DE102021205933A1 - Hybridgetriebe mit lastschaltbarem Elektrogang - Google Patents

Hybridgetriebe mit lastschaltbarem Elektrogang Download PDF

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English (en)
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Stefan Beck
Martin Brehmer
Matthias Horn
Fabian Kutter
Thomas Martin
Juri Pawlakowitsch
Michael Wechs
Johannes Kaltenbach
Oliver BAYER
Max Bachmann
Peter Ziemer
Thomas Kroh
Ingo Pfannkuchen
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ZF Friedrichshafen AG
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    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/42—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
    • B60K6/48—Parallel type
    • B60K2006/4825—Electric machine connected or connectable to gearbox input shaft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
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    • B60K6/48—Parallel type
    • B60K2006/4833—Step up or reduction gearing driving generator, e.g. to operate generator in most efficient speed range
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/02—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion
    • F16H3/08—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts
    • F16H2003/0811—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts using unsynchronised clutches
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
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    • F16H3/02—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion
    • F16H3/08—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts
    • F16H3/087—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears
    • F16H3/093—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears with two or more countershafts
    • F16H2003/0931—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears with two or more countershafts each countershaft having an output gear meshing with a single common gear on the output shaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H3/093—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears with two or more countershafts
    • F16H2003/0933—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears with two or more countershafts with coaxial countershafts
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybridgetriebe (18) für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) eines Kraftfahrzeugs (10), mit: einer ersten Getriebeeingangswelle (22) für ein erstes Teilgetriebe zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer Verbrennungsmaschine (16) des Kraftfahrzeugs; einer zweiten Getriebeeingangswelle (24) für ein zweites Teilgetriebe zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer ersten elektrischen Antriebsmaschine (14) des Kraftfahrzeugs; einer ersten Vorgelegewelle (26); in mehreren Radsatzebenen angeordneten Losrädern und Festrädern zum Bilden von Gangstufen; mehreren Gangschaltvorrichtungen mit Schaltelementen (A, B, C, D, E, F, K3) zum Einlegen der Gangstufen; und einer Getriebebremse (30) zum Synchronisieren des Getriebes, wobei ein Verbindungschaltelement (K3) der Schaltelemente zum antriebswirksamen Verbinden der ersten Getriebeeingangswelle und der zweiten Getriebeeingangswelle ausgebildet ist; und ein Schaltelement der Gangschaltvorrichtungen ein Reibschaltelement umfasst, um eine lastschaltbare Schaltung zwischen wenigstens zwei elektrischen Gangstufen zu ermöglichen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybridgetriebe, einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang mit einem solchen Hybridgetriebe, ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs.
  • 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.
  • Aus der Offenlegungsschrift US 2017 129 323 ist ein Hybridgetriebe für ein Kraftfahrzeug bekannt mit einer Verbrennungsmaschine und einer elektrischen Antriebsmaschine. Das Hybridgetriebe umfasst zwei konzentrische Eingangswellen, die mit der Kurbelwelle der Verbrennungsmaschine und einer Hauptwelle der elektrischen Antriebsmaschine verbunden sind. Das Hybridgetriebe umfasst ferner ein Differential, das mit den Rädern des Kraftfahrzeugs wirkverbunden ist. Die Verbrennungsmaschine ist an einem der Anbindungsseite der elektrischen Antriebsmaschine gegenüberliegenden Ende am Hybridgetriebe angeordnet.
  • Vor diesem Hintergrund stellt sich einem Fachmann die Aufgabe ein kompaktes Hybridgetriebe zu schaffen. Insbesondere soll ein Hybridgetriebe geschaffen werden mit mehreren elektrischen Gangstufen, wobei wenigstens zwei elektrische Gangstufen lastschaltbar sind.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Hybridgetriebe für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit:
    • einer ersten Getriebeeingangswelle für ein erstes Teilgetriebe zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer Verbrennungsmaschine des Kraftfahrzeugs;
    • einer zweiten Getriebeeingangswelle für ein zweites Teilgetriebe zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer ersten elektrischen Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs;
    • einer ersten Vorgelegewelle;
    • in mehreren Radsatzebenen angeordneten Losrädern und Festrädern zum Bilden von Gangstufen;
    • mehreren Gangschaltvorrichtungen mit Schaltelementen zum Einlegen der Gangstufen; und
    • einer Getriebebremse zum Synchronisieren des Getriebes, wobei
    • ein Verbindungschaltelement der Schaltelemente zum antriebswirksamen Verbinden der ersten Getriebeeingangswelle und der zweiten Getriebeeingangswelle ausgebildet ist; und
    • ein Schaltelement der Gangschaltvorrichtungen ein Reibschaltelement umfasst, um eine lastschaltbare Schaltung zwischen wenigstens zwei elektrischen Gangstufen zu ermöglichen.
  • Die obige Aufgabe wird ferner gelöst von einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, 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 zudem gelöst von einem Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs wie zuvor definiert.
  • Die obige Aufgabe wird schließlich gelöst durch ein Kraftfahrzeug mit einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang wie zuvor definiert und einem Energiespeicher zum Speichern von Energie zum Versorgen der ersten elektrischen Antriebsmaschine und/oder 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, das Kraftfahrzeug sowie das Verfahren entsprechend den für das Hybridgetriebe in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Ausgestaltungen ausgeführt sein.
  • Durch ein Verbindungsschaltelement kann bei einer hohen Kompaktheit eine hohe Funktionalität und insbesondere eine hohe Anzahl an Gangstufen erreicht werden. Insbesondere können vorzugsweise alle mechanischen Gangstufen für jede der Antriebsmaschinen eingelegt werden. Mittels einer Getriebebremse kann ein schnelles und zuverlässiges Synchronisieren des Getriebes erfolgen. Mittels eines als Reibschaltelement ausgebildeten Schaltelements sind Lastschaltungen zwischen wenigstens zwei Gangstufen möglich. Insbesondere kann sowohl eine Lasthoch- als auch eine Lastrückschaltung erfolgen.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Getriebebremse ein Reibschaltelement oder eine zweite elektrische Antriebsmaschine. Durch eine Getriebebremse in Form eines Reibschaltelements kann ein kostengünstiges Hybridgetriebe geschaffen werden. Eine Getriebebremse in Form einer zweiten elektrischen Antriebsmaschine ermöglicht einen generatorischen Betrieb der Getriebebremse. Ferner ermöglicht eine zweite elektrische Antriebsmaschine weitere Funktionalitäten wie einen seriellen Betrieb, ein elektrisches Boosten sowie elektrische Lastschaltungen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Getriebebremse der ersten Getriebeeingangswelle zugeordnet. Hierdurch kann die Getriebebremse hocheffizient wirken, insbesondere da die erste Getriebeeingangswelle vorzugsweise mit der Verbrennungsmaschine wirkverbunden ist. Mittels einer Getriebebremse kann einer Trägheit der Verbrennungsmaschine effizient entgegengewirkt werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die erste Getriebeeingangswelle und die zweite Getriebeeingangswelle koaxial zueinander angeordnet. Ergänzend ist eine der Getriebeeingangswellen, bevorzugt die zweite Getriebeeingangswelle, als Hohlwelle ausgebildet und umgibt zumindest abschnittsweise die andere Getriebeeingangswelle, bevorzugt die erste Getriebeeingangswelle. Hierdurch kann ein kompaktes Hybridgetriebe geschaffen werden. Insbesondere kann eine Kompaktheit sowohl in radialer als auch axialer Richtung verbessert werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Reibschaltelement der Gangschaltvorrichtungen der zweiten Getriebeeingangswelle zugeordnet. Hierdurch kann eine der zweiten Getriebeeingangswelle zugeordnete Gangstufe unter Last geschaltet werden. Insbesondere kann ein hocheffizienter und komfortabler Elektrofahrbetrieb eingerichtet werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die erste Getriebeeingangswelle eine Verbrennungsmaschinenkupplung zum lösbaren antriebswirksamen Verbinden der ersten Getriebeeingangswelle mit der Verbrennungsmaschine. Hierdurch kann ein hocheffizienter Elektrofahrbetrieb in allen Gangstufen eingerichtet werden, da die Verbrennungsmaschine abgekoppelt werden kann und nicht mitgeschleppt werden muss.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Hybridgetriebe eine zweite Vorgelegewelle auf. Ergänzend ist das Reibschaltelement der Gangschaltvorrichtungen der zweiten Vorgelegewelle zugeordnet. Hierdurch kann eine radiale Kompaktheit des Hybridgetriebes weiter verbessert werden. Durch eine Anordnung des Reibschaltelements auf der zweiten Vorgelegewelle kann Bauraum für das Reibschaltelement geschaffen werden und somit das Reibschaltelement größer und effizienter dimensioniert werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kämmt ein gangbildendes Zahnrad der zweiten Getriebeeingangswelle jeweils mit einem Zahnrad auf der ersten Vorgelegewelle und einem Zahnrad auf der zweiten Vorgelegewelle. Vorzugsweise ergänzend kämmt ein gangbildendes Zahnrad der ersten Getriebeeingangswelle jeweils mit einem Zahnrad auf der ersten Vorgelegewelle und einem Zahnrad auf der zweiten Vorgelegewelle. Durch diese sogenannten Doppelradebenen kann die Kompaktheit des Hybridgetriebes weiter verbessert werden. Ferner kann das Hybridgetriebe mit weniger Bauteilen und dadurch gewichtsoptimiert ausgeführt werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das erste Teilgetriebe zwei mechanische Gangstufen, bevorzugt genau drei mechanische Gangstufen, die rein verbrennungsmotorisch betreibbar sind. Ergänzend umfasst das zweite Teilgetriebe drei mechanische Gangstufen, die rein elektromotorisch betreibbar sind. Weiterhin ergänzend sind vorzugsweise alle Gangstufen in einem Hybridbetrieb betreibbar. Hierdurch kann ein kompaktes Hybridgetriebe mit einer hohen Funktionalität geschaffen werden. Insbesondere können für jede der Antriebsmaschinen ausreichend Gangstufen bereitgestellt werden, sodass die Antriebsmaschinen in einem bevorzugten Bereich betrieben werden können.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind wenigstens fünf Schaltelemente, bevorzugt genau sechs Schaltelemente, als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet. Ergänzend oder alternativ sind wenigstens zwei der Schaltelemente als Doppelschaltelement ausgebildet und von einem doppeltwirkenden Aktor betätigbar. Durch Doppelschaltelemente kann die Ansteuerung bei Gangwechseln vereinfacht sein. Zudem kann die Anzahl der zur Steuerung des Hybridgetriebes benötigten Aktoren geringgehalten werden. Das Hybridgetriebe hat einen geringen Bauaufwand. Formschlüssige Schaltelemente erlauben ein hocheffizientes und kostengünstiges Hybridgetriebe.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang eine Getriebebremse in Form einer zweiten elektrischen Antriebsmaschine, wobei die zweite elektrische Antriebsmaschine als Generator für einen seriellen Fahrbetrieb ansteuerbar ist. Die zweite elektrische Antriebsmaschine ist ergänzend oder alternativ als Antriebsmittel für eine Schuberhöhung ansteuerbar und/oder als Stützkraftmittel für rein elektrische Lastschaltungen ansteuerbar. Hierdurch kann die Funktionalität des Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs erhöht werden. Insbesondere kommt der zweiten elektrischen Antriebsmaschine eine Doppelfunktion zu. Die zweite elektrische Antriebsmaschine dient sowohl als Getriebebremse als auch zum Einrichten eines seriellen Fahrbetriebs, zum Einrichten einer Schuberhöhung in Form eines Elektroboosts oder als Stützkraftmittel, um in einem rein elektrischen Fahrmodus Lastschaltungen zu ermöglichen.
  • 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 Antriebsstrang effizient betrieben werden. Insbesondere ist ein sogenanntes Standladen möglich. Der Kraftstoffverbrauch kann reduziert werden. Vorzugsweise kann auf einen zusätzlichen Anlasser für die Verbrennungsmaschine verzichtet werden.
  • 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 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 „antriebswirksam verbunden“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine nicht schaltbare Verbindung zwischen zwei Bauteilen verstanden werden, welche zu einer permanenten Übertragung einer Drehzahl, eines Drehmoments und/oder einer Antriebsleistung vorgesehen ist. Die Verbindung kann dabei sowohl direkt oder über eine Festübersetzung erfolgen. Die Verbindung kann beispielsweise über eine feste Welle, eine Verzahnung, insbesondere eine Stirnradverzahnung und/oder ein Umschlingungsmittel, insbesondere ein Zugmittelgetriebe, erfolgen.
  • Unter „antriebswirksam verbindbar“, „kann antriebswirksam verbunden werden“ oder „ist zum antriebswirksamen Verbinden ausgebildet“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein schaltbares Verbinden zwischen zwei Bauteilen verstanden werden, welches in einem geschlossenen Zustand zu einer temporären Übertragung einer Drehzahl, eines Drehmoments und/oder einer Antriebsleistung vorgesehen ist. In einem geöffneten Zustand überträgt das schaltbare Verbinden vorzugsweise temporär im Wesentlichen keine Drehzahl, kein Drehmoment und/oder keine Antriebsleistung.
  • 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 von 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 Verbrennungsmaschinendrehzahl und elektrischer Antriebsmaschinendrehzahl 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 Verbrennungsmaschinendrehzahl und elektrischer Antriebsmaschinendrehzahl 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 Kraftfahrzeug-Antriebsstrang;
    • 2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 3 schematisch die Schaltzustände des Hybridgetriebes gemäß der 2;
    • 4 eine weitere Variante eines 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 schematisch die Schaltzustände des Hybridgetriebes gemäß der 8;
    • 10 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes; und
    • 11 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes.
  • In 1 ist schematisch ein Kraftfahrzeug 10 mit einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 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. Es versteht sich, dass auch eine Verbindung mit einer Hinterachse des Kraftfahrzeugs 10 möglich ist. Mittels des Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs 12 wird Antriebsleistung der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 und/oder der Verbrennungsmaschine 16 den Rädern des Kraftfahrzeugs 10 zugeführt. Das Kraftfahrzeug 10 weist ferner einen Energiespeicher 20 auf, um Energie zu speichern, die zum Versorgen der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 dient.
  • In 2 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Hybridgetriebe 18 gezeigt. Die nicht gezeigte Verbrennungsmaschine kann mittels der ersten Getriebeeingangswelle 22 antriebswirksam mit dem Hybridgetriebe 18 verbunden werden. Die erste Getriebeeingangswelle 22 ist als Vollwelle ausgebildet.
  • Die erste elektrische Antriebsmaschine 14 ist in dem gezeigten Beispiel durch kämmenden Eingriff mit einem gangbildenden Zahnrad mit einer zweiten Getriebeeingangswelle 24 verbunden. Die zweite Getriebeeingangswelle 24 ist als Hohlwelle ausgebildet und umgibt zumindest abschnittsweise die erste Getriebeeingangswelle 22. Das Hybridgetriebe 18 umfasst ferner eine erste Vorgelegewelle 26 und eine zweite Vorgelegewelle 28.
  • Das von der Anbindungsseite der nicht gezeigten Verbrennungsmaschine 16 aus gesehen an zweiter Stelle an der zweiten Getriebeeingangswelle 24 angeordnete Festrad ist Teil einer Doppelradebene, die ein erstes Zahnradpaar ST1 und ein zweites Zahnradpaar ST2 umfasst, wobei das Losrad des ersten Zahnradpaares ST1 an der ersten Vorgelegewelle 26 angeordnet ist und durch Einlegen eines ersten Schaltelements A antriebswirksam mit dieser verbindbar ist. Das Losrad des zweiten Zahnradpaares ST2 ist an der zweiten Vorgelegewelle 28 angeordnet und mittels eines zweiten Schaltelements B in Form eines Reibschaltelements antriebswirksam mit der zweiten Vorgelegewelle 28 verbindbar.
  • An der zweiten Vorgelegewelle 28 sind zwei Festräder angeordnet. Von der Anbindungsseite der nicht gezeigten Verbrennungsmaschine 16 aus gesehen ist das erste an der zweiten Getriebeeingangswelle 24 angeordnete Festrad Teil eines dritten Zahnradpaars ST3, wobei das zu dem dritten Zahnradpaar ST3 gehörige Losrad an der ersten Vorgelegewelle 26 angeordnet ist und mittels eines dritten Schaltelements C antriebswirksam mit dieser verbindbar ist.
  • An der ersten Getriebeeingangswelle 22 ist von der Anbindungsseite der nicht gezeigten Verbrennungsmaschine 16 aus gesehen das erste Zahnrad als Losrad ausgebildet und in Eingriff mit einem auf der ersten Vorgelegewelle 26 angeordneten Festrad. Diese Zahnräder bilden ein fünftes Zahnradpaar ST5, wobei das an der ersten Getriebeeingangswelle 22 angeordnete Losrad durch Einlegen eines fünften Schaltelements E antriebswirksam mit der ersten Getriebeeingangswelle 22 verbindbar ist.
  • Das von der Verbrennungsmaschinenanbindungsseite aus gesehen zweite und dritte Zahnrad der ersten Getriebeeingangswelle 22 ist jeweils als Festrad ausgebildet und kämmt mit jeweils einem an der ersten Vorgelegewelle 26 angeordneten Losrad. Hierdurch wird ein viertes Zahnradpaar ST4 und ein sechstes Zahnradpaar ST6 gebildet.
  • Das an der ersten Vorgelegewelle 26 angeordnete Losrad des vierten Zahnradpaares ST4 ist durch Einlegen eines vierten Schaltelements D und das an der ersten Vorgelegewelle 26 angeordnete Losrad des sechsten Zahnradpaars ST6 ist durch Einlegen eines sechsten Schaltelements F antriebswirksam mit der ersten Vorgelegewelle 26 verbindbar.
  • Das an der ersten Getriebeeingangswelle 22 angeordnete Festrad des sechsten Zahnradpaares ST6 ist zudem in Eingriff mit einem weiteren Zahnrad, das antriebswirksam mit einer Getriebebremse 30 verbunden ist. Die Getriebebremse 30 umfasst in dem gezeigten Beispiel ein Reibelement, um die antriebswirksam mit der Getriebebremse verbundenen Wellen, insbesondere die erste Getriebeeingangswelle 22, zu bremsen. Das Reibschaltelement der Getriebebremse 30 weist zur Getriebemitte hin.
  • Die erste Vorgelegewelle 26 und die zweite Vorgelegewelle 28 sind in Eingriff mit einem Abtrieb 32 der vorzugsweise ein Differential umfasst.
  • Das dritte Schaltelement C und das erste Schaltelement A, sowie das vierte Schaltelement D und das sechste Schaltelement F sind jeweils zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst.
  • Das Hybridgetriebe 18 umfasst ferner ein Verbindungsschaltelement K3 zum antriebswirksamen Verbinden der ersten Getriebeeingangswelle 22 und der zweiten Getriebeeingangswelle 24. Das Verbindungsschaltelement K3 und das fünfte Schaltelement E sind zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst.
  • Die mittels der ersten Getriebeeingangswelle 22 mit Antriebsleistung beaufschlagbaren Gangstufen bilden ein erstes Teilgetriebe TG1. Die mittels der zweiten Getriebeeingangswelle 24 mit Antriebsmoment beaufschlagbaren Gangstufen bilden ein zweites Teilgetriebe TG2. Insofern verbindet das Verbindungsschaltelement K3 auch die beiden Teilgetriebe TG1, TG2 antriebswirksam miteinander.
  • Das erste Teilgetriebe TG1 kann folglich mit der Verbrennungsmaschine 16 wirkverbunden werden, wobei das zweite Teilgetriebe TG2 mit der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 wirkverbunden ist.
  • Das erste Teilgetriebe TG1 weist mehrere Gangstufen auf, die rein verbrennungsmotorisch verwendet werden können, sofern das Verbindungsschaltelement K3 geöffnet ist. Das zweite Teilgetriebe TG2 weist ebenfalls mehrere Gangstufen auf, die rein elektromotorisch gefahren werden können, sofern das Verbindungsschaltelement K3 geöffnet ist.
  • Das Hybridgetriebe 18 weist zumindest drei elektrische Gangstufen auf, wobei der zweite elektrische Gang über das zweite Schaltelement B in Form eines Reibschaltelements bzw. einer Reibkupplung lastschaltbar ausgeführt ist. Die erste und die dritte elektrische Gangstufe werden jeweils über ein Klauenschaltelement betätigt. Das zweite Teilgetriebe TG2 weist eine zentrale Synchronisationseinheit auf, die in dem gezeigten Beispiel als Getriebebremse 30 umfassend ein Reibelement ausgeführt ist.
  • In 3 sind schematisch die Schaltzustände des Hybridgetriebes 18 gemäß der 2 in einer Schaltmatrix 34 gezeigt.
  • In der ersten Spalte der Schaltmatrix 34 sind die Verbrennungsgangstufen V1 bis V4 der Verbrennungsmaschine 16 sowie drei Elektrogangstufen E1 bis E3 gezeigt.
  • In der zweiten bis achten Spalte sind die Schaltzustände des ersten bis sechsten Schaltelements A bis F sowie des Verbindungsschaltelements K3 gezeigt, wobei ein „X“ bedeutet, dass das jeweilige Schaltelement geschlossen ist, also die zugeordneten Getriebebauteile antriebswirksam miteinander verbindet. Sofern kein Eintrag vorhanden ist, ist davon auszugehen, dass das entsprechende Schaltelement offen ist, also keine Antriebsleistung überträgt. Sofern das „X“ in Klammern dargestellt ist, handelt es sich um eine Option, bei der das Verbindungsschaltelement K3 geschlossen werden kann, um die erste elektrische Antriebsmaschine 14 in einer verbrennungsmotorischen Gangstufe mitzuschleppen oder Antriebsleistung von der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 in dieser Gangstufe zu übertragen.
  • Zum Einrichten einer ersten Verbrennungsgangstufe V1 ist das erste Schaltelement A sowie das Verbindungsschaltelement K3 zu schließen.
  • Eine zweite Verbrennungsgangstufe V2 ist durch Schließen des vierten Schaltelements D einrichtbar. In der zweiten Verbrennungsgangstufe V2 kann die erste elektrische Antriebsmaschine 14 mitgeschleppt werden, falls das Verbindungsschaltelement K3 geschlossen wird. Das Mitschleppen und auch das Schließen des Verbindungsschaltelements K3 ist in dieser Gangstufe optional.
  • Ein Schließen des fünften Schaltelements E richtet eine dritte Verbrennungsgangstufe V3 ein.
  • Eine vierte Verbrennungsgangstufe V4 kann durch Schließen des sechsten Schaltelements F eingerichtet werden. In der vierten Verbrennungsgangstufe V4 kann optional die erste elektrische Antriebsmaschine 14 mitgeschleppt werden. Hierfür ist das Verbindungsschaltelement K3 zu schließen.
  • Eine erste Elektrogangstufe E1 kann durch Schließen des ersten Schaltelements A eingerichtet werden.
  • Eine zweite Elektrogangstufe E2 kann durch Schließen des zweiten Schaltelements B eingerichtet werden.
  • Ein Schließen des dritten Schaltelements C richtet eine dritte Elektrogangstufe E3 ein.
  • In 4 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführungsform umfasst die Getriebebremse 30 eine zweite elektrische Antriebsmaschine 36.
  • In dem gezeigten Beispiel ist die zweite elektrische Antriebsmaschine 36 achsparallel zu der ersten Getriebeeingangswelle 22 und der zweiten Getriebeeingangswelle 24 angeordnet. Es versteht sich, dass ebenfalls eine koaxiale zweite elektrische Antriebsmaschine 36 denkbar ist. Eine Getriebebremse 30 ermöglicht ein Synchronisieren der Schaltelemente, die derselben Getriebewelle wie die Getriebebremse 30 zugeordnet sind. In dem gezeigten Beispiel ist die Getriebebremse 30 der ersten Getriebeeingangswelle 22 zugeordnet und kann folglich beim Synchronisieren des vierten Schaltelements D, des fünften Schaltelements E, des sechsten Schaltelements F oder des Verbindungsschaltelements K3 unterstützen. Zum Synchronisieren bremst die Getriebebremse 30 die erste Getriebeeingangswelle 22 ab. Durch den Einsatz der Getriebebremse 30 kann folglich auf synchronisierte Schaltelemente verzichtet werden. Es können Klauenschaltelemente zum Einsatz kommen.
  • Neben diesen Funktionen kann eine zweite elektrische Antriebsmaschine 36 als Getriebebremse 30 einen seriellen Betrieb ermöglichen, bei dem die zweite elektrische Antriebsmaschine 36 als Generator betrieben wird und die so erzeugte Energie der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 zur Verfügung gestellt wird, um Antriebsleistung in das zweite Teilgetriebe TG2 einzubringen. Ferner kann ein sogenanntes „elektrisches Boosten“ erfolgen, indem die zweite elektrische Antriebsmaschine 36 als Antriebsmittel für eine Schuberhöhung ansteuerbar ist. Die zweite elektrische Antriebsmaschine 36 kann ferner als Stützkraftmittel für rein elektrische Lastschaltungen verwendet werden. Ferner kann mittels der zweiten elektrischen Antriebsmaschine 36 die Verbrennungsmaschine 16 gestartet werden.
  • In 5 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 4 gezeigten Ausführungsform umfasst die erste Getriebeeingangswelle 22 eine Verbrennungsmaschinenkupplung K0. Die Verbrennungsmaschinenkupplung K0 ist vorzugsweise als Reibschaltelement oder Reib-element ausgebildet, sodass ein Anfahren mit der Verbrennungsmaschine 16 möglich ist. Ferner ermöglicht eine Verbrennungsmaschinenkupplung K0 einen sogenannten Schwungstart der Verbrennungsmaschine 16, bei der die Verbrennungsmaschine 16 während der Fahrt gestartet bzw. zugeschaltet werden kann. Ferner kann die Verbrennungsmaschine 16 vom Hybridgetriebe 18 abgekoppelt werden, sodass ein hocheffizienter rein elektrischer Fahrbetrieb mittels der beiden elektrischen Antriebsmaschinen 14, 36 einrichtbar ist.
  • In 6 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführungsform ist die Getriebebremse 30 koaxial zur ersten Getriebeeingangswelle 22 angeordnet und mit dieser verbunden. Das Losrad des sechsten Zahnradpaares ST6 ist auf der zweiten Vorgelegewelle 28 angeordnet und bildet zusammen mit dem vierten Zahnradpaar ST4 eine Doppelradebene, wobei ein auf der ersten Getriebeeingangswelle 22 angeordnetes Festrad sowohl mit einem Losrad auf der ersten Vorgelegewelle 26 als auch mit einem Losrad auf der zweiten Vorgelegewelle 28 kämmt. Es versteht sich, dass das vierte Schaltelement D und das sechste Schaltelement F jeweils als Einzelschaltelement ausgebildet sind. Durch diese vorteilhafte Anordnung kann axiale Baulänge eingespart werden. Ferner können zwei Zahnräder eingespart werden. Durch die Doppelnutzung eines Festrads auf der ersten Getriebeeingangswelle 22 und die direkte Verbindung der Getriebebremse 30 mit der ersten Getriebeeingangswelle 22 wird jedoch ein Doppelschaltelement aufgelöst und es wird zum Schalten des Getriebes eine weitere Schaltgabel benötigt.
  • In 7 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführungsform ist das Hy-bridgetriebe 18 gemäß der 7 teilweise gespiegelt, wobei die Anbindung des Abtriebs 32 und der nicht gezeigten Verbrennungsmaschine 16 an der identischen Getriebeseite angeordnet ist. Jedoch ist die Anbindung der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 an der dem Abtrieb 32 gegenüberliegenden Getriebeseite angeordnet. Die Zuordnung der einzelnen Zahnräder zu den Antriebswellen bleibt identisch, wobei sich die Reihenfolge der Zahnradpaare ST1 bis ST6 bezüglich der Anbindungsseite der nicht gezeigten Verbrennungsmaschine 16 umkehrt. Durch diese Spiegelung verlängert sich die zweite Vorgelegewelle 28, um eine Verbindung mit dem Abtrieb 32 zu ermöglichen.
  • In 8 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführungsform wurde auf ein Zahnradpaar, insbesondere das fünfte Zahnradpaar ST5 und das zugehörige fünfte Schaltelement E, verzichtet. Dieses Zahnradpaar hat die dritte Verbrennungsgangstufe V3 eingerichtet. Zum Einrichten einer dritten Verbrennungsgangstufe V3 kann im gezeigten Beispiel das dritte Zahnradpaar ST3 mit dem zugehörigen dritten Schaltelement C verwendet werden. Durch die Reduzierung der Zahnradpaare können Kosten sowie Bauraumbedarf eingespart werden. Jedoch führt diese Änderung zu einer eingeschränkten Zuschaltbarkeit der Verbrennungsmaschine 16.
  • In den bisherigen Ausführungsformen, also alle bis auf die in 8 gezeigte, konnte in der ersten Elektrogangstufe E1 die Verbrennungsmaschine in allen Verbrennungsgangstufen V1 bis V4 zugeschaltet werden. In der Elektrogangstufe E2 konnte die Verbrennungsmaschine in der zweiten Verbrennungsgangstufe V2 bis zur vierten Verbrennungsgangstufe V4 zugeschaltet werden. In der dritten Elektrogangstufe konnte die Verbrennungsmaschine 16 in den Gangstufen von der zweiten Verbrennungsgangstufe V2 bis zur vierten Verbrennungsgangstufe V4 zugeschaltet werden.
  • In der in 8 gezeigten Variante kann die Verbrennungsmaschine 16 zur ersten Elektrogangstufe nur in der ersten Verbrennungsgangstufe V1, der zweiten Verbrennungsgangstufe V2 und der vierten Verbrennungsgangstufe V4 zugestartet werden. In der zweiten Elektrogangstufe E2 kann die Verbrennungsmaschine 16 nur in der zweiten Verbrennungsgangstufe V2 und der vierten Verbrennungsgangstufe V4 zugestartet werden. In der dritten Elektrogangstufe E3 kann die Verbrennungsmaschine 16 in der zweiten Verbrennungsgangstufe V2, der dritten Verbrennungsgangstufe V3 und der vierten Verbrennungsgangstufe V4 zugestartet werden.
  • In 9 sind schematisch die Schaltzustände des Hybridgetriebes 18 gemäß der 8 und der 10 in einer Schaltmatrix 38 analog zur Schaltmatrix 34 gemäß der 3 gezeigt. Die Elektrogangstufen schalten sich analog zu der in 3 gezeigten Schaltmatrix 34. Ebenfalls schalten sich die erste Verbrennungsgangstufe V1, die zweite Verbrennungsgangstufe V2 und die vierte Verbrennungsgangstufe V4 analog zu der in 3 gezeigten Schaltmatrix 34. Wie bereits oben beschrieben, kann eine dritte Verbrennungsgangstufe V3 durch Einlegen des dritten Schaltelements C und des Verbindungsschaltelements K3 eingerichtet werden.
  • In 10 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes gezeigt. Im Unterschied zu der in 8 gezeigten Ausführungsform sind die Festräder und Losräder des vierten Zahnradpaars ST4 und sechsten Zahnradpaars ST6 getauscht, sodass die Festräder dieser Zahnradpaare an der ersten Vorgelegewelle 26 angeordnet sind und die entsprechenden Losräder an der ersten Getriebeeingangswelle 22 angeordnet sind. Es versteht sich, dass die entsprechenden Schaltelemente, das vierte Schaltelement D und das sechste Schaltelement F ebenfalls an der ersten Getriebeeingangswelle 22 angeordnet sind und die der ersten Getriebeeingangswelle 22 zugeordneten Losräder antriebswirksam mit dieser verbinden können.
  • In 11 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 10 gezeigten Ausführungsform umfasst das Hybridgetriebe 18 gemäß der 11 nur die erste Vorgelegewelle 26. Mit anderen Worten wurde das Hybridgetriebe 18 um die zweite Vorgelegewelle 28 reduziert. Hierdurch entfällt das zweite Zahnradpaar ST2, wobei mittels des vierten Zahnradpaares ST4 die zweite Elektrogangstufe E2 einrichtbar ist.
  • Folglich umfasst das erste Zahnradpaar ST1 in der gezeigten Ausführungsform zwei Losräder, wobei das der ersten Vorgelegewelle 26 zugeordnete Losrad mittels des ersten Schaltelements A antriebswirksam mit dieser verbindbar ist. Das der zweiten Getriebeeingangswelle 24 zugeordnete Losrad kann mittels des als Reibelement ausgebildeten zweiten Schaltelements B antriebswirksam mit der zweiten Getriebeeingangswelle 24 verbunden werden.
  • In dem gezeigten Beispiel werden die Zahnradpaare wie folgt zum Bilden der Gangstufen genutzt. Das erste Zahnradpaar ST1 wird für die erste Elektrogangstufe E1 und die erste Verbrennungsgangstufe V1 genutzt. Das dritte Zahnradpaar ST3 wird für die dritte Elektrogangstufe E3 und die dritte Verbrennungsgangstufe V3 genutzt. Das vierte Zahnradpaar ST4 wird für die zweite Elektrogangstufe E2 und die zweite Verbrennungsgangstufe V2 genutzt. Das sechste Zahnradpaar ST6 wird für die vierte Verbrennungsgangstufe V4 genutzt.
  • Wie bereits oben beschrieben, können durch die reduzierte Variante gemäß der 11 weiter Kosten und Bauraum eingespart werden, was zu einer eingeschränkten Startbarkeit der nicht gezeigten Verbrennungsmaschine 16 führt. Die Schaltzustände der Ausführungsform gemäß der 11 können der Schaltmatrix 38 gemäß der 9 entnommen werden.
  • In den gezeigten Ausführungsformen werden als Elektrogangstufen die drei mechanischen Gangstufen des zweiten Teilgetriebes TG2 verwendet, die rein elektrisch bei offenem Verbindungsschaltelement K3 verwendet werden können. Durch die Ausführung des zweiten Schaltelements B als Lastschaltelement kann die elektrische Schaltung von der ersten Elektrogangstufe E1 in die zweite Elektrogangstufe E2 lastschaltbar ausgeführt werden, sowohl für Zughoch- als auch Zugrückschaltungen. Ferner ist die Schubrückschaltung von der dritten Elektrogangstufe E3 in die zweite Elektrogangstufe E2 lastschaltbar, was insbesondere für eine Rekuperation vorteilhaft ist.
  • Es versteht sich, dass die erste elektrische Antriebsmaschine 14 direkt koaxial an die zweite Getriebeeingangswelle 24 angebunden werden kann oder achsparallel, beispielsweise über ein Festrad eines Gangs oder ein separates Festrad.
  • Die Getriebebremse 30 ist mit der ersten Getriebeeingangswelle 22 des ersten Teilgetriebes TG1 wirkverbunden. Die Getriebebremse 30 kann koaxial zur ersten Getriebeeingangswelle 22 oder achsparallel über ein Festrad eines Gangs oder ein separates Festrad an die erste Getriebeeingangswelle 22 angebunden sein.
  • 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. Ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs 12 kann beispielsweise in Form eines Computerprogramms realisiert werden, das auf einem Steuergerät für den Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs 12 ausgeführt wird. Ein Computerprogramm kann auf einem nichtflüchtigen Datenträger gespeichert/vertrieben werden, beispielsweise auf einem optischen Speicher oder auf einem Halbleiterlaufwerk (SSD). Ein Computerprogramm kann zusammen mit Hardware und/oder als Teil einer Hardware vertrieben werden, beispielsweise mittels des Internets oder mittels drahtgebundener oder drahtloser Kommunikationssysteme.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Kraftfahrzeug
    12
    Kraftfahrzeug-Antriebsstrang
    14
    erste elektrische Antriebsmaschine
    16
    Verbrennungsmaschine
    18
    Hybridgetriebe
    20
    Energiespeicher
    22
    erste Getriebeeingangswelle
    24
    zweite Getriebeeingangswelle
    26
    erste Vorgelegewelle
    28
    zweite Vorgelegewelle
    30
    Getriebebremse
    32
    Abtrieb
    34
    Schaltmatrix
    36
    zweite elektrische Antriebsmaschine
    38
    Schaltmatrix
    TG1
    erstes Teilgetriebe
    TG2
    zweites Teilgetriebe
    ST1
    erstes Zahnradpaar
    ST2
    zweites Zahnradpaar
    ST3
    drittes Zahnradpaar
    ST4
    viertes Zahnradpaar
    ST5
    fünftes Zahnradpaar
    ST6
    sechstes Zahnradpaar
    TG1
    erstes Teilgetriebe
    TG2
    zweites Teilgetriebe
  • 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
    • US 2017129323 [0006]

Claims (15)

  1. Hybridgetriebe (18) für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) eines Kraftfahrzeugs (10), mit: einer ersten Getriebeeingangswelle (22) für ein erstes Teilgetriebe zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer Verbrennungsmaschine (16) des Kraftfahrzeugs; einer zweiten Getriebeeingangswelle (24) für ein zweites Teilgetriebe zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer ersten elektrischen Antriebsmaschine (14) des Kraftfahrzeugs; einer ersten Vorgelegewelle (26); in mehreren Radsatzebenen angeordneten Losrädern und Festrädern zum Bilden von Gangstufen; mehreren Gangschaltvorrichtungen mit Schaltelementen (A, B, C, D, E, F, K3) zum Einlegen der Gangstufen; und einer Getriebebremse (30) zum Synchronisieren des Getriebes, wobei ein Verbindungschaltelement (K3) der Schaltelemente zum antriebswirksamen Verbinden der ersten Getriebeeingangswelle und der zweiten Getriebeeingangswelle ausgebildet ist; und ein Schaltelement der Gangschaltvorrichtungen ein Reibschaltelement umfasst, um eine lastschaltbare Schaltung zwischen wenigstens zwei elektrischen Gangstufen zu ermöglichen.
  2. Hybridgetriebe (18) nach Anspruch 1, wobei die Getriebebremse (30) ein Reibschaltelement oder eine zweite elektrische Antriebsmaschine (36) umfasst.
  3. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Getriebebremse (30) der ersten Getriebeeingangswelle (22) zugeordnet ist.
  4. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Getriebeeingangswelle (22) und die zweite Getriebeeingangswelle (24) koaxial zueinander angeordnet sind; und eine der Getriebeeingangswellen, bevorzugt die zweite Getriebeeingangswelle, als Hohlwelle ausgebildet ist und die andere Getriebeeingangswelle, bevorzugt die erste Getriebeeingangswelle, zumindest abschnittsweise umgibt.
  5. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Reibschaltelement (B) der Gangschaltvorrichtungen der zweiten Getriebeeingangswelle (24) zugeordnet ist.
  6. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Getriebeeingangswelle (22) eine Verbrennungsmaschinenkupplung (K0) zum lösbaren antriebswirksamen Verbinden der ersten Getriebeeingangswelle mit der Verbrennungsmaschine (16) umfasst.
  7. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Hybridgetriebe eine zweite Vorgelegewelle (28) aufweist und das Reibschaltelement (B) den Gangschaltvorrichtungen der zweiten Vorgelegewelle zugeordnet ist.
  8. Hybridgetriebe (18) nach Anspruch 7, wobei ein gangbildendes Zahnrad der zweiten Getriebeeingangswelle (24) jeweils mit einem Zahnrad auf der ersten Vorgelegewelle (26) und einem Zahnrad auf der zweiten Vorgelegewelle (28) kämmt und vorzugsweise ein gangbildendes Zahnrad der ersten Getriebeeingangswelle jeweils mit einem Zahnrad auf der ersten Vorgelegewelle und einem Zahnrad auf der zweiten Vorgelegewelle kämmt.
  9. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das erste Teilgetriebe zwei mechanische Gangstufen, bevorzugt genau drei mechanische Gangstufen, umfasst, die rein verbrennungsmotorisch betreibbar sind; das zweite Teilgetriebe drei mechanische Gangstufen umfasst, die rein elektromotorisch betreibbar sind; und vorzugsweise alle Gangstufen in einem Hybridbetrieb betreibbar sind.
  10. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei wenigstens fünf Schaltelemente (A, C, D, E, F, K3), bevorzugt genau sechs Schaltelemente, als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet sind; und/oder wenigstens zwei der Schaltelemente als Doppelschaltelement ausgebildet sind und von einem doppeltwirkenden Aktor betätigbar sind.
  11. Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) für ein Kraftfahrzeug (10), mit: einem Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche; einer Verbrennungsmaschine (16), die mit der ersten Getriebeeingangswelle (22) verbindbar ist; und einer ersten elektrischen Antriebsmaschine (14), die mit der zweiten Getriebeeingangswelle (24) antriebswirksam verbunden ist.
  12. Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach Anspruch 11, mit einer Getriebebremse (30) in Form einer zweiten elektrischen Antriebsmaschine (36), wobei die zweite elektrische Antriebsmaschine als Generator für einen seriellen Fahrbetrieb ansteuerbar ist; als Antriebsmittel für eine Schuberhöhung ansteuerbar ist; und/oder als Stützkraftmittel für rein elektrische Lastschaltung ansteuerbar ist.
  13. Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach einem der Ansprüche 11 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 (20) ansteuerbar ist.
  14. Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs (12) nach einem der Ansprüche 11 bis 13.
  15. Kraftfahrzeug (10) mit: einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach einem der Ansprüche 11 bis 13; und einem Energiespeicher (20) zum Speichern von Energie zum Versorgen der ersten elektrischen Antriebsmaschine (14) und/oder der zweiten elektrischen Antriebsmaschine (36).
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