EP3887189A1

EP3887189A1 - Hybride getriebeeinheit mit zwei planetenradsätzen und mehreren schalteinrichtungen; sowie kraftfahrzeug

Info

Publication number: EP3887189A1
Application number: EP19802054.7A
Authority: EP
Inventors: Laurent BAYOUX; Matthieu Rihn
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2018-11-30
Filing date: 2019-10-29
Publication date: 2021-10-06
Also published as: DE102018130498A1; KR20210093887A; US20220032766A1; WO2020108687A1; CN113165493A; US11524567B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Getriebeeinheit (1) für ein hybrides Kraftfahrzeug (2), mit einem Planetengetriebe (3), wobei das Planetengetriebe (3) mit einem ersten Planetenradsatz (4) und einem zweiten Planetenradsatz (5) ausgestattet ist, einer mit einem Bestandteil (6) des Planetengetriebes (3) gekoppelten elektrischen Maschine (7) sowie mehreren, jeweils eine Bremse oder eine Kupplung bildenden und zwischen einer aktivierten Stellung und einer deaktivierten Stellungen verstellbaren Schalteinrichtungen (8, 9, 10, 11), wobei die Schalteinrichtungen (8, 9, 10, 11) zum Schalten verschiedener Getriebeübersetzungen zwischen einem mit einem Verbrennungsmotor (12) koppelbaren Eingang (13) sowie einem Ausgang (14) und/oder zwischen der elektrischen Maschine (7) sowie dem Ausgang (14) wirkend eingesetzt sind, wobei nicht mehr als vier Schalteinrichtungen (8, 9, 10, 11) zum Umsetzen zumindest zweier unterschiedlicher Getriebeübersetzungen in einem Antriebszustand des Verbrennungsmotors (12), zumindest einer Getriebeübersetzung in einem Antriebszustand der elektrischen Maschine (7) sowie zumindest einer Getriebeübersetzung in einem Rekuperationszustand der elektrischen Maschine (7) durch ihre aktivierten sowie deaktivierten Stellungen vorhanden sind. Zudem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug (2) mit einem Verbrennungsmotor (12) und dieser Getriebeeinheit (1).

Description

Hybride Getriebeeinheit mit zwei Planetenradsätzen und mehreren Schalteinrichtunqen; sowie Kraftfahrzeug

Die Erfindung betrifft eine Getriebeeinheit (auch als (dediziertes) Hybridgetriebe be zeichnet) für ein hybrides Kraftfahrzeug, mit einem Planetengetriebe, wobei das Pla netengetriebe mit einem ersten Planetenradsatz und einem zweiten Planetenradsatz ausgestattet ist, einer mit einem Bestandteil des Planetengetriebes gekoppelten elektrischen Maschine sowie mehreren, jeweils eine Bremse oder eine Kupplung bil denden und zwischen einer aktivierten Stellung und einer deaktivierten Stellung ver stellbaren Schalteinrichtungen, wobei die Schalteinrichtungen zum Schalten verschie dener Getriebeübersetzungen zwischen einem mit einem Verbrennungsmotor koppel baren Eingang sowie einem Ausgang und/oder zwischen der elektrischen Maschine sowie dem Ausgang wirkend eingesetzt sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit dieser Getriebeeinheit sowie einem Verbrennungsmotor.

Aus dem Stand der Technik sind bereits verschiedene gattungsgemäße Ausführungen von Hybridgetrieben realisiert. Beispielsweise ist mit der US 2012/0122622 A1 ein Hybridgetriebe mit einem Eingangsglied, einem Ausgangsglied und einem einzelnen Motor / Generator offenbart.

Weiterhin offenbart die EP 2 146 855 B1 ein Hybridantriebssystem für ein Fahrzeug. Mit der DE 10 2016 224 458 A1 ist ein Kraftfahrzeuggetriebe mit Planetengetrieberad sätzen mit gleicher Standübersetzung realisiert. Weiterer Stand der Technik ist aus der JP 6331058 B2 bekannt.

Als Nachteil der aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungen hat es sich je doch herausgestellt, dass die Getriebeeinheiten häufig einen relativ komplexen Auf bau aufweisen, was an der relativ hohen Anzahl an vorhandener Schalteinrichtungen liegt. Dies bringt einen erhöhten Herstell- und Montageaufwand sowie einen erhöhten Bauraumbedarf mit sich. Gewisse Anordnungen der Getriebeeinheit relativ zu einem Verbrennungsmotor des jeweiligen Kraftfahrzeuges lassen sich daher nicht oder nur relativ schwierig umsetzen. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu beheben und insbesondere eine hybride Getriebeeinheit zur Verfügung zu stellen, die einen möglichst einfachen Aufbau aufweist und kompakt umgesetzt ist.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass nicht mehr als vier Schalteinrichtun gen zum Umsetzen zumindest zweier unterschiedlicher Getriebeübersetzungen in ei nem Antriebszustand des Verbrennungsmotors, zumindest einer Getriebeübersetzung in einem Antriebszustand der elektrischen Maschine sowie zumindest einer Getriebe übersetzung in einem Rekuperationszustand der elektrischen Maschine durch ihre ak tivierten sowie deaktivierten Stellungen vorhanden sind.

Dadurch wird die Anzahl an vorhandenen Schalteinrichtungen deutlich reduziert, wo bei dennoch verschiedene Getriebeübersetzungen in einem Antriebszustand des Ver brennungsmotors sowie der elektrischen Maschine die ausreichende Leistungswand lung ermöglichen.

Weitere vorteilhafte Ausführungen sind mit den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.

Demnach ist es von Vorteil, wenn eine erste Schalteinrichtung und / oder eine zweite Schalteinrichtung (der nicht mehr als vier Schalteinrichtungen) als Kupplung ausgebil det sind / ist. Dadurch lässt sich insbesondere ein Verbrennungsmotor geschickt von dem Planetengetriebe ankoppeln.

Als zweckmäßig hat es sich dabei herausgestellt, wenn die erste Schalteinrichtung als eine Kupplung, die zwischen dem Eingang und einem mit dem ersten Planetenradsatz in Zahneingriff stehenden ersten Sonnenrad wirkend eingesetzt ist, ausgebildet ist, sodass in der aktivierten Stellung der ersten Schalteinrichtung der Eingang mit dem ersten Sonnenrad rotatorisch verbunden ist (d.h. eine Antriebsleistung zwischen dem Eingang und dem ersten Sonnenrad übertragbar ist) und in der deaktivierten Stellung der ersten Schalteinrichtung der Eingang von dem ersten Sonnenrad entkoppelt ist (d.h. keine Antriebsleistung zwischen dem Eingang und dem ersten Sonnenrad über tragbar ist).

Seitens der zweiten Schalteinrichtung ist es besonders zweckmäßig, wenn diese als eine Kupplung, die zwischen dem Eingang und einem ersten Planetenträger des ers ten Planetenradsatzes wirkend eingesetzt ist, ausgebildet ist, sodass in der aktivierten Stellung der zweiten Schalteinrichtung der Eingang mit dem ersten Planetenträger ro tatorisch verbunden ist (d.h. eine Antriebsleistung zwischen dem Eingang und dem ersten Planetenträger übertragbar ist) und in der deaktivierten Stellung der zweiten Schalteinrichtung der Eingang von dem ersten Planetenträger entkoppelt ist (d.h. kei ne Antriebsleistung zwischen dem Eingang und dem ersten Planetenträger übertrag bar ist).

Des Weiteren ist es zweckmäßig, wenn eine dritte Schalteinrichtung und / oder eine vierte Schalteinrichtung (der nicht mehr als vier Schalteinrichtungen) als Bremse aus gebildet sind / ist. Dadurch lassen sich auch die übrigen Getriebeübersetzungen ein fach schalten.

Von Vorteil ist es in dem Zusammenhang zudem, wenn die dritte Schalteinrichtung als eine auf ein zweites Sonnenrad einwirkende Bremse ausgebildet ist, wobei das zweite Sonnenrad mit einem zweiten Planetenradsatz des Planetengetriebes in Zahneingriff steht, sodass in der aktivierten Stellung der dritten Schalteinrichtung eine Rotation des zweiten Sonnenrades blockiert ist und in der deaktivierten Stellung der dritten Schalt einrichtung eine freie Rotation des zweiten Sonnenrades ermöglicht ist.

Für die vierte Schalteinrichtung ist es des Weiteren zweckmäßig, wenn diese als eine auf das erste Sonnenrad einwirkende Bremse ausgebildet ist, sodass in der aktivier ten Stellung der vierten Schalteinrichtung eine Rotation des ersten Sonnenrades blo ckiert ist und in der deaktivierten Stellung der vierten Schalteinrichtung eine freie Ro tation des ersten Sonnenrades ermöglicht ist. Des Weiteren ist es zweckmäßig, wenn eine Zusatzschalteinrichtung in den Ausgang der Getriebeeinheit integriert ist, um die Getriebeeinheit / das Planetengetriebe wahl weise vollständig von dem restlichen Abtrieb des Kraftfahrzeuges zu entkoppeln.

Besonders bevorzugt sind die nicht mehr als vier Schalteinrichtungen zum Umsetzen von vier unterschiedlichen Getriebeübersetzungen in einem Antriebszustand des Ver brennungsmotors, zwei unterschiedlichen Getriebeübersetzungen in einem Antriebs zustand der elektrischen Maschine sowie zum Umsetzen einer Getriebeübersetzung in dem Rekuperationszustand der elektrischen Maschine durch ihre aktivierten sowie deaktivierten Stellungen ausgebildet. In diesem Zusammenhang ist es insbesondere vorteilhaft, wenn zudem ein Standladezustand über diese nicht mehr als vier Schalt einrichtungen gebildet wird, indem der Verbrennungsmotor der elektrischen Maschine, die dann als Generator wirkt, eine Antriebsleistung zuführt. Die Getriebeübersetzun gen der Antriebszustände des Verbrennungsmotors und der elektrischen Maschine unterscheiden sich weiter bevorzugt allesamt untereinander. Weiterhin ist es vorteil haft, wenn die nicht mehr als vier Schalteinrichtungen zudem ein Rückwärtsfahren in einem elektrischen Betrieb oder einem eCVT-Betrieb (elektrisches stufenloses Getrie be) ermöglichen.

Seitens des Aufbaus des Planetengetriebes hat es sich auch als zweckmäßig heraus gestellt, wenn ein mit dem ersten Planetenradsatz in Zahneingriff befindliches erstes Hohlrad mit einem zweiten Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes drehfest gekoppelt ist und/oder der erste Planetenträger des ersten Planetenradsatzes mit ei nem mit dem zweiten Planetenradsatz in Zahneingriff befindlichen zweiten Hohlrad drehfest gekoppelt ist.

Ist eine rotorfeste Triebwelle der elektrischen Maschine mit dem ersten Planetenträger des ersten Planetenradsatzes (vorzugsweise über eine Zahnradstufe) drehgekoppelt, wird die elektrische Maschine besonders einfach sowie kompakt an das Planetenge triebe angebunden. Die Triebwelle ist vorzugsweise parallel zu einer zentralen Dreh achse der Getriebeeinheit (Drehachse der Sonnenräder und Planetenträger) oder wei ter bevorzugt koaxial zu der Drehachse angeordnet. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, wie einem Otto- oder Dieselmotor, und einer mit ihrem Eingang an eine Ausgangswel le des Verbrennungsmotors angeschlossenen oder anschließbaren erfindungsgemä ßen Getriebeeinheit nach zumindest einer der zuvor beschriebenen Ausführungen.

In anderen Worten ausgedrückt, ist somit erfindungsgemäß ein dediziertes Hybridge triebe mit Planetenradsatz sowie vier verbrennungsmotorischen Gängen und zwei elektromotorischen Gängen realisiert. Das dedizierte Hybridgetriebe weist erfindungs gemäß zwei Planetenradsätze, eine elektrische Maschine und nicht mehr als vier Schalteinrichtungen (sowie keine separate Trennkupplung) zum Anbinden oder Ent koppeln eines Verbrennungsmotors an / von dem Antriebsstrang zum reinen elektri schen Fahren auf.

Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen, in einem teilweise dargestellten Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges eingesetzten Getriebeeinheit nach einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung aller durch die Getriebeeinheit der Fig.

1 schaltbarer Gänge,

Fign. 3a bis 3d vier schematische Schnittansichten der Getriebeeinheit, ähnlich zu Fig.

1 , wobei Drehmomentenflüsse bei vier verschiedenen Getriebeübersetzun gen / Gängen in einem Antriebszustand eines Verbrennungsmotors zu er kennen sind,

Fign. 4a und 4b zwei schematische Schnittansichten der Getriebeeinheit, ähnlich zu

Fig. 1 , wobei Drehmomentenflüsse bei zwei verschiedenen Getriebeüberset zungen / Gängen in einem Antriebszustand einer elektrischen Maschine zu erkennen sind, Fig. 5 eine schematische Schnittansicht der Getriebeeinheit, ähnlich zu Fig. 1 , wo bei ein Drehmomentenfluss in einem Standladezustand zu erkennen ist,

Fig. 6 eine schematische Schnittansicht der Getriebeeinheit, ähnlich zu Fig. 1 , wo bei ein Drehmomentenfluss in einer Getriebeübersetzung / einem Gang in einem Rekuperationszustand zu erkennen ist,

Fig. 7 ein Zugkraftdiagramm zum Veranschaulichen unterschiedlicher, den jeweili gen Antriebszuständen und Getriebeübersetzungen zugeordneter Kennlinien des Antriebsstranges nach Fig. 1 ,

Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuges samt der erfindungs gemäßen Getriebeeinheit nach Fig. 1 , wobei die Getriebeeinheit an der Vor derachse des Kraftfahrzeuges sowie in einer Queranordnung mit dem Ver brennungsmotor eingesetzt ist,

Fig. 9 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuges mit einer erfindungs gemäßen Getriebeeinheit nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei nun zusätzlich ein elektrischer Achsantrieb an einer Flinterachse des Kraft fahrzeuges vorhanden ist,

Fig. 10 eine schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen, in einem teil weise dargestellten Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges eingesetzten Getrie beeinheit nach dem zweiten Ausführungsbeispiel,

Fig. 11 ein Diagramm zur Veranschaulichung aller durch die Getriebeeinheit der Fig.

10 schaltbarer Gänge,

Fign. 12a bis 12d vier schematische Schnittansichten der Getriebeeinheit, ähnlich zu

Fig. 10, wobei Drehmomentenflüsse bei vier verschiedenen Getriebeüber setzungen / Gängen in einem Antriebszustand eines Verbrennungsmotors zu erkennen sind,

Fign. 13a und 13b zwei schematische Schnittansichten der Getriebeeinheit, ähnlich zu

Fig. 10, wobei Drehmomentenflüsse bei zwei verschiedenen Getriebeüber- Setzungen / Gängen in einem Antriebszustand einer elektrischen Maschine zu erkennen sind,

Fig. 14 eine schematische Schnittansicht der Getriebeeinheit, ähnlich zu Fig. 1 , wo bei ein Drehmomentenfluss in einem Standladezustand / einem seriellen Be trieb zu erkennen ist,

Fig. 15 eine schematische Schnittansicht der Getriebeeinheit, ähnlich zu Fig. 1 , wo bei ein Drehmomentenfluss in einer Getriebeübersetzung / einem Gang in einem Rekuperationszustand zu erkennen ist,

Fig. 16 eine schematische Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen, in ei nem teilweise dargestellten Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges eingesetzten Getriebeeinheit nach einem dritten Ausführungsbeispiel,

Fig. 17 ein Diagramm zur Veranschaulichung aller durch die Getriebeeinheit der Fig.

16 schaltbarer Gänge,

Fig. 18 eine schematische Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen, in ei nem teilweise dargestellten Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges eingesetzten Getriebeeinheit nach einem vierten Ausführungsbeispiel, sowie

Fig. 19 ein Diagramm zur Veranschaulichung aller durch die Getriebeeinheit der Fig.

18 schaltbarer Gänge.

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Ver ständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Auch können die verschiedenen Ausführungsbeispiele prinzipiell frei mitei nander kombiniert werden.

Mit Fig. 1 ist ein Antriebsstrang 25 eines Kraftfahrzeuges 2 seitens einer erfindungs gemäßen Getriebeeinheit 1 gut zu erkennen. Die in diesem Antriebsstrang 25 einge setzte Getriebeeinheit 1 ist als Hybridgetriebe realisiert und alternativ auch als solches bezeichnet. Eine bevorzugte Position der Getriebeeinheit 1 und des Antriebsstranges 25 ist in Fig. 8 in einem schematisch dargestellten Kraftfahrzeug 2 (hier Pkw) gezeigt. Hierbei ist zu erkennen, dass die Getriebeeinheit 1 mit dem Antriebsstrang 25 an einer Vorderachse des Kraftfahrzeuges 2 wirkend eingesetzt ist.

Die Getriebeeinheit 1 bildet somit einen Eingang 13, der mit einem Verbrennungsmo tor 12 gekoppelt ist oder koppelbar ist, und einen Ausgang 14, der mit einem Abtrieb, hier zwei Abtriebsrädern 23a, 23b des Kraftfahrzeuges 2 antreibend gekoppelt ist oder koppelbar ist, aus. Hierbei handelt es sich um eine Front-Quer-Anordnung des Ver brennungsmotors 12 samt der Getriebeeinheit 1. Eine in Fig. 1 schematisch darge stellte Drehachse 24 einer Ausgangswelle 22 (Kurbelwelle) des Verbrennungsmotors 12 sowie der Getriebeeinheit 1 ist folglich quer, etwa senkrecht, zur Fahrzeuglängs achse ausgerichtet. Die Fig. 8, wie auch die Fig. 9 im Hinblick auf das zweite Ausfüh rungsbeispiel zeigen Querkonfigurationen (die Antriebs- und Abtriebswelle befinden sich auf der gleichen Achse), wobei die Erfindung selbstverständlich auch in einer Längskonfiguration (Motor-Getriebe vorne, Getriebewelle zu den hinteren Antriebsrä dern) einsetzbar ist.

Gemäß der Ausbildung als Hybridgetriebe weist die Getriebeeinheit 1 ein zweistufiges Planetengetriebe 3 sowie eine mit diesem Planetengetriebe 3 wirkverbundene elektri sche Maschine 7 auf. Der prinzipielle Aufbau der Getriebeeinheit 1 ist besonders gut in Fig. 1 zu erkennen. Demnach weist das Planetengetriebe 3 einen ersten Planeten radsatz 4 auf, der die erste Getriebestufe des Planetengetriebes 3 bildet, sowie einen zweiten Planetenradsatz 5 auf, der die zweite Getriebestufe des Planetengetriebes 3 bildet. Der erste Planetenradsatz 4 / die einzelnen (ersten) Planetenräder 26 des ers ten Planetenradsatzes 4 befindet / befinden sich einerseits mit einem ersten Sonnen rad 15, andererseits mit einem ersten Hohlrad 18 in Zahneingriff. Der erste Planeten radsatz 4 ist mit seinen einzelnen (ersten) Planetenrädern 26 auf einem ersten Plane tenträger 16 verdrehbar angeordnet.

Es ist zu erkennen, dass der erste Planetenträger 16 gleichzeitig ein (zweites) Hohlrad 20 der zweiten Getriebestufe des Planetengetriebes 3 bildet. Der erste Planetenträger 16 ist somit drehfest mit dem zweiten Hohlrad 20 verbunden, welches zweite Hohlrad 20 wiederum mit dem zweiten Planetenradsatz 5 / den (zweiten) Planetenrädern 27 des zweiten Planetenradsatzes 5 in Zahneingriff steht. Die einzelnen (zweiten) Plane- tenräder 27 des zweiten Planetenradsatzes 5, befinden sich zudem in Zahneingriff mit einem zweiten Sonnenrad 17. Das erste Hohlrad 18 ist des Weiteren drehfest mit ei nem zweiten Planetenträger 19, der die zweiten Planetenräder 27 drehbar lagert, ver bunden. Der zweite Planetenträger 19 und das erste Hohlrad 18 sind jeweils unmittel bar drehfest mit dem Ausgang 14 der Getriebeeinheit 1 / des Planetengetriebes 3 ver bunden.

Die elektrische Maschine 7 weist auf typische Weise einen Stator 28 sowie einen rela tiv zu dem Stator 28 verdrehbar gelagerten Rotor 29 auf. Der Rotor 29 ist innerhalb des Stators 28 drehbar aufgenommen. Der Rotor 29 ist drehfest auf einer Triebwelle 21 der elektrischen Maschine 7 angebracht. Die Triebwelle 21 ist mit ihrer Drehachse parallel, d. h. beabstandet zu der zentralen Drehachse 24 der Getriebeeinheit 1 ange ordnet. Die Triebwelle 21 ist des Weiteren über eine Zahnradstufe 30 mit dem ersten Planetenträger 16 / dem zweiten Hohlrad 20 des Planetengetriebes 3 rotatorisch ge koppelt. Folglich ist die elektrische Maschine 7 mit einem Bestandteil 6 des Planeten getriebes 3 in Form des ersten Planetenträgers 16 / des zweiten Hohlrades 20 wirk verbunden. In weiteren Ausführungen ist die elektrische Maschine 7 auch nicht zwin gend mit ihrer Triebwelle 21 parallel zu der Drehachse 24 angeordnet, sondern bei spielsweise koaxial zur Getriebeachse / Drehachse 24 und weiter bevorzugt direkt auf dem ersten Planetenträger 16 montiert.

In Fig. 1 ist des Weiteren zu erkennen, dass in dem Antriebsstrang 25 seitens des Verbrennungsmotors 12 prinzipiell ein Drehschwingungsdämpfer 31 integrierbar ist. Der Drehschwingungsdämpfer 31 ist hier zwischen der Ausgangswelle 22 des Ver brennungsmotors 12 und dem Eingang 13 der Getriebeeinheit 1 angeordnet. Der Drehschwingungsdämpfer 31 kann prinzipiell als Bestandteil der Getriebeeinheit 1 o- der als separater Bestandteil davon angesehen werden.

Erfindungsgemäß sind in Fig. 1 exakt, d. h. nicht mehr und auch nicht weniger als vier Schalteinrichtungen 8, 9, 10, 1 1 in der Getriebeeinheit 1 integriert, um durch ihre de aktivierten und aktivierten Stellungen die einzelnen Getriebeübersetzungen / Gänge, wie sie aus den Fign. 2 bis 6 hervorgehen, umzusetzen. Eine erste Schalteinrichtung 8 ist als eine Kupplung realisiert. Die erste Schalteinrich tung 8 ist zwischen dem Eingang 13 und dem ersten Sonnenrad 15 wirkend einge setzt. Durch Ausbildung der ersten Schalteinrichtung 8 als Kupplung, ist der Eingang 13, und somit im Betrieb des Kraftfahrzeuges 2 die Ausgangswelle 22 des Verbren nungsmotors 12, in einer aktivierten Stellung der Schalteinrichtung 8 drehfest mit dem ersten Sonnenrad 15 gekoppelt und in einer deaktivierten Stellung der Schalteinrich tung 8 von dem ersten Sonnenrad 15 drehentkoppelt, d. h. frei relativ zu diesem ver drehbar. Die aktivierte Stellung der ersten Schalteinrichtung 8 ist somit eine geschlos sene Kupplungsstellung, wohingegen die deaktivierte Stellung eine geöffnete Kupp lungsstellung ist.

Eine zweite Schalteinrichtung 9 ist ebenfalls als Kupplung realisiert. Die zweite Schalteinrichtung 9 ist zwischen dem Eingang 13 und dem ersten Planetenträger 16 wirkend eingesetzt. Demnach ist der Eingang 13, und somit im Betrieb des Kraftfahr zeuges 2 die Ausgangswelle 22 des Verbrennungsmotors 12, in der aktivierten Stel lung der zweiten Schalteinrichtung 9 drehfest mit dem ersten Planetenträger 16 ver bunden und in einer deaktivierten Stellung der zweiten Schalteinrichtung 9 von dem ersten Planetenträger 16 drehentkoppelt, d. h. frei relativ zu diesem verdrehbar ange ordnet. Somit ist die aktivierte Stellung der zweiten Schalteinrichtung 9 eine geschlos sene Kupplungsstellung und die deaktivierte Stellung der zweiten Schalteinrichtung 9 eine geöffnete Kupplungsstellung.

Die dritte Schalteinrichtung 10 und die vierte Schalteinrichtung 1 1 sind jeweils als Bremsen realisiert. Die dritte Schalteinrichtung 10 ist jene Bremse, die mit dem zwei ten Sonnenrad 17 zusammenwirkt. Die dritte Schalteinrichtung 10 ist somit fähig, das zweite Sonnenrad 17 gegenüber einem fahrzeugrahmenfesten Bereich 34 des Kraft fahrzeuges 2 abzubremsen / festzuhalten. In einer aktivierten Stellung der dritten Schalteinrichtung 10 wirkt die dritte Schalteinrichtung 10 derart auf das zweite Son nenrad 17, das dieses in seiner Verdrehung relativ zu dem fahrzeugrahmenfesten Be reich 34 des Kraftfahrzeuges 2 blockiert ist; in einer deaktivierten Stellung der dritten Schalteinrichtung 10 ist die dritte Schalteinrichtung 10 derart angeordnet, dass sie ei ne freie Rotation des zweiten Sonnenrades 17 relativ zu dem Bereich 34 freigibt / zu lässt. Auf gleiche Weise wie die dritte Schalteinrichtung 10 wirkt im Wesentlichen die vierte Schalteinrichtung 1 1 . Diese wirkt jedoch nicht auf das zweite Sonnenrad 17, sondern auf das erste Sonnenrad 15.

In Verbindung mit den Fign. 3a bis 6 sind die einzelnen Betriebs- / Antriebszustände des Antriebsstranges 25 veranschaulicht. Ein (erster) Antriebszustand ist mit den Fign. 3a bis 3d veranschaulicht. In diesem Antriebszustand wirkt entweder ausschließ lich der Verbrennungsmotor 12 oder der Verbrennungsmotor 12 unterstützt von der elektrischen Maschine 7 antreibend auf die Abtriebsräder 23a, 23b ein. Eingezeichnet ist in den Fign. 3a bis 3d lediglich der Drehmomentenfluss / der Leistungsfluss ausge hend von dem Verbrennungsmotor 12. In den einzelnen Fign. 3a bis 3d sind die un terschiedlichen vier Gänge / Getriebeübersetzungen, wie sie mittels der vier Schaltein richtungen 8, 9, 10, 1 1 umsetzbar sind, für diesen ersten Antriebszustand veranschau licht.

In Fig. 3a befinden sich die erste Schalteinrichtung 8 sowie die dritte Schalteinrichtung 10 in ihrer aktivierten Stellung, während sich die zweite Schalteinrichtung 9 und die vierte Schalteinrichtung 1 1 in ihren deaktivierten Stellungen befinden. Demnach kommt es zum Umsetzen einer ersten Getriebeübersetzung über den Eingang 13, das erste Sonnenrad 15, den ersten Planetenradsatz 4, den ersten Planetenträger 16, das zweite Hohlrad 20, den zweiten Planetenradsatz 5, den zweiten Planetenträger 19 hin zu dem Ausgang 14.

In Fig. 3b befinden sich zum Umsetzen einer zweiten Getriebeübersetzung die zweite Schalteinrichtung 9 und die dritte Schalteinrichtung 10 in ihrer aktivierten Stellung, während die erste Schalteinrichtung 8 und die vierte Schalteinrichtung 1 1 in ihrer de aktivierten Stellung geschalten sind. Dabei kommt es zu einem Übertragen der An triebsleistung von dem Eingang 13 über den ersten Planetenträger 16, das zweite Hohlrad 20, den zweiten Planetenradsatz 5 hin zu dem Ausgang 14.

In Fig. 3c ist eine dritte Getriebeübersetzung realisiert, wobei sich die erste Schaltein richtung 8 und die zweite Schalteinrichtung 9 in ihrer aktivierten Stellung befinden und die dritte Schalteinrichtung 10 sowie die vierte Schalteinrichtung 11 sich in ihrer deak tivieren Stellung befinden. Die Antriebsleistung wird von dem Eingang 13 sowohl auf das erste Sonnenrad 15 als auch auf den ersten Planetenträger 16 übertragen. Von dort wird die Antriebsleistung über den ersten Planetenradsatz 4 und das erste Hohl rad 18 auf den Ausgang 14 übertragen.

Zum Umsetzen einer vierten Getriebeübersetzung nach Fig. 3d befinden sich die erste Schalteinrichtung 8 und die dritte Schalteinrichtung 10 in ihrer deaktivierten Stellung und die zweite Schalteinrichtung 9 sowie die und vierte Schalteinrichtung 11 in ihrer aktivierten Stellung. Somit wird Antriebsleistung von dem Eingang 13 über den ersten Planetenträger 16, den ersten Planetenradsatz 4 und das erste Hohlrad 18 auf den Ausgang 14 übertragen.

In den Fign. 4a und 4b sind zwei Getriebeübersetzungen für einen (zweiten) Antriebs zustand des Antriebsstranges 25 der veranschaulicht. Dieser zweite Antriebszustand ist ein Antriebszustand der elektrischen Maschine 7 (bei einem rein elektrischen An trieb des Kraftfahrzeuges 2). In einer ersten Getriebeübersetzung gemäß Fig. 4a be findet sich die erste, zweite sowie vierte Schalteinrichtung 8, 9, 11 in ihrer deaktivier ten Stellung und die dritte Schalteinrichtung 10 in ihrer aktivierten Stellung. Demnach kommt es zu einem Übertragen einer Antriebsleistung der elektrischen Maschine 7 von der Triebwelle 21 über das zweite Hohlrad 20, den zweiten Planetenradsatz 5 und den zweiten Planetenträger 19 zu dem Ausgang 14 hin.

Gemäß einer zweiten Getriebeübersetzung des Antriebszustandes der elektrischen Maschine 7 nach Fig. 4b ist die erste, zweite und dritte Schalteinrichtung 8, 9, 10 in ih rer deaktivierten Stellung und die vierte Schalteinrichtung 11 in ihrer aktivierten Stel lung geschaltet. Dabei wird die Antriebsleistung der elektrischen Maschine 7 von der Triebwelle 21 über den ersten Planetenträger 16, die ersten Planetenräder 26 und das zweite Hohlrad 20 auf den Ausgang 14 übertragen.

In Fig. 5 ist ein Standladezustand (dritter Betriebszustand) des Antriebsstranges 25 veranschaulicht. Hierbei wird bei laufendem Verbrennungsmotor 12 eine Antriebsleis tung des Verbrennungsmotors 12 der als Generator arbeitenden elektrischen Maschi- ne 7 zugeführt und dort in eine elektrische Energie zur Speicherung in einer Batterie gewandelt. In diesem Standladezustand befindet sich die zweite Schalteinrichtung 9 in ihrer aktivierten Stellung, wohingegen die erste, dritte und vierte Schalteinrichtung 8, 10, 1 1 in ihre deaktivierten Stellungen geschalten sind. Die Antriebsleistung des Ver brennungsmotors 12 wird über eine durch den ersten Planetenträger 16 und die Zahn radstufe 30 gebildete Getriebeübersetzung übertragen.

In Fig. 6 ist des Weiteren ein Rekuperationszustand der elektrischen Maschine 7 (vier ter Betriebszustand des Antriebsstranges 25) veranschaulicht, bei dem die elektrische Maschine 7 wiederum als Generator dient und eine entsprechende Bewegungsener gie des Kraftfahrzeuges 2 über den Ausgang 14, das erste Hohlrad 18, den ersten Planetenradsatz 4, den ersten Planetenträger 16 und die die Zahnradstufe 30 (über eine weitere Getriebeübersetzung) der elektrischen Maschine 7 zugeführt wird. Dabei befindet sich die vierte Schalteinrichtung 1 1 in ihrer aktivierten Stellung, wohingegen die erste Schalteinrichtung 8, die zweite Schalteinrichtung 9 und die dritte Schaltein richtung 10 jeweils in ihrer deaktivierten Stellung angeordnet sind.

Wie des Weiteren aus dem Diagramm der Fig. 2 ersichtlich, sind über diese vier Schalteinrichtungen 8, 9, 10, 1 1 (K1 ist erste Schalteinrichtung 8, K2 ist zweite Schalt einrichtung 9, B1 ist vierte Schalteinrichtung 1 1 und B2 ist dritte Schalteinrichtung 10) auch zwei Rückwärtsgänge / Rückwärtsfahrzustände umsetzbar (für fünften Betriebs zustand des Antriebsstranges 25). Dies ist entweder rein elektrisch oder mittels eines elektrischen stufenlosen Getriebes (eCVT) ermöglicht. In der rein elektrischen Rück wärtsfahrt ist die dritte Schalteinrichtung 10 in ihrer aktivierten Stellung geschaltet, während die erste, zweite sowie vierte Schalteinrichtung 8, 9, 1 1 in ihrer deaktivierten Stellung angeordnet sind. In dem eCVT-Zustand ist die erste Schalteinrichtung 8 akti viert und die übrigen zweiten bis vierten Schalteinrichtungen 9, 10, 1 1 deaktiviert.

In Verbindung mit Fig. 7 sind unterschiedliche Fahrzeuggeschwindigkeits-Kraft- Kennlinien in einem Zugkraftdiagramm für die einzelnen Getriebeübersetzungen / Gänge veranschaulicht. Die mit ICE1 , ICE2, ICE3 und ICE4 gekennzeichneten Kenn linien veranschaulichen den ersten Antriebszustand (reiner verbrennungmotorischer Antrieb) des Verbrennungsmotors 12 in dem ersten Gang (Fig. 3a), dem zweiten Gang (Fig. 3b), dem dritten Gang (Fig. 3c) und dem vierten Gang (Fig. 3d). Die mit ICE1 +EM, ICE2+EM, ICE3+EM und ICE4+EM gekennzeichneten Kennlinien veran schaulichen einen weiteren Antriebszustand (verbrennungmotorischer Antrieb unter stützt durch elektrische Maschine 7) mit den gleichen Gängen, wie sie in den Fign. 3a bis 3d umgesetzt sind. Die mit EM1 und EM2 gekennzeichneten Kennlinien veran schaulichen den Verlauf in zwei weiteren Gängen beim Übertragen einer Antriebsleis tung von der elektrischen Maschine 7 zu dem Ausgang 14 gemäß den Fign. 4a und 4b (rein elektrischer Antrieb).

In Verbindung mit den Fign. 9 bis 15 ist ein zweites Ausführungsbeispiel, mit den Fign. 16 und 17 ein drittes Ausführungsbeispiel und mit den Fign. 18 und 19 ein viertes Aus führungsbeispiel veranschaulicht. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass diese weiteren Ausführungsbeispiele prinzipiell im Aufbau und in der Funktions weise dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechen, sodass der Kürze wegen nach folgend lediglich die Unterschiede zu diesem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben sind.

In Verbindung mit Fig. 9, die das Kraftfahrzeug 2 mit der Getriebeeinheit 1 des zwei ten Ausführungsbeispiels veranschaulicht, ist zu erkennen, dass das Kraftfahrzeug 2 prinzipiell auch über einen elektrischen Achsantrieb 32 verfügen kann, sodass ein All radantrieb ermöglicht ist.

Mit Fig. 10 ist wiederum der nähere Aufbau der Getriebeeinheit 1 veranschaulicht. Im Vergleich zu der Getriebeeinheit 1 des ersten Ausführungsbeispiels ist nun zusätzlich eine Zusatzschalteinrichtung 33 vorhanden, die den Ausgang 14 der Getriebeeinheit 1 von dem weiteren Abtrieb / den Abtriebsrädern 23a, 23b abkoppelbar macht. Die Zu satzschalteinrichtung 33 ist in den Ausgang 14 der Getriebeeinheit 1 integriert. Wie dabei zu erkennen, ist die Getriebeeinheit 1 von den Abtriebsrädern 23a, 23b abkop pelbar. Dies ermöglicht gemäß dem Diagramm aus Fig. 1 1 sowie gemäß Fig. 14 einen seriellen Betrieb des Standladens. Die einzelnen durch die Schalteinrichtungen 8 bis 1 1 sowie durch die Zusatzschalteinrichtung 33 (K3) umsetzbaren, aus Fig. 1 1 hervor gehenden Getriebeübersetzungen sowie Betriebszustände sind in den Fign. 12a bis 15 gut zu erkennen, wobei diese Übersetzungen jedoch wiederum denen des ersten Ausführungsbeispiels entsprechen (Fign. 3a bis 6).

Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist es prinzipiell auch möglich, auf die vierte Schalteinrichtung 11 zu verzichten und demnach ausschließlich drei Schalteinrichtun gen 8, 9, 10 vorzusehen (Fig. 16). Dabei sind durch die Schalteinrichtungen 8, 9, 10 drei unterschiedliche Getriebeübersetzungen in einem Antriebszustand des Verbren nungsmotors 12, ausschließlich eine Getriebeübersetzung in dem Antriebszustand der elektrischen Maschine 7, eine Getriebeübersetzung in dem Standladezustand und zwei Getriebeübersetzungen für das Rückwärtsfahren gemäß Fig. 17 umsetzbar.

Wie des Weiteren in Fig. 18 und 19 zu erkennen, ist es prinzipiell möglich auf weitere Schalteinrichtungen zu verzichten. In dieser Ausführung wird auf die beiden dritten und vierten Schalteinrichtungen 10 und 11 verzichtet und es sind lediglich die ersten und zweiten Schalteinrichtungen 8, 9 vorgesehen. Das zweite Sonnenrad 17 ist dabei permanent feststehend mit dem Bereich 34 verbunden. Dadurch lassen sich zumin dest zwei Getriebeübersetzungen in einem Antriebszustand des Verbrennungsmotors 12, eine Getriebeübersetzung in dem Antriebszustand der elektrischen Maschine 7, eine Getriebeübersetzung in dem Standladezustand und eine Getriebeübersetzung für das Rückwärtsfahren umsetzen.

In anderen Worten ausgedrückt, ist erfindungsgemäß ein DFIT-Konzept (Dedicated Hybrid Transmission (Getriebeeinheit 1 )) vorgeschlagen mit folgenden Elementen: zwei Planetenradsätzen 4, 5; vier Schaltelementen 8, 9, 10, 11 (zwei Bremsen und zwei Kupplungen); und einer E-Maschine 7. Mit den Elementen des DFIT 1 werden folgende Funktionen erfüllt: vier ICE-Gänge (Vorwärts-Gänge / Gänge für Verbren nungsmotor 12); zwei EM-Gänge (Gänge für elektrische Maschine 7); Rückwärtsgang: ecvt oder elektrisch; Laden im Stillstand; Boosten und Rekuperation in allen Gängen möglich; serieller Betrieb mit einer zusätzlichen Antriebsachse: erste Antriebsachse mit Verbrennungsmotor 12, der elektrische Maschine 7 antreibt, wobei elektrische Maschine7 Batterie lädt und/oder Strom zu E-Achse (Achsantrieb 32) sendet, und zweite Antriebsache 32, die das Fahrzeug 2 antreibt. Keine ICE-Trennkupplung wird benötigt, da K1 8 und K2 9 diese Funktion erfüllen. Die E-Maschine 7 kann koaxial oder achsparallel (mit Kette oder Stirnrad) angeordnet sein.

Bezuqszeichenliste Getriebeeinheit

Kraftfahrzeug

Planetengetriebe

erster Planetenradsatz

zweiter Planetenradsatz

Bestandteil

elektrische Maschine

erste Schalteinrichtung

zweite Schalteinrichtung

dritte Schalteinrichtung

vierte Schalteinrichtung

Verbrennungsmotor

Eingang

Ausgang

erstes Sonnenrad

erster P lanetenträger

zweites Sonnenrad

erstes Hohlrad

zweiter Planetenträger

zweites Hohlrad

Triebwelle

Ausgangswelle

a erstes Abtriebsrad

b zweites Abtriebsrad

Drehachse

Antriebsstrang

erstes Planetenrad

zweites Planetenrad

Stator

Rotor

Zahnradstufe Drehschwingungsdämpfer Achsantrieb

Zusatzschalteinrichtung Bereich

Claims

Patentansprüche

1. Getriebeeinheit (1 ) für ein hybrides Kraftfahrzeug (2), mit einem Planetenge triebe (3), wobei das Planetengetriebe (3) mit einem ersten Planetenradsatz (4) und einem zweiten Planetenradsatz (5) ausgestattet ist, einer mit einem Bestandteil (6) des Planetengetriebes (3) gekoppelten elektrischen Maschine (7) sowie mehreren, jeweils eine Bremse oder eine Kupplung bildenden und zwischen einer aktivierten Stellung und einer deaktivierten Stellungen ver stellbaren Schalteinrichtungen (8, 9, 10, 11 ), wobei die Schalteinrichtungen (8, 9, 10, 11 ) zum Schalten verschiedener Getriebeübersetzungen zwischen einem mit einem Verbrennungsmotor (12) koppelbaren Eingang (13) sowie einem Ausgang (14) und/oder zwischen der elektrischen Maschine (7) sowie dem Ausgang (14) wirkend eingesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass nicht mehr als vier Schalteinrichtungen (8, 9, 10, 11 ) zum Umsetzen zumin dest zweier unterschiedlicher Getriebeübersetzungen in einem Antriebszu stand des Verbrennungsmotors (12), zumindest einer Getriebeübersetzung in einem Antriebszustand der elektrischen Maschine (7) sowie zumindest ei ner Getriebeübersetzung in einem Rekuperationszustand der elektrischen Maschine (7) durch ihre aktivierten sowie deaktivierten Stellungen vorhan den sind.

2. Getriebeeinheit (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Schalteinrichtung (8) und/oder eine zweite Schalteinrichtung (9) als Kupplung ausgebildet sind/ist.

3. Getriebeeinheit (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schalteinrichtung (8) als eine Kupplung, die zwischen dem Eingang (13) und einem mit dem ersten Planetenradsatz (4) in Zahneingriff stehen den ersten Sonnenrad (15) wirkend eingesetzt ist, ausgebildet ist, sodass in der aktivierten Stellung der ersten Schalteinrichtung (8) der Eingang (13) mit dem ersten Sonnenrad (15) rotatorisch verbunden ist und in der deaktivier ten Stellung der ersten Schalteinrichtung (8) der Eingang (13) von dem ers ten Sonnenrad (15) entkoppelt ist.

4. Getriebeeinheit (1 ) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schalteinrichtung (9) als eine Kupplung, die zwischen dem Eingang (13) und einem ersten Planetenträger (16) des ersten Planetenrad satzes (4) wirkend eingesetzt ist, ausgebildet ist, sodass in der aktivierten Stellung der zweiten Schalteinrichtung (9) der Eingang (13) mit dem ersten Planetenträger (16) rotatorisch verbunden ist und in der deaktivierten Stel lung der zweiten Schalteinrichtung (9) der Eingang (13) von dem ersten Pla netenträger (16) entkoppelt ist.

5. Getriebeeinheit (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Schalteinrichtung (10) und/oder eine vierte Schalteinrichtung (11 ) als Bremse ausgebildet sind/ist.

6. Getriebeeinheit (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Schalteinrichtung (10) als eine auf ein zweites Sonnenrad (17) ein wirkende Bremse ausgebildet ist, wobei das zweite Sonnenrad (17) mit ei nem zweiten Planetenradsatz (5) des Planetengetriebes (3) in Zahneingriff steht, sodass in der aktivierten Stellung der dritten Schalteinrichtung (10) ei ne Rotation des zweiten Sonnenrades (17) blockiert ist und in der deaktivier ten Stellung der dritten Schalteinrichtung (10) eine freie Rotation des zweiten Sonnenrades (17) ermöglicht ist.

7. Getriebeeinheit (1 ) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vierte Schalteinrichtung (11 ) als eine auf das erste Sonnenrad (15) einwirkende Bremse ausgebildet ist, sodass in der aktivierten Stellung der vierten Schalteinrichtung (11 ) eine Rotation des ersten Sonnenrades (15) blockiert ist und in der deaktivierten Stellung der vierten Schalteinrichtung (11 ) eine freie Rotation des ersten Sonnenrades (15) ermöglicht ist.

8. Getriebeeinheit (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem ersten Planetenradsatz (4) in Zahneingriff be findliches erstes Hohlrad (18) mit einem zweiten Planetenträger (19) des zweiten Planetenradsatzes (5) drehfest gekoppelt ist und/oder der erste Pla netenträger (16) des ersten Planetenradsatzes (4) mit einem mit dem zwei- ten Planetenradsatz (5) in Zahneingriff befindlichen zweiten Hohlrad (20) drehfest gekoppelt ist.

9. Getriebeeinheit (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine rotorfeste Triebwelle (21 ) der elektrischen Maschine (7) mit dem ersten Planetenträger (16) des ersten Planetenradsatzes (4) dreh gekoppelt ist.

10. Kraftfahrzeug (2) mit einem Verbrennungsmotor (12) und einer mit ihrem Eingang (13) an eine Ausgangswelle (22) des Verbrennungsmotors (12) an geschlossenen oder anschließbaren Getriebeeinheit (1 ) nach einem der An sprüche 1 bis 9.