DE112018007598T5 - Hybridgetriebe und Fahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein in einem Fahrzeug verwendetes Hybridgetriebe und ein Fahrzeug. Das Hybridgetriebe umfasst eine erste elektrische Maschine, eine zweite elektrische Maschine, eine Getriebeeingangswelle und eine Getriebeausgangswelle, wobei eine Brennkraftmaschine über eine Kupplung mit der Getriebeeingangswelle verbunden ist, die erste elektrische Maschine das Drehmoment auf die Getriebeeingangswelle überträgt und die zweite elektrische Maschine das Drehmoment auf die Getriebeausgangswelle überträgt, wobei auf der Getriebeeingangswelle ein erstes Zahnrad, ein drittes Zahnrad, ein fünftes Zahnrad und ein erster Synchronisierer angeordnet sind und auf der Getriebeausgangswelle ein zweites Zahnrad, ein viertes Zahnrad, ein sechstes Zahnrad und ein zweiter Synchronisierer angeordnet sind, wobei das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad ineinandergreifen, das dritte Zahnrad und das vierte Zahnrad ineinandergreifen und das fünfte Zahnrad und das sechste Zahnrad ineinandergreifen. Das Fahrzeug, das die vorliegende Erfindung betrifft, umfasst das oben beschriebene Hybridgetriebe.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein in einem Fahrzeug verwendetes Hybridgetriebe, wobei das Hybridgetriebe eine erste elektrische Maschine, eine zweite elektrische Maschine, eine Getriebeeingangswelle und eine Getriebeausgangswelle umfasst, wobei eine Brennkraftmaschine über eine Kupplung mit der Getriebeeingangswelle verbunden ist, die erste elektrische Maschine das Drehmoment auf die Getriebeeingangswelle überträgt und die zweite elektrische Maschine das Drehmoment auf die Getriebeausgangswelle überträgt. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein mit dem oben beschriebenen Hybridgetriebe ausgestattetes Fahrzeug.
  • Hintergrund der Erfindung
  • In einem aktuellen Plug-in-Hybridantriebssystem sind zwei elektrische Maschinen mit dem Hybridgetriebe verbunden angeordnet, und eine Brennkraftmaschine ist über eine Hydraulikkupplung mit dem Hybridgetriebe verbunden, so dass diverse Betriebsmodi des Hybridgetriebes realisiert werden können. Die bereits bekannten Hybridgetriebe können jedoch für elektrische Traktionsmaschinen und Brennkraftmaschinen nur einen Gang bereitstellen, was unzureichend ist, um den Arbeitspunkt der elektrischen Maschine oder der Brennkraftmaschine zu optimieren. Die Hydraulikkupplung wird je nach dem Fahrzustand verbunden oder gelöst, um das Umschalten zwischen Hybridantrieb und reinem Elektroantrieb zu realisieren, so ist etwa bei einer Fahrt auf der Straße der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine höher, das Fahrzeug fährt mit einer höheren Geschwindigkeit, wobei zu diesem Zeitpunkt die Hydraulikkupplung verbunden ist und die Brennkraftmaschine lediglich über einen Gang das Drehmoment ausgibt, wodurch die Drehgeschwindigkeit des Motors und die tatsächliche Fahrgeschwindigkeit der Fahrzeugräder nicht aufeinander abgestimmt werden können und der Motor seine Leistung nicht optimal entfalten kann, so dass zu diesem Zeitpunkt der integrierte Starter lediglich als Generator verwendet wird und er kein Drehmoment ausgeben kann; im Stadtverkehr hat die Brennkraftmaschine einen sehr niedrigen Wirkungsgrad, das Fahrzeug fährt ebenfalls mit einer relativ niedrigen Geschwindigkeit, die Hydraulikkupplung ist gelöst, das Drehmoment wird lediglich durch einen Gang der elektrischen Maschine ausgegeben, und aufgrund der begrenzten Leistung der elektrischen Maschine kann auch kein großes Drehmoment ausgegeben werden. Daher ist die Leistung eines Hybridantriebssystems mit einem Gang keineswegs optimal. Weil außerdem das Traktionsdrehmoment von elektrischen Maschinen begrenzt ist, sind im Allgemeinen zusätzliche Hinterradantriebsvorrichtungen erforderlich, so dass die Kosten von Hybridantriebssystemen sehr hoch sind.
  • Darstellung der Erfindung
  • Das durch die vorliegende Erfindung zu lösende technische Problem besteht darin, ein Hybridgetriebe für Hybridfahrzeuge zu entwickeln, das eine kompakte Anordnungsstruktur aufweist und dafür sorgen kann, dass Hybridfahrzeuge unter verschiedenen Fahrbedingungen sowohl die Antriebsleistung als auch einen sparsamen Kraftstoffverbrauch berücksichtigen können.
  • Das oben beschriebene technische Problem wird bei der vorliegenden Erfindung durch das in einem Fahrzeug verwendete Hybridgetriebe gelöst, wobei das Hybridgetriebe eine erste elektrische Maschine, eine zweite elektrische Maschine, eine Getriebeeingangswelle und eine Getriebeausgangswelle umfasst, wobei eine Brennkraftmaschine über eine Kupplung mit einer Getriebeeingangswelle verbunden ist, die erste elektrische Maschine das Drehmoment auf die Getriebeeingangswelle überträgt und die zweite elektrische Maschine das Drehmoment auf die Getriebeausgangswelle überträgt. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind auf der Getriebeeingangswelle ein erstes Zahnrad, ein drittes Zahnrad und ein fünftes Zahnrad lose angeordnet und ein erster Synchronisierer angeordnet, wobei das dritte Zahnrad und das fünfte Zahnrad drehfest miteinander verbunden sind, wobei der erste Synchronisierer die Getriebeeingangswelle wahlweise mit dem ersten Zahnrad oder dem fünften Zahnrad drehfest verbinden kann; auf der Getriebeausgangswelle sind ein zweites Zahnrad drehfest angeordnet und ein viertes Zahnrad und ein sechstes Zahnrad lose angeordnet und ein zweiter Synchronisierer angeordnet, wobei der zweite Synchronisierer die Getriebeausgangswelle wahlweise mit dem vierten Zahnrad oder dem sechsten Zahnrad drehfest verbinden kann; das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad greifen ineinander, das dritte Zahnrad und das vierte Zahnrad greifen ineinander, das fünfte Zahnrad und das sechste Zahnrad greifen ineinander, und die zweite elektrische Maschine ist mit dem vierten Zahnrad drehfest verbunden. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind auf der Getriebeeingangswelle das erste Zahnrad, das dritte Zahnrad und das fünfte Zahnrad lose angeordnet, das heißt diese Zahnräder werden beispielsweise durch ein Wellenlager auf der Getriebeeingangswelle gelagert, wodurch die relative Drehung der Zahnräder gegenüber der Getriebeeingangswelle realisiert wird. Nach dem gleichen Prinzip sind auf der Getriebeausgangswelle das vierte Zahnrad und das sechste Zahnrad lose angeordnet, beispielsweise werden diese Zahnräder ebenfalls durch ein Wellenlager auf der Getriebeausgangswelle gelagert, wodurch die relative Drehung der Zahnräder gegenüber der Getriebeausgangswelle realisiert wird. Das zweite Zahnrad ist drehfest auf der Getriebeausgangswelle angeordnet, beispielsweise kann es vorzugsweise über Kerbverzahnung mit der Getriebeausgangswelle drehfest verbunden sein. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind das dritte Zahnrad und das fünfte Zahnrad drehfest miteinander verbunden, beispielsweise können das dritte Zahnrad und das fünfte Zahnrad einstückig ausgebildet sein, wodurch die synchrone Drehung des dritten Zahnrades und des fünften Zahnrades realisiert wird. Wenn der erste Synchronisierer mit dem fünften Zahnrad verbunden ist, das heißt wenn der erste Synchronisierer die Getriebeeingangswelle mit dem fünften Zahnrad drehfest verbindet, drehen sich das dritte Zahnrad, das fünfte Zahnrad und die Getriebeeingangswelle synchron. Somit kann durch Bereitstellen eines Modus mit reinem Brennkraftmaschinenantrieb mit mehr Gängen der Lastpunkt im Vergleich zur herkömmlichen Technik optimiert werden. Gleichzeitig kann durch Bereitstellen eines Modus mit reinem Elektroantrieb mit mehr Gängen die Größe der zweiten elektrische Maschine entsprechend den tatsächlichen Umständen reduziert werden, was die Anordnung des Antriebssystems erleichtert. Ferner kann, wenn die Kupplung gelöst ist, die erste elektrische Maschine als elektrische Traktionsmaschine dienen, um die Antriebsleistung des Hybridfahrzeuges im Modus mit reinem Elektroantrieb zu steigern. Durch die einzelnen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind daher keine zusätzlichen elektrischen Traktionsmaschinen mehr erforderlich. Außerdem werden Antriebsunterbrechungen während des Gangschaltens vermieden, so dass ein sehr gutes Fahrverhalten ermöglicht wird.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung sind auf der Getriebeeingangswelle entlang der von der Kupplung abgewandten Richtung der Reihe nach das dritte Zahnrad, das fünfte Zahnrad, der erste Synchronisierer und das erste Zahnrad angeordnet. Das heißt, in dem Hybridgetriebe sind entlang der von der Kupplung abgewandten Richtung der Reihe nach die durch das dritte Zahnrad und das vierte Zahnrad gebildete Zahnradfläche, die durch das fünfte Zahnrad und das sechste Zahnrad gebildete Zahnradfläche und die durch das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad gebildete Zahnradfläche angeordnet. Somit können im Hybridgetriebe mit einer kompakten Anordnungsstruktur mehrere Gänge realisiert werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung sind auf der Getriebeeingangswelle ferner das siebte Zahnrad lose angeordnet und der dritte Synchronisierer angeordnet, wobei der dritte Synchronisierer die Getriebeeingangswelle wahlweise mit dem siebten Zahnrad verbinden kann, wobei auf der Getriebeausgangswelle ferner das achte Zahnrad drehfest angeordnet ist, wobei das siebte Zahnrad und das achte Zahnrad ineinandergreifen. Somit kann durch die hinzugefügten Zahnradpaare im Hybridgetriebe ein Gang hinzugefügt werden. Vorteilhafterweise ist das siebte Zahnrad auf der von der Kupplung abgewandten Seite des dritten Zahnrads, des fünften Zahnrads, des ersten Synchronisierers und des ersten Zahnrads angeordnet. Das heißt, in dem Hybridgetriebe ist die durch das siebte Zahnrad und das achte Zahnrad gebildete Zahnradfläche auf der von der Kupplung abgewandten Seite angeordnet. Somit wird eine kompakte und flexible Anordnungsstruktur realisiert.
  • In einer weiteren Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ist auf der Getriebeeingangswelle ferner ein neuntes Zahnrad lose angeordnet, wobei ein dritter Synchronisierer die Getriebeeingangswelle wahlweise mit dem siebten Zahnrad oder dem neunten Zahnrad drehfest verbinden kann, und auf der Getriebeausgangswelle ist ferner ein zehntes Zahnrad drehfest angeordnet, wobei das neunte Zahnrad und das zehnte Zahnrad ineinandergreifen. Somit kann die Anzahl der Gänge des Hybridgetriebes weiter erhöht werden.
  • Vorteilhafterweise ist der dritte Synchronisierer zwischen dem siebten Zahnrad und dem neunten Zahnrad angeordnet. Somit lässt sich eine kompakte und einfach zu konstruierende drehfeste Verbindung des siebten Zahnrades oder des neunten Zahnrades mit der Getriebeeingangswelle realisieren.
  • In einer weiteren Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Getriebeeingangswelle und die Getriebeausgangswelle parallel zueinander angeordnet. Somit wird eine kompakte Anordnungsstruktur realisiert.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Kupplung auf der Innenseite der ersten elektrischen Maschine integriert. Die Kupplung ist in eine erste Seite und eine zweite Seite unterteilt, die miteinander verbindbar oder voneinander lösbar sind. Zum Beispiel ist die Brennkraftmaschine mit der ersten Seite der Kupplung verbunden, und zwischen ihnen ist ein Drehschwingungsdämpfer angeordnet, um effektiv eine Resonanz des Antriebssystems zu vermeiden und das Geräusch des Antriebssystems zu reduzieren. Die Getriebeeingangswelle ist mit der zweiten Seite der Kupplung verbunden, und der Rotor der ersten elektrischen Maschine ist mit der zweiten Seite drehfest verbunden. Die Kupplung und deren Betätigungsvorrichtung sind auf der radialen Innenseite der ersten elektrischen Maschine angeordnet, um eine raumsparende Anordnung zu realisieren. Die erste elektrische Maschine, der Drehschwingungsdämpfer, die Kupplung und deren Betätigungsvorrichtung können zusammen das P2-Hybridmodul bilden, das eine kompaktere und bequemere Integration zwischen der Brennkraftmaschine und dem Getriebeeingang ermöglicht, wodurch der Hybridantrieb realisiert wird.
  • In einer weiteren Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird die zweite elektrische Maschine im Modus mit reinem Elektroantrieb als Hauptelektroantriebsmaschine verwendet, und die erste elektrische Maschine wird als Hilfselektroantriebsmaschine verwendet, das heißt, in diesem Modus stellt hauptsächlich die zweite elektrische Maschine die Antriebskraft bereit, und die erste elektrische Maschine stellt zusätzliche oder kompensierende Antriebskraft bereit, oder sie stellt keine Antriebskraft bereit. Vorteilhafterweise weist die zweite elektrische Maschine eine Motorwelle auf, wobei ein elftes Zahnrad drehfest auf der Motorwelle angeordnet ist und das elfte Zahnrad und das vierte Zahnrad ineinandergreifen. Somit ist das Drehmoment der zweiten elektrischen Maschine über ein Zahnradpaar auf die Getriebeausgangswelle übertragbar.
  • Darüber hinaus wird das oben beschriebene technische Problem durch ein Fahrzeug gelöst, wobei das Fahrzeug ein Hybridgetriebe mit den oben beschriebenen technischen Merkmalen umfasst.
  • Somit können gemäß der vorliegenden Erfindung je nach den verschiedenen Zuständen der Brennkraftmaschine, der ersten elektrischen Maschine, der zweiten elektrischen Maschine, der Kupplung und der beiden Synchronisierern folgende Funktionen bereitgestellt werden: reiner Elektroantrieb, reiner Brennkraftmaschinenantrieb, Hybridantrieb, Standardladen, Rekuperation, Starten der Brennkraftmaschine während der Fahrt und Reichweitenverlängerung.
  • Figurenliste
  • Nachfolgend werden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der anhängenden Zeichnungen im Einzelnen beschrieben. Zeichnungen:
    • 1 ist eine schematische Darstellung des Hybridgetriebes gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • 2 ist eine schematische Darstellung der Drehmomentübertragung des in 1 gezeigten Hybridgetriebes im Modus mit reinem Elektroantrieb,
    • 3 ist eine schematische Darstellung der Drehmomentübertragung des in 1 gezeigten Hybridgetriebes im Modus mit reinem Brennkraftmaschinenantrieb,
    • 4 ist eine schematische Darstellung der Drehmomentübertragung des in 1 gezeigten Hybridgetriebes im Modus Hybridantrieb,
    • 5 ist eine schematische Darstellung der Drehmomentübertragung des in 1 dargestellten Hybridgetriebes im Lademodus,
    • 6 ist eine schematische Darstellung der Drehmomentübertragung des in 1 dargestellten Hybridgetriebes im Reichweitenverlängerungsmodus,
    • 7 ist ein Diagramm der Betriebsmodi des in 1 gezeigten Hybridgetriebes in den verschiedenen Betriebszuständen der Kupplung und des Synchronisierers,
    • 8 ist eine schematische Darstellung des Hybridgetriebes gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
    • 9 ist eine schematische Darstellung des Hybridgetriebes gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • In den Zeichnungen stellen die gleichen Bezugszeichen gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion dar.
  • Ausführungsbeispiele
  • In 1 wird der Aufbau des Hybridgetriebes gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt. Wie in der Figur gezeigt, weist das Hybridgetriebe eine erste elektrische Maschine TM1, eine zweite elektrische Maschine TM2, eine Getriebeeingangswelle 2, eine Getriebeausgangswelle 3, eine Motorwelle 4, einen ersten Synchronisierer A, einen zweiten Synchronisierer B, einen dritten Synchronisierer C und vier Zahnradpaare Z11-Z21, Z12-Z22, Z13-Z23 und Z22-Z32 auf.
  • In dieser Ausführungsform ist die Getriebeeingangswelle 2 über die Kupplung k0 mit der Brennkraftmaschine ICE verbunden, wobei die Kupplung k0 in eine erste Seite und eine zweite Seite unterteilt ist, die miteinander verbindbar oder voneinander lösbar sind. Der Brennkraftmaschine ICE ist mit der ersten Seite der Kupplung k0 verbunden, und zwischen ihnen ist ein Drehschwingungsdämpfer 5 angeordnet, um eine Resonanz des Antriebssystems effektiv zu vermeiden und das Geräusch des Antriebssystems zu reduzieren. Die Getriebeeingangswelle 2 ist mit der zweiten Seite der Kupplung k0 verbunden, und der Rotor der ersten elektrischen Maschine TM1 ist drehfest mit der zweiten Seite verbunden. Somit wird bei geschlossener Kupplung K0 die Verbindung zwischen der Brennkraftmaschine ICE und der Getriebeeingangswelle 2 realisiert, und die erste elektrische Maschine TM1 bleibt in ständiger Verbindung mit der Getriebeeingangswelle 2. Die Kupplung k0 und deren Betätigungsvorrichtung sind auf der radialen Innenseite der ersten elektrischen Maschine TM 1 angeordnet, um eine raumsparende Anordnung zu realisieren. Die erste elektrische Maschine TM1, der Drehschwingungsdämpfer 5, die Kupplung k0 und deren Betätigungsvorrichtung können zusammen das P2-Hybridantriebsmodul 1 bilden, das eine kompaktere und bequemere Integration zwischen der Brennkraftmaschine ICE und der Getriebeeingangswelle 2 ermöglicht, wodurch der Hybridantrieb realisiert wird.
  • In der vorliegenden Ausführungsform sind die Getriebeeingangswelle 2, die Getriebeausgangswelle 3 und die Motorwelle 4 parallel zueinander angeordnet.
  • Auf der Getriebeeingangswelle 2 sind entlang der von der Kupplung k0 abgewandten Richtung der Reihe nach das dritte Zahnrad Z12, das fünfte Zahnrad Z13, der erste Synchronisierer A und das erste Zahnrad Z11 angeordnet, wobei das dritte Zahnrad Z12, das fünfte Zahnrad Z13 und das erste Zahnrad Z11 lose auf der Getriebeeingangswelle 2 angeordnet sind und vorzugsweise durch ein Wellenlager auf der Getriebeausgangswelle 2 gelagert sind, wobei das dritte Zahnrad Z12 und das fünfte Zahnrad Z13 drehfest miteinander verbunden sind, das heißt, das dritte Zahnrad Z12 und das fünfte Zahnrad Z13 können einstückig ausgebildet sein, um die synchrone Drehung zu realisieren. Der erste Synchronisierer A kann das erste Zahnrad Z11 oder das dritte Zahnrad Z12 und das fünfte Zahnrad Z13 mit der Getriebeeingangswelle 2 drehfest verbinden, wobei der erste Synchronisierer A vorzugsweise über Kerbverzahnung mit der Getriebeeingangswelle 2 drehfest verbunden ist, das erste Zahnrad Z11 und das fünfte Zahnrad Z13 ferner eine mit dem ersten Synchronisierer A gepaarte Verzahnung aufweisen, wobei der Synchronisierer über die Schiebemuffe des Synchronisierers mit der Verzahnung der Zahnräder drehfest verbindbar ist.
  • Auf der Getriebeausgangswelle 3 sind entlang der vom Differentialgetriebe 6 abgewandten Richtung der Reihe nach das vierte Zahnrad Z22, der zweite Synchronisierer B, das sechste Zahnrad Z23 und das zweite Zahnrad Z21 angeordnet, wobei das zweite Zahnrad Z21 drehfest, vorzugsweise über Kerbverzahnung auf der Getriebeausgangswelle 3 angeordnet ist und in das erste Zahnrad Z11 eingreift, das vierte Zahnrad Z22 und das sechste Zahnrad lose angeordnet und vorzugsweise durch ein Wellenlager auf der Getriebeausgangswelle 3 gelagert sind und jeweils in das dritte Zahnrad Z12 und das fünfte Zahnrad Z13 eingreifen. Der zweite Synchronisierer B kann das vierte Zahnrad Z22 oder das sechste Zahnrad Z2313 mit der Getriebeausgangswelle 3 drehfest verbinden, wobei der zweite Synchronisierer B vorzugsweise über Kerbverzahnung mit der Getriebeausgangswelle 3 drehfest verbunden ist, das vierte Zahnrad Z22 und das sechste Zahnrad Z23 ferner eine mit dem zweiten Synchronisierer B gepaarte Verzahnung aufweisen, wobei der Synchronisierer über die Schiebemuffe des Synchronisierers mit der Verzahnung der Zahnräder drehfest verbindbar ist.
  • Die Motorwelle 4 und die zweite elektrische Maschine TM2 sind drehfest miteinander verbunden. Auf der Motorwelle 4 ist ein elftes Zahnrad Z32 drehfest angeordnet, wobei das elfte Zahnrad Z32 in das vierte Zahnrad Z22 auf der Getriebeausgangswelle 3 eingreift. Dadurch wird die Antriebskraft der zweiten elektrischen Maschine TM2 auf die Getriebeausgangswelle 3 übertragen.
  • Die Synchronisierer A und B verfügen jeweils über drei Gänge, nämlich L, N und R. Wenn die Synchronisierer sich im Gang N befinden, sind die Synchronisierer mit keinen Zahnrädern verbunden, sie befinden sich im Leerlauf; wenn die Synchronisierer A und B sich im Gang L befinden, sind sie jeweils mit dem Zahnrad Z13 und dem Zahnrad Z22 verbunden; wenn die Synchronisierer A und B sich im Gang R befinden, sind sie jeweils mit dem Zahnrad Z11 und dem Zahnrad Z23 verbunden.
  • Mit dem Hybridgetriebe dieser Ausführungsform kann das Antriebssystem eines Hybridfahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung folgende Modi realisieren:
    • 1) Modus mit reinem Elektroantrieb, im Modus mit reinem Elektroantrieb können, wie in 2 dargestellt, mit dem Hybridgetriebe gemäß der vorliegenden Erfindung 4 Gänge realisiert werden:
      • EM1: Der Synchronisierer A befindet sich im Gang N, der Synchronisierer B befindet sich im Gang L, und die Kupplung k0 ist gelöst. Das Drehmoment der zweiten elektrischen Maschine TM2 wird von der Motorwelle 4 über die Zahnräder Z32-Z22 auf die Getriebeausgangswelle 3 übertragen, wodurch die Fahrzeugräder angetrieben werden. Weil sich die zweite elektrische Maschine TM2 sowohl nach links als auch nach rechts drehen kann, kann dieser Gang auch als Rückwärtsgang verwendet werden.
      • EM2: Der Synchronisierer A befindet sich im Gang N, der Synchronisierer B befindet sich im Gang R, und die Kupplung k0 ist gelöst. Das Drehmoment der zweiten elektrischen Maschine TM2 wird von der Motorwelle 4 über die Zahnradpaare Z32-Z22, Z22-Z12 und Z13-Z23 auf die Getriebeausgangswelle 3 übertragen, wodurch die Fahrzeugräder angetrieben werden.
      • EM3: Der Synchronisierer A befindet sich im Gang R, der Synchronisierer B befindet sich im Gang L, und die Kupplung k0 ist gelöst. Das Drehmoment der zweiten elektrischen Maschine TM2 wird von der Motorwelle 4 über die Zahnräder Z32-Z22 auf die Getriebeausgangswelle 3 übertragen. Gleichzeitig wird das Drehmoment der ersten elektrischen Maschine TM1 auf die Getriebeeingangswelle 2 übertragen und über das Zahnradpaar Z11-Z21 auf die Getriebeausgangswelle 3 übertragen. Dadurch treiben die beiden elektrischen Maschinen gemeinsam die Fahrzeugräder an.
      • EM4: Der Synchronisierer A befindet sich im Gang R, der Synchronisierer B befindet sich im Gang R, und die Kupplung k0 ist gelöst. Das Drehmoment der zweiten elektrischen Maschine TM2 wird von der Motorwelle 4 über die Zahnradpaare Z32-Z22, Z22-Z12 und Z13-Z23 auf die Getriebeausgangswelle 3 übertragen. Gleichzeitig wird das Drehmoment der ersten elektrischen Maschine TM1 auf die Getriebeeingangswelle 2 übertragen und über das Zahnradpaar Z11-Z21 auf die Getriebeausgangswelle 3 übertragen. Dadurch treiben die beiden elektrischen Maschinen gemeinsam die Fahrzeugräder an.
    • 2) Modus mit reinem Brennkraftmaschinenantrieb, im Modus mit reinem Brennkraftmaschinenantrieb können, wie in 3 dargestellt, mit dem Hybridgetriebe gemäß der vorliegenden Erfindung 3 Gänge realisiert werden:
      • ICE1: Der Synchronisierer A befindet sich im Gang L, der Synchronisierer B befindet sich im Gang L, und die Kupplung k0 ist geschlossen, die beiden elektrischen Maschinen laufen nicht. Das Drehmoment der Brennkraftmaschine ICE wird von der Getriebeeingangswelle 2 über das Zahnradpaar Z12-Z22 auf die Getriebeausgangswelle 3 übertragen, wodurch die Fahrzeugräder angetrieben werden.
      • ICE2: Der Synchronisierer A befindet sich im Gang R, der Synchronisierer B befindet sich im Gang N, und die Kupplung k0 ist geschlossen, die beiden elektrischen Maschinen laufen nicht. Das Drehmoment der Brennkraftmaschine ICE wird von der Getriebeeingangswelle 2 über das Zahnradpaar Z11-Z21 auf die Getriebeausgangswelle 3 übertragen, wodurch die Fahrzeugräder angetrieben werden.
      • ICE3: Der Synchronisierer A befindet sich im Gang L, der Synchronisierer B befindet sich im Gang R, und die Kupplung k0 ist geschlossen, die beiden elektrischen Maschinen laufen nicht. Das Drehmoment der Brennkraftmaschine ICE wird von der Getriebeeingangswelle 2 über das Zahnradpaar Z13-Z23 auf die Getriebeausgangswelle 3 übertragen, wodurch die Fahrzeugräder angetrieben werden.
    • 3) Modus Hybridantrieb, das heißt sowohl die Brennkraftmaschine ICE als auch die zweite elektrische Maschine TM2 können eine Antriebskraft bereitstellen, wobei das Hybridgetriebe gemäß der vorliegenden Erfindung im Modus Hybridantrieb, wie in 4 dargestellt, 4 Gänge realisieren kann:
      • ICE1 + EM1: Der Synchronisierer A befindet sich im Gang L, der Synchronisierer B befindet sich im Gang L, der Synchronisierer C befindet sich im Gang N, und die Kupplung k0 ist geschlossen. Das Drehmoment der Brennkraftmaschine ICE wird von der Getriebeeingangswelle 2 über das Zahnradpaar Z12-Z22 auf die Getriebeausgangswelle 3 übertragen; das Drehmoment der zweiten elektrischen Maschine TM2 wird von der Motorwelle 4 über die Zahnräder Z32-Z22 auf die Getriebeausgangswelle 3 übertragen. Dadurch wird die Getriebeausgangswelle durch die Leistungskopplung der Brennkraftmaschine ICE und der zweiten elektrischen Maschine TM2 gedreht, wodurch die Fahrzeugräder gedreht werden.
      • ICE2 + EM1: Der Synchronisierer A befindet sich im Gang R, der Synchronisierer B befindet sich im Gang L, der Synchronisierer C befindet sich im Gang L, und die Kupplung k0 ist geschlossen. Das Drehmoment der Brennkraftmaschine ICE wird von der Getriebeeingangswelle 2 über das Zahnradpaar Z11-Z21 auf die Getriebeausgangswelle 3 übertragen; das Drehmoment der zweiten elektrischen Maschine TM2 wird von der Motorwelle 4 über die Zahnräder Z32-Z22 auf die Getriebeausgangswelle 3 übertragen. Dadurch wird die Getriebeausgangswelle durch die Leistungskopplung der Brennkraftmaschine ICE und der zweiten elektrischen Maschine TM2 gedreht, wodurch die Fahrzeugräder gedreht werden.
      • ICE2 + EM2: Der Synchronisierer A befindet sich im Gang R, der Synchronisierer B befindet sich im Gang N, der Synchronisierer C befindet sich im Gang L, und die Kupplung k0 ist geschlossen. Das Drehmoment der Brennkraftmaschine ICE wird von der Getriebeeingangswelle 2 über das Zahnradpaar Z11-Z21 auf die Getriebeausgangswelle 3 übertragen; das Drehmoment der zweiten elektrischen Maschine TM2 wird von der Motorwelle 4 über die Zahnradpaare Z32-Z22, Z22-Z12 und Z13-Z23 auf die Getriebeausgangswelle 3 übertragen. Dadurch wird die Getriebeausgangswelle durch die Leistungskopplung der Brennkraftmaschine ICE und der zweiten elektrischen Maschine TM2 gedreht, wodurch die Fahrzeugräder gedreht werden.
      • ICE3 + EM2: Der Synchronisierer A befindet sich im Gang N, der Synchronisierer B befindet sich im Gang L, der Synchronisierer C befindet sich im Gang L, und die Kupplung k0 ist geschlossen. Das Drehmoment der Brennkraftmaschine ICE wird von der Getriebeeingangswelle 2 über das Zahnradpaar Z13-Z23 auf die Getriebeausgangswelle 3 übertragen; das Drehmoment der zweiten elektrischen Maschine TM2 wird von der Motorwelle 4 über die Zahnradpaare Z32-Z22, Z22-Z12 und Z13-Z23 auf die Getriebeausgangswelle 3 übertragen. Dadurch wird die Getriebeausgangswelle durch die Leistungskopplung der Brennkraftmaschine ICE und der zweiten elektrischen Maschine TM2 gedreht, wodurch die Fahrzeugräder gedreht werden.
    • 3) Lademodus: Der Synchronisierer A befindet sich, wie in 5 dargestellt, im Gang N, der Synchronisierer B befindet sich im Gang N, und die Kupplung k0 ist geschlossen. Das Drehmoment der Brennkraftmaschine ICE wird über den Drehschwingungsdämpfer 5 und die verbundene Kupplung k0 auf die als Generator verwendete erste elektrische Maschine TM1 übertragen, wodurch mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird, die in einem Energiespeicherelement wie etwa einem Akkumulator gespeichert wird, wodurch die Ladefunktion realisiert wird.
    • 4) Modus Reichweitenverlängerung: Das heißt, während die zweite elektrische Maschine TM2 das Fahrzeug antreibt, wird die durch die Brennkraftmaschine ICE erzeugte kinetische Energie durch die als Generator verwendete erste elektrische Maschine TM1 in elektrische Energie umgewandelt, die in einem Energiespeicherelement gespeichert wird, wodurch die zweite elektrische Maschine TM2 kontinuierlich läuft. Im Modus Reichweitenverlängerung können, wie in 6 dargestellt, unter Verwendung eines Hybridgetriebes gemäß der vorliegenden Erfindung 2 Gänge realisiert werden:
      • Reichweitenverlängerung 1: Der Synchronisierer A befindet sich im Gang N, der Synchronisierer B befindet sich im Gang L, und die Kupplung k0 ist geschlossen. Das Drehmoment der zweiten elektrischen Maschine TM2 wird von der Motorwelle 4 über die Zahnräder Z32-Z22 auf die Getriebeausgangswelle 3 übertragen, wodurch die Fahrzeugräder angetrieben werden. Gleichzeitig wird die durch die Brennkraftmaschine ICE erzeugte kinetische Energie durch die als Generator verwendete erste elektrische Maschine TM1 in elektrische Energie umgewandelt, die in einem Energiespeicherelement gespeichert wird, wodurch die zweite elektrische Maschine TM2 kontinuierlich läuft.
      • Reichweitenverlängerung 2: Der Synchronisierer A befindet sich im Gang N, der Synchronisierer B befindet sich im Gang R, und die Kupplung k0 ist geschlossen. Das Drehmoment der zweiten elektrischen Maschine TM2 wird von der Motorwelle 4 über die Zahnradpaare Z32-Z22, Z22-Z12 und Z13-Z23 auf die Getriebeausgangswelle 3 übertragen, wodurch die Fahrzeugräder angetrieben werden. Gleichzeitig wird die durch die Brennkraftmaschine ICE erzeugte kinetische Energie durch die als Generator verwendete erste elektrische Maschine TM1 in elektrische Energie umgewandelt, die in einem Energiespeicherelement gespeichert wird, wodurch die zweite elektrische Maschine TM2 kontinuierlich läuft.
  • In der in 7 gezeigten Tabelle sind die Betriebsmodi des Getriebes bei den verschiedenen Betriebszuständen der Kupplung und der Synchronisierer klar ersichtlich, wobei die Verbindungszustände der Kupplung grau markiert sind und die von den Synchronisierern gewählten Gänge grau markiert sind.
  • In 8 wird der Aufbau eines Hybridgetriebes in der zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt. Der Unterschied zwischen dieser Ausführungsform und der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform besteht darin, dass auf der Getriebeeingangswelle 2 ferner ein siebtes Zahnrad Z14 lose angeordnet und ein dritter Synchronisierer C angeordnet sind, wobei der dritte Synchronisierer C das siebte Zahnrad Z14 und die Getriebeeingangswelle 2 drehfest verbinden kann. Ferner ist auf der Getriebeausgangswelle 3 ein achtes Zahnrad Z24 drehfest angeordnet, wobei das achte Zahnrad Z24 und das siebte Zahnrad Z14 ineinandergreifen. Somit können durch die hinzugefügten Synchronisierer und Zahnradpaare in den diversen Antriebsmodi Gänge hinzugefügt werden, wodurch die Antriebsleistung des Fahrzeugs unter verschiedenen Bedingungen gesteigert wird. In dieser Ausführungsform ist die durch das Zahnradpaar Z14-Z24 gebildete Zahnradfläche auf der von der Kupplung k0 abgewandten Seite des Hybridgetriebes angeordnet, wodurch eine kompakte Anordnungsstruktur realisiert wird, wobei auf der Getriebeeingangswelle 2 entlang der von der Kupplung k0 abgewandten axialen Richtung der Reihe nach das dritte Zahnrad Z12, das fünfte Zahnrad Z13, der erste Synchronisierer A, das erste Zahnrad Z11, das siebte Zahnrad Z14 und der dritte Synchronisierer C angeordnet sind; auf der Getriebeausgangswelle 3 sind in der vom Differentialgetriebe abgewandten Richtung der Reihe nach das vierte Zahnrad Z22, der zweite Synchronisierer B, das sechste Zahnrad Z23, das zweite Zahnrad Z21 und das achte Zahnrad Z24 angeordnet.
  • In 9 wird der Aufbau eines Hybridgetriebes in der dritten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt. Der Unterschied zwischen dieser Ausführungsform und der in 8 dargestellten zweiten Ausführungsform besteht darin, dass auf der Getriebeeingangswelle 2 ferner das neunte Zahnrad Z15 lose angeordnet ist, wodurch der dritte Synchronisierer C wahlweise das siebte Zahnrad Z14 oder das neunte Zahnrad Z15 mit der Getriebeeingangswelle 2 drehfest verbinden kann. Außerdem ist auf der Getriebeausgangswelle 3 ferner ein zehntes Zahnrad Z25 drehfest angeordnet, wobei das zehnte Zahnrad Z25 und das neunte Zahnrad Z15 ineinandergreifen. Somit können durch die hinzugefügten Synchronisierer und Zahnradpaare in den diversen Antriebsmodi Gänge hinzugefügt werden, wodurch die Antriebsleistung des Fahrzeugs unter verschiedenen Bedingungen gesteigert wird. In dieser Ausführungsform ist die durch das Zahnradpaar Z15-Z25 gebildete Zahnradfläche auf der von der Kupplung k0 abgewandten Seite der durch das Zahnradpaar Z14-Z24 gebildeten Zahnradfläche angeordnet, wodurch eine kompakte Anordnungsstruktur realisiert wird, wobei auf der Getriebeeingangswelle 2 entlang der von der Kupplung k0 abgewandten axialen Richtung der Reihe nach das dritte Zahnrad Z12, das fünfte Zahnrad Z13, der erste Synchronisierer A, das erste Zahnrad Z11, das siebte Zahnrad Z14, der dritte Synchronisierer C und das neunte Zahnrad Z15 angeordnet sind; auf der Getriebeausgangswelle 3 sind in der von dem Differentialgetriebe abgewandten Richtung der Reihe nach das vierte Zahnrad Z22, der zweite Synchronisierer B, das sechste Zahnrad Z23, das zweite Zahnrad Z21, das achte Zahnrad Z24 und das zehnte Zahnrad Z25 angeordnet.
  • Somit ist beispielsweise durch die Verwendung des P2-Hybridantriebsmoduls ein Hybridantrieb in kompakter und bequemer Weise realisierbar. Durch Bereitstellen eines Modus mit reinem Brennkraftmaschinenantrieb mit mehr Gängen kann der Lastpunkt im Vergleich zur herkömmlichen Technik optimiert werden. Durch Bereitstellen eines Modus mit einer zweiten elektrischen Maschine mit mehr Gängen kann die Größe der zweiten elektrischen Maschine entsprechend den tatsächlichen Umständen reduziert werden, was die Anordnung des Antriebssystems erleichtert. Insbesondere können damit zweite elektrische Maschinen diverser Größen und Hybridantriebsmodule mit unterschiedlich vielen Zahnradpaaren entwickelt werden, um verschiedene Anwendungen vom Strong-Hybrid-Antrieb bis zum Plug-In-Hybridantrieb zu realisieren, die in allen Fahrzeugtypen von der A-Klasse bis zum SUV verwendbar sind. Ferner kann, wenn die Kupplung gelöst ist, die erste elektrische Maschine als elektrische Traktionsmaschine verwendet werden, wodurch die Antriebsleistung des Hybridfahrzeugs im reinen Elektroantrieb und der Wirkungsgrad des Antriebssystems gesteigert werden. Durch die einzelnen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind daher keine zusätzlichen elektrischen Traktionsmaschinen mehr erforderlich. Außerdem werden Antriebsunterbrechungen während des Gangschaltens vermieden, so dass ein sehr gutes Fahrverhalten ermöglicht wird.
  • Während mögliche Ausführungsformen in der vorstehenden Beschreibung beispielhaft beschrieben werden, sollte verstanden werden, dass es trotzdem durch alle bekannten und darüber hinaus für den Fachmann leicht verständlichen Kombinationen von technischen Merkmalen und Ausführungsformen eine Vielzahl von abgeänderten Ausführungsformen gibt. Es sollte auch verstanden werden, dass die beispielhaften Ausführungsformen nur als Beispiel gedacht sind und dass solche Ausführungsformen den Schutzbereich, die Anwendung und die Konstruktion der Erfindung in keiner Weise einschränken. Die vorstehende Beschreibung dient vielmehr dazu, dem Fachmann eine technische Anleitung für die Umwandlung mindestens einer beispielhaften Ausführungsform an die Hand zu geben, wobei verschiedene Änderungen, insbesondere hinsichtlich der Funktionalität und der Struktur der genannten Komponenten, vorgenommen werden können, solange sie nicht vom Schutzbereich der Ansprüche abweichen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    P2-Hybridantriebsmodul
    2
    Getriebeeingangswelle
    3
    Getriebeausgangswelle
    4
    Motorwelle
    5
    Drehschwingungsdämpfer
    6
    Differentialgetriebe
    Z11
    Erstes Zahnrad
    Z21
    Zweites Zahnrad
    Z12
    Drittes Zahnrad
    Z22
    Viertes Zahnrad
    Z13
    Fünftes Zahnrad
    Z23
    Sechstes Zahnrad
    Z14
    Siebtes Zahnrad
    Z24
    Achtes Zahnrad
    Z15
    Neuntes Zahnrad
    Z25
    Zehntes Zahnrad
    Z32
    Elftes Zahnrad
    A
    Erster Synchronisierer
    B
    Zweiter Synchronisierer
    K0
    Kupplung
    ICE
    Brennkraftmaschine
    TM1
    Erste elektrische Maschine
    TM2
    Zweite elektrische Maschine

Claims (10)

  1. Hybridgetriebe für ein Kraftfahrzeug, wobei das Hybridgetriebe eine erste elektrische Maschine (TM1), eine zweite elektrische Maschine (TM2), eine Getriebeeingangswelle (2) und eine Getriebeausgangswelle (3) umfasst, wobei die Getriebeeingangswelle (2) über eine Kupplung (k0) mit einer Brennkraftmaschine (ICE) verbunden ist, die erste elektrische Maschine (TM1) das Drehmoment auf die Getriebeeingangswelle (2) überträgt und die zweite elektrische Maschine (TM1) das Drehmoment auf die Getriebeausgangswelle (3) überträgt, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Getriebeeingangswelle (2) ein erstes Zahnrad (Z11), ein drittes Zahnrad (Z12) und ein fünftes Zahnrad (Z13) lose angeordnet sowie ein erster Synchronisierer (A) angeordnet sind, wobei das dritte Zahnrad (Z12) mit dem fünften Zahnrad (Z13) drehfest verbunden ist und der erste Synchronisierer (A) die Getriebeeingangswelle (2) wahlweise mit dem ersten Zahnrad (Z11) oder dem fünften Zahnrad (Z12) drehfest verbinden kann, und dass auf der Getriebeausgangswelle (3) ein zweites Zahnrad (Z21) drehfest angeordnet und ein viertes Zahnrad (Z22) und ein sechstes Zahnrad (Z23) lose angeordnet und ein zweiter Synchronisierer (B) angeordnet sind, wobei der Synchronisierer (B) die Getriebeausgangswelle (3) wahlweise mit dem vierten Zahnrad (Z22) oder dem sechsten Zahnrad (Z23) drehfest verbinden kann, wobei das erste Zahnrad (Z11) und das zweite Zahnrad (Z21) ineinandergreifen, das dritte Zahnrad (Z12) und das vierte Zahnrad (Z22) ineinandergreifen, das fünfte Zahnrad (Z13) und das sechste Zahnrad (Z23) ineinandergreifen und die zweite elektrische Maschine (TM2) mit dem vierten Zahnrad (Z22) drehfest verbunden ist.
  2. Hybridgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Getriebeeingangswelle (2) in einer von der Kupplung (k0) abgewandten Richtung der Reihe nach das dritte Zahnrad (Z12), das fünfte Zahnrad (Z13), der erste Synchronisierer (A) und das erste Zahnrad (Z11) angeordnet sind.
  3. Hybridgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Getriebeeingangswelle (2) ferner ein siebtes Zahnrad (Z14) lose angeordnet und ein dritter Synchronisierer (C) angeordnet sind, wobei der dritte Synchronisierer (C) die Getriebeeingangswelle (2) wahlweise mit dem siebten Zahnrad (Z14) drehfest verbinden kann, und dass auf der Getriebeausgangswelle (3) ferner ein achtes Zahnrad (Z24) drehfest angeordnet ist, wobei das siebte Zahnrad (Z14) und das achte Zahnrad (Z24) ineinandergreifen.
  4. Hybridgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das siebte Zahnrad (Z14) auf der von der Kupplung (k0) abgewandten Seite des dritten Zahnrads (Z12), des fünften Zahnrads (Z13), des ersten Synchronisierers (A) und des ersten Zahnrads (Z11) angeordnet ist.
  5. Hybridgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Getriebeeingangswelle (2) ferner ein neuntes Zahnrad (Z15) lose angeordnet ist, wobei der dritte Synchronisierer (C) die Getriebeeingangswelle (2) wahlweise mit dem siebten Zahnrad (Z14) oder dem neunten Zahnrad (Z15) drehfest verbinden kann, und dass auf der Getriebeausgangswelle (3) ferner ein zehntes Zahnrad (Z25) drehfest angeordnet ist, wobei das neunte Zahnrad (Z15) und das zehnte Zahnrad (Z25) ineinandergreifen.
  6. Hybridgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangswelle (2) und die Getriebeausgangswelle (3) parallel zueinander angeordnet sind.
  7. Hybridgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (k0) in die Innenseite der ersten elektrischen Maschine (TM1) integriert ist.
  8. Hybridgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Modus des reinen Elektroantriebs die zweite elektrische Maschine als Hauptelektroantriebsmaschine dient und die erste elektrische Maschine als Hilfselektroantriebsmaschine dient.
  9. Hybridgetriebe nach einem der Ansprüche 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektrische Maschine (TM2) eine Motorwelle (4) aufweist, wobei auf der Motorwelle (4) ein elftes Zahnrad (Z32) drehfest angeordnet ist und das elfte Zahnrad (Z32) und das vierte Zahnrad (Z22) ineinandergreifen.
  10. Fahrzeug, das das Hybridantriebssystem umfasst, wobei das Hybridantriebssystem das Hybridgetriebe nach einem der Ansprüche 1-9 umfasst.
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