DE102022126793A1

DE102022126793A1 - Hybridantriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102022126793A1
Application number: DE102022126793.8A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Ohnemus; Markus Nußbaumer; Edmund Bauchrowitz; Benjamin Kluge; Sebastian Liebert; Fritz Pobitzer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2022-10-13
Filing date: 2022-10-13
Publication date: 2024-04-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hybridantriebseinrichtung (1) und ein die Hybridantriebseinrichtung (1) aufweisendes Kraftfahrzeug. Eine Hybridgetriebeeinheit (2) der Hybridantriebseinrichtung (1) umfasst ein Planetengetriebe (10), wobei drehfest miteinander verbunden sind: das Hohlrad (11) und eine Kurbelwelle (7) einer ersten Antriebsmaschine (VKM); das Sonnenrad (12) und eine Rotorwelle (8) einer zweiten Antriebsmaschine (EMA); ein Hybridgetriebeabtriebsrad (14) und der Planetenradträger (13). Ein erstes Schaltelement (SE1) ist selektiv zwischen einer Kopplungsstellung, in welcher das Hohlrad (11) und der Planetenradträger (13) drehfest miteinander gekoppelt sind, und einer Entkopplungsstellung, in welcher das Hohlrad (11) und der Planetenradträger (13) voneinander entkoppelt sind, verstellbar. Eine Abtriebseinheit (16) umfasst eine Abtriebswelle (17) mit einem drehfestem Finaldrive-Abtriebsrad (18) und einem mit dem Hybridgetriebeabtriebsrad (14) kämmenden Abtriebseinheitantriebsrad (19). Ein zweites Schaltelement (SE2) ist selektiv zwischen einer Kopplungsstellung, in welcher das Abtriebseinheitantriebsrad (19) und die Abtriebswelle (17) drehfest miteinander gekoppelt sind, und einer Entkopplungsstellung, in welcher das Abtriebseinheitantriebsrad (19) und die Abtriebswelle (17) voneinander entkoppelt sind, verstellbar.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hybridantriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug, das die Hybridantriebseinrichtung aufweist. Heutzutage ist es bekannt, ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen, mit einem Hybridantrieb als Antriebseinheit auszurüsten. Ein Hybridantrieb weist zwei unterschiedliche Antriebsmaschinentypen auf, nämlich eine Verbrennungskraftmaschine und einen elektromechanischen Energiewandler bzw. eine elektrische Maschine, welche gemeinhin als Elektromotor bezeichnet wird. Es können beim Hybridantrieb neben der Verbrennungskraftmaschine zwei oder mehr elektrische Maschinen vorgesehen sein. Mittels eines Hybridgetriebes sind die Antriebsmaschinen zur alleinigen oder gemeinsamen Leistungsabgabe miteinander gekoppelt oder koppelbar.
Aus der DE 10 2017 117 336 A1 ist eine herkömmliche Hybridantriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt. Eine Hybridgetriebeeinrichtung (DHT: Dedicated Hybrid Transmission - dediziertes Hybridgetriebe), die zum einen mit einer Verbrennungskraftmaschine und zum anderen mit zwei elektrischen Maschinen gekoppelt oder koppelbar ist, ist zum Beispiel aus der DE 10 2019 129 093 A1 bekannt. Weiter offenbart die EP 0 769 404 A1 ein Hybridantriebssystem mit einem elektrischen Motor und einer Verbrennungskraftmaschine sowie mit einer automatischen Getriebeeinrichtung. Mittels einer Summierungseinrichtung dieses herkömmlichen Hybridantriebssystems werden eine Abtriebsleistung der Verbrennungskraftmaschine und eine Abtriebsleistung des elektrischen Motors summiert und die summierte Leistung an die automatische Getriebeeinrichtung weitergegeben.
Solche herkömmlichen Konzepte können jedoch oftmals Packaging-Randbedingungen und/oder Leistungsanforderungen nicht erfüllen. Es herrscht ein Zielkonflikt zwischen geforderter Kompaktheit und geforderter Leistungsanforderung.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Lösung zu schaffen, um mittels einer besonders vielseitig und flexibel einsetzbaren Hybridantriebseinrichtung ein besonders hohes Antriebsdrehmoment bereitstellen zu können.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart. Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen, die im Rahmen der Beschreibung für einen der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche dargelegt sind, sind kategorie- und ausführungsformübergreifend zumindest analog als Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen des jeweiligen Gegenstands der anderen unabhängigen Ansprüche sowie jeder möglichen Kombination der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche, gegebenenfalls in Verbindung mit einem oder mehr der Unteransprüche, anzusehen.
Gemäß der Erfindung wird eine Hybridantriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen. Zudem wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, das die Hybridantriebseinrichtung aufweist. Das bedeutet, in bestimmungsgemäßer Einbaulage der Hybridantriebseinrichtung bildet diese einen Bestandteil des Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug, bei dem es sich insbesondere um einen Personenkraftwagen handelt, ist teilelektrisch antreibbar/fortbewegbar, was bedeutet, dass es sich beim Kraftfahrzeug um ein Hybridkraftfahrzeug handelt.
Für die gesamte Beschreibung gilt, dass der Ausdruck „drehfest gekoppelt“ oder „drehfest verbunden“ oder dergleichen ein direktes Kämmen (Zahn in Zahn) von korrespondierenden Zahnkränzen sowie ein indirektes Kämmen (zum Beispiel über einen Zahnriemen, eine Zahnkette oder ein sonstiges endloses Zugmittel) der beiden korrespondierenden Zahnkränze umfasst. Es ist somit unter „drehfest gekoppelt“ bzw. „drehfest verbunden“ etc. nicht zwingend eine direkte bzw. unmittelbare kraft-, form- und/oder stoffschlüssige Verbindung zwischen den beiden beschriebenen Elementen zu verstehen, sondern dass eine freie Relativdrehung zwischen den beiden Elementen gesperrt ist.
Die Hybridantriebseinrichtung weist zwei Antriebsmaschinen auf, nämlich eine erste Antriebsmaschine, die als Verbrennungskraftmaschine ausgeführt ist, und eine zweite Antriebsmaschine, die als ein elektromechanischer Wandler bzw. als elektrische Maschine ausgeführt ist. Zudem weist die Hybridantriebseinrichtung eine als DHT-Getriebe ausgeführte Hybridgetriebeeinheit auf. Die erste Antriebsmaschine bzw. Verbrennungskraftmaschine weist eine Kurbelwelle auf, dessen proximaler Kurbelwellenabschnitt mit Hubzapfen der Kurbelwelle verbunden ist. Über einen distalen Kurbelwellenabschnitt der Kurbelwelle stellt die Verbrennungskraftmaschine in deren befeuerten Betrieb ein Verbrennungskraftmaschinendrehmoment bereit. Hierzu sind die Kurbelwellenabschnitte miteinander zur Drehmomentübertragung verbunden, insbesondere über ein Zweimassenschwungrad. Die zweite Antriebsmaschine weist einen Stator und einen Rotor auf, wobei der Rotor mit einer Rotorwelle drehfest verbunden ist. Über den Rotor stellt die zweite Antriebsmaschine im motorischen Betrieb ein Elektromaschinendrehmoment bereit.
Die Hybridgetriebeeinheit umfasst ein (erstes) Planetenradgetriebe, dessen Hohlrad und die Kurbelwelle, insbesondere deren distale Kurbelwellenabschnitt, der ersten Antriebsmaschine zur Leistungsübertragung (Drehzahl und Drehmoment) miteinander verbunden sind. Ein Sonnenrad des ersten Planetengetriebes und eine Rotorwelle der zweiten Antriebsmaschine sind drehfest miteinander verbunden. Weiter weist die Hybridgetriebeeinheit ein Hybridgetriebeabtriebsrad auf. Ein Planetenradträger des ersten Planetengetriebes und das Hybridgetriebeabtriebsrad sind drehfest miteinander verbunden. Am Planetenradträger ist ein Planetenradsatz drehbar gelagert, wobei ein jeweiliges Planetenrad des Planetenradsatzes zum einen mit dem Sonnenrad des ersten Planetengetriebes kämmt und zum anderen mit dem Hohlrad des ersten Planetengetriebes kämmt. Das erste Planetengetriebe kann ein- oder mehrstufig ausgeführt sein. Ein erstes Schaltelement der Hybridantriebseinrichtung ist selektiv zwischen einer Kopplungsstellung und einer Entkopplungsstellung verstellbar. In der Kopplungsstellung sind das Hohlrad und der Planetenradträger drehfest miteinander gekoppelt, wohingegen in der Entkopplungsstellung des ersten Schaltelements das Hohlrad und der Planetenradträger voneinander entkoppelt sind.
Überdies weist die Hybridantriebseinrichtung eine Abtriebseinheit auf, die eine Abtriebswelle, ein Finaldrive-Abtriebsrad und ein (erstes) Abtriebseinheitantriebsrad umfasst. Das Finaldrive-Abtriebsrad sitzt drehfest auf der Abtriebswelle, wohingegen das erste Abtriebseinheitantriebsrad zwar auf der Abtriebswelle sitzt, also mittels der Abtriebswelle gelagert ist, aber eine drehfeste Verbindung zwischen dem ersten Abtriebseinheitantriebsrad und der Abtriebswelle abhängig ist von einer Schaltstellung eines zweiten Schaltelements der Hybridantriebseinrichtung. Das erste Abtriebseinheitantriebsrad und das Hybridgetriebeabtriebsrad kämmen direkt oder indirekt miteinander. Das zweite Schaltelement ist selektiv zwischen einer Kopplungsstellung und einer Entkopplungsstellung verstellbar. In der Kopplungsstellung sind das erste Abtriebseinheitantriebsrad und die Abtriebswelle drehfest miteinander gekoppelt, wohingegen in der Entkopplungsstellung des zweiten Schaltelements das erste Abtriebseinheitantriebsrad und die Abtriebswelle voneinander entkoppelt sind.
Die Hybridantriebseinrichtung ist besonders kompakt, das heißt bauraumeffizient ausgebildet. Insbesondere in Querrichtung (parallel zu Radantriebwellen der Hybridantriebseinrichtung oder des Kraftfahrzeugs) ergibt sich eine besonders geringe Ausdehnung der Hybridantriebseinrichtung, wodurch Packagingvorgaben eingehalten werden können. Zudem kann durch Anschließen einer Abtriebswelle einer weiteren Antriebsmaschine an die Abtriebswelle besonders einfach, insbesondere in Modulbauweise, die Hybridantriebseinrichtung zu einer Allrad-Hybridantriebseinrichtung für einen achsverteilten Allradantrieb weitergebildet werden. Mittels der vorliegenden Hybridantriebseinrichtung ist es ermöglicht, den geltenden Packaging-Rahmenbedingungen bei gleichzeitig besonders hohem Leistungsvermögen zu entsprechen.
In einer möglichen Weiterbildung weist die Hybridantriebseinrichtung eine als elektrische Maschine ausgeführte, dritte Antriebsmaschine sowie ein drittes Schaltelement und ein auf der Abtriebswelle drehfest sitzendes, weiteres (zweites) Abtriebseinheitantriebsrad auf. Das dritte Schaltelement ist selektiv zwischen Kopplungsstellung und einer Entkopplungsstellung verstellbar. In der Kopplungsstellung sind eine Rotorwelle der dritten Antriebsmaschine und das weitere bzw. zweite Abtriebseinheitantriebsrad drehfest miteinander gekoppelt. Dahingegen sind in der Entkopplungsstellung des dritten Schaltelements die Rotorwelle der dritten Antriebsmaschine und das weitere/zweite Abtriebseinheitantriebsrad voneinander entkoppelt. Aufgrund der dritten Antriebsmaschine ist durch die Hybridantriebseinrichtung eine Allrad-Hybridantriebseinrichtung für einen achsverteilten Allradantrieb dargestellt. Um den Packagingvorteil der Hybridantriebseinrichtung noch zu verstärken, kann die dritte Antriebsmaschine koaxial zu den Radantriebwellen angeordnet sein, wobei die Rotorwelle der dritten Antriebsmaschine als eine Rotorhohlwelle ausgeführt ist, durch welche eine der Radantriebwellen sich hindurcherstreckt.
Gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform weist die Hybridantriebseinrichtung ein viertes Schaltelement auf, das zwischen einer Freilaufschaltstellung, in der das vierte Schaltelement als ein drehrichtungsabhängiger Freilauf zwischen der Kurbelwelle und einem Gehäuse der Hybridantriebseinrichtung, beispielsweise einem Getriebegehäuse der Hybridgetriebeeinheit, fungiert, und einer Kopplungsschaltstellung, in der das vierte Schaltelement als eine drehfeste Verbindung zwischen der Kurbelwelle und dem Gehäuse fungiert, verstellbar. In der Freilaufschaltstellung ist ein Rotieren der Kurbelwelle in Antriebsrotationssinn in Bezug zum Gehäuse der Hybridantriebseinrichtung freigegeben, wobei ein Rotieren der Kurbelwelle entgegen Antriebsrotationssinn in Bezug zum Gehäuse gesperrt ist. Die Kurbelwelle rotiert in Antriebsrotationssinn, wenn die erste Antriebsmaschine bzw. Verbrennungskraftmaschine im befeuerten Betrieb betrieben wird. So ist es wirksam verhindert, dass die erste Antriebsmaschine bzw. Verbrennungskraftmaschine mittels einer oder beider der elektrischen Antriebsmaschinen in unerwünschter Weise angetrieben wird. In der Kopplungsstellung sind die Kurbelwelle und das Gehäuse drehfest miteinander verbunden, was zum Beispiel für einen reinelektrischen Fahrbetriebsmodus mit stillgelegter Verbrennungskraftmaschine genutzt werden kann.
Die Hybridantriebseinrichtung weist in weiterer möglicher Ausgestaltung eine erste Eingangsgetriebestufe und/oder eine zweite Eingangsgetriebestufe auf. Alternativ oder zusätzlich und sofern die Hybridantriebseinrichtung die dritte Antriebsmaschine aufweist, kann die Hybridantriebseinrichtung eine dritte Eingangsgetriebestufe aufweisen. Ein erstes Antriebsrad der ersten Eingangsgetriebestufe und die Kurbelwelle sind drehfest miteinander verbunden, wobei das erste Antriebsrad und ein Käfig des ersten Planentengetriebes direkt oder indirekt (insbesondere mittels eines Zugmittelquertriebs) miteinander kämmen. Im Käfig ist das Hohlrad des ersten Planetengetriebes drehfest gelagert. Ein zweites Antriebsrad der zweiten Eingangsgetriebestufe und die Rotorwelle der zweiten Antriebsmaschine sind drehfest miteinander verbunden, wobei ein mit dem zweiten Antriebsrad direkt oder indirekt kämmendes, zweites Abtriebsrad der zweiten Eingangsgetriebestufe und das Sonnenrad drehfest miteinander verbunden sind. Bei der Konzeptionierung der Hybridantriebseinrichtung kann die zweite Antriebsmaschine räumlich oberhalb der Hybridgetriebeeinheit, insbesondere oberhalb des ersten Planetengetriebes angeordnet werden. Hierzu wird die zweite Eingangsgetriebestufe entsprechend geschwenkt angeordnet.
Für die dritte Eingangsgetriebestufe gilt, dass deren drittes Antriebsrad und die Rotorwelle der dritten Antriebsmaschine drehfest miteinander verbunden sind, wobei ein mit dem dritten Antriebsrad direkt oder indirekt kämmendes, drittes Abtriebsrad der dritten Eingangsgetriebestufe und das zweite Abtriebseinheitantriebsrad miteinander kämmen. Durch eine jeweilige Übersetzung, die durch das entsprechende Eingangsgetriebe zwischen der entsprechenden Antriebsmaschine und der Hybridgetriebeeinheit dargestellt wird, werden die Drehzahlen, die mittels der entsprechenden Antriebsmaschine bereitgestellt werden, an konstruktive Anforderungen der Hybridgetriebeeinheit angepasst.
Die dritte Eingangsgetriebestufe weist in möglicher Weiterbildung ein weiteres (zweites) Planetengetriebe auf, dessen Sonnenrad das dritte Antriebsrad bildet. Dabei kämmen ein Planetenradträger des weiteren bzw. zweiten Planetengetriebes und das zweite Abtriebseinheitantriebsrad direkt oder indirekt miteinander. Ein Hohlrad des weiteren/zweiten Planetengetriebes und das Gehäuse der Hybridantriebseinrichtung sind drehfest miteinander verbunden. Das zweite Planetengetriebe kann ein- oder mehrstufig ausgeführt sein. Durch den Einsatz des zweiten Planetengetriebes ergibt sich in axialer Richtung eine in vorteilhafter Weise besonders kompakte Eingangsgetriebestufe, was zu einer besonders kompakten Hybridantriebseinrichtung beiträgt.
Bei der Hybridantriebseinrichtung ist gemäß weiterer möglicher Ausgestaltung vorgesehen, dass die dritte Eingangsgetriebestufe ein mit dem Planetenradträger des zweiten Planetengetriebes kämmendes Zwischenrad aufweist. Zudem ist das dritte Schaltelement zwischen dem Zwischenrad und dem dritten Abtriebsrad angeordnet. In der Kopplungsstellung des dritten Schaltelements sind das Zwischenrad und das dritte Abtriebsrad mittels des dritten Schaltelements drehfest miteinander gekoppelt. Dahingegen sind in der Entkopplungsstellung des dritten Schaltelements das Zwischenrad und das dritte Abtriebsrad voneinander entkoppelt. Durch diese Ausgestaltung ist noch mehr Flexibilität beim Konzeptionieren der Hybridantriebseinrichtung gegeben, da das dritte Schaltelement zum Beispiel weiter entfernt von oder näher an der dritten Antriebsmaschine angeordnet werden kann. Je nachdem, welche Übersetzung zwischen dem dritten Schaltelement und der Rotorwelle der dritten Antriebsmaschine eingesetzt ist, kann das dritte Schaltelement größer (schwerer, aber einfacher herzustellen) oder kleiner (schwieriger herzustellen, aber leichter) ausgeführt werden.
Generell gilt für die Hybridantriebseinrichtung, dass die Schaltelemente rein formschlüssig wirkende Schaltelemente sind, wodurch die Schaltelemente und infolgedessen die Hybridantriebseinrichtung besonders verlustarm betreibbar sind. Sofern also mittels des entsprechenden Schaltelements zwei Elemente der Hybridantriebseinrichtung (Wellen, Wellenabschnitte, Zahnräder, Planetengetriebeelemente etc.) drehfest miteinander verbunden sind, sind diese Elemente formschlüssig miteinander verbunden.
Besonders einfach und effizient lässt sich die Hybridantriebseinrichtung in unterschiedliche Schaltzustände schalten, wenn - wie eine weitere mögliche Ausführungsform vorsieht - die Hybridantriebseinrichtung eine erste Schaltwalze und eine zweite Schaltwalze aufweist. Dabei ist die erste Schaltwalze dazu eingerichtet, das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement zwischen den entsprechenden Schaltstellungen zu verstellen. Die zweite Schaltwalze ist dazu eingerichtet, das dritte Schaltelement zwischen dessen entsprechenden Schaltstellungen zu verstellen. Mittels der ersten Schaltwalze sind also das erste und das zweite Schaltelement gemäß einer ersten vorgegebenen Schaltreihenfolge gemeinsam zwischen deren Schaltstellungen verstellbar. Mittels der zweiten Schaltwalze ist das dritte Schaltelement gemäß einer zweiten vorgegebenen Schaltreihenfolge zwischen dessen Schaltstellungen verstellbar. Die Schaltreihenfolge ergibt sich aus einer Schaltkulisse der jeweiligen Schaltwalze, wobei ein jeweiliges Verstellelement des jeweiligen Schaltelements in eine dem Schaltelement zugeordnete Kulissenbahn der Schaltkulisse eingreift. Unter einem Drehen/Rotieren der Schaltwalze wird das Verstellelement des Schaltelements, indem es an Kulissenwänden der zugehörigen Kulissenbahn abgleitet, verstellt. Andere Methoden, um die Schaltelemente zu verstellen bzw. zu schalten sind ebenso denkbar, beispielsweise eine jeweilige direkte elektrische, pneumatische und/oder hydraulische Betätigung etc.
Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, der als 1 bezeichneten, einzigen Figur und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in der Figur allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in der einzigen Figur (1) eine getriebetopologische Ansicht einer Hybridantriebseinrichtung sowie zur Verdeutlichung von Schaltzuständen der Hybridantriebseinrichtung eine Schaltzustandstabelle. Im Folgenden werden eine Hybridantriebseinrichtung 1 sowie ein Kraftfahrzeug (nicht dargestellt), das die Hybridantriebseinrichtung 1 aufweist, in gemeinsamer Beschreibung dargelegt. In 1 sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine getriebetopologische Ansicht der Hybridantriebseinrichtung 1, die eine Hybridgetriebeeinheit 2 aufweist, mittels derer drei Antriebsmaschinen VKM, EMA, EMD der Hybridantriebseinrichtung 1 zur gemeinsamen, gruppenweisen oder separaten Leistungsabgabe an ein Verteilergetriebe 3 einer Kraftfahrzeugachse 4 koppelbar sind. Es ist aus 1 zu erkennen, dass das Verteilergetriebe 3 als ein Stirnraddifferenzial 5 oder als ein Kegelraddifferenzial 6 ausgebildet sein kann (siehe Topologieausschnitt A). Die erste Antriebsmaschine VKM ist als Verbrennungskraftmaschine ausgeführt, wobei die Antriebsmaschinen EMA, EMD jeweils als eine als elektrische Maschine ausgeführt sind. Die Antriebsmaschinen EMA, EMD weisen eine jeweilige Rotorwelle 8, 9 auf. Die Verbrennungskraftmaschine bzw. die erste Antriebsmaschine VKM weist eine Kurbelwelle 7 auf, die einen distalen Kurbelwellenabschnitt 7a und einen proximalen Kurbelwellenabschnitt 7b aufweist, die miteinander zur Drehmomentübertragung verbunden sind, vorliegend mittels eines Zweimassenschwungrads.
Die Hybridgetriebeeinheit 2 weist ein erstes Planetengetriebe 10 auf, dessen Hohlrad 11 und der distale Kurbelwellenabschnitt 7a zur Leistungsübertragung vom distalen Kurbelwellenabschnitt 7a zum Hohlrad 11 miteinander verbunden sind. Ein Sonnenrad 12 des ersten Planetengetriebes 10 und die Rotorwelle 8 der zweiten Antriebsmaschine EMA sind drehfest miteinander verbunden, wobei ein Planetenradträger 13 des ersten Planetengetriebes 10 und ein Hybridgetriebeabtriebsrad 14 der Hybridgetriebeeinheit 2 drehfest miteinander verbunden sind. Weiter umfasst die Hybridgetriebeeinheit 2 ein erstes formschlüssig wirkendes Schaltelement SE1, das zwischen einer Kopplungsstellung und einer Entkopplungsstellung verstellbar ist. In der Kopplungsstellung sind das Hohlrad 11 und der Planetenradträger 13 drehfest miteinander verbunden, wodurch bei einem Drehen des Planetenradträgers 13 dieser, das Hohlrad 11 und das Hybridgetriebeabtriebsrad 14 mit einer gemeinsamen Winkelgeschwindigkeit drehen. In der Entkopplungsstellung sind das Hohlrad 11 und der Planetenradträger 13 voneinander entkoppelt, wodurch bei einem Drehen des Planetenradträgers 13 Planetenräder 15 am Hohlrad 11 abwälzen können bzw. eine Relativdrehung zwischen dem Hohlrad 11 und dem Planetenradträger 13 freigegeben ist. Das Hohlrad 11 und ein Käfig 11a des ersten Planetengetriebes 10 sind drehfest miteinander verbunden, wobei zu verstehen ist, dass das Hohlrad 11 eine Innenverzahnung und der Käfig 11a eine Außenverzahnung aufweist.
Darüber hinaus weist die Hybridantriebseinrichtung 1 eine Abtriebseinheit 16 auf, die eine Abtriebswelle 17 umfasst. Dabei sitzt ein Finaldrive-Abtriebsrad 18 der Hybridantriebseinrichtung 1 bzw. der Hybridgetriebeeinheit 2 drehfest auf der Abtriebswelle 17. Ein erstes Abtriebseinheitantriebsrad 19 der Abtriebseinheit 16 sitzt auf der Abtriebswelle 17, wobei das erste Abtriebseinheitantriebsrad 19 und das Hybridgetriebeabtriebsrad 14 miteinander kämmen, vorliegend, indem die beiden Zahnräder 14, 19 in direktem Zahneingriff miteinander stehen. Dabei ist das Abtriebseinheitantriebsrad 19 zwar mittels der Abtriebswelle 17 gelagert, aber eine drehfeste Verbindung zwischen dem ersten Abtriebseinheitantriebsrad 19 und der Abtriebswelle 17 ist davon abhängig, in welche seiner Schaltstellungen ein zweites formschlüssig wirkendes Schaltelement SE2 der Hybridantriebseinrichtung 1 geschaltet ist. Das zweite Schaltelement SE2 ist selektiv zwischen einer Kopplungsstellung und einer Entkopplungsstellung verstellbar. In der Kopplungsstellung sind das erste Abtriebseinheitantriebsrad 19 und die Abtriebswelle 17 drehfest miteinander gekoppelt, wohingegen in der Entkopplungsstellung des zweiten Schaltelements SE2 das erste Abtriebseinheitantriebsrad 19 und die Abtriebswelle 17 voneinander entkoppelt bzw. relativ zueinander frei drehbar sind.
Vorliegend umfasst die Hybridantriebseinrichtung 1 zudem ein auf der Abtriebswelle 17 drehfest sitzendes, zweites Abtriebseinheitantriebsrad 20 und ein drittes formschlüssig wirkendes Schaltelement SE3. Dieses ist selektiv zwischen einer Kopplungsstellung, in welcher die Rotorwelle 9 der dritten Antriebsmaschine (EMD) und das zweite Abtriebseinheitantriebsrad 20 drehfest miteinander gekoppelt sind, und einer Entkopplungsstellung, in welcher die Rotorwelle 9 und das zweite Abtriebseinheitantriebsrad 20 voneinander entkoppelt sind, verstellbar ist.
Die Hybridantriebseinrichtung 1 weist vorliegend zudem ein viertes Schaltelement SE4 auf. Das vierte Schaltelement SE4 ist selektiv zwischen einer Freilaufschaltstellung und einer Kopplungsschaltstellung verstellbar. In der Freilaufschaltstellung ist ein Rotieren der Kurbelwelle 7 in Antriebsrotationssinn in Bezug zu einem Gehäuse 35 der Hybridantriebseinrichtung 1 freigegeben, wohingegen ein Rotieren der Kurbelwelle 7 entgegen Antriebsrotationssinn in Bezug zum Gehäuse 35 gesperrt ist. In der Kopplungsschaltstellung des vierten Schaltelements SE4 sind die Kurbelwelle 7 und das Gehäuse 35 miteinander drehfest verbunden.
Es geht aus 1 des Weiteren hervor, dass im vorliegenden Beispiel die Kurbelwelle 7, hier der distale Kurbelwellenabschnitt 7a, und die Hybridgetriebeeinheit 2 über eine der ersten Antriebsmaschine VKM zugeordnete, erste Eingangsgetriebestufe 21 miteinander verbunden sind. Ein erstes Antriebsrad 22 der ersten Eingangsgetriebestufe 21 und die Kurbelwelle 7 sind drehfest miteinander verbunden, wobei das erste Antriebsrad 22 und der Käfig 11 a direkt oder indirekt - vorliegend mittels eines einen Zugmittelquertrieb aufweisenden Quertriebs 23 - miteinander kämmen. Andere Quertriebsarten, etwa eine ein- oder mehrstufige Stirnradstufe etc., sind ebenso denkbar. Ferner weist die Hybridantriebseinrichtung 1 hier im Beispiel eine zweite Eingangsgetriebestufe 24 auf, die der zweiten Antriebsmaschine EMA zugeordnet ist. Ein zweites Antriebsrad 25 der zweiten Eingangsgetriebestufe 24 und die Rotorwelle 8 der zweiten Antriebsmaschine EMA sind drehfest miteinander verbunden, wobei ein zweites Abtriebsrad 26 der zweiten Eingangsgetriebestufe 24 und das Sonnenrad 12 drehfest miteinander verbunden sind. Dabei kämmen das zweite Antriebsrad 25 und das zweite Abtriebsrad 26 miteinander, vorliegend mittels eines weiteren Stirnrads 27. Mit anderen Worten sind die Hybridgetriebeeinheit 2 und die Rotorwelle 8 der zweiten Antriebsmaschine EMA über die (im Beispiel zweistufig ausgeführte) zweite Eingangsgetriebestufe 24 miteinander verbunden. Über eine dritte Eingangsgetriebestufe 28, die der dritten Antriebsmaschine EMD zugeordnet ist, sind die Rotorwelle 9 und die Abtriebswelle 17 miteinander verbunden. Hierzu sind ein drittes Antriebsrad 29 der dritten Eingangsgetriebestufe 28 und die Rotorwelle 9 drehfest miteinander verbunden, und das dritte Antriebsrad 29 kämmt mit einem dritten Abtriebsrad 30 derselben Eingangsgetriebestufe 28, wobei das dritte Abtriebsrad 30 - vorliegend direkt - mit dem zweiten Abtriebseinheitantriebsrad 20 kämmt.
Die dritte Eingangsgetriebestufe 28 weist vorliegend ein zweites Planetengetriebe 31 auf, dessen Sonnenrad 32 das dritte Antriebsrad 29 bildet, wobei ein Planetenradträger 33 des weiteren Planetengetriebes 31 und das weitere Abtriebseinheitantriebsrad 20 direkt oder indirekt miteinander kämmen. Ein Hohlrad 34 des weiteren Planetengetriebes 31 und das Gehäuse 35 der Hybridantriebseinrichtung 1 sind drehfest miteinander verbunden. Die dritte Eingangsgetriebestufe 28 ist im vorliegenden Beispiel folgendermaßen ausgebildet: Sie weist ein mit dem Planetenradträger 33 des zweiten Planetengetriebes 31 kämmendes Zwischenrad 36 auf, und das dritte Schaltelement SE3 ist zwischen dem Zwischenrad 36 und dem dritten Abtriebsrad 30 angeordnet. Das dritte Abtriebsrad 30 und das Zwischenrad 36 sind insbesondere axial entlang einer gemeinsamen Zwischenwelle 37 angeordnet, entlang derer auch das dritte Schaltelement SE3 angeordnet ist. In der Kopplungsstellung des dritten Schaltelements SE3 sind das Zwischenrad 36 und das dritte Abtriebsrad 30 drehfest miteinander gekoppelt, wohingegen in der Entkopplungsstellung des dritten Schaltelements SE3 das Zwischenrad 36 und das dritte Abtriebsrad 30 voneinander entkoppelt sind.
Durch diese Anordnung ist die Hybridantriebseinrichtung 1 in die Schaltzustände verstellbar, die in 1 in der Schaltzustandstabelle angegeben sind. Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, eine mechanische Übertragungsstufe für einen hohen Fahrgeschwindigkeitsbereich mit einer zweiten, abkoppelbaren elektrischen Maschine in sogenannter P3-Anordnung zu kombinieren. Eine Kombination aus einer drehzahlfesten Übersetzungsstufe (Festgang: Gang 1), einer drehmomentfesten Übersetzungsstufe (eCVT) und einem seriellen Modus (Seriell 1) hat sich hier als zweckmäßig herausgestellt. Darüber hinaus erlaubt diese Lösung eine Verallradung im Sinne eines achsverteilten Allradantriebs.
Im Schaltzustand eCVT werden die erste Antriebsmaschine VKM und die zweite Antriebsmaschine EMA zum Antreiben bzw. Fortbewegen des Kraftfahrzeugs herangezogen, wobei die Übersetzung der Hybridgetriebeeinheit 2 mittels Drehzahlüberlagerung zwischen den beiden Antriebsmaschinen VKM, EMA kontinuierlich veränderbar ist. Hierzu ist das Schaltelement SE1 in dessen Entkopplungsstellung geschaltet, während gleichzeitig das Schaltelement SE2 in dessen Kopplungsstellung geschaltet ist. Zudem ist das Schalelement SE5 in die Freilaufschaltstellung verstellt. Das Finaldrive-Abtriebsrad 18 ist damit drehfest mit dem Hybridgetriebeabtriebsrad 14 gekoppelt. Im Sachaltzustand eCVT kann die dritte Antriebsmaschine EMD mit zum Antreiben des Kraftfahrzeugs herangezogen werden, dann ist diese über das Schaltelement SE3 mit der Abtriebswelle 17 gekoppelt. Alternativ kann die dritte Antriebsmaschine EMD deaktiviert sein, wobei dann das Schaltelement SE3 geöffnet ist, das heißt in die Entkopplungsstellung verstellt ist.
Im Schaltzustand Gang 1 der Hybridantriebseinrichtung 1 sind die Schaltelemente SE1, Se2 und SE3 geschlossen (Kopplungsstellung), was bedeutet, dass das erste Planetengetriebe 10 verblockt läuft, da mittels des in die Kopplungsstellung geschalteten Schaltelements SE1 der Käfig 11a und infolgedessen das Hohlrad 11 sowie der Planetenradträger 13 drehfest miteinander verbunden sind. So wird die dritte Antriebsmaschine EMD mit zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bzw. zur Rekuperation herangezogen. Wird die dritte Antriebsmaschine EMD nicht zum Fortbewegen und nicht zum Rekuperieren genutzt, ist/wird das Schaltelement SE3 geöffnet.
Im Schaltzustand Seriell 1 wird das Kraftfahrzeug mittelbar durch die erste Antriebsmaschine VKM angetrieben, indem mittels der ersten Antriebsmaschine VKM die zweite Antriebsmaschine EMA bei geschlossenem Schaltelement SE1 über das erste Planetengetriebe 10 in einem generatorischen Betrieb betrieben wird. Hierzu sind die Schaltelemente SE2, SE3 zum Beispiel in die jeweilige Entkopplungsstellung geschaltet. Die im generatorischen Betriebsmodus mittels der zweiten Antriebsmaschine EMA generierte elektrische Leistung kann in einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung des Kraftfahrzeugs (Traktionsbatterie) abgespeichert werden und/oder zum Versorgen der dritten Antriebsmaschine EMD eingesetzt werden. Mittels der dritten Antriebsmaschine EMD ist das Kraftfahrzeug bei geschlossenem Schaltelement SE3 fortbewegbar bzw. antreibbar. Bei geöffnetem Schaltelement SE2 kann zudem ein sogenanntes Standladen ausgeführt werden, dabei treibt die erste Antriebsmaschine VKM die zweite Antriebsmaschine EMA im Stillstand des Kraftfahrzeugs generatorisch an. Zudem kann im Schaltzustand Seriell 1 die zweite Antriebsmaschine EMA als Anlasser bzw. Startermotor zum Starten bzw. Anlassen der Verbrennungskraftmaschine bzw. der ersten Antriebsmaschine VKM eingesetzt werden.
In einem als EV bezeichneten Schaltzustand der Hybridantriebseinrichtung 1 wird das Kraftfahrzeug mittels der dritten Antriebsmaschine EMD angetrieben/fortbewegt. Dabei ist das Schaltelement SE1 in der Entkopplungsstellung, wohingegen die Schaltelemente SE2 und SE3 geschlossen, also in die jeweilige Kopplungsstellung, geschaltet sind. Um zu vermeiden, dass im Schaltzustand EV die Verbrennungskraftmaschine bzw. die erste Antriebsmaschine VKM in unerwünschter Weise mittels einer oder beider der Antriebsmaschinen EMA, EMD angetrieben wird, kann das Schaltelement SE4 in die Kopplungsstellung verstellt sein, wodurch die Kurbelwelle 7 drehfest am Gehäuse 35 festgelegt ist.
In einem Schaltzustand Neutral (N) sind die Schaltelemente SE1-SE3 geöffnet, und das Schaltelement SE4 ist in der Freilaufschaltstellung.
In 1 sind ferner eine erste Schaltwalze 38 und eine zweite Schaltwalze 39 der Hybridantriebseinrichtung 1 dargestellt. Die Schaltelemente SE1 und SE2 sind zu einer Schaltelementgruppe zusammengefasst und werden gemeinsam mittels der ersten Schaltwalze 38 gesteuert bzw. zwischen den Schaltstellungen geschaltet. Die zweite Schaltwalze 39 steht mit dem Schaltelement SE3 in Verbindung, was bedeutet, dass das Schaltelement SE3 mittels der zweiten Schaltwalze 39 steuerbar/schaltbar, also zwischen den Schaltstellungen verstellbar ist. Die Schaltwalzen werden vorliegend mittels eines jeweiligen Schaltwalzenaktors 40, 41 angetrieben. Zwischen der jeweiligen Schaltwalze 38, 39 und dem jeweiligen Schaltwalzenaktor 40, 41 kann eine jeweilige ein- oder mehrstufige Aktorgetriebestufe 42, 43 vorgesehen sein.
In 1 ist des Weiteren dargestellt, dass die dritte Antriebsmaschine EMD und eine Radantriebwelle 44 der Hybridantriebseinrichtung 1 miteinander koaxial angeordnet sind, wobei die Radantriebwelle 44 sich durch die in diesem Fall als Rotorhohlwelle ausgebildete Rotorwelle 9 hindurcherstreckt. Obwohl in 1 nur dargestellt ist, dass die zweite Antriebsmaschine EMA links der Hybridgetriebeeinheit 2 angeordnet ist, kann durch entsprechend geschwenkte Anordnung der zweiten Eingangsgetriebestufe 24 die zweite Antriebsmaschine EMA abweichend von 1, zum Beispiel räumlich oberhalb der Hybridgetriebeeinheit 2, angeordnet werden.
Bezugszeichenliste

1: Hybridantriebseinrichtung
2: Hybridgetriebeeinheit
3: Verteilergetriebe
4: Kraftfahrzeugachse
5: Stirnraddifferenzial
6: Kegelraddifferenzial
7: Kurbelwelle
7a: distaler Kurbelwellenabschnitt
7b: proximaler Kurbelwellenabschnitt
8: Rotorwelle der zweiten Antriebsmaschine
9: Rotorwelle der dritten Antriebsmaschine
10: erstes Planetengetriebe
11: Hohlrad
11 a: Käfig
12: Sonnenrad
13: Planetenradträger
14: Hybridgetriebeabtriebsrad
15: Planetenrad
16: Abtriebseinheit
17: Abtriebswelle
18: Finaldrive-Abtriebsrad
19: erstes Abtriebseinheitantriebsrad
20: zweites Abtriebseinheitantriebsrad
21: erste Eingangsgetriebestufe
22: erstes Antriebsrad
23: Quertrieb
24: zweite Eingangsgetriebestufe
25: zweites Antriebsrad
26: zweites Abtriebsrad
27: weiteres Stirnrad
28: dritte Eingangsgetriebestufe
29: drittes Antriebsrad
30: drittes Abtriebsrad
31: zweites Planetengetriebe
32: Sonnenrad
33: Planetenradträger
34: Hohlrad
35: Gehäuse
36: Zwischenrad
37: Zwischenwelle
38: Schaltwalze
39: Schaltwalze
40: Schaltwalzenaktor
41: Schaltwalzenaktor
42: Aktorgetriebestufe
43: Aktorgetriebestufe
44: Radantriebwelle
A: Topologieausschnitt
SE1: Schaltelement
SE2: Schaltelement
SE3: Schaltelement
SE4: Schaltelement
VKM: erste Antriebsmaschine
EMA: zweite Antriebsmaschine
EMD: dritte Antriebsmaschine
[X]: Schaltelement in Kopplungsstellung
[-]: Schaltelement in Entkopplungsstellung
>>: Schaltelement in Freilaufschaltstellung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102017117336 A1 [0002]
DE 102019129093 A1 [0002]
EP 0769404 A1 [0002]

Claims

Hybridantriebseinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, die aufweist: - eine erste Antriebsmaschine (VKM), die als Verbrennungskraftmaschine ausgeführt ist, sowie eine als elektrische Maschine ausgeführte, zweite Antriebsmaschine (EMA), - eine Hybridgetriebeeinheit (2), aufweisend: - ein Planetengetriebe (10), dessen Hohlrad (11) und eine Kurbelwelle (7) der ersten Antriebsmaschine (VKM) zur Leistungsübertragung miteinander gekoppelt sind, wobei ein Sonnenrad (12) des Planetengetriebes (10) und eine Rotorwelle (8) der zweiten Antriebsmaschine (EMA) drehfest miteinander gekoppelt sind, - ein Hybridgetriebeabtriebsrad (14), das mit einem Planetenradträger (13) des Planetengetriebes (10) drehfest verbunden ist, - ein erstes Schaltelement (SE1), das selektiv zwischen einer Kopplungsstellung, in welcher das Hohlrad (11) und der Planetenradträger (13) drehfest miteinander gekoppelt sind, und einer Entkopplungsstellung, in welcher das Hohlrad (11) und der Planetenradträger (13) voneinander entkoppelt sind, verstellbar ist, - eine Abtriebseinheit (16), aufweisend: - eine Abtriebswelle (17), - ein auf der Abtriebswelle (17) drehfest sitzendes Finaldrive-Abtriebsrad (18), - ein mittels der Abtriebswelle (17) gelagertes Abtriebseinheitantriebsrad (19), das mit dem Hybridgetriebeabtriebsrad (14) kämmt, - ein zweites Schaltelement (SE2), das selektiv zwischen einer Kopplungsstellung, in welcher das Abtriebseinheitantriebsrad (19) und die Abtriebswelle (17) drehfest miteinander gekoppelt sind, und einer Entkopplungsstellung, in welcher das Abtriebseinheitantriebsrad (19) und die Abtriebswelle (17) voneinander entkoppelt sind, verstellbar ist.
Hybridantriebseinrichtung (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch - eine als elektrische Maschine ausgeführte, dritte Antriebsmaschine (EMD), - ein auf der Abtriebswelle (17) drehfest sitzendes, weiteres Abtriebseinheitantriebsrad (20), - ein drittes Schaltelement (SE3), das selektiv zwischen einer Kopplungsstellung, in welcher eine Rotorwelle (9) der dritten Antriebsmaschine (EMD) und das weitere Abtriebseinheitantriebsrad (20) drehfest miteinander gekoppelt sind, und einer Entkopplungsstellung, in welcher die Rotorwelle (9) der dritten Antriebsmaschine (EMD) und das weitere Abtriebseinheitantriebsrad (20) voneinander entkoppelt sind, verstellbar ist.
Hybridantriebseinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein viertes Schaltelement (SE4), das selektiv zwischen - einer Freilaufschaltstellung, in welcher ein Rotieren der Kurbelwelle (7) in Antriebsrotationssinn in Bezug zu einem Gehäuse (35) der Hybridantriebseinrichtung (1) freigegeben ist und ein Rotieren der Kurbelwelle (7) entgegen Antriebsrotationssinn in Bezug zum Gehäuse (35) gesperrt ist, und - einer Kopplungsschaltstellung, in welcher die Kurbelwelle (7) und das Gehäuse (35) miteinander drehfest verbunden sind, verstellbar ist.
Hybridantriebseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch - eine erste Eingangsgetriebestufe (21), deren erstes Antriebsrad (22) und die Kurbelwelle (7) drehfest miteinander verbunden sind, wobei das erste Antriebsrad (22) und ein drehfest mit dem Hohlrad (11) verbundener Käfig (11a) des Planetengetriebes (10) direkt oder indirekt miteinander kämmen, und/oder - eine zweite Eingangsgetriebestufe (24), deren zweites Antriebsrad (25) und die Rotorwelle (8) der zweiten Antriebsmaschine (EMA) drehfest miteinander verbunden sind, wobei ein mit dem zweiten Antriebsrad (25) direkt oder indirekt kämmendes, zweites Abtriebsrad (26) der zweiten Eingangsgetriebestufe (24) und das Sonnenrad (12) drehfest miteinander verbunden sind.
Hybridantriebseinrichtung (1) nach Anspruch 2 oder nach Anspruch 3 oder 4 in Rückbezug auf Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine dritte Eingangsgetriebestufe (28), deren drittes Antriebsrad (29) und die Rotorwelle (9) der dritten Antriebsmaschine (EMD) drehfest miteinander verbunden sind, wobei ein mit dem dritten Antriebsrad (29) direkt oder indirekt kämmendes, drittes Abtriebsrad (30) der dritten Eingangsgetriebestufe (28) und das weitere Abtriebseinheitantriebsrad (20) miteinander kämmen.
Hybridantriebseinrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Eingangsgetriebestufe (28) ein weiteres Planetengetriebe (31) aufweist, dessen Sonnenrad (32) das dritte Antriebsrad (29) bildet, wobei ein Planetenradträger (33) des weiteren Planetengetriebes (31) und das weitere Abtriebseinheitantriebsrad (20) direkt oder indirekt miteinander kämmen, und wobei ein Hohlrad (34) des weiteren Planetengetriebes (31) und ein Gehäuse (35) der Hybridantriebseinrichtung (1) drehfest miteinander verbunden sind.
Hybridantriebseinrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Eingangsgetriebestufe (28) ein mit dem Planetenradträger (33) des weiteren Planetengetriebes (31) kämmendes Zwischenrad (36) aufweist, wobei das dritte Schaltelement (SE3) zwischen dem Zwischenrad (36) und dem dritten Abtriebsrad (30) angeordnet ist, und in der Kopplungsstellung des dritten Schaltelements (SE3) das Zwischenrad (36) und das dritte Abtriebsrad (30) mittels des dritten Schaltelements (SE3) drehfest miteinander gekoppelt sind, wohingegen in der Entkopplungsstellung des dritten Schaltelements (SE3) das Zwischenrad (36) und das dritte Abtriebsrad (30) voneinander entkoppelt sind.
Hybridantriebseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch - eine erste Schaltwalze (38), mittels derer das erste Schaltelement (SE1) und das zweite Schaltelement (SE2) gemäß einer ersten vorgegebenen Schaltreihenfolge gemeinsam zwischen deren Schaltstellungen verstellbar sind, - eine zweite Schaltwalze (39), mittels derer das dritte Schaltelement (SE3) gemäß einer zweiten vorgegebenen Schaltreihenfolge zwischen dessen Schaltstellungen verstellbar ist.
Kraftfahrzeug mit einer nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgeführten Hybridantriebseinrichtung (1).