DE102021211237B4 - Dreigang-Hybridgetriebe in Planetenbauweise - Google Patents

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Martin Brehmer
Johannes Kaltenbach
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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
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    • B60K6/22—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 apparatus, components or means specially adapted for HEVs
    • B60K6/26—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 apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the motors or the generators
    • B60K2006/268—Electric drive motor starts the engine, i.e. used as starter motor
    • 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
    • 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
    • B60K6/22—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 apparatus, components or means specially adapted for HEVs
    • B60K6/38—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 apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the driveline clutches
    • B60K2006/381—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 apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the driveline clutches characterized by driveline brakes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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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
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    • 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
    • B60K2006/4833—Step up or reduction gearing driving generator, e.g. to operate generator in most efficient speed range
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • 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
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Abstract

Hybridgetriebe (18) für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) eines Kraftfahrzeugs (10), mit:einem ersten Planetenradsatz (RS1) und einem zweiten Planetenradsatz (RS2);einer ersten Getriebeeingangswelle (24) zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes (18) mit einer Verbrennungsmaschine (16) des Kraftfahrzeugs (10);einer zweiten Getriebeeingangswelle (26) zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes (18) mit einer ersten elektrischen Antriebsmaschine (14) des Kraftfahrzeugs (10);einer Abtriebswelle (28) zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes (18) mit einem Abtrieb (42);mehreren Gangschaltvorrichtungen mit Schaltelementen (A, B, C, D, E, F) zum Schalten von Gangstufen, wobeidie erste Getriebeeingangswelle (24) antriebswirksam mit dem ersten Planetenradsatz (RS1) und/oder mit dem zweiten Planetenradsatz (RS2) verbindbar ist;die zweite Getriebeeingangswelle (26) antriebswirksam mit dem zweiten Planetenradsatz (RS2) und/oder der Abtriebswelle (28) verbindbar ist;die Abtriebswelle (28) antriebswirksam mit dem zweiten Planetenradsatz (RS2) verbunden ist;ein Element des ersten Planetenradsatzes (RS1) festgesetzt ist;eine erste Zwischenwelle (30) antriebswirksam mit dem ersten Planetenradsatz (RS1) und dem zweiten Planetenradsatz (RS2) verbunden ist;mit dem zweiten Planetenradsatz (RS2) ein elektrodynamischer Überlagerungszustand einrichtbar ist; undder Abtrieb (42) ein Differential und eine Differentialwelle umfasst, die als Vollwelle ausgebildet ist und von den Getriebewellen (24, 26, 28, 30) zumindest abschnittsweise umgeben ist;eine axiale Länge der Differentialwelle größer ist als eine axiale Länge der ersten Zwischenwelle (30) und die Differentialwelle die erste Zwischenwelle (30) vollständig durchdringt; unddas Differential antriebswirksam mit der Abtriebswelle (28) verbunden ist.

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 DE 10 2013 215 114 A1 ist ein Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs bekannt, der einen Verbrennungsmotor mit einer Triebwelle, eine als Motor und als Generator betreibbare Elektromaschine mit einem Rotor, ein in Vorgelegebauweise ausgeführtes automatisiertes Schaltgetriebe mit einer Eingangswelle und mindestens einer Ausgangswelle, sowie ein in Planetenbauweise ausgebildetes Überlagerungsgetriebe mit zwei Eingangselementen und einem Ausgangselement aufweist. Bei diesem Hybridantrieb ist vorgesehen, dass das Überlagerungsgetriebe koaxial über einem freien Ende der Ausgangswelle angeordnet ist, und dass das erste Eingangselement des Überlagerungsgetriebes drehfest mit einer koaxial über der Ausgangswelle angeordneten Hohlwelle verbunden ist, die zur Ankopplung des Verbrennungsmotors über ein Koppelschaltelement drehfest mit einem Losrad der unmittelbar axial benachbarten Stirnradstufe des Schaltgetriebes sowie zur Überbrückung des Überlagerungsgetriebes über ein Überbrückungsschaltelement drehfest mit dem zweiten Eingangselement oder dem Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes verbindbar ist. Ferner ist vorgesehen, dass das zweite Eingangselement des Überlagerungsgetriebes permanent mit dem Rotor der Elektromaschine in Triebverbindung steht und dass das Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes drehfest mit der Ausgangswelle verbunden ist.
  • Die Offenlegungsschrift DE 10 2011 087 947 A1 betrifft ein Gruppengetriebe eines Kraftfahrzeugs, welches zumindest ein Hauptgetriebe und eine dem Hauptgetriebe antriebstechnisch nachgeschaltete Nachschaltgruppe aufweist, wobei eine Getriebeeingangswelle des Gruppengetriebes mit einem Verbrennungsmotor und eine Getriebeausgangswelle des Gruppengetriebes mit einem Achsantrieb koppelbar ist, wobei das Hauptgetriebe des Gruppengetriebes in Planetenbauweise mit mehreren koaxial hintereinander angeordneten Planetensätzen und mit mehreren formschlüssigen Schaltelementen ausgebildet ist, wobei eine erste elektrische Maschine zwischen einem ersten Planetensatz des Hauptgetriebes und einem zweiten Planetensatz des Hauptgetriebes permanent an das Hauptgetriebe des Gruppengetriebes gekoppelt ist; und wobei die Nachschaltgruppe des Gruppengetriebes in Planetenbauweise mit mindestens einem Planetensatz und mit mehreren formschlüssigen Schaltelementen ausgebildet ist, nämlich derart, dass eine zweite elektrische Maschine umschaltbar zwischen dem Hauptgetriebe und der Nachschaltgruppe oder an die Getriebeausgangswelle an das Gruppengetriebe gekoppelt ist, sodass das Gruppengetriebe für den Verbrennungsmotor mindestens sechs Gänge, für die erste elektrische Maschine mindestens vier Gänge und für die zweite elektrische Maschine mindestens zwei Gänge bereitstellt.
  • Vor diesem Hintergrund stellt sich einem Fachmann die Aufgabe, ein kompaktes und variables Hybridgetriebe zu schaffen. Insbesondere soll ein Dreigang-Hybridgetriebe mit einem EDA geschaffen werden, das einen rein elektrischen Fahrmodus erlaubt.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Hybridgetriebe für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit:
    • einem ersten Planetenradsatz und einem zweiten Planetenradsatz;
    • 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;
    • einer Abtriebswelle zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einem Abtrieb;
    • mehreren Gangschaltvorrichtungen mit Schaltelementen zum Schalten von Gangstufen, wobei
    • die erste Getriebeeingangswelle antriebswirksam mit dem ersten Planetenradsatz und/oder mit dem zweiten Planetenradsatz verbindbar ist;
    • die zweite Getriebeeingangswelle antriebswirksam mit dem zweiten Planetenradsatz und/oder der Abtriebswelle verbindbar ist;
    • die Abtriebswelle antriebswirksam mit dem zweiten Planetenradsatz verbunden ist;
    • ein Element des ersten Planetenradsatzes festgesetzt ist;
    • die zweite Zwischenwelle antriebswirksam mit dem ersten Planetenradsatz und dem zweiten Planetenradsatz verbunden ist;
    • mit dem zweiten Planetenradsatz ein elektrodynamischer Überlagerungszustand einrichtbar ist; und
    • der Abtrieb ein Differential und eine Differentialwelle umfasst, die als Vollwelle ausgebildet ist und von den Getriebewellen zumindest abschnittsweise umgeben ist;
    • eine axiale Länge der Differentialwelle größer ist als eine axiale Länge der ersten Zwischenwelle und die Differentialwelle die erste Zwischenwelle vollständig durchdringt; und
    • das Differential antriebswirksam mit der Abtriebswelle verbunden ist.
  • Die obige Aufgabe wird weiter 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 verbunden ist.
  • Ferner wird die obige Aufgabe gelöst von einem Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs wie zuvor definiert.
  • Schließlich wird die obige Aufgabe 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/oder der weiteren 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 eine erste Getriebeeingangswelle zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer Verbrennungsmaschine und einer zweiten Getriebeeingangswelle zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer elektrischen Antriebsmaschine kann technisch einfach ein kompaktes Hybridgetriebe geschaffen werden. Eine Wirkverbindung kann sowohl schaltbar als auch nicht schaltbar ausgeführt sein. Durch einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz kann ein axial kompaktes Hybridgetriebe geschaffen werden, das vorzugsweise drei Vorwärtsgangstufen, wenigstens eine Elektrogangstufe und wenigstens einen elektrodynamischen Überlagerungszustand aufweist. Durch die vorteilhafte Anbindung der Planetenradsätze kann eine vorteilhafte Übersetzungsreihe erreicht werden. Ferner sind abtriebsgestützte Schaltungen möglich.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Zwischenwelle antriebswirksam mit einem Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes und einem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden. Hierdurch kann ein technisch einfaches, axial kompaktes und robustes Hybridgetriebe geschaffen werden. Ferner sind mit dem Hybridgetriebe wenigstens zwei elektrodynamische Überlagerungszustände einrichtbar. Zudem kann ein Hybridgetriebe geschaffen werden, dessen Schaltelemente technisch einfach mit Aktoren erreichbar sind.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Differentialwelle von der Abtriebswelle und der ersten Zwischenwelle zumindest abschnittsweise umgeben. Ergänzend ist das Differential mittels eines dritten Planetenradsatzes antriebswirksam mit der Abtriebswelle verbunden. Die Differentialwelle bildet folglich die längste Welle des Hybridgetriebes. Das Hybridgetriebe kann vorteilhaft um die Differentialwelle herum angeordnet werden. Ferner kann ein kompakter Antriebsstrang geschaffen werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein erstes Schaltelement dazu ausgebildet, die erste Getriebeeingangswelle antriebswirksam mit dem ersten Planetenradsatz zu verbinden. Ergänzend oder alternativ ist ein zweites Schaltelement dazu ausgebildet, die erste Getriebeeingangswelle antriebswirksam mit der ersten Zwischenwelle zu verbinden. Weiterhin ergänzend ist ein drittes Schaltelement dazu ausgebildet, die erste Getriebeeingangswelle antriebswirksam mit dem zweiten Planetenradsatz zu verbinden. Ergänzend oder alternativ ist ein viertes Schaltelement dazu ausgebildet, die zweite Getriebeeingangswelle antriebswirksam mit dem zweiten Planetenradsatz zu verbinden. Weiterhin ergänzend oder alternativ ist ein fünftes Schaltelement dazu ausgebildet, die zweite Getriebeeingangswelle antriebswirksam mit der Abtriebswelle zu verbinden. Schließlich ist weiterhin ergänzend oder alternativ vorzugsweise ein sechstes Schaltelement dazu ausgebildet, die erste Zwischenwelle festzusetzen. Durch die oben genannten Schaltelemente können insbesondere mittels nur zwei Planetenradsätzen zwei elektrodynamische Überlagerungszustände, drei Hybridgangstufen, eine Elektrogangstufe und bevorzugt eine kürzer übersetzte weitere Elektrogangstufe geschaffen werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der erste Planetenradsatz einen Plus-Planetenradsatz. Ergänzend oder alternativ umfasst der zweite Planetenradsatz einen Plus-Planetenradsatz. Durch ein Wandeln eines Minus-Planetenradsatzes in einen Plus-Planetenradsatz kann ein weiterer Bereich von Übersetzungen mit dem Hybridgetriebe abgedeckt werden. Bei dieser Umwandlung werden die Planetenradträger- und Hohlradanbindungen getauscht. Ferner wird der Betrag der Standübersetzung um 1 erhöht. Vorteilhaft hierbei ist, dass eine Zielübersetzung mit einem Plus-Planetenradsatz besser erreicht werden kann. Ein Nachteil dabei ist, dass ein Plus-Planetenradsatz einen höheren Bauaufwand und einen leicht verminderten Wirkungsgrad aufweist.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Hybridgetriebe eine Getriebeantriebswelle, die antriebswirksam mit der Verbrennungsmaschine verbindbar ist, und eine Antriebs-Zwischenwelle. Die Getriebeantriebswelle und die Antriebs-Zwischenwelle sind achsparallel zur ersten Getriebeeingangswelle angeordnet. Weiterhin ist die Antriebs-Zwischenwelle als Hohlwelle ausgebildet und umgibt die Getriebeantriebswelle zumindest abschnittsweise. Ferner ist die Antriebs-Zwischenwelle antriebswirksam, vorzugsweise mittels eines Elements zur Drehschwingungs-Entkopplung, insbesondere eines Torsionsdämpfers oder eines Zweimassenschwungrads, mit der Getriebeantriebswelle verbunden. Ergänzend ist die Antriebs-Zwischenwelle mit einer weiteren elektrischen Maschine, insbesondere einem Hochvolt-Starter-Generator, und der ersten Getriebeeingangswelle antriebswirksam verbindbar. Eine Getriebeantriebswelle ermöglicht eine achsparallele Anbindung der Verbrennungsmaschine zur Getriebeachse. Das Getriebe kann koaxial zur Antriebsachse angeordnet werden. Es versteht sich, dass eine Anbindung der Getriebeantriebswelle mittels einer Kette, einer Räderkette oder eines Stirnrads erfolgen kann.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Antriebs-Zwischenwelle eine Verbrennungsmaschinenkupplung zum lösbaren antriebswirksamen Verbinden der Antriebs-Zwischenwelle mit der Verbrennungsmaschine. Es versteht sich, dass das Hybridgetriebe grundsätzlich auch ohne Verbrennungsmaschinenkupplung betrieben werden kann. Jedoch kann eine Verbrennungsmaschinenkupplung aus verschiedenen Gründen, wie beispielsweise aus funktionssicherheitstechnischen Gründen, Anwendung finden. Ist die Verbrennungsmaschinenkupplung als Reibschaltelement ausgeführt, kann ein sogenannter Schleppstart der Verbrennungsmaschine erfolgen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Schaltelemente als formschlüssige Schaltelemente, insbesondere als Klauenschaltelemente, ausgebildet. Ergänzend oder alternativ sind zwei Schaltelemente, bevorzugt vier Schaltelemente, als Doppelschaltelement ausgebildet und von einem doppeltwirkenden Aktor betätigbar. Durch formschlüssige Schaltelemente kann ein hocheffizientes und kostengünstiges Hybridgetriebe geschaffen werden. Durch wenigstens ein Doppelschaltelement kann der Aufbau und der Betrieb des Hybridgetriebes vereinfacht werden. Insbesondere kann ein Doppelschaltelement mittels eines einzigen Aktors betätigt werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste elektrische Antriebsmaschine achsparallel zum Hybridgetriebe angeordnet und mittels eines Zugmittelgetriebes oder einer Zahnradkette mit der zweiten Getriebeeingangswelle verbunden. Ergänzend oder alternativ ist die Verbrennungsmaschine achsparallel zum Hybridgetriebe angeordnet und mittels eines Zugmittelgetriebes oder einer Zahnradkette mit der ersten Getriebeeingangswelle verbindbar. Hierdurch kann ein axial kompakter Antriebsstrang geschaffen werden, der sich insbesondere für eine Frontqueranordnung im Kraftfahrzeug eignet.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang eine weitere elektrische Maschine, wobei die weitere elektrische Maschine insbesondere einen Hochvolt-Starter-Generator umfasst und mit der ersten Getriebeeingangswelle antriebswirksam verbunden ist. Insbesondere ist die weitere elektrische Maschine mittels der Antriebs-Zwischenwelle antriebswirksam mit der ersten Getriebeeingangswelle verbunden. Die weitere elektrische Maschine kann bei einem Stillstand der Verbrennungsmaschine für weitere Aufgaben eingesetzt werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Abtriebswelle des Hybridgetriebes mit einer ersten Kraftfahrzeugachse antriebswirksam verbindbar, wobei die zweite Kraftfahrzeugachse eine elektrische Achse mit einer weiteren elektrischen Antriebsmaschine umfasst. Hierdurch kann technisch einfach ein Hybrid-Antriebsstrang mit Allradantrieb geschaffen werden. Ferner kann durch den Kraftfahrzeug-Antriebsstrang ein zugkraftunterbrechungsfreies Schalten technisch einfach ermöglicht werden, da die elektrische Achse bei Schaltungen im Hybridgetriebe die Zugkraft aufrechterhalten kann.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste elektrische Antriebsmaschine und/oder die weitere elektrische Maschine als Starter-Generator zum Starten der Verbrennungsmaschine ansteuerbar. Ergänzend oder alternativ ist die erste elektrische Antriebsmaschine und/oder die weitere elektrische Maschine als Ladegenerator zum Laden eines Energiespeichers ansteuerbar. Hierdurch kann ein effizienter Kraftfahrzeug-Antriebsstrang geschaffen werden. Insbesondere kann der Kraftstoffverbrauch reduziert werden. Es versteht sich, dass auf einen zusätzlichen Anlasser für die Verbrennungsmaschine verzichtet werden kann.
  • 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 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 Kraftfahrzeug-Antriebsstrang;
    • 2 eine schematische Darstellung eines 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; und
    • 9 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. Der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 umfasst in dem gezeigten Beispiel ferner eine optionale elektrische Achse mit einer weiteren elektrischen Antriebsmaschine 20, die mit einer Hinterachse des Kraftfahrzeugs 10 verbunden ist. Es versteht sich, dass auch eine umgekehrte Anbindung erfolgen kann, also dass das Hybridgetriebe 18 mit der Hinterachse des Kraftfahrzeugs 10 verbunden ist und die Vorderachse des Kraftfahrzeugs 10 die elektrische Achse umfasst. Mittels des Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs 12 wird Antriebsleistung der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14, der Verbrennungsmaschine 16 und/oder der optionalen weiteren elektrischen Antriebsmaschine 20 den Rädern des Kraftfahrzeugs 10 zugeführt. Das Kraftfahrzeug 10 weist ferner einen Energiespeicher 22 auf, um Energie zu speichern, die zum Versorgen der ersten elektrische Antriebsmaschine 14 und/oder der weiteren elektrischen Antriebsmaschine 20 dient.
  • In 2 ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 in einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 gezeigt. Das Hybridgetriebe 18 umfasst eine erste Getriebeeingangswelle 24, die antriebswirksam mit einer nicht gezeigten Verbrennungsmaschine 16 verbindbar ist. Das Hybridgetriebe 18 umfasst ferner eine zweite Getriebeeingangswelle 26, die antriebswirksam mit der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 verbunden ist. Eine Abtriebswelle 28 des Hybridgetriebes 18 ist dazu ausgebildet, Antriebsleistung aus dem Hybridgetriebe 18 mittels eines nicht gezeigten Abtriebs des Hybridgetriebes 18 zu übertragen.
  • Ferner sind im Hybridgetriebe 18 zwei Planetenradsätze RS1, RS2 angeordnet. Ein Hohlrad des ersten Planetenradsatzes RS1 ist festgesetzt, also antriebswirksam mit einem drehfesten Bauteil, wie beispielsweise einem Getriebegehäuse, verbunden. Ein Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes RS1 ist mittels einer ersten Zwischenwelle 30 antriebswirksam mit einem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbunden. Ein Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes RS2 ist antriebswirksam mit der Abtriebswelle 28 verbunden.
  • Das Hybridgetriebe 18 umfasst ferner fünf Schaltelemente A-E.
  • Ein erstes Schaltelement A ist dazu ausgebildet, ein Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes RS1 antriebswirksam mit der ersten Getriebeeingangswelle 24 zu verbinden.
  • Ein zweites Schaltelement B ist dazu ausgebildet, die erste Getriebeeingangswelle 24 antriebswirksam mit der ersten Zwischenwelle 30 zu verbinden.
  • Ein drittes Schaltelement C ist dazu ausgebildet, die erste Getriebeeingangswelle 24 antriebswirksam mit einem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes RS2 zu verbinden.
  • Ein viertes Schaltelement D ist dazu ausgebildet, das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes RS2 antriebswirksam mit der zweiten Getriebeeingangswelle 26 zu verbinden.
  • Ein fünftes Schaltelement E ist dazu ausgebildet, die zweite Getriebeeingangswelle 26 antriebswirksam mit der Abtriebswelle 28 zu verbinden.
  • Das zweite Schaltelement B ist mit dem ersten Schaltelement A zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst. Das vierte Schaltelement D ist mit dem dritten Schaltelement C zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst.
  • Zur leichteren Identifikation der einzelnen Wellen in den folgenden Ausführungsformen sind die Getriebewellen zusätzlich mit W0 bis Ws durchnummeriert.
  • Mit dem offenbarten Hybridgetriebe 18 kann ein kompakter Aufbau erfolgen, der insbesondere nur drei Aktoren benötigt. Es versteht sich, dass die Schaltelemente A-E als formschlüssige Schaltelemente, beispielsweise Klauenschaltelemente, ausgebildet sein können.
  • 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 drei Hybridgangstufen H1 bis H3, eine Elektrogangstufe E2 sowie zwei elektrodynamische Überlagerungszustände EDA1, EDA2 gezeigt.
  • In der zweiten bis sechsten Spalte sind die Schaltzustände des ersten bis fünften Schaltelements A-E gezeigt, wobei ein „X“ bedeutet, dass das jeweilige Schaltelement geschlossen ist, also die ihm zugeordneten Getriebebauteile antriebswirksam miteinander verbindet. Sofern kein Eintrag vorhanden ist, ist davon auszugehen, dass das entsprechende Schaltelement offen ist, also keine Antriebsleistung überträgt.
  • Zum Einrichten der ersten Hybridgangstufe H1 sind das erste Schaltelement A, das vierte Schaltelement D und das fünfte Schaltelement E zu schließen.
  • Ein Schließen des ersten Schaltelements A, des dritten Schaltelements C und des fünften Schaltelements E richtet die zweite Hybridgangstufe H2 ein.
  • Die dritte Hybridgangstufe H3 wird durch Schließen des zweiten Schaltelements B, des dritten Schaltelements C und des fünften Schaltelements E eingerichtet.
  • Die Elektrogangstufe E2 kann durch Schließen des fünften Schaltelements E eingerichtet werden.
  • Ein erster elektrodynamischer Überlagerungszustand EDA1 kann durch Schließen des ersten Schaltelements A und des vierten Schaltelements D eingerichtet werden.
  • Ein Schließen des zweiten Schaltelements B und des vierten Schaltelements D richtet einen zweiten elektrodynamischen Überlagerungszustand EDA2 ein.
  • Zum verbrennungsmotorischen bzw. hybriden Fahren stehen drei Gangstufen zur Verfügung, wobei bei allen drei Gangstufen das fünfte Schaltelement E geschlossen ist. Hierbei ist die erste elektrische Antriebsmaschine 14 direkt mit Abtrieb des Hybridgetriebes 18 verbunden.
  • Ist nur das fünfte Schaltelement E geschlossen, kann rein elektrisch gefahren werden, da die erste elektrische Antriebsmaschine 14 direkt mit dem Abtrieb verbunden ist. Zusätzlich zum fünften Schaltelement E kann ein beliebiges weiteres Schaltelement geschlossen werden.
  • Wenn das erste Schaltelement A und das vierte Schaltelement D geschlossen werden, entsteht ein erster elektrodynamischer Überlagerungszustand EDA1 am zweiten Planetenradsatz RS2. Die Verbrennungsmaschine 16 ist dann über den ersten Planetenradsatz RS1 mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbunden, wobei die erste elektrische Antriebsmaschine 14 am Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes RS2 das Moment der Verbrennungsmaschine 16 abstützt. Der Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes RS2 ist mit dem Abtrieb verbunden. Hierdurch ist ein EDA-Anfahren vorwärts möglich. Aus dem ersten elektrodynamischen Überlagerungszustand EDA1 kann für die Verbrennungsmaschine 16 die erste Hybridgangstufe H1 eingelegt werden, weil das erste Schaltelement A und das vierte Schaltelement D in dieser Gangstufe geschlossen sind.
  • Ein zweiter elektrodynamischer Überlagerungszustand EDA2 entsteht am zweiten Planetenradsatz RS2, wenn das zweite Schaltelement B und das vierte Schaltelement D geschlossen werden. Die Verbrennungsmaschine 16 ist dann direkt mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbunden, wobei die erste elektrische Antriebsmaschine 14 am Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes RS2 das Moment der Verbrennungsmaschine 16 abstützt. Hierdurch ist ebenfalls ein EDA-Anfahren vorwärts möglich. Aus dem zweiten elektrodynamischen Überlagerungszustand EDA2 kann für die Verbrennungsmaschine 16 die zweite Hybridgangstufe H2 eingelegt werden, weil das zweite Schaltelement B und das vierte Schaltelement D in dieser Gangstufe geschlossen sind.
  • Eine Schaltung von der ersten Gangstufe in die zweite Gangstufe kann abtriebsgestützt durch die erste elektrische Antriebsmaschine 14 erfolgen, wobei das fünfte Schaltelement E geschlossen bleibt. Hierbei wird von der ersten Hybridgangstufe H1 in die zweite Hybridgangstufe H2 gewechselt. Eine Schaltung von der zweiten Gangstufe in die dritte Gangstufe kann ebenfalls abtriebsgestützt durch die erste elektrische Antriebsmaschine 14 erfolgen, wobei das fünfte Schaltelement E geschlossen bleibt. Hierbei erfolgt ein Wechsel von der zweiten Hybridgangstufe H2 in die dritte Hybridgangstufe H3.
  • Eine Lastschaltung von der ersten Hybridgangstufe H1 in die zweite Hybridgangstufe H2 im Hybridbetrieb kann beispielsweise wie folgt erfolgen. In der ersten Hybridgangstufe H1 sind das erste Schaltelement A, das vierte Schaltelement D und das fünfte Schaltelement E geschlossen. Es erfolgt ein Lastabbau am vierten Schaltelement D und ein gleichzeitiger Lastaufbau an der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14. Sodann wird das vierte Schaltelement D geöffnet. Die Drehzahl der Verbrennungsmaschine 16 wird abgesenkt, sodass das dritte Schaltelement C synchron wird. Hierzu kann beispielsweise die Verbrennungsmaschine 16 in den Schubbetrieb gehen, oder eine weitere elektrische Antriebsmaschine generatorisch betreiben, die mit der Verbrennungsmaschine 16 verbunden ist. Anschließend kann das dritte Schaltelement C eingelegt werden. Das erste Schaltelement A und das fünfte Schaltelement E bleiben während der Schaltung geschlossen.
  • Hierbei können sogenannte E-CVT-Funktionen eingerichtet werden. Die EDA-Modi EDA1 und EDA2 sind in diesem Fall leistungsverzweigte E-CVT-Fahrbereiche für die Verbrennungsmaschine 16, bei denen auch ein batterieneutraler Betrieb möglich ist.
  • Ferner kann eine Zugkraftunterstützung mittels der elektrischen Achse erfolgen. Die elektrische Achse kann die Zugkraft stützen, wenn im Hybridgetriebe 18 Umschaltungen notwendig sind, bei denen der Abtrieb des Hybridgetriebes 18 lastfrei wird. Ein Beispiel für solche Übergänge ist, wenn zunächst rein elektrisch mit der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 und/oder der elektrischen Achse gefahren wird und dann ein Start der Verbrennungsmaschine 16 in Neutral mittels der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 erfolgen soll.
  • In 4 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführungsform umfasst das Hybridgetriebe 18 ein sechstes Schaltelement F, das dazu ausgebildet ist, die erste Zwischenwelle festzusetzen. Hierdurch wird das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes RS2 festgesetzt und es entsteht eine kurz übersetzte weitere Elektrogangstufe. Diese weitere Elektrogangstufe wird vorzugsweise für ein Rückwärtsanfahren benötigt, da bei Rückwärtsfahrt kein EDA-Modus zur Verfügung steht. In dem gezeigten Beispiel ist das sechste Schaltelement F als Einzelschaltelement ausgebildet.
  • In den 5 und 6 sind weitere Varianten von erfindungsgemäßen Hybridgetrieben 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführungsform sind der erste Planetenradsatz RS1 oder der zweite Planetenradsatz RS2 als Plus-Planetenradsatz ausgebildet. Es versteht sich, dass auch beide Planetenradsätze RS1, RS2 als Plus-Planetenradsatz ausgebildet sein können. Durch das Ausbilden eines oder beider Planetenradsätze RS1, RS2 als Plus-Planetenradsatz kann eine alternative Übersetzung erreicht werden. Im Unterschied zu den Minus-Planetenradsätzen, wie in 2 gezeigt, werden bei Plus-Planetenradsätzen die Planetenradträger- und Hohlradanbindungen getauscht sowie der Betrag der Standübersetzung um 1 erhöht.
  • In 7 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführungsform umfasst das Hybridgetriebe eine Getriebeantriebswelle 36, die antriebswirksam mit der Verbrennungsmaschine 16 und insbesondere einer Kurbelwelle der Verbrennungsmaschine 16 verbindbar ist. Um die Getriebeantriebswelle 36 ist eine als Hohlwelle ausgebildete Antriebs-Zwischenwelle 38 angeordnet. Die Antriebs-Zwischenwelle 38 ist mittels eines Elements zur Drehschwingungs-Entkopplung mit der Getriebeantriebswelle 36 verbunden. Ein Element zur Drehschwingungs-Entkopplung kann beispielsweise ein Torsionsdämpfer oder ein Zweimassenschwungrad sein. Die Getriebeantriebswelle 36 und die Antriebs-Zwischenwelle 38 sind achsparallel zu der ersten Getriebeeingangswelle 24 angeordnet.
  • Die Antriebs-Zwischenwelle 38 weist zwei Festräder auf, von denen eines antriebswirksam mit einem an der ersten Getriebeeingangswelle 24 angeordneten Festrad verbunden ist. Ein weiteres Festrad der Antriebs-Zwischenwelle 38 ist antriebswirksam mit einer weiteren elektrischen Maschine 40 verbunden. Die weitere elektrische Maschine 40 kann beispielsweise ein Hochvolt-Starter-Generator sein.
  • Das Hybridgetriebe 18 gemäß der 7 umfasst ferner einen dritten Planetenradsatz RS3, dessen Sonnenrad antriebswirksam mit der Abtriebswelle 28 verbunden ist. Ein Hohlrad des dritten Planetenradsatzes RS3 ist festgesetzt und ein Planetenradträger des dritten Planetenradsatzes RS3 ist antriebswirksam mit einem Differential des Abtriebs 42 verbunden. Das Differential weist eine Differentialwelle auf, die als Vollwelle ausgebildet ist und die im Unterschied zu den übrigen Ausführungsformen als Hohlwelle ausgebildete erste Zwischenwelle 30 vollständig durchdringt. Durch diese vorteilhafte Ausgestaltung des Hybridgetriebes 18 kann sowohl die Verbrennungsmaschine 16 als auch die erste elektrische Antriebsmaschine 14 achsparallel zum Hybridgetriebe 18 angeordnet werden. Es kann ein axial kompakter Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 geschaffen werden.
  • In den 8 und 9 sind weitere Varianten von Hybridgetrieben 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 7 gezeigten Ausführungsform umfassen die Hybridgetriebe 18 gemäß der 8 und 9 eine Verbrennungsmaschinenkupplung K0. Die Verbrennungsmaschinenkupplung K0 ist an der Antriebs-Zwischenwelle 38 angeordnet und dazu ausgebildet, die Antriebs-Zwischenwelle 38 lösbar mit der Getriebeantriebswelle 36 antriebswirksam zu verbinden. Es versteht sich, dass das Hybridgetriebe 18 prinzipiell auch ohne Verbrennungsmaschinenkupplung K0 betreibbar ist. Die Verbrennungsmaschinenkupplung K0 kann aus verschiedenen Gründen, insbesondere aus funktionssicherheitstechnischen Gründen, notwendig sein. In der in 8 gezeigten Ausführungsform ist die Verbrennungsmaschinenkupplung K0 als formflüssiges Schaltelement ausgebildet.
  • In der in 9 gezeigten Ausführungsform ist die Verbrennungsmaschinenkupplung K0 als reibschlüssiges Schaltelement ausgebildet, wobei hierdurch insbesondere ein sogenannter Schleppstart der Verbrennungsmaschine 16 möglich ist.
  • 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 kann beispielsweise in Form eines Computerprogramms realisiert werden, das auf einem Steuergerät für den Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 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
    weitere elektrische Antriebsmaschine
    22
    Energiespeicher
    24
    erste Getriebeeingangswelle
    26
    zweite Getriebeeingangswelle
    28
    Abtriebswelle
    30
    erste Zwischenwelle
    34
    Schaltmatrix
    36
    Getriebeantriebswelle
    38
    Antriebs-Zwischenwelle
    40
    weitere elektrische Maschine
    42
    Abtrieb
    K0
    Verbrennungsmaschinenkupplung
    A-F
    Schaltelemente
    RS1-RS3
    Planetenradsätze

Claims (15)

  1. Hybridgetriebe (18) für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) eines Kraftfahrzeugs (10), mit: einem ersten Planetenradsatz (RS1) und einem zweiten Planetenradsatz (RS2); einer ersten Getriebeeingangswelle (24) zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes (18) mit einer Verbrennungsmaschine (16) des Kraftfahrzeugs (10); einer zweiten Getriebeeingangswelle (26) zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes (18) mit einer ersten elektrischen Antriebsmaschine (14) des Kraftfahrzeugs (10); einer Abtriebswelle (28) zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes (18) mit einem Abtrieb (42); mehreren Gangschaltvorrichtungen mit Schaltelementen (A, B, C, D, E, F) zum Schalten von Gangstufen, wobei die erste Getriebeeingangswelle (24) antriebswirksam mit dem ersten Planetenradsatz (RS1) und/oder mit dem zweiten Planetenradsatz (RS2) verbindbar ist; die zweite Getriebeeingangswelle (26) antriebswirksam mit dem zweiten Planetenradsatz (RS2) und/oder der Abtriebswelle (28) verbindbar ist; die Abtriebswelle (28) antriebswirksam mit dem zweiten Planetenradsatz (RS2) verbunden ist; ein Element des ersten Planetenradsatzes (RS1) festgesetzt ist; eine erste Zwischenwelle (30) antriebswirksam mit dem ersten Planetenradsatz (RS1) und dem zweiten Planetenradsatz (RS2) verbunden ist; mit dem zweiten Planetenradsatz (RS2) ein elektrodynamischer Überlagerungszustand einrichtbar ist; und der Abtrieb (42) ein Differential und eine Differentialwelle umfasst, die als Vollwelle ausgebildet ist und von den Getriebewellen (24, 26, 28, 30) zumindest abschnittsweise umgeben ist; eine axiale Länge der Differentialwelle größer ist als eine axiale Länge der ersten Zwischenwelle (30) und die Differentialwelle die erste Zwischenwelle (30) vollständig durchdringt; und das Differential antriebswirksam mit der Abtriebswelle (28) verbunden ist.
  2. Hybridgetriebe (18) nach Anspruch 1, wobei die erste Zwischenwelle (30) antriebswirksam mit einem Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes (RS1) und einem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes (RS2) verbunden ist.
  3. Hybridgetriebe (18) nach Anspruch 2, wobei die Differentialwelle von der Abtriebswelle (28) und der ersten Zwischenwelle (30) zumindest abschnittsweise umgeben ist; und das Differential mittels eines dritten Planetenradsatzes (RS3) antriebswirksam mit der Abtriebswelle (28) verbunden ist.
  4. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein erstes Schaltelement (A) dazu ausgebildet ist, die erste Getriebeeingangswelle (24) antriebswirksam mit dem ersten Planetenradsatz (RS1) zu verbinden; ein zweites Schaltelement (B) dazu ausgebildet ist, die erste Getriebeeingangswelle (24) antriebswirksam mit der ersten Zwischenwelle (30) zu verbinden; ein drittes Schaltelement (C) dazu ausgebildet ist, die erste Getriebeeingangswelle (24) antriebswirksam mit dem zweiten Planetenradsatz (RS2) zu verbinden; ein viertes Schaltelement (D) dazu ausgebildet ist, die zweite Getriebeeingangswelle (26) antriebswirksam mit dem zweiten Planetenradsatz (RS2) zu verbinden; ein fünftes Schaltelement (E) dazu ausgebildet ist, die zweite Getriebeeingangswelle (26) antriebswirksam mit der Abtriebswelle (28) zu verbinden; und/oder ein sechstes Schaltelement (F) dazu ausgebildet ist, die erste Zwischenwelle (30) festzusetzen.
  5. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Planetenradsatz (RS1) einen Plus-Planetenradsatz umfasst; und/oder der zweite Planetenradsatz (RS2) einen Plus-Planetenradsatz umfasst.
  6. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einer Getriebeantriebswelle (36), die antriebswirksam mit der Verbrennungsmaschine (16) verbindbar ist und einer Antriebs-Zwischenwelle (38), wobei die Getriebeantriebswelle (36) und die Antriebs-Zwischenwelle (38) achsparallel zur ersten Getriebeeingangswelle (24) angeordnet sind; die Antriebs-Zwischenwelle (38) als Hohlwelle ausgebildet ist und die Getriebeantriebswelle (36) zumindest abschnittsweise umgibt und antriebswirksam mit der Getriebeantriebswelle (36) verbunden ist; und die Antriebs-Zwischenwelle (38) mit einer weiteren elektrischen Maschine (40) und der ersten Getriebeeingangswelle (24) antriebswirksam verbindbar ist.
  7. Hybridgetriebe (18) nach dem vorstehenden Anspruch, wobei die Antriebs-Zwischenwelle (38) eine Verbrennungsmaschinenkupplung (K0) zum lösbaren antriebswirksamen Verbinden der Antriebs-Zwischenwelle (38) mit der Verbrennungsmaschine (16) umfasst.
  8. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schaltelemente (A, B, C, D, E, F) als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet sind; und/oder zwei Schaltelemente (A, B, C, D, E, F) als Doppelschaltelement ausgebildet sind und von einem doppeltwirkenden Aktor betätigbar sind.
  9. Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) für ein Kraftfahrzeug (10), mit: einem Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche; einer Verbrennungsmaschine (16), die mit der ersten Getriebeeingangswelle (24) verbindbar ist; und einer ersten elektrischen Antriebsmaschine (14), die mit der zweiten Getriebeeingangswelle (26) verbunden ist.
  10. Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach dem vorstehenden Anspruch, wobei die erste elektrische Antriebsmaschine (14) achsparallel zum Hybridgetriebe (18) angeordnet ist und mittels eines Zugmittelgetriebes oder einer Zahnradkette mit der zweiten Getriebeeingangswelle (26) verbunden ist; und/oder die Verbrennungsmaschine (16) achsparallel zum Hybridgetriebe (18) angeordnet ist und mittels eines Zugmittelgetriebes oder einer Zahnradkette mit der ersten Getriebeeingangswelle (24) verbindbar ist.
  11. Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, mit einer weiteren elektrischen Maschine (40), wobei die weitere elektrische Maschine (40) mit der ersten Getriebeeingangswelle (24) antriebswirksam verbunden ist.
  12. Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Abtriebswelle (28) des Hybridgetriebes (18) mit einer ersten Kraftfahrzeugachse antriebswirksam verbindbar ist und eine zweite Kraftfahrzeugachse eine elektrische Achse mit einer weiteren elektrischen Antriebsmaschine (20) umfasst.
  13. Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei die erste elektrische Antriebsmaschine (14) und/oder die weitere elektrische Maschine (40) als Startergenerator zum Starten der Verbrennungsmaschine (16) ansteuerbar ist; und/oder als Ladegenerator zum Laden eines Energiespeichers (22) ansteuerbar ist.
  14. Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs (12) nach einem der Ansprüche 9 bis 13.
  15. Kraftfahrzeug (10) mit: einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach einem der Ansprüche 9 bis 13; und einem Energiespeicher (22) zum Speichern von Energie zum Versorgen der ersten elektrischen Antriebsmaschine (14) und/oder der weiteren elektrischen Antriebsmaschine (20).
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