DE102021214423A1 - Hybridgetriebevorrichtung und Antrieb mit einer Hybridgetriebevorrichtung - Google Patents

Hybridgetriebevorrichtung und Antrieb mit einer Hybridgetriebevorrichtung Download PDF

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electric machine
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Thomas Martin
Stefan Beck
Michael Wechs
Matthias Horn
Johannes Kaltenbach
Fabian Kutter
Max Bachmann
Martin Brehmer
Peter Ziemer
Mladjan Radic
Tobias Dieckhoff
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hybridgetriebevorrichtung (1) für einen Antrieb eines Kraftfahrzeugs, aufweisend• zumindest eine erste Getriebeeingangswelle (2) zur zumindest mittelbaren Anbindung einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors (3),• zumindest eine zweite Getriebeeingangswelle (4) zur Anbindung einer Rotorwelle einer ersten Elektromaschine (5),• einen Planetenradsatz (40) mit einem Sonnenrad, einem Hohlrad und einem Planetenträger, an dem mehrere Planetenräder drehbar gelagert sind, wobei der Planetenradsatz koaxial zur ersten Getriebeeingangswelle und zur zweiten Getriebeeingangswelle angeordnet ist,• ein erstes Stirnradpaar (ST1), ein zweites Stirnradpaar (ST2) sowie ein drittes Stirnradpaar (ST3) und zumindest ein erstes Schaltelement (A), ein zweites Schaltelement (B), ein drittes Schaltelement (C), ein viertes Schaltelement (D), ein fünftes Schaltelement (E) zum Verblocken des Planetenradsatzes und zum Schalten zumindest eines elektromotorischen Gangs (E1), und zumindest ein sechstes Schaltelement (L) zur antriebswirksamen Verbindung der ersten Getriebeeingangswelle mit der zweiten Getriebeeingangswelle,• eine Hauptabtriebswelle (10), die zumindest mittelbar mit wenigstens einer ersten Seitenwelle antriebswirksam verbunden ist, die zur Anbindung eines jeweiligen Rades des Kraftfahrzeugs eingerichtet ist.Ferner betrifft die Erfindung einen Antrieb mit einer solchen Hybridgetriebevorrichtung.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Hybridgetriebevorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung einen Antrieb für ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Hybridgetriebevorrichtung.
  • Bei der Realisierung von Getrieben gibt es zwei unterschiedliche Ansätze. Zum einen können die Getriebe möglichst langbauend aber in radialer Richtung kurz für eine Heck-Längs-Anordnung im Fahrzeug ausgebildet werden. Alternativ ist es bekannt, für eine Front-Quer-Anordnung im Fahrzeug die Getriebe axial kurz aber in radialer Richtung länger auszubilden. Weiterhin ist es bekannt, Antriebsstränge dadurch zu hybridisieren, dass mindestens eine Elektromaschine im Fahrzeug vorgesehen ist, die ein Drehmoment über das Getriebe in den Antriebsstrang einleiten kann.
  • Beispielsweise offenbart die DE 10 2013 215 114 A1 einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs, 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 des unmittelbar axial benachbarten Stirnradpaares sowie zur Überbrückung des Überlagerungsgetriebes über ein Überbrückungsschaltelement drehfest mit dem zweiten Eingangselement oder dem Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes verbindbar ist, dass das zweite Eingangselement des Überlagerungsgetriebes permanent mit dem Rotor der Elektromaschine in Triebverbindung steht, und dass das Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes drehfest mit der Ausgangswelle verbunden ist.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine alternative Hybridgetriebevorrichtung sowie einen alternativen Antrieb für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen. Insbesondere soll die Hybridgetriebevorrichtung kompakt ausgebildet sein. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der davon abhängigen Ansprüche, der folgenden Beschreibung sowie der Figuren.
  • Eine erfindungsgemäße Hybridgetriebevorrichtung für einen Antrieb eines Kraftfahrzeugs umfasst
    • • zumindest eine erste Getriebeeingangswelle zur zumindest mittelbaren Anbindung einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors,
    • • zumindest eine zweite Getriebeeingangswelle zur Anbindung einer Rotorwelle einer ersten Elektromaschine,
    • • einen Planetenradsatz mit einem Sonnenrad, einem Hohlrad und einem Planetenträger, an dem mehrere Planetenräder drehbar gelagert sind, wobei der Planetenradsatz koaxial zur ersten Getriebeeingangswelle und zur zweiten Getriebeeingangswelle angeordnet ist,
    • • ein erstes Stirnradpaar, ein zweites Stirnradpaar sowie ein drittes Stirnradpaar und zumindest ein erstes Schaltelement, ein zweites Schaltelement, ein drittes Schaltelement, ein viertes Schaltelement, ein fünftes Schaltelement zum Verblocken des Planetenradsatzes und zum Schalten zumindest eines elektromotorischen Gangs, und zumindest ein sechstes Schaltelement zur antriebswirksamen Verbindung der ersten Getriebeeingangswelle mit der zweiten Getriebeeingangswelle,
    • • eine Hauptabtriebswelle, die achsparallel zur ersten Getriebeeingangswelle und zur zweiten Getriebeeingangswelle angeordnet ist, wobei die Hauptabtriebswelle zumindest mittelbar mit wenigstens einer ersten Seitenwelle antriebswirksam verbunden ist, die zur Anbindung eines jeweiligen Rades des Kraftfahrzeugs eingerichtet ist.
  • An die Hybridgetriebevorrichtung ist wenigstens eine erste Elektromaschine und ein Verbrennungsmotor ankoppelbar, wobei die Schaltelemente dazu vorgesehen sind, die erste Elektromaschine und/oder den Verbrennungsmotor je nach Gangstufe mit Komponenten der Hybridgetriebevorrichtung zu koppeln und so einen Antrieb des Kraftfahrzeugs mit unterschiedlichen Antriebsarten und Übersetzungen zu realisieren. Der Antrieb kann je nach Schaltstellung der Schaltelemente rein elektrisch oder hybridisiert bzw. verbrennungsmotorisch erfolgen. Ferner kann mit Hilfe der ersten Elektromaschine während Schaltvorgängen eine Zugkraftunterstützung im Hybridbetrieb realisiert werden. Die Schaltvorgänge können dabei abtriebsgestützt oder elektrodynamisch erfolgen.
  • Unter einer zumindest mittelbaren Anbindung einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors ist zu verstehen, dass zwischen der Kurbelwelle und der ersten Getriebeeingangswelle weitere Elemente oder Schaltkupplung angeordnet sein können, insbesondere eine Trennkupplung, die den Verbrennungsmotor von dem Antrieb entkoppelt.
  • Die erste und zweite Getriebeeingangswelle sind vorzugsweise koaxial zueinander angeordnet. In diesem Sinn ist die zweite Getriebeeingangswelle bevorzugt als Hohlwelle ausgebildet, wobei die erste Getriebeeingangswelle axial durch die zweite Getriebeeingangswelle hindurchgeführt ist. Entsprechend kann die erste Getriebeeingangswelle als Hohlwelle oder aber als Vollwelle ausgebildet sein. Die zweite Getriebeeingangswelle ist zudem drehfest mit dem einem Radsatzelement des Planetenradsatzes, insbesondere dem Sonnenrad oder dem Hohlrad des Planetenradsatzes, drehfest verbunden. Unter einer Getriebeeingangswelle ist ein Getriebeelement zu verstehen, über welches eine Antriebsleistung einer Antriebsmaschine, insbesondere einer Elektromaschine oder eines Verbrennungsmotors, in die Hybridgetriebevorrichtung eingeleitet werden kann. Die jeweilige Getriebeeingangswelle kann drehfest an die dazugehörige Antriebsmaschine, insbesondere mit einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors bzw. einer Rotorwelle einer Elektromaschine, angebunden sein. Alternativ kann eine Übersetzungsstufe zwischen der jeweiligen Getriebeeingangswelle und der dazugehörigen Antriebsmaschine vorgesehen sein.
  • Unter einer Anbindung eines Bauteils oder einer antriebswirksamen Verbindung zwischen zwei Bauteilen ist zu verstehen, dass diese Bauteile entweder unmittelbar miteinander verbunden sind oder über mindestens ein weiteres Bauteil miteinander verbunden sein können. Beispielsweise ist die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors drehfest mit der ersten Getriebeeingangswelle verbunden. Alternativ kann der Verbrennungsmotor über eine Übersetzungsstufe, insbesondere einen Umschlingungstrieb oder eine Stirnradstufe, mit der ersten Getriebeeingangswelle verbunden sein. Gleiches ist auch auf die jeweilige Elektromaschine anwendbar. Unter einer drehfesten Verbindung ist eine nicht schaltbare Verbindung zwischen zwei Bauteilen zu verstehen, welche eine Antriebsleistung, insbesondere eine Drehzahl und ein Drehmoment, überträgt. Durch drehfeste Verbindungen wird die Kompaktheit erhöht und das Gewicht der Hybridgetriebevorrichtung verringert.
  • Unter dem Begriff „zumindest mittelbar“ ist zu verstehen, dass zwei Bauteile über mindestens ein weiteres Bauteil, das zwischen den beiden Bauteilen angeordnet ist, miteinander (wirk-)verbunden sind oder direkt und somit unmittelbar miteinander verbunden sind. Beispielsweise ist die Hauptabtriebswelle drehfest mit der ersten Seitenwelle verbunden. Die erste Seitenwelle kann in die Hauptabtriebswelle integriert sein. Alternativ kann die Hauptabtriebswelle über weitere Bauteile oder Anordnungen mit der ersten und/oder einer weiteren Seitenwelle verbunden sein. Beispielsweise kann im Leistungsfluss nach der Hauptabtriebswelle ein Differential angeordnet sein, das die Antriebsleistung auf zwei Seitenwellen verteilt, wobei die Hauptabtriebswelle somit über das Differential und gegebenenfalls eine oder mehrere Übersetzungsstufen mit der jeweiligen Seitenwelle verbunden. Alternativ kann die Hauptabtriebswelle über eine Radanbindung mit einem Rad des Kraftfahrzeugs zu Realisierung eines Einzelradantriebs verbunden sein. Die Hauptabtriebswelle kann also gleichzeitig die Ausgangswelle der Hybridgetriebevorrichtung sein, wobei die Hauptabtriebswelle zumindest mittelbar mit einem Kraftfahrzeugrad verbunden sein kann.
  • Bei geschlossenem fünften Schaltelement ist die zweite Getriebeeingangswelle, die mit dem Sonnenrad oder dem Hohlrad drehfest verbunden ist, bevorzugt mit dem Planetenträger des Planetenradsatzes antriebswirksam verbunden. Das fünfte Schaltelement ermöglicht, dass der Planetenradsatz wie ein herkömmliches Doppelkupplungsgetriebe im Hinblick auf die Gangübersetzungen, also die Gangstufen, ausgelegt werden kann. Ist ein Planetenradsatz verblockt, so ist die Übersetzung unabhängig von der Zähnezahl seiner Elemente stets 1. Anders ausgedrückt läuft der Planetenradsatz als Block um. Im verblockten Zustand verhält sich der Planetenradsatz so, als wäre kein Planetenradsatz vorhanden. Beispielsweise verbindet das fünfte Schaltelement das Hohlrad und den Planetenträger drehfest miteinander, wobei der Abtrieb über das Sonnenrad erfolgt. Alternativ verbindet das fünfte Schaltelement das Sonnenrad und den Planetenträger drehfest miteinander, wobei der Abtrieb über das Hohlrad erfolgt. Ferner wird durch das Verblocken des Planetenradsatzes, also durch Schließen des fünften Schaltelements und öffnen aller verbleibenden Schaltelemente der erste elektromotorische Gang realisiert, wobei lediglich die erste Elektromaschine das Kraftfahrzeug antreibt. Der Verbrennungsmotor ist gleichzeitig vom Abtrieb entkoppelt.
  • Unter einem Stirnradpaar sind zwei achsparallel zueinander angeordnete sowie im Zahneingriff miteinander stehende Stirnräder zu verstehen. Mithin bildet ein Stirnradpaar eine Radsatzebene bzw. eine Stirnradstufe aus. Die Stirnradstufe kann je nach Ausbildung der Hybridgetriebevorrichtung eine Zwischenstufe bzw. eine Zwischenwelle mit wenigstens einem drehfest daran angeordneten Zwischenrad aufweisen.
  • In einer Ausführungsform umfasst die Hybridgetriebevorrichtung ein Differential, das achsparallel zum Planetenradsatz angeordnet ist und eine erste und zweite Seitenwelle aufweist, wobei die Seitenwellen mit dem Differential wirkverbunden sind und zur Anbindung eines jeweiligen Rades des Kraftfahrzeugs eingerichtet sind. Vorzugsweise ist die Hauptabtriebswelle über eine erste Übersetzungsstufe mit dem Differential wirkverbunden. Die vom Verbrennungsmotor und/oder der ersten Elektromaschine erzeugte Antriebsleistung wird je nach Schaltstellung der Schaltelemente im Planetenradsatz zusammengeführt bzw. überlagert und von dort über die Hauptabtriebswelle auf das Differential übertragen. Alternativ wird die Antriebsleistung aus dem Verbrennungsmotor über eines der Stirnradpaare direkt auf die Hauptabtriebswelle übertragen. Die Antriebsleistung wird unabhängig des Leistungsflusses jedenfalls im Differential auf die beiden Seitenwellen aufgeteilt und an ein mit der jeweiligen Seitenwelle wirkverbundenes Antriebsrad des Kraftfahrzeugs übertragen wird. Zwischen der Hauptabtriebswelle und dem Differential ist die erste Übersetzungsstufe angeordnet, um eine parallele Anordnung des Differentials und der Hauptabtriebswelle zu realisieren. Die erste Übersetzungsstufe ist vorzugsweise als Stirnradstufe ausgebildet, sodass die Stirnradstufe ein viertes Stirnradpaar bildet.
  • Unter einer Hauptabtriebswelle ist ein Getriebeelement zu verstehen, das zur zumindest mittelbaren Anbindung des Achsantriebs, also des Differentials, vorgesehen ist. Die Hauptabtriebswelle ist achsparallel zu den als Ausgangswellen der Hybridgetriebevorrichtung ausgebildeten Seitenwellen des Differentials, angeordnet. Wenn ein Bauteil oder eine Vorrichtung für eine Funktion oder Verbindung vorgesehen ist, so ist darunter zu verstehen, dass dieses Bauteil oder diese Vorrichtung speziell dafür ausgelegt und/oder speziell dafür ausgestattet ist, wobei die Anbindung zwischen Differential und Hauptabtriebswelle bevorzugt über die zusätzliche Stirnradstufe bzw. das vierte Stirnradpaar realisiert ist.
  • Die Hauptabtriebswelle ist vorzugsweise als Vollwelle ausgebildet. Vorzugsweise sind die Seitenwellen des Differentials als Zentralwellen der Hybridgetriebevorrichtung ausgebildet. Die Antriebsleistung des Verbrennungsmotors und/oder der ersten Elektromaschine wird je nach Schaltstellung der Schaltelements über eine oder mehrere der drei Stirnradpaare auf die Hauptabtriebswelle übertragen. Beispielsweise ist der Planetenträger als Ausgangswelle des Planetenradsatzes eingerichtet, wobei der Planetenträger über das dritte Stirnradpaar, bestehend aus einem drehfest mit dem Planetenträger verbundenem Zahnrad und einem drehfest mit der Hauptabtriebswelle verbundenem Zahnrad, der Hauptabtriebswelle und der ersten Übersetzungsstufe, beispielsweise bestehend aus einem drehfest mit der Hauptabtriebswelle verbundenem Zahnrad und einem drehfest mit einer Welle des Differentials verbundenem Zahnrad, mit dem Differential antriebswirksam verbunden ist. Insbesondere ist das drehfest mit einer Welle des Differentials verbundene Zahnrad als Verzahnungsabschnitt an einem Differentialkorb ausgebildet.
  • Vorzugsweise ist die zweite Seitenwelle des Differentials dazu eingerichtet, axial durch die erste Elektromaschine hindurchgeführt zu sein. Die erste Elektromaschine umgibt somit zumindest einen Teil der zweiten Seitenwelle in radialer Richtung. Insbesondere ist die Rotorwelle der ersten Elektromaschine als Hohlwelle ausgebildet, wobei die zweite Seitenwelle durch die Rotorwelle der ersten Elektromaschine hindurchgeführt ist. Die Begriffe axial und radial sind insbesondere auf die Hauptrotationsachse der Hybridgetriebevorrichtung bezogen. Vorzugsweise liegen die erste und zweite Getriebeeingangswelle auf der Hauptrotationsachse.
  • Das Differential kann beispielsweise als Kugeldifferential, Stirnraddifferential oder Planetenraddifferential ausgebildet sein. Die Seitenwellen sind gemeinsam auf einer Abtriebsachse des Kraftfahrzeugs angeordnet. Die Abtriebsachse ist wiederum achsparallel zur Hauptrotationsachse der Hybridgetriebevorrichtung sowie zur Vorgelegeachse angeordnet, auf der die Hauptabtriebswelle angeordnet ist. Mithin sind die erste Getriebeeingangswelle und die zweite Getriebeeingangswelle sowie der koaxial dazu angeordnete Planetenradsatz achsparallel zur Abtriebsachse sowie zur Vorgelegeachse angeordnet. Somit sind auch der Verbrennungsmotor und die erste Elektromaschine achsparallel zur Abtriebsachse angeordnet. Ist kein Differential vorgesehen, liegt die Abtriebsachse koaxial zur Hauptabtriebswelle bzw. der Vorgelegeachse.
  • Durch die Kombination von drei Stirnradpaaren mit sechs Schaltelementen und dem Planetenradsatz ergeben sich neben den verbrennungsmotorischen und elektromotorischen Fahrmodi weitere Funktionsmöglichkeiten für die Hybridgetriebevorrichtung, beispielsweise auch zwei elektrodynamische Anfahrmodi (EDA) und ein Fahrmodus „Laden in Neutral“ (LiN). Der Planetenradsatz dient insbesondere als Summiergetriebe und ist bevorzugt als Minusplanetenradsatz ausgebildet. Ein Minusplanetenradsatz weist ein Sonnenrad, ein Hohlrad, einen Planetenträger und mehrere Planetenräder auf, wobei jedes Planetenrad drehbar an dem Planetenträger angeordnet ist und mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad kämmt. Vorteilhafterweise weist der Planetenradsatz genau ein Standübersetzungsverhältnis auf.
  • Vorzugsweise sind alle Schaltelemente der Hybridgetriebevorrichtung als formschlüssige Schaltelement, insbesondere als Klauenkupplungen, ausgebildet. Unter einem formschlüssigen Schaltelement ist ein Schaltelement zu verstehen, das zur Verbindung zweier Bauteile, insbesondere zweier Wellen, eine Verzahnung und/oder Klauen aufweist, die zur Herstellung der drehfesten Verbindung formschlüssig ineinandergreifen, wobei eine Übertragung eines Leistungsflusses in einem vollständig geschlossenen Zustand hauptsächlich durch einen Formschluss erfolgt. Durch die Verwendung von formschlüssigen Schaltelementen, insbesondere Klauenkupplungen, werden Getriebeverluste reduziert.
  • Jedenfalls das erste, dritte, vierte, fünfte und sechste Schaltelement sind koaxial zum Planetenradsatz auf der Hauptrotationsachse angeordnet. Das zweite Schaltelement kann ebenfalls auf der Hauptrotationsachse angeordnet sein. Je nach Ausbildung der Hybridgetriebevorrichtung kann das zweite Schaltelement auch koaxial zur Hauptabtriebswelle bzw. der Vorgelegeachse angeordnet sein.
  • Unter einem Schaltelement ist eine Vorrichtung zu verstehen, die zumindest einen geöffneten Zustand zum Trennen einer rotatorischen Verbindung zwischen zwei Bauteilen, insbesondere zwei Wellen, und zumindest einen geschlossenen Zustand zum Übertragen eines Drehmoments und einer Drehzahl zwischen zwei Bauteilen, insbesondere zwei Wellen, aufweist.
  • In einem verbrennungsmotorischen Gang befindet sich das Kraftfahrzeug in einem verbrennungsmotorischen Betrieb allein mittels Verbrennungsmotor oder in Kombination von Verbrennungsmotor und erster Elektromaschine. Bei einer Kombination von Verbrennungsmotor und erster Elektromaschine, die jeweils auf den Abtrieb einwirken, ist der verbrennungsmotorische Betrieb ein hybridischer Betrieb bzw. ein Hybridbetrieb. Zur Einstellung eines verbrennungsmotorischen Ganges sind jeweils zwei der zumindest sechs Schaltelemente geschlossen. Mittels der Hybridgetriebevorrichtung lassen sich insbesondere drei hybride bzw. verbrennungsmotorische Gänge realisieren. Mithin stehen drei mechanische Hauptfahrgänge für den VM zur Verfügung.
  • Vorzugsweise ist bei geschlossenem ersten Schaltelement das Hohlrad oder das Sonnenrad des Planetenradsatzes mit dem zweiten Stirnradpaar wirkverbunden, wobei bei geschlossenem zweiten Schaltelement eine auf der Hauptabtriebswelle angeordnete Vorgelegewelle mit der Hauptabtriebswelle antriebswirksam verbunden ist, wobei bei geschlossenem dritten Schaltelement die erste Getriebeeingangswelle mit dem Hohlrad oder dem Sonnenrad des Planetenradsatzes wirkverbunden ist, und wobei bei geschlossenem vierten Schaltelement der Planetenradsatz und das zweite mit dem dritten Stirnradpaar wirkverbunden ist. Bevorzugt ist bei geschlossenem fünften Schaltelement der Planetenträger des Planetenradsatzes mit dem Sonnenrad oder dem Hohlrad des Planetenradsatzes drehfest verbunden. Ferner bevorzugt ist bei geschlossenem sechsten Schaltelement die erste Getriebeeingangswelle drehfest mit der zweiten Getriebeeingangswelle verbunden.
  • Durch Schließen von jeweils zwei der zumindest sechs Schaltelemente können unterschiedliche Schaltkombinationen für eine der Gangstufen, insbesondere für die erste und/oder zweite Gangstufe, realisiert werden. Dabei sind die jeweils anderen vier Schaltelemente geöffnet. Entweder das Hohlrad oder das Sonnenrad des Planetenradsatzes sind Eingangswellen des Planetenradsatzes, wobei der Planetenträger als Abtriebselement des Planetenradsatzes ausgebildet ist. In einer ersten hybridischen oder verbrennungsmotorischen Gangstufe sind die Schaltelemente derart geschaltet, dass die Antriebsleistung über das erste und zweite Stirnradpaar auf die Hauptabtriebswelle übertragen wird. Dabei ist jedenfalls das fünfte Schaltelement, welches den Planetenradsatz verblockt, geschlossen. In einer zweiten hybridischen oder verbrennungsmotorischen Gangstufe sind die Schaltelemente derart geschaltet, dass die Antriebsleistung lediglich über das erste Stirnradpaar auf die Hauptabtriebswelle übertragen wird. In einer dritten hybridischen oder verbrennungsmotorischen Gangstufe sind die Schaltelemente derart geschaltet, dass die Antriebsleistung über die erste Getriebeeingangswelle, den verblockten Planetenradsatz und das dritte Stirnradpaar auf die Hauptabtriebswelle übertragen wird.
  • Das erste Schaltelement ist vorzugsweise axial zwischen dem ersten Stirnradpaar und dem zweiten Stirnradpaar, insbesondere axial zwischen dem zweiten Stirnradpaar und der Anbindung des Verbrennungsmotors an die Hybridgetriebevorrichtung, sowie koaxial zur ersten und zweiten Getriebeeingangswelle angeordnet. Das zweite Schaltelement ist bevorzugt axial zwischen dem zweiten Stirnradpaar und dem dritten Stirnradpaar sowie koaxial zur Vorgelegeachse und der Hauptabtriebswelle angeordnet. Das dritte Schaltelement ist ferner bevorzugt axial zwischen dem ersten Stirnradpaar und dem zweiten Stirnradpaar, insbesondere axial zwischen dem zweiten Stirnradpaar und der Anbindung des Verbrennungsmotors an die Hybridgetriebevorrichtung, sowie koaxial zur ersten und zweiten Getriebeeingangswelle angeordnet. Das vierte Schaltelement ist weiterhin bevorzugt axial zwischen dem zweiten Stirnradpaar und dem Planetenradsatz sowie koaxial zur ersten und zweiten Getriebeeingangswelle angeordnet. Das fünfte Schaltelement ist vorzugsweise im Bereich der Anbindung der ersten Elektromaschine angeordnet. Das sechste Schaltelement ist bevorzugt im Bereich der Anbindung der ersten Elektromaschine angeordnet. Insbesondere ist das fünfte und/oder sechste Schaltelement an einem axialen Ende der Hybridgetriebevorrichtung angeordnet. Das erste Stirnradpaar ist in diesem Sinn an dem axial gegenüberliegenden Ende der Hybridgetriebevorrichtung angeordnet. Ferner ist das zweite Stirnradpaar axial zwischen dem ersten Stirnradpaar und dem dritten Stirnradpaar angeordnet.
  • Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass das erste Schaltelement und das dritte Schaltelement, das zweite Schaltelement und das vierte Schaltelement und/oder das fünfte Schaltelement und das sechste Schaltelement zu einer Doppelschalteinheit zusammengefasst ausgebildet sind. Jede Doppelschalteinheit kann mittels eines jeweiligen Aktuators betätigt werden. Je mehr Schaltelemente jeweils zu einer Doppelschalteinheit zusammengefasst werden, desto weniger Aktuatoren werden in Summe benötigt, um die Schaltvorgänge vorzunehmen.
  • Unter einer Doppelschalteinheit ist generell eine Anordnung aus zwei Schaltelementen zu verstehen, die mittels einer einzelnen Betätigungseinrichtung alternativ betätigbar sind. Ferner weist eine Doppelschalteinheit in der Regel eine Neutralstellung auf, bei der keine der zwei Schaltelemente der Doppelschalteinheit geschlossen ist. Die Doppelschalteinheit weist folglich eine erste Stellung auf, in der beispielsweise das erste Schaltelement geschlossen ist, eine zweite Stellung, in der beispielsweise das dritte Schaltelement geschlossen ist, und eine dritte Stellung, in der weder das erste Schaltelement noch das dritte Schaltelement geschlossen ist, also eine Neutralstellung. Die Doppelschalteinheit weist insbesondere eine einzige Schaltgabel und einen einzigen Aktuator zum Schalten der beiden Schaltelemente auf. Dadurch werden Bauraum, die erforderliche Anzahl an Aktuatoren, Gewicht und Getriebebauteile eingespart. Durch geeignete Kombination von Schaltelementen zu Doppelschalteinheiten kann die Effizienz der Hybridgetriebevorrichtung gesteigert werden.
  • Durch Schließen des sechsten Schaltelements wird die erste Elektromaschine mit dem Verbrennungsmotor unabhängig vom Abtrieb verbunden. Die erste Getriebeeingangswelle und die zweite Getriebeeingangswelle drehen dann in einem festen Verhältnis zueinander. Dadurch ist das Starten des Verbrennungsmotor mittels der ersten Elektromaschine möglich. Zudem kann die erste Elektromaschine als Generator arbeiten, wobei ein sogenanntes „Laden in Neutral“ realisierbar ist. Die erste Elektromaschine kann so beispielsweise einen elektrischen Energiespeicher laden oder weitere elektrische Verbraucher, insbesondere eine oder mehrere weitere Elektromaschinen des Antriebs mit elektrischer Energie versorgen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind auf der Hauptabtriebswelle mindestens ein erstes Festrad und eine Losradanordnung, bestehend aus zwei über eine Vorgelegewelle drehfest miteinander verbundenen Zahnrädern, angeordnet. Das erste Festrad ist beispielsweise Teil des dritten Stirnradpaares, das die Hauptabtriebswelle mit einer achsparallel dazu angeordneten Welle des Planetenradsatzes, insbesondere mit dem Planetenträger, verbindet. Eines der beiden Zahnräder der Losradanordnung ist Teil des ersten Stirnradpaares, wobei das andere der beiden Zahnräder der Losradanordnung Teil des zweiten Stirnradpaares ist. Beispielsweise weisen die beiden Zahnräder der Losradanordnung unterschiedliche Durchmesser und Zähnezahlen auf, um unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse zu realisieren. Insbesondere ist die Losradanordnung als gestuftes Zahnrad, das drehbar auf der Hauptabtriebswelle gelagert ist, ausgebildet, wobei über das zweite Schaltelement die Losradanordnung, also das gestufte Zahnrad, drehfest mit der Hauptabtriebswelle verbindbar ist.
  • Wenn die Hybridgetriebevorrichtung ein Differential aufweist oder ein Differential ausgangsseitig der Hybridgetriebevorrichtung angeordnet ist, sind auf der Hauptabtriebswelle genau zwei Festräder und sowie die genannte Losradanordnung angeordnet. Das zweite Festrad kann in diesem Fall Teil der ersten Übersetzungsstufe sein, die beispielsweise als vierte Stirnradstufe bzw. als viertes Stirnradpaar ausgebildet sein kann, wobei die erste Übersetzungsstufe die Hauptabtriebswelle mit dem achsparallel dazu angeordneten Differential antriebswirksam verbindet.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Hybridgetriebevorrichtung einen ersten Zugmitteltrieb oder eine Räderkette zur Anbindung des Verbrennungsmotors an die erste Getriebeeingangswelle. Unter dem Begriff „wirkverbunden“ oder „antriebswirksame Verbindung“ ist eine nicht schaltbare Verbindung zwischen zwei Bauteilen zu verstehen, welche zu einer permanenten Übertragung einer Antriebsleistung, insbesondere einer Drehzahl und/oder eines Drehmoments, 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 erfolgen. Beispielsweise weist der erste Zugmitteltrieb eine Kette oder einen Riemen auf, die bzw. der mit entsprechenden Rädern zur Leistungsübertragung wirkverbunden ist. Insbesondere umschlingt ein Zugmittel des ersten Zugmitteltriebs einen ersten Verzahnungsabschnitt, der koaxial zur ersten Getriebeeingangswelle angeordnet ist, und einen zweiten Verzahnungsabschnitt, der koaxial zur Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angeordnet ist. Alternativ kann der Verbrennungsmotor über eine Räderkette mit der Hybridgetriebevorrichtung verbunden sein. Beispielsweise bilden mehrere Zahnräder eine Räderkette bzw. einen Stirnradsatz, wobei dazu zusätzliche Zwischenwellen vorgesehen sein können.
  • Die Hybridgetriebevorrichtung umfasst in diesem Zusammenhang ferner eine zweite Elektromaschine, die dazu eingerichtet ist, mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors wirkverbunden oder wirkverbindbar zu sein. Anders gesagt ist die zweite Elektromaschine mit der Kurbelwelle unmittelbar antriebswirksam verbunden oder über ein weiteres Schaltelement, insbesondere ein Trennkupplung mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors wirkverbindbar. Im letzteren Fall ist die zweite Elektromaschine mit der Anbindung des Verbrennungsmotors an die erste Getriebeeingangswelle wirkverbunden, wobei der Verbrennungsmotor je nach Schaltstellung des weiteren Schaltelements, insbesondere der Trennkupplung mit einer koaxial dazu angeordneten und mit der zweiten Elektromaschine wirkverbundenen Welle gekoppelt oder entkoppelt sein.
  • In diesem Sinn umfasst die Hybridgetriebevorrichtung ferner eine Trennkupplung, die dazu eingerichtet ist, die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors an die Hybridgetriebevorrichtung anzukoppeln oder davon zu entkoppeln. Die Trennkupplung ist dazu eingerichtet, den Verbrennungsmotor von der ersten Getriebeeingangswelle sowie, falls vorgesehen, von der zweiten Elektromaschine abzukoppeln. Mithin ist der Verbrennungsmotor über ein Schaltelement, insbesondere über die Trennkupplung, trennbar oder permanent mit der zweiten Elektromaschine verbunden. Die Trennkupplung kann sowohl als reibschlüssiges, als auch als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein.
  • Die zweite Elektromaschine kann analog zum Verbrennungsmotor über eine als Festübersetzung ausgebildete Übersetzungsstufe, umfassend einen zweiten Zugmitteltrieb und/oder eine Räderkette, an der koaxial zur Kurbelwelle angeordneten Welle angebunden sein. Dazu kann an dieser Welle ein erstes Festrad und an der zweiten Rotorwelle der zweiten Elektromaschine ein zweites Festrad angeordnet sein, die mit dem Zugmittel bzw. einem weiteren auf einer Zwischenwelle angeordneten Zahnrad wirkverbunden sind.
  • Die zweite Elektromaschine ist bevorzugt als Startergenerator, insbesondere als Hochvolt-Startergenerator, ausgebildet. Beispielsweise ist die zweite Elektromaschine achsparallel zum Verbrennungsmotor sowie zur ersten Elektromaschine angeordnet. Alternativ ist die zweite Elektromaschine koaxial zum Verbrennungsmotor angeordnet. Bevorzugt erfolgt über die zweite Elektromaschine ein Start des Verbrennungsmotors aus einem elektromotorischen Fahrmodus. Ferner kann die zweite Elektromaschine für die Stromversorgung des Bordnetzes des Kraftfahrzeugs vorgesehen sein. Auch ein serielles Kriechen, insbesondere ein serielles Vorwärts- oder Rückwärtsfahren des Kraftfahrzeugs ist vorteilhafterweise über die zweite Elektromaschine möglich. Die zweite Elektromaschine kann auch vorteilhaft zur Unterstützung einer Drehzahlregelung des Verbrennungsmotors beim Ankoppeln und bei Schaltvorgängen dienen.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist im Leistungsfluss zwischen dem Verbrennungsmotor und der Hybridgetriebevorrichtung eine Dämpfungseinrichtung angeordnet. Insbesondere ist die Dämpfungseinrichtung an der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angeordnet. Die Dämpfungseinrichtung kann einen Torsionsdämpfer und/oder einen Tilger und/oder eine Rutschkupplung aufweisen. Der Torsionsdämpfer kann als Zweimassenschwungrad ausgebildet sein. Der Tilger kann als drehzahladaptiver Tilger ausgebildet sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Hybridgetriebevorrichtung einen Zugmitteltrieb oder eine erste Räderkette zur Anbindung der ersten Elektromaschine an die zweite Getriebeeingangswelle. Die Verbindung kann beispielsweise über eine feste Welle, eine Verzahnung, insbesondere eine Stirnradverzahnung, und/oder ein Umschlingungsmittel erfolgen. Beispielsweise ist das Zugmittel als Kette oder Riemen ausgebildet. Insbesondere umschlingt das Zugmittel einen ersten Verzahnungsabschnitt, der koaxial zur zweiten Getriebeeingangswelle angeordnet ist, und einen zweiten Verzahnungsabschnitt, der koaxial zur Rotorwelle der ersten Elektromaschine angeordnet ist. Alternativ kann die erste Elektromaschine über die erste Räderkette mit der Hybridgetriebevorrichtung verbunden sein. Beispielsweise bilden mehrere Zahnräder die erste Räderkette bzw. eine Stirnradstufe aus, wobei dazu zusätzliche Zwischenwellen vorgesehen sein können.
  • Denkbar ist auch, dass der Verbrennungsmotor und/oder die erste Elektromaschine koaxial zur ersten und zweiten Getriebeeingangswelle angeordnet sind. Dazu ist der Verbrennungsmotor und/oder die erste Elektromaschine über einen jeweiligen Planetenradsatz an die dazugehörige Getriebeeingangswelle angebunden.
  • Ein erfindungsgemäßer Antrieb ist in einem Kraftfahrzeug einsetzbar, das wenigstens eine erste Achse und eine zweite Achse bzw. wenigstens eine Vorderachse und wenigstens eine Hinterachse aufweist. Der Antrieb umfasst einen Verbrennungsmotor, eine erste Elektromaschine sowie die erfindungsgemäße Hybridgetriebevorrichtung. Der Verbrennungsmotor ist achsparallel zur ersten Elektromaschine der Hybridgetriebevorrichtung angeordnet. Die erste Elektromaschine kann Teil der Hybridgetriebevorrichtung sein. Der Antrieb ist folglich ein Hybridantrieb, in diesem Fall ein Hybridantriebsstrang. Beispielsweise ist die Hybridgetriebevorrichtung zusammen mit dem Verbrennungsmotor und der ersten Elektromaschine antriebswirksam an der ersten Achse bzw. an der Vorderachse des Kraftfahrzeugs angeordnet, wobei das Kraftfahrzeug folglich einen Frontantrieb aufweist. Der Frontantrieb kann ferner die dritte Elektromaschine gemäß den vorherigen Ausführungen aufweisen, die an die erste Getriebeeingangswelle angebunden oder ankoppelbar ist.
  • Vorzugsweise umfasst der Antrieb ferner eine dritte Elektromaschine, die an der zweiten Achse des Kraftfahrzeugs antriebswirksam angeordnet ist. Mit anderen Worten ist die dritte Elektromaschine zum Achsantrieb der zweiten Achse, insbesondere der Hinterachse, vorgesehen. In diesem Fall umfasst der Antrieb des Kraftfahrzeugs eine erste und gegebenenfalls eine zweite Elektromaschine, die jeweils zumindest mittelbar mit der Hybridgetriebevorrichtung an der ersten Achse des Kraftfahrzeugs wirksam verbunden sind, sowie eine dritte Elektromaschine, die an der zweiten Achse wirksam angeordnet ist. Dadurch kann ein Allrad-Antrieb des Kraftfahrzeugs realisiert werden, wobei der Verbrennungsmotor zusammen mit der ersten Elektromaschine, und gegebenenfalls der zweiten Elektromaschine, den Frontantrieb und die dritte Elektromaschine einen rein elektrischen Heckantrieb, insbesondere einen Heckachsantrieb, bilden. Bei einem derartigen Antrieb des Kraftfahrzeugs ist eine sogenannte E-CVT-Funktion realisierbar, wobei ein batterieneutraler bzw. leistungsausgeglichener Betrieb des Kraftfahrzeugs möglich ist. Mit anderen Worten kann die erste Elektromaschine in einem Motorbetrieb betrieben werden, während die dritte Elektromaschine in einem Generatorbetrieb betreibbar ist und so die erste Elektromaschine mit elektrischer Energie versorgen kann, oder umgekehrt. Außerdem ist denkbar, die dritte Elektromaschine zur Zugkraftunterstützung zu nutzen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn keine zweite Elektromaschine vorgesehen ist. In einem solchen Fall kann die dritte Elektromaschine an der zweiten Achse die Zugkraft stützen, wenn in der Hybridgetriebevorrichtung Schaltvorgänge ausgeführt werden, bei denen der Abtrieb der Hybridgetriebevorrichtung lastfrei ist. Beispielsweise kann mittels der ersten Elektromaschine ein rein elektrischer Antrieb des Kraftfahrzeugs erfolgen. Dabei ist nur das fünfte Schaltelement geschlossen. Soll der Verbrennungsmotor gestartet werden, kann dies mittels der ersten Elektromaschine erfolgen, während ausschließlich das sechste Schaltelement geschlossen wird, die die erste Elektromaschine mit dem Verbrennungsmotor antriebswirksam verbindet. Währenddessen kann die Zugkraft des Antriebs durch die dritte Elektromaschine aufrechterhalten werden.
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt:
    • 1 ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Antrieb sowie einer erfindungsgemäßen Hybridgetriebevorrichtung,
    • 2 die erfindungsgemäße Hybridgetriebevorrichtung nach 1 gemäß einer ersten Ausführungsform,
    • 3 die erfindungsgemäße Hybridgetriebevorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform,
    • 4 ein erfindungsgemäßer Antrieb mit der erfindungsgemäßen Hybridgetriebevorrichtung nach 2,
    • 5 eine erste Schaltmatrix zu der erfindungsgemäßen Hybridgetriebevorrichtung nach 4,
    • 6 ein erfindungsgemäßer Antrieb mit der erfindungsgemäßen Hybridgetriebevorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform,
    • 7 eine zweite Schaltmatrix zu der erfindungsgemäßen Hybridgetriebevorrichtung nach 4,
    • 8 eine dritte Schaltmatrix zu der erfindungsgemäßen Hybridgetriebevorrichtung nach 6,
    • 9 ein erfindungsgemäßer Antrieb mit der erfindungsgemäßen Hybridgetriebevorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform,
    • 10 ein erfindungsgemäßer Antrieb mit der erfindungsgemäßen Hybridgetriebevorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform, und
    • 11 eine vierte Schaltmatrix zu der erfindungsgemäßen Hybridgetriebevorrichtung nach 9 und 10.
  • 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 100 mit zwei Achsen 101, 102 und vier Rädern 104, wobei an der ersten Achse 101, vorliegend der Vorderachse des Kraftfahrzeugs 100, eine Hybridgetriebevorrichtung 1 eines Antriebs 103, die mit einer ersten Elektromaschine 5 und einem in 4, 6, 9 und 10 gezeigten Verbrennungsmotor 3 antriebswirksam verbunden ist, angeordnet ist und wobei an der zweiten Achse 102, vorliegend der Hinterachse des Kraftfahrzeugs 100, eine als Achsantrieb ausgebildete dritte Elektromaschine 15 zur Realisierung eines elektrischen Hinterachsantriebs angeordnet ist. Die Hybridgetriebevorrichtung 1 ist quer zur Fahrzeuglängsrichtung angeordnet, wobei der Verbrennungsmotor 3 und die erste Elektromaschine 5 achsparallel zur Hybridgetriebevorrichtung 1 angeordnet sind. Der Verbrennungsmotor 3 ist nach 4, 6, 9 und 10, die den Antrieb 103 der Vorderachse des Kraftfahrzeugs 100 teilweise darstellen, über eine Kurbelwelle 17, die koaxial zum Verbrennungsmotor 3 angeordnet ist, antriebswirksam mit der Hybridgetriebevorrichtung 1 verbunden. Die Anbindung A1 des Verbrennungsmotors 3 an die Hybridgetriebevorrichtung 1 erfolgt nach 4 über einen ersten Zugmitteltrieb 50, der weiter unten beschrieben wird. In den alternativen Ausführungsbeispielen nach 3, 6, 9 und 10 erfolgt die Anbindung des Verbrennungsmotors 3 analog. Über die Anbindung A1 ist der Verbrennungsmotor 3 an eine erste Getriebeeingangswelle 2 der Hybridgetriebevorrichtung 1 angebunden.
  • Die erste Elektromaschine 5 verfügt demgegenüber über eine Rotorwelle 18, die koaxial zur ersten Elektromaschine 5 angeordnet ist. Die Anbindung A3 der ersten Elektromaschine 5 an die Hybridgetriebevorrichtung 1 erfolgt gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nach 2 und 4 über eine erste Räderkette 51, hier ausgebildet als Stirnradtrieb, wobei die erste Räderkette 51 weiter unten beschrieben wird. In den Ausführungsbeispielen nach 3, 6, 9 und 10 erfolgt die Anbindung der ersten Elektromaschine analog. Über die Anbindung A3 ist die erste Elektromaschine 5 an eine zweite Getriebeeingangswelle 4 der Hybridgetriebevorrichtung 1 angebunden. Die erste und zweite Getriebeeingangswelle 2, 4 sind koaxial zueinander angeordnet.
  • Die Hybridgetriebevorrichtung 1 umfasst einen Planetenradsatz 40, der als Minusplanetenradsatz ausgebildet ist und die Radsatzelemente Sonnenrad 41, Hohlrad 42 und Planetenträger 43 umfasst. Am Planetenträger 43 sind Planetenräder 44 drehbar gelagert, die sowohl mit dem Sonnenrad 41 als auch mit dem Hohlrad 42 in Zahneingriff stehen. Der Planetenradsatz 40 ist koaxial zur ersten und zweiten Getriebeeingangswelle 2, 4 angeordnet.
  • Die Hybridgetriebevorrichtung 1 umfasst ferner ein erstes Stirnradpaar ST1, ein zweites Stirnradpaar ST2, ein drittes Stirnradpaar ST3 sowie ein viertes Stirnradpaar ST4. Das vierte Stirnradpaar ST4 bildet für die Hybridgetriebevorrichtung 1 eine Anbindung A2 an den Abtrieb und ist in 4, 6, 9 und 10 dargestellt. In den 2 und 3 sind die Anbindungen A1 bis A3 an den Verbrennungsmotor 3 bzw. den Abtrieb über das vierte Stirnradpaar ST4 bzw. die erste Elektromaschine 5 an die Hybridgetriebevorrichtung 1 nicht gezeigt. In einer Basisvariante der Hybridgetriebevorrichtung 1 nach 2 und 4 weist dieses außerdem sechs als formschlüssige Schaltelemente ausgebildete Schaltelemente A, B, C, D, E, L auf, die zum Schalten unterschiedlicher verbrennungsmotorischer oder hybridischer Gänge sowie eines elektrischen Ganges vorgesehen sind, wie nachfolgend näher erläutert.
  • Das vierte Stirnradpaar ST4 ist zur Realisierung eines Achsversatzes vorgesehen, wobei das vierte Stirnradpaar ST4 mit einem als Kegeldifferential ausgebildeten Differential 8 wirkverbunden ist. Das Differential 8 ist achsparallel zum Planetenradsatz 40 sowie zur ersten und zweiten Getriebeeingangswelle 2, 4 angeordnet. Das Differential 8 ist im Zugbetrieb abtriebseitig des vierten Stirnradpaares ST4 angeordnet, wobei das vierte Stirnradpaar ST4 wiederum abtriebseitig einer Hauptabtriebswelle 10 auf einer Vorgelegeachse 52 der Hybridgetriebevorrichtung 1 angeordnet ist.
  • Die Hybridgetriebevorrichtung 1 weist eine Hauptabtriebswelle 10 auf, die eine Antriebsleistung aus dem Verbrennungsmotor 3 und/oder der ersten Elektromaschine 5 über das vierte Stirnradpaar ST4 in das Differential 8 leitet. Das Differential 8 teilt die Antriebsleistung auf zwei Seitenwellen 9a, 9b auf, die mit dem ersten bzw. zweiten Rad 104 der ersten Achse 101 zumindest mittelbar verbunden sind. Die vom Verbrennungsmotor 3 und/oder der ersten Elektromaschine 5 erzeugte Antriebsleistung wird entweder an dem Planetenradsatz 40 zusammengeführt und anschließend auf die Hauptabtriebswelle 10 übertragen oder direkt in die Hauptabtriebswelle 10 geleitet und von dort auf das Differential 8 übertragen, wobei die Antriebsleistung im Differential 8 auf die beiden Seitenwellen 9a, 9b aufgeteilt und an das jeweilige Antriebsrad 104 der ersten Achse 101 übertragen wird. Die Hauptabtriebswelle 10 ist als Vollwelle ausgebildet.
  • An der Heck-Achse bzw. der zweiten Achse 102 des Kraftfahrzeugs 100 ist nach 1 eine dritte Elektromaschine 15 und ein weiteres - hier nicht dargestelltes - Differential angeordnet, die vorliegend nicht näher dargestellt sind, wobei die dritte Elektromaschine 15 zum elektrischen Antrieb der Heck-Achse vorgesehen ist. Alternativ kann der Antrieb an der Heck-Achse des Kraftfahrzeugs 100 auch entfallen.
  • Die erste Elektromaschine 5 ist nach 4, 6, 9 und 10 koaxial zur Abtriebsachse 6 angeordnet, auf der die Seitenwellen 9a, 9b liegen. Vorliegend ist die zweite Seitenwelle 9b des Differentials 8 axial durch die erste Elektromaschine 5 hindurchgeführt. Dadurch wird eine kompakte Bauweise der Hybridgetriebevorrichtung 1 erreicht.
  • Das erste Stirnradpaar ST1 umfasst ein erstes Zahnrad Z1 und ein zweites Zahnrad Z2, wobei das erste Zahnrad Z1 drehfest mit der ersten Getriebeeingangswelle 2 verbunden ist. Das zweite Zahnrad Z2 ist drehfest mit einer Vorgelegewelle 16 einer Losradanordnung 12 verbunden. Das zweite Stirnradpaar ST2 umfasst ein drittes Zahnrad Z3 und ein viertes Zahnrad Z4, wobei das dritte Zahnrad Z3 drehfest mit einer ersten Welle W1 verbunden ist, die koaxial zur ersten Getriebeeingangswelle 2 angeordnet ist. Das vierte Zahnrad Z4 ist drehfest mit der Vorgelegewelle 16 und somit ebenfalls drehfest mit dem zweiten Zahnrad des ersten Stirnradpaares ST1 verbunden. Das dritte Stirnradpaar ST3 umfasst ein fünftes Zahnrad Z5 und ein sechstes Zahnrad Z6, wobei das fünfte Zahnrad Z5 drehfest mit einer zweite Welle W2 und das sechste Zahnrad Z6 drehfest mit der Hauptabtriebswelle 10 verbunden sind. Die zweite Welle W2 ist drehfest mit dem Planetenträger 43 des Planetenradsatzes 40 verbunden. Das vierte Stirnradpaar ST4, das den Abtrieb der Hybridgetriebevorrichtung 1 bildet, umfasst ein siebtes Zahnrad Z7 und ein achtes Zahnrad Z8, wobei das siebte Zahnrad Z7 drehfest mit der Hauptabtriebswelle 10 verbunden ist. Das achte Zahnrad Z8 ist als Verzahnungsabschnitt des Differentials 8 ausgebildet und ist somit drehfest mit einem Differentialkorb 53 des Differentials 8 verbunden. Nach 4, 6, 9 und 10 sind auf der Hauptabtriebswelle 10 also zwei Festräder Z6, Z7 und eine Losradanordnung 12, bestehend aus zwei über eine Vorgelegewelle 16 drehfest miteinander verbundenen Zahnrädern Z2, Z4, angeordnet.
  • Die auf der Vorgelegeachse 52 angeordnete Hauptabtriebswelle 10 und die Losradanordnung 12 sind räumlich, insbesondere radial, zwischen der Abtriebsachse 6 und den beiden Getriebeeingangswellen 2, 4 mit dem Planetenradsatz 40 angeordnet, was in 4, 6, 9 und 10 gezeigt ist.
  • Vorliegend sind das erste und dritte Schaltelement A, C als erste Doppelschalteinheit DS1 zusammengefasst ausgebildet. Das zweite und vierte Schaltelement B, D sind als zweite Doppelschalteinheit DS2 zusammengefasst ausgebildet. Das fünfte und sechste Schaltelement E, L sind als dritte Doppelschalteinheit DS3 zusammengefasst ausgebildet. Vorliegend sind nur drei - hier nicht gezeigte - Aktuatoren zur Betätigung der insgesamt drei Doppelschalteinheiten DS1, DS2, DS3 erforderlich, wobei der Aktuator zur Betätigung des zweiten und vierten Schaltelements B, D aufgrund der parallelen Anordnung der Schaltelemente B, D eine - hier nicht gezeigte - verteilte Schaltgabel umfasst.
  • Nach 2, 4, 6, 9 und 10 ist das Sonnenrad 41 mit der zweiten Getriebeeingangswelle 4 drehfest verbunden. Der Planetenträger 43 ist mit der zweiten Welle W2 verbunden. Das Hohlrad 42 ist mit einer dritten Welle W3 drehfest verbunden.
  • Bei geschlossenem ersten Schaltelement A ist das Hohlrad 42 des Planetenradsatzes 40 mit dem zweiten Stirnradpaar ST2 wirkverbunden. Das erste Schaltelement A verbindet das Hohlrad 42 und die dritte Welle W3 drehfest mit der ersten Welle W1 und das dritte Zahnrad Z3. Bei geschlossenem zweiten Schaltelement B ist die Vorgelegewelle 16 drehfest mit der Hauptabtriebswelle 10 verbunden. Mithin wird über das zweite Schaltelement B auch das zweite und vierte Zahnrad Z2, Z4 drehfest mit der Hauptabtriebswelle 10 verbunden. Bei geschlossenem dritten Schaltelement C ist das Hohlrad 42 des Planetenradsatzes 40 und die dritte Welle W3 drehfest mit der ersten Getriebeeingangswelle 2 verbunden. Vorliegend ist das dritte Schaltelement C an einem neunten Zahnrad Z9 angeordnet, das als Festrad auf der ersten Getriebeeingangswelle 2 angeordnet ist und zur Anbindung A1 des Verbrennungsmotors 3 dient. Bei geschlossenem vierten Schaltelement D ist die zweite Welle W2 drehfest mit der ersten Welle W1 verbunden. Entsprechend ist bei geschlossenem vierten Schaltelement D der Planetenträger 43 mit dem fünften Zahnrad Z5 drehfest mit dem dritten Zahnrad Z3 verbunden. Mithin sind die beiden Stirnradpaare ST2, ST3 mittels des vierten Schaltelements D wirkverbindbar. Bei geschlossenem fünften Schaltelement E ist der Planetenträger 43 des Planetenradsatzes 40 mit dem Hohlrad 42 des Planetenradsatzes 40 drehfest verbunden. Mithin ist der Planetenradsatz 40 bei geschlossenem fünften Schaltelement E verblockt. Wenn das fünfte Schaltelement E geschlossen und alle anderen Schaltelemente A, B, C, D, L geöffnet sind, ist eine rein elektrische Gangstufe E1 realisierbar. Bei geschlossenem sechsten Schaltelement L ist die erste Getriebeeingangswelle 2 drehfest mit der zweiten Getriebeeingangswelle 4 verbunden. Die erste Elektromaschine 5 ist damit über die zweite Getriebeeingangswelle 4 am Sonnenrad 41 angebunden, wobei die verbrennungsmotorischen bzw. hybridischen Gangstufen am Hohlrad 42 angebunden sind. Dadurch muss die erste Elektromaschine 5 geringere Stützmomente bei elektrodynamischen Anfahrmodi sowie bei elektrodynamischen Schaltungen abstützen. Zudem kann ein elektrodynamisches Fahren länger erfolgen. Die Wellen W1 bis W3 sowie die Vorgelegewelle 16 und die zweite Getriebeeingangswelle 4 sind jeweils als Hohlwellen ausgebildet.
  • Der Verbrennungsmotor 3 ist über ein vorzugsweise als Kette ausgebildetes Zugmittel 60 des ersten Zugmitteltriebs 50 mit der ersten Getriebeeingangswelle 2 wirkverbunden. 2, 4, 6, 9 und 10 zeigen in diesem Zusammenhang, dass neben dem neunten Zahnrad Z9 ferner ein zehntes Zahnrad Z10 vorgesehen ist, welches auf einer vierten Welle W4 drehfest angeordnet ist. Die Zahnräder Z9, Z10 sind vom Zugmittel 60 umschlungen, das so eine Antriebsleistung übertragen kann. Die vierte Welle W4 ist koaxial zur Kurbelwelle 17 angeordnet und über eine Dämpfungseinrichtung 13 mit dieser verbunden.
  • Die erste Elektromaschine 5 ist über die erste Räderkette 51 mit der zweiten Getriebeeingangswelle 4 wirkverbunden. Dazu weist die erste Räderkette 51 ein elftes Zahnrad Z11, ein zwölftes Zahnrad Z12 und ein dreizehntes Zahnrad Z13 auf. Das dreizehnte Zahnrad Z13 ist drehfest auf einer drehbar gelagerten Zwischenwelle 11 angeordnet und kämmt mit dem elften Zahnrad Z11, das drehfest mit der zweiten Getriebeeingangswelle 4 verbunden ist, sowie mit dem zwölften Zahnrad Z12, das drehfest mit der Rotorwelle 18 verbunden ist.
  • Gemäß der zweiten Ausführungsform nach 3 ist im Vergleich zur ersten Ausführungsform nach 2 und 4 die Anbindung des Sonnenrades 41 und des Hohlrades 42 vertauscht. Entsprechend verbindet erste Schaltelement A im geschlossenen Zustand das Sonnenrad 41 und die dritte Welle W3 drehfest mit der ersten Welle W1 und dem dritten Zahnrad Z3. Ferner ist bei geschlossenem dritten Schaltelement C nach 3 das Sonnenrad 41 des Planetenradsatzes 40 und die dritte Welle W3 drehfest mit der ersten Getriebeeingangswelle 2 verbunden. Bei geschlossenem fünften Schaltelement E ist der Planetenträger 43 des Planetenradsatzes 40 über die zweite Welle W2 mit dem Hohlrad 42 des Planetenradsatzes 40 und die zweite Getriebeeingangswelle 4 drehfest verbunden. Die erste Elektromaschine 5 ist damit über die zweite Getriebeeingangswelle 4 am Hohlrad 42 angebunden, wobei die verbrennungsmotorischen bzw. hybridischen Gangstufen am Sonnenrad 41 angebunden sind. Dadurch muss die erste Elektromaschine 5 geringere Ausgleichsdrehzahlen bei elektrodynamischen Anfahrmodi sowie bei elektrodynamischen Schaltungen realisieren. Die Funktionsweise der Hybridgetriebevorrichtung 1, insbesondere die nachfolgend beschriebenen Schaltvorgänge erfolgen in der Ausführungsform nach 3 analog zu den übrigen Ausführungsformen. Somit gilt das nachfolgend zu 2 und 4 Gesagte auch für die alternative Ausgestaltung nach 3.
  • Die Hybridgetriebevorrichtung 1 gemäß 2 und 4 weist mehrere Fahrmodi auf, die in der Schaltmatrix gemäß 5 für elektrodynamische Schaltvorgänge in einer ersten Variante dargestellt sind. Dabei handelt es sich um eine Ausführungsvariante ohne Möglichkeit zur Entkopplung des Verbrennungsmotors 3 vom Antrieb, beispielsweise durch ein weiteres Schaltelement, sowie ohne eine weitere Elektromaschine, die als Startergenerator dienen kann.
  • In den Spalten der Schaltmatrix nach 5 sind die jeweiligen Schaltelemente A, B, C, D, E, L aufgeführt, wobei in den Zeilen der Schaltmatrix die jeweiligen Fahrmodi EDS1 H1.1, H1.2, H2.1 bis H2.3, H3, E1, ECVT1, ECVT2, LiN, ZH1, ZH2 des Kraftfahrzeugs 100 aufgeführt sind. Durch den Eintrag eines Kreuzes in einem jeweiligen Kästchen der Schaltmatrix wird ein geschlossener Zustand des jeweiligen Schaltelements A, B, C, D, E, L dargestellt, wobei kein Eintrag einen geöffneten Zustand des jeweiligen Schaltelements A, B, C, D, E, L anzeigt. Mittels der formschlüssigen Schaltelemente A, B, C, D, E, L werden verbrennungsmotorische Gänge bzw. hybridische Fahrmodi H1, H2, H3, teilweise mit unterschiedlichen Schaltkombinationen, ein erster rein elektromotorischer Gang bzw. Fahrmodus E1 sowie zwei elektrodynamische Anfahrmodi ECVT1, ECVT2 realisiert. Der erste verbrennungsmotorische Gang bzw. hybridische Fahrmodus H1 ist in die Schaltkombinationen H1.1 und H1.2 unterteilt, wobei im ersten verbrennungsmotorischen Gang bzw. hybridischen Fahrmodus H1 jeweils zwei der Schaltelemente A, D, L geschlossen sind. Der zweite verbrennungsmotorische Gang bzw. hybridische Fahrmodus H2 ist in die Schaltkombinationen H2.1, H2.2 und H2.3 unterteilt, wobei im zweiten verbrennungsmotorischen Gang bzw. hybridischen Fahrmodus H2 jeweils zwei der Schaltelemente A, B, C, L geschlossen sind. Zur Realisierung eines verbrennungsmotorischen Ganges bzw. hybridischen Fahrmodus ist das fünfte Schaltelement E stets geöffnet. Wird das zweite bzw. vierte Schaltelement B, D geschlossen, ist die erste Elektromaschine 5 abgekoppelt.
  • Das Vorwärts-Anfahren des Fahrzeugs 1 erfolgt über den Planetenradsatz 40 mittels des sogenannten elektrodynamischen Anfahrens (ECVT1 bzw. ECVT2), wobei über den Planetenradsatz 40 eine variable Übersetzung bereitgestellt wird. Im ersten elektrodynamischen Anfahrmodus ECVT1 ist das erste Schaltelement A geschlossen, wobei alle anderen Schaltelemente B, C, D, E, L geöffnet sind. Dadurch kann über eine Kombination der Antriebsleistung der Elektromaschine 5 und der Antriebsleistung des Verbrennungsmotors 3 das abgegebene Drehmoment und die abgegebene Drehzahl beliebig aufsummiert werden. Nach 2, 4, 6, 9 und 10 ist der Verbrennungsmotor 3 über die erste Getriebeeingangswelle 2 und die Stirnradpaare ST1 und ST2 mit dem Hohlrad 42 des Planetenradsatzes 40 verbunden, wobei die erste Elektromaschine 5 am Sonnenrad 41 des Planetenradsatzes 40 das Drehmoment des Verbrennungsmotors 3 abstützt, und wobei der Planetenträger 43 des Planetenradsatzes 40 abtriebseitig über das dritte Stirnradpaar ST3, die Hauptabtriebswelle 10 und das vierte Stirnradpaar ST4 mit dem Differential 8 wirkverbunden ist. Im zweiten elektrodynamischen Anfahrmodus ECVT2 ist das dritte Schaltelement C geschlossen, wobei alle anderen Schaltelemente A, B, D, E, L geöffnet sind. Dadurch kann ebenfalls über eine Kombination der Antriebsleistung der Elektromaschine 5 und der Antriebsleistung des Verbrennungsmotors 3 das abgegebene Drehmoment und die abgegebene Drehzahl beliebig aufsummiert werden. Auch im zweiten elektrodynamischen Anfahrmodus ECVT2 erfolgt der Abtrieb über das dritte und vierte Stirnradpaar ST3, ST4. Der Unterschied zum ersten elektrodynamischen Anfahrmodus ECVT1 besteht darin, dass im ersten elektrodynamischen Anfahrmodus ECVT1 die Antriebsleistung des Verbrennungsmotors 3 über die beiden Stirnradpaare ST1, ST2 und erst danach in den Planetenradsatz 40 geführt wird, wohingegen im zweiten elektrodynamischen Anfahrmodus ECVT2 die Antriebsleistung direkt in den Planetenradsatz 40 geführt wird. Die Verbindung ist somit im ersten elektrodynamischen Anfahrmodus ECVT1 übersetzt.
  • Die EDA-Modi ECVT1 und ECVT2 sind leistungsverzweigte E-CVT Fahrbereiche für den Verbrennungsmotor 3, bei denen auch ein batterieneutraler Betrieb möglich ist, insbesondere wenn, wie in 1 gezeigt ist, eine optionale, weitere bzw. dritte Elektromaschine 15 an der zweiten Achse 102 vorgesehen ist.
  • Nach 5, der Schaltmatrix für elektrodynamische Schaltvorgänge in einer ersten Variante, sind in einem ersten hybridischen Fahrmodus EDS1 H1 in der ersten Schaltkombination H1.1 das vierte Schaltelement D und das sechste Schaltelement L geschlossen, wobei die vier anderen Schaltelemente A, B, C, E geöffnet sind. In einem ersten hybridischen Fahrmodus EDS1 H1 in der zweiten Schaltkombination H1.2 sind das erste Schaltelement A und das vierte Schaltelement D geschlossen, wobei die vier anderen Schaltelemente B, C, E, L geöffnet sind. In einem zweiten hybridischen Fahrmodus EDS1 H2 in der ersten Schaltkombination H2.1 sind das erste Schaltelement A und das zweite Schaltelement B geschlossen, wobei die vier anderen Schaltelemente C, D, E, L geöffnet sind. In einem zweiten hybridischen Fahrmodus EDS1 H2 in der zweiten Schaltkombination H2.2 sind das zweite Schaltelement B und das sechste Schaltelement L geschlossen, wobei die vier anderen Schaltelemente A, C, D, E geöffnet sind. In einem zweiten hybridischen Fahrmodus EDS1 H2 in der dritten Schaltkombination H2.3 sind das zweite Schaltelement B und das dritte Schaltelement C geschlossen, wobei die vier anderen Schaltelemente A, D, E, L geöffnet sind. In einem dritten hybridischen Fahrmodus EDS1 H3 sind das dritte Schaltelement C und das sechste Schaltelement L geschlossen, wobei die vier anderen Schaltelemente A, B, D, E geöffnet sind.
  • In den hybridischen Fahrmodi H1, H2 und H3 ist der Verbrennungsmotor 3 stets am Antrieb des Fahrzeugs 100 beteiligt, wobei die erste Elektromaschine 5, immer dann den Antrieb unterstützt, wenn das erste, dritte oder sechste Schaltelement A, C, L geschlossen ist. Ein Antriebsmoment am Sonnenrad 41 sowie ein Antriebsmoment am Hohlrad 42 werden durch den Planetenradsatz 40 aufsummiert und über den Planetenträger 43 in die Hauptabtriebswelle 10 weitergeleitet.
  • Der rein elektrische Fahrmodus E1 ist, wie bereits dargelegt, realisiert, indem ausschließlich das fünfte Schaltelement E, welches den Planetenradsatz 40 verblockt geschlossen ist, wobei die fünf anderen Schaltelemente A, B, C, D, L geöffnet sind. Die erste Elektromaschine 5 nutzt damit die eigene Vorübersetzung der ersten Räderkette 51 und des dritten und vierten Stirnradpaares ST3, ST4 für die Übersetzung zum Abtrieb. Damit ergibt sich ein elektrischer Fahrzeugantrieb zum Anfahren und Fahren vorwärts wie rückwärts.
  • Der Fahrmodus LiN steht für „Laden in Neutral“ und erlaubt einen Generatorbetrieb der ersten Elektromaschine 5 zur Erzeugung von elektrischer Energie. In dem Fahrmodus LiN ist nur das sechste Schaltelement L geschlossen, wobei alle anderen Schaltelemente A, B, C, D, E geöffnet sind. Dadurch ist nach 2, 4, 6, 9 und 10 das Sonnenrad 41, das drehfest mit der zweiten Getriebeeingangswelle 4 verbunden ist, drehfest mit der ersten Getriebeeingangswelle 2 verbunden. Damit ist der Verbrennungsmotor 3 mit der ersten Elektromaschine 5 antriebswirksam verbunden und vom Abtrieb, insbesondere von der Hauptabtriebswelle 10 abgekoppelt. Durch Antrieb der ersten Elektromaschine 5 wird mittels des Verbrennungsmotors 3 elektrischer Energie erzeugt. Aus dem Fahrmodus LiN bzw. „Laden in Neutral“ kann der Antrieb in die Gänge EDS1 H1.1, EDS1 H2.2, EDS1 H3 und ZH2 nach 5 gelangen, weil das sechste Schaltelement L in diesen Gängen jeweils geschlossen ist. Damit ist ein serielles Schalten möglich. Vorteil dabei ist, dass die erste Elektromaschine 5 unterbrechungsfrei generatorisch arbeiten kann und so sowohl das Bordnetz als auch die dritte Elektromaschine 15 gemäß 1 mit elektrischer Leistung versorgen kann.
  • So kann ein elektrischer Energiespeicher bei Bedarf mit hoher Leistung geladen werden. Insbesondere kann im Zustand LiN eine weitere Antriebsmaschine, insbesondere die dritte Elektromaschine 15 nach 1 mit elektrischer Energie versorgt werden. Mithin ist ein serielles Fahren möglich.
  • Besonders bei niedrigen Temperaturen ist für den Start des Verbrennungsmotors 3 ein hohes Drehmoment erforderlich. Für einen Kaltstart kann die erste Elektromaschine 5 verwendet werden. Die erste Elektromaschine 5 kann deutlich mehr Drehmoment aufbringen als beispielsweise eine als Startergenerator (HVSG) ausgebildete zweite Elektromaschine 7. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass ein optionaler Startergenerator bzw. eine zweite Elektromaschine 7 beispielsweise nach 6, 9 und 10 kleiner dimensioniert werden kann, wobei die zweite Elektromaschine 7 insbesondere nicht auf Sonderfälle, wie besonders niedrige Temperaturen, ausgelegt sein muss.
  • Zudem sind in der ersten Variante der EDS-Schaltungen nach 5 zwei hybridische Zusatzgänge ZH1, ZH2 möglich. Im ersten Zusatzgang ZH1 sind das vierte und fünfte Schaltelement D, E geschlossen, wobei die vier anderen Schaltelement A, B, C, L geöffnet sind. Im zweiten Zusatzgang ZH2 sind das erste und sechste Schaltelement A, L geschlossen, wobei die vier anderen Schaltelement B, C, D, E geöffnet sind. Der zweite Zusatzgang ZH2 ist für den Verbrennungsmotor 3 ein leistungsverzweigter Gang, bei dem der Planetenradsatz 40 als Summationsgetriebe fungiert. In den zuvor beschriebenen Hauptfahrgängen ist dies nicht der Fall. Der zweite Zusatzgang ZH2 realisiert einen Zwischengang zwischen dem ersten Gang H1 und dem zweiten Gang H2. Der erste Hybridgang H1 wird über die Stirnradpaare ST1 und ST2 erzeugt. Der zweite Hybridgang H2 wird über das erste Stirnradpaar ST1 erzeugt. Der dritte Hybridgang H3 geht von der ersten Getriebeeingangswelle 2 über den verblockten Planetenradsatz 40 und das dritte Stirnradpaar ST3 zum Abtrieb.
  • Mittels einer solchen Hybridgetriebevorrichtung 1 lässt sich zwischen den Gängen auf unterschiedliche Arten unter Last schalten. Einerseits ist eine abtriebsgestützte Lastschaltung durch die erste Elektromaschine 5, eine sogenannte EMS-Schaltung, und andererseits ist eine elektrodynamische Schaltung über den jeweiligen EDA Modus, eine sogenannte EDS-Schaltung, möglich.
  • Eine EDS-Lastschaltung kann am Beispiel der Schaltmatrix nach 5 elektrodynamisch zwischen dem ersten hybridischen Fahrmodus H1 mit der zweiten Schaltkombination H1.2 und dem zweiten hybridischen Fahrmodus H2 mit der ersten Schaltkombination H2.1 oder alternativ zwischen dem zweiten hybridischen Fahrmodus H2 mit der dritten Schaltkombination H2.3 und dem dritten hybridischen Fahrmodus H3 oder ferner alternativ zwischen dem zweiten Zusatzgang ZH2 und dem zweiten hybridischen Fahrmodus H2 mit der ersten Schaltkombination H2.1 erfolgen. Beispielsweise können ausgehend vom ersten hybridischen Fahrmodus H1 mit der zweiten Schaltkombination H1.2, bei dem das erste und vierte Schaltelement A, D geschlossen sind, die Antriebsmomente des Verbrennungsmotors 3 und der ersten Elektromaschine 5 derart eingestellt werden, dass einerseits das gewünschte Abtriebsmoment eingestellt wird und andererseits das vierte Schaltelement D lastfrei wird, wobei das vierte Schaltelement D, sobald es lastfrei ist, geöffnet wird. Damit liegt der ECVT1-Zustand vor. Anschließend werden die Antriebsmomente des Verbrennungsmotors 3 und der ersten Elektromaschine 5 derart eingestellt, dass einerseits das gewünschte Abtriebsmoment eingestellt und andererseits die Drehzahl des Verbrennungsmotors 3 abgesenkt werden, bis das zweite Schaltelement B synchron wird und in der Folge geschlossen werden kann. Dadurch wird der zweite hybridische Fahrmodus H2 mit der ersten Schaltkombination H2.1 für den Verbrennungsmotor 3 mechanisch geschaltet, wobei die Schaltelemente A und B geschlossen sind. Der oben genannten alternativen erfolgen analog. Rückschaltungen erfolgen analog zu Hochschaltungen, nur in umgekehrter Reihenfolge. Schubschaltungen sind ebenfalls möglich, da die erste Elektromaschine 5 auch Antriebsmomente am Planetenradsatz 40 bremsend abstützen kann.
  • Der ECVT1 Zustand wird somit zum Anfahren und für die Lastschaltungen von EDS1 H1.2 nach EDS1 H2.1 genutzt. Optional kann der ECVT1- Zustand zum Schalten des zweiten Zusatzganges ZH2 eingesetzt werden. Aus dem ECVT1-Zustand bzw. dem ECVT1-Modus kann der Antrieb in die Gänge EMS H1 gemäß 7, EDS1 H1.2, EDS1 H2.1 und ZH2 Gemäß 5 sowie EDS2 H1 und EDS2 H2.1 gemäß 8 gelangen, weil das erste Schaltelement A in diesen Gängen jeweils geschlossen ist.
  • Der ECVT2-Zustand ist für die Lastschaltungen von EDS1 H2.3 nach EDS1 H3 nutzbar, vgl. 5. Aus dem ECVT1-Zustand bzw. dem ECVT2-Modus kann der Antrieb in die Gänge EMS H3 nach 7, EDS1 H2.3 und EDS1 H3 nach 5 sowie EDS2 H2.3 und EDS2 H3 nach 8 gelangen, weil das dritte Schaltelement C in diesen Gängen jeweils geschlossen ist.
  • In den Spalten der Schaltmatrix nach 7 sind die jeweiligen Schaltelemente A, B, C, D, E, L aufgeführt, wobei in den Zeilen der Schaltmatrix die jeweiligen Fahrmodi EMS1 H1, EMS H2, EMS H3, E1, ECVT1, ECVT2 und LiN des Kraftfahrzeugs 100 aufgeführt sind.
  • In den Spalten der Schaltmatrix nach 8 sind die jeweiligen Schaltelemente A, B, C, D, E, L aufgeführt, wobei in den Zeilen der Schaltmatrix die jeweiligen Fahrmodi EDS2 H1.1, H1.2, H2.1 bis H2.3, H3, E1, ECVT1, ECVT2, LiN, ZH1, ZH2 des Kraftfahrzeugs 100 aufgeführt sind.
  • Zum Weiterschalten findet im ersten hybridischen Fahrmodus H1 eine Vorwahlschaltung von EDS1 H1.1 nach EDS1 H1.2 statt. Im zweiten hybridischen Fahrmodus H2 findet zum Weiterschalten eine Vorwahlschaltung von EDS1 H2.1 nach EDS1 H2.3 statt.
  • Eine EMS-Lastschaltung kann beispielsweise abtriebsgestützt zwischen den hybridischen Fahrmodi H1, H2, H3 erfolgen. Dabei erfolgt eine Stützung der Zugkraft bei verbrennungsmotorischen bzw. hybridischen Schaltungen. Während das fünfte Schaltelement E geschlossen ist, kann über die Gangstufe E1 die Zugkraft aufrechterhalten werden, während ein Wechsel bei den Schaltelementen A, B oder C erfolgt. Dies ist in 7 gezeigt. Beispielsweise kann ausgehend vom ersten hybridischen Fahrmodus EMS H1, bei dem die Schaltelemente A und E geschlossen sind, ein Lastabbau am ersten Schaltelement A und gleichzeitig ein Lastaufbau an der ersten Elektromaschine 5 erfolgen, wobei das erste Schaltelement A anschließend geöffnet wird. Nach dem Öffnen des ersten Schaltelements A wird die Drehzahl des Verbrennungsmotors 3 abgesenkt, bis das zweite Schaltelement B synchron wird und geschlossen werden kann. Dazu kann der Verbrennungsmotor 3 beispielsweise in den Schubbetrieb gehen. Mithin sind sodann das zweite und fünfte Schaltelement B, E geschlossen (EMS H2).
  • Alternativ kann der Antrieb 103, wie in 6, 9 und 10 dargestellt ist, eine zweite Elektromaschine 7 aufweisen. Die zweite Elektromaschine 7 ist über ein vorzugsweise als Kette ausgebildetes Zugmittel 70 eines zweiten Zugmitteltriebs 54 mit der Hybridgetriebevorrichtung 1 antriebswirksam verbunden. Der zweite Zugmitteltrieb 54 ist als Anbindung A4 der zweiten Elektromaschine 7 zu verstehen. Ein vierzehntes Zahnrad Z14 ist drehfest mit einer als Rotorwelle 14 der zweiten Elektromaschine 7 verbunden, die achsparallel zur ersten und zweiten Getriebeeingangswelle 2, 4 sowie achsparallel zum Planetenradsatz 40 und zum Differential 8 angeordnet ist. Ein fünfzehntes Zahnrad Z15 ist drehfest an der vierten Welle W4 angeordnet, durch die der Verbrennungsmotor 3 an die erste Getriebeeingangswelle 2 angebunden ist. Das Zugmittel 70 umschlingt sowohl das vierzehnte Zahnrad Z14 als auch das fünfzehnte Zahnrad Z15 und verbindet diese antriebswirksam miteinander. Mithin ist die zweite Elektromaschine 7 dazu eingerichtet, mit der Kurbelwelle 17 des Verbrennungsmotors 3 wirkverbunden (vgl. 6) oder wirkverbindbar (vgl. 9 und 10) zu sein.
  • Im Fall einer an die erste Getriebeeingangswelle 2 bzw. die vierte Welle W4 angebundenen zweiten Elektromaschine 7 kann diese zur Synchronisierung des zweiten Schaltelements B generatorisch betrieben werden, wobei das zweite Schaltelemente B nach der Synchronisierung geschlossen wird. Die in 6, 9 und 10 gezeigte zweite Elektromaschine 7 ist als Hochvolt-Startergenerator (HVSG) ausgebildet. Der Schaltvorgang vom zweiten hybridischen Fahrmodus EMS H2 in den dritten hybridischen Fahrmodus EMS H3 erfolgt analog. Rückschaltungen erfolgen analog zu Hochschaltungen, nur in umgekehrter Reihenfolge.
  • Einen Antrieb 103 mit einer zweiten Elektromaschine 7 jedoch ohne eine Trennkupplung K0 ist in der dritten Ausführungsform nach 6 dargestellt. 8 zeigt dazu eine Schaltmatrix für elektrodynamische Schaltvorgänge in einer zweiten Variante. Die Schaltmatrix nach 7, betreffend EMS-Lastschaltungen, ist für diese Ausführungsform ebenfalls anwendbar. Es wird auf die entsprechenden Textstellen zu 7 verwiesen. Die Ausführungsvariante nach 6 wird vorzugsweise elektromotorisch geschaltet, da die zweite Elektromaschine 7 die Synchronisation des Verbrennungsmotors 3 unterstützt. Denkbar ist jedoch auch, dass eine elektrodynamische Schaltung gemäß den vorherigen Ausführungen erfolgt.
  • Nach 8 sind in einem ersten hybridischen Fahrmodus EDS2 H1 das erste Schaltelement A und das fünfte Schaltelement E geschlossen, wobei die vier anderen Schaltelemente B, C, D, L geöffnet sind. In einem zweiten hybridischen Fahrmodus EDS2 H2 in der ersten Schaltkombination H2.1 sind das erste Schaltelement A und das zweite Schaltelement B geschlossen, wobei die vier anderen Schaltelemente C, D, E, L geöffnet sind. In einem zweiten hybridischen Fahrmodus EDS2 H2 in der zweiten Schaltkombination H2.2 sind das zweite Schaltelement B und das fünfte Schaltelement E geschlossen, wobei die vier anderen Schaltelemente A, C, D, L geöffnet sind. In einem zweiten hybridischen Fahrmodus EDS2 H2 in der dritten Schaltkombination H2.3 sind das zweite Schaltelement B und das dritte Schaltelement C geschlossen, wobei die vier anderen Schaltelemente A, D, E, L geöffnet sind. In einem dritten hybridischen Fahrmodus EDS2 H3 sind das dritte Schaltelement C und das fünfte Schaltelement E geschlossen, wobei die vier anderen Schaltelemente A, B, D, L geöffnet sind.
  • Nach 9 und 10 ist an der vierten Welle W4 ferner eine Trennkupplung K0 vorgesehen, die dazu eingerichtet ist, die Kurbelwelle 17 des Verbrennungsmotors 3 an die vierte Welle W4 zu koppeln oder davon zu entkoppeln. Mithin ist der Verbrennungsmotor 3 bei geöffneter Trennkupplung K0 von der Hybridgetriebevorrichtung 1 entkoppelt. Bei den verbrennungsmotorischen bzw. hybridischen Gängen ist die Trennkupplung K0 stets geschlossen, sodass ein Antriebsleistung auf die vierte Welle W4 übertragen wird. Eine Schaltmatrix, die die EMS-Lastschaltungen darstellt und dabei die Trennkupplung K0 berücksichtigt, ist in 11 gezeigt. Die Schaltmatrix nach 11 ist somit mit Ausnahme der Trennkupplung K0 identisch zu 7.
  • In den Spalten der Schaltmatrix nach 1 sind die jeweiligen Schaltelemente A, B, C, D, E, L und K0 aufgeführt, wobei in den Zeilen der Schaltmatrix die jeweiligen Fahrmodi EMS1 H1, EMS H2, EMS H3, E1, ECVT1, ECVT2 und LiN des Kraftfahrzeugs 100 aufgeführt sind.
  • Gemäß 9, der Darstellung einer vierten Ausführungsform der Hybridgetriebevorrichtung 1, ist die Trennkupplung K0 ein formschlüssiges Schaltelement, wohingegen die Trennkupplung K0 gemäß der fünften Ausführungsform der Hybridgetriebevorrichtung 1 nach 10 ein reibschlüssiges Schaltelement ist. Die Ausführungsvarianten des Antriebs 103 mit Trennkupplung K0 sowie mit zweiter Elektromaschine 7 werden vorzugsweise elektromotorisch geschaltet, da die zweite Elektromaschine 7 die Synchronisation des Verbrennungsmotors 3 unterstützt. Denkbar ist jedoch auch, dass eine elektrodynamische Schaltung gemäß den vorherigen Ausführungen erfolgt.
  • Die Funktionen der zweiten Elektromaschine 7 nach 6, 9 und 10 besteht im Wesentlichen darin, einen Start des Verbrennungsmotors aus einer rein elektrischen Fahrt heraus zu realisieren. Ferner kann mittels der zweiten Elektromaschine 7 eine Bordnetzversorgung erfolgen. Des Weiteren kann ein serielles Kriechen und Fahren vorwärts wie rückwärts erfolgen. Außerdem kann mittels der zweiten Elektromaschine 7 eine Unterstützung der Drehzahlregelung des Verbrennungsmotors 3 beim Ankoppeln, sofern eine Trennkupplung K0 vorhanden ist, und bei Schaltvorgängen erfolgen. Der Verbrennungsmotor 3 kann in alle verbrennungsmotorischen Gänge EMS H1, EMS H2 und EMS H3 nach 7 angekoppelt werden, wenn die erste Elektromaschine 5 über das geschlossene fünfte Schaltelement E einen rein elektrischen Betrieb ausführt. Die zweite Elektromaschine 7 kann darüber hinaus beim Entlasten der Schaltelemente A bis D unterstützen, in dem die zweite Elektromaschine 7 generatorisch arbeitet. Der erzeugte Strom kann von der ersten Elektromaschine 5 zur Zugkraftstützung genutzt werden.
  • Die 1. Gang-Fahrmodi EMS H1 nach 7 bzw. 11, EDS1 H1.1, EDS1 H1.2 und ZH1 nach 5 sowie EDS2 H1 nach 8 weisen die gleiche Übersetzung auf. Die 2. Gang-Fahrmodi EMS H2 nach 7 bzw. 11, EDS1 H2.1, EDS1 H2.2 und EDS1 H2.3 nach 5 sowie EDS2 H2.1, EDS2 H2.2 und EDS2 H2.3 nach 8 weisen die gleiche Übersetzung auf. Die 3. Gang-Fahrmodi EMS H3 nach 7 bzw. 11, EDS1 H3 nach 5 sowie EDS2 H3 nach 8 weisen die gleiche Übersetzung auf. Für die erste Variante nach 5 stehen vier mechanische Gänge zur Verfügung. Für die zweite Variante nach 8 stehen drei mechanische Gänge zur Verfügung.
  • Es versteht sich, dass Merkmale der vorstehend bzw. in den Ansprüchen und/oder den Figuren beschriebenen Lösungen gegebenenfalls auch miteinander kombiniert werden können, um die vorliegend erzielbaren Vorteile und Effekte kumuliert umsetzen zu können.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Hybridgetriebevorrichtung
    2
    erste Getriebeeingangswelle
    3
    Verbrennungsmotor
    4
    zweite Getriebeeingangswelle
    5
    erste Elektromaschine
    6
    Abtriebsachse
    7
    zweite Elektromaschine
    8
    Differential
    9a
    erste Seitenwelle
    9b
    zweite Seitenwelle
    10
    Hauptabtriebswelle
    11
    Zwischenwelle
    12
    Losradanordnung
    13
    Dämpfungseinrichtung
    14
    Rotorwelle der zweiten Elektromaschine
    15
    dritte Elektromaschine
    16
    Vorgelegewelle
    17
    Kurbelwelle
    18
    Rotorwelle der ersten Elektromaschine
    40
    Planetenradsatz
    41
    Sonnenrad
    42
    Hohlrad
    43
    Planetenträger
    44
    Planetenrad
    50
    erster Zugmitteltrieb
    51
    erste Räderkette
    52
    Vorgelegeachse
    53
    Differentialkorb
    54
    zweiter Zugmitteltrieb
    60
    Zugmittel
    70
    Zugmittel
    100
    Kraftfahrzeug
    101
    Erste Achse des Kraftfahrzeugs
    102
    Zweite Achse des Kraftfahrzeugs
    103
    Antrieb
    111
    Rad
    112
    Rad
    113
    Rad
    114
    Rad
    ST1
    erstes Stirnradpaar
    ST2
    zweites Stirnradpaar
    ST3
    drittes Stirnradpaar
    DS1
    erste Doppelschalteinheit
    DS2
    zweite Doppelschalteinheit
    A
    erstes Schaltelement
    B
    zweites Schaltelement
    C
    drittes Schaltelement
    D
    viertes Schaltelement
    E
    fünftes Schaltelement
    L
    sechstes Schaltelement
    A1
    Anbindung des Verbrennungsmotors
    A2
    Anbindung an den Abtrieb
    A3
    Anbindung der ersten Elektromaschine
    A4
    Anbindung der zweiten Elektromaschine
    H1
    erster verbrennungsmotorischer Gang
    H1.1
    erster verbrennungsmotorischer Gang in einer ersten Schaltkombination
    H1.2
    erster verbrennungsmotorischer Gang in einer zweiten Schaltkombination
    H2
    zweiter verbrennungsmotorischer Gang
    H2.1
    zweiter verbrennungsmotorischer Gang in einer ersten Schaltkombination
    H2.2
    zweiter verbrennungsmotorischer Gang in einer zweiten Schaltkombination
    H2.3
    zweiter verbrennungsmotorischer Gang in einer dritten Schaltkombination
    H3
    dritter verbrennungsmotorischer Gang
    E1
    erster elektromotorischer Gang
    ECVT1
    erster elektrodynamischer Anfahrmodus
    ECVT2
    zweiter elektrodynamischer Anfahrmodus
    LiN
    Fahrmodus „Laden in Neutral“
    ZH1
    erster Zusatzgang
    ZH2
    zweiter Zusatzgang
    Z1
    erstes Zahnrad
    Z2
    zweites Zahnrad
    Z3
    drittes Zahnrad
    Z4
    viertes Zahnrad
    Z5
    fünftes Zahnrad
    Z6
    sechstes Zahnrad
    Z7
    siebtes Zahnrad
    Z8
    achtes Zahnrad
    Z9
    neuntes Zahnrad
    Z10
    zehntes Zahnrad
    Z11
    elftes Zahnrad
    Z12
    zwölftes Zahnrad
    Z13
    dreizehntes Zahnrad
    Z14
    vierzehntes Zahnrad
    Z15
    fünfzehntes Zahnrad
    W1
    erste Welle
    W2
    zweite Welle
    W3
    dritte Welle
    W4
    vierte Welle
  • 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 [0003]

Claims (15)

  1. Hybridgetriebevorrichtung (1) für einen Antrieb (103) eines Kraftfahrzeugs (100), aufweisend • zumindest eine erste Getriebeeingangswelle (2) zur zumindest mittelbaren Anbindung einer Kurbelwelle (17) eines Verbrennungsmotors (3), • zumindest eine zweite Getriebeeingangswelle (4) zur Anbindung einer Rotorwelle (18) einer ersten Elektromaschine (5), • einen Planetenradsatz (40) mit einem Sonnenrad (41), einem Hohlrad (42) und einem Planetenträger (43), an dem mehrere Planetenräder (44) drehbar gelagert sind, wobei der Planetenradsatz (40) koaxial zur ersten Getriebeeingangswelle (2) und zur zweiten Getriebeeingangswelle (4) angeordnet ist, • ein erstes Stirnradpaar (ST1), ein zweites Stirnradpaar (ST2) sowie ein drittes Stirnradpaar (ST3) und zumindest ein erstes Schaltelement (A), ein zweites Schaltelement (B), ein drittes Schaltelement (C), ein viertes Schaltelement (D), ein fünftes Schaltelement (E) zum Verblocken des Planetenradsatzes (40) und zum Schalten zumindest eines elektromotorischen Gangs (E1), und zumindest ein sechstes Schaltelement (L) zur antriebswirksamen Verbindung der ersten Getriebeeingangswelle (2) mit der zweiten Getriebeeingangswelle (4), • eine Hauptabtriebswelle (10), die achsparallel zur ersten Getriebeeingangswelle (2) und zur zweiten Getriebeeingangswelle (4) angeordnet ist, wobei die Hauptabtriebswelle (10) zumindest mittelbar mit wenigstens einer ersten Seitenwelle (9a) antriebswirksam verbunden ist, die zur Anbindung eines jeweiligen Rades des Kraftfahrzeugs (100) eingerichtet ist.
  2. Hybridgetriebevorrichtung (1) nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Differential (8), das achsparallel zum Planetenradsatz (40) angeordnet ist und eine erste und zweite Seitenwelle (9a, 9b) aufweist, wobei die Seitenwellen (9a, 9b) mit dem Differential (8) wirkverbunden sind und zur Anbindung eines jeweiligen Rades des Kraftfahrzeugs (100) eingerichtet sind.
  3. Hybridgetriebevorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweite Seitenwelle (9b) des Differentials (8) dazu eingerichtet ist, axial durch die erste Elektromaschine (5) hindurchgeführt zu sein.
  4. Hybridgetriebevorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei bei geschlossenem ersten Schaltelement (A) das Hohlrad (42) oder das Sonnenrad (41) des Planetenradsatzes (40) mit dem zweiten Stirnradpaar (ST2) wirkverbunden ist, wobei bei geschlossenem zweiten Schaltelement (B) eine auf der Hauptabtriebswelle (10) angeordnete Vorgelegewelle (16) mit der Hauptabtriebswelle (10) antriebswirksam verbunden ist, wobei bei geschlossenem dritten Schaltelement (C) die erste Getriebeeingangswelle (2) mit dem Hohlrad (42) oder dem Sonnenrad (41) des Planetenradsatzes (40) wirkverbunden ist, und wobei bei geschlossenem vierten Schaltelement (D) der Planetenradsatz (40) und das zweite mit dem dritten Stirnradpaar (ST2, ST3) wirkverbunden ist.
  5. Hybridgetriebevorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei bei geschlossenem fünften Schaltelement (E) der Planetenträger (43) des Planetenradsatzes (40) mit dem Sonnenrad (41) oder dem Hohlrad (42) des Planetenradsatzes (40) drehfest verbunden ist.
  6. Hybridgetriebevorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei bei geschlossenem sechsten Schaltelement (L) die erste Getriebeeingangswelle (2) drehfest mit der zweiten Getriebeeingangswelle (4) verbunden ist.
  7. Hybridgetriebevorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zwei der Schaltelemente (A, B, C, D, E, L) zu einer Doppelschalteinheit (DS1, DS2, DS3) zusammengefasst ausgebildet sind.
  8. Hybridgetriebevorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei auf der Hauptabtriebswelle (10) wenigstens ein erstes Festrad (Z6) und eine Losradanordnung (14), bestehend aus zwei über eine Vorgelegewelle (16) drehfest miteinander verbundenen Zahnrädern (Z2, Z4), angeordnet sind.
  9. Hybridgetriebevorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend einen ersten Zugmitteltrieb (50) oder eine Räderkette zur Anbindung des Verbrennungsmotors (3) an die erste Getriebeeingangswelle (2).
  10. Hybridgetriebevorrichtung (1) nach Anspruch 9, ferner umfassend eine zweite Elektromaschine (7), die dazu eingerichtet ist, mit der Kurbelwelle (17) des Verbrennungsmotors (3) wirkverbunden oder wirkverbindbar zu sein.
  11. Hybridgetriebevorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Zugmitteltrieb oder eine erste Räderkette (51) zur Anbindung der ersten Elektromaschine (5) an die zweite Getriebeeingangswelle (4).
  12. Hybridgetriebevorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei alle Schaltelemente (A, B, C, D, E, L) als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet sind.
  13. Hybridgetriebevorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Trennkupplung (K0), die dazu eingerichtet ist, die Kurbelwelle (17) des Verbrennungsmotors (3) an die Hybridgetriebevorrichtung (1) anzukoppeln oder davon zu entkoppeln.
  14. Antrieb (103) für ein Kraftfahrzeug (100), umfassend eine an einer ersten Achse (101) des Kraftfahrzeugs (100) antriebswirksam angeordnete Hybridgetriebevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche sowie zumindest eine erste Elektromaschine (5) und einen Verbrennungsmotor (3).
  15. Antrieb (103) nach Anspruch 14, ferner umfassend eine dritte Elektromaschine (15), die an einer zweiten Achse (102) des Kraftfahrzeugs (100) antriebswirksam angeordnet ist.
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