DE102021213667A1 - Viergang-Hybridgetriebe in Mischbauweise - Google Patents

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Germany
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transmission
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motor vehicle
transmission input
hybrid
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Stefan Beck
Johannes Kaltenbach
Fabian Kutter
Matthias Horn
Thomas Martin
Mladjan Radic
Michael Wechs
Max Bachmann
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ZF Friedrichshafen AG
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    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/42—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
    • B60K6/48—Parallel type
    • B60K2006/4833—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
    • F16H—GEARING
    • F16H2200/00—Transmissions for multiple ratios
    • F16H2200/003—Transmissions for multiple ratios characterised by the number of forward speeds
    • F16H2200/0043—Transmissions for multiple ratios characterised by the number of forward speeds the gear ratios comprising four forward speeds

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybridgetriebe (18) für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) eines Kraftfahrzeugs (10), mit: einer ersten Getriebeeingangswelle (24) zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer Verbrennungsmaschine (16) des Kraftfahrzeugs; einer zweiten Getriebeeingangswelle (26) zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer ersten elektrischen Antriebsmaschine (14) des Kraftfahrzeugs; einer Abtriebswelle (28) zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einem Abtrieb (30); einem Planetenradsatz (RS), der mit der ersten Getriebeeingangswelle und der zweiten Getriebeeingangswelle verbunden ist; in mehreren Radsatzebenen angeordneten Stirnradpaaren (ST1, ST2, ST3) zum Bilden von Gangstufen; und mehreren Gangschaltvorrichtungen mit Schaltelementen (A, B, C, D, E) zum Einlegen von Gangstufen, wobei die Abtriebswelle in Vorgelegebauweise ausgeführt ist; und die zweite Getriebeeingangswelle antriebswirksam mit einem der Stirnradpaare (ST1, ST2, ST3) zum Bilden von Gangstufen verbunden ist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12), ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs und ein Kraftfahrzeug (10).

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 vorzugsweise 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 Hybridgetriebe mit einfachem mechanischem Aufbau zu schaffen. Weiterhin soll bevorzugt eine Antriebsstrangkonfiguration realisiert werden, bei der das Hybridgetriebe koaxial zu den Abtriebswellen positioniert ist und die Verbrennungsmaschine und/oder die elektrische Antriebsmaschine achsparallel dazu angeordnet werden kann.
  • Insbesondere soll ein Getriebe geschaffen werden, das bis zu vier Gangstufen aufweist, mit dem Laden-in-Neutral, elektrodynamisches Anfahren, EDA, sowie elektrodynamische Schaltungen, EDS, möglich sind.
  • Die obige Aufgabe wird gelöst durch ein Hybridgetriebe für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit:
    • einer ersten Getriebeeingangswelle zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer Verbrennungsmaschine des Kraftfahrzeugs;
    • einer zweiten Getriebeeingangswelle zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer ersten elektrischen Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs;
    • einer Abtriebswelle zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einem Abtrieb;
    • einem Planetenradsatz, der mit der ersten Getriebeeingangswelle und der zweiten Getriebeeingangswelle verbunden ist;
    • in mehreren Radsatzebenen angeordneten Stirnradpaaren zum Bilden von Gangstufen; und
    • mehreren Gangschaltvorrichtungen mit Schaltelementen zum Einlegen von Gangstufen, wobei
    • die Abtriebswelle in Vorgelegebauweise ausgeführt ist; und
    • die zweite Getriebeeingangswelle antriebswirksam mit einem der Stirnradpaare zum Bilden von Gangstufen verbunden 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 antriebswirksam verbunden ist.
  • Die obige Aufgabe wird zudem gelöst von einem Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs wie zuvor definiert.
  • Die obige Aufgabe wird schließlich gelöst 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 einer zweiten elektrischen Antriebsmaschine.
  • Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Insbesondere können der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang, das Kraftfahrzeug sowie das Verfahren entsprechend den für das Hybridgetriebe in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Ausgestaltungen ausgeführt sein.
  • Durch eine erste Getriebeeingangswelle zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer Verbrennungsmaschine und eine zweite Getriebeeingangswelle zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer ersten elektrischen Antriebsmaschine kann technisch einfach ein kompaktes Hybridgetriebe geschaffen werden. Eine Wirkverbindung kann sowohl schaltbar als auch nicht schaltbar ausgeführt sein. Durch eine Abtriebswelle zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einem Abtrieb, die in Vorgelegebauweise ausgeführt ist, kann ein kompaktes Hybridgetriebe geschaffen werden. Insbesondere kann die Abtriebswelle als Vorgelegewelle angesehen werden. Es kann folglich ein Hybridgetriebe geschaffen werden, bei dem die Vorgelegewelle auch als Abtriebswelle fungiert und achsparallel zur ersten und zweiten Getriebeeingangswelle angeordnet ist. Durch einen Planetenradsatz, der mit der ersten Getriebeeingangswelle und der zweiten Getriebeeingangswelle verbunden ist, kann ein kompaktes Hybridgetriebe mit hohem Funktionsumfang geschaffen werden. Dadurch, dass die zweite Getriebeeingangswelle antriebswirksam mit einem der Stirnradpaare zum Bilden von Gangstufen verbunden ist, ist die erste elektrische Antriebsmaschine vorzugsweise immer mit dem Planetenradsatz verbunden und kann hocheffizient ein Stützmoment aufbringen oder generatorisch betrieben werden. Insbesondere kann ein Hybridgetriebe geschaffen werden, mit dem ein Laden-in-Neutral sowie ein elektrodynamisches Anfahren und elektrodynamische Schaltungen möglich sind. Insbesondere kann ein Hybridgetriebe mit einem einfachen Aufbau und nur drei Aktoren bei kompakter Bauweise geschaffen werden. Das Hybridgetriebe weist eine geringe Bauteilbelastung, geringe Getriebeverluste und einen guten Verzahnungswirkungsgrad sowohl verbrennungsmotorisch als auch elektrisch auf. Mit dem Getriebe sind abtriebsgestützte Schaltungen möglich. Insbesondere ist die erste elektrische Antriebsmaschine in zwei der Gangstufen abkoppelbar, sodass ein hocheffizienter rein verbrennungsmotorischer Betrieb eingerichtet werden kann. Ein Übergang aus dem Zustand Laden-in-Neutral bzw. aus dem elektrodynamischen Anfahren kann in alle drei mechanischen Gangstufen für die Verbrennungsmaschine erfolgen.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die zweite Getriebeeingangswelle mittels eines dritten Stirnradpaars der Stirnradpaare zum Bilden von Gangstufen mit der ersten elektrischen Antriebsmaschine verbindbar. Alternativ umfasst die zweite Getriebeeingangswelle ein Anbindungszahnrad und ist mittels des Anbindungszahnrads mit der ersten elektrischen Antriebsmaschine verbindbar. Durch eine Anbindung der ersten elektrischen Antriebsmaschine mittels des dritten Stirnradpaars kann ein gewichtsoptimierter Antriebsstrang geschaffen werden. Insbesondere werden weniger Bauteile zum Aufbau des Antriebsstrangs benötigt. Durch ein Anbindungszahnrad kann eine höhere Flexibilität für eine Vorübersetzung der ersten elektrischen Antriebsmaschine erreicht werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die zweite Getriebeeingangswelle als Hohlwelle ausgeführt und umgibt die erste Getriebeeingangswelle zumindest abschnittsweise. Hierdurch kann eine Kompaktheit des Hybridgetriebes weiter verbessert werden. Insbesondere ist es möglich, die zweite Getriebeeingangswelle vorteilhaft an der ersten Getriebeeingangswelle zu lagern. Zudem kann durch eine als Hohlwelle ausgebildete zweite Getriebeeingangswelle eine Anbindung der ersten elektrischen Antriebsmaschine an einer Außenseite des Hybridgetriebes erfolgen. Hierdurch kann Bauraum für eine entsprechend große erste elektrische Antriebsmaschine geschaffen werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Hybridgetriebe eine Getriebeantriebswelle auf, die mit der ersten Getriebeeingangswelle antriebswirksam verbunden und achsparallel zur ersten Getriebeeingangswelle angeordnet ist. Ergänzend oder alternativ ist die Abtriebswelle antriebswirksam mit einem Differential des Abtriebs wirkverbunden, wobei das Differential eine Differentialwelle zum Übertragen von Antriebsleistung aus dem Hybridgetriebe zu Rädern des Kraftfahrzeugs umfasst, die achsparallel zur Abtriebswelle angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, die erste elektrische Antriebsmaschine zu lagern. Vorzugsweise ist die Getriebeantriebswelle mittels einer Kette oder einer Zahnradkette antriebswirksam mit der ersten Getriebeeingangswelle verbunden. Durch die vorteilhafte oben beschriebene Anordnung kann eine achsparallele Anbindung der Verbrennungsmaschine zu einer Getriebeachse des Hybridgetriebes erfolgen. Es versteht sich, dass an der Getriebeantriebswelle zusätzlich ein Tilger oder Dämpferelement angeordnet sein kann. Durch die Lagerung der ersten elektrischen Antriebsmaschine an einer Getriebewelle kann eine hocheffiziente und platzsparende Lagerung bzw. Anordnung der ersten elektrischen Antriebsmaschine im Hybridgetriebe erfolgen. Eine Kompaktheit des Hybridgetriebes kann weiter verbessert werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Planetenradträger des Planetenradsatzes mittels eines zweiten Stirnradpaars mit der Abtriebswelle verbindbar. Ergänzend ist ein Sonnenrad des Planetenradsatzes mit der ersten Getriebeeingangswelle verbunden. Weiterhin ergänzend ist ein Hohlrad des Planetenradsatzes mit der zweiten Getriebeeingangswelle verbunden. Durch diese vorteilhafte Anbindung des Planetenradsatzes kann mittels der ersten elektrischen Maschine und der Verbrennungsmaschine ein elektrodynamischer Überlagerungszustand mit dem Planetenradsatz eingerichtet werden, der mittels des Planetenradträgers über das zweite Stirnradpaar noch einmal übersetzt werden kann. Es kann ein hochvariables Hybridgetriebe mit einem vorteilhaft übersetzten und integrierten elektrodynamischen Anfahrelement geschaffen werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Hybridgetriebe eine Verbrennungsmaschinenkupplung zum lösbaren antriebswirksamen Verbinden der ersten Getriebeeingangswelle mit der Verbrennungsmaschine auf, wobei die Verbrennungsmaschinenkupplung vorzugsweise an der Getriebeantriebswelle angeordnet ist. Es versteht sich, dass die Verbrennungsmaschinenkupplung als Klauenschaltelement oder als Reibschaltelement ausgebildet sein kann. Durch eine Verbrennungsmaschinenkupplung kann die Verbrennungsmaschine vom Hybridgetriebe entkoppelt werden und so ein hocheffizienter rein elektrischer Fahrmodus mittels des Hybridgetriebes eingerichtet werden. Eine Reibkupplung ermöglicht zudem einen sogenannten Schwungstart der Verbrennungsmaschine und kann als Anfahrelement für die Verbrennungsmaschine dienen. Durch eine Verbrennungsmaschinenkupplung kann die Variabilität und die Effizienz des Hybridgetriebes erhöht werden. Ferner kann eine Verbrennungsmaschinenkupplung aus funktionssicherheitstechnischen Gründen Anwendung in einem Hybridgetriebe finden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Hybridgetriebe genau drei Stirnradpaare, genau einen Planetenradsatz und genau fünf Schaltelemente zum Bilden von vier Gangstufen auf. Durch die Verwendung von genau drei Stirnradpaaren und einem Planetenradsatz kann ein kompaktes Hybridgetriebe mit wenigen Zahneingriffen geschaffen werden, das vier Hybridgangstufen mit mehreren Varianten, eine reine Elektrogangstufe, einen elektrodynamischen Überlagerungszustand und einen Zustand Laden-in-Neutral ermöglicht. Durch die Verwendung von genau fünf Schaltelementen kann erreicht werden, dass die Abtriebswelle schaltelementfrei ausgebildet wird. Ferner kann ein einfach anzusteuerndes kompaktes Hybridgetriebe geschaffen werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein erstes Schaltelement dazu ausgebildet, mittels eines ersten Stirnradpaars die erste Getriebeeingangswelle antriebswirksam mit der Abtriebswelle zu verbinden. Ergänzend oder alternativ ist ein zweites Schaltelement dazu ausgebildet, mittels eines zweiten Stirnradpaars die erste Getriebeeingangswelle antriebswirksam mit der Abtriebswelle zu verbinden. Weiterhin ergänzend oder alternativ ist ein drittes Schaltelement dazu ausgebildet, den Planetenradsatz mittels eines dritten Stirnradpaars antriebswirksam mit der Abtriebswelle zu verbinden. Weiterhin ergänzend oder alternativ ist ein viertes Schaltelement dazu ausgebildet, den Planentenradsatz mittels des zweiten Stirnradpaars antriebswirksam mit der Abtriebswelle zu verbinden. Ergänzend oder alternativ ist ein fünftes Schaltelement dazu ausgebildet, den Planetenradsatz zu verblocken, insbesondere die erste Getriebeeingangswelle antriebswirksam mit der zweiten Getriebeeingangswelle zu verbinden. Durch diese vorteilhafte Anordnung der Schaltelemente können mit dem Hybridgetriebe vier Hybridgangstufen, mit mehreren Varianten, sowie eine reine Elektrogangstufe eingerichtet werden. Es kann ein variables und kompaktes Hybridgetriebe geschaffen, mit dem elektrodynamisches Anfahren sowie elektrodynamische Schaltungen und ein Laden-in-Neutral möglich sind.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Getriebeeingangswelle an einer ersten Getriebeseite mit der Verbrennungsmaschine verbindbar. Ergänzend ist die zweite Getriebeantriebswelle, an einer zweiten, der ersten gegenüberliegenden Getriebeseite, mit der ersten elektrischen Antriebsmaschine verbindbar. Hierdurch können die Antriebsmaschinen an gegenüberliegenden Getriebeseiten an das Hybridgetriebe angebunden werden. Es kann ein bezüglich der Anordnung und des Bauraumbedarfs variabler und insbesondere kompakter Antriebsstrang geschaffen werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Schaltelemente als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet. Ergänzend oder alternativ sind wenigstens zwei der Schaltelemente, bevorzugt vier Schaltelemente, als Doppelschaltelement ausgebildet und von einem doppeltwirkenden Aktor betätigbar. Formschlüssige Schaltelemente ermöglichen ein hocheffizientes und kostengünstiges Hybridgetriebe. Der technische Aufbau und der Betrieb des Hybridgetriebes können durch ein Doppelschaltelement weiter vereinfacht werden. Insbesondere kann ein Doppelschaltelement mittels eines einzigen Aktors geschaltet werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang vorzugsweise eine weitere elektrische Maschine, die mit der ersten Getriebeeingangswelle antriebswirksam verbunden ist. Die erste elektrische Antriebsmaschine und/oder vorzugsweise die weitere elektrische Maschine ist als Startergenerator zum Starten der Verbrennungsmaschine ansteuerbar. Ergänzend oder alternativ ist die erste elektrische Antriebsmaschine und/oder vorzugsweise die weitere elektrische Maschine als Ladegenerator zum Laden eines Energiespeichers ansteuerbar. Die weitere elektrische Maschine ist vorzugsweise als Hochvolt-Startergenerator ausgebildet. 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, da die erste elektrische Antriebsmaschine und/oder vorzugsweise die weitere elektrische Maschine die Verbrennungsmaschine anschleppen kann.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Abtrieb des Hybridgetriebes mit einer ersten Kraftfahrzeugachse antriebswirksam verbindbar, wobei eine zweite Kraftfahrzeugachse eine elektrische Achse mit einer zweiten 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. Zudem kann ein ausfallsicherer Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug geschaffen werden, da im Falle eines aufgebrauchten Energiespeichers für die zweite elektrische Antriebsmaschine ein sogenannter serieller Fahrmodus einrichtbar ist. Bei dem seriellen Fahrmodus wird vorzugsweise die elektrische Antriebsmaschine von der Verbrennungsmaschine generatorisch betrieben und die so erzeugte Energie der zweiten elektrischen Antriebsmaschine zur Verfügung gestellt. Hierdurch kann ein hoch variabler Kraftfahrzeug-Antriebsstrang geschaffen werden, bei dem insbesondere auch bei leerem Energiespeicher elektrisch gefahren und insbesondere elektrisch angefahren 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 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, insbesondere ein serielles Schalten, 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 einer Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
    • 3 schematisch die Schaltzustände der Hybridgetriebe gemäß der 2;
    • 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Variante eines Hybridgetriebes;
    • 5 eine schematische Darstellung einer weiteren Variante eines Hybridgetriebes;
    • 6 eine schematische Darstellung einer weiteren Variante eines Hybridgetriebes;
    • 7 eine schematische Darstellung einer weiteren Variante eines Hybridgetriebes;
    • 8 eine schematische Darstellung einer weiteren Variante eines Hybridgetriebes;
    • 9 eine schematische Darstellung einer weiteren Variante eines Hybridgetriebes; und
    • 10 eine schematische Darstellung einer weiteren Variante eines 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 zweiten elektrischen Antriebsmaschine 20, die mit einer Hinterachse des Kraftfahrzeugs 10 verbunden ist. Es versteht sich, dass auch eine umgekehrte Anbindung erfolgen kann, sodass 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 zweiten 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 zweiten elektrischen Antriebsmaschine 20 dient.
  • 2 zeigt eine vereinfachte Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18. Das Hybridgetriebe 18 weist eine erste Getriebeeingangswelle 24 und eine zweite Getriebeeingangswelle 26 auf, die dazu ausgebildet sind, Antriebsleistung der Antriebsmaschinen 14, 16 in das Hybridgetriebe 18 zu übertragen.
  • Das Hybridgetriebe 18 weist ferner eine Abtriebswelle 28 und einen Planetenradsatz RS auf. Im Hybridgetriebe 18 sind insgesamt drei Stirnradpaare angeordnet, die mit ST1 bis ST3 bezeichnet sind.
  • Das Hybridgetriebe weist fünf Schaltelemente A, B, C, D, E auf.
  • Das erste Stirnradpaar ST1 ist durch ein an der Abtriebswelle 28 angeordnetes Festrad und ein an der ersten Getriebeeingangswelle 24 angeordnetes Losrad gebildet, wobei das erste Stirnradpaar ST1 durch Einlegen eines ersten Schaltelements A antriebswirksam geschaltet werden kann. Folglich wird durch Einlegen des ersten Schaltelements A Antriebsleistung von der ersten Getriebeeingangswelle 24 über das erste Stirnradpaar ST1 zur Abtriebswelle 28 übertragen.
  • Das zweite Stirnradpaar ST2 ist ebenfalls durch ein an der Abtriebswelle 28 angeordnetes Festrad und ein an der ersten Getriebeeingangswelle 24 angeordnetes Losrad gebildet und kann durch Einlegen eines zweiten Schaltelements B antriebswirksam geschaltet werden.
  • Das dritte Stirnradpaar ST3 ist durch ein an der zweiten Getriebeeingangswelle 26 angeordnetes Festrad gebildet, das mit einem an der Abtriebswelle 28 angeordneten Losrad in Eingriff ist, wobei das an der Abtriebswelle angeordnete Losrad des dritten Stirnradpaars ST3 durch Einlegen eines dritten Schaltelements C antriebswirksam mit der Abtriebswelle 28 verbindbar ist.
  • Das Losrad des zweiten Stirnradpaars ST2 kann zudem durch Einlegen eines vierten Schaltelements D antriebswirksam mit einem Planetenradträger des Planetenradsatzes RS verbunden werden. Ein Hohlrad des Planetenradsatzes RS ist antriebswirksam mit der zweiten Getriebeeingangswelle 26 verbunden. Zudem ist ein Sonnenrad des Planetenradsatzes RS antriebswirksam mit der ersten Getriebeeingangswelle 24 verbunden.
  • Durch Einlegen eines fünften Schaltelements E kann der Planetenradsatz RS verblockt werden. Im gezeigten Beispiel verbindet das vierte Schaltelement D die erste Getriebeeingangswelle 24 antriebswirksam mit der zweiten Getriebeeingangswelle 26 und folglich das Hohlrad des Planetenradsatzes RS antriebswirksam mit dem Sonnenrad des Planetenradsatzes RS.
  • Das erste Schaltelement A ist mit dem zweiten Schaltelement B zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst. Das vierte Schaltelement D ist mit dem fünften Schaltelement E zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst. Diese beiden Doppelschaltelemente sind an der ersten Getriebeeingangswelle 24 angeordnet.
  • Das dritte Schaltelement C ist als Einzelschaltelement ausgebildet und an der Abtriebswelle 28 angeordnet. Die Abtriebswelle 28 ist dazu ausgebildet, Antriebsleistung aus dem Hybridgetriebe 18 zu einem nicht näher dargestellten Abtrieb 30 zu leiten. In dem gezeigten Beispiel ist die erste elektrische Antriebsmaschine 14 an einer der Anbindungsseite der nicht gezeigten Verbrennungsmaschine 16 gegenüberliegenden Getriebeseite an das Hybridgetriebe 18 angebunden.
  • Das fünfte Schaltelement E verblockt im geschlossenen Zustand den Planetenradsatz RS durch Verbinden von zwei der drei Elemente des Planetenradsatzes RS. Hierbei sind folgende drei Verblockungsvarianten denkbar. Das fünfte Schaltelement E könnte das Sonnenrad und den Planetenradträger des Planetenradsatzes RS verblocken, wie in 2 dargestellt. Ferner könnte das fünfte Schaltelement E das Hohlrad des Planetenradsatzes RS mit dem Planetenradträger des Planetenradsatzes RS verbinden. Schließlich könnte das fünfte Schaltelement E auch das Sonnenrad mit dem Hohlrad des Planetenradsatzes RS verbinden.
  • Vorzugsweise werden die Antriebe, also die Verbrennungsmaschine 16 und die erste elektrische Antriebsmaschine 14, achsparallel zum Hybridgetriebe 18 angeordnet. Es versteht sich, dass dem in 2 gezeigten Radsatz eine feste Übersetzung in Form eines weiteren Planetenradsatzes oder einer Stirnradstufe nachgeschaltet werden kann. Ferner versteht sich, dass dem in 2 gezeigten Radsatz üblicherweise ein Differential nachgeschaltet wird.
  • In 3 sind in einer Schaltmatrix 32 in einer ersten Spalte die Hybridgangstufen H1 bis H4, eine Elektrogangstufe E1, ein elektrodynamischer Überlagerungszustand EDA sowie ein Zustand Laden-in-Neutral, LiN, gezeigt. In der zweiten bis sechsten Spalte sind die Schaltzustände der Schaltelemente 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.
  • Eine erste Variante der ersten Hybridgangstufe H1.1 kann durch Einlegen des ersten Schaltelements A und des vierten Schaltelements D eingerichtet werden.
  • Eine zweite Variante der ersten Hybridgangstufe H1.2 kann durch Einlegen des ersten Schaltelements A und des fünften Schaltelements E eingerichtet werden.
  • Ein Einlegen des ersten Schaltelements A richtet eine dritte Variante der ersten Hybridgangstufe H1.3 ein.
  • Die zweite Hybridgangstufe H2 kann durch Einlegen des dritten Schaltelements C und des vierten Schaltelements D eingerichtet werden.
  • Eine erste Variante der dritten Hybridgangstufe H3.1 kann durch Einlegen des zweiten Schaltelements B und des dritten Schaltelements C eingerichtet werden.
  • Ein Einlegen des zweiten Schaltelements B und des vierten Schaltelements D richtet eine zweite Variante der dritten Hybridgangstufe H3.2 ein.
  • Eine dritte Variante der dritten Hybridgangstufe H3.3 kann durch Einlegen des zweiten Schaltelements B und des fünften Schaltelements E eingerichtet werden.
  • Ein Einlegen des zweiten Schaltelements B richtet eine vierte Variante der dritten Hybridgangstufe H3.4 ein.
  • Die vierte Hybridgangstufe H4 kann durch Einlegen des dritten Schaltelements C und des fünften Schaltelements E eingerichtet werden.
  • Die Elektrogangstufe E1 kann durch Einlegen des dritten Schaltelements C eingerichtet werden.
  • Ein Einlegen des vierten Schaltelements D richtet einen elektrodynamischen Überlagerungszustand EDA ein.
  • Der Zustand Laden-in-Neutral, LiN, kann durch Einlegen des fünften Schaltelements E eingerichtet werden.
  • Für ein verbrennungsmotorisches bzw. hybrides Fahren stehen drei bzw. vier unterschiedliche hybride Gangstufen für die Verbrennungsmaschine 16 zur Verfügung. Die erste Hybridgangstufe H1 und die zweite Hybridgangstufe H2 weisen ähnliche Übersetzungen auf. Die zweite Hybridgangstufe H2 wird insbesondere benötigt, um Gangstufen mit abtriebsgestützten Schaltungen zu ermöglichen.
  • Ist nur das dritte Schaltelement C geschlossen, kann rein elektrisch gefahren werden, da die erste elektrische Antriebsmaschine 14 direkt mit dem Abtrieb 30 verbunden ist.
  • Ist nur das vierte Schaltelement D geschlossen, entsteht ein EDA-Zustand, also ein elektrodynamischer Überlagerungszustand, am Planetenradsatz RS. Die Verbrennungsmaschine 16 ist dann mit dem Sonnenrad des Planetenradsatzes RS verbunden, wobei die erste elektrische Antriebsmaschine 14 am Hohlrad des Planetenradsatzes das Moment der Verbrennungsmaschine 16 abstützt. Der Planetenradträger des Planetenradsatzes RS ist über das zweite Stirnradpaar ST2 mit dem Abtrieb 30 verbunden. Hierdurch ist ein sogenanntes EDA-Anfahren vorwärts möglich. Aus diesem EDA-Modus bzw. Schaltzustand kann für die Verbrennungsmaschine 16 die erste Variante der ersten Hybridgangstufe H1.1, die zweite Hybridgangstufe H2 und die zweite Variante der dritten Hybridgangstufe H3.2 eingelegt werden, weil das vierte Schaltelement D in diesen Schaltzuständen jeweils geschlossen ist.
  • Eine Schaltung von der zweiten Gangstufe in die dritte Gangstufe kann abtriebsgestützt durch die erste elektrische Antriebsmaschine 14 erfolgen, wobei das dritte Schaltelement C geschlossen bleibt. Sodann wird von der zweiten Hybridgangstufe H2 in die erste Variante der dritten Hybridgangstufe H3.1 gewechselt. Ferner kann eine Schaltung von der dritten Gangstufe in die vierte Gangstufe ebenfalls abtriebsgestützt durch die erste elektrische Antriebsmaschine 14 erfolgen, wobei das Schaltelement C geschlossen bleibt. Hierbei wird von der ersten Variante der dritten Hybridgangstufe H3.1 in die vierte Hybridgangstufe H4 gewechselt.
  • Eine elektromechanische, EMS, bzw. eine elektrodynamische, EDS, Lastschaltung von der zweiten Hybridgangstufe H2 in die erste Variante der dritten Hybridgangstufe H3.1 im Hybridbetrieb kann beispielsweise wie folgt erfolgen. Im Ausgangspunkt, also der zweiten Hybridgangstufe H2, sind das dritte Schaltelement C und das vierte Schaltelement D geschlossen. Es erfolgt ein Lastabbau am vierten Schaltelement D und ein gleichzeitiger Lastaufbau an der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14. Das vierte Schaltelement D wird sodann geöffnet. Die Drehzahl der Verbrennungsmaschine 16 wird abgesenkt, sodass das zweite Schaltelement B synchron wird. Dazu kann beispielsweise die Verbrennungsmaschine 16 eine weitere elektrische Antriebsmaschine generatorisch antreiben, was bevorzugt ist, oder die Verbrennungsmaschine 16 kann in den Schubbetrieb gehen. Sodann kann das zweite Schaltelement B eingelegt werden. Das dritte Schaltelement C bleibt während der Schaltung geschlossen.
  • Ist nur das fünfte Schaltelement E geschlossen, kann die erste elektrische Antriebsmaschine 14 unabhängig vom Abtrieb 30 mit der Verbrennungsmaschine 16 verbunden werden. Die erste elektrische Antriebsmaschine 14 und die Verbrennungsmaschine 16 drehen dann in einem festen Verhältnis zueinander. So ist einerseits ein Start der Verbrennungsmaschine 16 mittels der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 möglich. Ferner kann die erste elektrische Antriebsmaschine 14 von der Verbrennungsmaschine 16 als Generator betrieben werden und den elektrischen Energiespeicher 22 laden oder elektrische Verbraucher versorgen.
  • Ein Verbraucher kann auch eine zweite elektrische Antriebsmaschine 20, wie in 1 gezeigt, sein, die beispielsweise die andere Fahrzeugachse antreibt. Ein Übergang vom Zustand Laden-in-Neutral, LiN, ist in die zweite Variante der ersten Hybridgangstufe H1.2, in die dritte Variante der dritten Hybridgangstufe H3.3 und in die vierte Hybridgangstufe H4 möglich, weil das fünfte Schaltelement E in diesen Schaltzuständen jeweils geschlossen ist.
  • Ist, wie beispielsweise in 1 gezeigt, eine elektrische Hinterachse vorhanden, kann mithilfe dieser Kombination ein Allrad-Antriebssystem geschaffen werden.
  • Beispielsweise kann ein DHT-Getriebe, also eine Dedicated Hybrid Transmission, mit der Verbrennungsmaschine 16 und der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 als reiner Frontantrieb konzipiert sein und ein zusätzlicher Hinterachsantrieb mit der separaten zweiten elektrischen Antriebsmaschine 20 erfolgen.
  • Der elektrodynamische Überlagerungszustand EDA ist in diesem Fall ein leistungsverzweigter E-CVT-Fahrbereich für die Verbrennungsmaschine 16, bei dem auch ein batterieneutraler Betrieb möglich ist. Unter CVT-Fahrbereich ist insbesondere ein stufenlos variabler übersetzter Fahrbereich, Continuous Variable Transmission, zu verstehen.
  • In der zweiten Gangstufe und der dritten Gangstufe kann die erste elektrische Antriebsmaschine 14 abgekoppelt werden, insbesondere in der vierten Variante der zweiten Hybridgangstufe H2.4 und der vierten Variante der dritten Hybridgangstufe H3.4, wenn lediglich das erste Schaltelement A bzw. das zweite Schaltelement B geschlossen ist. Besonders vorteilhaft ist hierbei, dass es zu einer Vermeidung von Nulllastverlusten kommt, wenn die erste elektrische Antriebsmaschine 14 nicht benötigt wird. Ein Beispiel für einen derartigen Modus ist ein rein verbrennungsmotorisches Fahren.
  • Wird das Kraftfahrzeug 10 ausschließlich mittels der elektrischen Achse, bzw. der zweiten elektrischen Antriebmaschine 20 angetrieben, kann ein Großteil des Hybridgetriebes 18 abgekoppelt werden, indem das erste bis vierte Schaltelement A bis D jeweils geöffnet wird. Dies führt zu weniger Schleppverlusten im Getrieberadsatz.
  • Ferner kann eine Zugkraftunterstützung mittels der zweiten elektrischen Antriebsmaschine 20 erfolgen. Die zweite elektrische Antriebsmaschine 20 kann beispielsweise an der Hinterachse die Zugkraft stützen, wenn im Hybridgetriebe 18 Umschaltungen notwendig sind, bei denen der Abtrieb 30 des Hybridgetriebes 18 lastfrei wird. Ein Beispiel für einen solchen Übergang ist: Wenn zunächst rein elektrisch mittels der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 und/oder der zweiten elektrischen Antriebsmaschine 20 gefahren wird und dann ein Start der Verbrennungsmaschine 16 mittels der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 in Neutral erfolgen soll.
  • In 4 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführungsform ist eine alternative Verblockungsvariante für den Planetenradsatz RS dargestellt. In dem in 4 gezeigten Beispiel verblockt das fünfte Schaltelement E den Planetenradsatz RS, indem das Hohlrad des Planetenradsatzes RS antriebswirksam mit dem Planetenradträger des Planetenradsatzes RS verbunden wird. Hierfür ist im Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführungsform die zweite Getriebeeingangswelle 26 radial außen um den Planetenradsatz RS herumgeführt, sodass sie mittels des fünften Schaltelements E geschaltet werden kann. Vorteilhaft bei der gezeigten Ausführungsform ist, dass das Doppelschaltelement umfassend das vierte Schaltelement D und das fünfte Schaltelement E als ein konventionelles Schaltelement dargestellt werden kann, das die Welle zur Anbindung des Planetenradträgers des Planetenradsatzes RS mittig umgibt.
  • In 5 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführungsform sind die Losrad- und Festradanbindungen des ersten Stirnradpaars ST1 getauscht. Folglich umfasst das erste Stirnradpaar ST1 in der in 5 gezeigten Ausführungsform ein Festrad, das an der ersten Getriebeeingangswelle 24 angeordnet ist, und ein Losrad, das an der Abtriebswelle 28 angeordnet ist. Ferner ist das erste Schaltelement A ebenfalls an der Abtriebswelle 28 angeordnet. Das zweite Schaltelement B ist an der ersten Getriebeeingangswelle 24 angeordnet. Die in 5 gezeigte Ausführungsform umfasst folglich drei Einzelschaltelemente A, B, C und ein Doppelschaltelement umfassend das vierte Schaltelement D und das fünfte Schaltelement E.
  • In 6 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführungsform ist die erste elektrische Antriebsmaschine 14 antriebswirksam mit dem Losrad des dritten Stirnradpaars ST3 verbunden. Die erste elektrische Antriebsmaschine 14 weist folglich eine Ausgangswelle auf, an der ein Zahnrad angeordnet ist, das mit dem Losrad des dritten Stirnradpaars ST3 in Eingriff ist. In den bisher gezeigten Ausführungsformen ist das an der Ausgangswelle der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 angeordnete Zahnrad in Eingriff mit dem Festrad des dritten Stirnradpaars ST3.
  • In 7 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführungsform weist die zweite Getriebeeingangswelle 26 ein Anbindungszahnrad auf, das über ein weiteres Zahnrad in Eingriff mit dem an der Ausgangswelle der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 angeordneten Zahnrad ist. Hierdurch kann eine höhere Flexibilität bezüglich der Vorübersetzung der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 beim Einbringen von Antriebsleistung in das Hybridgetriebe 18 erreicht werden. Ferner können hierdurch konstruktiv Vorteile bezüglich der Positionierung der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 im Motorraum erreicht werden.
  • In 8 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Das Hybridgetriebe 18 gemäß der 8 entspricht dabei im Wesentlichen dem in 2 gezeigten Hybridgetriebe 18, wobei in 8 der Abtrieb 30 detaillierter dargestellt ist. Der Abtrieb 30 ist durch ein zwischen dem zweiten Stirnradpaar ST2 und dritten Stirnradpaar ST3 angeordnetes Festrad an der Abtriebswelle 28 gebildet. Dieses Festrad ist in Eingriff mit einem an einem Differential angeordneten Festrad und überträgt so Antriebsleistung aus dem Hybridgetriebe 18 auf das Differential. Das Differential weist ferner eine Differentialwelle auf, die eine Rotorwelle der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 durchdringt. Mit anderen Worten ist die erste elektrische Antriebsmaschine 14 an der Differentialwelle gelagert.
  • Ferner weist das Hybridgetriebe 18 eine Getriebeantriebswelle 34 auf, die achsparallel zur ersten Getriebeeingangswelle 24 angeordnet ist und über ein Zugmittelgetriebe antriebswirksam mit einem an einer Getriebeaußenseite angeordneten Festrad mit der ersten Getriebeeingangswelle 24 verbunden ist. Die Getriebeantriebswelle 34 ist über einen Torsionsschwingungsdämpfer oder ein anderes prinzipiell im Stand der Technik bekanntes Element zur Drehschwingungsentkopplung mit der Verbrennungsmaschine 16 verbunden. Ferner ist an der Getriebeantriebswelle 34 ein Festrad zur Anbindung einer weiteren elektrischen Maschine 36 angeordnet. Die weitere elektrische Maschine 36 ist über ein Zugmittelgetriebe mit der Getriebeantriebswelle 34 wirkverbunden. Besonders bevorzugt kann die weitere elektrische Maschine 36 als Hochvoltstartergenerator ausgebildet sein.
  • Es versteht sich, dass die Anbindung der Getriebeantriebswelle 34 sowohl zur ersten Getriebeeingangswelle 24 als auch zur weiteren elektrischen Maschine 36 alternativ auch als Zahnradkette ausgebildet sein kann.
  • In 9 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 8 gezeigten Ausführungsform umfasst die Getriebeantriebswelle 34 eine Verbrennungsmaschinenkupplung K0. Die Verbrennungsmaschinenkupplung K0 ist dazu ausgebildet, die Getriebeantriebswelle 34 trennbar antriebswirksam mit der Verbrennungsmaschine 16 zu verbinden. Dabei ist die Verbrennungsmaschinenkupplung K0 zwischen dem Element zur Drehschwingungsentkopplung und den beiden Anbindungszahnrädern der Getriebeantriebswelle 34 angeordnet, sodass die weitere elektrische Maschine 36 stets mit der ersten Getriebeeingangswelle 24 in Triebverbindung steht.
  • In dem in 9 gezeigten Beispiel ist die Verbrennungsmaschinenkupplung K0 als formschlüssiges Schaltelement, beispielsweise als Klauenkupplung, ausgeführt.
  • In 10 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 9 gezeigten Ausführungsform ist die Verbrennungsmaschinenkupplung K0 als reibschlüssiges Schaltelement ausgeführt.
  • Es versteht sich, dass der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 bzw. das Hybridgetriebe 18 auch ohne Verbrennungsmaschinenkupplung K0 betrieben werden können. Dennoch kann eine Verbrennungsmaschinenkupplung K0 aus verschiedenen Gründen, wie beispielsweise aus funktionssicherheitstechnischen Gründen, sinnvoll sein. Insbesondere ermöglicht eine Verbrennungsmaschinenkupplung K0 in Form eines reibschlüssigen Schaltelements, wie in 10 gezeigt, einen Schleppstart der Verbrennungsmaschine 16. Insbesondere ist bei einer Ausführungsform mit weiterer elektrischer Maschine 36 eine Verbrennungsmaschinenkupplung K0 sinnvoll.
  • 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-Antriebsstrang 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
    zweite elektrische Antriebsmaschine
    22
    Energiespeicher
    24
    erste Getriebeeingangswelle
    26
    zweite Getriebeeingangswelle
    28
    Abtriebswelle
    30
    Abtrieb
    32
    Schaltmatrix
    34
    Getriebeantriebswelle
    36
    weitere elektrische Maschine
    A bis E
    Schaltelemente
    K0
    Verbrennungsmaschinenkupplung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102013215114 A1 [0006]

Claims (15)

  1. Hybridgetriebe (18) für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) eines Kraftfahrzeugs (10), mit: einer ersten Getriebeeingangswelle (24) zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer Verbrennungsmaschine (16) des Kraftfahrzeugs; einer zweiten Getriebeeingangswelle (26) zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer ersten elektrischen Antriebsmaschine (14) des Kraftfahrzeugs; einer Abtriebswelle (28) zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einem Abtrieb (30); einem Planetenradsatz (RS), der mit der ersten Getriebeeingangswelle und der zweiten Getriebeeingangswelle verbunden ist; in mehreren Radsatzebenen angeordneten Stirnradpaaren (ST1, ST2, ST3) zum Bilden von Gangstufen; und mehreren Gangschaltvorrichtungen mit Schaltelementen (A, B, C, D, E) zum Einlegen von Gangstufen, wobei die Abtriebswelle in Vorgelegebauweise ausgeführt ist; und die zweite Getriebeeingangswelle antriebswirksam mit einem der Stirnradpaare (ST1, ST2, ST3) zum Bilden von Gangstufen verbunden ist.
  2. Hybridgetriebe (18) nach Anspruch 1, wobei die zweite Getriebeeingangswelle (26) mittels eines dritten Stirnradpaars (ST3) der Stirnradpaare zum Bilden von Gangstufen mit der ersten elektrischen Antriebsmaschine (14) verbindbar ist; oder die zweite Getriebeeingangswelle ein Anbindungszahnrad umfasst und mittels des Anbindungszahnrads mit der ersten elektrischen Antriebsmaschine verbindbar ist.
  3. Hybridgetriebe (18) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Getriebeeingangswelle (26) als Hohlwelle ausgeführt ist und die erste Getriebeeingangswelle (24) zumindest abschnittsweise umgibt.
  4. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Hybridgetriebe eine Getriebeantriebswelle (34) aufweist, die mit der ersten Getriebeeingangswelle (24) antriebswirksam verbunden und achsparallel zur ersten Getriebeeingangswelle angeordnet ist, und/oder die Abtriebswelle (28) antriebswirksam mit einem Differential des Abtriebs (30) wirkverbunden ist, wobei das Differential eine Differentialwelle zum Übertragen von Antriebsleistung aus dem Hybridgetriebe zu Rädern des Kraftfahrzeugs (10) umfasst, die achsparallel zur Abtriebswelle angeordnet ist und dazu ausgebildet ist die erste elektrische Antriebsmaschine (14) zu lagern.
  5. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Planetenradträger des Planetenradsatzes (RS) mittels eines zweiten Stirnradpaares (ST2) mit der Abtriebswelle (28) verbindbar ist; ein Sonnenrad des Planetenradsatzes mit der ersten Getriebeeingangswelle (24) verbunden ist; und ein Hohlrad des Planetenradsatzes mit der zweiten Getriebeeingangswelle (26) verbunden ist.
  6. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einer Verbrennungsmaschinenkupplung (K0) zum lösbaren antriebswirksamen Verbinden der ersten Getriebeeingangswelle (24) mit der Verbrennungsmaschine (16), wobei die Verbrennungsmaschinenkupplung vorzugsweise an der Getriebeantriebswelle (34) angeordnet ist.
  7. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Hybridgetriebe genau drei Stirnradpaare (ST1, ST2, ST3), genau einen Planetenradsatz (RS) und genau fünf Schaltelemente (A, B, C, D, E) zum Bilden von vier der Gangstufen aufweist.
  8. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein erstes Schaltelement (A) dazu ausgebildet ist, mittels eines ersten Stirnradpaars (ST1) die erste Getriebeeingangswelle (24) antriebswirksam mit der Abtriebswelle (28) zu verbinden; ein zweites Schaltelement (B) dazu ausgebildet ist, mittels eines zweiten Stirnradpaars (ST2) die erste Getriebeeingangswelle antriebswirksam mit der Abtriebswelle zu verbinden; ein drittes Schaltelement (C) dazu ausgebildet ist, den Planetenradsatz (RS) mittels eines dritten Stirnradpaars (ST3) antriebswirksam mit der Abtriebswelle zu verbinden; ein viertes Schaltelement (D) dazu ausgebildet ist, den Planentenradsatz mittels des zweiten Stirnradpaars antriebswirksam mit der Abtriebswelle zu verbinden; und/oder ein fünftes Schaltelement (E) dazu ausgebildet ist, den Planetenradsatz zu verblocken.
  9. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Getriebeeingangswelle (24) an einer ersten Getriebeseite mit der Verbrennungsmaschine (16) verbindbar ist; und die zweite Getriebeantriebswelle (26) an einer zweiten, der ersten gegenüberliegenden, Getriebeseite mit der ersten elektrischen Antriebsmaschine (14) verbindbar ist.
  10. Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schaltelemente (A, B, C, D, E) als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet sind; und/oder wenigstens zwei der Schaltelemente, bevorzugt vier Schaltelemente, als Doppelschaltelement ausgebildet sind und von einem doppeltwirkenden Aktor betätigbar sind.
  11. Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) für ein Kraftfahrzeug (10), mit: einem Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche; einer Verbrennungsmaschine (16), die mit der ersten Getriebeeingangswelle (24) verbindbar ist; und einer ersten elektrischen Antriebsmaschine (14), die mit der zweiten Getriebeeingangswelle (26) antriebswirksam verbunden ist.
  12. Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach Anspruch 11, wobei der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang vorzugsweise eine weitere elektrische Maschine (36) umfasst, die mit der ersten Getriebeeingangswelle (24) antriebswirksam verbunden ist und die erste elektrische Antriebsmaschine (14) und/oder vorzugsweise die weitere elektrische Maschine als Startergenerator zum Starten der Verbrennungsmaschine (16) ansteuerbar ist; und/oder als Ladegenerator zum Laden eines Energiespeichers (22) ansteuerbar ist.
  13. Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach Anspruch 11 oder 12, wobei ein Abtrieb (30) des Hybridgetriebes (18) mit einer ersten Kraftfahrzeugachse antriebswirksam verbindbar ist und eine zweite Kraftfahrzeugachse eine elektrische Achse mit einer zweiten elektrischen Antriebsmaschine (20) umfasst; und vorzugsweise die erste elektrische Antriebsmaschine (14) und/oder die weitere elektrische Maschine (36) als Generator zum Versorgen der zweiten elektrischen Antriebsmaschine (20) ansteuerbar ist, um einen seriellen Fahrmodus einzurichten.
  14. Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs (12) nach einem der Ansprüche 11 bis 13.
  15. Kraftfahrzeug (10) mit: einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach einem der Ansprüche 11 bis 13; und einem Energiespeicher (22) zum Speichern von Energie zum Versorgen der ersten elektrischen Antriebsmaschine (14) und/oder der zweiten elektrischen Antriebsmaschine (20).
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