DE102021211238B4 - Mehrgängiges Hybridgetriebe in Planetenbauweise - Google Patents

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    • B60K6/547—Transmission for changing ratio the transmission being a stepped gearing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H37/02—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings
    • F16H37/06—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts
    • F16H37/08—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing
    • F16H37/0833—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts, i.e. with two or more internal power paths
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    • B60K6/44—Series-parallel type
    • B60K6/442—Series-parallel switching type

Abstract

Hybridgetriebe (18) für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) eines Kraftfahrzeugs (10), mit:einem ersten Planetenradsatz (RS1), einem zweiten Planetenradsatz (RS2) und einem dritten Planetenradsatz (RS3);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) 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 einem ersten Planetenradsatzelement des dritten Planetenradsatzes (RS3) verbunden ist;die Abtriebswelle (28) antriebswirksam mit einem zweiten Planetenradsatzelement des dritten Planetenradsatzes (RS3) verbunden ist;jeweils ein Element des ersten Planetenradsatzes (RS1) und des zweiten Planetenradsatzes (RS2) festgesetzt sind;eine erste Zwischenwelle (30) antriebswirksam mit dem ersten Planetenradsatz (RS1) und dem zweiten Planetenradsatz (RS2) verbunden ist;eine zweite Zwischenwelle (32) antriebswirksam mit dem zweiten Planetenradsatz (RS2) verbunden ist; undmit dem dritten Planetenradsatz (RS3) ein elektrodynamischer Überlagerungszustand einrichtbar 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.
  • 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.
  • Die Offenlegungsschrift DE 10 2012 023 471 A1 betrifft eine Hybridantriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug, umfassend - eine erste und eine zweite elektrische Maschine, die jeweils einen Rotor und einen mit einem Getriebegehäuse fest verbundenen Stator aufweisen und sowohl im motorischen als auch im generatorischen Betrieb betreibbar sind und über eine Leistungselektronik miteinander verbindbar sowie an einen elektrischen Energiespeicher anschließbar sind, - eine an eine Verbrennungskraftmaschine anschließbare Eingangswelle und eine an einen Abtriebsstrang anschließbare Ausgangswelle, - einen ersten Planetensatz, dessen Sonne mit dem Rotor der ersten elektrischen Maschine verbunden ist, dessen Hohlrad mit der Eingangswelle und über eine erste Bremse mit dem Getriebegehäuse gekoppelt ist und dessen Steg mit der Ausgangswelle verbunden und über eine erste Kupplung mit dem Steg eines zweiten Planetensatzes gekoppelt ist, - einen zweiten Planetensatz, dessen Sonne mit dem Rotor der zweiten elektrischen Maschine verbunden ist, dessen Hohlrad mit dem Getriebegehäuse verbunden ist und dessen Steg mit dem Steg des dritten Planetensatzes gekoppelt ist, und - einen dritten Planetensatz, dessen Sonne mit dem Gehäuse gekoppelt ist, dessen Hohlrad mit der Eingangswelle gekoppelt ist und dessen Steg mit dem Steg des zweiten Planetensatzes gekoppelt ist, wobei eine dieser Kopplungen des dritten Planetensatzes als eine über ein Schaltelement, nämlich eine zweite Bremse oder eine zweite Kupplung, schaltbare Kopplung ausgebildet ist und die übrigen zwei dieser Kopplungen des dritten Planetensatzes als feste Verbindungen ausgebildet sind.
  • Gelöst wird diese Aufgabe von einem Hybridgetriebe für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit:
    • einem ersten Planetenradsatz, einem zweiten Planetenradsatz und einem dritten 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 einem ersten Planetenradsatzelement des dritten Planetenradsatzes verbunden ist;
    • die Abtriebswelle antriebswirksam mit einem zweiten Planetenradsatzelement des dritten Planetenradsatzes verbunden ist;
    • jeweils ein Element des ersten Planetenradsatzes und des zweite Planetenradsatzes festgesetzt sind;
    • eine erste Zwischenwelle antriebswirksam mit dem ersten Planetenradsatz und dem zweiten Planetenradsatz verbunden ist;
    • eine zweite Zwischenwelle antriebswirksam mit dem zweiten Planetenradsatz verbunden ist; und
    • mit dem dritten Planetenradsatz ein elektrodynamischer Überlagerungszustand einrichtbar ist.
  • 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 verbunden ist.
  • Die obige Aufgabe wird weiter 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 Planetenradsatz, einen zweiten Planetenradsatz und einen dritten Planetenradsatz kann ein kompaktes Hybridgetriebe geschaffen werden, das insbesondere drei Vorwärtsgangstufen und wenigstens einen elektrodynamischen Überlagerungszustand aufweist. Durch die vorteilhafte Anbindung der Planetenradsätze kann eine vorteilhafte Übersetzungsreihe erreicht werden. Ferner sind abtriebsgestützte Schaltungen möglich. Besonders bevorzugt ist von einem Abtrieb des Hybridgetriebes aus gesehen zunächst der dritte Planetenradsatz, dann der zweite Planetenradsatz und an einer äußeren Getriebeseite der erste Planetenradsatz angeordnet. Es versteht sich, dass die axiale Position des ersten Planetenradsatzes und des zweiten Planetenradsatzes tauschbar ist. Insbesondere können die Zwischenwelle vorzugsweise an einen Planetenradträger oder Hohlrad des entsprechenden Planetenradsatzes angebunden werden.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Zwischenwelle antriebswirksam mit einem Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes, einem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes und dem dritten Planetenradsatz verbunden. Alternativ ist die erste Zwischenwelle entkoppelt vom dritten Planetenradsatz antriebswirksam mit einem Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes und einem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes verbunden, wobei der zweite Planetenradsatz mittels der zweiten Zwischenwelle mit dem dritten Planetenradsatz antriebswirksam verbunden ist. Hierdurch kann ein technisch einfaches, kompaktes und robustes Hybridgetriebe geschaffen werden, das mehrere elektrodynamische Überlagerungszustände erlaubt. Insbesondere kann ein Hybridgetriebe geschaffen werden, dessen Schaltelemente technisch einfach mit Aktoren erreichbar sind.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Abtrieb ein Differential und eine Differentialwelle, die als Vollwelle ausgebildet ist und von den Getriebewellen zumindest abschnittsweise umgeben ist. Ergänzend ist eine axiale Länge der Differentialwelle größer als eine axiale Länge der ersten Zwischenwelle, wobei die Differentialwelle die erste Zwischenwelle vollständig durchdringt. Weiterhin ergänzend ist das Differential vorzugsweise mittels eines vierten Planetenradsatzes antriebswirksam mit der Abtriebswelle verbunden. Mit anderen Worten ist die Differentialwelle die längste Welle des Hybridgetriebes. Hierdurch kann das Hybridgetriebe vorteilhaft um die Differentialwelle herum angeordnet werden. Es kann ein kompakter Antriebsstrang geschaffen werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein erstes Schaltelement dazu ausgebildet, mittels dem ersten Planetenradsatz einen Leistungsübertragungspfad zwischen der ersten Getriebeeingangswelle und der Abtriebswelle einzurichten. Ergänzend oder alternativ ist ein zweites Schaltelement dazu ausgebildet, die erste Getriebeeingangswelle antriebswirksam mit der ersten Zwischenwelle zu verbinden. Weiterhin ergänzend oder alternativ ist ein drittes Schaltelement dazu ausgebildet, mittels dem zweiten Planetenradsatz einen Leistungsübertragungspfad zwischen der ersten Getriebeeingangswelle und der Abtriebswelle einzurichten. Weiterhin ergänzend oder alternativ ist ein viertes Schaltelement dazu ausgebildet, den dritten Planetenradsatz zu verblocken. Schließlich ist ergänzend oder alternativ vorzugsweise ein fünftes Schaltelement dazu ausgebildet, ein Element des dritten Planetenradsatzes festzusetzen. Es versteht sich, dass der oben genannte Leistungsübertragungspfad über den dritten Planetenradsatz verlaufen kann. Durch die oben genannten Schaltelemente können insbesondere drei elektrodynamische Überlagerungszustände, drei Hybridgangstufen, eine Elektrogangstufe und bevorzugt eine kürzer übersetzte weitere Elektrogangstufe geschaffen werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Zwischenwelle antriebswirksam mit dem Hohlrad oder dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes verbunden. Alternativ ist die zweite Zwischenwelle antriebswirksam mit dem Hohlrad oder dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes verbunden. Durch die oben genannten alternativen Anbindungen muss vorzugsweise von der ersten elektrischen Antriebsmaschine nur ein geringes Stützmoment beim elektrodynamischen Anfahren und bei elektrodynamischen Schaltungen aufgebracht werden, wobei die erste elektrische Antriebsmaschine bei einem elektrodynamischen Anfahren länger generatorisch betrieben werden kann. Durch die zweite Alternative kann die erste elektrische Antriebsmaschine mit geringer Ausgleichsdrehzahl bei einem elektrodynamischen Anfahren oder bei elektrodynamischen Schaltungen betrieben werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Hybridgetriebe eine Getriebeantriebswelle, die antriebswirksam mit der Verbrennungsmaschine verbindbar ist, und eine Antriebs-Zwischenwelle, wobei die Getriebeantriebswelle und die Antriebs-Zwischenwelle achsparallel zur ersten Getriebeeingangswelle angeordnet sind; und die Antriebs-Zwischenwelle als Hohlwelle ausgebildet ist und die Getriebeantriebswelle zumindest abschnittweise umgibt und antriebswirksam, vorzugsweise mittels eines Elements zur Drehschwingungs-Entkopplung, insbesondere eines Torsionsschwingungsdämpfers oder eines Zweimassenschwungrads, mit der Getriebeantriebswelle verbunden ist. 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 schematisch die Schaltzustände des Hybridgetriebes gemäß der 4;
    • 6 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 7 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 8 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 9 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 10 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 11 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 12 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 13 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 14 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 15 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 16 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes; und
  • 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 elektrischen 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 zu einem nicht gezeigten Abtrieb des Hybridgetriebes 18 zu übertragen.
  • Ferner sind im Hybridgetriebe 18 drei Planetenradsätze RS1, RS2, RS3 angeordnet. Ein Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes RS1 ist mittels einer ersten Zwischenwelle 30 antriebswirksam mit einem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes RS2 und einem Hohlrad des dritten Planetenradsatz RS3 verbunden. Ein Planetenradträger des dritten Planetenradsatzes RS3 ist antriebswirksam mit der Abtriebswelle 28 verbunden und ein Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes RS3 ist antriebswirksam mit der zweiten Getriebeeingangswelle 26 verbunden.
  • Das Hybridgetriebe 18 umfasst ferner eine zweite Zwischenwelle 32, die antriebswirksam mit einem Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbunden ist. Ein Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes RS1 und ein Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes RS2 sind jeweils festgesetzt, also mit einem drehfesten Bauteil, wie beispielsweise einem Getriebegehäuse, antriebswirksam verbunden.
  • Das Hybridgetriebe 18 umfasst ferner vier Schaltelemente. Ein erstes Schaltelement A ist dazu ausgebildet, ein Hohlrad 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 der zweiten Zwischenwelle 32 zu verbinden. Das zweite Schaltelement B ist mit dem dritten Schaltelement C zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst.
  • Ein viertes Schaltelement D ist dazu ausgebildet, die erste Zwischenwelle 30 antriebswirksam mit der zweiten Getriebeeingangswelle 26 zu verbinden. Das vierte Schaltelement D kann folglich den dritten Planetenradsatz RS3 verblocken.
  • Zur leichteren Identifikation der einzelnen Wellen in den nun folgenden Ausführungsformen sind die Getriebewellen zusätzlich mit W0 bis Ws durchnummeriert.
  • In geschlossenem Zustand verblockt das vierte Schaltelement D den dritten Planetenradsatz RS3. Es versteht sich, dass neben der dargestellten Variante das vierte Schaltelement D auch das Sonnenrad mit dem Planetenradträger oder den Planetenradträger mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes RS3 verbinden kann.
  • 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 Hybridgangstufen H1 bis H3, eine Elektrogangstufe E2 sowie drei elektrodynamische Überlagerungszustände EDA1 bis EDA3 gezeigt.
  • In der zweiten bis fünften Spalte sind die Schaltzustände des ersten bis vierten Schaltelements A-D 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.
  • Zum Einrichten einer ersten Hybridgangstufe H1 sind das erste Schaltelement A und das vierte Schaltelement D zu schließen.
  • Ein Schließen des zweiten Schaltelements B und des vierten Schaltelements D richtet eine zweite Hybridgangstufe H2 ein.
  • Eine dritte Hybridgangstufe H3 wird durch Schließen des dritten Schaltelements C und des vierten Schaltelements D eingerichtet.
  • Eine Elektrogangstufe E2 kann durch Schließen des vierten Schaltelements D eingerichtet werden.
  • Ein erster elektrodynamischer Überlagerungszustand EDA1 kann durch Schließen des ersten Schaltelements A eingerichtet werden.
  • Ein Schließen des zweiten Schaltelements B richtet einen zweiten elektrodynamischen Überlagerungszustand EDA2 ein.
  • Ein dritter elektrodynamischer Überlagerungszustand EDA3 kann durch Schließen des dritten Schaltelements C eingerichtet werden.
  • In 4 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführungsform ist die erste Zwischenwelle 30 nicht mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes RS3 verbunden. Das Hohlrad des dritten Planetenradsatzes RS3 ist mit der zweiten Zwischenwelle 32 antriebswirksam verbunden. Die übrigen Anbindungen im Hybridgetriebe 18 sind identisch zu der in 2 gezeigten Ausführungsform. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführungsform ist die dritte Hybridgangstufe H3 eine Direktgangstufe für die Verbrennungsmaschine 16. In der in 2 gezeigten Ausführungsform entspricht die zweite Hybridgangstufe H2 einer Direktgangstufe für die Verbrennungsmaschine 16.
  • Für ein verbrennungsmotorisches bzw. hybrides Fahren stehen drei hybride Gangstufen zur Verfügung. Bei allen drei Gangstufen ist zu dem jeweiligen Schaltelement A, B, C das vierte Schaltelement D geschlossen, welches den dritten Planetenradsatz RS3 verblockt. Folglich ist die erste elektrische Antriebsmaschine 14 direkt mit dem Abtrieb verbunden.
  • Ist nur das vierte Schaltelement D geschlossen, kann rein elektrisch gefahren werden. Der dritte Planetenradsatz RS3 wird verblockt, sodass die erste elektrische Antriebsmaschine 14 direkt Antriebsleistung zum Abtrieb überträgt.
  • Ist nur das erste Schaltelement A geschlossen, entsteht ein elektrodynamischer Überlagerungszustand am dritten Planetenradsatz RS3. Dieser ist in der Schaltmatrix 34 mit EDA1 bezeichnet. Die Verbrennungsmaschine 16 ist dann über den ersten Planetenradsatz RS1 mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes RS3 verbunden, wobei die erste elektrische Antriebsmaschine 14 am Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes RS3 das Moment der Verbrennungsmaschine 16 abstützt. Hierdurch ist ein „EDA“-Anfahren vorwärts möglich. Aus diesen EDA-Modus kann die Verbrennungsmaschine 16 in die erste Hybridgangstufe H1 gelangen, weil das erste Schaltelement A in dieser Gangstufe geschlossen ist.
  • Ein weiterer EDA-Modus entsteht am dritten Planetenradsatz RS3, wenn nur das zweite Schaltelement B geschlossen wird. Dieser EDA-Modus ist in der Schaltmatrix 34 mit EDA2 bezeichnet. Die Verbrennungsmaschine 16 ist dann direkt mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes RS3 verbunden, wobei die erste elektrische Antriebsmaschine 14 am Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes RS3 das Moment der Verbrennungsmaschine 16 abstützt. Hierdurch ist ebenfalls ein „EDA“-Anfahren vorwärts möglich. Aus diesem EDA-Modus kann die Verbrennungsmaschine 16 in die zweite Hybridgangstufe H2 gelangen, weil das zweite Schaltelement B in dieser Gangstufe geschlossen ist.
  • Ein weiterer EDA-Modus entsteht am dritten Planetenradsatz RS3, wenn nur das dritte Schaltelement C geschlossen wird. Die Verbrennungsmaschine 16 ist dann über den zweiten Planetenradsatz RS2 mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes RS3 verbunden, wobei die erste elektrische Antriebsmaschine 14 am Sonnenrad das Drehmoment der Verbrennungsmaschine 16 abstützt. Hierdurch ist ebenfalls ein „EDA“-Anfahren vorwärts möglich. Aus diesem EDA-Modus kann die Verbrennungsmaschine 16 in die dritte Hybridgangstufe H3 gelangen, weil das dritte Schaltelement C in dieser Gangstufe geschlossen ist.
  • Eine Schaltung von der ersten Gangstufe in die zweite Gangstufe kann abtriebsgestützt durch die erste elektrische Antriebsmaschine 14 erfolgen, wobei das vierte Schaltelement D 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 vierte Schaltelement D 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 und das vierte Schaltelement D geschlossen. Es erfolgt ein Lastabbau am ersten Schaltelement A und gleichzeitig ein Lastaufbau an der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14. Das erste Schaltelement A wird geöffnet. Die Drehzahl der Verbrennungsmaschine 16 wird abgesenkt, sodass das zweite Schaltelement B synchron wird. Hierzu kann beispielsweise die Verbrennungsmaschine 16 in den Schubbetrieb gehen. Ist das zweite Schaltelement B synchron, kann es eingelegt werden.
  • Wird das Hybridgetriebe 18 mit einer elektrischen Achse, wie in 1 dargestellt, kombiniert, kann ein Allrad-Antriebssystem geschaffen werden. Beispielsweise kann das Hybridgetriebe 18 mit der Verbrennungsmaschine 16 und der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 als reiner Frontantrieb betrieben werden, wobei ein zusätzlicher Hinterachsantrieb mittels der elektrischen Achse erfolgt.
  • Hierbei können sogenannte E-CVT-Funktionen eingerichtet werden. Die EDA-Modi EDA1 bis EDA3 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 5 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführungsform umfasst das Hybridgetriebe 18 ein fünftes Schaltelement E, das dazu ausgebildet ist, die erste Zwischenwelle 30 festzusetzen. Hierdurch wird das Hohlrad des dritten Planetenradsatzes RS3 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 fünfte Schaltelement E mit dem vierten Schaltelement D zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst.
  • In 6 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 4 gezeigten Ausführungsform weist das Hybridgetriebe 18 der 6 ein fünftes Schaltelement E auf. Die Funktionsweise des fünften Schaltelements E ist analog zu der bezüglich der 5 beschriebenen Funktionsweise, wobei das Hybridgetriebe 18 ansonsten dem Hybridgetriebe 18 gemäß der 4 entspricht.
  • In 7 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführungsform sind die axialen Positionen des ersten Planetenradsatzes RS1 und des zweiten Planetenradsatzes RS2 getauscht. In der in 7 gezeigten Ausführungsform befinden sich der dritte Planetenradsatz RS3 und der zweite Planetenradsatz RS2 jeweils an einem Getriebeende. Der erste Planetenradsatz RS1 ist in einer Getriebemitte angeordnet. Es versteht sich, dass hierdurch auch das erste Schaltelement A und das dritte Schaltelement C in ihrer Position getauscht werden. Folglich ist das erste Schaltelement A mit dem zweiten Schaltelement B zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst.
  • In 8 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführungsform sind das erste Schaltelement A und das zweite Schaltelement B zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst. Die Anbindungen bleiben jedoch identisch.
  • In 9 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführungsform ist die erste Zwischenwelle 30 antriebswirksam mit einem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes RS3 verbunden, wobei die zweite Getriebeeingangswelle 26 antriebswirksam mit einem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes RS3 verbunden ist.
  • In 10 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 4 gezeigten Ausführungsform ist die zweite Zwischenwelle 32 mit einem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes RS3 verbunden, wobei die zweite Getriebeeingangswelle 26 antriebswirksam mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes RS3 verbunden ist.
  • Bei den in den 9 und 10 gezeigten Ausführungsformen handelt es sich um sogenannte inverse EDA-Anbindungen. Diese Anbindungen haben den Vorteil, dass die erste elektrische Antriebsmaschine 14 mit dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes RS3 verbunden ist und beim elektrodynamischen Anfahren oder elektrodynamischen Schaltungen mit geringerer Ausgleichsdrehzahl betrieben werden kann. Nachteilig ist hierbei, dass die erste elektrische Antriebsmaschine 14 ein hohes Stützmoment beim elektrodynamischen Anfahren und bei elektrodynamischen Schaltungen aufbringen muss und in einem elektrodynamischen Anfahren weniger lang generatorisch betrieben werden kann. Mit zunehmender Fahrtgeschwindigkeit wird der generatorische Betrieb früher verlassen, als wenn die erste elektrische Antriebsmaschine 14 antriebswirksam mit dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes RS3 verbunden ist.
  • In 11 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführungsform ist das erste Schaltelement A an einem Getriebeende angeordnet und dazu ausgebildet, den Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes RS1 antriebswirksam mit der ersten Zwischenwelle 30 zu verbinden. Es versteht sich, dass das erste Schaltelement A ebenfalls dazu ausgebildet sein kann, das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes RS1 antriebswirksam mit der ersten Zwischenwelle 30 zu verbinden. Das erste Schaltelement A ist folglich dazu ausgebildet, den ersten Planetenradsatz antriebswirksam zwischen der ersten Getriebeeingangswelle 24 und dem Abtrieb zu schalten, wobei ein Planetenradsatzelement des ersten Planetenradsatzes RS1 festgesetzt ist und ein anderes Planetenradsatzelement des ersten Planetenradsatzes RS1 mittels dem ersten Schaltelement A antriebswirksam mit der ersten Zwischenwelle 30 verbindbar ist.
  • In 12 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 7 gezeigten Ausführungsform ist das dritte Schaltelement C dazu ausgebildet, das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes RS2 antriebswirksam mit der ersten Zwischenwelle 30 zu verbinden. Analog zu der Beschreibung der 11 ist das dritte Schaltelement C dazu ausgebildet, den zweiten Planetenradsatz RS2 antriebswirksam mit der ersten Getriebeeingangswelle 24 und dem Abtrieb des Hybridgetriebes 18 zu verbinden. Folglich sind die oben beschriebenen Permutationen bezüglich des ersten Planetenradsatzes RS1 auch für den zweiten Planetenradsatz RS2 möglich.
  • In 13 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 5 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 13 umfasst ferner einen vierten Planetenradsatz RS4, dessen Sonnenrad antriebswirksam mit der Abtriebswelle 28 verbunden ist. Ein Hohlrad des vierten Planetenradsatzes RS4 ist festgesetzt und ein Planetenradträger des vierten Planetenradsatzes RS4 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 die 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 14 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Die Änderungen des Hybridgetriebes 18 gemäß der 14 sind analog zu der in 13, wobei als Basis-Hybridgetriebe das Hybridgetriebe gemäß der 6 dient.
  • In den 15 und 16 sind weitere Varianten von Hybridgetrieben 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 13 gezeigten Ausführungsform umfassen die Hybridgetriebe 18 gemäß der 15 und 16 eine Verbrennungsmaschinenkupplung K0. Die Verbrennungsmaschinenkupplung K0 ist an der Antriebs-Zwischenwelle 38 angeordnet und dazu ausgebildet, die Antriebs-Zwischenwelle 38 von der Getriebeantriebswelle 36 zu entkoppeln. 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 15 gezeigten Ausführungsform ist die Verbrennungsmaschinenkupplung K0 als formflüssiges Schaltelement ausgebildet.
  • In der in 16 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 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
    weitere elektrische Antriebsmaschine
    22
    Energiespeicher
    24
    erste Getriebeeingangswelle
    26
    zweite Getriebeeingangswelle
    28
    Abtriebswelle
    30
    erste Zwischenwelle
    32
    zweite Zwischenwelle
    34
    Schaltmatrix
    36
    Getriebeantriebswelle
    38
    Antriebs-Zwischenwelle
    40
    weitere elektrische Maschine
    42
    Abtrieb
    K0
    Verbrennungsmaschinenkupplung
    A-E
    Schaltelemente
    RS1-RS4
    Planetenradsätze
    H1 - H3
    Hybridgangstufen
    E1, E2
    Elektrogangstufen

Claims (18)

  1. Hybridgetriebe (18) für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) eines Kraftfahrzeugs (10), mit: einem ersten Planetenradsatz (RS1), einem zweiten Planetenradsatz (RS2) und einem dritten Planetenradsatz (RS3); 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) 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 einem ersten Planetenradsatzelement des dritten Planetenradsatzes (RS3) verbunden ist; die Abtriebswelle (28) antriebswirksam mit einem zweiten Planetenradsatzelement des dritten Planetenradsatzes (RS3) verbunden ist; jeweils ein Element des ersten Planetenradsatzes (RS1) und des zweiten Planetenradsatzes (RS2) festgesetzt sind; eine erste Zwischenwelle (30) antriebswirksam mit dem ersten Planetenradsatz (RS1) und dem zweiten Planetenradsatz (RS2) verbunden ist; eine zweite Zwischenwelle (32) antriebswirksam mit dem zweiten Planetenradsatz (RS2) verbunden ist; und mit dem dritten Planetenradsatz (RS3) ein elektrodynamischer Überlagerungszustand einrichtbar ist.
  2. Hybridgetriebe (18) nach Anspruch 1, wobei die erste Zwischenwelle (30) antriebswirksam mit einem Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes (RS1), einem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes (RS2) und dem dritten Planetenradsatz (RS3) verbunden ist; oder die erste Zwischenwelle (30) entkoppelt vom dritten Planetenradsatz (RS3) antriebswirksam mit einem Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes (RS1) und einem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes (RS2) verbunden ist und der zweite Planetenradsatz (RS2) mittels der zweiten Zwischenwelle (32) mit dem dritten Planetenradsatz (RS3) antriebswirksam verbunden ist.
  3. Hybridgetriebe (18) nach Anspruch 2, wobei der Abtrieb (42) ein Differential und eine Differentialwelle umfasst, die als Vollwelle ausgebildet ist und von den Getriebewellen (24, 26, 28, 30, 32) 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 vorzugsweise mittels eines vierten Planetenradsatzes (RS4) antriebswirksam mit der Abtriebswelle (28) verbunden ist.
  4. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche mit: einem ersten Schaltelement (A), das dazu ausgebildet ist, mittels dem ersten Planetenradsatz (RS1) einen Leistungsübertragungspfad zwischen der ersten Getriebeeingangswelle (24) und der Abtriebswelle (28) einzurichten; einem zweiten Schaltelement (B), das dazu ausgebildet ist, die erste Getriebeeingangswelle (24) antriebswirksam mit der ersten Zwischenwelle (30) zu verbinden; einem dritten Schaltelement (C), das dazu ausgebildet ist, mittels dem zweiten Planetenradsatz (RS2) einen Leistungsübertragungspfad zwischen der ersten Getriebeeingangswelle (24) und der Abtriebswelle (28) einzurichten; einem vierten Schaltelement (D), das dazu ausgebildet ist, den dritten Planetenradsatz (RS3) zu verblocken; und/oder einem fünften Schaltelement (E), das dazu ausgebildet ist, ein Element des dritten Planetenradsatzes (RS3) festzusetzen.
  5. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Zwischenwelle (30) antriebswirksam mit dem Hohlrad oder dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes (RS3) verbunden ist; oder die zweite Zwischenwelle (32) antriebswirksam mit dem Hohlrad oder dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes (RS3) verbunden ist.
  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) antriebswirksam mittels eines Elements zur Drehschwingungs-Entkopplung in Form eines Torsionsdämpfers oder eines Zweimassenschwungrads mit der Getriebeantriebswelle (36) verbunden ist.
  8. 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.
  9. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schaltelemente (A, B, C, D, E) als formschlüssige Schaltelemente, insbesondere als Klauenschaltelemente, ausgebildet sind; und/oder zwei Schaltelemente (A, B, C, D, E) als Doppelschaltelement ausgebildet sind und von einem doppeltwirkenden Aktor betätigbar sind.
  10. Hybridgetriebe (18) nach dem vorstehenden Anspruch, wobei vier Schaltelemente (A, B, C, D, E) 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 (24) verbindbar ist; und einer ersten elektrischen Antriebsmaschine (14), die mit der zweiten Getriebeeingangswelle (26) verbunden ist.
  12. 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) verbunden ist.
  13. Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, mit einer weiteren elektrischen Maschine (40), wobei die weitere elektrische Maschine (40) mit der ersten Getriebeeingangswelle (24) antriebswirksam verbunden ist.
  14. Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach dem vorstehenden Anspruch, wobei weitere elektrische Maschine (40) einen Hochvolt-Starter-Generator umfasst.
  15. Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, 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.
  16. Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, 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.
  17. Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs (12) nach einem der Ansprüche 11 bis 16.
  18. Kraftfahrzeug (10) mit: einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach einem der Ansprüche 11 bis 16; 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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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102012023471A1 (de) 2012-11-30 2014-06-05 Volkswagen Aktiengesellschaft Hybridantriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug
DE102013215114A1 (de) 2013-08-01 2015-02-05 Zf Friedrichshafen Ag Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs

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