DE102022104376A1

DE102022104376A1 - Hybridgetriebe, Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug und Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstrangs

Info

Publication number: DE102022104376A1
Application number: DE102022104376.2A
Authority: DE
Inventors: Steffen Lehmann; Dominik Hans
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2022-02-24
Filing date: 2022-02-24
Publication date: 2023-08-24
Also published as: WO2023160738A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hybridgetriebe (15), einen Antriebsstrang (10) mit dem Hybridgetriebe (15) sowie ein Verfahren zum Betrieb des Antriebsstrangs (10), wobei das Hybridgetriebe (15) eine erste Triebwelle (70), eine zweite Triebwelle (75), eine Ausgangsseite (80) und einen zwischen der ersten Triebwelle (70) und der Ausgangsseite (80) verlaufenden ersten Drehmomentübertragungspfad (85) aufweist, wobei der erste Drehmomentübertragungspfad (85) eine erste Übersetzungseinrichtung (115) aufweist, wobei die erste Übersetzungseinrichtung (115) eine Schalteinrichtung (130), eine erste Übersetzungsstufe (120) mit einer ersten Übersetzung und eine zweite Übersetzungsstufe (125) mit einer zur ersten Übersetzung unterschiedlichen zweiten Übersetzung aufweist, wobei in einem ersten Schaltzustand der Schalteinrichtung (130) die Schalteinrichtung (130) die erste Triebwelle (70) mit der ersten Übersetzungsstufe (120) verbindet und die erste Übersetzungsstufe (120) die erste Triebwelle (70) mit der Ausgangsseite (80) koppelt, wobei in einem zum ersten Schaltzustand unterschiedlichen zweiten Schaltzustand der Schalteinrichtung (130) die Schalteinrichtung (130) die erste Triebwelle (70) mit der zweiten Übersetzungsstufe (125) verbindet und die zweite Übersetzungsstufe (125) die erste Triebwelle (70) mit der Ausgangsseite (80) koppelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hybridgetriebe für einen Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs gemäß Patentanspruch 1, einen Antriebsstrang gemäß Patentanspruch 8 und ein Verfahren zum Betrieb des Antriebsstrangs gemäß Patentanspruch 9.
Aus WO 2019/105504 A1 ist eine Antriebseinheit für einen Antriebsstrang eines Hybridkraftfahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine, einer ersten elektrischen Maschine und einer zweiten elektrischen Maschine bekannt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Hybridgetriebe, einen verbesserten Antriebsstrang und ein verbessertes Verfahren zum Betrieb des Antriebsstrangs bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mittels eines Hybridgetriebes gemäß Patentanspruch 1, eines Antriebsstrangs gemäß Patentanspruch 8 und eines Verfahrens gemäß Patentanspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Es wurde erkannt, dass ein verbessertes Hybridgetriebe für einen Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs dadurch bereitgestellt werden kann, dass das Hybridgetriebe eine erste Triebwelle, eine zweite Triebwelle, eine Ausgangsseite und einen zwischen der ersten Triebwelle und der Ausgangsseite verlaufenden ersten Drehmomentübertragungspfad aufweist. Der erste Drehmomentübertragungspfad weist eine erste Übersetzungseinrichtung auf. Die erste Triebwelle ist drehfest mit einem ersten Rotor einer ersten elektrischen Maschine und drehmomentschlüssig mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbindbar. Die zweite Triebwelle ist mit einem zweiten Rotor einer zweiten elektrischen Maschine drehfest verbindbar. Die erste Übersetzungseinrichtung weist eine Schalteinrichtung, eine erste Übersetzungsstufe mit einer ersten Übersetzung und eine zweite Übersetzungsstufe mit einer zur ersten Übersetzung unterschiedlichen zweiten Übersetzung auf. In einem ersten Schaltzustand der Schalteinrichtung verbindet die Schalteinrichtung die erste Triebwelle mit der ersten Übersetzungsstufe und die erste Übersetzungsstufe koppelt die erste Triebwelle mit der Ausgangsseite. In einem zum ersten Schaltzustand unterschiedlichen zweiten Schaltzustand der Schalteinrichtung verbindet die Schalteinrichtung die erste Triebwelle mit der zweiten Übersetzungsstufe und die zweite Übersetzungsstufe koppelt die erste Triebwelle mit der Ausgangsseite.
Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass das Hybridgetriebe besonders einfach und kompakt ausgebildet ist. Ferner kann die Bauteilanzahl besonders geringgehalten werden. Durch das Übersetzungsgetriebe mit zwei Übersetzungsstufen kann die an der ersten Triebwelle angeschlossene Brennkraftmaschine besonders spritsparend betrieben werden. Ferner sind weitere unterschiedliche Betriebsmöglichkeiten für den Antriebsstrang möglich, sodass der Antriebsstrang sowohl als serieller als auch paralleler Hybrid betrieben werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Schalteinrichtung eine erste Kupplung, insbesondere eine erste Formschlusskupplung, insbesondere eine erste Klauenkupplung, und eine zweite Kupplung, insbesondere eine zweite Formschlusskupplung, insbesondere eine zweite Klauenkupplung, auf. In dem ersten Schaltzustand ist die erste Kupplung geschlossen und verbindet die erste Triebwelle mit der ersten Übersetzungsstufe drehmomentschlüssig, vorzugsweise drehfest. In dem ersten Schaltzustand ist weiter die zweite Kupplung geöffnet. In dem zweiten Schaltzustand ist die zweite Kupplung geschossen und verbindet die erste Triebwelle mit der zweiten Übersetzungsstufe drehmomentschlüssig, vorzugsweise drehfest. In dem zweiten Schaltzustand ist die erste Kupplung geöffnet. Durch das wechselseitige Öffnen und Schlie-ßen der Kupplung kann somit zwischen der ersten Übersetzungsstufe und der zweiten Übersetzungsstufe geschaltet werden.
Von besonderem Vorteil ist wenn die Schalteinrichtung einen elektrisch und/oder hydraulisch betätigten Aktuator, eine mit dem Aktuator verbundene Schaltwalze, eine Betätigungskulisse und wenigstens ein erstes Schaltgestänge aufweist. Die Betätigungskulisse weist eine an der Schaltwalze angeordnete erste Kulisse und wenigstens einen an der ersten Kulisse angeordneten ersten Kulissenstein auf, der mit dem Schaltgestänge verbunden ist. Der erste Kulissenstein ist mittels des ersten Schaltgestänges mit der ersten Kupplung gekoppelt. Die Schaltwalze ist um eine Walzenachse verdrehbar angeordnet, wobei in dem zweiten Schaltzustand die Schaltwalze gegenüber dem ersten Schaltzustand verdreht ist. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass mit einem einzigen Aktuator die Schalteinrichtung, gegebenenfalls aber auch eine weitere Trennkupplung und/oder eine Parksperre auf einfache Art und Weise betätigt werden können. Ferner kann der Aktuator insbesondere elektrisch betätigt sein, sodass auf eine Hydraulik verzichtet werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Hybridgetriebe einen zwischen der zweiten Triebwelle und der Ausgangsseite verlaufenden zweiten Drehmomentübertragungspfad mit einer zweiten Übersetzungseinrichtung und einer Trennkupplung auf, wobei die Trennkupplung zwischen der zweiten Übersetzungseinrichtung und der Ausgangsseite angeordnet ist. In einem geöffneten Zustand der Trennkupplung trennt die Trennkupplung die Ausgangsseite von der zweiten Übersetzungseinrichtung. In einem geschlossenen Zustand der Trennkupplung verbindet die Trennkupplung die zweite Übersetzungseinrichtung drehmomentschlüssig, vorzugsweise drehfest, mit der Ausgangsseite.
In einer weiteren Ausführungsform ist die erste Triebwelle drehbar um eine erste Drehachse gelagert, wobei die erste Übersetzungseinrichtung ein um die erste Drehachse drehbar gelagertes erstes Losrad und ein um die erste Drehachse gelagertes zweites Losrad aufweist. Die Schalteinrichtung ist axial bezogen auf die erste Drehachse zwischen dem ersten Losrad und dem zweiten Losrad angeordnet. Die erste Kupplung verbindet in geschlossenem Zustand die erste Triebwelle mit dem ersten Losrad drehmomentschlüssig, vorzugsweise drehfest. In geschlossenem Zustand verbindet die zweite Kupplung das zweite Losrad mit der ersten Triebwelle drehmomentschlüssig, vorzugsweise drehfest. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der Bauraumbedarf besonders gering ist. Insbesondere kann auch die erste und zweite Übersetzungsstufe in radialer Richtung kurzgehalten werden.
In einer weiteren Ausführungsform weist die erste Übersetzungseinrichtung eine um eine zur ersten Drehachse parallel verlaufende zweite Drehachse drehbar gelagerte Zwischenwelle, ein erstes Festrad und ein zweites Festrad auf, wobei das erste Festrad und das zweite Festrad jeweils drehfest mit der Zwischenwelle verbunden sind. Das erste Losrad und das erste Festrad greifen kämmend ineinander ein. Das zweite Losrad und das zweite Festrad greifen kämmend ineinander ein. Die Anordnung der beiden Festräder auf der Zwischenwelle hat den Vorteil, dass das Hybridgetriebe besonders einfach aufgebaut ist.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Hybridgetriebe eine Parksperre und ein Gehäuse auf. Die Parksperre ist zwischen einem geöffneten Zustand und einem geschlossenen Zustand schaltbar. Die Parksperre verbindet in geschlossenem Zustand die zweite Triebwelle mit dem Gehäuse und blockiert eine Rotation der zweiten Triebwelle. In geöffnetem Zustand der Parksperre ist die zweite Triebwelle drehbar um eine dritte Drehachse.
Ein verbesserter Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug kann dadurch bereitgestellt werden, dass der Antriebsstrang ein Hybridgetriebe, eine erste elektrische Maschine mit einem ersten Rotor und eine zweite elektrische Maschine mit einem zweiten Rotor aufweist. Das Hybridgetriebe ist wie oben beschrieben ausgebildet. Die erste Triebwelle ist mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine koppelbar. Die erste Triebwelle ist drehfest mit dem ersten Rotor und die zweite Triebwelle ist drehfest mit dem zweiten Rotor verbunden. Vorzugsweise ist zwischen dem ersten Rotor und dem zweiten Rotor die erste Übersetzungseinrichtung angeordnet.
Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass durch die Anordnung der Übersetzungseinrichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Rotor die erste und zweite elektrische Maschine beabstandet zueinander angeordnet sind und dadurch die Übersetzungseinrichtung bautechnisch einfach ausgebildet sein kann.
Ein verbessertes Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstrangs kann dadurch bereitgestellt werden, dass der oben beschriebene Antriebsstrang bereitgestellt wird. In die erste Triebwelle wird eine erste Antriebsleistung eingeleitet. Die erste elektrische Maschine wird mittels eines ersten Teils der ersten Antriebsleistung zur Erzeugung einer elektrischen Energie generatorisch angetrieben. Die Schalteinrichtung wird in den ersten Schaltzustand geschaltet. Ein zweiter Teil der ersten Antriebsleistung wird über die erste Übersetzungsstufe an die Ausgangsseite übertragen. Alternativ wird die Schalteinrichtung in den zweiten Schaltzustand geschaltet, wobei ein zweiter Teil der ersten Antriebsleistung über die zweite Übersetzungsstufe an die Ausgangsseite übertragen wird.
In einer weiteren Ausführungsform leitet die zweite elektrische Maschine eine zweite Antriebsleistung in die zweite Triebwelle ein, wobei die zweite Antriebsleistung über den zweiten Drehmomentübertragungspfad an die Ausgangsseite übertragen wird, wobei der zweite Teil der ersten Antriebsleistung und die zweite Antriebsleistung an der Ausgangsseite zum Antrieb des Fahrzeugs bereitgestellt werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs gemäß einer ersten Ausführungsform,
2 eine Schnittansicht durch eine konstruktive Ausgestaltung des in 1 gezeigten Antriebsstrangs 10.,
3 einen in 1 markierten Ausschnitt A der in 1 gezeigten schematischen Darstellung des Antriebsstrangs,
4 den in 1 gezeigten Antriebsstrang 10 in einem ersten Betriebszustand,
5 ein Diagramm mit dem jeweiligen Zustand der ersten und zweiten Kupplung, der Parksperre und der Trennkupplung,
6 den in 1 gezeigten schematischen Aufbau des Antriebsstrangs in einem zweiten Betriebszustand,
7 den Zustand der Parksperre, der ersten und zweiten Kupplung und der Trennkupplung symbolisch,
8 einen in 6 gezeigten Ausschnitt B der in 6 gezeigten schematischen Darstellung des Antriebsstrangs während eines zweiten Betriebszustands,
9 den in 1 gezeigten Aufbau des Antriebsstrangs in einem dritten Betriebszustand,
10 den Zustand der Parksperre, der ersten und zweiten Kupplung und der Trennkupplung symbolisch,
11 einen in 9 markierten Ausschnitt C des in 9 gezeigten Antriebsstrangs im dritten Betriebszustand,
12 den in 1 gezeigten Antriebsstrang in einem vierten Betriebszustand,
13 den Zustand der Parksperre, der ersten Kupplung und der zweiten Kupplung sowie der Trennkupplung im vierten Betriebszustand symbolisch,
14 einen in 12 markierten Ausschnitt D des in 12 gezeigten Antriebsstrangs im vierten Betriebszustand,
15 die in 1 gezeigte schematische Darstellung des Antriebsstrangs in einem fünften Betriebszustand,
16 eine schematische Darstellung des Zustands der Parksperre, der ersten und zweiten Kupplung sowie der Trennkupplung,
17 einen in 15 markierten Ausschnitt E des in 15 gezeigten Antriebsstrangs,
18 eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs gemäß einer zweiten Ausführungsform und
19 eine Schnittansicht durch eine konstruktive Ausgestaltung des in 15 gezeigten Antriebsstrangs.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs 10 gemäß einer ersten Ausführungsform.
Der Antriebsstrang 10 weist ein Hybridgetriebe 15, eine Brennkraftmaschine 20, eine erste elektrische Maschine 25, eine zweite elektrische Maschine 30, ein Differenzial 65 und vorzugsweise ein Dämpfersystem 35 auf.
Die Brennkraftmaschine 20 weist ausgangsseitig eine Kurbelwelle 40 auf. Die erste elektrische Maschine 25 weist einen ersten Rotor 45 und einen ersten Stator 50 auf. In der Ausführungsform ist beispielhaft die erste elektrische Maschine 25 als Innenläufer ausgebildet, sodass beispielsweise der erste Stator 50 umfangsseitig den ersten Rotor 45 umgreift. Die zweite elektrische Maschine 30 weist einen zweiten Rotor 55 und ein zweiten Stator 60 auf. In der Ausführungsform ist beispielhaft die zweite elektrische Maschine 30 als Innenläufer ausgebildet, sodass beispielsweise der zweite Stator 60 umfangsseitig den zweiten Rotor 55 umgreift.
Das Hybridgetriebe 15 weist eine erste Triebwelle 70, eine zweite Triebwelle 75, eine Ausgangsseite 80, einen sich zwischen der ersten Triebwelle 70 und der Ausgangsseite 80 erstreckenden ersten Drehmomentübertragungspfad 85, einen sich zwischen der zweiten Triebwelle 75 und der Ausgangsseite 80 erstreckenden zweiten Drehmomentübertragungspfad 90, vorzugsweise einen Rotorträger 95, eine Parksperre 265 und ein Gehäuse 266 auf.
Die erste Triebwelle 70 ist drehfest mit einem Rotorträger 95 verbunden, wobei der Rotorträger 95 außenseitig den ersten Rotor 45 trägt und drehfest mit dem ersten Rotor 45 verbunden ist. Dabei wird unter drehfest verstanden, dass zwei Komponenten, beispielsweise die erste Triebwelle 70 und der Rotorträger 95, mit gleicher Rotationsgeschwindigkeit rotieren und eine Drehmomentübertragung erfolgen kann. Die erste Triebwelle 70 ist mittels einer ersten Lageranordnung 100 drehbar um eine erste Drehachse 105 gelagert. Die erste Triebwelle 70 bildet eine erste Eingangsseite des Hybridgetriebes 15 aus. Die erste Triebwelle 70 ist auf der zur Brennkraftmaschine 20 zugewandten Seite angeordnet und vorzugsweise über das Dämpfersystem 35 drehmomentschlüssig mit der Kurbelwelle 40 verbunden. Das Dämpfersystem 35 kann beispielsweise einen Torsionsdämpfer aufweisen, sodass die Kurbelwelle 40 um die erste Drehachse 105 gegen die Wirkung eines Federelements 110 des Dämpfersystems 35 gegenüber der ersten Triebwelle 70 verdrehbar ist. Die zweite Triebwelle 75 ist drehfest, vorzugsweise direkt, mit dem zweiten Rotor 55 verbunden. Die zweite Triebwelle 75 bildet eine zweite Eingangsseite des Hybridgetriebes 15 aus.
Der erste Drehmomentübertragungspfad 85 weist eine erste Übersetzungseinrichtung 115 mit einer ersten Übersetzungsstufe 120, einer zweiten Übersetzungsstufe 125, eine Schalteinrichtung 130, eine Zwischenwelle 135 und eine zweite Lageranordnung 140 auf.
Die Zwischenwelle 135 ist parallel zu der ersten Triebwelle 70 angeordnet und ist mittels der zweiten Lageranordnung 140 drehbar um eine zweite Drehachse 145 angeordnet.
Die erste Übersetzungsstufe 120 weist ein erstes Losrad 150 und ein erstes Festrad 155 auf. Das erste Losrad 150 ist drehbar um die erste Drehachse 105 auf der ersten Triebwelle 70 angeordnet. Das erste Festrad 155 ist auf der Zwischenwelle 135 drehfest angeordnet.
Die zweite Übersetzungsstufe 125 weist ein zweites Losrad 160 und ein zweites Festrad 165 auf. Das zweite Losrad 160 ist drehbar um die erste Drehachse 105 auf der ersten Triebwelle 70 angeordnet. Dabei ist das zweite Losrad 160 vorzugsweise axial beabstandet bezogen auf die erste Drehachse 105 zu dem ersten Losrad 150 angeordnet. Das zweite Festrad 165 ist axial versetzt zu dem ersten Festrad 155 drehfest auf der Zwischenwelle 135 angeordnet.
In der Ausführungsform sind das erste und zweite Losrad 150, 160 sowie das erste und zweite Festrad 155, 165 beispielsweise als Stirnrad ausgebildet. Das erste Losrad 150 greift kämmend in das erste Festrad 155 ein. Die erste Übersetzungsstufe 120 weist eine erste Übersetzung auf. Analog zur ersten Übersetzungsstufe 120 greifen das zweite Losrad 160 und das zweite Festrad 165 kämmend ineinander ein. Das zweite Losrad 160 ist vorzugsweise geometrisch unterschiedlich zum ersten Losrad 150 und das zweite Festrad 165 ist vorzugsweise unterschiedlich zum ersten Festrad 155 ausgebildet. Die zweite Übersetzungsstufe 125 weist eine zweite Übersetzung auf. Die zweite Übersetzung ist unterschiedlich zur ersten Übersetzung. Insbesondere ist vorzugsweise die zweite Übersetzung länger als die erste Übersetzung der ersten Übersetzungsstufe 120.
Axial zwischen der ersten Übersetzungsstufe 120 und der zweiten Übersetzungsstufe 125 kann zumindest bereichsweise die Schalteinrichtung 130 angeordnet sein. Die Schalteinrichtung 130 weist eine erste Kupplung 170, eine zweite Kupplung 175 und eine Betätigungseinheit 180 auf. Die Betätigungseinheit 180 ist in 1 nicht dargestellt, wobei auf die Betätigungseinheit 180 detailliert in 3 eingegangen wird. Die Betätigungseinheit 180 ist mit der ersten Kupplung 170 und mit der zweiten Kupplung 175 mechanisch verbunden und ist ausgebildet, die erste Kupplung 170 und die zweite Kupplung 175 zu schalten. Die erste Kupplung 170 kann beispielsweise als erste Formschlusskupplung, insbesondere als erste Klauenkupplung, und die zweite Kupplung 175 kann beispielsweise als zweite Formschlusskupplung, insbesondere als zweite Klauenkupplung, ausgebildet sein. Alternativ wäre auch denkbar, dass die erste Kupplung 170 und/oder die zweite Kupplung 175 eine Reibkupplung aufweisen. Auch können die erste Kupplung 170 und/oder die zweite Kupplung 175 synchronisiert sein.
Die Schalteinrichtung 130 weist wenigstens einen ersten Schaltzustand, einen zweiten Schaltzustand und vorzugsweise einen dritten Schaltzustand auf. Zusätzlich kann die Schalteinrichtung 130 einen vierten und/oder fünften Schaltzustand einnehmen. In dem ersten Schaltzustand, der alternativ zum zweiten und dritten Schaltzustand eingenommen wird, ist die erste Kupplung 170 geschlossen und die zweite Kupplung 175 geöffnet. In dem zweiten Schaltzustand ist die zweite Kupplung 175 geschlossen und die erste Kupplung 170 geöffnet. In dem dritten Schaltzustand sind die erste Kupplung 170 und die zweite Kupplung 175 geöffnet.
In dem ersten Schaltzustand der Schalteinrichtung 130 ist die erste Kupplung 170 geschlossen. Die erste Kupplung 170 verbindet in geschlossenem Zustand die erste Triebwelle 70 mit dem ersten Losrad 150 drehmomentschlüssig. In der Ausführungsform ist beispielhaft die erste Kupplung 170 als erste Formschlusskupplung ausgebildet, sodass in dem ersten Schaltzustand, wenn die erste Kupplung 170 geschlossen ist, das erste Losrad 150 drehfest mit der ersten Triebwelle 70 verbunden ist. Um ein Einkuppeln der ersten Kupplung 170 aus einem offenen Zustand in einen geschlossenen Zustand zu ermöglichen, kann die erste Kupplung 170 eine erste Synchronisierungseinrichtung aufweisen. Die erste Synchronisierungseinrichtung kann beispielsweise ein Paar von Synchronringen umfassen. Im ersten Schaltzustand ist ferner die zweite Kupplung 175 geöffnet, sodass das zweite Losrad 160 gegenüber der ersten Triebwelle 70 relativ verdrehbar ist. Dadurch ist die erste Übersetzungsstufe 120 eingelegt, sodass die erste Triebwelle 70 und die Zwischenwelle 135 gemäß der ersten Übersetzung der ersten Übersetzungsstufe 120 drehmomentschlüssig miteinander verbunden sind.
In dem zweiten Schaltzustand der Schalteinrichtung 130 ist die zweite Kupplung 175 geschlossen. Die zweite Kupplung 175 verbindet in geschlossenem Zustand die erste Triebwelle 70 mit dem zweiten Losrad 160 drehmomentschlüssig. In der Ausführungsform ist beispielhaft die zweite Kupplung 175 als zweite Formschlusskupplung ausgebildet, sodass in dem zweiten Schaltzustand, wenn die zweite Kupplung 175 geschlossen ist, das zweite Losrad 160 drehfest mit der ersten Triebwelle 70 verbunden ist. Um ein Einkuppeln der zweiten Kupplung 175 aus einem offenen Zustand in einen geschlossenen Zustand zu ermöglichen, kann die zweite Kupplung 175 eine zweite Synchronisierungseinrichtung aufweisen. Die zweite Synchronisierungseinrichtung kann beispielsweise ein Paar von Synchronringen umfassen. Im zweiten Schaltzustand ist ferner die erste Kupplung 170 geöffnet, sodass das zweite Losrad 160 gegenüber der ersten Triebwelle 70 relativ verdrehbar ist. Dadurch ist die zweite Übersetzungsstufe 125 eingelegt. Im zweiten Schaltzustand ist somit die erste Triebwelle 70 über die zweite Übersetzungsstufe 125 mit der Zwischenwelle 135 gemäß der zweiten Übersetzung drehmomentschlüssig verbunden.
In dem dritten Schaltzustand sind vorzugsweise die erste Kupplung 170 und die zweite Kupplung 175 geöffnet. Im dritten Schaltzustand sind das erste Losrad 150 und das zweite Losrad 160 sowie die erste Triebwelle 70 relativ zueinander verdrehbar um die erste Drehachse 105. Der dritte Schaltzustand kann beispielsweise auch eine Zwischenstellung oder Neutralstellung zwischen dem ersten Schaltzustand und dem zweiten Schaltzustand sein. In der dritten Schaltstellung ist keine der beiden Übersetzungsstufen 120, 125 eingelegt.
Das Differenzial 65 ist an der Ausgangsseite 80 des Hybridgetriebes 15 mittels eines Differenzialrads 185 angeschlossen. Das Differenzialrad 185 des Differenzials 65 greift kämmend in das zweite Festrad 165, beispielsweise auf einer dem zweiten Losrad 160 abgewandten Seite, ein. Das Differenzial 65 ist abtriebsseitig mit wenigstens zwei Abtriebswellen 190 zum Antrieb von Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs verbunden.
Der zweite Drehmomentübertragungspfad 90 erstreckt sich zwischen der zweiten Triebwelle 75 und der Ausgangsseite 80. Dabei ist die Zwischenwelle 135 sowie das zweite Festrad 165 ebenso Teil des zweiten Drehmomentübertragungspfads 90. In der Ausführungsform weist beispielhaft der zweite Drehmomentübertragungspfad 90 eine zweite Übersetzungseinrichtung 195 und vorzugsweise eine Trennkupplung 200 auf.
Die zweite Übersetzungseinrichtung 195 ist zwischen der Trennkupplung 200 und der zweiten Triebwelle 75 angeordnet. Die Trennkupplung 200 ist zwischen der Zwischenwelle 135 und der zweiten Übersetzungseinrichtung 195 angeordnet. Die zweite Übersetzungseinrichtung 195 weist eine dritte Übersetzung auf, wobei die dritte Übersetzung vorzugsweise kleiner als die erste Übersetzung der ersten Übersetzungsstufe 120 und kleiner als die zweite Übersetzung der zweiten Übersetzungsstufe 125 ist.
Die zweite Übersetzungseinrichtung 195 weist ein drittes Festrad 205 und ein drittes Losrad 210 auf. Das dritte Losrad 210 und das dritte Festrad 205 sind beispielhaft als Stirnräder ausgebildet und greifen kämmend ineinander ein. Das dritte Festrad 205 ist drehfest auf der zweiten Triebwelle 75 angeordnet. Die zweite Triebwelle 75 und somit auch das dritte Festrad 205 sind mittels einer dritten Lageranordnung 215 drehbar um eine dritte Drehachse 220 gelagert. Das dritte Losrad 210 ist auf der Zwischenwelle 135 angeordnet. Die Trennkupplung 200 kann als dritte Formschlusskupplung, beispielsweise als dritte Klauenkupplung, ausgebildet sein und verbindet in geschlossenem Zustand die Zwischenwelle 135 drehmomentschlüssig, vorzugsweise drehfest, mit dem dritten Losrad 210. Ferner kann die Trennkupplung 200 synchronisiert sein.
In geöffnetem Zustand der Trennkupplung 200 sind das dritte Losrad 210 sowie die Zwischenwelle 135 gegenüber einander um die zweite Drehachse 145 verdrehbar. In geschlossenem Zustand der Trennkupplung 200 ist das dritte Losrad 210 mit der Zwischenwelle 135 drehmomentschlüssig, vorzugweise drehfest, verbunden. Dadurch ist der zweite Rotor 55 der zweiten elektrischen Maschine 30 drehfest über die zweite Übersetzungseinrichtung 195 und die Trennkupplung 200 mit der Zwischenwelle 135 verbunden.
Die Zwischenwelle 135 bildet die Zusammenführung des ersten Drehmomentübertragungspfads 85 und des zweiten Drehmomentübertragungspfads 90 aus. Über die Zwischenwelle 135 ist die zweite Triebwelle 75 mit dem zweiten Festrad 165 verbunden, an dem die Ausgangsseite 80 angeordnet ist.
Das Gehäuse 266 ist ortsfest im Fahrzeug angeordnet. In dem Gehäuse 266 sind die Komponenten des Hybridgetriebes 15 angeordnet. Die Parksperre 265 ist in der Ausführungsform mit der zweiten Triebwelle 75 beispielhaft axial zwischen dem ersten Losrad 150 und dem dritten Festrad 205 angeordnet. Die Parksperre 265 greift in geschlossenem Zustand in die zweite Triebwelle 75 ein und verbindet die zweite Triebwelle 75 mit dem Gehäuse 266 drehfest. In geöffnetem Zustand der Parksperre 265 ist die Parksperre 265 freigegeben, sodass die zweite Triebwelle 75 von dem Gehäuse 266 entkoppelt ist.
2 zeigt eine Schnittansicht durch eine konstruktive Ausgestaltung des in 1 gezeigten Antriebsstrangs 10.
Beispielhaft sind die Zwischenwelle 135 und die zweite Triebwelle 75 als Hohlwellen ausgebildet. Die erste Triebwelle 70 ist über einen in der Ausführungsform beispielhaft einfach ausgebildeten Torsionsdämpfer des Dämpfersystems 35 mit der Kurbelwelle 40 verbunden. Die erste Lageranordnung 100 lagert die erste Triebwelle 70 derart, dass die erste Triebwelle 70 parallel zu der zweiten Triebwelle 75, die über die dritte Lageranordnung 215 drehbar um die dritte Drehachse 220 gelagert ist, angeordnet ist. In der Ausführungsform sind beispielhaft die erste und zweite Triebwelle 70, 75 unsynchronisiert als Klauenkupplung ausgebildet, während hingegen beispielsweise die Trennkupplung 200 eine dritte Synchronisierungseinrichtung aufweist.
Das erste Festrad 155 ist in der Ausführungsform beispielhaft drehfest auf die Zwischenwelle 135 aufgesteckt, während hingegen beispielsweise das zweite Festrad 165 ein Verzahnungsabschnitt der Zwischenwelle 135 ist, an dem stirnseitig das aufgesteckte erste Festrad 155 anschließend angeordnet sein kann. Das dritte Festrad 205 ist ebenso als Verzahnungsabschnitt der zweiten Triebwelle 75 ausgebildet, sodass das dritte Festrad 205 und die zweite Triebwelle 75 einstückig und materialeinheitlich ausgebildet sind. Um eine Schmierung der dritten Lageranordnung 215, insbesondere des in 2 linksseitig angeordneten Lagers der dritten Lageranordnung 215 sicherzustellen, ist von besonderem Vorteil, wenn die zweite Triebwelle 75 als Hohlwelle ausgebildet ist. Ferner kann dadurch eine rotierende Masse um die dritte Drehachse 220 geringgehalten werden.
3 zeigt einen in 1 markierten Ausschnitt A der in 1 gezeigten schematischen Darstellung des Antriebsstrangs 10.
Die Betätigungseinheit 180 weist einen elektrisch und/oder hydraulisch betätigten Aktuator 225, eine Schaltwalze 230, eine Betätigungskulisse 235, eine erste Schaltgabel 240, vorzugsweise eine zweite Schaltgabel 245, wenigstens ein erstes Schaltgestänge 250, ein zweites Schaltgestänge 255 und vorzugsweise ein drittes Schaltgestänge 260 auf.
Der Aktuator 225 ist drehfest mit der Schaltwalze 230 verbunden. Der Aktuator 225 kann die Schaltwalze 230 um eine Walzenachse 261 verdrehen. Die Walzenachse 261 kann parallel zur ersten bis dritten Drehachse 105, 145, 220 ausgerichtet sein. Die Betätigungskulisse 235 ist an der Schaltwalze 230 angeordnet und weist wenigstens eine erste Kulisse 270 auf. Die erste Kulisse 270 ist dem ersten bis dritten Schaltzustand der Schalteinrichtung 130 zugeordnet. Zusätzlich kann zugeordnet zu der Trennkupplung 200 eine zweite Kulisse 275 der Betätigungskulisse 235 an der Schaltwalze 230 angeordnet sein. Die zweite Kulisse 275 weist eine unterschiedliche Formgebung zu der ersten Kulisse 270 auf und erstreckt sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung. Die erste und zweite Kulisse 270, 275 können zu einer gemeinsamen ersten und zweiten Kulisse 270, 275 zusammengefasst sein.
Des Weiteren kann die Betätigungskulisse 235 an der Schaltwalze 230 eine dritte Kulisse 280 aufweisen. Die dritte Kulisse 280 ist beispielsweise der Parksperre 265 zugeordnet. Die erste Kulisse 270, die zweite Kulisse 275 und die dritte Kulisse 280 können eine unterschiedliche Formgebung aufweisen. Die erste bis dritte Kulisse 270, 275, 280 kann jeweils als Kurvenscheibe mit umfangsseitiger Steuerfläche und/oder stirnseitiger Steuerfläche und/oder nutförmig ausgebildet sein.
Das erste Schaltgestänge 250 ist an einer Seite mit der ersten Schaltgabel 240 verbunden. An der anderen Seite ist das erste Schaltgestänge 250 mit einem ersten Kulissenstein 285 verbunden, wobei der erste Kulissenstein 285 der Betätigungskulisse 235 in die erste Kulisse 270 eingreift. Die erste Schaltgabel 240 ist ihrerseits mit der ersten und zweiten Kupplung 170, 175, insbesondere mit einer Schaltmuffe der ersten und zweiten Kupplung 170, 175 verbunden. Die erste Kulisse 270 weist in Abhängigkeit des zu erzielenden Schaltzustands der Schalteinrichtung 130 eine unterschiedliche Formgebung, insbesondere einen Abstand zu einer Stirnseite 290 der Schaltwalze 230 auf.
Analog zur Anbindung der ersten und zweiten Kupplung 170, 175 an der Schaltwalze 230 ist ebenso die Anbindung der Parksperre 265 und der Trennkupplung 200 ausgebildet. Ein zweiter Kulissenstein 295 der Betätigungskulisse 235 liegt an der zweiten Kulisse 275 an und ist an einer Seite mit dem zweiten Schaltgestänge 255 verbunden. An der anderen Seite ist das zweite Schaltgestänge 255 mit der zweiten Schaltgabel 245 verbunden, die eine Schiebemuffe der Trennkupplung 200 betätigt.
Ein dritter Kulissenstein 300 der Betätigungskulisse 235 liegt an der dritten Kulisse 280 an. Das dritte Schaltgestänge 260 ist an einer Seite mit dem dritten Kulissenstein 300 verbunden und betätigt die die Parksperre 265.
Die Schaltwalze 230 kann um die Walzenachse 261 in Umfangsrichtung verdreht werden. In Abhängigkeit einer Walzenposition der Schaltwalze 230, die durch den Aktuator 225 verstellt werden kann, wird zwischen den Schaltzuständen geschalten. Dadurch sind durch Verdrehung der Schaltwalze 230 jeweils die erste und zweite Kupplung 170, 175, die Trennkupplung 200, sofern vorhanden, und die Parksperre 265 geschalten.
4 zeigt den in 1 gezeigten Antriebsstrang 10 in einem ersten Betriebszustand. 5 zeigt ein Diagramm mit dem jeweiligen Zustand der ersten und zweiten Kupplung 170, 175, der Parksperre 265 und der Trennkupplung 200.
Dabei ist in 4 mittels Pfeilen eine Leistungsübertragung symbolisch dargestellt. Im Folgenden werden 4 und 5 gemeinsam erläutert. Dabei ist in 5 mittels eines unterseitig angezeigten dicken Pfeils symbolisch der zu 4 entsprechende Zustand der ersten und zweiten Kupplung 170, 175, der Parksperre 265 sowie der Trennkupplung 200 markiert.
Mit der Ziffer 1 auf der Ordinate ist in 5 der geschlossene/aktivierte Zustand der ersten Kupplung 170, der Parksperre 265 und der Trennkupplung 200 jeweils markiert. Mit der Ziffer 0 ist jeweils der offene/deaktivierte Zustand der ersten Kupplung 170, der zweiten Kupplung 175, der Parksperre 265 und der Trennkupplung 200 jeweils markiert. Mit der Ziffer 2 ist der geschlossene Zustand der zweiten Kupplung 175 markiert.
Im ersten Betriebszustand ist die Parksperre 265 geöffnet. Die Schalteinrichtung 130 ist in die dritte Schaltstellung geschalten. Ferner ist im dritten Schaltzustand die Trennkupplung 200 geschlossen. Im ersten Betriebszustand ist die Brennkraftmaschine 20 aktiviert und stellt an der Kurbelwelle 40 eine erste Antriebsleistung P1 bereit. Die erste Antriebsleistung P1 kann mit einer Drehungleichförmigkeit um die erste Drehachse an der Kurbelwelle 40 bereitgestellt werden. Die erste Antriebsleistung P1 wird über das Dämpfersystem 35 an die erste Triebwelle 70 übertragen. Die erste Triebwelle 70 treibt über den Rotorträger 95 den ersten Rotor 45 der ersten elektrischen Maschine 25 an. Die erste Antriebsleistung P1 wird über den Rotorträger 95 vollständig an die erste elektrische Maschine 25 übertragen, die in generatorischem Betrieb betrieben wird.
Durch den geöffneten Zustand der ersten und zweiten Kupplung 170, 175 kann die erste Triebwelle 70 frei gegenüber dem ersten und zweiten Losrad 150, 160 rotieren. Im ersten Betriebszustand wird die erste elektrische Maschine 25 generatorisch betrieben, wobei die mittels der ersten elektrischen Maschine 25 erzeugte elektrische Energie aus der ersten Antriebsleistung P1 in einen elektrischen Energiespeicher des Fahrzeugs eingespeist werden kann. Auch kann die mittels der ersten Antriebsleistung P1 erzeugte erste elektrische Energie teilweise oder vollständig auch direkt der zweiten elektrischen Maschine 30 bereitgestellt werden. Im ersten Betriebszustand wird somit der Antriebsstrang 10 als serieller Hybrid betrieben.
Die zweite elektrische Maschine 30 stellt im ersten Betriebszustand am zweiten Rotor 55 eine zweite Antriebsleistung P2 bereit, die von dem zweiten Rotor 55 auf die zweite Triebwelle 75 übertragen wird. Die zweite Antriebsleistung P2 kann unterschiedlich zur ersten Antriebsleistung P1 sein. Die zweite Antriebsleistung P2 wird über die zweite Übersetzungseinrichtung 195 an die Trennkupplung 200 übertragen. Die Trennkupplung 200 ist geschlossen und verbindet die zweite Übersetzungseinrichtung 195 mit der Zwischenwelle 135. Die Zwischenwelle 135 überträgt die zweite Antriebsleistung P2 über das zweite Festrad 165 an die Ausgangsseite 80. An der Ausgangsseite 80 wird die zweite Antriebsleistung P2 auf das Differenzialrad 185 des Differenzials 65 übertragen. Das Differenzial 65 verteilt die zweite Antriebsleistung P2 auf die Abtriebswellen 190 zum Antrieb des Kraftfahrzeugs.
6 zeigt den in 1 gezeigten schematischen Aufbau des Antriebsstrangs 10 in einem zweiten Betriebszustand. 7 zeigt den Zustand der Parksperre 265, der ersten und zweiten Kupplung 170, 175 und der Trennkupplung 200 symbolisch. 8 zeigt einen in 6 gezeigten Ausschnitt B der in 6 gezeigten schematischen Darstellung des Antriebsstrangs 10 während des zweiten Betriebszustands.
Im zweiten Betriebszustand ist die Parksperre 265 geöffnet. Die Schalteinrichtung 130 befindet sich im ersten Schaltzustand, sodass die erste Kupplung 170 geöffnet ist und die zweite Kupplung 175 geschlossen ist. Die Trennkupplung 200 ist ebenso im ersten Schaltzustand geschlossen.
Im zweiten Betriebszustand stellt die Brennkraftmaschine 20 die erste Antriebsleistung P1 an der Kurbelwelle 40 bereit, wobei die erste Antriebsleistung P1 über das Dämpfersystem 35 in die erste Triebwelle 70 übertragen wird. Ein erster Teil TP1 der ersten Antriebsleistung P1 wird von der ersten Triebwelle 70 über den Rotorträger 95 an die erste elektrische Maschine 25 übertragen, wobei die erste elektrische Maschine 25 generatorisch betrieben wird. Aus dem ersten Teil TP1 der ersten Antriebsleistung P1 wird elektrische Energie erzeugt, die beispielsweise in den elektrischen Energiespeicher eingespeist werden kann. Ein zweiter Teil TP2 der ersten Antriebsleistung P1 wird von der ersten Triebwelle 70 über die erste geschlossene Kupplung 170 an das erste Losrad 150 übertragen. Der zweite Teil TP2 der ersten Antriebsleistung P1 wird von dem ersten Losrad 150 auf das erste Festrad 155 übertragen und dabei Drehzahl und Drehmoment gemäß der ersten Übersetzung geändert. Das erste Festrad 155 treibt die Zwischenwelle 135 an.
Im zweiten Betriebszustand wird der Antriebsstrang 10 als paralleler Hybrid betrieben. Dabei wird die zweite elektrische Maschine 30 motorisch betrieben. Der zweite Rotor 55 stellt die zweite Antriebsleistung P2 bereit, wobei die zweite Antriebsleistung P2 direkt vom zweiten Rotor 55 in die zweite Triebwelle 75 übertragen wird. Durch die geschlossene Trennkupplung 200 wird die zweite Antriebsleistung P2 über die zweite Übersetzungseinrichtung 195 an die zweite Trennkupplung 200 übertragen, wobei die zweite Trennkupplung 200 die zweite Antriebsleistung P2 in die Zwischenwelle 135 einleitet. Die Zwischenwelle 135 fungiert somit als Summierglied für die zweite Antriebsleistung P2 und den zweiten Teil TP2 der ersten Antriebsleistung P1. Die Summe aus der zweiten Antriebsleistung P2 und dem zweiten Teil TP2 der ersten Antriebsleistung P1 wird von der Zwischenwelle 135 über das zweite Festrad 165 an die Ausgangsseite 80 übertragen. Von der Ausgangsseite 80 wird die Summe aus der zweiten Antriebsleistung P2 und des zweiten Teils TP2 der ersten Antriebsleistung P1 an das Differenzial 65 zum Antrieb des Fahrzeugs über die Abtriebswellen 190 übertragen.
Wie bereits im Rahmen zu 3 erläutert, werden der zweite Betriebszustand und die entsprechende Schaltung der Parksperre 265 der ersten und zweiten Kupplung 170, 175 sowie der Trennkupplung 200 durch eine entsprechende Verdrehung der Schaltwalze 230 durch den Aktuator 225 erzielt. Gegenüber 3 ist die Schaltwalze 230 in 8 in Umfangsrichtung verdreht, sodass die jeweiligen Kulissensteine 285, 295, 300 an einer anderen Position in die jeweils zugeordnete Kulisse 270, 275, 280 eingreifen und entsprechend dadurch die erste Kupplung 170 geschlossen, die zweite Kupplung 175 geöffnet, die Parksperre 265 geöffnet und die Trennkupplung 200 geschlossen ist.
Durch die niedrigere erste Übersetzung der ersten Übersetzungsstufe 120 verglichen mit der zweiten Übersetzungsstufe 125 kann die Brennkraftmaschine 20 bereits bei einer niedrigen Fahrgeschwindigkeit aktiviert werden, um das Fahrzeug anzutreiben. Durch den parallelen Betrieb der Brennkraftmaschine 20 zusammen mit der zweiten elektrischen Maschine 30 wird ein gutes Beschleunigungsverhalten sichergestellt und ein geringer Kraftstoffverbrauch für die Brennkraftmaschine 20 sichergestellt. Insbesondere kann die von der zweiten elektrischen Maschine 30 bereitgestellte zweite Antriebsleistung P2 deutlich größer als die erste Antriebsleistung P1, insbesondere der zweite Teil TP2 der ersten Antriebsleistung P1, sein.
9 zeigt den in 1 gezeigten Aufbau des Antriebsstrangs 10 in einem dritten Betriebszustand. 10 zeigt den Zustand der Parksperre 265, der ersten und zweiten Kupplung 170, 175 und der Trennkupplung 200 symbolisch. 11 zeigt einen in 9 markierten Ausschnitt C des in 9 gezeigten Antriebsstrangs 10 im dritten Betriebszustand.
Im dritten Betriebszustand ist die Parksperre 265 geöffnet. Ferner ist die Schalteinrichtung 130 in den zweiten Schaltzustand geschaltet, sodass die zweite Kupplung 175 geschlossen und die erste Kupplung 170 geöffnet ist. Die Trennkupplung 200 ist geschlossen.
Im dritten Betriebszustand wird der Antriebsstrang 10 als paralleler Hybrid betrieben. Um in den dritten Betriebszustand zu wechseln, wird durch den Aktuator 225 die Schaltwalze 230 in Umfangsrichtung verdreht und über die jeweiligen Schaltgestänge 250, 255, 260 die erste und zweite Kupplung 170, 175, die Trennkupplung 200 und die Parksperre 265 geschaltet.
Der dritte Betriebszustand ist im Wesentlichen identisch zu dem in 6 beschriebenen zweiten Betriebszustand. Im Folgenden wird ausschließlich auf die Unterschiede des in 9 gezeigten dritten Betriebszustands gegenüber dem in 6 bis 8 erläuterten zweiten Betriebszustand eingegangen. Im dritten Betriebszustand wird der Antriebsstrang 10 anstatt der in 6 geschalteten ersten Übersetzungsstufe 120 mit der zweiten Übersetzungsstufe 125 betrieben. Somit wird der zweite Teil TP2 der ersten Antriebsleistung P1 anstatt über die erste Übersetzungsstufe 120 über die zweite Übersetzungsstufe 125 von der ersten Triebwelle 70 auf die Zwischenwelle 135 zur Ausgangsseite 80 übertragen. Die Zwischenwelle 135 dient ebenso als Summierglied zur Aufsummierung der zweiten Antriebsleistung P2 kommend von der zweiten elektrischen Maschine 30 und des über die zweite Übersetzungsstufe 125 übertragenen zweiten Teils TP2 der ersten Antriebsleistung P1.
Durch die größere zweite Übersetzung gegenüber der ersten Übersetzung eignet sich der dritte Betriebsmodus insbesondere für hohe Geschwindigkeiten und insbesondere für eine dynamische Fahrbeschleunigung des Fahrzeugs bei hohen Geschwindigkeiten (beispielsweise > 50 km/h).
12 zeigt den in 1 gezeigten Antriebsstrang 10 in einem vierten Betriebszustand. 13 zeigt den Zustand der Parksperre 265, der ersten und zweiten Kupplung 170, 175 sowie der Trennkupplung 200 im vierten Betriebszustand symbolisch. 14 zeigt einen in 12 markierten Ausschnitt D des in 12 gezeigten Antriebsstrangs 10 im vierten Betriebszustand.
Im vierten Betriebszustand ist die Schalteinrichtung 130 in einen vierten Schaltzustand geschalten. Der vierte Schaltzustand entspricht im Wesentlichen dem zweiten Schaltzustand, sodass die erste Kupplung 170 geöffnet und die zweite Kupplung 175 geschlossen ist. Ferner ist die Trennkupplung 200 geöffnet.
Im vierten Betriebszustand ist die zweite elektrische Maschine 30 deaktiviert. Die erste elektrische Maschine 25 ist in generatorischen Betrieb geschaltet. Die Brennkraftmaschine 20 stellt an der Kurbelwelle 40 die erste Antriebsleistung P1 bereit, die über das Dämpfersystem 35 in die erste Triebwelle 70 eingeleitet wird. Der erste Teil TP1 der ersten Antriebsleistung P1 wird über den Rotorträger 95 an den ersten Rotor 45 übertragen. Die erste elektrische Maschine 25 erzeugt mittels des ersten Teils TP1 der ersten Antriebsleistung P1 elektrische Energie, die in den elektrischen Energiespeicher eingespeist wird. Der zweite Teil TP2 der ersten Antriebsleistung P1 wird von der ersten Triebwelle 70 zu der zweiten Kupplung 175 übertragen. Durch den eingekuppelten Zustand der zweiten Kupplung 175 ist das Hybridgetriebe 15 in die zweite Übersetzungsstufe 125 geschaltet. Der zweite Teil TP2 der ersten Antriebsleistung P1 wird über die zweite Übersetzungsstufe 125 mit der zweiten Übersetzung an das zweite Festrad 165 auf der Zwischenwelle 135 übertragen. An der Ausgangsseite 80 wird der zweite Teil TP2 der ersten Antriebsleistung P1 bereitgestellt. Der zweite Teil TP2 der ersten Antriebsleistung P1 wird dazu genutzt, um über das Differenzial 65 die Abtriebswellen 190 zum Antrieb des Kraftfahrzeugs anzutreiben. Der vierte Betriebszustand hat den Vorteil, dass durch die Wahl des ersten Teils TP1 der ersten Antriebsleistung P1 die Brennkraftmaschine 20 in einem optimalen Betriebsbereich betrieben werden kann. Ferner kann dadurch mit dem ersten Teil TP1 der ersten Antriebsleistung P1 der elektrische Energiespeicher des Fahrzeugs wieder geladen werden.
Die Position der Schaltwalze 230 in Umfangsrichtung ist unterschiedlich gegenüber dem ersten bis dritten Betriebszustand. Durch das Öffnen der Trennkupplung 200 wird ein Mitschleppen der zweiten elektrischen Maschine 30 über den zweiten Drehmomentübertragungspfad 90 vermieden. Dadurch kann die Brennkraftmaschine 20 besonders energieeffizient mit niedrigem Kraftstoffverbrauch betrieben werden.
15 zeigt die in 1 gezeigte schematische Darstellung des Antriebsstrangs 10 in einem fünften Betriebszustand. 16 zeigt eine schematische Darstellung des Zustands der Parksperre 265, der ersten und zweiten Kupplung 170, 175 sowie der Trennkupplung 200. 17 zeigt einen in 15 markierten Ausschnitt E des in 15 gezeigten Antriebsstrangs 10.
In 15 bis 17 ist im fünften Betriebszustand die Parksperre 265 geschlossen. Ferner ist die Schalteinrichtung 130 in einen fünften Schaltzustand geschaltet geschalten, der im Wesentlichen dem ersten Schaltzustand entspricht. Die erste Kupplung 170 und die zweite Kupplung 175 sind geöffnet. Des Weiteren ist die Trennkupplung 200 geschlossen.
Im fünften Betriebszustand befindet sich der Antriebsstrang 10 im Parkmodus. Die Brennkraftmaschine 20 ist deaktiviert. Durch die geschlossene Trennkupplung 200 ist der zweite Drehmomentübertragungspfad 90 geschlossen und die zweite Übersetzungseinrichtung 195 verbindet drehfest die zweite Triebwelle 75 mit der Zwischenwelle 135. Die Zwischenwelle 135 ist ihrerseits über das Differenzial 65 mit der Abtriebswelle 190 verbunden. Die Parksperre 265 verbindet die zweite Triebwelle 75 mit dem Gehäuse 266, sodass eine Umdrehbarkeit der zweiten Triebwelle 75 blockiert ist. Dadurch ist über die Parksperre 265 und die geschlossene zweite Kupplung 175 eine Verdrehung der Abtriebswellen 190 blockiert.
18 zeigt eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform. 19 zeigt eine Schnittansicht durch eine konstruktive Ausgestaltung des in 18 gezeigten Antriebsstrangs 10.
Der Antriebsstrang 10 ist im Wesentlichen identisch zu dem in 1 und 2 gezeigten Antriebsstrang 10 gemäß einer ersten Ausführungsform ausgebildet. Im Folgenden wird ausschließlich auf die Unterschiede des in 18 gezeigten Antriebsstrangs 10 gegenüber dem in den 1 und 2 gezeigten Antriebsstrang 10 eingegangen.
Gegenüber den 1 bis 17 wird in den 18 und 19 auf die Trennkupplung 200 verzichtet, sodass das in den 1 bis 17 bezeichnete dritte Losrad 210 drehfest auf der Zwischenwelle 135 angeordnet ist und somit das in den 1 bis 17 bezeichnete dritte Losrad 210 als viertes Festrad in den 18 und 19 fungiert. Die Funktionsweise und die verschiedenen Betriebszustände können analog zu der in den 1 bis 14 gezeigten Ausgestaltung betrieben werden, wobei im vierten Betriebszustand aufgrund der nicht vorhandenen Trennkupplung 200 der zweite Rotor 55 über die zweite Übersetzungseinrichtung 195 drehfest mit der Zwischenwelle 135 verbunden ist. Dadurch hat die Brennkraftmaschine 20 auch im vierten Betriebszustand die zweite elektrische Maschine 30 mitzuschleppen.
Von besonderem Vorteil ist in den 1 bis 19, dass beim Wechseln des Betriebszustands und somit beim Schalten der ersten und zweiten Kupplung 170, 175 sowie der Trennkupplung 200 (sofern vorhanden) die jeweils einzukoppelnden Komponenten zu synchronisieren sind. Dies kann mittels mechanischer Synchronisierungsmittel in der ersten Kupplung 170 und/oder der zweiten Kupplung 175 und/oder der Trennkupplung 200 erfolgen. Zusätzlich oder alternativ ist auch denkbar, dass über eine entsprechende Steuerung der ersten und/oder zweiten elektrischen Maschine 25, 30 eine Differenzdrehzahl zwischen den jeweils einzukoppelnden Komponenten möglichst geringgehalten wird oder bereits auf identische Drehzahl gebracht werden.
Die oben beschriebenen Ausgestaltungen des Antriebsstrangs 10 sowie die verschiedenen Betriebszustände des Antriebsstrangs 10 haben den Vorteil, dass zum einen der Antriebsstrang 10 besonders einfach und kostengünstig mechanisch aufgebaut ist. Ferner kann eine Komponentenanzahl besonders geringgehalten werden, sodass innere Reibverluste in dem Hybridgetriebe 15 geringgehalten werden können. Durch die Verwendung einer Klauenkupplung für die erste und/oder zweite Kupplung 170, 175 und/oder die Trennkupplung 200 kann eine besonders kostengünstige Kupplung, die besonders verschleißarm ist, verwendet werden.
Ferner ist nur ein Aktuator 225 durch die Schalteinrichtung 130 notwendig, um die erste und zweite Kupplung 170, 175 sowie gegebenenfalls die Trennkupplung 200 und die Parksperre 265 zu schalten. Dadurch ist weiter das Hybridgetriebe 15 besonders einfach ausgebildet. In einer Weiterbildung der in den 1 bis 19 gezeigten Ausgestaltung des Antriebsstrangs 10 kann beispielsweise das Dämpfersystem 35 radial innenseitig in dem Rotorträger 95 angeordnet sein, sodass ein axialer Bauraumbedarf des Antriebsstrangs 10 weiter reduziert ist. Gegebenenfalls kann eine optionale Rutschkupplung in das Dämpfersystem 35 integriert sein, sodass eine Überlastung des Hybridgetriebes 15 vermieden wird. Dadurch kann das Hybridgetriebe 15 insbesondere vor Impact-Momenten geschützt werden.
Um die Schaltqualität weiter zu erhöhen, können zusätzlich zu der Synchronisierung und Reduzierung von Drehzahldifferenzen über die elektrische Maschine 25, 30 weitere Synchronisierungsmittel, beispielsweise Synchronringe und/oder Sperrringe vorgesehen sein. Diese können beispielsweise analog zu synchronisierten Handschaltgetrieben ausgebildet sein.
Durch wechselweises Schalten der ersten Kupplung 170 und der zweiten Kupplung 175 wird sichergestellt, dass nicht aus Versehen beide Kupplungen 170, 175 im Eingriff sind. Dadurch können Steuerfehler vermieden werden, die zu einer Zerstörung des Hybridgetriebes 15 führen könnten.
Ferner wird darauf hingewiesen, dass sich der erste Betriebszustand des Antriebsstrangs 10 auch dazu eignet, die Brennkraftmaschine 20 abzustellen. In der Auslegung der ersten und zweiten elektrischen Maschine 25, 30 wird vorzugsweise die zweite elektrische Maschine 30 leistungsfähiger ausgelegt als die erste elektrische Maschine 25. Insbesondere kann eine besonders leistungsfähige zweite elektrische Maschine 30 einen besonders fahrdynamischen Antriebsstrang 10 sicherstellen.
Bezugszeichenliste

10: Antriebsstrang
15: Hybridgetriebe
20: Brennkraftmaschine
25: erste elektrische Maschine
30: zweite elektrische Maschine
35: Däm pfersystem
40: Kurbelwelle
45: erster Rotor
50: erster Stator
55: zweiter Rotor
60: zweiter Stator
65: Differenzial
70: erste Triebwelle
75: zweite Triebwelle
80: Ausgangsseite
85: erster Drehmomentübertragungspfad
90: zweiter Drehmomentübertragungspfad
95: Rotorträger
100: erste Lageranordnung
105: erste Drehachse
110: Federelement
115: erste Übersetzungseinrichtung
120: erste Übersetzungsstufe
125: zweite Übersetzungsstufe
130: Schalteinrichtung
135: Zwischenwelle
140: zweite Lageranordnung
145: zweite Drehachse
150: erstes Losrad
155: erstes Festrad
160: zweites Losrad
165: zweites Festrad
170: erste Kupplung
175: zweite Kupplung
180: Betätigungseinheit
185: Differentialrad
190: Abtriebswelle
195: zweite Übersetzungseinrichtung
200: Trennkupplung
205: drittes Festrad
210: drittes Losrad
215: dritte Lageranordnung
220: dritte Drehachse
225: Aktuator
230: Schaltwalze
235: Betätigungskulisse
240: erste Schaltgabel
245: zweite Schaltgabel
250: erstes Schaltgestänge
255: zweites Schaltgestänge
260: drittes Schaltgestänge
261: Walzenachse
265: Parksperre
266: Gehäuse
270: erste Kulisse
275: zweite Kulisse
280: dritte Kulisse
285: erster Kulissenstein
290: Stirnseite
295: zweiter Kulissenstein
300: dritter Kulissenstein
P1: erste Antriebsleistung
P2: zweite Antriebsleistung
TP1: erster Teil (der ersten Antriebsleistung)
TP2: zweiter Teil (der ersten Antriebsleistung)

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

WO 2019105504 A1 [0002]

Claims

Hybridgetriebe (15) für einen Antriebsstrang (10) eines Hybridfahrzeugs, - wobei das Hybridgetriebe (15) eine erste Triebwelle (70), eine zweite Triebwelle (75), eine Ausgangsseite (80) und einen zwischen der ersten Triebwelle (70) und der Ausgangsseite (80) verlaufenden ersten Drehmomentübertragungspfad (85) aufweist, - wobei der erste Drehmomentübertragungspfad (85) eine erste Übersetzungseinrichtung (115) aufweist, - wobei die erste Triebwelle (70) drehfest mit einem ersten Rotor (45) einer ersten elektrischen Maschine (25) und drehmomentschlüssig mit einer Kurbelwelle (40) einer Brennkraftmaschine (20) sowie die zweite Triebwelle (75) mit einem zweiten Rotor (55) einer zweiten elektrischen Maschine (30) drehfest verbindbar ist, - wobei die erste Übersetzungseinrichtung (115) eine Schalteinrichtung (130), eine erste Übersetzungsstufe (120) mit einer ersten Übersetzung und eine zweite Übersetzungsstufe (125) mit einer zur ersten Übersetzung unterschiedlichen zweiten Übersetzung aufweist, - wobei in einem ersten Schaltzustand der Schalteinrichtung (130) die Schalteinrichtung (130) die erste Triebwelle (70) mit der ersten Übersetzungsstufe (120) verbindet und die erste Übersetzungsstufe (120) die erste Triebwelle (70) mit der Ausgangsseite (80) koppelt, - wobei in einem zum ersten Schaltzustand unterschiedlichen zweiten Schaltzustand der Schalteinrichtung (130) die Schalteinrichtung (130) die erste Triebwelle (70) mit der zweiten Übersetzungsstufe (125) verbindet und die zweite Übersetzungsstufe (125) die erste Triebwelle (70) mit der Ausgangsseite (80) koppelt.
Hybridgetriebe (15) nach Anspruch 1, - wobei die Schalteinrichtung (130) eine erste Kupplung (170), insbesondere eine erste Formschlusskupplung, und eine zweite Kupplung (175), insbesondere eine zweite Formschlusskupplung, aufweist, - wobei in dem ersten Schaltzustand die erste Kupplung (170) geschlossen ist und die erste Triebwelle (70) mit der ersten Übersetzungsstufe (120) drehmomentschlüssig, vorzugsweise drehfest, verbindet, - wobei in dem ersten Schaltzustand die zweite Kupplung (175) geöffnet ist, - wobei in dem zweiten Schaltzustand die zweite Kupplung (175) geschossen ist und die erste Triebwelle (70) mit der zweiten Übersetzungsstufe (125) drehmomentschlüssig, vorzugsweise drehfest, verbindet, - wobei in dem zweiten Schaltzustand die erste Kupplung (170) geöffnet ist.
Hybridgetriebe (15) nach Anspruch 2, - wobei die Schalteinrichtung (130) einen elektrisch und/oder hydraulisch betätigten Aktuator (225), eine mit dem Aktuator (225) verbundene Schaltwalze (230), eine Betätigungskulisse (235) und wenigstens ein erstes Schaltgestänge (250) aufweist, - wobei die Betätigungskulisse (235) eine an der Schaltwalze (230) angeordnete erste Kulisse (270) und wenigstens einen an der ersten Kulisse (270) angeordneten ersten Kulissenstein (285) aufweist, der mit dem ersten Schaltgestänge (250) verbunden ist, - wobei der erste Kulissenstein (285) mittels des ersten Schaltgestänges (250) mit der ersten Kupplung (170) gekoppelt ist, - wobei die Schaltwalze (230) um eine Walzenachse (261) verdrehbar angeordnet ist, - wobei in dem zweiten Schaltzustand die Schaltwalze (230) gegenüber dem ersten Schaltzustand verdreht ist.
Hybridgetriebe (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - aufweisend einen zwischen der zweiten Triebwelle (75) und der Ausgangsseite (80) verlaufenden zweiten Drehmomentübertragungspfad (90) mit einer zweiten Übersetzungseinrichtung (195) und einer Trennkupplung (200), - wobei die Trennkupplung (200) zwischen der zweiten Übersetzungseinrichtung (195) und der Ausgangsseite (80) angeordnet ist, - wobei in einem geöffneten Zustand der Trennkupplung (200) die Trennkupplung (200) die Ausgangsseite (80) von der zweiten Übersetzungseinrichtung (195) trennt und in einem geschlossenen Zustand der Trennkupplung (200) die Trennkupplung (200) die zweite Übersetzungseinrichtung (195) drehmomentschlüssig, vorzugsweise drehfest, mit der Ausgangsseite (80) verbindet.
Hybridgetriebe (15) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, - wobei die erste Triebwelle (70) drehbar um eine erste Drehachse (105) gelagert ist, - wobei die erste Übersetzungseinrichtung (115) ein um die erste Drehachse (105) drehbar gelagertes erstes Losrad (150) und ein um die erste Drehachse gelagertes zweites Losrad (160) aufweist, - wobei die Schalteinrichtung (130) axial bezogen auf die erste Drehachse (105) zwischen dem ersten Losrad (150) und dem zweiten Losrad (160) angeordnet ist, - wobei die erste Kupplung (170) in geschlossenem Zustand die erste Triebwelle (70) mit dem ersten Losrad (150) drehmomentschlüssig, vorzugsweise drehfest, verbindet, - wobei die zweite Kupplung (175) in geschlossenem Zustand das zweite Losrad (160) mit der ersten Triebwelle (70) drehmomentschlüssig, vorzugsweise drehfest, verbindet.
Hybridgetriebe (15) nach Anspruch 5, - wobei die erste Übersetzungseinrichtung (115) eine um eine zur ersten Drehachse (105) parallel verlaufende zweite Drehachse (145) drehbar gelagerte Zwischenwelle (135), ein erstes Festrad (155) und ein zweites Festrad (165) aufweist, - wobei das erste Festrad (155) und das zweite Festrad (165) jeweils drehfest mit der Zwischenwelle (135) verbunden sind, - wobei das erste Losrad (150) und das erste Festrad (155) kämmend ineinander eingreifen, - wobei das zweite Losrad (160) und das zweite Festrad (165) kämmend ineinander eingreifen.
Hybridgetriebe (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - aufweisend eine Parksperre (265) und ein Gehäuse (266), - wobei die Parksperre (265) zwischen einem geöffneten Zustand und einem geschlossenen Zustand schaltbar ist, - wobei die Parksperre (265) in dem geschlossen Zustand die zweite Triebwelle (75) mit dem Gehäuse (266) verbindet und eine Rotation der zweiten Triebwelle (75) blockiert, - wobei in geöffnetem Zustand der Parksperre (265) die zweite Triebwelle (75) drehbar um eine dritte Drehachse (220) ist.
Antriebsstrang (10) für ein Hybridfahrzeug, - aufweisend ein Hybridgetriebe (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, eine erste elektrische Maschine (25) mit einem ersten Rotor (45) und eine zweite elektrische Maschine (30) mit einem zweiten Rotor (55), - wobei die erste Triebwelle (70) mit einer Kurbelwelle (40) einer Brennkraftmaschine (20) koppelbar ist, - wobei die erste Triebwelle (70) drehfest mit dem ersten Rotor (45) und die zweite Triebwelle (75) drehfest mit dem zweiten Rotor (55) verbunden ist, - wobei vorzugsweise zwischen dem ersten Rotor (45) und dem zweiten Rotor (55) die erste Übersetzungseinrichtung (115) angeordnet ist.
Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstrangs (10), - wobei ein Antriebsstrang (10) nach Anspruch 8 bereitgestellt wird, - wobei in die erste Triebwelle (70) eine erste Antriebsleistung (P1) eingeleitet wird, - wobei die erste elektrische Maschine (25) mittels eines ersten Teils (TP1) der ersten Antriebsleistung (P1) zur Erzeugung einer elektrischen Energie generatorisch angetrieben wird, - wobei die Schalteinrichtung (130) in den ersten Schaltzustand geschaltet wird, - wobei ein zweiter Teil (TP2) der ersten Antriebsleistung (P1) über die erste Übersetzungsstufe (120) an die Ausgangsseite (80) übertragen wird, - oder - wobei die Schalteinrichtung (130) in den zweiten Schaltzustand geschaltet wird, - wobei ein zweiter Teil (TP2) der ersten Antriebsleistung (P1) über die zweite Übersetzungsstufe (125) an die Ausgangsseite (80) übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 9, - wobei die zweite elektrische Maschine (30) eine zweite Antriebsleistung (P2) in die zweite Triebwelle (75) einleitet, - wobei die zweite Antriebsleistung (P2) über den zweiten Drehmomentübertragungspfad (90) an die Ausgangsseite (80) übertragen wird, - wobei der zweite Teil (TP2) der ersten Antriebsleistung (P1) und die zweite Antriebsleistung (P2) an der Ausgangsseite (80) zum Antrieb des Fahrzeugs bereitgestellt werden.