DE102022209067A1

DE102022209067A1 - Hybrid-Antriebsstrang mit zwei Vorgelegewellen

Info

Publication number: DE102022209067A1
Application number: DE102022209067.5A
Authority: DE
Inventors: Michael Wechs; Stefan Beck; Fabian Kutter; Johannes Kaltenbach; Thomas Martin; Matthias Horn; Max Bachmann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-08-31
Filing date: 2022-08-31
Publication date: 2024-02-29

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybridgetriebe (18) für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) eines Kraftfahrzeugs (10), mit: einer ersten Getriebeeingangswelle (24) zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer Verbrennungsmaschine (16) des Kraftfahrzeugs; einer zweiten Getriebeeingangswelle (26) zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer ersten elektrischen Antriebsmaschine (14) des Kraftfahrzeugs, einer ersten Vorgelegewelle (28), die mit einem Abtrieb (32) des Hybridgetriebes antriebswirksam verbunden ist; einer zweiten Vorgelegewelle (30), die vom Abtrieb des Hybridgetriebes entkoppelt ist; in mehreren Radsatzebenen angeordneten Stirnradpaaren (ST1, ST2, ST3, ST4, ST5, ST6, ST7) zum Bilden von Gangstufen; und mehreren Gangschaltvorrichtungen mit Schaltelementen (A, B, C, D, E, F) zum Einlegen der Gangstufen; wobei die Schaltelemente der Gangschaltvorrichtungen an der ersten Vorgelegewelle und/oder der zweiten Vorgelegewelle angeordnet sind. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang, ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs und ein Kraftfahrzeug.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybridgetriebe, einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang mit einem solchen Hybridgetriebe, ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs.
Fahrzeuge werden zunehmend mit Hybridantrieben, d. h. mit wenigstens zwei verschiedenen Antriebsquellen ausgestattet. Hybridantriebe können zur Verminderung des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemissionen beitragen. Es haben sich weitgehend Antriebsstränge mit einem Verbrennungsmotor und einem oder mehreren Elektromotoren als Parallelhybrid oder als Mischhybrid durchgesetzt. Derartige Hybridantriebe weisen im Kraftfluss eine im Wesentlichen parallele Anordnung des Verbrennungsmotors und des Elektroantriebs auf. Hierbei können sowohl eine Überlagerung der Antriebsmomente als auch eine Ansteuerung mit rein verbrennungsmotorischem Antrieb oder rein elektromotorischem Antrieb ermöglicht werden. Da sich die Antriebsmomente des Elektroantriebs und des Verbrennungsmotors je nach Ansteuerung addieren können, ist eine vergleichsweise kleinere Auslegung des Verbrennungsmotors und/oder dessen zeitweise Abschaltung möglich. Hierdurch kann eine signifikante Reduzierung der CO₂-Emissionen ohne nennenswerte Leistungs- bzw. Komforteinbußen erreicht werden. Die Möglichkeiten und Vorteile eines Elektroantriebs können somit mit den Reichweiten-, Leistungs- und Kostenvorteilen von Brennkraftmaschinen verbunden werden.
Ein Nachteil der oben genannten Hybridantriebe besteht in einem im Allgemeinen komplexeren Aufbau, da beide Antriebsquellen vorzugsweise mit nur einem Getriebe Antriebsleistung auf eine Antriebswelle übertragen. Hierdurch sind derartige Getriebe meist aufwendig und kostenintensiv in der Produktion. Eine Reduzierung der Komplexität im Aufbau eines Hybridgetriebes geht meistens mit einer Einbuße an Variabilität einher.
Dieser Nachteil kann zumindest teilweise mittels dedizierter Hybridgetriebe oder „Dedicated Hybrid Transmissions“ (DHT) überwunden werden, bei denen eine elektrische Maschine in das Getriebe integriert wird, um den vollen Funktionsumfang darzustellen. Beispielsweise kann im Getriebe insbesondere der mechanische Getriebeteil vereinfacht werden, etwa durch Entfall des Rückwärtsgangs, wobei stattdessen mindestens eine elektrische Maschine genutzt wird.
Dedizierte Hybridgetriebe können aus bekannten Getriebekonzepten hervorgehen, also aus Doppelkupplungsgetrieben, Wandler-Planetengetrieben, stufenlosen Getrieben (CVT) oder automatisierten Schaltgetrieben. Die elektrische Maschine wird dabei zum Teil des Getriebes.
Die Offenlegungsschrift DE 10 2010 030 573 A1 betrifft einen Hybridantrieb mit einem automatisierten Schaltgetriebe, beispielsweise für ein Kraftfahrzeug, mit einem Verbrennungsmotor, der mit wenigstens einer ersten Getriebeeingangswelle triebverbunden ist. Ein Elektroantrieb weist wenigstens eine Elektromaschine auf, die mit einer zweiten Getriebeeingangswelle triebverbunden ist. Der Hybridantrieb weist ferner wenigstens eine Vorgelegewelle, in mehreren Radsatzebenen angeordnete Losräder und Festräder, mehrere Gangschaltvorrichtungen, und eine Getriebeabtriebswelle auf. Um eine große Variabilität hinsichtlich eines Radsatzkonzeptes sowie der Verteilung und der Anzahl elektrischer und verbrennungsmotorischer Gänge zu ermöglichen, den Konstruktions- und Kostenaufwand gering zu halten und einen effizienten und komfortablen Betrieb zu gewährleisten, ist vorgesehen, dass die beiden Getriebeeingangswellen koaxial zueinander angeordnet sind, und dass eine Gangschaltvorrichtung in einer ihrer Schaltstellungen die beiden Getriebeeingangswellen antriebswirksam miteinander verbindet, und in einer anderen Schaltstellung einen Gang schaltet.
Vor diesem Hintergrund stellt sich einem Fachmann die Aufgabe, ein kompaktes Hybridgetriebe mit einfachem mechanischem Aufbau zu schaffen. Insbesondere soll eine Antriebstrangkonfiguration mit einer Front-Quer oder Heck-Quer Anordnung des Hybridgetriebes realisiert werden.
Die obige Aufgabe wird gelöst durch ein Hybridgetriebe für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit:

einer ersten Getriebeeingangswelle zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer Verbrennungsmaschine des Kraftfahrzeugs;
einer zweiten Getriebeeingangswelle zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer ersten elektrischen Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs,
einer ersten Vorgelegewelle, die mit einem Abtrieb des Hybridgetriebes antriebswirksam verbunden ist;
einer zweiten Vorgelegewelle, die vom Abtrieb des Hybridgetriebes entkoppelt ist;
in mehreren Radsatzebenen angeordneten Stirnradpaaren zum Bilden von Gangstufen; und
mehreren Gangschaltvorrichtungen mit Schaltelementen zum Einlegen der Gangstufen wobei die Schaltelemente der Gangschaltvorrichtungen an der ersten Vorgelegewelle und/oder der zweiten Vorgelegewelle angeordnet sind.

Die obige Aufgabe wird ferner gelöst durch einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit:

einem Hybridgetriebe wie zuvor definiert;
einer Verbrennungsmaschine, die mit der ersten Getriebeeingangswelle verbindbar ist;
einer ersten elektrischen Antriebsmaschine, die mit der zweiten Getriebeeingangswelle antriebswirksam verbunden ist.

Die obige Aufgabe wird weiterhin gelöst von einem Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs wie zuvor definiert.
Schließlich wird die obige Aufgabe gelöst durch ein Kraftfahrzeug, mit:

einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang wie zuvor definiert; und
einem Energiespeicher zum Speichern von Energie zum Versorgen der ersten elektrischen Antriebsmaschine und/oder der zweiten elektrischen Antriebsmaschine.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Insbesondere können der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang, das Kraftfahrzeug sowie das Verfahren entsprechend den für das Hybridgetriebe in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Ausgestaltungen ausgeführt sein.
Durch eine erste Getriebeeingangswelle zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer Verbrennungsmaschine und eine zweite Getriebeeingangswelle zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer elektrischen Antriebsmaschine kann technisch einfach ein kompaktes Hybridgetriebe geschaffen werden. Eine Wirkverbindung kann sowohl schaltbar als auch nicht schaltbar ausgeführt sein. Durch eine erste Vorgelegewelle, die mit dem Abtrieb des Hybridgetriebes antriebswirksam verbunden ist, kann zumindest ein Teil der Gangstufen hocheffizient mit wenig Zahneingriffen ausgeführt werden. Eine zweite Vorgelegewelle, die vom Abtrieb des Hybridgetriebes entkoppelt ist, ermöglicht ein hochvariables Hybridgetriebe mit hohem Funktionsumfang bei kompakter Bauweise. Unter „entkoppelt vom Abtrieb“ ist insbesondere zu verstehen, dass die zweite Vorgelegewelle kein Abtriebszahnrad aufweist, das mit einem Abtrieb kämmt. Es versteht sich, dass dennoch eine antriebswirksame Verbindung der zweiten Vorgelegewelle zum Abtrieb eingerichtet werden kann, diese Verbindung verläuft jedoch immer über Zahnradpaare und die erste Vorgelegewelle. Eine Anordnung der Schaltelemente der Gangschaltvorrichtungen an der ersten Vorgelegewelle und/oder der zweiten Vorgelegewelle, insbesondere eine Anordnung aller Schaltelemente mit Ausnahme einer Verbrennungsmaschinenkupplung, ermöglicht ein schaltelementfreies Ausbilden der ersten Getriebeeingangswelle und der zweiten Getriebeeingangswelle. Folglich können die erste Getriebeeingangswelle und die zweite Getriebeeingangswelle kosteneffizient und zeiteffizient hergestellt werden. Weiterhin kann hierdurch erreicht werden, dass die Schaltelemente vorteilhaft mittels Aktoren erreichbar sind. Es kann ein Hybridgetriebe mit einem einfachen Aufbau in einer kompakten Bauweise und mit geringen Bauteilbelastungen geschaffen werden. Das Hybridgetriebe weist geringe Getriebeverluste sowie einen guten Verzahnungswirkungsgrad und eine gute Übersetzungsreihe auf. Vorzugsweise kann ein Hybridgetriebe geschaffen werden, das nur mittels drei Aktoren betreibbar bzw. schaltbar ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Getriebeeingangswelle mittels eines Stirnradpaars umfassend zwei Festräder antriebswirksam mit der zweiten Vorgelegewelle verbunden. Hierdurch kann eine hocheffiziente und technisch einfache Verbindung zwischen der ersten Getriebeeingangswelle und der zweiten Vorgelegewelle eingerichtet werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Hybridgetriebe ein mit einer zweiten elektrischen Antriebsmaschine antriebswirksam verbindbares Festrad auf, das mit einem Festrad der ersten Getriebeeingangswelle in Eingriff ist, um Antriebsleistung der zweiten elektrischen Antriebsmaschine in das Hybridgetriebe zu leiten. Durch eine sogenannte Zahnradkette kann effizient eine Anbindung einer zweiten elektrischen Antriebsmaschine erfolgen. Vorzugsweise wird dabei ein Zahnrad eines gangbildenden Zahnradpaars zur Anbindung der zweiten elektrischen Antriebsmaschine verwendet. Besonders bevorzugt ist die zweite elektrische Antriebsmaschine achsparallel zur ersten Getriebeeingangswelle angeordnet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die erste Getriebeeingangswelle und/oder die zweite Getriebeeingangswelle eine Doppelradebene, bevorzugt jeweils zwei Doppelradebenen, auf. Bei einer sogenannten Doppelradebene teilen sich zwei Zahnradpaare ein gemeinsames Festrad. Folglich können zwei Zahnradpaare mit nur drei Zahnrädern realisiert werden. Hierdurch kann sowohl Bauraum als auch Gewicht im Hybridgetriebe eingespart werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die erste Getriebeeingangswelle und die zweite Getriebeeingangswelle koaxial zueinander angeordnet. Ergänzend ist die erste Getriebeeingangswelle als Vollwelle ausgebildet. Weiterhin ergänzend ist die zweite Getriebeeingangswelle als Hohlwelle ausgebildet. Schließlich umgibt weiterhin ergänzend die zweite Getriebeeingangswelle die erste Getriebeeingangswelle zumindest abschnittsweise. Durch diese vorteilhafte Ausgestaltung der Getriebeeingangswellen und vorteilhafte Anordnung zumindest abschnittsweise umeinander kann ein hochkompaktes Hybridgetriebe geschaffen werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Hybridgetriebe genau sechs oder genau sieben gangbildende Stirnradpaare. Hierdurch kann insbesondere in Verbindung mit zwei Vorgelegewellen und Doppelradebenen ein hochkompaktes Hybridgetriebe mit hohem Funktionsumfang geschaffen werden. Insbesondere kann ein Hybridgetriebe geschaffen werden mit bis zu sechs Gangstufen für die erste elektrische Antriebsmaschine, bis zu sechs Gangstufen für die zweite elektrische Antriebsmaschine und vier Gangstufen und zwei Zusatzgangstufen für die Verbrennungsmaschine.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Hybridgetriebe eine Verbrennungsmaschinenkupplung zum lösbaren antriebswirksamen Verbinden der ersten Getriebeeingangswelle mit der Verbrennungsmaschine auf. Es versteht sich, dass die Verbrennungsmaschinenkupplung als Klauenschaltelement oder als Reibschaltelement ausgebildet sein kann. Durch eine Verbrennungsmaschinenkupplung kann die Verbrennungsmaschine vom Hybridgetriebe entkoppelt werden und so ein hocheffizienter, rein elektrischer Fahrmodus mittels des Hybridgetriebes eingerichtet werden. Eine Reibkupplung ermöglicht zudem einen sogenannten Schwungstart der Verbrennungsmaschine und kann als Anfahrelement für die Verbrennungsmaschine dienen. Durch eine Verbrennungsmaschinenkupplung kann die Variabilität und die Effizienz des Hybridgetriebes erhöht werden. Ferner kann eine Verbrennungsmaschinenkupplung aus funktionssicherheitstechnischen Gründen Anwendung in einem Hybridgetriebe finden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein erstes Schaltelement dazu ausgebildet, die zweite Getriebeeingangswelle mittels eines sechsten Stirnradpaars antriebswirksam mit der zweiten Vorgelegewelle zu verbinden. Ergänzend oder alternativ ist ein zweites Schaltelement dazu ausgebildet, die zweite Getriebeeingangswelle mittels eines fünften Stirnradpaars antriebswirksam mit der zweiten Vorgelegewelle zu verbinden. Weiterhin ergänzend oder alternativ ist ein drittes Schaltelement dazu ausgebildet, die erste Getriebeeingangswelle mittels eines dritten Stirnradpaars antriebswirksam mit der ersten Vorgelegewelle zu verbinden. Weiterhin ergänzend oder alternativ ist ein viertes Schaltelement dazu ausgebildet, die erste Getriebeeingangswelle mittels eines vierten Stirnradpaars antriebswirksam mit der ersten Vorgelegewelle zu verbinden. Weiterhin ergänzend oder alternativ ist vorzugsweise ein fünftes Schaltelement dazu ausgebildet, die zweite Getriebeeingangswelle mittels eines ersten Stirnradpaars antriebswirksam mit der ersten Vorgelegewelle zu verbinden. Schließlich ist weiterhin ergänzend oder alternativ vorzugsweise ein sechstes Schaltelement dazu ausgebildet, die zweite Getriebeeingangswelle mittels eines zweiten Stirnradpaars antriebswirksam mit der ersten Vorgelegewelle zu verbinden. Durch diese vorteilhafte Anordnung der Schaltelemente können mit dem Hybridgetriebe bis zu sechs elektrische Gangstufen für die erste elektrische Antriebsmaschine und die zweite elektrische Antriebsmaschine sowie sechs Verbrennungsgangstufen für die Verbrennungsmaschine eingerichtet werden. Besonders bevorzugt sind die Gangstufen durch Einlegen von höchstens zwei Schaltelementen und, sofern vorhanden, der Verbrennungsmaschinenkupplung einrichtbar.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Schaltelemente als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet. Ergänzend oder alternativ sind wenigstens zwei der Schaltelemente, bevorzugt alle Schaltelemente, als Doppelschaltelement ausgebildet und von einem doppeltwirkenden Aktor betätigbar. Formschlüssige Schaltelemente ermöglichen ein hocheffizientes und kostengünstiges Hybridgetriebe. Der technische Aufbau und der Betrieb des Hybridgetriebes können durch ein Doppelschaltelement weiter vereinfacht werden. Insbesondere kann ein Doppelschaltelement mittels eines einzigen Aktors geschaltet werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang eine zweite elektrische Antriebsmaschine, die mit der ersten Getriebeeingangswelle verbunden ist und vorzugsweise achsparallel zur ersten Getriebeeingangswelle angeordnet ist. Durch eine zweite elektrische Antriebsmaschine kann vorzugsweise ein Start der Verbrennungsmaschine aus rein elektrischer Fahrt erfolgen. Mittels einer zweiten elektrischen Antriebsmaschine kann eine Bordnetzversorgung eingerichtet werden und ein serielles Kriechen und Fahren sowohl vorwärts als auch rückwärts ermöglicht werden. Insbesondere kann die zweite elektrische Antriebsmaschine die Verbrennungsmaschine bei der Drehzahlregelung beim Ankoppeln und bei Schaltungen unterstützen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Hybridgetriebe einen Planetenradsatz, der in Leistungsflussrichtung zwischen der zweiten Getriebeeingangswelle und der ersten elektrischen Antriebsmaschine angeordnet ist und eine Antriebsleistung der ersten elektrischen Antriebsmaschine übersetzt. Ergänzend ist die erste elektrische Antriebsmaschine als Koaxialmaschine ausgebildet. Weiterhin ergänzend ist der Planetenradsatz zumindest abschnittsweise axial und/oder radial innerhalb der ersten elektrischen Antriebsmaschine angeordnet. Durch einen Planetenradsatz kann vorteilhaft eine Vorübersetzung der Antriebsleistung der ersten elektrischen Antriebsmaschine erfolgen. Es versteht sich, dass vom Begriff „übersetzt“ sowohl eine Untersetzung als auch eine Übersetzung der Antriebsleistung umfasst ist. Das Ausbilden der ersten elektrischen Antriebsmaschine als Koaxialmaschine und das Anordnen des Planetenradsatzes zumindest abschnittsweise axial und/oder radial innerhalb der ersten elektrischen Antriebsmaschine ermöglicht einen hochkompakten und funktionsumfangreichen Antriebsstrang. Vorzugsweise ist zur Übersetzung ein Planetenradsatzelement festgesetzt. Die Koaxialmaschine ist mit einem weiteren Planetenradsatzelement antriebswirksam verbunden. Die zweite Getriebeeingangswelle ist mit dem dritten Planetenradsatzelement antriebswirksam verbunden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Verfahren die Schritte:

Fahren in einer Elektrogangstufe, die vorzugsweise als Hauptelektrofahrgangstufe konzipiert ist; und
Starten der Verbrennungsmaschine in einer der Verbrennungsgangstufen, die als Hauptverbrennungsgangstufen konzipiert sind, wobei die Verbrennungsmaschine in jeder der als Hauptverbrennungsfahrgangstufen konzipierten Verbrennungsgangstufen zugestartet werden kann, wenn in der Hauptelektrofahrgangstufe gefahren wird. Hierdurch kann der Fahrkomfort mit einem solchen Antriebsstrang erhöht werden. Insbesondere kann reibungslos zwischen einem reinen Elektrobetrieb und einem Hybridbetrieb oder reinen Verbrennungsbetrieb gewechselt werden. Als Hauptfahrgangstufe ist vorzugsweise die Gangstufe des Getriebes zu verstehen, die beim Fahren mit der entsprechenden Antriebsmaschine hauptsächlich zum Einsatz kommt.

Ein Festsetzen eines Elements eines Planetenradsatzes ist insbesondere als ein Blockieren einer Drehung des Elements um seine Rotationsachse zu verstehen. Vorzugsweise wird dabei das Element mittels eines Schaltelements drehfest mit einem statischen Bauteil wie einem Rahmen und/oder einem Getriebegehäuse verbunden. Es ist auch denkbar, das Element bis zu einem Stillstand zu bremsen.
Ein Verblocken eines Planetenradsatzes umfasst ein antriebswirksames Verbinden zweier Zahnräder und/oder des Planetenradträgers und eines Zahnrads des Planetenradsatzes, sodass diese gemeinsam mit der gleichen Umdrehungszahl um denselben Punkt, vorzugsweise den Mittelpunkt des Planetenradsatzes, rotieren. Beim Verblocken zweier Zahnräder und/oder eines Planetenradträgers und eines Zahnrads des Planetenradsatzes wirkt der Planetenradsatz vorzugsweise wie eine Welle, es findet insbesondere keine Übersetzung im Planetenradsatz statt.
Unter „antriebswirksam verbunden“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine nicht schaltbare Verbindung zwischen zwei Bauteilen verstanden werden, welche zu einer permanenten Übertragung einer Drehzahl, eines Drehmoments und/oder einer Antriebsleistung vorgesehen ist. Die Verbindung kann dabei sowohl direkt oder über eine Festübersetzung erfolgen. Die Verbindung kann beispielsweise über eine feste Welle, eine Verzahnung, insbesondere eine Stirnradverzahnung und/oder ein Umschlingungsmittel, insbesondere ein Zugmittelgetriebe, erfolgen.
Unter „antriebswirksam verbindbar“, „kann antriebswirksam verbunden werden“ oder „ist zum antriebswirksamen Verbinden ausgebildet“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein schaltbares Verbinden zwischen zwei Bauteilen verstanden werden, welches in einem geschlossenen Zustand zu einer temporären Übertragung einer Drehzahl, eines Drehmoments und/oder einer Antriebsleistung vorgesehen ist. In einem geöffneten Zustand überträgt das schaltbare Verbinden vorzugsweise temporär im Wesentlichen keine Drehzahl, kein Drehmoment und/oder keine Antriebsleistung.
Unter Standladen bzw. Laden-in-Neutral ist insbesondere das Betreiben der elektrischen Antriebsmaschine als Generator zu verstehen, vorzugsweise bei einem Stillstand mit laufender Verbrennungsmaschine, um einen Energiespeicher zu befüllen und/oder eine Bordelektronik zu speisen.
Ein Aktor ist vorliegend insbesondere ein Bauteil, das ein elektrisches Signal in eine mechanische Bewegung umsetzt. Vorzugsweise führen Aktoren, die mit Doppelschaltelementen verwendet werden, Bewegungen in zwei entgegengesetzte Richtungen aus, um in der ersten Richtung ein Schaltelement des Doppelschaltelements zu schalten und in der zweiten Richtung das andere Schaltelement zu schalten.
Ein Gangstufenwechsel erfolgt insbesondere durch Abschalten eines Schaltelements und/oder einer Kupplung und gleichzeitiges Aufschalten des Schaltelements und/oder der Kupplung für die nächsthöhere oder -niedrigere Gangstufe. Das zweite Schaltelement und/oder die zweite Kupplung übernimmt also Stück für Stück das Drehmoment vom ersten Schaltelement und/oder von der ersten Kupplung, bis am Ende des Gangstufenwechsels das gesamte Drehmoment vom zweiten Schaltelement und/oder der zweiten Kupplung übernommen wird. Bei vorheriger Synchronisation kann ein Gangwechsel schneller erfolgen, vorzugsweise können dabei formschlüssige Schaltelemente Anwendung finden.
Eine Verbrennungsmaschine kann insbesondere jede Maschine sein, die durch Verbrennen eines Antriebsmittels, wie Benzin, Diesel, Kerosin, Ethanol, Flüssiggas, Autogas etc. eine Drehbewegung erzeugen kann. Eine Verbrennungsmaschine kann beispielsweise ein Ottomotor, ein Dieselmotor, ein Wankelmotor oder ein Zweitaktmotor sein.
Beim seriellen Fahren oder Kriechen wird eine elektrische Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs generatorisch von einer Verbrennungsmaschine des Kraftfahrzeugs betrieben. Die so erzeugte Energie wird dann einer weiteren elektrischen Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs zur Verfügung gestellt, um Antriebsleistung bereitzustellen.
Eine elektrische Fahrzeugachse, oder kurz elektrische Achse, ist vorzugsweise eine Nicht-Haupt-Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs, bei der mittels einer elektrischen Antriebsmaschine Antriebsleistung auf Räder des Kraftfahrzeugs übertragen werden kann. Es versteht sich, dass die elektrische Antriebsmaschine auch mittels eines Getriebes angebunden sein kann. Mittels einer elektrischen Achse kann ganz oder teilweise eine Zugkraft aufrechterhalten werden, wenn im Getriebe für eine Haupt-Antriebsachse ein Gangwechsel erfolgt. Ferner kann mittels einer elektrischen Achse zumindest teilweise eine Allrad-Funktionalität eingerichtet werden.
Ein elektrodynamisches Anfahrelement (EDA) bewirkt, dass über einen oder mehrere Planetenradsätze eine Drehzahlüberlagerung von Verbrennungsmaschinen-Drehzahl und elektrischer Antriebsmaschinen-Drehzahl stattfindet, sodass ein Anfahren eines Kraftfahrzeugs aus dem Stillstand bei laufender Verbrennungsmaschine, vorzugsweise ohne Reibkupplung, möglich ist. Dabei stützt die elektrische Antriebsmaschine ein Drehmoment ab. Vorzugsweise ist die Verbrennungsmaschine nicht mehr durch eine Anfahrkupplung oder dergleichen vom Getriebe trennbar. Durch Verwenden eines EDAs können vorzugsweise Anlasser, Generator und Anfahrkupplung beziehungsweise hydrodynamischer Wandler entfallen. Dabei baut ein EDA insbesondere so kompakt, dass alle Komponenten im serienmäßigen Kupplungsgehäuse ohne Verlängerung des Getriebes Platz finden. Das elektrodynamische Anfahrelement kann beispielsweise über einen weich abgestimmten Torsionsdämpfer fest mit einer Verbrennungsmaschine und insbesondere einem Schwungrad einer Verbrennungsmaschine verbunden sein. Somit können die elektrische Antriebsmaschine und die Verbrennungsmaschine wahlweise gleichzeitig oder alternativ betrieben werden. Hält das Kraftfahrzeug an, können elektrische Antriebsmaschine und Verbrennungsmaschine abgeschaltet werden. Aufgrund einer guten Regelbarkeit der elektrischen Antriebsmaschine wird eine sehr hohe Anfahrqualität erreicht, die der eines Antriebs mit Wandlerkupplung entsprechen kann.
Bei einer sogenannten elektrodynamischen Schaltung (EDS) findet wie beim EDA-Anfahren über einen oder mehrere Planetenradsätze eine Drehzahlüberlagerung von Verbrennungsmaschinen-Drehzahl und elektrischer Antriebsmaschinen-Drehzahl statt. Zum Schaltungsbeginn werden die Drehmomente der elektrischen Antriebsmaschine und der Verbrennungsmaschine angepasst, sodass das auszulegende Schaltelement lastfrei wird. Nach dem Öffnen dieses Schaltelements erfolgt eine Drehzahlanpassung unter Erhaltung der Zugkraft, sodass das einzulegende Schaltelement synchron wird. Nach dem Schließen des Schaltelements erfolgt die Lastaufteilung zwischen der Verbrennungsmaschine und der elektrischen Antriebsmaschine beliebig je nach Hybrid-Betriebsstrategie. Das elektrodynamische Schaltverfahren hat den Vorteil, dass das zu schaltende Schaltelement des Zielgangs durch das Zusammenspiel der elektrischen Antriebsmaschine und der Verbrennungsmaschine synchronisiert wird, wobei die elektrische Antriebsmaschine vorzugsweise präzise regelbar ist. Ein weiterer Vorteil des EDS-Schaltverfahrens ist, dass eine hohe Zugkraft erreicht werden kann, da sich die Drehmomente der Verbrennungsmaschine und der elektrischen Maschine im Hybridgetriebe summieren.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang;
2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
3 schematisch die Schaltzustände des Hybridgetriebes gemäß 2;
4 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
5 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
6 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
7 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
8 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
9 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
10 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes; und
11 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes.

In 1 ist schematisch ein Kraftfahrzeug 10 mit einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 gezeigt. Der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 weist eine erste elektrische Antriebsmaschine 14 und eine Verbrennungsmaschine 16 auf, die mittels eines Hybridgetriebes 18 mit einer Vorderachse des Kraftfahrzeugs 10 verbunden sind. Der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 umfasst in dem gezeigten Beispiel ferner eine optionale zweite elektrische Antriebsmaschine 20, die mit dem Hybridgetriebe 18 verbunden ist. Es versteht sich, dass das Hybridgetriebe 18 auch mit der Hinterachse des Kraftfahrzeugs 10 verbunden sein kann. Mittels des Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs 12 wird Antriebsleistung der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14, der Verbrennungsmaschine 16 und/oder der optionalen zweiten elektrischen Antriebsmaschine 20 den Rädern des Kraftfahrzeugs 10 zugeführt. Das Kraftfahrzeug 10 weist ferner einen Energiespeicher 22 auf, um Energie zu speichern, die zum Versorgen der ersten elektrische Antriebsmaschine 14 und/oder der zweiten elektrischen Antriebsmaschine 20 dient.
2 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18. Das Hybridgetriebe 18 weist eine erste Getriebeeingangswelle 24 und eine zweite Getriebeeingangswelle 26 auf, die dazu ausgebildet sind, Antriebsleistung der Antriebsmaschinen 14, 16, 20 in das Hybridgetriebe 18 zu übertragen.
Ferner umfasst das Hybridgetriebe 18 eine erste Vorgelegewelle 28 und eine zweite Vorgelegewelle 30 sowie sieben gangbildende Stirnradpaare, die mit ST1 bis ST7 bezeichnet sind.
Die erste Vorgelegewelle 28 ist mit einem Abtrieb 32 des Hybridgetriebes 18 über ein Abtriebszahnrad verbunden. Die zweite Vorgelegewelle 30 ist nicht direkt mit dem Abtrieb 32 verbunden.
Die erste Getriebeeingangswelle 24 weist eine Verbrennungsmaschinenkupplung K0 auf, die dazu ausgebildet ist, die erste Getriebeeingangswelle 24 lösbar antriebswirksam mit einer nicht gezeigten Verbrennungsmaschine 16 zu verbinden. In dem gezeigten Beispiel ist die erste Getriebeeingangswelle 24 als Vollwelle ausgebildet. Die zweite Getriebeeingangswelle 26 ist als Hohlwelle ausgebildet und umgibt die erste Getriebeeingangswelle 24 zumindest abschnittsweise.
Die zweite Getriebeeingangswelle 26 ist antriebswirksam mit der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 verbunden, die als Koaxialmaschine ausgebildet ist. Die erste Getriebeeingangswelle 24, die zweite Getriebeeingangswelle 26 und die erste elektrische Antriebsmaschine 14 sind koaxial zueinander angeordnet.
Das erste Stirnradpaar ST1 und das zweite Stirnradpaar ST2 sind an der zweiten Getriebeeingangswelle 26 und der ersten Vorgelegewelle 28 angeordnet, wobei die zweite Getriebeeingangswelle 26 ausschließlich Festräder der Zahnradpaare ST1, ST2 umfasst, und die erste Vorgelegewelle 28 die Losräder der vorgenannten Stirnradpaare ST1, ST2 aufweist.
Das dritte Stirnradpaar ST3 und das vierte Stirnradpaar ST4 weisen jeweils ein an der ersten Getriebeeingangswelle 24 angeordnetes Festrad auf, das jeweils mit einem an der ersten Vorgelegewelle 28 angeordneten Losrad kämmt.
Das fünfte Stirnradpaar ST5 und das sechste Stirnradpaar ST6 weisen ein an der zweiten Vorgelegewelle 30 angeordnetes Losrad auf, das mit dem an der zweiten Getriebeeingangswelle 26 angeordneten Losrad des ersten Stirnradpaars ST1 und des zweiten Stirnradpaars ST2 kämmt. Insbesondere bildet das erste Stirnradpaar ST1 mit dem fünften Stirnradpaar ST5 eine Doppelradebene und das zweite Stirnradpaar ST2 mit dem sechsten Stirnradpaar ST6 eine Doppelradebene.
Das siebte Stirnradpaar ST7 weist ein an der ersten Getriebeeingangswelle 24 angeordnetes Festrad auf, das mit einem an der zweiten Vorgelegewelle 30 angeordneten Festrad kämmt.
Die zweite elektrische Antriebsmaschine 20 ist über eine Zahnradkette antriebswirksam mit dem Festrad des vierten Stirnradpaars ST4 verbunden. Die zweite elektrische Antriebsmaschine 20 ist folglich als achsparallele Antriebsmaschine ausgebildet.
Das Hybridgetriebe 18 weist sechs Schaltelemente A bis F auf. Die Schaltelemente sind vorzugsweise als formschlüssige Schaltelemente, insbesondere Klauenschaltelemente, ausgebildet.
Das erste Schaltelement A ist dazu ausgebildet, das sechste Stirnradpaar ST6 antriebswirksam zu schalten, also das an der zweiten Vorgelegewelle 30 angeordnete Losrad antriebswirksam mit der zweiten Vorgelegewelle 30 zu verbinden.
Das zweite Schaltelement B ist mit dem ersten Schaltelement A zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst und dazu ausgebildet, das fünfte Stirnradpaar ST5 antriebswirksam zu schalten.
Das dritte Schaltelement C ist dazu ausgebildet, das dritte Stirnradpaar ST3 antriebswirksam zu schalten, also das an der ersten Vorgelegewelle 28 angeordnete Losrad des dritten Stirnradpaars ST3 antriebswirksam mit der ersten Vorgelegewelle 28 zu verbinden.
Das vierte Schaltelement D ist mit dem dritten Schaltelement C zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst und dazu ausgebildet, das vierte Stirnradpaar ST4 antriebswirksam zu schalten.
Das fünfte Schaltelement E ist dazu ausgebildet, das erste Stirnradpaar ST1 antriebswirksam zu schalten, also das an der ersten Vorgelegewelle 28 angeordnete Losrad des ersten Stirnradpaars ST1 antriebswirksam mit der ersten Vorgelegewelle 28 zu verbinden.
Das sechste Schaltelement F ist mit dem fünften Schaltelement E zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst und dazu ausgebildet, das zweite Stirnradpaar ST2 antriebswirksam zu schalten.
An der ersten Vorgelegewelle ist ein Parksperrenrad angeordnet, das in der Figur gestrichelt dargestellt ist.
In 3 sind in einer Schaltmatrix 34 in einer ersten Spalte die Verbrennungsgangstufen V1 bis V4, zwei Zusatzverbrennungsgangstufen Z1, Z2, die Elektrogangstufen für die erste elektrische Antriebsmaschine 14 E1.1 bis E1.6 und die Elektrogangstufen für die zweite elektrische Antriebsmaschine 20 E2.1 bis E2.6 gezeigt. In der zweiten bis achten Spalte sind die Schaltzustände der Verbrennungsmaschinenkupplung K0 sowie der Schaltelemente A bis F gezeigt, wobei ein „X“ bedeutet, dass das jeweilige Schaltelement bzw. die Verbrennungsmaschinenkupplung K0 geschlossen ist, also die zugeordneten Getriebebauteile antriebswirksam miteinander verbindet. Sofern kein Eintrag vorhanden ist, ist davon auszugehen, dass das entsprechende Schaltelement bzw. die Verbrennungsmaschinenkupplung K0 offen ist, also keine Antriebsleistung überträgt.
Zum Einrichten der ersten Verbrennungsgangstufe V1 sind die Verbrennungsmaschinenkupplung K0 sowie das erste Schaltelement A und das fünfte Schaltelement E zu schließen.
Ein Schließen der Verbrennungsmaschinenkupplung K0, des zweiten Schaltelements B und des fünften Schaltelements E richtet die zweite Verbrennungsgangstufe V2 ein.
Eine erste Variante der dritten Verbrennungsgangstufe V3.1 kann durch Schließen der Verbrennungsmaschinenkupplung K0, des dritten Schaltelements C und des fünften Schaltelements E eingerichtet werden.
Eine zweite Variante der dritten Verbrennungsgangstufe V3.2 kann durch Schließen der Verbrennungsmaschinenkupplung K0, des dritten Schaltelements C und des sechsten Schaltelements F eingerichtet werden.
Ein Schließen der Verbrennungsmaschinenkupplung K0, des vierten Schaltelements D und des fünften Schaltelements E richtet eine erste Variante der vierten Verbrennungsgangstufe V4.1 ein.
Eine zweite Variante der vierten Verbrennungsgangstufe V4.2 kann durch Schließen der Verbrennungsmaschinenkupplung K0, des vierten Schaltelements D und des sechsten Schaltelements F eingerichtet werden.
Ein Schließen der Verbrennungsmaschinenkupplung K0, des ersten Schaltelements A und des sechsten Schaltelements F richtet eine erste Zusatzverbrennungsgangstufe Z1 ein.
Eine zweite Zusatzverbrennungsgangstufe Z2 kann durch Schließen der Verbrennungsmaschinenkupplung K0, des zweiten Schaltelements B und des sechsten Schaltelements F eingerichtet werden.
Im Folgenden werden die Schaltzustände für die Elektrogangstufen der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 beschrieben. In der Schaltmatrix 34 sind diese durch ein vorgestelltes E1 gekennzeichnet.
Die erste Elektrogangstufe E1.1 kann durch Schließen des fünften Schaltelements E eingerichtet werden.
Ein Schließen des sechsten Schaltelements F richtet eine zweite Elektrogangstufe E1.2 ein.
Eine dritte Elektrogangstufe E1.3 kann durch Schließen des ersten Schaltelements A und des dritten Schaltelements C eingerichtet werden.
Ein Schließen des ersten Schaltelements A und des vierten Schaltelements D richtet eine vierte Elektrogangstufe E1.4 ein.
Eine fünfte Elektrogangstufe E1.5 kann durch Schließen des zweiten Schaltelements B und des dritten Schaltelements C eingerichtet werden.
Ein Schließen des zweiten Schaltelements B und des vierten Schaltelements D richtet eine sechste Elektrogangstufe E1.6 ein.
Im Folgenden werden die Elektrogangstufen für die zweite elektrische Antriebsmaschine 20 beschrieben. In der Schaltmatrix 34 ist das durch ein vorgestelltes E2 gekennzeichnet.
Die erste Elektrogangstufe E2.1 kann durch Schließen des dritten Schaltelements C eingerichtet werden.
Ein Schließen des vierten Schaltelements D richtet die zweite Elektrogangstufe E2.2 ein.
Die dritte Elektrogangstufe E2.3 kann durch Schließen des fünften Schaltelements E und des ersten Schaltelements A eingerichtet werden.
Die vierte Elektrogangstufe E2.4 kann durch Schließen des ersten Schaltelements A und des sechsten Schaltelements F eingerichtet werden.
Ein Schließen des zweiten Schaltelements B und des fünften Schaltelements E richtet die fünfte Elektrogangstufe E2.5 ein.
Die sechste Elektrogangstufe E2.6 kann durch Schließen des zweiten Schaltelements B und des sechsten Schaltelements F eingerichtet werden.
Die Verbrennungsgangstufen sind auch als Elektrogangstufen für die zweite elektrische Antriebsmaschine 20 nutzbar, wenn die Verbrennungsmaschinenkupplung K0 geöffnet wird. Hierbei kann mit beiden elektrischen Antriebsmaschinen 14, 20 rein elektrisch gefahren werden. Im rein elektrischen Betrieb sind Lastschaltungen möglich, indem die erste elektrische Antriebsmaschine 14 die Zugkraft stützt, wenn Schaltungen für die zweite elektrische Antriebsmaschine 20 durchgeführt werden. Ferner kann die zweite elektrische Antriebsmaschine 20 die Zugkraft stützen, wenn Schaltungen für die erste elektrische Antriebsmaschine 14 durchgeführt werden.
Im verbrennungsmotorischen bzw. hybridischen Betrieb bleibt die Verbrennungsmaschinenkupplung K0 immer geschlossen. Hierdurch ist die Verbrennungsmaschine 16 immer mit der zweiten elektrischen Antriebsmaschine 20 verbunden.
Mittels der zweiten elektrischen Antriebsmaschine 20 können insbesondere die folgenden Funktionen abgedeckt werden. Es kann ein Start der Verbrennungsmaschine 16 aus rein elektrischer Fahrt erfolgen. Mittels der zweiten elektrischen Antriebsmaschine 20 kann eine Bordnetzversorgung aufrechterhalten werden. Es kann ein serielles Kriechen und Fahren sowohl vorwärts als auch rückwärts eingerichtet werden. Zudem kann die zweite elektrische Antriebsmaschine 20 die Verbrennungsmaschine 16 bei der Drehzahlregelung unterstützen, insbesondere beim Ankoppeln und bei Schaltungen. Die Verbrennungsmaschine 16 kann in alle Verbrennungsgangstufen V1 bis V4 angekoppelt werden, wenn die erste elektrische Antriebsmaschine 14 die erste Elektrogangstufe E1.1 nutzt. Die Verbrennungsmaschine 16 kann in die dritte Gangstufe V3, die vierte Gangstufe V4 und auch die beiden Zusatzgangstufen Z1, Z2 angekoppelt werden, wenn die erste elektrische Antriebsmaschine die zweite Elektrogangstufe E1.2 nutzt.
Die zweite elektrische Antriebsmaschine 20 kann beim Entlasten des ersten bis vierten Schaltelements A, B, C, D unterstützen, indem die zweite elektrische Antriebsmaschine 20 generatorisch arbeitet. Der so erzeugte Strom kann vorteilhafterweise von der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 zur Zugkraftunterstützung genutzt werden.
Mit der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 können insbesondere die folgenden Funktionen abgedeckt werden. Es kann ein elektrischer Fahrzeugantrieb zum Anfahren sowohl vorwärts als auch rückwärts erfolgen. Es kann eine Stützung der Zugkraft bei Schaltung für die Verbrennungsmaschine 16 erfolgen.
Die erste elektrische Antriebsmaschine 14 kann über die erste Elektrogangstufe E1.1 oder die zweite Elektrogangstufe E1.2 die Zugkraft aufrechterhalten, wenn ein Wechsel bei einem der Schaltelemente A bis D erfolgt. Über das erste Schaltelement A oder das zweite Schaltelement B kann die erste elektrische Antriebsmaschine 14 mit der Verbrennungsmaschine 16 verbunden werden, hierzu muss, sofern vorhanden, die Verbrennungsmaschinenkupplung K0 geschlossen werden. Hierdurch kann die erste elektrische Antriebsmaschine 14 die Verbrennungsmaschine 16 starten oder generatorisch zur Stromerzeugung für einen Verbraucher, beispielsweise bei einem Fahrzeugstillstand, dienen.
Eine Lastschaltung von der ersten Verbrennungsgangstufe V1 in die zweite Verbrennungsgangstufe V2 im Hybridbetrieb kann beispielsweise wie folgt erfolgen.
Ausgangspunkt ist die erste Verbrennungsgangstufe V1, bei der die Verbrennungsmaschinenkupplung K0, das erste Schaltelement A und das fünfte Schaltelement E geschlossen sind. Es erfolgt ein Lastabbau am ersten Schaltelement A und ein gleichzeitiger Lastaufbau an der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14. Der Lastabbau kann erfolgen, indem die Verbrennungsmaschine 16 und die zweite elektrische Antriebsmaschine 20 das Moment abbauen oder wenn die zweite elektrische Antriebsmaschine 20 das Moment der Verbrennungsmaschine 16 generatorisch ausgleicht, so dass die Summe der Momente von Verbrennungsmaschine 16 und zweiter elektrischer Antriebsmaschine 20 im Wesentlichen 0 ist. Sodann wird das erste Schaltelement A geöffnet. Die Drehzahl der Verbrennungsmaschine 16 und der zweiten elektrischen Antriebsmaschine 20 wird abgesenkt, so dass das zweite Schaltelement B synchron wird. Dazu kann beispielsweise die zweite elektrische Antriebsmaschine 20 generatorisch arbeiten, was bevorzugt ist. Alternativ kann die Verbrennungsmaschine 16 auch in den Schubbetrieb gehen. Sodann kann das zweite Schaltelement B eingelegt werden.
Eine Absenkung der Drehzahl der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 im Hybridbetrieb kann beispielsweise wie folgt erfolgen. Im Hintergrund kann von der ersten Elektrogangstufe E1.1 in die zweite Elektrogangstufe E1.2 gewechselt werden. Dadurch wird die Drehzahl der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 abgesenkt. Diese Umschaltung erfolgt während die Verbrennungsmaschine 16 und/oder die zweite elektrische Antriebsmaschine 20 in der dritten Gangstufe oder der vierten Gangstufe die Zugkraft aufrechterhält.
Im Hybridbetrieb kann die erste elektrische Antriebsmaschine 14 abgekoppelt werden, wenn die Verbrennungsmaschine 16 die dritte oder vierte Gangstufe nutzt. Hierdurch ist ein effizienter verbrennungsmotorischer Fahrbetrieb möglich.
Es versteht sich, dass die zweite elektrische Antriebsmaschine 20 gegebenenfalls kleiner dimensioniert werden kann als die erste elektrische Antriebsmaschine 14, da die zweite elektrische Antriebsmaschine 20 keine wesentlichen Fahrfunktionen erfüllen muss.
Im Hybridgetriebe sind sieben Stirnradpaare ST1 bis ST7 verbaut, die für die Verbrennungsmaschine 16 vier Gangstufen plus zwei optionale Gangstufen bilden. Auf der zweiten Getriebeeingangswelle 26 sind die beiden Elektrogangstufen E1 und E2 angeordnet. Die kürzere der beiden Gangstufen E1.1 wird für die Verbrennungsmaschine 16 als erste Gangstufe V1 und als zweite Gangstufe V2 mitgenutzt. Hierbei erfolgt eine Teilgetriebekopplung über das erste Schaltelement A und das zweite Schaltelement B. Die länger übersetzte zweite Elektrogangstufe E2 wird für die Verbrennungsmaschine 16 nicht genutzt. Dabei ist die erste Elektrogangstufe E1 als Hauptfahrgang im rein elektrischen Betrieb konzipiert vom Anfahren bis zu mittleren Fahrgeschwindigkeiten von etwa 70 bis 100 km/h. Wenn die erste Elektrogangstufe E1 genutzt wird, sind alle vier Verbrennungsgangstufen V1 bis V4 zustartbar, also für die Verbrennungsmaschine 16 verfügbar, indem nur ein weiteres Schaltelement geschlossen wird.
Die zweite Elektrogangstufe E2 wird typischerweise nur bei höheren Geschwindigkeiten genutzt, vorteilhafterweise wird hier die erste Verbrennungsgangstufe V1 nicht benötigt.
In 4 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführungsform umfasst das Hybridgetriebe 18 gemäß der 4 keine Verbrennungsmaschinenkupplung K0. Hierdurch kann das Hybridgetriebe vereinfacht aufgebaut werden und es wird zum Betrieb des Hybridgetriebes 18 ein Aktor weniger benötigt. Folglich kann das Hybridgetriebe 18 mit insgesamt nur noch drei Aktoren ausgeführt werden.
Durch Wegfall der Verbrennungsmaschinenkupplung K0 ist kein rein elektrischer Fahrbetrieb mittels der zweiten elektrischen Antriebsmaschine 20 mehr möglich und auch keine rein elektrische Lastschaltung.
In 5 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführungsform ist die Verbrennungsmaschinenkupplung K0 als Reibschaltelement ausgeführt und nicht als formschlüssiges Schaltelement. Hierdurch kann die Verbrennungsmaschinenkupplung K0 auch unter Last geöffnet werden, wie beispielsweise bei einer Vollbremsung oder einer Fehlfunktion der Verbrennungsmaschine 16. Ferner kann die Verbrennungsmaschinenkupplung K0 auch unter Drehzahldifferenz geschlossen werden, so dass ein sogenannter Schwungstart der Verbrennungsmaschine 16 mittels der zweiten elektrischen Antriebsmaschine 20 möglich ist. Hierbei wird die Trägheitsmasse der zweiten elektrischen Antriebsmaschine 20 zum Start der Verbrennungsmaschine 16 genutzt.
In 6 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführungsform sind das dritte Stirnradpaar ST3 und das siebte Stirnradpaar ST7 in einer Doppelradebene angeordnet und nutzen folglich gemeinsam ein an der ersten Getriebeeingangswelle 24 angeordnetes Festrad. Hierdurch wird insgesamt ein Festrad weniger benötigt. Mit anderen Worten wird das Festrad des dritten Stirnradpaars ST3 auch für das siebte Stirnradpaar ST7 genutzt.
In 7 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführungsform umfasst das Hybridgetriebe 18 gemäß der 7 keine zweite elektrische Antriebsmaschine 20.
Hierdurch können Kosten eingespart werden. Insbesondere sind bei einer Ausführungsform mit nur der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 kein serielles Fahren, keine rein elektrischen Lastschaltungen sowie kein Verbrennungsmaschinenstart aus rein elektrischer Fahrt mehr möglich. Ferner kann keine Unterstützung der Drehzahlregelung der Verbrennungsmaschine 16 beim Ankoppeln und bei Schaltungen mehr erfolgen.
Weiterhin ist im Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführungsform keine Verbrennungsmaschinenkupplung K0 vorhanden.
In 8 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu den in 7 gezeigten Ausführungsform sind das vierte Stirnradpaar ST4 und das siebte Stirnradpaar ST7 in einer Doppelradebene angeordnet, nutzen also das an der ersten Getriebeeingangswelle 24 angeordnete Festrad gemeinsam.
Hierdurch ist ein einfacherer Aufbau des Hybridgetriebes 18 möglich. Zudem wird ein Festrad weniger benötigt.
In 9 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführungsform umfasst das Hybridgetriebe gemäß der 9 kein zweites Stirnradpaar ST2 mehr. Ferner ist das erste Stirnradpaar ST1 nicht mehr schaltbar ausgeführt, umfasst folglich zwei Festräder, die an der zweiten Getriebeeingangswelle 26 bzw. an der ersten Vorgelegewelle 28 angeordnet sind. Hierdurch können Kosten eingespart werden, wobei die erste elektrische Antriebsmaschine 14 nur noch eine elektrische Gangstufe E1.1 aufweist. Ferner kann auf das fünfte Schaltelement E und das sechste Schaltelement F verzichtet werden und folglich ein Aktor eingespart werden.
In 10 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 9 gezeigten Ausführungsform ist das erste Stirnradpaar ST1 nicht mehr mit dem fünften Stirnradpaar ST5 in einer Radsatzebene angeordnet. Das erste Stirnradpaar ST1 ist durch ein an der ersten Vorgelegewelle 28 angeordnetes Festrad und ein an der zweiten Getriebeeingangswelle 26 angeordnetes Festrad gebildet. Hierdurch kann eine höhere Flexibilität der Übersetzung, die durch das erste Stirnradpaar ST1 eingerichtet wird, erreicht werden. Die zusätzliche Radebene, in der das erste Stirnradpaar ST1 angeordnet ist, kann parallel zur Ebene des Doppelschaltelements umfassend das erste Schaltelement A und das zweite Schaltelement B angeordnet werden. Hierdurch kann eine Kompaktheit des Hybridgetriebes 18 beibehalten werden.
In 11 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführungsform ist die erste elektrische Antriebsmaschine 14 über einen Planetenradsatz RS antriebswirksam mit der zweiten Getriebeeingangswelle 26 verbunden. Die erste elektrische Antriebsmaschine 14 ist dabei mit einem Hohlrad des Planetenradsatzes RS verbunden, wobei die zweite Getriebeeingangswelle 26 mit einem Planetenradträger des Planetenradsatzes RS verbunden ist. Ein Sonnenrad des Planetenradsatzes RS ist festgesetzt, also mit einem vorzugsweise gehäusefesten Bauteil drehfest verbunden.
Der Planetenradsatz RS ist vorzugsweise radial und axial innerhalb der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 angeordnet. Durch den Planetenradsatz kann eine Vorübersetzung der Antriebsleistung der ersten elektrischen Antriebsmaschine erfolgen. Dieses Getriebeschema entspricht einer sogenannten HEV-Konfiguration, bei der nur ein kleiner elektrischer Energiespeicher 22 mit begrenzter Leistung zur Verfügung steht. Die zweite elektrische Antriebsmaschine 20 steht daher nicht als Fahrmaschine zur Verfügung und wird als Generator betrieben. Hierdurch ist die Vorübersetzung der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 mittels des Planetenradsatzes RS sinnvoll, da die erste elektrische Antriebsmaschine 14 im rein elektrischen Fahrbetrieb auch ohne die Unterstützung der zweiten elektrischen Antriebsmaschine 20 hohe Momente aufbringen kann.
Das Hybridgetriebe 18 weist ferner keine Verbrennungsmaschinenkupplung K0 auf, da kein rein elektrischer Betrieb mit beiden elektrischen Antriebsmaschinen 14, 20 benötigt wird.
Die Erfindung wurde anhand der Zeichnungen und der Beschreibung umfassend beschrieben und erklärt. Die Beschreibung und Erklärung sind als Beispiel und nicht einschränkend zu verstehen. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer genauen Analyse der Zeichnungen, der Offenbarung und der nachfolgenden Patentansprüche.
In den Patentansprüchen schließen die Wörter „umfassen“ und „mit“ nicht das Vorhandensein weiterer Elemente oder Schritte aus. Der undefinierte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt nicht das Vorhandensein einer Mehrzahl aus. Ein einzelnes Element oder eine einzelne Einheit kann die Funktionen mehrerer der in den Patentansprüchen genannten Einheiten ausführen. Die bloße Nennung einiger Maßnahmen in mehreren verschiedenen abhängigen Patentansprüchen ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht ebenfalls vorteilhaft verwendet werden kann. Ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs 12 kann beispielsweise in Form eines Computerprogramms realisiert werden, das auf einem Steuergerät für den Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs 12 ausgeführt wird. Ein Computerprogramm kann auf einem nichtflüchtigen Datenträger gespeichert/vertrieben werden, beispielsweise auf einem optischen Speicher oder auf einem Halbleiterlaufwerk (SSD). Ein Computerprogramm kann zusammen mit Hardware und/oder als Teil einer Hardware vertrieben werden, beispielsweise mittels des Internets oder mittels drahtgebundener oder drahtloser Kommunikationssysteme. Bezugszeichen in den Patentansprüchen sind nicht einschränkend zu verstehen.
Bezugszeichen

10: Kraftfahrzeug
12: Kraftfahrzeug-Antriebsstrang
14: erste elektrische Antriebsmaschine
16: Verbrennungsmaschine
18: Hybridgetriebe
20: zweite elektrische Antriebsmaschine
22: Energiespeicher
24: erste Getriebeeingangswelle
26: zweite Getriebeeingangswelle
28: erste Vorgelegewelle
30: zweite Vorgelegewelle
32: Abtrieb
34: Schaltmatrix
A-F: Schaltelemente
K0: Verbrennungsmaschinenkupplung
RS: erster Planetenradsatz
ST1-ST7: Stirnradpaare

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 102010030573 A1 [0006]

Claims

Hybridgetriebe (18) für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) eines Kraftfahrzeugs (10), mit: einer ersten Getriebeeingangswelle (24) zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer Verbrennungsmaschine (16) des Kraftfahrzeugs; einer zweiten Getriebeeingangswelle (26) zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer ersten elektrischen Antriebsmaschine (14) des Kraftfahrzeugs, einer ersten Vorgelegewelle (28), die mit einem Abtrieb (32) des Hybridgetriebes antriebswirksam verbunden ist; einer zweiten Vorgelegewelle (30), die vom Abtrieb des Hybridgetriebes entkoppelt ist; in mehreren Radsatzebenen angeordneten Stirnradpaaren (ST1, ST2, ST3, ST4, ST5, ST6, ST7) zum Bilden von Gangstufen; und mehreren Gangschaltvorrichtungen mit Schaltelementen (A, B, C, D, E, F) zum Einlegen der Gangstufen; wobei die Schaltelemente der Gangschaltvorrichtungen an der ersten Vorgelegewelle und/oder der zweiten Vorgelegewelle angeordnet sind.
Hybridgetriebe (18) nach Anspruch 1, wobei die erste Getriebeeingangswelle (24) mittels eines Stirnradpaars (ST7) umfassend zwei Festräder antriebswirksam mit der zweiten Vorgelegewelle (30) verbunden ist.
Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Hybridgetriebe ein mit einer zweiten elektrischen Antriebsmaschine (20) antriebswirksam verbindbares Festrad aufweist, das mit einem Festrad der ersten Getriebeeingangswelle (24) in Eingriff ist, um Antriebsleistung der zweiten elektrischen Antriebsmaschine in das Hybridgetriebe zu leiten.
Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Getriebeeingangswelle (24) und/oder die zweite Getriebeeingangswelle (26) eine Doppelradebene, bevorzugt jeweils zwei Doppelradebenen, aufweist.
Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Getriebeeingangswelle (24) und die zweite Getriebeeingangswelle (26) koaxial zueinander angeordnet sind; die erste Getriebeeingangswelle als Vollwelle ausgebildet ist; die zweite Getriebeeingangswelle als Hohlwelle ausgebildet ist; und die zweite Getriebeeingangswelle die erste Getriebeeingangswelle zumindest abschnittsweise umgibt.
Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Hybridgetriebe genau sechs oder genau sieben gangbildende Stirnradpaare (ST1, ST2, ST3, ST4, ST5, ST6, ST7) umfasst.
Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Getriebeeingangswelle (24) eine Verbrennungsmaschinenkupplung (K0) zum lösbaren antriebswirksamen Verbinden der ersten Getriebeeingangswelle mit der Verbrennungsmaschine (16) umfasst.
Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein erstes Schaltelement (A) dazu ausgebildet ist, die zweite Getriebeeingangswelle (26) mittels eines sechsten Stirnradpaars (ST6) antriebswirksam mit der zweiten Vorgelegewelle (30) zu verbinden; ein zweites Schaltelement (B) dazu ausgebildet ist, die zweite Getriebeeingangswelle mittels eines fünften Stirnradpaars (ST5) antriebswirksam mit der zweiten Vorgelegewelle zu verbinden; ein drittes Schaltelement (C) dazu ausgebildet ist, die erste Getriebeeingangswelle (24) mittels eines dritten Stirnradpaars (ST3) antriebswirksam mit der ersten Vorgelegewelle (28) zu verbinden; ein viertes Schaltelement (D) dazu ausgebildet ist, die erste Getriebeeingangswelle mittels eines vierten Stirnradpaars (ST4) antriebswirksam mit der ersten Vorgelegewelle zu verbinden; vorzugsweise ein fünftes Schaltelement (E) dazu ausgebildet ist, die zweite Getriebeeingangswelle mittels eines ersten Stirnradpaars (ST1) antriebswirksam mit der ersten Vorgelegewelle zu verbinden; und/oder vorzugsweise ein sechstes Schaltelement (F) dazu ausgebildet ist, die zweite Getriebeeingangswelle mittels eines zweiten Stirnradpaars (ST2) antriebswirksam mit der ersten Vorgelegewelle zu verbinden.
Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schaltelemente (A, B, C, D, E, F) als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet sind; und/oder wenigstens zwei der Schaltelemente, bevorzugt alle Schaltelemente, als Doppelschaltelement ausgebildet sind und von einem doppeltwirkenden Aktor betätigbar sind.
Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) für ein Kraftfahrzeug (10), mit: einem Hybridgetriebe (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche; einer Verbrennungsmaschine (16), die mit der ersten Getriebeeingangswelle (24) verbindbar ist; und einer ersten elektrischen Antriebsmaschine (14), die mit der zweiten Getriebeeingangswelle (26) antriebswirksam verbunden ist.
Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach Anspruch 10, mit einer zweiten elektrischen Antriebsmaschine (20), die mit der ersten Getriebeeingangswelle (24) verbunden ist und vorzugsweise achsparallel zur ersten Getriebeeingangswelle (24) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach Anspruch 10 oder 11, wobei: das Hybridgetriebe (18) einen Planetenradsatz (RS) aufweist, der in Leistungsflussrichtung zwischen der zweiten Getriebeeingangswelle (26) und der ersten elektrischen Antriebsmaschine (14) angeordnet ist und eine Antriebsleistung der ersten elektrischen Antriebsmaschine übersetzt; die erste elektrische Antriebsmaschine (14) als Koaxialmaschine ausgebildet ist; und der Planetenradsatz zumindest abschnittsweise axial und/oder radial innerhalb der ersten elektrischen Antriebsmaschine angeordnet ist.
Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs (12) nach einem der Ansprüche 10 bis 12.
Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, mit den Schritten: Fahren in einer Elektrogangstufe (E1.1), die vorzugsweise als Hauptelektrofahrgangstufe konzipiert ist; und Zustarten der Verbrennungsmaschine in einer der Verbrennungsgangstufen, die als Hauptverbrennungsfahrgangstufen (V1, V2, V3, V4) konzipiert sind, wobei die Verbrennungsmaschine (16) in jeder der als Hauptverbrennungsfahrgangstufen konzipierten Verbrennungsgangstufen zugestartet werden kann, wenn in der Hauptelektrofahrgangstufe gefahren wird.
Kraftfahrzeug (10) mit: einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang (12) nach einem der Ansprüche 11 bis 13; und einem Energiespeicher (22) zum Speichern von Energie zum Versorgen der ersten elektrischen Antriebsmaschine (14) und/oder der zweiten elektrischen Antriebsmaschine (20).