DE102021211239B4 - Dreigang-Hybridgetriebe - Google Patents

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Thomas Martin
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Max Bachmann
Martin Brehmer
Ingo Pfannkuchen
Peter Ziemer
Christian Michel
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    • B60K6/48—Parallel type
    • B60K2006/4816—Electric machine connected or connectable to gearbox internal shaft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60K6/48—Parallel type
    • B60K2006/4833—Step up or reduction gearing driving generator, e.g. to operate generator in most efficient speed range
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H2200/00—Transmissions for multiple ratios
    • F16H2200/003—Transmissions for multiple ratios characterised by the number of forward speeds
    • F16H2200/0039—Transmissions for multiple ratios characterised by the number of forward speeds the gear ratios comprising three forward speeds
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H2200/00—Transmissions for multiple ratios
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    • F16H2200/203—Transmissions using gears with orbital motion characterised by the engaging friction means not of the freewheel type, e.g. friction clutches or brakes
    • F16H2200/2041—Transmissions using gears with orbital motion characterised by the engaging friction means not of the freewheel type, e.g. friction clutches or brakes with four engaging means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H2200/00—Transmissions for multiple ratios
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    • F16H2200/203—Transmissions using gears with orbital motion characterised by the engaging friction means not of the freewheel type, e.g. friction clutches or brakes
    • F16H2200/2064—Transmissions using gears with orbital motion characterised by the engaging friction means not of the freewheel type, e.g. friction clutches or brakes using at least one positive clutch, e.g. dog clutch
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H2200/00—Transmissions for multiple ratios
    • F16H2200/20—Transmissions using gears with orbital motion
    • F16H2200/2097—Transmissions using gears with orbital motion comprising an orbital gear set member permanently connected to the housing, e.g. a sun wheel permanently connected to the housing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • F16H3/62—Gearings having three or more central gears
    • F16H3/66—Gearings having three or more central gears composed of a number of gear trains without drive passing from one train to another

Abstract

Hybridgetriebe (18) für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) eines Kraftfahrzeugs (10), mit:einem ersten Radsatz (RS1) und einem zweiten Radsatz (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 (46);mehreren Gangschaltvorrichtungen mit Schaltelementen (A, B, C, D, E, F) zum Schalten von Gangstufen, wobeider zweite Radsatz (RS2) einen Planetenradsatz umfasst;die erste Getriebeeingangswelle (24) antriebswirksam mit einem ersten Radsatzelement des zweiten Radsatzes (RS2) mittels einer ersten Zwischenwelle (30) und/oder antriebswirksam mit einem zweiten Radsatzelement des zweiten Radsatzes (RS2) mittels einer zweiten Zwischenwelle (32) verbindbar ist;ein drittes Radsatzelement des zweiten Radsatzes (RS2) mittels einer dritten Zwischenwelle (34) mit dem ersten Radsatz (RS1) antriebswirksam verbunden ist;die zweite Getriebeeingangswelle (26) antriebswirksam mit dem ersten Radsatz (RS1) verbunden ist; mit dem zweiten Radsatz (RS2) ein elektrodynamischer Überlagerungszustand einrichtbar ist;der Abtrieb (46) ein Differential und eine Differentialwelle umfasst, die als Vollwelle ausgebildet ist und von den Getriebewellen (24, 26, 28, 30, 32, 34) 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.
  • 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, mit:
    • einem ersten Radsatz und einem zweiten Radsatz;
    • 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
    • der zweite Radsatz einen Planetenradsatz umfasst;
    • die erste Getriebeeingangswelle antriebswirksam mit einem ersten Radsatzelement des zweiten Radsatzes mittels einer ersten Zwischenwelle und/oder antriebswirksam mit einem zweiten Radsatzelement des zweiten Radsatzes mittels einer zweiten Zwischenwelle verbindbar ist;
    • ein drittes Radsatzelement des zweiten Radsatzes mittels einer dritten Zwischenwelle mit dem ersten Radsatz antriebswirksam verbunden ist;
    • die zweite Getriebeeingangswelle antriebswirksam mit dem ersten Radsatz verbunden ist;
    • mit dem zweiten Radsatz ein elektrodynamischer Überlagerungszustand einrichtbar ist;
    • 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 zudem 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 ferner 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 eine zweite 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. Dadurch, dass der zweite Radsatz einen Planetenradsatz umfasst, kann technisch einfach wenigstens ein elektrodynamischer Überlagerungszustand eingerichtet werden. Vorzugsweise kann der erste Radsatz ebenfalls einen Planetenradsatz umfassen. Es kann ein kompaktes und robustes Hybridgetriebe geschaffen werden. Durch die vorteilhafte Anbindung der Radsätze kann eine vorteilhafte Übersetzungsreihe erreicht werden. Ferner sind abtriebsgestützte Schaltungen möglich.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Zwischenwelle antriebswirksam mit einem Sonnenrad des zweiten Radsatzes und die zweite Zwischenwelle mit einem Planetenradträger des zweiten Radsatzes verbunden. Hierdurch kann ein technisch einfaches, kompaktes und robustes Hybridgetriebe geschaffen werden, dass einen elektrodynamischen Überlagerungszustand erlaubt. Insbesondere kann ein Hybridgetriebe geschaffen werden, dessen Schaltelemente technisch einfach mit Aktoren erreichbar sind, wobei mittels des Hybridgetriebes wenigstens drei Hybridgangstufen und eine reine Elektrogangstufe geschaffen werden können.
  • 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 Radsatzes in Form eines Planetenradsatzes antriebswirksam mit der Abtriebswelle verbunden. Mit anderen Worten ist die Differentialwelle die längste Welle im Hybridgetriebe. Hierdurch kann das Hybridgetriebe vorteilhaft um die Differentialwelle herum angeordnet werden. Es kann ein kompakter Antriebsstrang geschaffen werden, der sich bevorzugt für einen Front- oder Heckquereinbau eignet.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein erstes Schaltelement dazu ausgebildet, die erste Getriebeeingangswelle antriebswirksam mit der ersten Zwischenwelle zu verbinden. Ergänzend oder alternativ ist ein zweites Schaltelement dazu ausgebildet, die erste Getriebeeingangswelle antriebswirksam mit der zweiten Zwischenwelle zu verbinden. Weiterhin ergänzend oder alternativ ist ein drittes Schaltelement dazu ausgebildet, die Abtriebswelle antriebswirksam mit der ersten Zwischenwelle zu verbinden. Ein viertes Schaltelement ist dazu ausgebildet, die Abtriebswelle antriebswirksam mit der zweiten Zwischenwelle zu verbinden. Ergänzend oder alternativ ist ein fünftes Schaltelement dazu ausgebildet, die zweite Getriebeeingangswelle antriebswirksam mit der Abtriebswelle zu verbinden. Weiterhin ergänzend oder alternativ ist vorzugsweise ein sechstes Schaltelement dazu ausgebildet, die erste Zwischenwelle festzusetzen oder die dritte Zwischenwelle mit der Abtriebswelle zu verbinden. Durch die oben genannten Schaltelemente können mittels bautechnisch einfach erreichbarer Schaltelemente drei Hybridgangstufen geschaffen werden, von denen eine zwei Varianten umfasst. Ferner können eine Elektrogangstufe und bevorzugt eine kürzer übersetzte weitere Elektrogangstufe geschaffen werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der erste Radsatz einen Planetenradsatz, bevorzugt einen Minus-Palentenradsatz und besonders bevorzugt einen Plus-Planetenradsatz, wobei ein Element des Planetenradsatzes vorzugsweise festgesetzt ist. Alternativ umfasst der erste Radsatz eine doppelte Stirnradstufe. Durch die oben genannten alternativen Ausführungsformen des ersten Planetenradsatzes kann eine gewünschte Zielübersetzung vorteilhaft erreicht werden. Es kann ein variables Hybridgetriebe geschaffen werden, das für einen bevorzugten Bereich ausgelegt werden kann. Folglich kann ein Hybridgetriebe für eine Vielzahl von Anwendungen und Anwendungsbereichen geschaffen 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 und besonders bevorzugt sechs 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;
    • 9 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes; und
    • 10 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 zu einem nicht gezeigten Abtrieb des Hybridgetriebes 18 zu übertragen.
  • Das Hybridgetriebe 18 weist einen ersten Radsatz RS1 in Form eines Planetenradsatzes und einen zweiten Radsatz RS2 in Form eines Planetenradsatzes auf. Ein Sonnenrad des zweiten Radsatzes RS2 ist antriebswirksam mit einer ersten Zwischenwelle 30 verbunden. Ein Planetenradträger des zweiten Radsatzes RS2 ist antriebswirksam mit einer zweiten Zwischenwelle 32 verbunden. Der zweite Radsatz RS2 ist mittels einer dritten Zwischenwelle 34 antriebswirksam mit dem ersten Radsatz RS1 verbunden, wobei die dritte Zwischenwelle 34 das Hohlrad des zweiten Radsatzes RS2 antriebswirksam mit einem Planetenradträger des ersten Radsatzes RS1 verbindet. Ein Sonnenrad des ersten Radsatzes RS1 ist festgesetzt, also mit einem drehfesten Bauteil, wie beispielsweise einem Getriebegehäuse, verbunden. Ein Hohlrad des ersten Radsatzes RS1 ist antriebswirksam mit der zweiten Getriebeeingangswelle 26 verbunden.
  • Das Hybridgetriebe 18 weist fünf Schaltelemente A bis E auf. Ein erstes Schaltelement A ist dazu ausgebildet, die erste Zwischenwelle 30 antriebswirksam mit der ersten Getriebeeingangswelle 24 zu verbinden. Ein zweites Schaltelement B ist dazu ausgebildet, die zweite Zwischenwelle 32 antriebswirksam mit der ersten Getriebeeingangswelle 24 zu verbinden.
  • Ein drittes Schaltelement C ist dazu ausgebildet, die Abtriebswelle 28 antriebswirksam mit der ersten Zwischenwelle 30 zu verbinden. Ein viertes Schaltelement D ist dazu ausgebildet, die Abtriebswelle 28 antriebswirksam mit der zweiten Zwischenwelle 32 zu verbinden. Ein fünftes Schaltelement E ist dazu ausgebildet, die Abtriebswelle 28 antriebswirksam mit der zweiten Getriebeeingangswelle zu verbinden.
  • Das zweite Schaltelement B ist mit dem ersten Schaltelement A zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst. Das dritte Schaltelement C ist mit dem vierten Schaltelement D zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst. Das fünfte Schaltelement E ist als Einzelschaltelement ausgebildet.
  • Mit Ausnahme der ersten Zwischenwelle 30 sind alle Getriebewellen als Hohlwellen ausgebildet. Die erste Zwischenwelle 30 ist als Vollwelle ausgebildet.
  • Die erste elektrische Antriebsmaschine 14 ist achsparallel zum Hybridgetriebe 18 angeordnet und über ein Festrad, das mit einem weiteren Zahnrad in Eingriff ist, mit einem an der zweiten Getriebeeingangswelle 26 angeordneten Festrad mit dem Hybridgetriebe 18 verbunden. Aus Gründen der Übersicht ist die Verbrennungsmaschine 16 nicht gezeigt.
  • Zur leichteren Identifikation der einzelnen Wellen in den folgenden Ausführungsformen sind die Getriebewellen zusätzlich mit W0 bis Ws durchnummeriert.
  • In 3 sind schematisch die Schaltzustände des Hybridgetriebes 18 gemäß der 2 in einer Schaltmatrix 36 gezeigt. In der ersten Spalte der Schaltmatrix sind die Hybridgangstufen H1 bis H3, eine Elektrogangstufe E2 sowie ein elektrodynamischer Überlagerungszustand EDA gezeigt. In der zweiten bis sechsten Spalte sind die Schaltzustände des ersten bis fünften Schaltelements A bis E 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 der ersten Hybridgangstufe sind das erste Schaltelement A, das vierte Schaltelement D und das fünfte Schaltelement E zu schließen.
  • Eine erste Variante der zweiten Hybridgangstufe H2.1 kann durch Schließen des ersten Schaltelements A und des dritten Schaltelements C eingerichtet werden. Optional kann das fünfte Schaltelement E geschlossen werden. Das optionale Schließen ist in der Figur durch ein in Klammern gesetztes „X“ verdeutlicht.
  • Eine zweite Variante der zweiten Hybridgangstufe H2.2 kann durch Schließen des zweiten Schaltelements B und des vierten Schaltelements D eingerichtet werden. Hier kann ebenfalls das fünfte Schaltelement E optional geschlossen werden. Es versteht sich, dass in den beiden Varianten der zweiten Hybridgangstufe H2.1, H2.2 anstatt des Schaltelements E auch ein anderes Schaltelement geschlossen werden kann. Die Hybridgangstufen werden jeweils durch Schließen von zwei Schaltelementen eingerichtet.
  • Ein Schließen des zweiten Schaltelements B, des dritten Schaltelements C sowie des fünften Schaltelements E richtet die dritte Hybridgangstufe H3 ein.
  • Die Elektrogangstufe E2 kann durch Schließen des fünften Schaltelements E eingerichtet werden.
  • Der elektrodynamische Überlagerungszustand EDA kann durch Schließen des ersten Schaltelements A und des vierten Schaltelements D eingerichtet werden.
  • In den gezeigten Ausführungsformen können alle Schaltelemente A bis E als formschlüssige Schaltelemente, insbesondere als Klauenschaltelemente, ausgeführt werden.
  • Zum verbrennungsmotorischen bzw. hybriden Fahren stehen drei Gangstufen für die Verbrennungsmaschine 16 zur Verfügung. Bei allen drei Gangstufen ist das fünfte Schaltelement E vorzugsweise geschlossen. Hierdurch ist die erste elektrische Antriebsmaschine 14 direkt mit dem 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 EDA-Zustand am zweiten Radsatz RS2. Die Verbrennungsmaschine ist dann über das erste Schaltelement A mit dem Sonnenrad des zweiten Radsatzes RS2 verbunden, wobei die erste elektrische Antriebsmaschine 14 über den ersten Radsatz RS1 am Hohlrad des zweiten Radsatzes RS2 das Moment der Verbrennungsmaschine 16 abstützt. Der Planetenradträger des zweiten Radsatzes RS2 ist über das vierte Schaltelement D mit dem Abtrieb verbunden. Hierdurch ist ein EDA-Anfahren vorwärts möglich. Aus diesem elektrodynamischen Überlagerungszustand EDA kann für die Verbrennungsmaschine 16 die erste Hybridgangstufe H1 oder die erste Variante der zweiten Hybridgangstufe H2.1 eingelegt werden, da für diese Gangstufen das erste Schaltelement A und das vierte Schaltelement D geschlossen sind bzw. geschlossen sein können.
  • 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. Es erfolgt ein Wechsel von der ersten Hybridgangstufe H1 in die erste Variante der zweiten Hybridgangstufe H2.1. 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 wird von der ersten Variante der zweiten Hybridgangstufe H2.1 in die dritte Hybridgangstufe gewechselt.
  • Eine Lastschaltung von der ersten Hybridgangstufe H1 in die erste Variante der zweiten Hybridgangstufe H2.1 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 einen Schubbetrieb gehen oder, sofern vorhanden, eine mit der Verbrennungsmaschine 16 wirkverbundene weitere elektrische Maschine generatorisch betreiben. Das dritte Schaltelement C kann eingelegt werden. Das erste Schaltelement A und das fünfte Schaltelement E bleiben während der Schaltung geschlossen.
  • 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. Der EDA-Modus EDA bildet 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 gemäß der 4 ein sechstes Schaltelement F. Das sechste Schaltelement F ist dazu ausgebildet, die erste Zwischenwelle 30 festzusetzen, also mit einem drehfesten Bauteil, wie beispielsweise einem Getriebegehäuse, zu verbinden. Durch das Festsetzen der ersten Zwischenwelle 30 wird der zweite Radsatz RS2 festgesetzt. In dem gezeigten Beispiel ist das sechste Schaltelement F als Einzelschaltelement ausgebildet. Durch das Festsetzen des Sonnenrads kann mit dem Hybridgetriebe 18 eine weitere kürzer übersetzte Elektrogangstufe geschaffen werden, die vorzugsweise für Rückwärtsanfahren verwendet wird, da bei Rückwärtsfahrt kein EDA-Modus zur Verfügung steht.
  • In 5 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 4 gezeigten Ausführungsform ist das sechste Schaltelement F dazu ausgebildet, die Abtriebswelle 28 antriebswirksam mit der dritten Zwischenwelle 34 zu verbinden. Hierdurch sind der Planetenradträger des ersten Radsatzes RS1 und das Hohlrad des zweiten Radsatzes RS2 antriebswirksam mit der Abtriebswelle 28 und folglich dem Abtrieb des Hybridgetriebes 18 verbunden. Hierdurch kann ebenfalls eine kürzer übersetzte weitere Elektrogangstufe eingerichtet werden. In der gezeigten Ausführungsform ist das sechste Schaltelement F mit dem fünften Schaltelement E zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst.
  • In 6 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführungsform ist der erste Radsatz RS1 als Plus-Planetenradsatz ausgebildet. Folglich wurde im Unterschied zu den bisherigen Ausführungsformen ein Minus-Planetenradsatz in einen Plus-Planetenradsatz umgewandelt. Hierbei wird eine Planetenradträger- und Hohlradanbindung getauscht sowie der Betrag der Standübersetzung um 1 erhöht. Folglich ist im Unterschied zu den bisherigen Ausführungsformen das Hohlrad des ersten Radsatzes RS1 antriebswirksam mit dem Hohlrad des zweiten Radsatzes RS2 verbunden und ein Planetenradträger des ersten Radsatzes RS1 antriebswirksam mit der zweiten Getriebeeingangswelle 26 verbunden.
  • In 7 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 6 gezeigten Ausführungsform ist der erste Radsatz RS1 als doppelte Stirnradstufe mit einem ersten Stirnradpaar ST1 und einem zweiten Stirnradpaar ST2 ausgebildet. Hierbei ist das Hohlrad des zweiten Radsatzes RS2 mittels der dritten Zwischenwelle 34 antriebswirksam mit einem ersten Stirnradpaar ST1 verbunden, wobei das erste Stirnradpaar ST1 zwei Festräder umfasst und über eine Radsatz-Zwischenwelle 38 und über das zweite Stirnradpaar ST2 mit der zweiten Getriebeeingangswelle 26 verbunden ist.
  • In 8 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführungsform umfasst das Hybridgetriebe eine Getriebeantriebswelle 40, die antriebswirksam mit der Verbrennungsmaschine 16 und insbesondere einer Kurbelwelle der Verbrennungsmaschine 16 verbindbar ist. Um die Getriebeantriebswelle 40 ist eine als Hohlwelle ausgebildete Antriebs-Zwischenwelle 42 angeordnet. Die Antriebs-Zwischenwelle 42 ist mittels eines Elements zur Drehschwingungs-Entkopplung mit der Getriebeantriebswelle 40 verbunden. Ein Element zur Drehschwingungs-Entkopplung kann beispielsweise ein Torsionsdämpfer oder ein Zweimassenschwungrad sein. Die Getriebeantriebswelle 40 und die Antriebs-Zwischenwelle 42 sind achsparallel zu der ersten Getriebeeingangswelle 24 angeordnet.
  • Die Antriebs-Zwischenwelle 42 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 42 ist antriebswirksam mit einer weiteren elektrischen Maschine 44 verbunden. Die weitere elektrische Maschine 44 kann beispielsweise ein Hochvolt-Starter-Generator sein.
  • Das Hybridgetriebe 18 gemäß der 8 umfasst ferner einen dritten Radsatz RS3 in Form eines Planetenradsatzes, dessen Sonnenrad antriebswirksam mit der Abtriebswelle 28 verbunden ist. Ein Hohlrad des dritten Radsatzes RS3 ist festgesetzt und ein Planetenradträger des dritten Radsatzes RS3 ist antriebswirksam mit einem Differential eines Abtriebs 46 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 können 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 9 und 10 sind weitere Varianten von Hybridgetrieben 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 8 gezeigten Ausführungsform umfassen die Hybridgetriebe 18 gemäß der 8 und 9 eine Verbrennungsmaschinenkupplung K0. Die Verbrennungsmaschinenkupplung K0 ist an der Antriebs-Zwischenwelle 42 angeordnet und dazu ausgebildet, die Antriebs-Zwischenwelle 42 von der Getriebeantriebswelle 40 zu entkoppeln oder die Antriebs-Zwischenwelle 42 mit der Getriebeantriebswelle 40 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 formschlüssiges Schaltelement ausgebildet.
  • In der in 10 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-Antriebsstrangs 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
    dritte Zwischenwelle
    36
    Schaltmatrix
    38
    Radsatz-Zwischenwelle
    40
    Getriebeantriebswelle
    42
    Antriebs-Zwischenwelle
    44
    weitere elektrische Maschine
    46
    Abtrieb
    A-F
    Schaltelemente
    RS1-RS3
    Radsätze

Claims (15)

  1. Hybridgetriebe (18) für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) eines Kraftfahrzeugs (10), mit: einem ersten Radsatz (RS1) und einem zweiten Radsatz (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 (46); mehreren Gangschaltvorrichtungen mit Schaltelementen (A, B, C, D, E, F) zum Schalten von Gangstufen, wobei der zweite Radsatz (RS2) einen Planetenradsatz umfasst; die erste Getriebeeingangswelle (24) antriebswirksam mit einem ersten Radsatzelement des zweiten Radsatzes (RS2) mittels einer ersten Zwischenwelle (30) und/oder antriebswirksam mit einem zweiten Radsatzelement des zweiten Radsatzes (RS2) mittels einer zweiten Zwischenwelle (32) verbindbar ist; ein drittes Radsatzelement des zweiten Radsatzes (RS2) mittels einer dritten Zwischenwelle (34) mit dem ersten Radsatz (RS1) antriebswirksam verbunden ist; die zweite Getriebeeingangswelle (26) antriebswirksam mit dem ersten Radsatz (RS1) verbunden ist; mit dem zweiten Radsatz (RS2) ein elektrodynamischer Überlagerungszustand einrichtbar ist; der Abtrieb (46) ein Differential und eine Differentialwelle umfasst, die als Vollwelle ausgebildet ist und von den Getriebewellen (24, 26, 28, 30, 32, 34) 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 Sonnenrad des zweiten Radsatzes (RS2) und die zweite Zwischenwelle (32) mit einem Planetenradträger des zweiten Radsatzes (RS2) verbunden ist.
  3. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Differentialwelle von der Abtriebswelle (28) und der ersten Zwischenwelle (30) zumindest abschnittsweise umgeben ist; und das Differential mittels eines dritten Radsatzes (RS3) in Form eines Planetenradsatzes 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 ersten Zwischenwelle (30) zu verbinden; ein zweites Schaltelement (B) dazu ausgebildet ist, die erste Getriebeeingangswelle (24) antriebswirksam mit der zweiten Zwischenwelle (32) zu verbinden; ein drittes Schaltelement (C) dazu ausgebildet ist, die Abtriebswelle (28) antriebswirksam mit der ersten Zwischenwelle (30) zu verbinden; ein viertes Schaltelement (D) dazu ausgebildet ist, die Abtriebswelle (28) antriebswirksam mit der zweiten Zwischenwelle (32) 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 oder die dritte Zwischenwelle (34) mit der Abtriebswelle zu verbinden.
  5. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Radsatz (RS1) einen Planetenradsatz oder eine doppelte Stirnradstufe umfasst.
  6. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einer Getriebeantriebswelle (40), die antriebswirksam mit der Verbrennungsmaschine (16) verbindbar ist, und einer Antriebs-Zwischenwelle (42), wobei die Getriebeantriebswelle (40) und die Antriebs-Zwischenwelle (42) achsparallel zur ersten Getriebeeingangswelle (24) angeordnet sind; die Antriebs-Zwischenwelle (42) als Hohlwelle ausgebildet ist und die Getriebeantriebswelle (40) zumindest abschnittsweise umgibt und antriebswirksam mit der Getriebeantriebswelle (40) verbunden ist; und die Antriebs-Zwischenwelle (42) mit einer weiteren elektrischen Maschine (44) und der ersten Getriebeeingangswelle (24) antriebswirksam verbindbar ist.
  7. Hybridgetriebe (18) nach dem vorstehenden Anspruch, wobei die Antriebs-Zwischenwelle (42) eine Verbrennungsmaschinenkupplung (K0) zum lösbaren antriebswirksamen Verbinden der Antriebs-Zwischenwelle 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 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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