DE102022000329B3

DE102022000329B3 - Hybridantriebsvorrichtung

Info

Publication number: DE102022000329B3
Application number: DE102022000329.5A
Authority: DE
Inventors: Carsten Gitt; Jonathan Zeibig; Peter Hahn; Tobias Schilder
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2022-01-27
Filing date: 2022-01-27
Publication date: 2023-03-30
Anticipated expiration: 2042-01-28
Also published as: WO2023143930A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hybridantriebsvorrichtung (1) mit einem Verbrennungsmotor (2), mit einer elektrischen Maschine (4), die einen Rotor (6) aufweist, mit einem Getriebe (3), welches ein Eingangsplanetengetriebe (7) mit einer Hauptdrehachse aufweist, wobei der Verbrennungsmotor (2) über eine Trennkupplung (K0) an das Eingangsplanetengetriebe (7) angebunden ist, wobei das Eingangsplanetengetriebe (7) genau zwei Planetenradsätze (8,9) mit jeweils drei Elementen (11,12,13 und 13,14,15) aufweist, wobei das dritte Element (13) drehfest mit dem sechsten Element (16) verbunden ist, wobei das zweite Element (12) drehfest mit dem fünften Element (15) verbunden ist, wobei der Rotor (6) derart mit dem dritten Element (13) gekoppelt ist, dass Drehmomente, ausgehend von dem Rotor (6), über das dritte Element (13) und das sechste Element (13) in das Getriebe (3) einleitbar sind. Die erfindungsgemäße Hybridantriebsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (3) einen dritten Planetenradsatz (10) mit drei weiteren Elementen (17,18,19) aufweist, wobei das zweite Element (12) drehfest mit dem siebten Element (17) verbunden ist, und wobei das achte Element (18) drehfest mit einem Abtriebsrad (25) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hybridantriebsvorrichtung mit einem Verbrennungsmotor, einer elektrischen Maschine und einem Getriebe nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung ein Hybridfahrzeug mit zwei angetriebenen Achsen sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Hybridfahrzeugs mit einer speziellen Ausgestaltung der Hybridantriebsvorrichtung.
Aus dem Stand der Technik, zum Beispiel aus der US 2004 / 0 077 448 A1 sind Hybridantriebsvorrichtungen mit einem Planetengetriebe, an welches an unterschiedlichen Wellen ein Verbrennungsmotor und eine elektrische Maschine angebunden sind, bekannt.
Eine gattungsgemäße Hybridantriebsvorrichtung beschreibt im Wesentlichen die DE 10 2017 006 082 A1 . Bei der dortigen Hybridantriebsvorrichtung mit einem Verbrennungsmotor, einer elektrischen Maschine und einem Planetengetriebe sind bereits die Merkmale im Oberbegriff des geltenden Anspruchs 1 verwirklicht.
Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine verbesserte Hybridantriebsvorrichtung in der durch den Oberbegriff des Anspruchs 1 näher definierten Art anzugeben, ebenso wie eine verbessertes Hybridfahrzeug und ein verbessertes Betriebsverfahren hierfür.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Hybridantriebsvorrichtung mit den Merkmalen im Anspruch 1, und hier insbesondere mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Im Anspruch 10 ist außerdem ein Hybridfahrzeug mit einer solchen Hybridantriebsvorrichtung angegeben, welches gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist. Auch hier ergibt sich eine vorteilhafte Ausgestaltung aus dem hiervon abhängigen Unteranspruch. Im Anspruch 12 ist letztlich ein Betriebsverfahren für ein derartiges Hybridfahrzeug mit einer besonderen Form der Hybridantriebsvorrichtung gemäß der Erfindung angegeben, welches diese Aufgabe löst.
Die erfindungsgemäße Hybridantriebsvorrichtung umfasst ein vierwelliges Eingangsplanetengetriebe, an welcher der Verbrennungsmotor und die elektrische Maschine entsprechend angebunden sind, so wie dies aus dem gattungsgemäßen Stand der Technik im Wesentlichen bekannt ist. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung sieht dabei einen dritten Planetenradsatz innerhalb des Getriebes vor, welcher mit einem Abtriebsrad drehfest verbunden ist, um so Drehmomente aus dem Getriebe auszuleiten. Dieser Aufbau lässt sich effizient und, vor allem in axialer Richtung, kompakt realisieren.
Unter einer drehfesten Verbindung zweier drehbar gelagerter Elemente im Sinne der Erfindung ist dabei zu verstehen, dass diese so miteinander verbunden sind, dass sie koaxial zueinander angeordnet sind und mit derselben Geschwindigkeit drehen. Ein Element, welches in diesem Sinne drehfest mit einem Gehäuse verbunden ist, ist dann so mit dem Gehäuse verbunden, dass es gegenüber diesem nicht verdreht werden kann.
Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Hybridantriebsvorrichtung ist es dabei so, dass die Trennkupplung dazu ausgebildet ist, eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotors drehfest mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes des Eingangsplanetengetriebes zu verbinden. Über das erste Element werden die Drehmomente des Verbrennungsmotors also in das Getriebe eingeleitet. Dieses erste Element kann insbesondere das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes innerhalb des Eingangsplanetengetriebes sein.
Eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Hybridantriebsvorrichtung sieht es ferner vor, dass ein erstes Schaltelement vorgesehen ist, welches dazu ausgebildet ist, das neunte Element des dritten Planetenradsatzes drehfest mit einem Gehäuse des Getriebes zu verbinden. Dieses neunte Element, welches vorzugsweise das Hohlrad des dritten Planetenradsatzes sein kann, lässt sich über dieses erste Schaltelement also mit dem Gehäuse drehfest verbinden, sodass dieses neunte Element festgehalten wird.
Eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Hybridantriebsvorrichtung sieht es dann ferner vor, dass ein zweites Schaltelement vorgesehen und dazu ausgebildet ist, das Eingangsplanetengetriebe zu verblocken. Ein solches Schaltelement, welches auch als Verblockungsschaltelement bezeichnet wird, kann dabei zwei nicht permanent drehfest verbundene Elemente des Eingangsplanetengetriebes drehfest miteinander verbinden, um diese zu verblocken und damit die Übersetzung durch das Planetengetriebe zu verändern. Vorzugsweise kann das Verblockungsschaltelement so angeordnet sein, dass es das erste und das dritte Element des ersten Planetenradsatzes miteinander drehfest verbindet, vorzugsweise könnten dies dessen Sonnenrad und dessen Hohlrad sein. Unter einer Verblockung des Eingangsplanetengetriebes ist eine drehfeste Verbindung aller sechs genannten Elemente des Eingangsplanetengetriebes zu verstehen. In dem verblockten Zustand des Eingangsplanetengetriebes drehen alle diese sechs Elemente des Eingangsplanetengetriebes mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit.
Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung hiervon kann außerdem ein drittes Schaltelement vorgesehen sein, welches dazu eingerichtet ist, das vierte Element drehfest mit dem achten Element zu verbinden. Das vierte Element könnte dabei vorzugsweise das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes sein, welches dementsprechend mit dem achten Element, vorzugsweise dem Planetenträger des dritten Planetenradsatzes, durch das dritte Schaltelement drehfest verbunden werden kann.
Der gesamte Aufbau ist dann gemäß einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung dieser Variante der Erfindung so aufgebaut, dass in Richtung einer Hauptdrehachse des Getriebes gesehen das zweite Schaltelement, also das Verblockungsschaltelement, der erste Planetenradsatz, der zweite Planetenradsatz, das dritte Schaltelement und der dritte Planetenradsatz in der genannten Reihenfolge nacheinander angeordnet sind. Hierdurch lässt sich ein außerordentlich kompakter Aufbau der Hybridantriebsvorrichtung in axialer Richtung, also entlang der Hauptdrehachse, umsetzen. Mit der Hauptdrehachse des Getriebes ist eine Drehachse des Eingangsplanetengetriebes gemeint. Alle sechs Elemente des Eingangsplanetengetriebes sind koaxial zu dieser Drehachse bzw. koaxial zu der Hauptdrehachse angeordnet.
Gemäß einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung kann es ferner vorgesehen sein, dass in Richtung der Hauptdrehachse gesehen das Eingangsplanetengetriebe, der dritte Planetenradsatz, das Abtriebsrad, die Trennkupplung und der Verbrennungsmotor in der genannten Reihenfolge nacheinander angeordnet sind. Auch dies führt letztlich zu einer kompakten Ausgestaltung der Hybridantriebsvorrichtung.
Eine weitere sehr günstige Ausgestaltung kann es in diesem Sinne auch alternativ oder ergänzend hierzu vorsehen, dass der Rotor der elektrischen Maschine koaxial, axial überlappend und radial umgebend zu wenigstens einem, vorzugsweise allen, Planetenradsätzen angeordnet ist. Ein solcher Aufbau ermöglicht ebenfalls eine außerordentlich kompakte Ausgestaltung.
Axial überlappend bedeutet dabei im Sinne der Erfindung, dass zwei Elemente sich axial überlappen, wenn sie so angeordnet sind, dass sie jeweils zumindest teilweise in dem gleichen axialen Bereich, jeweils bezogen auf die Hauptdrehachse, angeordnet sind. Mit anderen Worten: Die beiden Elemente haben in einer Koordinatenachse, die parallel zu der Hauptdrehachse angeordnet ist, zumindest jeweils teilweise die gleichen Koordinaten. Der Begriff axial bezieht sich dabei jeweils auf die Richtung der Hauptdrehachse, hier also wie oben bereits erwähnt der Drehachse der Elemente des Eingangsplanetengetriebes, welche hier mit einer Drehachse des dritten Planetenradsatzes zusammenfällt.
Im Sinne der Erfindung ist ein Element radial umgebend zu einem anderen Element angeordnet, wenn diese beiden Elemente koaxial zueinander angeordnet sind und wenn das Element, in Bezug auf die gemeinsame Drehachse der beiden genannten Elemente, in einem Bereich größerer Radien angeordnet ist als das andere Element.
Mit anderen Worten ist wenigstens einer der drei Planetenradsätze, vorzugsweise aber alle drei Planetenradsätze, innerhalb eines Zylinders angeordnet, welcher koaxial zu der Hauptdrehachse angeordnet ist und dessen Radius gleich einem inneren Radius des Rotors ist.
Wie bereits erwähnt kann gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Hybridantriebsvorrichtung gemäß der Erfindung das erste Element als erstes Sonnenrad, das zweite Element als erster Planetenträger, das dritte Element als erstes Hohlrad, das vierte Element als zweites Sonnenrad, das fünfte Element als ein zweiter Planetenträger, das sechste Element als ein zweites Hohlrad, das siebte Element als ein drittes Sonnenrad, das achte Element als ein dritter Planetenträger und das neunte Element als ein drittes Hohlrad ausgebildet sein. Jeder der drei Planetenradsätze weist dabei also genau diese drei Elemente Sonnenrad, Planetenträger mit den hierauf vorhandenen Planeten, sowie dem Hohlrad auf. Die Hohlräder der einzelnen Planetenradsätze sind dabei vorzugsweise so ausgestaltet, dass zumindest die beiden Hohlräder, also das dritte Element und das sechste Element, mit unterschiedlichem Durchmesser ausgebildet sind, um die Variabilität beim Erzielen unterschiedlicher Übersetzungen zu erhöhen.
Bei dem Hybridfahrzeug kann es nun vorgesehen sein, dass dieses eine erste angetriebene Fahrzeugachse aufweist, welche mit einer Hybridantriebsvorrichtung gemäß einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen in Triebverbindung steht, und mit einer zweiten angetriebenen Fahrzeugachse, welche ausschließlich mit einer zweiten elektrischen Maschine in Triebverbindung steht. Gemäß einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung dieses Hybridfahrzeugs sind die beiden elektrischen Maschinen dabei zumindest mittelbar elektrisch gekoppelt. Elektrische Leistung von der einen kann also zur anderen Maschine übertragen werden, um so beispielsweise durch einen generatorischen Betrieb der ersten Maschine die zweite elektrische Maschine an der zweiten Fahrzeugachse entsprechend antreiben zu können. Dies ermöglicht einen Allradbetrieb mit Leistung ausschließlich aus dem Bereich des Verbrennungsmotors oder im Falle einer zwischengeschalteten elektrischen Energiespeichereinrichtung, wie beispielsweise einer Traktionsbatterie, alternativ oder ergänzend mit Leistung aus eben diesem elektrischen Energiespeicher.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb eines derartigen Hybridfahrzeugs mit einer Hybridantriebsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6 kann es dabei vorsehen, dass bei geschlossener Trennkupplung, einem offenen zweiten Schaltelement, also dem Verblockungsschaltelement, einem geschlossenen ersten Schaltelement, also vorzugsweise einer Verbindung zwischen dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes und dem Gehäuse, und einem offenen dritten Schaltelement, also vorzugsweise einem gegenüber dem Sonnenrad des Eingangsplanetengetriebes gelöstem Planetenträger des dritten Planetenradsatzes, ein Antrieb über die erste elektrische Maschine sowie den Verbrennungsmotor parallel erfolgt, indem diese beiden jeweils antreibend betrieben werden. Gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens kann nun gleichzeitig die zweite elektrische Maschine generatorisch betrieben werden, sodass diese also über die nicht angetriebene andere Fahrzeugachse und dort auftretende Bewegung elektrische Energie gewinnt, welche zum Antrieb der ersten elektrischen Maschine genutzt werden kann oder im Falle einer vorliegenden Überschussenergie prinzipiell auch in die Batterie eingespeichert werden könnte. Alternativ dazu kann selbstverständlich der elektrische Antrieb der ersten elektrischen Maschine auch ergänzend zur Leistungsübertragung von der zweiten elektrischen Maschine im generatorischen Betrieb durch elektrische Leistung aus der Batterie unterstützt werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Hybridantriebsvorrichtung, des Hybridfahrzeugs und des Verfahrens gemäß der Erfindung ergeben sich auch aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher dargestellt ist.
Dabei zeigen:

1 eine mögliche Ausführungsform einer Hybridantriebsvorrichtung gemäß der Erfindung;
2 eine schematische Darstellung eines Hybridfahrzeugs in einer möglichen Ausgestaltung gemäß der Erfindung; und
3 eine Schalttabelle zur Erläuterung der möglichen Schaltzustände des Getriebes der erfindungsgemäßen Hybridantriebsvorrichtung.

In der Darstellung der 1 ist eine Hybridantriebsvorrichtung 1 zu erkennen, welche einen Verbrennungsmotor 2 sowie ein Getriebe 3 und eine elektrische Maschine 4 aufweist. Die elektrische Maschine 4 umfasst einen gehäusefesten Stator 5 sowie einen Rotor 6. Das Getriebe 3 umfasst ein Eingangsplanetengetriebe 7, welches hier mit strichpunktierter Linie umrandet ist. Dieses Eingangsplanetengetriebe 7 weist genau zwei Planetenradsätze 8, 9 auf, wobei in der Darstellung der 1 der erste Planentenradsatz 8 mit einer gestrichelten und der zweite Planetenradsatz 9 mit einer punktierten Linie umrandet sind. Das Getriebe 3 umfasst ferner einen dritten Planetenradsatz 10, welcher mit strich-zwei-punktierter Linie umrandet ist und nicht als Teil des Eingangsplanentengetriebes 7 ausgebildet ist. Der erste Planetenradsatz 8 umfasst ein erstes Element 11, ein zweites Element 12 und ein drittes Element 13. Der zweite Planetenradsatz 9 umfasst ein viertes Element 14, ein fünftes Element 15 und ein sechstes Element 16. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist das erste Element 11 dabei ein Sonnenrad, ebenso wie das vierte Element 14. Das zweite Element 12 ist ebenso wie das fünfte Element 15 als Planetenträger ausgebildet, wobei die darauf angerordneten Planeten nicht bezeichnet und mitgezählt sind. Das jeweils dritte Element 13 und das jeweils sechste Element 16 sind als Hohlräder ausgebildet. Diese beiden Hohlräder als das dritte und sechste Element 13, 16 haben dabei verschiedene Durchmesser und Zähnezahlen. In dem dritten Planetenradsatz 3 ist das siebte Element 17 als Sonnenrad ausgebildet, der achte Element 18 als Planetenradträger und das neunte Element 19 als Hohlrad.
Eine Eingangswelle 20 bildet dabei gleichzeitig die Hauptdrehachse des Eingangsplanetengetriebes 7 aus. Diese Eingangswelle 20 ist über eine Trennkupplung K0 mit einer Kurbelwelle 21 des Verbrennungsmotors 2 verbindbar, sodass der Verbrennungsmotor 2 Drehmoment in das Eingangsplanetengetriebe 7 und damit in das Getriebe 3 einleiten kann. Die Eingangswelle 20 ist im Bereich des Eingangsplanetengetriebes 7 mit dem ersten Element 11, also dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes 8, drehfest verbunden. Dieses Sonnenrad als erstes Element 11 kämmt mit dem Planeten auf dem Planetenträger 12 als zweites Element und mit dem Hohlrad als drittes Element 13. Über ein Verblockungsschaltelement SK lassen sich zwei ansonsten nicht permanent drehfest verbundene Elemente des Eingangsplanetengetriebes 7 drehfest verbinden, hier das erste Element 11, also das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes 8, und das dritte Element 13, als dessen Hohlrad.
In Richtung der Eingangswelle 20 als Hauptdrehachse gesehen folgt auf das Verblockungsschaltelement SK, welches im Sinne der Erfindung das zweite Schaltelement SK ausbildet, der erste Planetenradsatz 8 und dann der zweite Planetenradsatz 9, dessen fünftes Element 15, also sein Planetenträger, mit dem zweiten Element 12, also dem Planetenträger des ersten Planetenradsatzes 8, drehfest verbunden ist. Auch sein sechstes Element 16, also das Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes 9, ist drehfest mit dem dritten Element 13, also dem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes 8, verbunden. Beide zusammen sind über eine Verbindung 22 drehfest an den Rotor 6 angeschlossen, sodass die elektrische Maschine 4 über ihren Rotor 6 Drehmoment über die beiden Hohlräder als drittes Element 13 und sechstes Element 16 in das Eingangsplanetengetriebe 7 einleiten oder im Falle eines generatorischen Betriebs der elektrischen Maschine 4 aus dem Eingangsplanetengetriebe 7 zu dieser ausleiten kann.
Die beiden drehfest miteinander verbunden Planetenradträger, also das zweite Element 12 und das fünfte Element 15, sind über eine erste Hohlwelle 23 drehfest mit dem siebten Element, hier dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes 10, verbunden. Das achte Element 18, hier der Planetenträger des dritten Planetenradsatzes 10, ist über eine zweite Hohlwelle 24 drehfest mit einem Abtriebsrad 25 verbunden, über welches Drehmomente aus dem Getriebe 3 ausgeleitet und über ein Zwischenrad 26 in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel an ein Differential 27 geleitet werden. Das neunte Element 19, das Hohlrad des dritten Planetenradsatzes 10, welcher entlang der Eingangswelle 20 als Hauptdrehachse auf den zweiten Planetenradsatz 9 folgt, ist über ein erstes Schaltelement SA mit einem Gehäuse 28 des Getriebes 3 verbindbar. Entlang der Hauptdrehachse folgt dann auf dem dritten Planetenradsatz 10 das Abtriebsrad 25, die Trennkupplung K0 und der Verbrennungsmotor 2.
Über eine dritte Hohlwelle 29, welche einerseits die Eingangswelle 20, wie alle drei Hohlwellen 23, 24, 29, umgibt und andererseits die erste Hohlwelle 23 ist außerdem das vierte Element 14, also das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes 9, über ein drittes Schaltelement SB mit dem achten Element 18, also dem Planetenradträger und mittelbar über diesen mit dem Abtriebsrad 25 verbindbar. Das dritte Schaltelement SB ist dabei entlang der Hauptdrehachse gesehen zwischen dem Eingangsplanetengetriebe 7 bzw. dessen zweitem Planetenradsatz 9 und dem dritten Planetenradsatz 10 angeordnet.
Über das Differential 27 werden dann, wie es in 2 dargestellt ist Räder einer Vorderachse VA eines in seiner Gesamtheit mit 30 bezeichneten Hybridfahrzeugs angetrieben.
Das Hybridfahrzeug 30 verfügt neben der Hybridantriebsvorrichtung 1, mit dem Verbrennungsmotor 2, der elektrischen Maschine 4 und dem Getriebe 3 außerdem über eine zweite angetriebene Achse, die hier durch die Hinterachse HA gebildet wird. Diese wird ausschließlich über eine zweite elektrische Maschine 32 angetrieben. Neben den in der Darstellung der 2 mit durchgezogener Linie eingezeichneten mechanischen Wirkverbindungen besteht außerdem eine elektrische Verbindung zwischen der elektrischen Maschine bzw. ersten elektrischen Maschine 4 und der zweiten elektrischen Maschine 32, welche hier mit punktierter Linie angedeutet ist. Ferner ist es so, dass beide elektrischen Maschine 4, 32 auch über eine Batterie 31 miteinander in Verbindung stehen. Selbstverständlich ist hier in der Praxis zusätzlich eine Leistungselektronik 33 vorgesehen, welche zur Vereinfachung der Darstellung hier jedoch nur schematisch eingezeichnet ist. Die Aufteilung der Antriebstechniken auf die Hinterachse HA und die Vorderachse VA ist dabei rein beispielhaft gewählt worden; sie könnte auch umgekehrt sein.
Das Getriebe 3 ist dabei in der Darstellung der 2 über die Eingangswelle 20 mit dem Verbrennungsmotor 2 verbunden, ohne dass hier die Trennkupplung K0 und die Kurbelwelle 21 nochmals dargestellt sind. Die Verbindung zwischen dem Getriebe 3 und dem Differential 27 wird unter Verzicht auf das in 1 dargestellte Zwischenrad 26 und das Abtriebsrad 25 ausschließlich durch die zweite Hohlwelle 24 als Abtriebswelle des Getriebes 3 symbolisiert. Die Verbindung zwischen dem Getriebe 3 und der ersten elektrische Maschine 4 ist über die Verbindung 22 angedeutet.
In der Darstellung der 3 ist nun eine Schalttabelle für das Getriebe 3 in der Hybridantriebsvorrichtung 1 zu erkennen. In der ersten Spalte ist unter der Überschrift „Zustand“ der jeweilige Zustand angedeutet, in der zweiten Spalte unter der Überschrift „K0“ der Zustand der Trennkupplung. Ein eingezeichneter Punkt bedeutet dabei, dass die Trennkupplung K0 geschlossen ist, was sie hier in allen fünf beispielhaft dargestellten Zuständen ist. In der nächsten Spalte ist der Zustand des zweiten Schaltelements SK, also des Verblockungsschaltelements, zu erkennen. Dieses ist in der zweiten und vierten Zeile geschlossen, in den anderen Zeilen offen. In der nächsten Spalte ist der Zustand des ersten Schaltelements SA entsprechend angedeutet, in der letzten Spalte der des dritten Schaltelements SB.
Alle denkbaren Varianten des Antriebs gemäß 2 werden nachfolgend kurz erläutert, wobei jeweils auf die Drehrichtungen der Eingangswelle 20, der zweiten Hohlwelle 24 und der Verbindung 22, und damit der ersten elektrischen Maschine 4, entsprechend eingegangen wird.
Eine erste grundsätzliche Variante wäre es den Betrieb so zu gestalten, dass die zweite Hohlwelle 24 die Summenwelle des Getriebes 3 ausbildet, also die Drehmomente der Eingangswelle 20 und der Verbindung 21 und damit des Verbrennungsmotors 2 und der ersten elektrischen Maschine 4 entsprechend summiert, wobei das Drehmoment der ersten elektrischen Maschine 4 auch negativ sein kann, wenn diese sich im generatorischen Betrieb befindet. Die zweite Variante besteht darin, dass die Eingangswelle 20 die Summenwelle des Getriebes 3 ausbildet.
Der erste Zustand, welcher in der Schalttabelle gemäß 3 mit EVT A bezeichnet ist, nutzt bei geschlossener Trennkupplung K0 ausschließlich das erste Schaltelement SA, setzt damit das neunte Element 19, also das Hohlrad des dritten Planetenradsatzes 10, am Gehäuse 28 des Getriebes 3 fest. In diesem Zustand lässt sich nun ein als EVT Modus bezeichneter Modus mit einem stufenlosen Betrieb ermöglichen. Der EVT Betrieb an sich erlaubt die stufenlose Anpassung des Ausgangsdrehmoments durch eine Überlagerung der Antriebsarten. Er erlaubt beispielsweise einen Antrieb an der Vorderachse VA und an der Hinterachse HA gleichzeitig. Der Verbrennungsmotor 2 liefert dann über die Eingangswelle 20 Leistung an das Differential 27 einerseits und die erste elektrische Maschine 4 im generatorischen Betrieb andererseits. Die Drehrichtung der Eingangswelle 20 und der ersten Hohlwelle 24, welche hier als Summenwelle fungiert, sind dabei positiv, die Drehrichtung der Verbindung 22 ist negativ, ebenso wie das dort anstehende Drehmoment aus Sicht der Summenwelle. Die zweite elektrische Maschine 32 kann nun mit der elektrischen Leistung, welche durch die erste elektrische Maschine 4 erzeugt wird, betrieben werden, wobei zusätzlich Leistung aus der Batterie 31 an die zweite elektrische Maschine 32 geliefert werden kann. Eine weitere Möglichkeit, welche durch eine einfache Umkehr der Drehrichtung der Verbindung 22 erzielt werden kann, ist der elektrische Antrieb der ersten elektrischen Maschine 4 im motorischen Betrieb, sodass sich im Bereich der Summenwelle, welche hier weiterhin durch die zweite Hohlwelle 24 gebildet wird, die Drehmomente überlagern, sodass quasi ein Boostbetrieb erfolgt. Die erforderliche Leistung kommt aus der Batterie 31. Optional kann außerdem über die Batterie 31 die zweite elektrische Maschine 32 und damit die Hinterachse HA angetrieben werden.
Die Besonderheit ist nun exakt dieselbe Konstellation, bei welcher die Hinterachse HA jedoch mitgeschleppt wird, sodass also die zweite elektrische Maschine 32 im generatorischen Betrieb ist. Sie liefert dann alleine oder ergänzend zur elektrischen Leistung aus der Batterie 31 die zum Antrieb der ersten elektrischen Maschine 4 benötigte Leistung, welche ihre Leistung bei positiver Drehrichtung der Verbindung 22 und entsprechend positiver Drehrichtung der Eingangswelle 20 und der zweiten Hohlwelle 24 als Summenwelle zum Differential 27 überträgt.
Im nachfolgenden Schaltzustand wird dann in den ersten Gang (Gang 1) gewechselt, wozu das Verblockungsschaltelement SK, also das zweite Schaltelement gemäß der Nomenklatur der Erfindung, in den Eingriff gebracht wird. Beim Wechsel in den zweiten Gang (Gang 2) wird das Verblockungsschaltelement SK geöffnet und das dritte Schaltelement SB in Eingriff gebracht. Beim nachfolgenden Wechsel in den dritten Gang (Gang 3) wird dann das dritte Schaltelement SA geöffnet, das neunte Element 19, also das Hohlrad des dritten Planetenradsatzes 10, gegenüber dem Gehäuse 28 freigegeben. Zeitgleich wird das Verblockungsschaltelement SK als zweites Schaltelement wieder eingelegt, der erste Planetenradsatz 8 also verblockt. Damit ist Fahrbetrieb in dem Zustand Gang 1, Gang 2 und Gang 3, bei welchem typischerweise über die erste elektrische Maschine 4 Drehmoment erzeugt wird, ebenso wie über den Verbrennungsmotor 2 oder lediglich einen der beiden, möglich. Eventuell benötigte elektrische Leistung stammt wiederum aus der Batterie 31 oder kann optional für bestimmte Situationen auch aus der zweiten elektrischen Maschine 32 im generatorischen Betrieb stammen, wie es oben beschrieben ist.
Wird das Verblockungsschaltelement SK im Anschluss wieder gelöst, gelangt man in den mit EVT B bezeichneten Zustand. Hierbei ist es so, dass die Summenwelle nunmehr durch die Eingangswelle 20 ausgebildet wird und das beispielsweise bei positiver Drehrichtung der Eingangswelle 20, der zweiten Hohlwelle 24 und der Verbindung 21 die erste elektrische Maschine 4 generatorisch betrieben werden kann, um Leistung an die zweite elektrische Maschine 32 zu liefern. Alternativ dazu kann aus der Batterie 31 zusätzliche Leistung bereitgestellt werden. Beide Achsen VA und HA werden so angetrieben.
Eine Alternative zum Allradantrieb im Zustand EVT B wäre beispielsweise der reine Antrieb der Vorderachse VA bei ansonsten gleichen Gegebenheiten, nur das hier die elektrische Leistung der ersten elektrischen Maschine 4 im generatorischen Betrieb nicht zur zweiten elektrischen Maschine 32 gelangt, sondern zum Laden der Batterie 31 verwendet wird. Auch ein Vorderradbetrieb mit einem Leistungsbooster über die erste elektrische Maschine 4 mit elektrischer Leistung aus der Batterie 31 wäre denkbar. In diesem Fall würde sich nun die Drehrichtung der Verbindung 22 ins Negative umkehren. Bei weiterhin positiver Drehrichtung der Eingangswelle 20 und der zweiten Hohlwelle 24 als Abtriebswelle wird die Leistung dann von beiden Antriebsmaschinen, also der ersten elektrischen Maschine 4 und dem Verbrennungsmotor 2, zu dem Differential 27 und damit zur angetriebenen Vorderachse VA geleitet. Auch hier wäre es wieder denkbar, in dieser Situation die zweite elektrische Maschine 32 generatorisch zu betreiben und die von ihr generierte Leistung anstelle der Leistung aus der Batterie 31 oder ergänzend hierzu zum motorischen Antrieb der ersten elektrischen Maschine 4 zu nutzen.

Claims

Hybridantriebsvorrichtung (1) mit einem Verbrennungsmotor (2), mit einer elektrischen Maschine (4), die einen Rotor (6) aufweist, mit einem Getriebe (3), welches ein Eingangsplanetengetriebe (7) mit einer Hauptdrehachse aufweist, wobei der Verbrennungsmotor (2) über eine Trennkupplung (K0) an das Eingangsplanetengetriebe (7) angebunden ist, wobei das Eingangsplanetengetriebe (7) genau zwei Planetenradsätze (8,9) aufweist, wovon der erste Planetenradsatz (8) ein erstes Element (11), ein zweites Element (12) und ein drittes Element (13) umfasst, wovon der zweite Planetenradsatz (9) ein viertes Element (14), ein fünftes Element (15) und ein sechstes Element (16) umfasst, wobei das dritte Element (13) drehfest mit dem sechsten Element (16) verbunden ist, wobei das zweite Element (12) drehfest mit dem fünften Element (15) verbunden ist, wobei der Rotor (6) derart mit dem dritten Element (13) gekoppelt ist, dass Drehmomente, ausgehend von dem Rotor (6), über das dritte Element (13) und das sechste Element (13) in das Getriebe (3) einleitbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (3) einen dritten Planetenradsatz (10) aufweist, der ein siebtes Element (17), ein achtes Element (18) und ein neuntes Element (19) umfasst, wobei das zweite Element (12) drehfest mit dem siebten Element (17) verbunden ist, und wobei das achte Element (18) drehfest mit einem Abtriebsrad (25) verbunden ist, welches dazu vorgesehen ist, Drehmomente aus dem Getriebe (3) auszuleiten.
Hybridantriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkupplung (K0) dazu ausgebildet ist, eine Kurbelwelle (21) des Verbrennungsmotors (2) drehfest mit dem ersten Element (11) zu verbinden.
Hybridantriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Schaltelement (SA) dazu ausgebildet ist, das neunte Element (19) drehfest mit einem Gehäuse (28) des Getriebes (3) zu verbinden.
Hybridantriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Schaltelement (SK) dazu ausgebildet ist, das Eingangsplanetengetriebe (7) zu verblocken.
Hybridantriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein drittes Schaltelement (SB) dazu ausgebildet ist, das vierte Element (14) drehfest mit dem achten Element (18) zu verbinden.
Hybridantriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Richtung der Hauptdrehachse gesehen das zweite Schaltelement (SK), der erste Planetenradsatz (8), der zweite Planetenradsatz (9), das dritte Schaltelement (SB) und der dritte Planetenradsatz (10) in der genannten Reihenfolge nacheinander angeordnet sind.
Hybridantriebsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Richtung der Hauptdrehachse gesehen das Eingangsplanetengetriebe (7), der dritte Planetenradsatz (10), das Abtriebsrad (25), die Trennkupplung (K0) und der Verbrennungsmotor (2) in der genannten Reihenfolge nacheinander angeordnet sind.
Hybridantriebsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (6) koaxial, axial überlappend und radial umgebend zu wenigstens einem der Planetenradsätze (8,9,10) angeordnet ist.
Hybridantriebsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element (11) als ein erstes Sonnenrad, das zweite Element (12) als ein erster Planetenträger, das dritte Element (13) als ein erstes Hohlrad, das vierte Element (14) als ein zweites Sonnenrad, das fünfte Element (15) als ein zweiter Planetenträger, das sechste Element (16) als ein zweites Hohlrad, das siebte Element (17) als ein drittes Sonnenrad, das achte Element (18) als ein dritter Planetenträger und das neunte Element (19) als ein drittes Hohlrad ausgebildet sind.
Hybridfahrzeug (30) mit einer ersten angetriebenen Fahrzeugachse (VA), welche mit einer Hybridantriebsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in Triebverbindung steht und mit einer zweiten angetriebenen Fahrzeugachse (HA), welche ausschließlich mit einer zweiten elektrischen Maschine (32) in Triebverbindung steht.
Hybridfahrzeug (30) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden elektrischen Maschinen (4,32) zumindest mittelbar elektrisch gekoppelt sind.
Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeugs (30) nach Anspruch 10 oder 11, mit einer Hybridantriebsvorrichtung (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei geschlossener Trennkupplung (K0), einem offenen zweiten Schaltelement (SK), einem geschlossenen ersten Schaltelement (SA) und einem offenen dritten Schaltelement (SB) die erste elektrische Maschine (4) sowie der Verbrennungsmotor (2) jeweils antreibend betrieben werden und gleichzeitig die zweite elektrische Maschine (32) generatorisch betrieben wird.