EP3532326A1 - Hybridantriebsstrang für ein hybridgetriebenes kraftfahrzeug - Google Patents

Hybridantriebsstrang für ein hybridgetriebenes kraftfahrzeug

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Publication number
EP3532326A1
EP3532326A1 EP17788229.7A EP17788229A EP3532326A1 EP 3532326 A1 EP3532326 A1 EP 3532326A1 EP 17788229 A EP17788229 A EP 17788229A EP 3532326 A1 EP3532326 A1 EP 3532326A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
shaft
gear
hybrid
electric machine
switching element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP17788229.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Steffen Hummel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Audi AG
Original Assignee
Audi AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Audi AG filed Critical Audi AG
Publication of EP3532326A1 publication Critical patent/EP3532326A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F16H2003/0822—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the arrangement of at least one reverse gear
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    • F16H3/093—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears with two or more countershafts
    • F16H2003/0933—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears with two or more countershafts with coaxial countershafts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H37/04—Combinations of toothed gearings only
    • F16H2037/047—Combinations of toothed gearings only comprising one or more orbital gear sets coaxial with a first shaft and having more than one drive connection to a second shaft parallel to the first shaft
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    • F16H2200/003—Transmissions for multiple ratios characterised by the number of forward speeds
    • F16H2200/0069—Transmissions for multiple ratios characterised by the number of forward speeds the gear ratios comprising ten forward speeds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the invention relates to a hybrid drive train for a hybrid-powered motor vehicle according to the preamble of claim 1.
  • Switching elements in different gear ratios switchable transmission, which via an engine shaft with a
  • Electric machine and via an output shaft with at least one vehicle axle is drivingly connected.
  • the internal combustion engine shaft can be connected to a drive shaft via spur gearsets that form wheel-plane gears. This drives in turn via a spur gear on the
  • the wheel planes of the hybrid transmission have a hybrid gear plane that is drivingly connected to the electric machine shaft.
  • the object of the invention is to provide a hybrid powertrain, which has greater degrees of freedom in functionality in a structurally favorable design that is structurally simple in comparison with the prior art.
  • At least one switching element SE-A is arranged, in particular on the electric machine shaft, by means of which the electric machine is driven by the hybrid gear plane E1, E2 can be decoupled or can be connected to it. In this way, the electric machine can be completely decoupled from the drive train with switched internal combustion engine gears. This advantageously reduces the moment of inertia of the activated subtransmission.
  • the hybrid gear plane E1, E2 may be composed of a driven-side gear arranged on the output shaft, a drive-side gear arranged on the engine shaft, and a gear arranged on the electric machine shaft.
  • the arranged on the electric machine shaft gear can be rotatably mounted as a loose gear on the electric machine shaft and be decoupled by means of the switching element SE-A of the electric machine shaft or be coupled with it.
  • the transmission may have two hybrid gear planes E1, E2.
  • the arranged on the electric machine shaft switching element SE-A can be switched on both sides and be arranged in the axial direction between the idler gears of the two hybrid gear planes E1, E2.
  • the switching element SE-A can either couple the idler gear of the first hybrid gear plane E1 with the electric machine shaft in a first shift position or couple the idler gear of the second hybrid gear plane E2 with the electric machine shaft in a second shift position. It is preferred if the electric machine shaft is completely free of rotationally fixed fixed gears of the spur gear sets, which form the wheel planes of the transmission.
  • the transmission is designed as a pure spur gear, in which the engine shaft, the Electric machine shaft and the output shaft exclusively over
  • Spur gear sets are connected with each other driveably. In this way, a simply constructed transmission structure is achieved, which is much more efficient to operate compared to a planetary gear.
  • each of the hybrid gear planes E1, E2 may each have a drive shaft arranged on the output side gear, which is designed as a gear and by means of a switching element SE-B can be coupled to the output shaft.
  • the on the hybrid gear planes E1, E2 may each have a drive shaft arranged on the output side gear, which is designed as a gear and by means of a switching element SE-B can be coupled to the output shaft.
  • Internal combustion engine shaft arranged drive-side gears of the two hybrid gear planes E1, E2 be designed as loose gears. These are preferably arranged together non-rotatably on a drive-side hollow shaft, which is rotatably mounted coaxially on the engine shaft and via exactly one switching element, namely SE-C, with the
  • Internal combustion engine shaft can be coupled.
  • the above-mentioned, arranged on the output shaft switching element SE-B can be made switchable on both sides and in the axial direction between the output side
  • the at least one hybrid wheel plane E1, E2 can be combined together with another wheel plane V3, V4 to form a partial transmission, which can be deactivated in the transmission mode, that is decoupled from the drive train or can be stopped.
  • the above-mentioned further gear plane is in contrast to the hybrid gear plane with respect to the electric machine shaft connection free and has a rotatably mounted on the output shaft driven side gear, which is coupled by means of a switching element SE-D, SE-E with the output shaft. It is preferred if the arranged on the output shaft switching element SE-D, SE-E is switchable on both sides and in the axial direction between the rotatably mounted on the output shaft output side
  • the above-mentioned further gear plane V3, V4 may also have a drive-side idler gear rotatably mounted on the engine shaft. This is by means of a switching element SE-F with the
  • Internal combustion engine shaft can be coupled. It is particularly preferred if the rotatably mounted on the engine shaft drive side
  • Los leopardzier the hybrid gear plane E1, E2 and the other gear plane V3, V4 are rotatably mounted on a common drive-side hollow shaft, which are rotatably mounted coaxially on the engine shaft and can be coupled via exactly one switching element SE-F with the engine shaft.
  • the two hybrid gear planes E1, E2 can each be part of a first and a second subtransmission T1, T2, which can be deactivated in the transmission mode.
  • the switching element SE-F arranged on the engine shaft is switchable on both sides and is arranged in the axial direction between the drive-side hollow shafts of the two partial transmissions T1, T2.
  • the arranged on the electric machine shaft switching element can be implemented arbitrarily, for example, as a power-shift overrunning clutch in combination with a clutch, as a power shift double clutch or from a non-power shift double synchronization.
  • a power-shift overrunning clutch in combination with a clutch
  • a power shift double clutch or from a non-power shift double synchronization.
  • Manual gear can be realized in a simple manner and used especially for the front wheel drive.
  • the rear axle may optionally be mechanically decoupled from the front axle, but can be driven by separate electric machines in order to realize a four-wheel drive.
  • the electric machine may preferably be positioned at the transmission end.
  • FIG. 3 shows a third view in a view corresponding to FIG
  • Figures 4 and 5 are each a modification of Figure 3; and FIG. 6 shows a modification of FIG. 2.
  • Translation stages switchable gear 1 is about a
  • the electric machine 1 1 may have a planetary countershaft 12 shown in the figure 1 for a torque conversion.
  • the transmission 1 is the output side via an output shaft 13 with a
  • the output shaft 13 is a pinion shaft with the bevel gear of a front differential 15 in operative connection.
  • Output shaft 17 arranged axially parallel to each other.
  • the output shaft 17, the electric machine shaft 9 and the output shaft 13 are connected to each other via spur gear sets, which over the Switching elements are switchable.
  • the Stirnzahnrad accounts form mutually parallel gear planes V1 to V4 and E1 and E2, which are all according to the figure 1 in the axial direction between the engine 7 and the electric machine 1 1.
  • gear planes V1 to V4 connected to each other, which are each constructed of meshing loose and fixed gears.
  • the loose gears of the wheel planes V1 to V4 can be coupled via switching elements SE-H and SE-G with the respective supporting shaft 3, 17.
  • the wheel planes V1 to V4 are connection-free with respect to the electric machine shaft 9.
  • two hybrid wheel planes E1, E2 are provided.
  • Each hybrid gear plane E1, E2 has a arranged on the output shaft 17 output-side gear 19, 21, each with a on the
  • Internal combustion engine shaft 3 are rotatably mounted. Between the two drive-side gears 23, 25 of the hybrid wheel planes E1, E2, a switching element SE-C switchable on both sides is arranged, which in a first switching position the first hybrid gear plane E1 with the
  • Internal combustion engine shaft 3 couples or in a second switching position, the second hybrid gear plane E2 coupled to the engine shaft 3. In the same way is also between the electrical machine side Losffy wheels 27, 29 of the hybrid gear planes E1, E2 arranged on both sides switchable switching element SE-A, with which also either the first hybrid gear plane E1 or the second hybrid gear plane E2 with the electric machine shaft 9 coupled.
  • the output shaft 17 drives via a spur gear St to the output shaft 13 from.
  • the two output-side gears 19, 21 of the hybrid gear planes E1, E2 are no longer designed as fixed gears in FIG. 2, but are instead rotatably mounted as idler gears on the output shaft 17.
  • a switching element SE-B is arranged, which is switchable on both sides and either the first or the second hybrid gear plane E1, E2 can couple with the output shaft.
  • the two drive-side gears 19, 21 of the hybrid gear planes E1, E2 are no longer designed as fixed gears in FIG. 2, but are instead rotatably mounted as idler gears on the output shaft 17.
  • a switching element SE-B is arranged, which is switchable on both sides and either the first or the second hybrid gear plane E1, E2 can couple with the output shaft.
  • Gears 23, 25 of the hybrid gear planes E1, E2 arranged rotatably together on a drive-side hollow shaft 31, which is rotatably mounted coaxially on the engine shaft 3.
  • the drive-side hollow shaft 31 is coupled in a component-reduced manner via exactly one switching element SE-C with the engine shaft 3.
  • a total of two partial transmissions T1, T2 are provided, which are completely torque-free switchable in transmission operation, that is, completely decoupled from the drive train, so that the first partial transmission T1 and / or the second partial transmission T2 are complete is shut down.
  • the first hybrid wheel plane E1 and a further, directly axially adjacent wheel plane V4 are summarized.
  • the second hybrid wheel plane E2 and an immediately adjacent further wheel plane V3 are combined with each other.
  • the gear plane V4 has a driven-side idler gear 33 rotatably mounted on the output shaft 17.
  • the output side idler gear 33 of the gear plane V4 and the output side idler gear 19 of the first hybrid gear plane E1 can be alternately coupled to the output shaft 17 via an interposed switchable switching element SE-D.
  • Both the first hybrid gear plane E1 and the gear plane V4 have on the internal combustion engine shaft 3 rotatably mounted drive-side idler gears 23, 35, which are arranged together rotationally fixed on a drive-side first hollow shaft 37. This is rotatably mounted on the engine shaft 3 coaxial and a on
  • the second partial transmission T2 is constructed identical to the first partial transmission T1.
  • the wheel plane V3 has a driven-side idler gear 39 rotatably mounted on the output shaft 17.
  • the output side idler gear 39 of the gear plane V3 and the output side idler gear 21 of the second hybrid gear plane E2 can via a interposed switchable switching element SE-E can be alternately coupled to the output shaft 17.
  • Both the second hybrid wheel plane E2 and the wheel plane V3 point to the
  • Internal combustion engine shaft 3 can be coupled.
  • the common to the two hollow shafts 37, 43 switching element SE-F is switched on both sides and between the two drive-side hollow shafts 37, 43 are arranged.
  • the double clutch has an outer disk carrier 45 which is connected in a rotationally fixed manner to the electric machine shaft 9.
  • the outer disk carrier 45 interacts with two inner disk carriers 47, 49 arranged side by side in the axial direction.
  • the inner disk carrier 49 is rotatably mounted on a hollow shaft 51 together with the electromachine side gear 27 of the first hybrid gear plane E1.
  • the inner disk carrier 47 together with the electric machine side gear 29 of the second hybrid gear plane E2 rotationally fixed on a solid shaft 53 which extends coaxially through the hollow shaft 51.
  • the transmission 1 shown in Figure 3 has a total of 16 gears, four synchronizers and two clutches K1, K2.
  • up to ten internal combustion engine gears can be shifted, that is to say the six internal combustion engine direct gears VM1 explained below to VM6, which use only one wheel plane, and the four twisting gears VM7 to VM10, which use at least two wheel planes:
  • the switching element SE-H is switched to the left or to the right, while the two partial transmissions T1, T2 are shut down.
  • direct gears VM5 and VM6 the partial transmission T2 is activated and the partial transmission T1 is deactivated.
  • direct gear VM5 SE-F is left and SE-E is left.
  • direct gear VM6 SE-F is switched to the left and SE-E to the right.
  • the shifting element SE-F is shifted to the right in the gear VM7, the clutches K1 and K2 are operated, and the shifting element SE-E is shifted to the left.
  • the two clutches K1, K2 operated and SE-E switched to the right.
  • the twisting gear VM9 SE-F are switched to the left, the two clutches K1, K2 operated and SE-D switched to the left.
  • SE-F are shifted to the left, the two clutches K1, K2 are operated, and SE-D is shifted to the right.
  • the clutch K1 is operated in the direct gear EM1 and the switching element SE-D is switched to the left.
  • the clutch K2 is actuated and the switching element SE-E is switched to the left.
  • the clutch K1 is actuated and SE-D is shifted to the right.
  • the clutch K1 is actuated and SE-F is shifted to the right and SE-H is shifted to the left.
  • twisting gear E5 clutch K1 is actuated, SE-F is shifted to the right and SE-H is shifted to the right.
  • the clutch K2 is actuated and SE-E is shifted to the right.
  • the second clutch K2 is actuated, SE-F is shifted to the left and SE-H is shifted to the left.
  • the clutch K2 is actuated, SE-F is switched to the left and SE-H is shifted to the right.
  • the electromachine 1 1 can be stored as long as the vehicle is stationary, for example at a traffic light or in the vehicle Traffic jam. In this case can
  • the switching element SE-F are operated to the right to connect the engine shaft 3 with the first hybrid gear plane E1.
  • the clutch K1 (consisting of the Outer disk carrier 45 and inner disk carrier 49) are closed to connect the first hybrid gear plane E1 to the electric machine shaft 9.
  • a torque flow from the internal combustion engine 7 via the engine shaft 3, the first hybrid wheel plane E1, the closed clutch K1 to the electric machine 11 take place.
  • electromotive gears EM1, EM2, which act as support gears during internal combustion engine switching Such a switching operation is started with an opening of the separating clutch 4 in order to decouple the internal combustion engine 7 from the transmission 1.
  • An engaged electromotive support gear provides during the switching process between the internal combustion engine gear shifting a supporting load path that extends from the electric machine 1 1 to the drive side.
  • the electric machine 1 1 can thus generate a drive torque, which is transmitted via the support load path to the output side.
  • electromotive second gear EM2 acts as a support gear: So is in the transmission 1 3 in the internal combustion engine third gear VM3 the
  • Switching element SE-D switched to its neutral position.
  • acting as a support gear electromotive gear EM2 is inserted, that is, the multi-plate clutch K2 is closed and the switching element SE-E switched to the left, and the electric machine 1 1 started up. This results in a load transfer from the electric machine 1 1 to the output side, in which the electric machine 1 1 generates an arbitrarily adjustable torque.
  • Switching element SE-D is switched from its neutral position to the right.
  • a load path of the internal combustion engine 7 via the switching element SE-F, the gear plane V4, the switching element SE-D and the output shaft 17 is prepared to the output side spur gear St.
  • the clutch 4 is closed again, that is, the internal combustion engine 7 is switched on, and the electric machine 1 1 shut down again, so that the target gear VM4 is switched and again a load transfer from the engine 7 takes place to the output side.
  • each circuit can be supported by means of an electromotive support gear, in contrast to Figure 2, in which a particular switching operation between the
  • Internal combustion engine fourth gear VM4 that is, between the hybrid gear planes E1 and E2, can not be supported by means of an electromotive gear.
  • the transmission 1 shown in Figure 2 can during the above switching operation of the electric machine 1 1 no support load path can be provided, since both the internal combustion engine 7 and the electric machine 1 1 drive off via a common switching element SE-B on the output shaft 17.
  • the two gear wheels 27, 29 of the hybrid gear planes E1, E2 can not be connected to the electric machine shaft 9 via a double clutch (FIG. 3) or via a double synchronization (FIG. 2), but instead by means of an overrunning clutch F and a multi-plate clutch K.
  • the multi-plate clutch K has a
  • External disk carrier 45 which is rotatably connected both to the electric machine shaft 9 and to the hollow shaft 51.
  • Outer plate carrier 45 acts on an inner plate carrier 47. This is rotatably arranged together with the gear 29 of the hybrid plane 1 on the solid shaft 53, which extends coaxially through the hollow shaft 51.
  • the electromotor-side gear 27 of the first hybrid wheel E1 level can be connected via the overrunning clutch F with the hollow shaft 51.
  • the one-way clutch F is associated with a switching element SE-I, which is switchable in two operating positions: In the operating position shown is a Transmission of torque from the electric machine shaft 9 via the outer disk carrier 45 and via the hollow shaft 51 in the direction of the electric machine side gear 27 of the first hybrid gear plane E1 allows and in the opposite direction, the free-wheeling function activated, that is, a torque transmission suppressed.
  • the one-way clutch inner side 58 connected to the hollow shaft 51 rotates faster than the electromotor-side gear wheel 27, the hollow shaft 51 drives the gear wheel 27.
  • the switching element SE-I is switched to the left in FIG. In this case, a torque transmission in both directions is possible.
  • the electromotive gears are power shiftable, while in the figure 1 or 2, the electromotive gears are not power shiftable.
  • the electric machine 1 1 is no longer connected to the transmission 1 on the output side (as in FIGS. 1 to 4), but is connected to the transmission 1 on the drive side.
  • the electric machine 1 1 is no longer connected to the transmission 1 on the output side (as in FIGS. 1 to 4), but is connected to the transmission 1 on the drive side.
  • the drive side In such a drive side
  • the transmission 1 on an additional reverse gear plane R which is designed as a spur gear.
  • the reverse gear plane R is constituted by a drive-side gear 59 disposed on the engine shaft 3, an intermediate gear 61 intermeshing therewith, and a gear 63 rotatably mounted on the output shaft 17 on the output side, meshing with the intermediate gear 61.
  • the basic structure of the in the FIG. 6 shows a largely identical structure to the transmission structure shown in FIG. 2, with the exception of the additional ones
  • Reverse gear plane R which is arranged in the axial direction between the second hybrid gear plane E2 and the planetary gear 12.
  • the switching element SE-C in contrast to Figure 2, in Figure 6 formed on both sides switchable and positioned in the axial direction between the drive-side hollow shaft 31 and the drive-side idler gear 59.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hybridantriebsstrang für ein hybridgetriebenes Fahrzeug, mit einem mittels Schaltelemente in unterschiedliche Übersetzungsstufen umschaltbaren Getriebe (1), insbesondere Handschaltgetriebe, das über eine Brennkraftmaschinen-Welle (3) mit einer Brennkraftmaschine (7), über eine Elektromaschinen-Welle (9) mit einer Elektromaschine (11) sowie über eine Ausgangswelle (13) mit zumindest einer Fahrzeugachse (VA) trieblich verbindbar ist, wobei die Brennkraftmaschinen-Welle (3) und eine mit der Ausgangswelle (13) trieblich verbundene Abtriebswelle (17) über Stirnzahnradsätze verbindbar sind, die mittels der Schaltelemente schaltbar sind und jeweils Radebenen (V1 bis V4, E1, E2) bilden, von denen zumindest eine Hybrid-Radebene (E1, E2) zusätzlich mit der Elektromaschinen-Welle (9) verbindbar ist. Erfindungsgemäß ist insbesondere auf der Elektromaschinen-Welle (9) zumindest ein Schaltelement (SE-A; K1, K2) angeordnet, mittels dem die Hybrid-Radebene (E1, E2) von der Elektromaschine (11) abkoppelbar ist oder damit verbindbar ist.

Description

Hybridantriebsstrang für ein hybridgetriebenes Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft einen Hybridantriebsstrang für ein hybridgetriebenes Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 .
Aus der EP 2 792 523 A2 ist ein gattungsgemäßer Hybridantriebsstrang für ein hybridgetriebenes Fahrzeug bekannt. Dieser weist ein mittels
Schaltelemente in unterschiedliche Übersetzungsstufen umschaltbares Getriebe auf, das über eine Brennkraftmaschinen-Welle mit einer
Brennkraftmaschine, über eine Elektromaschinen-Welle mit einer
Elektromaschine sowie über eine Ausgangswelle mit zumindest einer Fahrzeugachse trieblich verbindbar ist. Die Brennkraftmaschinen-Welle ist über, Radebenen bildende Stirnzahnradsätze mit einer Abtriebswelle verbindbar. Diese treibt wiederum über eine Stirnradstufe auf die
Ausgangswelle ab. Die Radebenen des Hybridgetriebes weisen eine Hybrid- Radebene auf, die trieblich mit der Elektromaschinen-Welle verbunden ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Hybridantriebsstrang bereitzustellen, der in einer im Vergleich zum Stand der Technik baulich einfachen, bauraumgünstigen Konstruktion größere Freiheitsgrade in der Funktionalität aufweist.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ist insbesondere auf der Elektromaschinen-Welle zumindest ein Schaltelement SE-A angeordnet, mittels dem die Elektromaschine von der Hybrid-Radebene E1 , E2 abkoppelbar ist oder damit verbindbar ist. Auf diese Weise kann bei geschalteten verbrennungsmotorischen Gängen die Elektromaschine vollständig vom Antriebsstrang entkoppelt sein. Dadurch reduziert sich vorteilhaft das Trägheitsmoment des aktivierten Teilgetriebes.
In einer technischen Umsetzung kann die Hybrid-Radebene E1 , E2 aus einem auf der Abtriebswelle angeordneten abtriebsseitigen Zahnrad, einem auf der Brennkraftmaschinen-Welle angeordneten antriebsseitigen Zahnrad und einem auf der Elektromaschinen-Welle angeordneten Zahnrad aufgebaut sein. Das auf der Elektromaschinen-Welle angeordnete Zahnrad kann als ein Loszahnrad auf der Elektromaschinen-Welle drehgelagert sein und mittels des Schaltelements SE-A von der Elektromaschinen-Welle abkoppelbar sein oder damit koppelbar sein. In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Getriebe zwei Hybrid- Radebenen E1 , E2 aufweisen. Das auf der Elektromaschinen-Welle angeordnete Schaltelement SE-A kann beidseitig schaltbar sein und in Axialrichtung zwischen den Loszahnrädern der beiden Hybrid-Radebenen E1 , E2 angeordnet sein. Das Schaltelement SE-A kann entweder in einer ersten Schaltstellung das Loszahnrad der ersten Hybrid-Radebene E1 mit der Elektromaschinen-Welle koppeln oder in einer zweiten Schaltstellung das Loszahnrad der zweiten Hybrid-Radebene E2 mit der Elektromaschinen- Welle koppeln. Bevorzugt ist es, wenn die Elektromaschinen-Welle gänzlich frei von darauf drehfest angeordneten Festzahnrädern der Stirnzahnradsätze ist, die die Radebenen des Getriebes bilden.
Zudem ist es bevorzugt, wenn das Getriebe als ein reines Stirnradgetriebe, ausgelegt ist, bei dem die Brennkraftmaschinen-Welle, die Elektromaschinen-Welle und die Ausgangswelle ausschließlich über
Stirnzahnradsätze miteinander trieblich verbindbar sind. Auf diese Weise wird eine einfach aufgebaute Getriebestruktur erzielt, die im Vergleich zu einem Planetengetriebe wesentlich effizienter betreibbar ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können die beiden Hybrid- Radebenen in der Axialrichtung unmittelbar benachbart sein und zusammen zu einem Teilgetriebe zusammengefasst sein, das im Getriebe-Betrieb stillgelegt ist, das heißt vom Antriebsstrang abgekoppelt ist. Zur Realisierung eines solchen Teilgetriebes kann jede der Hybrid-Radebenen E1 , E2 jeweils ein auf der Abtriebswelle angeordnetes abtriebsseitiges Zahnrad aufweisen, das als Loszahnrad ausgeführt ist und mittels eines Schaltelementes SE-B mit der Abtriebswelle koppelbar ist. Zudem können auch die auf der
Brennkraftmaschinen-Welle angeordneten antriebsseitigen Zahnräder der beiden Hybrid-Radebenen E1 , E2 als Loszahnräder ausgeführt sein. Diese sind bevorzugt gemeinsam drehfest auf einer antriebsseitigen Hohlwelle angeordnet, die koaxial auf der Brennkraftmaschinen-Welle drehgelagert ist und über genau ein Schaltelement, nämlich SE-C, mit der
Brennkraftmaschinen-Welle koppelbar ist. Das oben erwähnte, auf der Abtriebswelle angeordnete Schaltelement SE-B kann beidseitig schaltbar ausgeführt sein und in Axialrichtung zwischen den abtriebsseitigen
Loszahnrädern der beiden Hybrid-Radebenen E1 , E2 angeordnet sein.
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform kann die zumindest eine Hybrid-Radebene E1 , E2 zusammen mit einer weiteren Radebene V3, V4 zu einem Teilgetriebe zusammengefasst sein, das im Getriebe-Betrieb deaktivierbar ist, das heißt vom Antriebsstrang abkoppelbar oder stilllegbar ist. Die oben erwähnte weitere Radebene ist im Gegensatz zur Hybrid- Radebene gegenüber der Elektromaschinen-Welle anbindungsfrei und weist ein auf der Abtriebswelle drehgelagertes abtriebsseitiges Loszahnrad auf, das mittels eines Schaltelementes SE-D, SE-E mit der Abtriebswelle koppelbar ist. Bevorzugt ist es, wenn das auf der Abtriebswelle angeordnete Schaltelement SE-D, SE-E beidseitig schaltbar ist und in der Axialrichtung zwischen den auf der Abtriebswelle drehgelagerten abtriebsseitigen
Loszahnrädern der Hybrid-Radebene E1 , E2 und der weiteren Radebene V3, V4 angeordnet ist.
Die oben erwähnte weitere Radebene V3, V4 kann zudem ein auf der Brennkraftmaschinen-Welle drehgelagertes antriebsseitiges Loszahnrad aufweisen. Dieses ist mittels eines Schaltelementes SE-F mit der
Brennkraftmaschinen-Welle koppelbar. Besonders bevorzugt ist es, wenn die auf der Brennkraftmaschinen-Welle drehgelagerten antriebsseitigen
Loszahnräder der Hybrid-Radebene E1 , E2 und der weiteren Radebene V3, V4 auf einer gemeinsamen antriebsseitigen Hohlwelle drehfest angeordnet sind, die auf der Brennkraftmaschinen-Welle koaxial drehgelagert sind und über genau ein Schaltelement SE-F mit der Brennkraftmaschinen-Welle koppelbar ist.
In einer bevorzugten Weiterentwicklung können die beiden Hybrid- Radebenen E1 , E2 jeweils Bestandteil eines ersten und eines zweiten Teilgetriebes T1 , T2 sein, die im Getriebe-Betrieb deaktivierbar sind. In diesem Fall ist es bevorzugt, wenn das auf der Brennkraftmaschinen-Welle angeordnete Schaltelement SE-F beidseitig schaltbar ist und in Axialrichtung zwischen den antriebsseitigen Hohlwellen der beiden Teilgetriebe T1 , T2 angeordnet ist.
Das auf der Elektromaschinen-Welle angeordnete Schaltelement kann beliebig realisiert sein, zum Beispiel als eine lastschaltbare Freilaufkupplung in Kombination mit einer Kupplung, als eine lastschaltbare Doppelkupplung oder aus einer nicht lastschaltbaren Doppelsynchronisierung. Zudem kann die Elektronnasch ine antriebsseitig oder abtriebsseitig im Getriebe
angebunden sein. Bei einer antriebsseitigen Anbindung kann das auf der Elektromaschinen-Welle angeordnete Zahnrad der Hybrid-Radebene E1 , E2 mit einem auf der Brennkraftmaschinen-Welle drehgelagerten
antriebsseitigen Loszahnrad kämmen. Bei einer abtriebsseitigen Anbindung kann das auf der Elektromaschinen-Welle angeordnete Zahnrad der Hybrid- Radebene E1 , E2 mit einem auf der Abtriebswelle drehgelagerten
abtriebsseitigen Loszahnrad kämmen. Das obige Hybridkonzept kann aufbauend auf einem herkömmlichen
Handschaltgetriebe in einfacher Weise realisiert werden und speziell für den Frontantrieb genutzt werden. Die Hinterachse kann gegebenenfalls mechanisch entkoppelt von der Vorderachse sein, jedoch über separate Elektromaschinen antreibbar ist, um einen Vierradantrieb zu realisieren. Im obigen Hybridkonzept kann die Elektromaschine bevorzugt am Getriebeende positioniert sein.
Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen
wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können - außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen - einzeln oder aber auch in beliebiger
Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine Getriebestruktur eines als Stirnrad-Handschaltgetriebe
ausgeführten Hybridgetriebes; Figur 2 in einer Ansicht entsprechend der Figur 1 ein zweites
Ausführungsbeispiel des Hybridgetriebes; und Figur 3 in einer Ansicht entsprechend der Figur 1 ein drittes
Ausführungsbeispiel des Hybridgetriebes;
Figuren 4 und 5 jeweils eine Abwandlung der Figur 3; und Figur 6 eine Abwandlung der Figur 2.
In der Figur 1 ist ein Handschaltgetriebe 1 gezeigt, das Bestandteil eines Hybridantriebsstranges eines nicht dargestellten hybridgetriebenen
Kraftfahrzeugs ist. Das mittels Schaltelemente in unterschiedliche
Übersetzungsstufen umschaltbare Getriebe 1 ist über eine
Brennkraftmaschinen-Welle 3 mit zwischengeschalteter Trennkupplung 4 und Torsionsdämpfer 5 mit einer Brennkraftmaschine 7 verbunden sowie über eine Elektromaschinen-Welle 9 mit einer Elektromaschine 1 1 verbunden. Die Elektromaschine 1 1 kann für eine Drehmomentwandlung ein in der Figur 1 dargestelltes Planeten-Vorgelege 12 aufweisen. Zudem ist das Getriebe 1 ausgangsseitig über eine Ausgangswelle 13 mit einer
Vorderachse VA des Kraftfahrzeugs trieblich verbunden. Die Ausgangswelle 13 steht als Ritzelwelle mit dem Kegeltrieb eines Vorderachsdifferenzials 15 in Wirkverbindung.
Wie aus der Figur 1 weiter hervorgeht, sind die Brennkraftmaschinen-Welle 3, die Elektromaschinen-Welle 9 sowie eine zwischengeordnete
Abtriebswelle 17 zueinander achsparallel angeordnet. Die Abtriebswelle 17, die Elektromaschinen-Welle 9 sowie die Ausgangswelle 13 sind über Stirnzahnradsätze miteinander trieblich verbindbar, die über die Schaltelemente schaltbar sind. Die Stirnzahnradsätze bilden zueinander parallel angeordnete Radebenen V1 bis V4 und E1 sowie E2, die sich gemäß der Figur 1 in der Axialrichtung allesamt zwischen der Brennkraftmaschine 7 und der Elektromaschine 1 1 befinden.
Nachfolgend ist die in der Figur 1 gezeigte Getriebestruktur des
Hybridgetriebes 1 beschrieben: So sind in der Figur 1 die
Brennkraftmaschinen-Welle 3 und die Abtriebswelle 17 über Radebenen V1 bis V4 miteinander verbunden, die jeweils aus miteinander kämmenden Los- und Festzahnrädern aufgebaut sind. Die Loszahnräder der Radebenen V1 bis V4 sind über Schaltelemente SE-H und SE-G mit der jeweils tragenden Welle 3, 17 koppelbar. Die Radebenen V1 bis V4 sind anbindungsfrei gegenüber der Elektromaschinen-Welle 9. Zudem sind zwei Hybrid-Radebenen E1 , E2 vorgesehen. Jede Hybrid- Radebene E1 , E2 weist ein auf der Abtriebswelle 17 angeordnetes abtriebsseitiges Zahnrad 19, 21 auf, das jeweils mit einem auf der
Brennkraftmaschinen-Welle 3 angeordneten antriebsseitigen Zahnrad 23, 25 und mit jeweils einem koaxial zur Elektromaschinen-Welle 9 angeordneten (elektromaschinenseitigen) Loszahnrad 27, 29 kämmt. Die abtriebsseitigen Zahnräder 19, 21 der Hybrid-Radebenen E1 , E2 sind in der Figur 1 als Festzahnräder auf der Abtriebswelle 17 angeordnet, während deren antriebsseitige Zahnräder 23, 25 als Loszahnräder auf der
Brennkraftmaschinen-Welle 3 drehgelagert sind. Zwischen den beiden antriebsseitigen Zahnrädern 23, 25 der Hybrid-Radebenen E1 , E2 ist ein beidseitig schaltbares Schaltelement SE-C angeordnet, das entweder in einer ersten Schaltstellung die erste Hybrid-Radebene E1 mit der
Brennkraftmaschinen-Welle 3 koppelt oder in einer zweiten Schaltstellung die zweite Hybrid-Radebene E2 mit der Brennkraftmaschinen-Welle 3 koppelt. In gleicher Weise ist auch zwischen den elektromaschinenseitigen Loszahn rädern 27, 29 der Hybrid-Radebenen E1 , E2 ein beidseitig schaltbares Schaltelement SE-A angeordnet, mit dem ebenfalls entweder die erste Hybrid-Radebene E1 oder die zweite Hybrid-Radebene E2 mit der Elektromaschinen-Welle 9 koppelbar. Die Abtriebswelle 17 treibt über eine Stirnradstufe St auf die Ausgangswelle 13 ab.
In der in der Figur 1 gezeigten Neutralstellung des Schaltelements SE-A ist die Elektromaschinen-Welle 9 vom Antriebsstrang abgekoppelt. Auf diese Weise ist die Elektromaschinen-Welle 9 im Getriebe-Betrieb stillgelegt, d.h. dekativiert. Dadurch reduziert sich vorteilhaft das Trägheitsmoment des verbleibenden aktivierten Getriebes. Die Zahnräder der Hybrid-Radebenen E1 , E2 bleiben jedoch aktiviert, d.h. diese werden trotz stillgelegter
Elektromaschine 1 1 im Getriebe-Betrieb mitgedreht. Im Unterschied dazu sind in der Figur 2 die beiden Hybrid-Radebenen E1 , E2 zu einem gemeinsamen Teilgetriebe T zusammengefasst, das im
Getriebe-Betrieb komplett momentenfrei schaltbar ist, das heißt vom
Antriebsstrang komplett abkoppelbar ist, so dass das Teilgetriebe T vollständig stillgelegt ist. Zur Realisierung des Teilgetriebes T sind in der Figur 2 die beiden abtriebsseitigen Zahnräder 19, 21 der Hybrid-Radebenen E1 , E2 nicht mehr als Festzahnräder ausgebildet, sondern vielmehr als Loszahnräder auf der Abtriebswelle 17 drehgelagert. Zwischen den beiden abtriebsseitigen Zahnrädern 19, 21 der Hybrid-Radebenen E1 und E2 ist ein Schaltelement SE-B angeordnet, das beidseitig schaltbar ist und entweder die erste oder die zweite Hybrid-Radebene E1 , E2 mit der Abtriebswelle koppeln kann. Zudem sind in der Figur 2 die beiden antriebsseitigen
Zahnräder 23, 25 der Hybrid-Radebenen E1 , E2 gemeinsam auf einer antriebsseitigen Hohlwelle 31 drehfest angeordnet, die koaxial auf der Brennkraftmaschinen-Welle 3 drehgelagert ist. Die antriebsseitige Hohlwelle 31 ist in bauteilreduzierter Weise über genau ein Schaltelement SE-C mit der Brennkraftmaschinen-Welle 3 koppelbar.
In der Figur 3 sind im Unterschied zur Figur 2 insgesamt zwei Teilgetriebe T1 , T2 bereitgestellt, die im Getriebe-Betrieb komplett momentenfrei schaltbar sind, das heißt vom Antriebsstrang komplett abkoppelbar sind, so dass das erste Teilgetriebe T1 und/oder das zweite Teilgetriebe T2 vollständig stillgelegt ist. Im ersten Teilgetriebe T1 sind die erste Hybrid- Radebene E1 und eine weitere, unmittelbar axial benachbarte Radebene V4 zusammengefasst. Im zweiten Teilgetriebe T2 sind die zweite Hybrid- Radebene E2 sowie eine unmittelbar benachbarte weitere Radebene V3 miteinander zusammengefasst.
Im ersten Teilgetriebe T1 weist die Radebene V4 ein auf der Abtriebswelle 17 drehgelagertes abtriebsseitiges Loszahnrad 33 auf. Das abtriebsseitige Loszahnrad 33 der Radebene V4 und das abtriebsseitige Loszahnrad 19 der ersten Hybrid-Radebene E1 können über ein dazwischen angeordnetes beidseitig schaltbares Schaltelement SE-D alternierend mit der Abtriebswelle 17 gekoppelt werden. Sowohl die erste Hybrid-Radebene E1 als auch die Radebene V4 weisen auf der Brennkraftmaschinen-Welle 3 drehgelagerte antriebsseitige Loszahnräder 23, 35 auf, die gemeinsam drehfest auf einer antriebsseitigen ersten Hohlwelle 37 angeordnet sind. Diese ist auf der Brennkraftmaschinen-Welle 3 koaxial drehgelagert und über ein
Schaltelement SE-F mit der Brennkraftmaschinen-Welle 3 koppelbar.
Das zweite Teilgetriebe T2 ist baugleich wie das erste Teilgetriebe T1 aufgebaut. Im zweiten Teilgetriebe T2 weist die Radebene V3 ein auf der Abtriebswelle 17 drehgelagertes abtriebsseitiges Loszahnrad 39 auf. Das abtriebsseitige Loszahnrad 39 der Radebene V3 und das abtriebsseitige Loszahnrad 21 der zweiten Hybrid-Radebene E2 können über ein dazwischen angeordnetes beidseitig schaltbares Schaltelement SE-E alternierend mit der Abtriebswelle 17 gekoppelt werden. Sowohl die zweite Hybrid-Radebene E2 als auch die Radebene V3 weisen auf der
Brennkraftmaschinen-Welle 3 drehgelagerte antriebsseitige Loszahnräder 25, 41 auf, die gemeinsam drehfest auf einer antriebsseitigen zweiten Hohlwelle 43 angeordnet sind, die auf der Brennkraftmaschinen-Welle 3 koaxial drehgelagert ist und über das Schaltelement SE-F mit der
Brennkraftmaschinen-Welle 3 koppelbar ist. Das für die beiden Hohlwellen 37, 43 gemeinsame Schaltelement SE-F ist beidseitig schaltbar und zwischen den beiden antriebsseitigen Hohlwellen 37, 43 angeordnet.
Wie aus der Figur 3 weiter hervorgeht, werden die beiden
elektromaschinenseitigen Zahnräder 27, 29 der Hybrid-Radebenen E1 , E2 über eine Doppelkupplung geschaltet, die aus einer ersten Kupplung K1 und einer zweiten Kupplung K2 aufgebaut ist. Die Doppelkupplung weist einen Außenlamellenträger 45 auf, der drehfest an der Elektromaschinen-Welle 9 angebunden ist. Der Außenlamellenträger 45 wirkt mit zwei in Axialrichtung nebeneinander angeordneten Innenlamellenträger 47, 49 zusammen. Der Innenlamellenträger 49 ist zusammen mit dem elektromaschinenseitigen Zahnrad 27 der ersten Hybrid-Radebene E1 drehfest auf einer Hohlwelle 51 angeordnet. Demgegenüber ist der Innenlamellenträger 47 zusammen mit dem elektromaschinenseitigen Zahnrad 29 der zweiten Hybrid-Radebene E2 drehfest auf einer Vollwelle 53 angeordnet, die sich koaxial durch die Hohlwelle 51 erstreckt.
Das in der Figur 3 gezeigte Getriebe 1 weist insgesamt 16 Zahnräder, vier Synchronisierungen sowie zwei Kupplungen K1 , K2 auf. In dem Getriebe 1 sind bis zu zehn verbrennungsmotorische Gänge schaltbar, das heißt die nachfolgend erläuterten sechs verbrennungsmotorischen Direkt-Gänge VM1 bis VM6, die lediglich eine Radebene nutzen, sowie die vier Verwindungs- Gänge VM7 bis VM10, die zumindest zwei Radebenen nutzen:
In den Direkt-Gängen VM1 und VM2 ist das Schaltelement SE-H nach links bzw. nach rechts geschaltet, während die beiden Teilgetriebe T1 , T2 stillgelegt sind.
Im Direkt-Gang VM3 ist SE-F nach rechts und SE-D nach links geschaltet. Das heißt, dass das Teilgetriebe T1 aktiviert ist und das Teilgetriebe T2 deaktiviert ist. Gleiches trifft auch für den Direkt-Gang VM4 zu, bei dem SE-F nach rechts und SE-D ebenfalls nach rechts geschaltet sind.
In den folgenden Direkt-Gängen VM5 und VM6 ist das Teilgetriebe T2 aktiviert und das Teilgetriebe T1 deaktiviert. Beim Direkt-Gang VM5 ist SE-F nach links und SE-E nach links geschaltet. Beim Direkt-Gang VM6 ist SE-F nach links und SE-E nach rechts geschaltet.
Von den folgenden vier verbrennungsmotorischen Verwindungs-Gängen VM7 bis VM10 ist im Gang VM7 das Schaltelement SE-F nach rechts geschaltet, die Kupplungen K1 und K2 betätigt und das Schaltelement SE-E nach links geschaltet. Beim Verwindungs-Gang VM8 sind SE-F nach rechts geschaltet, die beiden Kupplungen K1 , K2 betätigt und SE-E nach rechts geschaltet. Im Verwindungs-Gang VM9 sind SE-F nach links geschaltet, die beiden Kupplungen K1 , K2 betätigt und SE-D nach links geschaltet. Im Verwindungs-Gang VM10 sind SE-F nach links geschaltet, die beiden Kupplungen K1 , K2 betätigt und SE-D nach rechts geschaltet.
Im rein elektromotorischen Betrieb des in der Figur 3 gezeigten Getriebes 1 können bis zu 8 elektromotorische Gänge geschaltet werden, das heißt die folgenden zwei Direkt-Gänge EM1 , EM2 und die sechs Verwindungs-Gänge EM3 bis EM8:
So ist im Direkt-Gang EM1 die Kupplung K1 betätigt und das Schaltelement SE-D nach links geschaltet. Im Direkt-Gang EM2 ist die Kupplung K2 betätigt und das Schaltelement SE-E nach links geschaltet. Im elektromotorischen Verwindungs-Gang EM3 ist die Kupplung K1 betätigt und SE-D nach rechts geschaltet. Im Verwindungs-Gang EM4 ist die Kupplung K1 betätigt und SE- F nach rechts geschaltet sowie SE-H nach links geschaltet. Im Verwindungs- Gang E5 ist die Kupplung K1 betätigt, SE-F nach rechts geschaltet sowie SE-H nach rechts geschaltet. Im Verwindungs-Gang EM6 ist die Kupplung K2 betätigt sowie SE-E nach rechts geschaltet. Im Verwindungs-Gang EM7 ist die zweite Kupplung K2 betätigt, SE-F nach links geschaltet sowie SE-H nach links geschaltet. Im Verwindungs-Gang EM8 ist die Kupplung K2 betätigt, SE-F nach links geschaltet sowie SE-H nach rechts geschaltet.
Aus den obigen verbrennungsmotorischen Gängen VM1 bis VM10 und den elektromotorischen Gängen EM1 bis EM8 können in Kombination bis zu 28 hybridische Gänge realisiert werden, in denen elektromotorische und verbrennungsmotorische Gänge in Kombination geschaltet sind.
Nachfolgend sind spezielle Fahrbetriebsarten hervorgehoben, die mittels des in der Figur 3 gezeigten Getriebes realisierbar sind: So ist mit der in der Figur 3 gezeigten Getriebestruktur ein Standladen der Elektromaschine 1 1 ermöglicht, sofern das Fahrzeug im Fahrzeugstillstand ist, zum Beispiel an einer Ampel oder im Stau. In diesem Fall kann
beispielhaft das Schaltelement SE-F nach rechts betätigt werden, um die Brennkraftmaschinen-Welle 3 mit der ersten Hybrid-Radebene E1 zu verbinden. Zugleich wird die Kupplung K1 (bestehend aus dem Außenlamellenträger 45 und dem Innenlamellenträger 49) geschlossen, um die erste Hybrid-Radebene E1 mit der Elektromaschinen-Welle 9 zu verbinden. Dadurch kann ein Momentenfluss von der Brennkraftmaschine 7 über die Brennkraftmaschinen-Welle 3, die erste Hybrid-Radebene E1 , die geschlossene Kupplung K1 bis zur Elektromaschine 1 1 erfolgen.
Zudem ist mit Hilfe der Elektromaschine 1 1 ein Brennkraftmaschinen-Start durchführbar. Die Elektromaschine 1 1 kann die Brenn kraftmasch ine 7 über einen Lastpfad starten, bei dem beispielhaft die zweite Kupplung K2
(bestehend aus dem Außenlamellenträger 45 und dem Innenlamellenträger 47) geschlossen ist und das Schaltelement SE-F nach links betätigt ist.
Ferner kann in der Figur 3 ein Schaltvorgang zwischen den
verbrennungsmotorischen Gängen 1 bis 6 mit Hilfe der Elektromaschine 1 1 zugkraftunterbrechungsfrei erfolgen, und zwar z.B. mit Hilfe der
elektromotorischen Gänge EM1 , EM2, die beim verbrennungsmotorischen Schalten als Stützgänge wirken. Ein solcher Schaltvorgang wird mit einem Öffnen der Trennkupplung 4 gestartet, um die Brennkraftmaschine 7 vom Getriebe 1 zu entkoppeln. Ein eingelegter elektromotorischer Stützgang stellt während des zwischen den verbrennungsmotorischen Gängen erfolgenden Schaltvorgangs einen Stützlastpfad bereit, der von der Elektromaschine 1 1 zur Antriebsseite verläuft. Während des Schaltvorgangs (das heißt die Brennkraftmaschine 7 ist mittels der Trennkupplung 4 vom Antriebsstrang abgekoppelt) kann somit die Elektromaschine 1 1 ein Antriebsmoment erzeugen, das über den Stütz-Lastpfad zur Abtriebsseite übertragen wird.
Der obige Sachverhalt ist nachfolgend anhand eines
Zugkraftunterbrechungsfreien Schaltvorgangs zwischen dem dritten und vierten verbrennungsmotorischen Gang erläutert, bei dem der
elektromotorische zweite Gang EM2 als Stützgang wirkt: So ist im Getriebe 1 der Figur 3 im verbrennungsmotorischen dritten Gang VM3 das
Schaltelement SE-F nach rechts und das Schaltelement SE-D nach links geschaltet. Dadurch verläuft ein Lastpfad von der Brennkraftmaschine 7, dem Teilgetriebe T1 , der Abtriebswelle 17 bis zum abtriebsseitigen
Stirnradtrieb St, während das Teilgetriebe T2 deaktiviert (stillgelegt) ist. Zu Beginn des Schaltvorgangs wird die Trennkupplung 4 gelöst und das
Schaltelement SE-D in seine Neutralstellung geschaltet. Zudem wird der als Stützgang wirkende elektromotorische Gang EM2 eingelegt, das heißt die Lamellenkupplung K2 geschlossen und das Schaltelement SE-E nach links geschaltet, und die Elektromaschine 1 1 hochgefahren. Dadurch erfolgt eine Lastübertragung von der Elektromaschine 1 1 zur Abtriebsseite, bei der die Elektromaschine 1 1 ein beliebig einstellbares Moment erzeugt.
Der Schaltvorgang in den Zielgang VM4 wird fortgesetzt, indem das
Schaltelement SE-D von seiner Neutralstellung nach rechts geschaltet wird. Damit ist ein Lastpfad von der Brennkraftmaschine 7 über das Schaltelement SE-F, die Radebene V4, das Schaltelement SE-D sowie die Abtriebswelle 17 bis zum abtriebsseitigen Stirnradtrieb St vorbereitet. Zum Ende des
Schaltvorgangs wird die Trennkupplung 4 wieder geschlossen, das heißt die Brennkraftmaschine 7 zugeschaltet, sowie die Elektromaschine 1 1 wieder heruntergefahren, so dass der Zielgang VM4 geschaltet ist und abermals eine Lastübertragung von der Brennkraftmaschine 7 zur Abtriebsseite erfolgt.
Von daher kann im Getriebe 1 der Figur 3 jede Schaltung mittels eines elektromotorischen Stützgangs gestützt werden, und zwar im Unterschied zur Figur 2, in der speziell ein Schaltvorgang zwischen dem
verbrennungsmotorischen dritten Gang VM3 und dem
verbrennungsmotorischen vierten Gang VM4, das heißt zwischen den Hybrid-Radebenen E1 und E2, nicht mittels eines elektromotorischen Gangs gestützt werden kann. In dem in der Figur 2 gezeigten Getriebe 1 kann während des obigen Schaltvorgangs von der Elektromaschine 1 1 kein Stütz- Lastpfad bereitgestellt werden, da sowohl die Brennkraftmaschine 7 als auch die Elektromaschine 1 1 über ein gemeinsames Schaltelement SE-B auf die Abtriebswelle 17 abtreiben. Somit ist in der Figur 2 kein
Zugkraftunterbrechungsfreies Schalten zwischen dem dritten und vierten verbrennungsmotorischen Gang möglich.
Zudem ist mittels des in der Figur 3 gezeigten Getriebes 1 ein
verbrennungsmotorisches Anfahren aus dem Fahrzeugstillstand oder ein Boost-Betrieb ermöglicht, bei der für einzelne verbrennungsmotorische Gänge mehrere elektromotorische Gänge zum Boosten zur Verfügung stehen.
Anhand der folgenden Figuren 4 bis 6 sind Abwandlungen des in der Figur 3 gezeigten Getriebes 1 beschrieben:
So sind in der Figur 4 die beiden elektromaschinenseitigen Zahnräder 27, 29 der Hybrid-Radebenen E1 , E2 nicht über eine Doppelkupplung (Figur 3) oder über eine Doppelsynchronisierung (Figur 2) mit der Elektromaschinen-Welle 9 verbindbar, sondern anstelle dessen mittels einer Freilaufkupplung F und einer Lamellenkupplung K. Die Lamellenkupplung K weist einen
Außenlamellenträger 45 auf, der sowohl an der Elektromaschinen-Welle 9 als auch an der Hohlwelle 51 drehfest angebunden ist. Der
Außenlamellenträger 45 wirkt auf einen Innenlamellenträger 47. Dieser ist zusammen mit dem Zahnrad 29 der Hybrid-Ebene 1 auf der Vollwelle 53 drehfest angeordnet, die sich koaxial durch die Hohlwelle 51 erstreckt. Das elektromaschinenseitige Zahnrad 27 der ersten Hybridradebene E1 ist über die Freilaufkupplung F mit der Hohlwelle 51 verbindbar. Der Freilaufkupplung F ist ein Schaltelement SE-I zugeordnet, das in zwei Betriebsstellungen schaltbar ist: In der gezeigten Betriebsstellung ist eine Drehmomentübertragung von der Elektromaschinen-Welle 9 über den Außenlamellenträger 45 und über die Hohlwelle 51 in Richtung auf das elektromaschinenseitige Zahnrad 27 der ersten Hybrid-Radebene E1 ermöglicht und in Gegenrichtung die Freilauffunktion aktiviert, das heißt eine Drehmomentübertragung unterbunden. Sofern also die mit der Hohlwelle 51 verbundene Freilaufkupplungs-Innenseite 58 schneller dreht als das elektromaschinenseitige Zahnrad 27, treibt die Hohlwelle 51 das Zahnrad 27 an. In einer zweiten Betriebsstellung ist das Schaltelement SE-I in der Figur 4 nach links geschaltet. In diesem Fall ist eine Drehmomentübertragung in beiden Richtungen ermöglicht. Sowohl in der Figur 4 als auch in der Figur 3 sind die elektromotorischen Gänge lastschaltbar, während in der Figur 1 oder 2 die elektromotorischen Gänge nicht lastschaltbar sind.
In der Figur 5 ist die Elektromaschine 1 1 nicht mehr abtriebsseitig an das Getriebe 1 angebunden (wie in den Figuren 1 bis 4), sondern antriebsseitig an das Getriebe 1 angebunden. Bei einer solchen antriebsseitigen
Anbindung kämmen die Zahnräder 27, 29 der Hybrid-Radebenen E1 und E2 nicht mehr mit den abtriebsseitigen Zahnrädern 19, 21 der Hybrid- Radebenen E1 und E2, sondern mit den antriebsseitigen Zahnrädern 23, 25 der Hybrid-Radebenen E1 und E2.
In den Figuren 1 bis 5 ist ein elektromotorischer Rückwärtsgang
bereitgestellt, bei dem die Elektromaschine 1 1 in umgekehrter Richtung zu betreiben ist. Im Unterschied dazu weist in der Figur 6 das Getriebe 1 eine zusätzliche Rückwärtsgang-Radebene R auf, die als ein Stirnradsatz ausgebildet ist. Die Rückwärtsgang-Radebene R ist aus einem auf der Brennkraftmaschinen-Welle 3 losgelagerten antriebsseitigen Zahnrad 59, einem damit kämmenden Zwischenzahnrad 61 sowie einem abtriebsseitigen drehfest auf der Abtriebswelle 17 gelagerten Zahnrad 63 aufgebaut, das mit dem Zwischen-Zahnrad 61 kämmt. Der grundsätzliche Aufbau der in der Figur 6 gezeigten Getriebestruktur ist weitgehend baugleich mit der in der Figur 2 gezeigten Getriebestruktur, mit Ausnahme der zusätzlichen
Rückwärtsgang-Radebene R, die in Axialrichtung zwischen der zweiten Hybrid-Radebene E2 und dem Planetenvorgelege 12 angeordnet ist. Zudem ist das Schaltelement SE-C, im Unterschied zur Figur 2, in der Figur 6 beidseitig schaltbar ausgebildet und in Axialrichtung zwischen der antriebsseitigen Hohlwelle 31 und dem antriebsseitigen Loszahnrad 59 positioniert. Bei einer Schaltbetätigung nach rechts ist die
Brennkraftmaschinen-Welle 3 über das Schaltelement SE-C mit der Rückwärtsgang-Ebene R trieblich verbunden.

Claims

Patentansprüche
Hybridantriebsstrang für ein hybridgetriebenes Fahrzeug, mit einem mittels Schaltelemente in unterschiedliche Übersetzungsstufen umschaltbaren Getriebe (1 ), insbesondere Handschaltgetriebe, das über eine Brennkraftmaschinen-Welle (3) mit einer
Brennkraftmaschine (7), über eine Elektromaschinen-Welle (9) mit einer Elektromaschine (1 1 ) sowie über eine Ausgangswelle (13) mit zumindest einer Fahrzeugachse (VA) trieblich verbindbar ist, wobei die Brennkraftmaschinen-Welle (3) und eine mit der Ausgangswelle (13) trieblich verbundene Abtriebswelle (17) über Stirnzahnradsätze verbindbar sind, die mittels der Schaltelemente schaltbar sind und jeweils Radebenen (V1 bis V4, E1 , E2) bilden, von denen zumindest eine Hybrid-Radebene (E1 , E2) zusätzlich mit der Elektromaschinen- Welle (9) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass
insbesondere auf der Elektromaschinen-Welle (9) zumindest ein Schaltelement (SE-A; K1 , K2; K, F) angeordnet ist, mittels dem die Hybrid-Radebene (E1 , E2) von der Elektromaschine (1 1 ) abkoppelbar ist oder damit verbindbar ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Hybrid-Radebene (E1 , E2) ein auf der Abtriebswelle (17)
angeordnetes abtriebsseitiges Zahnrad (19, 21 ), ein auf der
Brennkraftmaschinen-Welle (3) angeordnetes antriebsseitiges
Zahnrad (23, 25) und ein elektromaschinenseitiges Zahnrad (27, 29) aufweist, und dass insbesondere das auf der Elektromaschinen-Welle (9) angeordnete elektromaschinenseitige Zahnrad (27, 29) als
Loszahnrad auf der Elektromaschinen-Welle (9) drehgelagert ist und mittels des Schaltelements (SE-A), insbesondere eine nicht lastschaltbare Synchronisierung, von der Elektromaschinen-Welle (9) abkoppelbar ist oder damit koppelbar ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (1 ) genau zwei Hybrid-Radebenen (E1 , E2) aufweist, und dass insbesondere das auf der Elektromaschinen-Welle (9) angeordnete Schaltelement (SE-A) beidseitig schaltbar ist und in Axialrichtung zwischen den Loszahnrädern (27, 29) der beiden Hybrid- Radebenen (E1 , E2) angeordnet ist, wobei das Schaltelement (SE-A) in einer Neutralstellung von den beiden Hybrid-Radebenen (E1 , E2) abgekoppelt ist und das Schaltelement (SE-A) entweder in einer ersten Schaltstellung das Loszahnrad (27) der ersten Hybrid- Radebene (E1 ) mit der Elektromaschinen-Welle (9) koppelt oder in einer zweiten Schaltstellung das Loszahnrad (29) der zweiten Hybrid- Radebene (E2) mit der Elektromaschinen-Welle (9) koppelt.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschinen-Welle (9) frei von drehfest darauf angeordneten Festzahnräder der die Radebenen bildenden Stirnzahnradsätze ist.
Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (17) über eine Stirnradstufe (St) mit der Ausgangswelle (13) verbunden ist, und dass insbesondere sämtliche Radebenen (V1 bis V4, E1 , E2) in der Axialrichtung zwischen der Stirnradstufe (St) und der Elektromaschine (1 1 ) angeordnet sind, und/oder dass die zumindest eine Hybrid-Radebene (E1 , E2), insbesondere beide Hybridradebenen (E1 , E2), unmittelbar axial benachbart an der Elektromaschine (1 1 ) angeordnet sind. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass das auf der Abtriebswelle (17) angeordnete abtriebsseitige Zahnrad (19, 21 ) der zumindest einen Hybrid- Radebene (E1 , E2) ein Loszahnrad ist, das mittels eines
Schaltelements (SE-B) mit der Abtriebswelle (17) koppelbar ist, und/oder dass das auf der Brennkraftmaschinen-Welle (3)
angeordnete antriebsseitige Zahnrad (23, 25) der Hybrid-Radebene (E1 , E2) ein Loszahnrad ist, das mittels eines Schaltelements (SE-C) mit der Brennkraftmaschinen-Welle (3) koppelbar ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das auf der Abtriebswelle (17) angeordnete Schaltelement (SE-B) beidseitig schaltbar ist und in Axialrichtung zwischen den
abtriebsseitigen Loszahnrädern (19, 21 ) der beiden Hybrid- Radebenen (E1 , E2) angeordnet ist, wobei das Schaltelement (SE-B) entweder in einer ersten Schaltstellung das abtriebsseitige
Loszahnrad (19) der ersten Hybrid-Radebene (E1 ) mit der
Abtriebswelle (17) koppelt oder in einer zweiten Schaltstellung das abtriebsseitige Loszahnrad (21 ) der zweiten Hybrid-Radebene (E2) mit der Abtriebswelle (17) koppelt.
Antriebsstrang nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Hybrid-Radebenen (E1 , E2) Bestandteile eines Teilgetriebes (T) sind, das während des Getriebe-Betriebs stilllegbar ist, das heißt vom Antriebsstrang abkoppelbar ist, und dass
insbesondere im Teilgetriebe (T) die auf der Brennkraftmaschinen- Welle (3) angeordneten antriebsseitigen Loszahnräder (23, 25) der beiden Hybridradebenen (E1 , E2) gemeinsam auf einer Hohlwelle (31 ) drehfest angeordnet sind, die koaxial auf der Brennkraftmaschinen- Welle (3) drehgelagert ist und über genau ein Schaltelement (SE-C) mit der Brennkraftmaschinen-Welle (3) koppelbar ist.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass an die Hybrid-Radebene (E1 , E2) eine weitere Radebene (V3, V4) unmittelbar benachbart ist, die gegenüber der Elektromaschinen-Welle (9) anbindungsfrei ist und ein auf der
Abtriebswelle (17) drehgelagertes abtriebsseitiges Loszahnrad (33, 39) aufweist, das mittels eines Schaltelements (SE-D, SE-E) mit der Abtriebswelle (17) koppelbar ist, und dass insbesondere das auf der Abtriebswelle (17) angeordnete Schaltelement (SE-D, SE-E) beidseitig schaltbar ist und in Axialrichtung zwischen den auf der Abtriebswelle (17) drehgelagerten abtriebsseitigen Loszahnrädern (19, 21 , 33, 39) der Hybrid-Radebene (E1 , E2) und der weiteren Radebene (V3, V4) angeordnet ist, wobei das Schaltelement (SE-D, SE-E) in einer Neutralstellung von der Hybrid-Radebene (E1 , E2) und von der weiteren Radebene (V3, V4) abgekoppelt ist und das Schaltelement (SE-D, SE-E) entweder in einer ersten Schaltstellung das
abtriebsseitige Loszahnrad (33, 39) der weiteren Radebene (V3, V4) mit der Abtriebswelle (17) koppelt oder in einer zweiten Schaltstellung das abtriebsseitige Loszahnrad (19, 21 ) der Hybrid-Radebene (E1 , E2) mit der Abtriebswelle (17) koppelt.
Antriebsstrang nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybrid-Radebene (E1 , E2) und die weitere Radebene (V3, V4) Bestandteile eines Teilgetriebes (T1 , T2) sind, das während des Getriebe-Betriebs stilllegbar ist, das heißt vom Antriebsstrang abkoppelbar ist, und dass insbesondere im Teilgetriebe (T1 , T2) die weitere Radebene (V3, V4) ein auf der Brennkraftmaschinen-Welle (3) drehgelagertes antriebsseitiges Loszahnrad (35, 41 ) aufweist, das mittels eines Schaltelements (SE-F) mit der Brennkraftmaschinen- Welle (3) koppelbar ist, und dass insbesondere die auf der
Brennkraftmaschinen-Welle (3) drehgelagerten Loszahnräder (35, 41 , 23, 25) der Hybrid-Radebene (E1 , E2) und der weiteren Radebene (V3, V4) auf einer abtriebsseitigen Hohlwelle (37, 43) drehfest angeordnet sind, die auf der Brennkraftmaschinen-Welle (3) koaxial drehgelagert ist und über genau ein Schaltelement (SE-F) mit der Brennkraftmaschinen-Welle (3) koppelbar ist. 1 1 . Antriebsstrang nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Hybrid-Radebenen (E1 , E2) jeweils Bestandteil eines ersten und eines zweiten Teilgetriebes (T1 , T2) sind, und dass das auf der Brennkraftmaschinen-Welle (3) angeordnete Schaltelement (SE-F) beidseitig schaltbar ist und in Axialrichtung zwischen den
antriebsseitigen Hohlwellen (37, 43) der beiden Teilgetriebe (T1 , T2) angeordnet ist, wobei das Schaltelement (SE-F) in einer
Neutralstellung von beiden Hohlwellen (37, 43) abgekoppelt ist und das Schaltelement (SE-F) entweder in einer ersten Schaltstellung die antriebsseitige Hohlwelle (37) des ersten Teilgetriebes (T1 ) mit der Brennkraftmaschinen-Welle (3) koppelt oder in einer zweiten
Schaltstellung die antriebsseitige Hohlwelle (43) des zweiten
Teilgetriebes (T2) mit der Brennkraftmaschinen-Welle (3) koppelt.
12. Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (1 1 ) abtriebsseitig angebunden ist, und dass für die abtriebsseitige Anbindung der Elektromaschine (1 1 ) das elektromaschinenseitige Zahnrad (27, 29) der Hybrid-Radebene (E1 , E2) mit dem auf der Abtriebswelle (17) drehgelagerten abtriebsseitigen Loszahnrad (19, 21 ) kämmt. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (1 1 ) antriebsseitig angebunden ist, und dass für die antriebsseitige Anbindung der Elektromaschine (1 1 ) das elektromaschinenseitige Zahnrad (27, 29) der Hybrid-Radebene (E1 , E2) mit dem auf der Brennkraftmaschinen- Welle (3) drehgelagerten antriebsseitigen Loszahnrad (23, 25) kämmt.
Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschinen-Welle (9) über ein erstes Schaltelement (F; K1 ) mit der ersten Hybridebene (E1 ) und mit einem zweiten Schaltelement (K; K2) mit der zweiten Hybridebene (E2) verbunden ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromaschinenseitige Zahnrad (27) der ersten Hybridebene (E1 ) auf einer zur Elektromaschinen-Welle (9) koaxialen Hohlwelle (51 ), insbesondere drehfest, angeordnet, ist, und dass insbesondere die Hohlwelle (51 ) über das erste Schaltelement, insbesondere eine Kupplung (K1 ), mit der Elektromaschinen-Welle (9) verbindbar ist, und dass das Zahnrad (29) der zweiten Hybridebene (E2) auf einer koaxial durch die Hohlwelle (51 ) geführten Vollwelle (53) drehfest angeordnet ist, und dass die Vollwelle (53) über das zweite Schaltelement, insbesondere eine Kupplung (K2; K), mit der Elektromaschinen-Welle (9) verbindbar ist.(Fig. 3)
Antriebsstrang nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement eine Freilaufkupplung (F) ist, und dass das elektromaschinenseitige Zahnrad (27) der ersten Hybridradebene (E1 ) über die Freilaufkupplung (F) mit der drehfest an der
Elektromaschinen-Welle (9) angebundenen Hohlwelle (51 ) verbindbar ist, und dass der Freilaufkupplung (F) ein Schaltelement (SE-I) zugeordnet ist, wobei das Schaltelement (SE-I) in einer ersten
Schaltstellung eine Drehmomentübertragung von der
Elektromaschinen-Welle (9) auf die Hohlwelle (51 ) zulässt und in Gegenrichtung unterbindet, und in einer zweiten Schaltstellung die Drehmomentübertragung in beide Richtungen zulässt.
Antriebsstrang nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schaltelement eine Kupplung (K) ist, mit der die Vollwelle (53) mit der Elektromaschinen-Welle (9) verbindbar ist, wobei insbesondere der Außenlamellentrager (45) der Kupplung (K) sowohl an der Elektromaschinen-Welle (9) als auch an der Hohlwelle (51 ) fest angebunden ist.
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