WO2017076592A1 - Antriebsanordnung für ein hybridfahrzeug und antriebsstrang mit einer solchen antriebsanordnung - Google Patents

Antriebsanordnung für ein hybridfahrzeug und antriebsstrang mit einer solchen antriebsanordnung Download PDF

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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the invention relates to a drive arrangement for a hybrid vehicle. Furthermore, the invention relates to a drive train with such a drive arrangement.
  • Hybrid vehicles with hybrid drives are known from the prior art.
  • Hybrid drives have two or more different drive sources, with drive trains with an internal combustion engine and one or more electric machines have largely prevailed as a parallel hybrid or mixed hybrid. These variants have an essentially parallel arrangement of the internal combustion engine and the electric machine in the power flow, and thus both a superposition of the drive torques and a control with purely internal combustion engine drive or purely electromotive drive are possible.
  • Hybrid vehicles have a transmission in addition to the hybrid drive.
  • a transmission designates a multi-speed transmission in which a plurality of gears, that is to say fixed transmission ratios between two shafts of the transmission, are preferably automatically switchable by shifting elements.
  • Such transmissions are used primarily in motor vehicles, in particular also in commercial vehicles, to adapt the rotational speed and torque output characteristics of the drive unit to the driving resistances of the vehicle in a suitable manner.
  • a drive arrangement for a hybrid vehicle is known, with a the elements web, sun gear and ring gear having planetary gear, wherein a first element of these elements of the planetary gear of the fixed connection of a first transmission input shaft of a first partial transmission of a transmission is used, and wherein a second element of these elements of the planetary gear of the fixed connection of an electric machine of a hybrid drive is used.
  • the drive arrangement of DE 10 2010 063 582 A1 furthermore has a double switching element with two switching elements.
  • the drive arrangement of DE 10 2010 063 582 A1 has a third switching element, in the closed state, both transmission input shafts of both partial transmissions coupled to one another and in the open state, both transmission input shafts of both partial transmissions are separable from each other.
  • This is an electrodynamic start (called EDA operation) and electrodynamic switching (called EDS operation) possible.
  • EDA operation electrodynamic start
  • EDS operation electrodynamic switching
  • the electric machine can be used as a starter generator (called ISG operation).
  • the object is to provide a drive assembly for a hybrid vehicle, which allows simple, cost-effective and low space requirements with high functionality a purely electric driving and hybrid driving and hybrid drive in all gears of a transmission traction support on the electric machine allows.
  • a drive train for a hybrid vehicle with such a drive arrangement is to be created, in particular with an automated powershift transmission, which combines the various advantages of existing transmission and converts them so that a drive train with this gear with low construction costs and high efficiency is created, especially a Has spreading and grading for trucks.
  • the drive arrangement comprises at least one planetary gear and four shift elements.
  • the planetary gear has the elements web, sun gear and ring gear, wherein a first element of the planetary gear to a first transmission input shaft is rotatably connected, and wherein a second element of the planetary gear to the electrical machine, namely a rotor thereof, is rotatably connectable.
  • the third switching element and the fourth switching element are formed by a first double switching element, the actuator extends through a cup-like portion of a drive shaft of the internal combustion engine surrounding the first double switching element outside, wherein the pot-like portion of the drive shaft of the internal combustion engine extends to the second switching element.
  • the drive arrangement according to the invention for a hybrid vehicle allows simple, cost-effective and with low space requirement with a high level of functionality a purely electric driving operation and a hybrid driving operation.
  • a traction assistance can be provided via the electric machine in all gears of a transmission.
  • EDA operation, EDS operation and ISG operation can be used.
  • the drive arrangement is in itself independent of the wheelset of the transmission. Furthermore, it is possible to dispense with a starting clutch or separating clutch between the internal combustion engine and the transmission or between the internal combustion engine and the drive arrangement.
  • the actuator of the first double switching element extends in the radial direction through an axially extending slot in the pot-like portion of the drive shaft of the internal combustion engine, that the actuator in the axial direction relative to the cup-like portion of the drive shaft of the engine is displaced and rotationally fixed in the circumferential direction engages the pot-like portion of the drive shaft of the internal combustion engine.
  • the first element of the planetary gear is designed as a web, the second element of the planetary gear as a sun gear and the third element of the planetary gear as a ring gear.
  • This allows a particularly advantageous use of all operating modes, in particular also the EDA operation, EDS operation and ISG operation.
  • the first switching element and the second switching element are formed by a second double switching element. This development is particularly simple, inexpensive and of low space requirements.
  • the first switching element, the second switching element, the third switching element and the fourth switching element are each designed as unsynchronized switching elements.
  • the first switching element and the second switching element are each formed as synchronized switching elements, whereas the third switching element and the fourth switching element are each formed as unsynchronized switching elements. Insbeosndere the first alternative is particularly simple, inexpensive and of low space requirements.
  • the drive train according to the invention is defined in claim 7.
  • FIG. 1 is a diagram of a first drive arrangement according to the invention
  • Fig. 2 is a diagram of a second drive arrangement according to the invention.
  • Fig. 3 is a diagram of a third drive arrangement according to the invention.
  • Fig. 4 shows the drive assembly of Fig. 1 in combination with a preferred
  • Fig. 5 shows a first switching matrix for the drive assembly and the transmission of
  • Fig. 6 shows a second switching matrix for the drive assembly and the transmission of
  • the invention relates to a drive arrangement for a hybrid vehicle and to a drive train of a hybrid vehicle having such a drive arrangement.
  • Fig. 1 shows a first preferred embodiment of a drive assembly 1 for a hybrid vehicle together with a transmission 2, which has two transmission input shafts 4, 5 and an output shaft 3, and together with an electric machine 6 and an internal combustion engine 7 of a hybrid drive of the hybrid vehicle.
  • the drive arrangement 1 according to the invention is connected between the two transmission input shafts 4, 5 of the transmission 2 and the drive unit, namely the electric machine 6 and the internal combustion engine 7, of the hybrid vehicle.
  • the drive arrangement 1 comprises a planetary gear PG with the elements web ST, sun gear SR and ring gear HR.
  • a first element of the planetary gear PG preferably the web ST of the same, is permanently and non-rotatably connected to a first transmission input shaft 4 of the transmission 2 or connected.
  • a second element of the planetary gear PG preferably the sun gear SR thereof, is permanently and non-rotatably connected or connected to the electric machine 6, namely to a rotor 8 or rotor of the electric machine 6.
  • a stator or stator 9 of electric machine 6 is fixed to the housing.
  • the drive assembly 1 comprises at least four switching elements, namely a first switching element K, a second switching element J, a third switching element C and a fourth switching element D.
  • the third switching element C and the fourth switching element D to a first double switching element S1 and the first switching element K and the second switching element J combined to form a further double switching element S2.
  • the third switching element C when in the region of the double switching element S1, the third switching element C is closed, the first transmission input shaft 4 is rotatably connected to the engine 7, namely to the drive shaft 12 thereof.
  • the fourth switching element D is closed in the area of the double switching element S1, the second transmission input shaft 5 is connected to the internal combustion engine 7 in a torque-proof manner, namely to the drive shaft 12 of the internal combustion engine 7.
  • the planetary gear PG and the four switching elements D, C, J and K are combined to form a unit.
  • the drive assembly 1 according to the invention shown in Fig. 1 not only a variety of different modes, for example, the EDA operation, the EDS operation, the IGS operation and a purely electric driving and hybrid vehicle can be used, also the drive arrangement is simple , cost-effective and with little space requirement feasible.
  • the drive assembly 1 as such is independent of a specific wheel of the transmission.
  • the drive assembly 1 requires only that the transmission 2 has two transmission input shafts for parallel-connected partial transmission and a common output shaft 3.
  • all the switching elements D, C, J and K of the drive assembly 1 are designed as positive, unsynchronized switching elements. This is particularly inexpensive and easy.
  • the switching elements D and C of the double switching element S1, ie the third switching element C and the fourth switching element D of the drive assembly 1 are designed as synchronized, form-fitting switching elements.
  • the drive arrangement of FIG. 2 coincides with the drive arrangement of FIG. 1, for which reason the same reference numerals are used to avoid unnecessary repetitions for the same modules and reference is made to the comments on the exemplary embodiment of FIG.
  • FIG. 3 A further exemplary embodiment of a drive arrangement 1 according to the invention is shown in FIG. 3.
  • the drive arrangement 1 of FIG. 3 differs from the drive arrangement 1 of FIG. 1 only in that when the first switching element K is closed in the region of the double switching element S2, the third element of the planetary gear PG, namely the ring gear HR, is not fixed to the housing is connected, but together with the second element, namely the sun gear SR of the planetary gear PG, rotatably coupled to the electric machine 6, namely to the rotor 8 thereof.
  • the first switching element K of the double switching element S2 in the closed state the third element, namely the ring gear HR, the planetary gear PG with the first element, namely the web ST, the planetary gear PG, could connect to reach the blocking.
  • the third and fourth switching elements D and C of the double switching element S1 could in turn be designed as synchronized, form-fitting switching elements.
  • no starting clutch or separating clutch is connected between the internal combustion engine 7 and the drive arrangement 1.
  • the elements of the planetary gear PG can cooperate in other ways with the transmission input shafts of the transmission 2 and the electric machine 6 and the switching elements.
  • the electric machine 6 does not engage the sun gear SR, but rotatably on the ring gear HR and then the sun gear SR via the first and second switching elements K and J of the double switching element S2 between the first transmission input shaft 4 and a housing-side connection or a connection to another element of the planetary gear for blocking the same is switchable.
  • the drive arrangement 1 according to the invention is independent of the wheelset of the transmission 2.
  • the drive arrangement 1 according to the invention is particularly preferably used with a transmission 2 which has the wheel set shown in FIG. 4, wherein the transmission shown in FIG 2 comprises a main transmission HG with two parallel-connected partial transmissions and a main transmission HG downstream range group GP.
  • the second transmission input shaft 5 is assigned to the second partial transmission of the main transmission HG, the transmission 2 having a common output shaft 3 for both partial transmissions.
  • the electric machine 6, namely the rotor 8 thereof, is permanently and non-rotatably connected to a second element of the planetary gear PG of the drive assembly 1, in Fig. 4 to the sun gear SR.
  • the internal combustion engine 7 is switchably connected either with the third switching element C closed to the first transmission input shaft 4 or with the fourth D closed to the second transmission input shaft 7 rotatably.
  • the main transmission HG has wheel sets, namely a first set of wheels R1, a second set R2, a third set R3, a fourth set R4, and a fifth set R5, wherein the first set R1 and the second set R2 the first part and the third gear Wheel set R3 and the fourth gear R4 are assigned to the second partial transmission.
  • the fifth wheel set R5 provides a so-called output constant for the main transmission HG.
  • the main transmission HG has a first switching element A, a second switching element B, a third switching element E, a fourth switching element F, a fifth switching element G, a sixth switching element H and a seventh switching element I.
  • the first switching element A and the second switching element B of Main gear HG are combined to double switching element S3.
  • the third switching element E and the fourth switching element F of the main transmission HG are combined to form the double switching element S4.
  • the sixth switching element H and the seventh switching element I of the main transmission HG are combined to form the double switching element S5.
  • the fifth switching element G of the main transmission HG is provided by a single switching element. All of these switching elements are positive switching elements.
  • the range group GP following the main transmission HG comprises a planetary gear PG2 with the elements sun gear SR2, web ST 2 and ring gear HR2 and an eighth shifting element L and a ninth shifting element S, the eighth shifting element L and the ninth shifting element S being combined to form the double shifting element S6.
  • the wheelsets R1, R2, R3, R4 and R5 have idler gears which are mounted either on the first transmission input shaft 4, the second transmission input shaft 5 or a main shaft 15 of the transmission 2.
  • the loose wheels of the wheel planes R2, R3, R4 are mounted on the second transmission input shaft 5
  • the idler gear of the first wheel plane R1 is mounted on the first transmission input shaft 4 and the idler gear of the wheel plane R5 on the main shaft 15.
  • All loose wheels mesh with fixed wheels, which are mounted on two countershafts VW1 and VW2.
  • Main gear HG is open, this rotationally fixed connection between the second transmission input shaft 5 and the main shaft 15 of the transmission 2 is interrupted.
  • the output constant of the main gear HG which is provided by the fifth gear R5 of the main gear HG, with the aid of the double switching element S5, which includes the switching elements H and I of the transmission 2, switchable, in such a way that when in the region of the double switching element S5 the sixth switching element H of the transmission 2 is closed, the output constant and thus the fifth gear plane R5 of the main gear HG is rotatably coupled to the main shaft 15 to which a first element, namely the sun gear SR2, the planetary gear PG2 of the range group GP is rotatably connected , Then, however, when the seventh switching element I of the transmission 2 is closed in the region of the double switching element S5, the output constant or the fifth gear plane R5 of the main transmission HG is non-rotatably coupled to the output shaft 3 of the transmission 2, to which also a second element of the planetary gear PG2 , namely the web ST2 thereof, the range group GP is rotatably connected.
  • a third element of the planetary gear PG2 the range group GP is switchable depending on the switching position of the switching elements L and S of the double switching element S6 of the transmission 2, in such a way that when in the region of the double switching element S6, the eighth switching element L of the transmission 2 is closed, the ring gear HR2 of the planetary gear PG2 of the range group GP is fixed to the housing, whereas when in the area of the double switching element S6, the ninth switching element S of the transmission 2 is closed, the ring gear HR2 of the planetary gear PG2 the range group GP rotatably on the output shaft 3 of the transmission 2 is coupled, together with the web ST2 of the planetary gear PG2 of the range group GP.
  • the switching elements K, J, C and D of the drive arrangement 1 are unsynchronized, form-fitting switching elements. Likewise, it is at the switching elements A, B, H and I of the main gear HG of the transmission 2 unsynchronized, form-fitting switching elements.
  • the switching elements E, F and G of the main gear HG of the transmission 2 are synchronized, form-locking switching elements, as are the switching elements L and S of the transmission 2 to synchronized, form-locking switching elements. Then, if, as shown in the variant of Fig.
  • the switching elements C and D of the double switching element S1 of the drive assembly 1 are designed as synchronized form-locking switching elements, is preferably provided in the region of the main gear HG that the third switching element E, the fourth switching element F and the fifth switching element G of the transmission 2 are designed as unsynchronized switching elements.
  • the switching elements A, B, H, I, J and K can be actively synchronized via the electric machine 6, and that is when the electric machine 6 is operated speed-controlled.
  • the switching elements C and D can be synchronized in the variant of FIG. 4 actively via the internal combustion engine 7, via a variable speed operated internal combustion engine 7, alternatively together of electric machine 6 and engine 7 by speed superimposition on the planetary gear PG of the drive assembly 1.
  • it is in the variant of Fig. 4 in the switching elements E, F, G, L and S of the transmission 2 to synchronized switching elements.
  • the switching elements D and C of the drive assembly 1 are designed as synchronized switching elements
  • the switching elements E, F and G of the transmission 2 are designed as unsynchronized switching elements, which can be actively synchronized, via the internal combustion engine 2 in speed-controlled operation or at speed superposition of internal combustion engine 7 and electric machine 6 on the planetary gear PG of the drive assembly 1.
  • the switching elements A, B, H, I, J and K are in turn, as already described in Fig. 4, with the aid of a variable speed, electric machine 6 synchronized.
  • a so-called ISG operating mode is used, in which case the planetary gear PG in Fig.
  • the main transmission HG has two partial transmissions connected in parallel and an output constant, the output constant being provided by the fifth wheel plane R5.
  • the first partial transmission with the first transmission input shaft 4 is assigned to the electric machine 6.
  • the second partial transmission with the second transmission input shaft 5 is assigned to the internal combustion engine 7.
  • the internal combustion engine 7 can be coupled to the first transmission input shaft 4 and thus also to the electric machine 6 via the third shifting element C of the drive arrangement, without a gear being connected to the output shaft 3.
  • the internal combustion engine 7 can be started via the electric machine 3, alternatively it is possible to generate electricity in neutral, ie independently of a driving speed and at standstill, in which case the internal combustion engine 7 drives the electric machine 6 operating as a generator.
  • the two parallel partial transmission of the main transmission HG of the internal combustion engine 7 and the electric machine 6 can be operated with different translations.
  • suitable operating points can be selected for the internal combustion engine 7 and the electric machine 6, respectively.
  • the electric machine 6 can also be completely decoupled and stand still.
  • the output constant of the main transmission HG provided by the fifth gear plane R5 can be coupled or switched via the switching elements H and I of the transmission 2 combined to form the double switching element S5.
  • the output constant or closed-loop switching element I Fifth gear plane R5 coupled to the web ST2 of the planetary gear PG2 of the area group GP, since then the electric machine 6 can support the traction via the countershafts VW1 and VW2, while the switching elements L and S of the area group GP can be switched without load. Then, when the fifth shift element G of the transmission 2 is closed, a direct gear can be used, a power flow is then not on the countershafts VW1 and VW2.
  • FIG. 5 shows a switching matrix for the drive train of FIG. 4 in the so-called ISG operating mode with each switching element K closed, specifically from the point of view of the internal combustion engine 2.
  • FIG Gear are closed.
  • the ratios of the spur gear pairs of the wheel planes R1, R2, R3, R4 and R5 are specified such that for the wheel planes R1, R2, R3 and R4, a direction of force flow from the drive shafts to the countershafts acts, wherein for the wheel plane R5 a force flow direction of the Countershafts to the main shaft acts.
  • the switching matrix of FIG. 5 indicates the gears, gear ratios and gear jumps from the point of view of the internal combustion engine 7, it thus being possible to provide a total of twelve gears from the point of view of the internal combustion engine.
  • at least one gear preselection can be made, with a preselected gear indicated in parentheses.
  • FIG. 5 shows, for example, that gear 1 can be preselected for first gear and fourth gear, which are then already active for electric machine 6.
  • the gear 10 of the switching matrix of FIG. 5 is a direct gear with a ratio i of 1, 0.
  • gears 11 and 12 of the switching matrix of Fig. 5 are so-called overdrive gears, wherein a circuit between the overdrive gears 11 and 12 is not power shiftable.
  • FIG. 6 again shows, from the point of view of the internal combustion engine, a switching matrix for the EDA operating mode which, except for the switching position of the switching elements J and K, is identical to the switching matrix of FIG. 5 for the ISG operating mode.
  • other speed ratios result on the electric machine 6 and on the planetary gear PG of the drive arrangement 1.
  • the first switching element A of the main transmission HG is closed for starting in first gear.
  • the switching elements H and L of the transmission 2 are closed.
  • the web ST of the planetary gear PG is stationary.
  • the engine 7 rotates at idle speed, the electric machine 6 rotates backward.
  • the torque ratios at the planetary gear PG are constant.
  • the torque provided by the internal combustion engine 7 and by the electric machine 6 adds up to the web ST of the planetary gear PG. In this way, it is possible to approach in the EDA operating mode.
  • the rotational speed of the electric machine 6 changes until the revolution of the planetary gear PG.
  • the starting process can be terminated by the switching element C is closed, in which case the planetary gear PG is blocked.
  • EDS operating mode namely a load switching function, which is referred to as electrodynamic switching.
  • electrodynamic switching a load switching function
  • This support gear can be identical to the actual gear or the target gear of the circuit, but does not have to correspond to the same.

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Abstract

Antriebsanordnung (1) für ein Hybridfahrzeug, wobei das Hybridfahrzeug einen Hybridantrieb mit einem Verbrennungsmotor (7) und einer elektrischen Maschine (6) und ein Getriebe (2) mit zwei Getriebeeingangswellen (4, 5) und einer Ausgangswelle (3) aufweist, wobei die Antriebsanordnung zumindest folgendes umfasst: ein Planetengetriebe (PG) mit den Elementen Steg (ST), Sonnenrad (SR) und Hohlrad (HR), wobei ein erstes Element des Planetengetriebes (PG) an eine erste Getriebeeingangswelle (4) drehfest anbindbar ist, und wobei ein zweites Element des Planetengetriebes (PG) an die elektrische Maschine (6) drehfest anbindbar ist; ein erstes Schaltelement (K), über welches dann, wenn dasselbe geschlossen ist, ein drittes Element des Planetengetriebes (PG) gehäusefest oder an die elektrische Maschine (6) drehfest anbindbar ist; ein zweites Schaltelement (J), über welches dann, wenn dasselbe geschlossen ist, das dritte Element des Planetengetriebes (PG) an den Verbrennungsmotor (7) drehfest anbindbar ist; ein drittes Schaltelement (C), über welches dann, wenn dasselbe geschlossen ist, die erste Getriebeeingangswelle (4) drehfest an den Verbrennungsmotor (7) anbindbar ist; ein viertes Schlatelement (D), über welches dann, wenn dasselbe geschlossen ist, die eine zweite Getriebeeingangswelle (5) drehfest an den Verbrennungsmotor (7) anbindbar ist; wobei das dritte Schaltelement (C) und das vierte Schaltelement (D) von einem ersten Doppelschaltelement (S1) ausbildet sind, dessen Aktuator (10) sich durch einen topfartigen Abschnitt (11) einer Antriebwelle (12) des Verbrennungsmotors (7) erstreckt, der das erste Doppelschaltelement (S1) außen umgibt; und wobei der topfartige Abschnitt (11) der Antriebswelle (12) des Verbrennungs-motors (7) sich bis zum zweiten Schaltelement (J) erstreckt.

Description

Antriebsanordnung für ein Hvbridfahrzeug und Antriebsstrang mit einer
solchen Antriebsanordnung
Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für ein Hybridfahrzeug. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang mit einer solchen Antriebsanordnung.
Hybridfahrzeuge mit Hybridantrieben sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Hybridantriebe besitzen dabei zwei oder mehr verschiedene Antriebsquellen, wobei sich weitgehend Antriebsstränge mit einem Verbrennungsmotor und einer oder mehreren elektrischen Maschinen als Parallelhybrid oder als Mischhybrid durchgesetzt haben. Diese Varianten besitzen eine im Kraftfluss im Wesentlichen parallele Anordnung des Verbrennungsmotors und der elektrischen Maschine und damit ist sowohl eine Überlagerung der Antriebsmomente als auch eine Ansteuerung mit rein verbrennungsmotorischem Antrieb oder rein elektromotorischem Antrieb möglich.
Hybridfahrzeuge verfügen zusätzlich zu dem Hybridantrieb über ein Getriebe.
Ein Getriebe bezeichnet insbesondere ein mehrgängiges Getriebe, bei dem eine Vielzahl von Gängen, also feste Übersetzungsverhältnisse zwischen zwei Wellen des Getriebes, durch Schaltelemente bevorzugt automatisiert schaltbar sind. Derartige Getriebe finden vor allem in Kraftfahrzeugen, insbesondere auch bei Nutzfahrzeugen, Anwendung, um die Drehzahl- und Drehmomentabgabecharakteristik der Antriebseinheit den Fahrwiderständen des Fahrzeugs in geeigneter weise anzupassen.
Aus der DE 10 2010 063 582 A1 ist eine Antriebsanordnung für ein Hybridfahrzeug bekannt, mit einem die Elemente Steg, Sonnenrad und Hohlrad aufweisenden Planetengetriebe, wobei ein erstes Element dieser Elemente des Planetengetriebes der festen Anbindung einer ersten Getriebeeingangswelle eines ersten Teilgetriebes eines Getriebes dient, und wobei ein zweites Element dieser Elemente des Planetengetriebes der festen Anbindung einer elektrischen Maschine eines Hybridantriebs dient. Die Antriebsanordnung der DE 10 2010 063 582 A1 weist weiterhin ein Doppelschaltelement mit zwei Schaltelementen auf. Dann, wenn eine erstes Schaltelement des Doppelschaltelements geschlossen ist, ist ein drittes Element der Elemente des Planetengetriebes an einer zweiten Getriebeeingangswelle eines zweiten Teilgetriebes des Getriebes, an welche ferner ein Verbrennungsmotor des Hybridantriebs koppelbar ist, angebunden. Dann, wenn eine zweites Schaltelement des Doppelschaltelements geschlossen ist, ist das dritte Element des Planetengetriebes gehäu- seseitig bzw. statorseitig angebunden.
Ferner weist die Antriebsanordnung der DE 10 2010 063 582 A1 ein drittes Schaltelement, über in geschlossenem Zustand beide Getriebeeingangswellen beider Teilgetriebe aneinander koppelbar und bei geöffnetem Zustand beide Getriebeeingangswellen beider Teilgetriebe voneinander trennbar sind. Damit ist ein elektrodynamisches Anfahren (EDA-Betrieb genannt) und auch elektrodynamisches Schalten (EDS-Betrieb genannt) möglich. Außerdem kann die elektrische Maschine als Startergenerator (ISG-Betrieb genannt) verwendet werden.
Ausgehend vom Stand der Technik stellt sich die Aufgabe eine Antriebsanordnung für ein Hybridfahrzeug zu schaffen, welche einfach, kostengünstig und bei geringem Bauraumbedarf mit hohem Funktionsumfang einen rein elektrischen Fahrbetrieb und einen Hybridfahrbetrieb ermöglicht und im Hybridfahrbetreib in allen Gängen eines Getriebes eine Zugkraftunterstützung über die elektrische Maschine ermöglicht.
Ferner soll ein Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug mit einer solchen Antriebsanordnung geschaffen werden, insbesondere mit einem automatisiert lastschaltbaren Schaltgetriebe, welches die verschiedensten Vorteile bestehender Schaltgetriebe verbindet und diese so umsetzt, dass ein Antriebsstrang mit diesem Getriebe mit geringem Bauaufwand und hohem Wirkungsgrad entsteht, der speziell eine Spreizung und Stufung für LKWs aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsanordnung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die Antriebsanordnung umfasst zumindest ein Planetengetriebe und vier Schaltelemente.
Das Planetengetriebe weist die Elemente Steg, Sonnenrad und Hohlrad auf, wobei ein erstes Element des Planetengetriebes an eine erste Getriebeeingangswelle drehfest anbindbar ist, und wobei ein zweites Element des Planetengetriebes an die elektrische Maschine, nämlich einen Rotor derselben, drehfest anbindbar ist.
Dann, wenn das erste Schaltelement geschlossen ist, ist ein drittes Element des Planetengetriebes gehäusefest oder an die elektrische Maschine, nämlich den Rotor derselben, drehfest anbindbar. Dann, wenn das zweite Schaltelement geschlossen ist, ist das dritte Element des Planetengetriebes an den Verbrennungsmotor drehfest anbindbar ist. Dann, wenn das dritte Schaltelement geschlossen ist, ist die erste Getriebeeingangswelle drehfest an den Verbrennungsmotor anbindbar ist. Dann, wenn das vierte Schaltelement geschlossen ist, ist eine zweite Getriebeeingangswelle drehfest an den Verbrennungsmotor anbindbar ist.
Das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement sind von einem ersten Doppelschaltelement ausbildet, dessen Aktuator sich durch einen topfartigen Abschnitt einer Antriebwelle des Verbrennungsmotors erstreckt, der das erste Doppelschaltelement außen umgibt, wobei der topfartige Abschnitt der Antriebswelle des Verbrennungsmotors sich bis zum zweiten Schaltelement erstreckt.
Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung für ein Hybridfahrzeug ermöglicht einfach, kostengünstig und bei geringem Bauraumbedarf mit hohem Funktionsumfang einen rein elektrischen Fahrbetrieb und einen Hybridfahrbetrieb. Im Hybridfahrbetreib kann in allen Gängen eines Getriebes eine Zugkraftunterstützung über die elektrische Maschine bereitgestellt werden. Es können der EDA-Betrieb, EDS-Betrieb und ISG- Betrieb genutzt werden. Die Antriebsanordnung ist an sich unabhängig vom Radsatz des Getriebes. Ferner kann auf eine Anfahrkupplung oder Trennkupplung zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe bzw. zwischen Verbrennungsmotor und Antriebsanordnung verzichtet werden. Nach einer Weiterbildung der Erfindung erstreckt sich der Aktuator des ersten Doppelschaltelements derart in Radialrichtung durch einen sich in Axialrichtung erstreckenden Schlitz im topfartigen Abschnitt der Antriebswelle des Verbrennungsmotors, dass der Aktuator in Axialrichtung relativ zum topfartigen Abschnitt der Antriebswelle des Verbrennungsmotors verlagerbar ist und in Umfangsrichtung drehfest an dem topfartigen Abschnitt der Antriebswelle des Verbrennungsmotors angreift. Diese Weiterbildung ist besonders einfach, kostengünstig und von geringem Bauraumbedarf.
Vorzugsweise ist das erste Element des Planetengetriebes als Steg, das zweite Element des Planetengetriebes als Sonnenrad und das dritte Element des Planetengetriebes als Hohlrad ausgebildet. Dies erlaubt eine besonders vorteilhafte Nutzung aller Betriebsarten, insbesondere auch des EDA-Betriebs, EDS-Betriebs und ISG- Betriebs.
Vorzugsweise sind das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement von einem zweiten Doppelschaltelement gebildet. Diese Weiterbildung ist besonders einfach, kostengünstig und von geringem Bauraumbedarf.
Nach einer ersten Alternative sind das erste Schaltelement, das zweite Schaltelement, das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement jeweils als unsynchronisierte Schaltelemente ausgebildet. Nach einer zweiten Alternative sind das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement jeweils als synchronisierte Schaltelemente ausgebildet sind, wohingegen das dritte Schaltelement und das vierte Schaltelement jeweils als unsynchronisierte Schaltelemente ausgebildet sind. Insbeosndere die erste Alternative ist besonders einfach, kostengünstig und von geringem Bauraumbedarf.
Der erfindungsgemäße Antriebsstrang ist in Anspruch 7 definiert.
Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt: Fig. 1 eine Schema einer ersten erfindungsgemäßen Antriebsanordnung;
Fig. 2 eine Schema einer zweiten erfindungsgemäßen Antriebsanordnung;
Fig. 3 eine Schema einer dritten erfindungsgemäßen Antriebsanordnung;
Fig. 4 die Antriebsanordnung der Fig. 1 in Kombination mit einem bevorzugten
Getriebe;
Fig. 5 eine erste Schaltmatrix für die Antriebsanordnung und das Getriebe der
Fig. 4; und
Fig. 6 eine zweite Schaltmatrix für die Antriebsanordnung und das Getriebe der
Fig. 4.
Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für ein Hybridfahrzeug sowie einen Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs mit einer solchen Antriebsanordnung. Fig. 1 zeigt ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Antriebsanordnung 1 für ein Hybridfahrzeug zusammen mit einem Getriebe 2, welches zwei Getriebeeingangswellen 4, 5 und eine Ausgangswelle 3 aufweist, sowie zusammen mit einer elektrischen Maschine 6 und einem Verbrennungsmotor 7 eines Hybridantriebs des Hybridfahrzeugs. Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung 1 ist zwischen die beiden Getriebeeingangswellen 4, 5 des Getriebes 2 und das Antriebsaggregat, nämlich die elektrische Maschine 6 und den Verbrennungsmotor 7, des Hybridfahrzeugs geschaltet.
Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung 1 umfasst ein Planetengetriebe PG mit den Elementen Steg ST, Sonnenrad SR und Hohlrad HR.
Ein erstes Element des Planetengetriebes PG, und zwar vorzugsweise der Steg ST desselben, ist permanent und drehfest an eine erste Getriebeeingangswelle 4 des Getriebes 2 anbindbar bzw. angebunden.
Ein zweites Element des Planetengetriebes PG, und zwar vorzugsweise das Sonnenrad SR desselben, ist permanent und drehfest an die elektrische Maschine 6 anbindbar bzw. angebunden, und zwar an einen Rotor 8 bzw. Läufer der elektrischen Maschine 6. Ein Ständer bzw. Stator 9 der elektrischen Maschine 6 ist gehäusefest. Zusätzlich zu dem Planetengetriebe PG umfasst die Antriebsanordnung 1 mindestens vier Schaltelemente, nämlich ein erstes Schaltelement K, ein zweites Schaltelement J, ein drittes Schaltelement C und ein viertes Schaltelement D. Vorzugsweise sind, wie Fig. 1 entnommen werden kann, das dritte Schaltelement C und das vierte Schaltelement D zu einem ersten Doppelschaltelement S1 und das erste Schaltelement K und das zweite Schaltelement J zu einem weiteren Doppelschaltelement S2 zusammengefasst.
Dann, wenn am Doppelschaltelement S2 das erste Schaltelement K geschlossen ist, ist ein drittes Element des Planetengetriebes PG, in Fig. 1 das Hohlrad HR desselben, gehäusefest angebunden. Dann hingegen, wenn im Bereich des Doppelschaltelements S2 das zweite Schaltelement J geschlossen ist, ist das dritte Element des Planetengetriebes PG, nämlich das Hohlrad HR desselben, an den Verbrennungsmotor 7 drehfest angebunden, und zwar an eine Antriebswelle 12 des Verbrennungsmotors 7.
Dann, wenn im Bereich des Doppelschaltelements S1 das dritte Schaltelement C geschlossen ist, ist die erste Getriebeeingangswelle 4 an den Verbrennungsmotor 7 drehfest angebunden, und zwar an die Antriebswelle 12 desselben. Dann hingegen, wenn im Bereich des Doppelschaltelements S1 das vierte Schaltelement D geschlossen ist, ist die zweite Getriebeeingangswelle 5 drehfest an den Verbrennungsmotor 7 angebunden, nämlich an die Antriebswelle 12 des Verbrennungsmotors 7.
Das Planetengetriebe PG sowie die vier Schaltelemente D, C, J und K sind zu einer Baueinheit zusammengefasst. Um eine besonders kompakte Bauform bei geringem Bauraumaufwand zu ermöglichen, erstreckt sich ein Aktuator 10 für das Doppelschaltelement S1 , welches das dritte und vierte Schaltelement C und D bereitstellt, durch einen topfartigen Abschnitt 11 der Antriebswelle 12 des Verbrennungsmotors 7, wobei dieser topfartige Abschnitt 11 der Antriebswelle 12 des Verbrennungsmotors 7 das Doppelschaltelement S1 , also das dritte und vierte Schaltelement C und D, radial außen umgibt und sich weiterhin bis in den Bereich des Doppelschaltelements S2 erstreckt, nämlich bis zum zweiten Schaltelement J. Mit der in Fig. 1 gezeigten, erfindungsgemäßen Antriebsanordnung 1 können nicht nur eine Vielzahl unterschiedlicher Betriebsarten, zum Beispiel des EDA-Betriebs, des EDS-Betriebs, des IGS-Betriebs sowie eines rein elektrischen Fahrbetriebs und Hybridfahrzeugs genutzt werden, ferner ist die Antriebsanordnung einfach, kostengünstig und bei geringem Bauraumbedarf realisierbar.
Die Antriebsanordnung 1 als solche ist unabhängig von einem konkreten Radsatz des Getriebes. Die Antriebsanordnung 1 setzt lediglich voraus, dass das Getriebe 2 zwei Getriebeeingangswellen für parallel geschaltete Teilgetriebe und eine gemeinsame Ausgangswelle 3 aufweist.
Auf eine Anfahrkupplung bzw. Trennkupplung zwischen Verbrennungsmotor 7 und Antriebsanordnung 1 kann verzichtet werden. Mit Hilfe der elektrischen Maschine 6 kann in allen Gängen eine Zugkraftunterstützung bereitgestellt werden.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 sind sämtliche Schaltelemente D, C, J und K der Antriebsanordnung 1 als formschlüssige, unsynchronisierte Schaltelemente ausgeführt. Dies ist besonders kostengünstig und einfach.
Im Unterschied hierzu ist es auch möglich, wie in der Variante der Fig. 2 gezeigt, dass die Schaltelemente D und C des Doppelschaltelements S1 , also das dritte Schaltelement C und das vierte Schaltelement D der Antriebsanordnung 1 , als synchronisierte, formschlüssige Schaltelemente ausgeführt sind. Hinsichtlich aller übrigen Details stimmt die Antriebsanordnung der Fig. 2 mit der Antriebsanordnung der Fig. 1 überein, weshalb zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen für gleiche Baugruppen gleiche Bezugsziffern verwendet werden und auf die Ausführungen zum Ausführungsbeispiel der Fig. 1 verwiesen wird.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung 1 zeigt Fig. 3. Die Antriebsanordnung 1 der Fig. 3 unterscheidet sich von der Antriebsanordnung 1 der Fig. 1 lediglich dadurch, dass dann, wenn im Bereich des Doppelschaltelements S2 das erste Schaltelement K geschlossen ist, das dritte Element des Planetengetriebes PG, nämlich das Hohlrad HR, nicht gehäusefest angebunden ist, sondern zusammen mit dem zweiten Element, nämlich dem Sonnenrad SR des Planetengetriebes PG, drehfest an die elektrische Maschine 6, nämlich an den Rotor 8 derselben, gekoppelt ist.
Während in den Varianten der Fig. 1 und 2 das Planetengetriebe PG bei geschlossenem ersten Schaltelement K als Konstantübersetzung für die elektrische Maschine 6 wirkt, ist im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 das Planetengetriebe PG bei geschlossenem ersten Schaltelement K des Doppelschaltelements S2 verblockt, sodass dasselbe eine Übersetzung von„1" bereitstellt. Dies ist dann von Vorteil, wenn die elektrische Maschine 6 in etwa eine gleiche Drehzahl benötigt wie der Verbrennungsmotor ?.
Eine weitere, nicht gezeigte Alternative für die erfindungsgemäße Antriebsanordnung 1 besteht darin, dass das erste Schaltelement K des Doppelschaltelements S2 im geschlossenen Zustand das dritte Element, nämlich das Hohlrad HR, des Planetengetriebes PG auch mit dem ersten Element, nämlich dem Steg ST, des Planetengetriebes PG, verbinden könnte, um die Verblockung zu erreichen.
In Fig. 3 könnten das dritte und vierte Schaltelemente D und C des Doppelschaltelements S1 wiederum als synchronisierte, formschlüssige Schaltelemente ausgeführt sein.
Wie bereits ausgeführt, ist vorzugsweise zwischen dem Verbrennungsmotor 7 und die Antriebsanordnung 1 keine Anfahrkupplung bzw. Trennkupplung geschaltet.
Es ist jedoch möglich, für den Verbrennungsmotor 7 eine derartige Trennkupplung oder Anfahrkupplung vorzusehen. Wie ebenfalls bereits ausgeführt, können die Elemente des Planetengetriebes PG auch auf andere Art und Weise mit den Getriebeeingangswellen des Getriebes 2 und der elektrischen Maschine 6 sowie den Schaltelementen zusammenwirken. So ist es zum Beispiel möglich, dass die elektrische Maschine 6 nicht am Sonnenrad SR, sondern drehfest am Hohlrad HR angreift und dann das Sonnenrad SR über die ersten und zweiten Schaltelemente K und J des Doppelschaltelements S2 zwischen der ersten Getriebeeingangswelle 4 und einer gehäuseseitigen Anbindung oder eine An- bindung an ein anderes Element des Planetengetriebes zur Verblockung desselben schaltbar ist.
Ferner können in den Varianten der Fig. 1 , 2 und 3 für die gezeigten Planetengetriebe PG auch Plus-Radsätze verwendet werden, um andere Übersetzungsverhältnisse bereitzustellen.
Wie bereits ausgeführt ist die erfindungsgemäße Antriebsanordnung 1 an sich unabhängig vom Radsatz des Getriebes 2. Besonders bevorzugt kommt die erfindungsgemäße Antriebsanordnung 1 jedoch mit einem Getriebe 2 zur Anwendung, welches den in Fig. 4 gezeigten Radsatz verfügt, wobei das in Fig. 4 gezeigte Getriebe 2 ein Hauptgetriebe HG mit zwei parallel geschalteten Teilgetrieben und eine dem Hauptgetriebe HG nachgeschaltete Bereichsgruppe GP umfasst.
Wie bereits ausgeführt, ist ein erstes Element der Antriebsanordnung 1 , in Fig. 4 wiederum der Steg ST, drehfest an die erste Getriebeeingangswelle 4 angebunden, die einem ersten Teilgetriebe zugeordnet. Die zweite Getriebeeingangswelle 5 ist dem zweiten Teilgetriebe des Hauptgetriebes HG zugeordnet, wobei das Getriebe 2 für beide Teilgetriebe eine gemeinsame Ausgangswelle 3 aufweist. Die elektrische Maschine 6, nämlich der Rotor 8 derselben, ist permanent und drehfest an ein zweites Element des Planetengetriebes PG der Antriebsanordnung 1 angebunden, und zwar in Fig. 4 an das Sonnenrad SR. Der Verbrennungsmotor 7 ist schaltbar entweder bei geschlossenem dritten Schaltelement C an die erste Getriebeeingangswelle 4 oder bei geschlossenem vierten D an die zweite Getriebeeingangswelle 7 drehfest angebunden. Das Hauptgetriebe HG verfügt über Radsätze, nämlich einen ersten Radsatz R1 , einen zweiten Radsatz R2, einen dritten Radsatz R3, einen vierten Radsatz R4, und einen fünften Radsatz R5, wobei der erste Radsatz R1 und der zweite Radsatz R2 dem ersten Teilgetriebe und der dritte Radsatz R3 und der vierte Radsatz R4 dem zweiten Teilgetriebe zugeordnet sind. Der fünfte Radsatz R5 stellt eine sogenannte Abtriebskonstante für das Hauptgetriebe HG bereit.
Das Hauptgetriebe HG verfügt über ein erstes Schaltelement A, ein zweites Schaltelement B, ein drittes Schaltelement E, ein viertes Schaltelement F, ein fünftes Schaltelement G, ein sechstes Schaltelement H und ein siebtes Schaltelement I. Das erste Schaltelement A und das zweite Schaltelement B des Hauptgetriebes HG sind zum Doppelschaltelement S3 zusammengefasst. Das dritte Schaltelement E und das vierte Schaltelement F des Hauptgetriebes HG sind zum Doppelschaltelement S4 zusammengefasst. Das sechste Schaltelement H und das siebte Schaltelement I des Hauptgetriebes HG sind zum Doppelschaltelement S5 zusammengefasst. Das fünfte Schaltelement G des Hauptgetriebes HG ist von einem Einzelschaltelement bereitgestellt. Bei sämtlichen dieser Schaltelemente handelt es sich um formschlüssige Schaltelemente.
Die dem Hauptgetriebe HG nachgeschaltete Bereichsgruppe GP umfasst ein Planetengetriebe PG2 mit den Elementen Sonnenrad SR2, Steg ST 2 und Hohlrad HR2 sowie ein achtes Schaltelement L und ein neuntes Schaltelement S, wobei das achte Schaltelement L und das neunte Schaltelement S zum Doppelschaltelement S6 zusammengefasst sind.
Die Radsätze R1 , R2, R3, R4 und R5 verfügen über Losräder, die entweder auf der ersten Getriebeeingangswelle 4, der zweite Getriebeeingangswelle 5 oder einer Hauptwelle 15 des Getriebes 2 gelagert sind. So sind die Losräder der Radebenen R2, R3, R4 auf der zweiten Getriebeeingangswelle 5 gelagert, wohingegen das Losrad der ersten Radebene R1 auf der ersten Getriebeeingangswelle 4 und das Losrad der Radebene R5 auf der Hauptwelle 15 gelagert ist. Sämtliche Losräder kämmen mit Festrädern zusammen, die auf zwei Vorgelegewellen VW1 und VW2 befestigt sind. Dann, wenn das fünfte Schaltelement G des Hauptgetriebes HG geschlossen ist, ist die zweite Getriebeeingangswelle 5 unmittelbar drehfest an die Hauptwelle 15 des Getriebes 2 gekoppelt. Dann hingegen, wenn das fünfte Schaltelement G des
Hauptgetriebes HG geöffnet ist, ist diese drehfeste Verbindung zwischen der zweiten Getriebeeingangswelle 5 und der Hauptwelle 15 des Getriebes 2 unterbrochen.
Die Abtriebskonstante des Hauptgetriebes HG, die vom fünften Radsatz R5 des Hauptgetriebes HG bereitgestellt ist, ist mit Hilfe des Doppelschaltelements S5, welches die Schaltelemente H und I des Getriebes 2 umfasst, schaltbar, und zwar derart, dass dann, wenn im Bereich des Doppelschaltelements S5 das sechste Schaltelement H des Getriebes 2 geschlossen ist, die Abtriebskonstante und damit die fünfte Radebene R5 des Hauptgetriebes HG an die Hauptwelle 15 drehfest gekoppelt ist, an die auch ein erstes Element, nämlich das Sonnenrad SR2, des Planetengetriebes PG2 der Bereichsgruppe GP drehfest angebunden ist. Dann hingegen, wenn im Bereich des Doppelschaltelements S5 das siebte Schaltelement I des Getriebes 2 geschlossen ist, ist die Abtriebskonstante bzw. die fünfte Radebene R5 des Hauptgetriebes HG drehfest an die Ausgangswelle 3 des Getriebes 2 gekoppelt, an die auch ein zweites Element des Planetengetriebes PG2, nämlich der Steg ST2 desselben, der Bereichsgruppe GP drehfest angebunden ist.
Ein drittes Element des Planetengetriebes PG2 der Bereichsgruppe GP, nämlich das Hohlrad HR2 desselben, ist abhängig von der Schaltstellung der Schaltelemente L und S des Doppelschaltelements S6 des Getriebes 2 schaltbar, und zwar derart, dass dann, wenn im Bereich des Doppelschaltelements S6 das achte Schaltelement L des Getriebes 2 geschlossen ist, das Hohlrad HR2 des Planetengetriebes PG2 der Bereichsgruppe GP gehäusefest angebunden ist, wohingegen dann, wenn im Bereich des Doppelschaltelements S6 das neunte Schaltelement S des Getriebes 2 geschlossen ist, das Hohlrad HR2 des Planetengetriebes PG2 der Bereichsgruppe GP drehfest an die Ausgangswelle 3 des Getriebes 2 gekoppelt ist, und zwar zusammen mit dem Steg ST2 des Planetengetriebes PG2 der Bereichsgruppe GP. In der Ausführungsvariante der Fig. 4 handelt es sich bei den Schaltelementen K, J, C und D der Antriebsanordnung 1 um unsynchronisierte, formschlüssige Schaltelemente. Ebenso handelt es sich bei den Schaltelementen A, B, H und I des Hauptgetriebes HG des Getriebes 2 um unsynchronisierte, formschlüssige Schaltelemente. Bei den Schaltelementen E, F und G des Hauptgetriebes HG des Getriebes 2 handelt es sich hingegen um synchronisierte, formschlüssige Schaltelemente, ebenso handelt es sich bei den Schaltelementen L und S des Getriebes 2 um synchronisierte, formschlüssige Schaltelemente. Dann, wenn, wie in der Variante der Fig. 2 gezeigt, die Schaltelemente C und D des Doppelschaltelements S1 der Antriebsanordnung 1 als synchronisierte formschlüssige Schaltelemente ausgeführt sind, ist im Bereich des Hauptgetriebes HG vorzugsweise vorgesehen, dass das dritte Schaltelement E, das vierte Schaltelement F und das fünfte Schaltelement G des Getriebes 2 als unsynchronisierte Schaltelemente ausgeführt sind.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 können die Schaltelemente A, B, H, I, J und K über die elektrische Maschine 6 aktiv synchronisiert werden, und zwar dann, wenn die elektrische Maschine 6 drehzahlgeregelt betrieben wird. Die Schaltelemente C und D können in der Variante der Fig. 4 aktiv über den Verbrennungsmotor 7 synchronisiert werden, und zwar über einen drehzahlgeregelt betriebenen Verbrennungsmotor 7, alternativ gemeinsam von elektrischer Maschine 6 und Verbrennungsmotor 7 durch Drehzahlüberlagerung am Planetengetriebe PG der Antriebsanordnung 1. Wie bereits ausgeführt, handelt es sich in der Variante der Fig. 4 bei den Schaltelementen E, F, G, L und S des Getriebes 2 um synchronisierte Schaltelemente.
Dann, wenn, wie in Fig. 2 gezeigt, die Schaltelemente D und C der Antriebsanordnung 1 als synchronisierte Schaltelemente ausgeführt sind, sind die Schaltelemente E, F und G des Getriebes 2 als unsynchronisierte Schaltelemente ausgeführt, die aktiv synchronisiert werden können, und zwar über den Verbrennungsmotor 2 im drehzahlgeregelten Betrieb oder bei Drehzahlüberlagerung von Verbrennungsmotor 7 und elektrischer Maschine 6 am Planetengetriebe PG der Antriebsanordnung 1. Die Schaltelemente A, B, H, I, J und K werden wiederum, wie bereits in Fig. 4 beschrieben, mit Hilfe einer drehzahlgeregelten, elektrischen Maschine 6 synchronisiert. Dann, wenn bei der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung 1 das erste Schaltelement K geschlossen ist, wird ein sogenannter ISG-Betriebsmodus genutzt, wobei dann das Planetengetriebe PG in Fig. 4 als feste Vorübersetzung für die elektrische Maschine 6 dient. Dann hingegen, wenn das zweite Schaltelement J der Antriebsanordnung 1 geschlossen ist, liegt ein sogenannter EDA-Betriebsmodus vor, in welchem das Planetengetriebe PG der Antriebsanordnung 1 als Überlagerungsgetriebe wirkt.
Das Hauptgetriebe HG verfügt, wie bereits ausgeführt, über zwei parallel geschaltete Teilgetriebe, sowie eine Abtriebskonstante, wobei die Abtriebskonstante von der fünften Radebene R5 bereitgestellt wird. Das erste Teilgetriebe mit der ersten Getriebeeingangswelle 4 ist der elektrischen Maschine 6 zugeordnet. Das zweite Teilgetriebe mit der zweiten Getriebeeingangswelle 5 ist dem Verbrennungsmotor 7 zugeordnet. Über das dritte Schaltelement C der Antriebsanordnung kann der Verbrennungsmotor 7 an die erste Getriebeeingangswelle 4 und damit auch an die elektrische Maschine 6 gekoppelt werden, ohne dass ein Gang zur Abtriebswelle 3 geschaltet wird. Dadurch kann der Verbrennungsmotor 7 über die elektrische Maschine 3 gestartet werden, alternativ kann in Neutral, also unabhängig von einer Fahrgeschwindigkeit sowie im Stillstand Strom erzeugt werden, wobei dann der Verbrennungsmotor 7 die generatorisch arbeitende elektrische Maschine 6 antreibt.
Rein elektrisches Fahren ist mit den Gängen möglich, die der ersten Getriebeeingangswelle 4 zugeordnet sind, also mit den Gängen der Radebenen R1 und R2. Durch die dem Hauptgetriebe HG nachgelagerte Bereichsgruppe GP, die der Verdopplung der Ganganzahl des Hauptgetriebes HG dient, können hieraus vier elektrische Gänge bereitgestellt werden. Dann, wenn im Bereich der Bereichsgruppe GP das achte Schaltelement L des Getriebes 2 geschlossen ist, wird ein langsamer Fahrbereich der Bereichsgruppe GP geschaltet. Dann hingegen, wenn im Bereich der Bereichsgruppe GP das neunte Schaltelement S des Getriebes 2 geschlossen ist, wird ein schneller Fahrbereich der Bereichsgruppe GP geschaltet. Eine derartige Bereichsgruppe GP ist insbesondere zur Nutzung in Lkws von Vorteil. Wie bereits ausgeführt, kann auf eine Anfahrkupplung bzw. Trennkupplung zwischen Verbrennungsmotor 7 und Antriebsanordnung 1 verzichtet werden, da die Antriebswelle 12 durch geöffnete Schaltelemente C und D abgekoppelt werden kann.
Durch die beiden parallel geschalteten Teilgetriebe des Hauptgetriebes HG können der Verbrennungsmotor 7 und die elektrische Maschine 6 mit unterschiedlichen Übersetzungen betrieben werden. So können fahrsituationsabhängig für den Verbrennungsmotor 7 und die elektrische Maschine 6 jeweils geeignete Betriebspunkte gewählt werden. Zur Vermeidung von Nulllastverlusten kann die elektrische Maschine 6 auch ganz abgekoppelt werden und stillstehen.
Im Hybridbetrieb sind Lastschaltungen möglich. Dann, wenn ein Gangwechsel durchgeführt werden soll, welcher dem mit der ersten Getriebeeingangswelle 4 zugeordneten ersten Teilgetriebe zugeordnet ist, wird die Zugkraft durch den Verbrennungsmotor 7 über die zweite Getriebeeingangswelle 5 gestützt. Dann hingegen, wenn ein Gangwechsel für einen Gang durchgeführt werden soll, welcher dem zweiten Teilgetriebe, welche mit der zweiten Getriebeeingangswelle 5 zusammenwirkt, zugeordnet ist, kann die Zugkraft über die elektrische Maschine 6 und über die erste Getriebeeingangswelle 4 gestützt werden.
Wie oben bereits ausgeführt, ist die von der fünften Radebene R5 bereitgestellte Abtriebskonstante des Hauptgetriebes HG ankoppelbar bzw. schaltbar, und zwar über die zum Doppelschaltelement S5 zusammengefassten Schaltelemente H und I des Getriebes 2. Vorteilhafterweise wird dabei bei geschlossenem siebten Schaltelement I die Abtriebskonstante bzw. fünfte Radebene R5 an den Steg ST2 des Planetengetriebes PG2 der Bereichsgruppe GP angekoppelt, da dann die elektrische Maschine 6 über die Vorgelegewellen VW1 und VW2 die Zugkraft stützen kann, während die Schaltelemente L und S der Bereichsgruppe GP lastfrei umgeschaltet werden können. Dann, wenn das fünfte Schaltelement G des Getriebes 2 geschlossen ist, kann ein Direktgang benutzt werden, ein Kraftfluss geht dann nicht über die Vorgelegewellen VW1 und VW2. Beim Fahren im Direktgang können die Drehzahlen der Vorgelegewellen VW1 und VW2 abgesenkt werden, wodurch Schleppverluste an Lagern und Dichtungen reduziert werden können. Wie bereits ausgeführt, ist dann, wenn das Schaltelement K der Antriebsanordnung geschlossen ist, der sogenannte ISG-Betriebsmodus vorgewählt. Fig. 5 zeigt eine Schaltmatrix für den Antriebsstrang der Fig. 4 im sogenannten ISG-Betriebsmodus bei jeweils geschlossenem Schaltelement K, und zwar aus Sicht des Verbrennungsmotors 2. In Fig. 5 sind für jeden Gang durch ein X diejenigen Schaltelemente markiert, die im jeweiligen Gang geschlossen sind. Mit i sind beispielhafte Übersetzungen der Gänge angegeben, mit phi Gangsprünge.
Diese Zahlenwerte beruhen auf der Annahme, dass für das Planetengetriebe PG der Antriebsanordnung 1 eine Standgetriebeübersetzung iO = -2,0 und für das Planetengetriebe PG 2 der Bereichsgruppe PG eine Standgetriebeübersetzung iO = -2,713 gewählt ist. Ferner beruhen diese Zahlenwerte auf der Annahme, dass die Radebene R1 eine Übersetzung von -1 ,3, die Radebene R3 eine Übersetzung von -0,592, die Radebene R3 eine Übersetzung von -0,769, die Radebene R4 eine Übersetzung von -1 ,0 und für Radebene R5 eine Übersetzung von -2,197 aufweist. Diese beispielhaften Übersetzungen sind rein exemplarischer Natur und können selbstverständlich auch anders gewählt werden.
Die Übersetzungen der Stirnradpaare der Radebenen R1 , R2, R3, R4 und R5 sind dabei so angegeben, dass für die Radebenen R1 , R2, R3 und R4 eine Kraftflussrichtung von den Antriebswellen zu den Vorgelegewellen wirkt, wobei für die Radebene R5 eine Kraftflussrichtung von den Vorgelegewellen zur Hauptwelle wirkt.
Wie bereits ausgeführt, gibt die Schaltmatrix der Fig. 5 die Gänge, Übersetzungen und Gangsprünge aus Sicht des Verbrennungsmotors 7 an, wobei demnach aus Sicht des Verbrennungsmotors insgesamt zwölf Gänge bereitgestellt werden können. In jedem der zwölf Gänge kann mindestens eine Gangvorwahl erfolgen, wobei ein vorgewählter Gang in Klammern angegeben ist. So zeigt Fig. 5 zum Beispiel, dass für den Gang 2 der erste Gang und der vierte Gang vorgewählt sein können, die dann bereits für die elektrische Maschine 6 aktiv sind. Beim Gang 10 der Schaltmatrix der Fig. 5 handelt es sich um einen Direktgang mit einer Übersetzung i von 1 ,0.
Bei den Gängen 11 und 12 der Schaltmatrix der Fig. 5 handelt es sich um sogenannte Overdrive-Gänge, wobei eine Schaltung zwischen den Overdrive-Gängen 11 und 12 nicht lastschaltbar ist. Eine Schaltung vom Direktgang 10 in den Overdrive-Gang 11 sowie eine Schaltung vom Direktgang 10 in den Overdrive-Gang 12 ist jedoch lastschaltbar.
Im Overdrive-Gang 11 der Schaltmatrix der Fig. 5 sind Teilgetriebe des Hauptgetriebes HG gekoppelt, der Kraftfluss fließt über die Radebenen R2 und R3 sowie über das Schaltelement G zur Bereichsgruppe GP. Im Overdrive-Gang 12 erfolgt der Kraftfluss über die Radebenen R2 und R4 und über das Schaltelement G zur Bereichsgruppe GP.
In den Gängen 6, 7, 8 und 9 der Schaltmatrix der Fig. 5 könnte anstelle des Schaltelements S des Doppelschaltelements S6 auch das Schaltelement L geschlossen bleiben, da diese beiden Schaltelemente L und S lastfrei sind, wenn der Kraftfluss über das Schaltelement I direkt auf den Steg ST2 des Planetengetriebes PG2 der Bereichsgruppe GP geleitet wird. Aufgrund der wirkenden Drehzahlverhältnisse an der Bereichsgruppe GP ist es jedoch vorteilhaft, einen Wechsel vom Schaltelement L zum Schaltelement S möglichst früh zu vollziehen.
Wie ebenfalls bereits ausgeführt, ist dann, wenn im Bereich des Doppelschaltelements S2 der Antriebsanordnung 1 das zweite Schaltelement J geschlossen ist, der sogenannte EDA-Betriebsmodus aktiv.
Fig. 6 zeigt wiederum aus Sicht des Verbrennungsmotors eine Schaltmatrix für den EDA-Betriebsmodus, die bis auf die Schaltstellung der Schaltelemente J und K identisch zur Schaltmatrix der Fig. 5 für den ISG-Betriebsmodus ist. Es ergeben sich jedoch andere Drehzahlverhältnisse an der elektrischen Maschine 6 sowie am Planetengetriebe PG der Antriebsanordnung 1. Dann, wenn bei geschlossenem zweiten Schaltelement J der Antriebsanordnung 1 der EDA-Betriebsmodus aktiv ist, ist zum Anfahren im ersten Gang das erste Schaltelement A des Hauptgetriebes HG geschlossen. Ferner sind die Schaltelemente H und L des Getriebes 2 geschlossen. Im Stillstand steht der Steg ST des Planetengetriebes PG still. Der Verbrennungsmotor 7 dreht mit Leerlaufdrehzahl, die elektrische Maschine 6 dreht rückwärts. Die Drehmomentverhältnisse am Planetengetriebe PG sind konstant. Das vom Verbrennungsmotor 7 und von der elektrischen Maschine 6 bereitgestellte Drehmoment summieren sich am Steg ST des Planetengetriebes PG. Auf diese Weise kann im EDA-Betriebsmodus angefahren werden. Während dieses Anfahrvorgangs ändert sich die Drehzahl der elektrischen Maschine 6 bis zum Blockumlauf am Planetengetriebe PG. Der Anfahrvorgang kann beendet werden, indem das Schaltelement C geschlossen wird, wobei dann das Planetengetriebe PG verblockt wird.
Ferner kann bei geschlossenem Schaltelement J im EDA-Betriebsmodus ein sogenannter EDS-Betriebsmodus genutzt werden, nämlich eine Lastschaltfunktion, die als elektrodynamisches Schalten bezeichnet wird. Hierzu muss an dem ersten Teilgetriebe zugeordneter Gang eingelegt sein. Dieser dient als Stützgang, über welchen während der Ausführung der Lastschaltung Kraftfluss geleitet wird. Dieser Stützgang kann identisch mit dem Ist-Gang oder dem Ziel-Gang der Schaltung sein, muss demselben aber nicht entsprechen.
Zur Ausführung der Schaltung im EDS-Betriebsmodus erfolgt zunächst eine
Lastübernahme, wobei hierzu an dem Verbrennungsmotor 7 und an der elektrischen Maschine 6 die Drehmomente so eingestellt werden, dass ein Kraftfluss ausschließlich über den Steg ST des Planetengetriebes PG und den Stützgang geleitet wird, wobei dann alle anderen Gangschaltelemente lastfrei werden. Das lastfrei gewordene Schaltelement des Ist-Gangs kann dann nachfolgende ausgelegt werden. Drehzahlen von Verbrennungsmotor 7 und elektrischer Maschine 6 werden dann so geregelt, dass das einzulegende Schaltelement des Ziel-Gangs synchron wird, wobei das synchron gewordene Schaltelement des Ziel-Gangs dann eingelegt werden kann. Die Schaltung ist abgeschlossen, die Last an der elektrischen Maschine 6 kann im Bedarfsfall aufgebaut werden. Das EDS-Schalten verfügt über den Vorteil, dass das zu schließende Schaltelement im Zusammenspiel von elektrischer Maschine 6 und Verbrennungsmotor 7 synchronisiert wird, wobei die elektrische Maschine 6 gut regelbar ist. Ein weiterer Vorteil des EDS-Schaltens besteht darin, dass eine hohe Zugkraft erreicht werden kann, da sich die Momente von Verbrennungsmotor 7 und elektrischer Maschine 6 am Planetengetriebe PG der Antriebsanordnung 1 summieren.
Bezuqszeichen
1 Antriebsanordung
2 Getriebe
3 Ausgangswelle
4 Getriebeeingangswelle
5 Getriebeeingangswelle
6 elektrische Maschine
7 Verbrennungsmotor
8 Rotor
9 Stator
10 Aktuator
11 topfartigen Abschnitt
12 Antriebwelle
13 Schlitz
14 Aktuator
15 Hauptwelle
A Schaltelement des Getriebes
B Schaltelement des Getriebes
C Schaltelement der Antriebsanordnung
D Schaltelement der Antriebsanordnung
E Schaltelement des Getriebes
F Schaltelement des Getriebes
G Schaltelement des Getriebes
H Schaltelement des Getriebes
I Schaltelement des Getriebes
J Schaltelement der Antriebsanordnung
K Schaltelement der Antriebsanordnung
L Schaltelement des Getriebes
S Schaltelement des Getriebes
HG Hauptgetriebe
GP Bereichsgruppe
PG Planetengetriebe SR Sonnenrad
ST Steg
HR Hohlrad
PG2 Planetengetriebe
SR2 Sonnen rad
ST2 Steg
HR2 Hohlrad
VW1 Vorgelegewelle
VW2 Vorgelegewelle
R1 Radebene
R2 Radebene
R3 Radebene
R4 Radebene
R5 Radebene
51 Doppelschaltelement
52 Doppelschaltelement
53 Doppelschaltelement
54 Doppelschaltelement
55 Doppelschaltelement
56 Dreifachschaltelement

Claims

Patentansprüche
1. Antriebsanordnung (1 ) für ein Hybridfahrzeug, wobei das Hybridfahrzeug einen Hybridantrieb mit einem Verbrennungsmotor (7) und einer elektrischen Maschine
(6) und ein Getriebe (2) mit zwei Getriebeeingangswellen (4, 5) und einer Ausgangswelle (3) aufweist, wobei die Antriebsanordnung zumindest folgendes umfasst:
ein Planetengetriebe (PG) mit den Elementen Steg (ST), Sonnenrad (SR) und Hohlrad (HR), wobei ein erstes Element des Planetengetriebes (PG) an eine erste Getriebeeingangswelle (4) drehfest anbindbar ist, und wobei ein zweites Element des Planetengetriebes (PG) an die elektrische Maschine (6) drehfest anbindbar ist;
ein erstes Schaltelement (K), über welches dann, wenn dasselbe geschlossen ist, ein drittes Element des Planetengetriebes (PG) gehäusefest oder an die elektrische Maschine (6) drehfest anbindbar ist;
ein zweites Schaltelement (J), über welches dann, wenn dasselbe geschlossen ist, das dritte Element des Planetengetriebes (PG) an den Verbrennungsmotor
(7) drehfest anbindbar ist;
ein drittes Schaltelement (C), über welches dann, wenn dasselbe geschlossen ist, die erste Getriebeeingangswelle (4) drehfest an den Verbrennungsmotor (7) anbindbar ist;
ein viertes Schlatelement (D), über welches dann, wenn dasselbe geschlossen ist, die zweite Getriebeeingangswelle (5) drehfest an den Verbrennungsmotor (7) anbindbar ist;
wobei das dritte Schaltelement (C) und das vierte Schaltelement (D) als ein erstes Doppelschaltelement (S1) ausbildet sind, dessen Aktuator (10) sich durch einen topfartigen Abschnitt (11) einer Antriebwelle (12) des Verbrennungsmotors (7) erstreckt, der das erste Doppelschaltelement (S1 ) außen umgibt,
wobei der topfartige Abschnitt (11 ) der Antriebswelle (12) des Verbrennungsmotors (7) sich bis zum zweiten Schaltelement (J) erstreckt.
2. Antriebsanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element des Planetengetriebes (PG) als Steg (ST), das zweite Element des Planetengetriebes (PG) als Sonnenrad (SR) und das dritte Element des Planetengetriebes (PG) als Hohlrad (HR) ausgebildet ist.
3. Antriebsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Aktuator (10) des ersten Doppelschaltelements (S1 ) in Radialrichtung durch einen sich in Axialrichtung erstreckenden Schlitz (13) im topfartigen Abschnitt (11) der Antriebswelle (12) des Verbrennungsmotors (7) derart erstreckt, dass der Aktuator (10) in Axialrichtung relativ zum topfartigen Abschnitt (11 ) der Antriebswelle (12) des Verbrennungsmotors (7) verlagerbar ist und in Umfangsrichtung drehfest an dem topfartigen Abschnitt (11 ) der Antriebswelle des Verbrennungsmotors angreift.
4. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (K) und das zweite Schaltelement (J) als ein zweites Doppelschaltelement (S2) ausgebildet sind.
5. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (K), das zweite Schaltelement (J), das dritte Schaltelement (C) und das vierte Schaltelement (D) jeweils als unsynchronisierte Schaltelemente ausgebildet sind.
6. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (K) und das zweite Schaltelement (J) jeweils als synchronisierte Schaltelemente ausgebildet sind, und dass das dritte Schaltelement (C) und das vierte Schaltelement (D) jeweils als unsynchronisierte Schaltelemente ausgebildet sind.
7. Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug, mit einem einen Verbrennungsmotor (7) und eine elektrische Maschine (6) aufweisenden Hybridabtrieb, mit einem zwei Getriebeeingangswellen (4, 5) und eine Ausgangswelle (3) aufweisenden Getriebe (2), und mit einer Antriebsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
8. Antriebsstrang nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (6) permanent an das zweite Element des Planetengetriebes (PG) gekoppelt ist.
9. Antriebsstrang nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (2) ein zwei parallel geschaltete Teilgetriebe umfassendes Hauptgetriebe (HG) mit den beiden Getriebeeingangswellen (4, 5) und der Ausgangswelle (3), um- fasst, wobei
das Hauptgetriebe (HG), eine erste Radebene (R1 ), eine zweite Radebene (R2), eine dritte Radebene (R3), eine vierte Radebene (R4) und eine fünfte Radebene (R5) umfasst,
das Hauptgetriebe (HG) ein erstes Schaltelement (A), ein zweites Schaltelement (B), ein drittes Schaltelement (E), ein viertes Schaltelement (F), ein fünftes Schaltelement (G), ein sechstes Schaltelement (H) und ein siebtes Schaltelement (I) umfasst,
das Getriebe (2) eine Bereichsgruppe (GP) mit einem Planetengetriebe (PG2), einem achten Schaltelement (L) und einem neunten Schaltelement (S) umfasst, wobei sich das Planetengetriebe (PG2) der Bereichsgruppe (GP) derart an das Hauptgetriebe (HG) anschließt, dass dann, wenn das sechste Schaltelement (H) geschlossen ist, die fünfte Radebene (R5) des Hauptgetriebes (HG) und ein erstes Element (SR2) des Planetengetriebes (PG2) der Bereichsgruppe (GP) drehfest verbunden sind, wohingegen dann, wenn das achte Schaltelement (I) geschlossen ist, die fünfte Radebene (R5) des Hauptgetriebes (HG) und ein zweites Element (ST2) des Planetengetriebes (PG2) der Bereichsgruppe (GP) drehfest verbunden sind.
10. Antriebsstrang nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das
das erste Element (SR2) des Planetengetriebes (PG2) der Bereichsgruppe
(GP) drehfest an eine Hauptwelle (15) des Getriebes (2) gekoppelt ist, die bei geöffnetem fünftem Schaltelement (G) von der zweiten Getriebeeingangswelle (5) abgekoppelt ist und die bei geschlossenem fünftem Schaltelement (G) an die zweite Getriebeeingangswelle (5) drehfest gekoppelt ist,
das zweite Element (ST2) des Planetengetriebes (PG2) der Bereichsgruppe (GP) drehfest an die Ausgangswelle (3) gekoppelt ist,
ein drittes Element (HR2) des Planetengetriebes (PG2) der Bereichsgruppe (GP) dann, wenn das achte Schaltelement (L) geschlossen ist, gehäusefest angebunden ist, und dann, wenn das neunte Schaltelement (S) geschlossen ist, an die Ausgangswelle (3) drehfest angebunden ist.
11. Antriebsstrang nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn das erste Schaltelement (K) und das zweite Schaltelement (J) der Antriebsanordnung (1 ) jeweils als synchronisierte Schaltelemente ausgebildet sind, dass dritte Schaltelement (E), das vierte Schaltelement (F) und das fünfte Schaltelement (G) des Hauptgetriebes (HG) jeweils als unsynchronisierte Schaltelemente ausgebildet sind.
12. Antriebsstrang nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn das erste Schaltelement (K) und das zweite Schaltelement (J) der Antriebsanordnung (1 ) jeweils als unsynchronisierte Schaltelemente ausgebildet sind, dass dritte Schaltelement (E), das vierte Schaltelement (F) und das fünfte Schaltelement (G) des Hauptgetriebes (HG) jeweils als synchronisierte Schaltelemente ausgebildet sind.
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