist vorliegend als die der Anbindungsstelle der Verbrennungsmaschine 16 gegenüberliegende Seite des Hybridgetriebes 18 anzusehen. Hierbei sind insbesondere die erste Getriebeantriebswelle 34 und die zweite Getriebeantriebswelle 36 als Hohlwellen ausgebildet, wobei die erste Getriebeeingangswelle 28 als Vollwelle ausgebildet ist und innerhalb der ersten Getriebeantriebswelle 34 angeordnet ist.
  • In 17 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 4 gezeigten Ausführungsform ist die erste Vorgelegewelle 42 als Hohlwelle ausgebildet und umgibt die Getriebeabtriebswelle des Getriebeabtriebs 38 zumindest abschnittsweise. Hierbei sind die Endübersetzung und ein Differential des Abtriebs 38 koaxial zur ersten Vorgelegewelle 42 angeordnet.
  • In 18 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 16 gezeigten Ausführungsform ist die erste elektrische Antriebsmaschine 14 als Koaxialmaschine ausgebildet, wobei der erste Planetenradsatz RS1 und der zweite Planetenradsatz RS2 zumindest abschnittsweise axial und/oder radial innerhalb der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 angeordnet sind.
  • Die Verbrennungsmaschine 16 ist als achsparallele Antriebsmaschine ausgebildet und mittels einer Kette antriebswirksam über eine Zwischenwelle 28a und die Verbrennungsmaschinenkupplung K0 mit der ersten Getriebeeingangswelle 28 verbunden. Es versteht sich, dass in der Verbindung zwischen der Verbrennungsmaschine 16 und dem Hybridgetriebe 18 ein Dämpfer vorgesehen sein kann. Im vorliegenden Beispiel ist der Dämpfer an einer Verbrennungsmaschinenachse angeordnet. In dem gezeigten Beispiel sind die Verbrennungsmaschine 16 und die erste elektrische Antriebsmaschine 14 an der gleichen Getriebeseite an das Hybridgetriebe 18 angebunden.
  • In 19 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 4 gezeigten Ausführungsform sind der erste Planetenradsatz RS1 und der zweite Planetenradsatz RS2 am Getriebeende angeordnet. Die erste Getriebeeingangswelle 28 ist als Vollwelle ausgebildet, wobei die erste Getriebeantriebswelle 34 und die zweite Getriebeantriebswelle 36 als Hohlwellen ausgebildet sind und die erste Getriebeeingangswelle 28 zumindest abschnittsweise umgeben.
  • Ferner weist das Hybridgetriebe 18 eine zweite Vorgelegewelle 44 auf, wobei das erste Zahnradpaar ST1 und das dritte Zahnradpaar ST3 eine Doppelradebene bilden, also mit einem gemeinsamen Festrad, das an der ersten Getriebeantriebswelle 34 angeordnet ist, kämmen. Es versteht sich, dass das erste Schaltelement A mit dem dritten Schaltelement C als Doppelschaltelement mit verteilter Schaltgabel ausgeführt werden kann. Eine derartige Anordnung der Zahnradpaare ST1, ST2, ST3 auf zwei Vorgelegewellen 42, 44 kann in axial beschränkten Bauräumen vorteilhaft sein.
  • In 20 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 19 gezeigten Ausführungsform ist eine mechanische Rückwärtsgangstufe vorgesehen. Diese ist im Beispiel dadurch gebildet, dass eine Rückwärtsgangwelle 46 mit zwei Festrädern achsparallel zur zweiten Vorgelegewelle 44 angeordnet ist, wobei ein erstes Festrad der Rückwärtsgangwelle 46 mit dem an der ersten Getriebeantriebswelle 34 angeordneten Festrad der Doppelradebene kämmt. Ferner kämmt ein weiteres an der Rückwärtsgangwelle 46 angeordnetes Festrad mit einem Rückwärtsganglosrad, das an der zweiten Vorgelegewelle 44 angeordnet ist. Das Rückwärtsganglosrad kann durch Einlegen eines Rückwärtsgangschaltelements R antriebswirksam mit der zweiten Vorgelegewelle 44 verbunden werden.
  • Die Erfindung wurde anhand der Zeichnungen und der Beschreibung umfassend beschrieben und erklärt. Die Beschreibung und Erklärung sind als Beispiel und nicht einschränkend zu verstehen. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer genauen Analyse der Zeichnungen, der Offenbarung und der nachfolgenden Patentansprüche.
  • In den Patentansprüchen schließen die Wörter „umfassen“ und „mit“ nicht das Vorhandensein weiterer Elemente oder Schritte aus. Der undefinierte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt nicht das Vorhandensein einer Mehrzahl aus. Ein einzelnes Element oder eine einzelne Einheit kann die Funktionen mehrerer der in den Patentansprüchen genannten Einheiten ausführen. Die bloße Nennung einiger Maßnahmen in mehreren verschiedenen abhängigen Patentansprüchen ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht ebenfalls vorteilhaft verwendet werden kann. Bezugszeichen in den Patentansprüchen sind nicht einschränkend zu verstehen.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Kraftfahrzeug
    12
    Kraftfahrzeugantriebsstrang
    14
    erste elektrische Antriebsmaschine
    16
    Verbrennungsmaschine
    18
    Hybridgetriebe
    22
    zweite elektrische Antriebsmaschine
    24
    optionales Getriebe
    26
    Energiespeicher
    28
    erste Getriebeeingangswelle
    28a
    Zwischenwelle
    30
    zweite Getriebeeingangswelle
    32
    Vier-Wellensystem
    34
    erste Getriebeantriebswelle
    36
    zweite Getriebeantriebswelle
    38
    Abtrieb
    40
    Schaltmatrix
    42
    erste Vorgelegewelle
    44
    zweite Vorgelegewelle
    46
    Rückwärtsgangwelle
    R
    Rückwärtsgangschaltelement
    ST1
    erstes Zahnradpaar
    ST2
    zweites Zahnradpaar
    ST3
    drittes Zahnradpaar
    STR
    Rückwärtsgangzahnradpaar
    K0
    Verbrennungsmaschinenkupplung
    K3
    Verblockungsschaltelement
    A
    erstes Schaltelement
    B
    zweites Schaltelement
    C
    drittes Schaltelement
    VZ, V1-V4, E1-E3, EZ1, EZ2
    Gangstufen
    EDX1-EDX3
    elektrodynamische Überlagerungszustände
  • 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 102008032320 A1 [0006]

Claims (15)

  1. Hybridgetriebe (18) für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) eines Kraftfahrzeugs (10), mit: einer ersten Getriebeeingangswelle (28) zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer Verbrennungsmaschine (16) des Kraftfahrzeugs; einer zweiten Getriebeeingangswelle (30) zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer ersten elektrischen Antriebsmaschine (14) des Kraftfahrzeugs; einem Vier-Wellensystem (32), das mit der ersten Getriebeeingangswelle und der zweiten Getriebeeingangswelle verbunden ist; einer ersten Getriebeantriebswelle (34) für ein erstes Teilgetriebe, die mit dem Vier-Wellensystem verbunden ist; einer zweiten Getriebeantriebswelle (36) für ein zweites Teilgetriebe, die mit dem Vier-Wellensystem verbunden ist; einer ersten Vorgelegewelle (42); in mehreren Radsatzebenen angeordneten Zahnradpaaren (ST1, ST2, ST3, STR) aus Losrädern und Festrädern zum Bilden von Gangstufen; mehreren Gangschaltvorrichtungen mit Schaltelementen (A, B, C, K3) zum Einlegen der Gangstufen; und einem Abtrieb (38) zum Übertragen von Antriebsleistung aus dem Hybridgetriebe, wobei mit dem Vier-Wellensystem ein elektrodynamischer Überlagerungszustand einrichtbar ist, der mit jedem Zahnradpaar des ersten Teilgetriebes und/oder jedem Zahnradpaar des zweiten Teilgetriebes kombinierbar ist.
  2. Hybridgetriebe (18) nach Anspruch 1, wobei das Vier-Wellensystem (32) einen ersten Planetenradsatz (RS1) und einen zweiten Planetenradsatz (RS2) mit jeweils drei Planetenradsatzelementen umfasst; ein Planetenradsatzelement des ersten Planetenradsatzes mit der ersten Getriebeeingangswelle antriebswirksam verbunden ist; ein Planetenradsatzelement des ersten Planetenradsatzes und ein Planetenradsatzelement des zweiten Planetenradsatzes mit der zweiten Getriebeeingangswelle antriebswirksam verbunden sind; ein Planetenradsatzelement des ersten Planetenradsatzes und ein Planetenradsatzelement des zweiten Planetenradsatzes mit der ersten Getriebeantriebswelle antriebswirksam verbunden sind, und ein Planetenradsatzelement des zweiten Planetenradsatzes mit der zweiten Getriebeantriebswelle antriebswirksam verbunden ist.
  3. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Verblockungsschaltelement (K3) der Schaltelemente zum Verblocken des Vier-Wellensystems (32) ausgebildet ist.
  4. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einer mechanischen Rückwärtsgangstufe, wobei besonders bevorzugt ein Zahnrad des Hybridgetriebes mit einem Zahnrad für eine Vorwärtsgangstufe und einem Zahnrad für eine Rückwärtsgangstufe kämmt.
  5. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Vier-Wellensystem (32) einen ersten Planetenradsatz (RS1) und einen zweiten Planetenradsatz (RS2) umfasst, die ineinander geschachtelt sind.
  6. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Vorgelegewelle (42) als Hohlwelle ausgebildet ist und eine Abtriebswelle des Abtriebs zumindest abschnittsweise umgibt.
  7. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einer zweiten Vorgelegewelle (44), wobei ein Zahnrad des ersten Teilgetriebes und/oder ein Zahnrad des zweiten Teilgetriebes mit einem Zahnrad auf der ersten Vorgelegewelle (42) und einem Zahnrad auf der zweiten Vorgelegewelle kämmt; und vorzugsweise mit einem an einer Rückwärtsgangwelle (46) angeordneten Rückwärtsgangzahnrad kämmt, wobei die Rückwärtsgangwelle ein weiteres Rückwärtsgangzahnrad aufweist, das mit einem Zahnrad der zweiten Vorgelegewelle kämmt.
  8. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schaltelemente (A, B, C, K3) als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet sind; und/oder zwei der Schaltelemente als Doppelschaltelement ausgebildet sind und von einem doppeltwirkenden Aktor betätigbar sind.
  9. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Gangfolge des Hybridgetriebes alternierend Verblockungsgänge und leistungsverzweigte Gangstufen umfasst, um alle Gangstufen im Hybridgetriebe zugkraftunterbrechungsfrei schaltbar auszuführen.
  10. Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) für ein Kraftfahrzeug (10), mit: einem Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche; einer Verbrennungsmaschine (16), die mit der ersten Getriebeeingangswelle (28) verbindbar ist; und einer ersten elektrischen Antriebsmaschine (14), die mit der zweiten Getriebeeingangswelle (30) antriebswirksam verbunden ist.
  11. Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach Anspruch 10, wobei die erste elektrische Antriebsmaschine (14) als Koaxialmaschine ausgebildet ist; und der erste Planetenradsatz (RS1) und der zweite Planetenradsatz (RS2) axial und/oder radial innerhalb der ersten elektrischen Antriebsmaschine angeordnet sind.
  12. Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Verbrennungsmaschine (16) achsparallel zum Hybridgetriebe angeordnet ist und mittels einer Kette oder einer Zahnradkette antriebswirksam mit einer Zwischenwelle (28a) verbunden ist, die durch Schließen einer Verbrennungsmaschinenkupplung mit der ersten Getriebeeingangswelle (28) verbindbar ist.
  13. Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die erste elektrische Antriebsmaschine (14) als Startergenerator zum Starten der Verbrennungsmaschine (16) ansteuerbar ist; und/oder als Ladegenerator zum Laden eines Energiespeichers (26) ansteuerbar ist.
  14. Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei der Abtrieb (38) des Hybridgetriebes (18) mit einer ersten Kraftfahrzeugachse antriebswirksam verbindbar ist und eine zweite Kraftfahrzeugachse eine elektrische Achse mit einer zweiten elektrischen Antriebsmaschine (22) umfasst.
  15. Kraftfahrzeug (10) mit: einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach einem der Ansprüche 11 bis 14; und einem Energiespeicher (26) zum Speichern von Energie zum Versorgen der ersten elektrischen Antriebsmaschine (14) und vorzugsweise der zweiten elektrischen Antriebsmaschine (22).
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