WO2020177902A1 - Hybrid-getriebeeinrichtung sowie kraftfahrzeug - Google Patents

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WO2020177902A1
WO2020177902A1 PCT/EP2019/077963 EP2019077963W WO2020177902A1 WO 2020177902 A1 WO2020177902 A1 WO 2020177902A1 EP 2019077963 W EP2019077963 W EP 2019077963W WO 2020177902 A1 WO2020177902 A1 WO 2020177902A1
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gear
input shaft
transmission input
transmission
hybrid
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PCT/EP2019/077963
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French (fr)
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Stefan Beck
Fabian Kutter
Matthias Horn
Thomas Martin
Michael Wechs
Johannes Kaltenbach
Martin Brehmer
Peter Ziemer
Thomas KROH
Oliver Bayer
Max Bachmann
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Zf Friedrichshafen Ag
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    • B60K6/442—Series-parallel switching type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60K6/48—Parallel type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units
    • B60W30/18—Propelling the vehicle
    • B60W30/19—Improvement of gear change, e.g. by synchronisation or smoothing gear shift
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/02—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion
    • F16H3/08—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts
    • F16H3/087—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears
    • F16H3/091—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears including a single countershaft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/42—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
    • B60K6/48—Parallel type
    • B60K2006/4825—Electric machine connected or connectable to gearbox input shaft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60K6/50—Architecture of the driveline characterised by arrangement or kind of transmission units
    • B60K6/54—Transmission for changing ratio
    • B60K2006/541—Transmission for changing ratio without reverse ratio using instead electric reversing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/92—Hybrid vehicles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H2200/00—Transmissions for multiple ratios
    • F16H2200/003—Transmissions for multiple ratios characterised by the number of forward speeds
    • F16H2200/0047—Transmissions for multiple ratios characterised by the number of forward speeds the gear ratios comprising five forward speeds
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H2200/00—Transmissions for multiple ratios
    • F16H2200/003—Transmissions for multiple ratios characterised by the number of forward speeds
    • F16H2200/0052—Transmissions for multiple ratios characterised by the number of forward speeds the gear ratios comprising six forward speeds
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H2200/00—Transmissions for multiple ratios
    • F16H2200/003—Transmissions for multiple ratios characterised by the number of forward speeds
    • F16H2200/0069—Transmissions for multiple ratios characterised by the number of forward speeds the gear ratios comprising ten forward speeds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the invention relates to a hybrid gearbox device with at least one electric motor, a gearbox with a first gearbox input shaft and a second gearbox input shaft mounted on the first gearbox input shaft, with a coupling for the non-rotatable connection of the first gearbox input shaft and the second gearbox input shaft, the second gearbox being present output shaft has an end pointing to the outside of the hybrid transmission device and an end pointing to the inside of the hybrid transmission device.
  • a hybrid transmission device is understood to mean a transmission device to which an internal combustion engine and at least one further drive device can be coupled. It is known to hybridize any automatized transmission, such as automatic transmissions and double clutch transmission.
  • a transmission is known from DE10 201 1 005 451 A1 which has two electric motors and manages with 5 forward gears and one reverse gear.
  • the connecting coupling is arranged at the end of the second transmission input shaft facing the inside of the hybrid transmission device. This arrangement results in more possibilities when positioning the other clutches and also the other components of the hybrid transmission device. As a result, a compact hybrid transmission device can be obtained.
  • the transmission of the hybrid transmission device is advantageously designed as a gear change transmission. It then has at least two discrete gear steps.
  • the gear change transmission can advantageously have at least two, in particular exactly two, partial transmissions. This enables increased functionality and, for example, traction support both when changing gears, in particular when changing gears using the internal combustion engine and when changing gears electrically.
  • At least one of the sub-transmissions can preferably be configured as a gear change transmission.
  • Operage transmissions can be designed as gear change transmissions.
  • a partial transmission then has at least two gear steps, the others at least one gear step.
  • a partial transmission can have exactly three gear steps, in particular forward gear steps. Furthermore, a second partial transmission can have exactly two gear stages, in particular forward gear stages.
  • the gear change transmission advantageously has gears and shift elements.
  • the gears are preferably designed as spur gears.
  • the transmission of the hybrid transmission device is preferably designed as a stationary transmission.
  • stationary gearboxes the axes of all gears in the gearbox are stationary relative to the gearbox housing.
  • the gear change transmission is formed out as a transmission in countershaft design.
  • the gear change gear is preferably designed as a spur gear.
  • the gears are then designed as spur gears.
  • the transmission can be designed as a dual clutch transmission. It then has two sub-transmissions.
  • the transmission can preferably have at least two shafts. If the transmission is designed as a stationary transmission, these are necessary to form the Gangstu.
  • the transmission preferably has at least two transmission input shafts.
  • the transmission preferably has exactly two transmission input shafts. With three or more transmission input shafts, a larger number of sub-transmissions can be generated, but it has been found that the functionality described can be achieved with just two transmission input shafts.
  • the first transmission input shaft is preferably designed as a solid shaft. Regardless of the configuration of the first transmission input shaft, the second input shaft is preferably mounted on the first transmission input shaft, i.e. it is arranged ko axially to this and embraces it. It is then a hollow shaft. Then, in the axial direction on the motor side, the clutch for connecting the first transmission input shaft to an internal combustion engine and advantageously the clutch for connecting the second transmission input shaft to an internal combustion engine is also followed by the second transmission input shaft.
  • the hybrid transmission device can preferably have at least one, in particular precisely one, countershaft.
  • at least one, in particular precisely one, countershaft When using a single countershaft, it is the case that there is only one connection point to the differential. As a result, installation space can be saved, which is the case both in the radial and in the axial direction.
  • the transmission has exactly three shafts, namely two transmission input shafts and a countershaft, which is then also the output shaft.
  • a gear stage is a mechanically implemented translation between two shafts.
  • the overall ratio between the internal combustion engine or drive device and wheel has further ratios, where the ratios before a gear stage, the so-called pre-ratios, can depend on the output used.
  • the subsequent translations are usually the same.
  • the speed and the torque of a drive device are translated several times, namely by at least one gear pair between the output shaft of the drive device and a transmission input shaft. This is a pre-translation.
  • a gear pair of a gear stage with a gear ratio dependent on the gear stage.
  • a gear then has an overall gear ratio that depends on the drive and the gear stage. Without further information, a gear then refers to the gear step that is set.
  • a first gear stage G1 has a greater gear ratio than a second gear stage G2, etc.
  • gear steps refer to forward gear steps.
  • the transmission of the hybrid transmission device preferably has at least three gear steps or gear ratios.
  • the gears of a gear stage can be arranged in a gear plane if the gear stage has two gear wheels.
  • the transmission has at least four gear steps or gear ratios.
  • the transmission preferably has at least five, in particular exactly five, gear stages or gear ratios.
  • the transmission of the hybrid transmission device preferably has one more gear plane than forward gear steps. With five gears, that's six wheel levels.
  • the gear plane for connecting the output e.g. a differential, is also counted.
  • gear steps can be used with the internal combustion engine and electrically or fluidically. As a result, a maximum number of gears is obtained with a small number of gear steps.
  • gear stage is reserved solely for a drive device of the hybrid transmission device, that is to say an electrical gear stage. At least one other gear can be used in this embodiment for torque transmission of both the internal combustion engine and a drive device. All further gear steps can preferably be used for torque transmission both of the internal combustion engine and of a drive device.
  • the hybrid transmission device or the transmission can advantageously be designed free from a reversing gear for reversing direction. Accordingly, the reverse gear is not generated by the internal combustion engine, but by the or at least one of the electric motors.
  • the first or second gear can be used.
  • Gear gears for all uneven gear steps, in particular forward gear steps can preferably be arranged on the first transmission input shaft. Furthermore, gear wheels of all straight gear steps, in particular forward gear steps, can preferably be arranged on the second transmission input shaft. Gear wheels, also called gear gears, can be designed as fixed gears or loose gears. They are called gear wheels because they are assigned to a gear step.
  • the largest straight gear stage or one of the gear wheels assigned to it is preferably located at the axial end of that transmission input shaft that carries one of the gear wheels of the largest straight gear stage.
  • the largest straight de gear stage the fourth gear stage and / or the transmission input shaft is the second transmission input shaft.
  • the transmission input shaft can be the first transmission input shaft.
  • the largest odd gear stage or one of the gear wheels assigned to it is preferably located at the axial end of that transmission input shaft that carries one of the gear wheels of the largest uneven gear stage.
  • the largest uneven gear stage is preferably the fifth gear stage and / or the transmission input shaft is the first transmission input shaft.
  • the largest electrical gear stage or one of the gear wheels assigned to it is preferably located at the axial end of that transmission input shaft that carries one of the gear wheels of the largest electrical gear stage.
  • the largest electrical gear stage is preferably a second gear stage and / or the transmission input shaft is the second transmission input shaft.
  • the gear wheels of the largest gear steps can be summarized on the axial outer sides of the shafts, in particular the transmission input shafts. If the transmission has five forward gear steps, the fourth gear step and the fifth gear step, that is to say their gears, are arranged axially on the outside and the other gears and their gears are arranged within these two gear steps.
  • the gear wheels of the fourth gear stage and the second gear stage can be arranged on the second transmission input shaft from the outside of the hybrid transmission device to the inside.
  • the gear wheels of an electrical gear stage and the first gear stage can be arranged on the second transmission input shaft from the outside of the hybrid transmission device to the inside.
  • the gear wheels of the fifth gear stage, the first gear stage and the third gear stage can preferably be arranged on the first transmission input shaft from the outside of the hybrid transmission device to the inside.
  • the gear wheels of the fourth gear, the second gear and the third gear can be arranged on the first transmission input shaft from the outside of the hybrid transmission device to the inside.
  • the hybrid transmission device can preferably have at least two, in particular exactly two, drive devices. What counts as a drive device is an arrangement of one or more drive devices that attack a certain point on the hybrid transmission device. I.e. that, for example, when the drive devices are designed as electric motors, several small electric motors are also regarded as one electric motor if they add up their torque at a single starting point.
  • both the first transmission input shaft and the second transmission input shaft can each be assigned at least one drive device.
  • the gears implemented via the first transmission input shaft and the second transmission input shaft each form a partial transmission. It can therefore also be said that at least one drive device is assigned to each partial transmission.
  • the hybrid transmission device preferably has at least two, in particular exactly two, partial transmissions.
  • At least one of the drive devices is preferably designed as a generator.
  • the first drive device and / or the second drive device are preferably designed both as a motor and as a generator.
  • the drive device is preferably tied to the largest gear ratio of the transmission.
  • two drive devices it is advantageously provided that, in a first embodiment, they are connected to the two largest gear steps.
  • the drive devices are connected to the largest gear stage in each case of a partial transmission. Then they can two largest gear steps can also be arranged in a single sub-transmission. Furthermore, the drive devices can each be connected to the largest gear steps on a transmission input shaft.
  • the drive device is preferably connected to an axially outer gear stage, more precisely to one of the gear wheels of the gear stage, of the transmission.
  • both are connected to an axially outer gear stage of the transmission. This allows the distance between the connection points to be maximized.
  • connection or operative connection denotes any connection in terms of force flow, including across other components of the transmission.
  • a connection denotes the first connection point for the transmission of drive torque between the drive machine and the transmission.
  • a connection to a gear stage that is to say one of its gear wheels, can take place via a gear wheel. If necessary, an additional intermediate gear is required to bridge the center distance between the output shaft of the drive device and the transmission input shaft. By connecting the drive device to a gear wheel, a further gear plane, which would only be available for connecting the drive device, can be avoided.
  • At least one of the axially outer gear wheels which are arranged on the axis of the transmission input shafts, can advantageously be designed as a fixed wheel. Both axially outer gear wheels can preferably be designed as fixed wheels.
  • the drive devices are connected to a fixed gear on the first transmission input shaft and / or a fixed gear on the second transmission input shaft.
  • the drive devices can therefore preferably be arranged in a so-called P3 arrangement, that is to say on the gear set.
  • a drive device can preferably be connected to the third gear stage. Alternatively or additionally, a drive device can be connected to the single electrical gear stage.
  • a drive device can be linked to the fourth gear stage.
  • a drive device can be connected to the fifth gear stage.
  • the first drive device can preferably be connected to the internal combustion engine in a rotationally fixed manner in all internal combustion engine forward gears and / or during internal combustion engine gear changes. Then there is a constant connection between the internal combustion engine and the first drive device during an internal combustion engine drive.
  • the first drive device can preferably be used as a generator, at least temporarily, in all forward gears apart from the crawler gear.
  • the second drive device can preferably be used for electrical or fluid forward starting.
  • the second drive device can advantageously be coupled to the gear wheels of the second gear. Then the start-up is always taken over by the second drive device.
  • the second drive device can preferably be used as the only drive source for starting.
  • the second drive device can also be used for electric or fluid reversing. Here, too, it can preferably be provided that the second drive device is the only drive source when reversing. Then there are neither internal combustion engine nor hybrid reverse gears.
  • the drive devices can be arranged axially parallel to the first transmission input shaft. They are then preferably also axially parallel to the second transmission input shaft and to the countershaft.
  • An axially parallel arrangement is understood in the present invention not only to mean completely parallel arrangements, it can also be an inclination or an angle between the longitudinal axis of the transmission input shafts and the longitudinal axis of the electric motor exist.
  • an angle between the longitudinal axis of an electric motor and the longitudinal axis of the transmission input shafts is less than or equal to 10 °, further preferably less than 5 ° and in particular 0 °. Slight inclinations of the drive devices compared to the gearbox can result from the installation space.
  • the drive devices can preferably be arranged in opposite directions. This means that the output shafts of the drive devices point to different, opposite sides. If the first drive device has its output side on the left, it has the second drive device on the right or, when changing the direction of view, one at the front and the other at the back. As a result, the point of application of the drive devices on the hybrid transmission device is axially spaced and an improved overlap is achieved in the axial direction.
  • the axes of the drive devices can preferably lie above the axis of the transmission input shaft.
  • the installation position is always referenced; the hybrid gear unit can also be upside down during assembly. Such positions are irrelevant for the following description.
  • the axially parallel arrangement also enables one of the drive devices to be located below the axis of the transmission input shaft, it is advantageously provided that the drive devices and thus their axes are positioned above the transmission input shaft. With this arrangement, the packing density can be maximized.
  • the axes of the drive devices can be arranged in the installed position on both sides of the axis of the transmission input shaft. Accordingly, one of the drive devices or their axis is to the left of the axis of the transmission input shaft and the other to the right of the axis.
  • one of the drive devices or their axis is to the left of the axis of the transmission input shaft and the other to the right of the axis.
  • the axes of the drive devices are arranged symmetrically to the axis of the transmission input shaft in a construction position.
  • the axes of the drive devices should be related to the distance and the angular position can be arranged symmetrically, the angle relating to the perpendicular.
  • the drive devices can be arranged in opposite directions without destroying the symmetrical arrangement, since it only depends on the position of the axes.
  • the axes of the drive devices can preferably lie above the axes of one or more countershafts and / or one or more output shafts.
  • the drive devices are therefore above the components of the spur gear assembly mentioned.
  • the axes of the drive devices are the top axes of the hybrid transmission device in the installation position.
  • the drive devices can be arranged offset in the circumferential direction.
  • the circumferential direction is set in relation to the longitudinal axis of the transmission input shaft, which is viewed by definition in the present invention as the longitudinal axis of the hybrid transmission device.
  • the drive devices are arranged at least partially overlapping in the axial direction.
  • the overlap in the axial direction can preferably be more than 75 percent. If the drive devices are of unequal length, the calculation of the overlap is based on the shorter drive device. The overlap is determined on the basis of the housing of the drive devices, the output shaft of the drive devices is not taken into account.
  • the drive devices can preferably be arranged in the axial direction at the same height as the gear change transmission.
  • the overlap in the axial direction can preferably be more than 75%, advantageously it is 100%.
  • the overlap is determined on the basis of the housing of the drive devices, and in particular the housing of the longer drive device.
  • the output shaft of the drive devices is not taken into account.
  • the first drive device can preferably be connected non-rotatably to the first transmission input shaft, in particular connected to the first transmission input shaft. If the first transmission input shaft is arranged in such a way that it can be connected to the internal combustion engine by means of a single shift element, the first drive device can be operated as a generator in many operating situations.
  • the second drive device can advantageously be connected non-rotatably to the second transmission input shaft, in particular connected to the second transmission input shaft. If the second transmission input shaft is arranged in such a way that it can be connected to the internal combustion engine by means of two shift elements and in particular via the first transmission input shaft, the second drive device can be used as a parallel drive source to the internal combustion engine in many operating situations.
  • the first drive device and / or the second drive device can preferably be designed as an electric motor. Electric motors are common in hybrid transmission devices.
  • the first drive device and / or the second drive device can be designed as a fluid power machine.
  • a fluid power machine there are other prime movers whose use in hybrid transmission devices is conceivable. These can also be operated as a motor, i.e. with energy consumption, or as a generator, i.e. energy-converting.
  • the energy store is, for example, a pressure store. The energy conversion then consists in converting the energy from the internal combustion engine into a pressure build-up.
  • the first drive device and the second drive device can be switched under load.
  • a power shift is understood here, as usual, to mean that no interruption of tractive force occurs at the output of the hybrid transmission device during a gear change, for example of the first drive device.
  • a reduction of the torque present at the output is possible, but not a complete interruption.
  • the motor vehicle can consistently be driven in large speed ranges, for example, exclusively electrically, the gear ratio, that is to say the gear, being selected to be optimized with regard to the speed and torque of the drive device.
  • the second drive device can transmit torque to the output while the first drive device is switched.
  • the gear stage via which the first drive device transmits torque to the output is changed.
  • the first drive device can be torque to the output while the second drive device is switched. I.e. that the gear step via which the second drive device transmits torque to the drive is changed. It can therefore also be said that the drive devices can be switched under power.
  • the combustion engine does not have to be started to change gears during an electric drive.
  • At least one of the drive devices can preferably be connected to the transmission via a P3 connection. Both drive devices are advantageously connected to the transmission via this connection. With a P3 connection, the drive devices act on the transmission between the input shaft and the output shaft.
  • both drive devices can be operatively connected to a differential via a maximum of four Zahnein handles. This achieves a good level of efficiency.
  • a clutch for connecting the first transmission input shaft to an internal combustion engine can advantageously be provided. This is more advantageous arranged at the end of the first transmission input shaft facing the outside and the internal combustion engine of the hybrid transmission device.
  • a clutch for connecting the second transmission input shaft to the internal combustion engine can be arranged at the end of the second transmission input shaft facing the outside and the internal combustion engine of the hybrid transmission device.
  • a connection coupling can preferably be provided for connecting the first transmission input shaft and the second transmission input shaft. This is used to couple the partial transmissions. However, it is also a coupling for connecting the second transmission input shaft to the internal combustion engine, the connection running via the first transmission input shaft.
  • the connecting coupling can preferably be arranged at the end of the second transmission input shaft pointing into the transmission. This makes it possible to provide two clutches on the engine side, with which both the first transmission input shaft and the second transmission input shaft can be connected to the internal combustion engine. This makes it possible, for example, to provide an electric motorized crawler gear or to operate both electric motors together and alternately as a generator.
  • connection coupling can advantageously be designed as part of a two-sided switching device. Due to its positioning, the connecting coupling can be integrated into a two-sided switching device.
  • a switching device is understood to mean an arrangement with one or two switching elements.
  • the switching device is then formed on one side or on both sides.
  • a shift element can be a clutch or a clutch.
  • a coupling is used for the non-rotatable connection of two shafts and a clutch is used for the non-rotatable connection of a shaft with a hub rotatably mounted on it, for example a loose wheel.
  • the connecting coupling is accordingly like a clutch and preferably also as part of a clutch development and is called a coupling solely because it connects two shafts.
  • the clutches for connecting the transmission input shafts to the internal combustion engine connect the respective transmission input shaft to a crankshaft of the internal combustion engine.
  • At least some of the clutches and / or shift clutches can preferably be designed as claw clutches.
  • all clutches and shift clutches can be designed as claw clutches.
  • At least one shifting device can advantageously be arranged on the first transmission input shaft.
  • at least two, in particular exactly two, switching devices can be arranged on the first transmission input shaft. These can advantageously be formed as a two-sided switching device. Alternatively, a one-sided and a two-sided switching device can be provided.
  • the shifting devices advantageously include the second transmission input shaft.
  • One of the shifting devices on the first transmission input shaft preferably comprises a shifting clutch and a clutch.
  • the second transmission input shaft can advantageously be designed to be free of shifting devices and / or to be free of idler gears.
  • At least one fixed gear can preferably be arranged on the second transmission input shaft.
  • at least two, in particular exactly two, fixed gears can be arranged on the second transmission input shaft.
  • At least one, in particular precisely one, idler gear can preferably be arranged on the first transmission input shaft.
  • each forward gear step can be assigned a fixed gear and an idler gear, namely a single fixed gear and a single idler gear.
  • each fixed gear and idler gear can always be assigned uniquely to a single forward gear stage, that is, there are no spiral gears using one gear for several gears.
  • the combustion engine forward gears two and four can be viewed as winding or coupling gears as described below, since the first transmission input shaft is interposed in the formation of the gears.
  • the hybrid transmission device or the transmission can have exactly four two-sided switching devices for generating five internal combustion engine gear stages, in particular forward gear stages.
  • the connecting coupling advantageously forms part of one of the bilateral switching devices.
  • a differential can preferably be arranged in the axial direction at the level of one or two clutches for connecting a transmission input shaft to the combustion engine.
  • a gear for connecting the differential can be arranged axially on the outside on a countershaft.
  • the connection can preferably be made on the side of the internal combustion engine.
  • the hybrid transmission device can preferably have at least one, in particular precisely one, countershaft.
  • at least one, in particular precisely one, countershaft When using a single countershaft, it is the case that there is only one connection point to the differential. As a result, installation space can be saved, which is the case both in the radial and in the axial direction.
  • At least two, in particular exactly two, switching devices can preferably be arranged on the countershaft.
  • exactly four idler gears can advantageously be arranged on the countershaft.
  • the shifting devices on the countershaft can advantageously all be designed on two sides.
  • the shifting devices arranged on the countershaft can be arranged in the axial direction opposite one or more shifting devices on one of the, in particular special the first, transmission input shaft be arranged offset.
  • they can include a switching device on the first gearbox input shaft in the axial direction. This means that they are not only axially offset, but that one shifting device is located on the countershaft when considering a gear set diagram to the left of the shifting device on the first transmission input shaft and the other to the right thereof. If one looks at the transmission with a line of sight to the transmission, one shifting device sits in front of and the other behind the shifting device on the first transmission input shaft.
  • Switching device is advantageously arranged at one end of the second transmission input shaft.
  • all switching elements of the switching devices on the pre-gel shaft can be designed as clutches.
  • At least one, in particular exactly one, fixed gear for forming a forward gear stage can preferably be located on the countershaft.
  • a single fixed gear can advantageously be arranged on the countershaft to form a forward gear stage, and at least one idler gear can be arranged on both sides of the fixed gear. At least two, in particular exactly two, idler gears are preferably located on both sides of the fixed gear.
  • the hybrid transmission device can have a control device. This is designed to control the transmission as described.
  • the invention relates to a motor vehicle with an internal combustion engine and a hybrid transmission device.
  • the motor vehicle is characterized in that the hybrid transmission device is designed as described.
  • the hybrid transmission device is advantageously arranged as a front-transverse transmission device in the motor vehicle.
  • the motor vehicle preferably has a control device for controlling the hybrid transmission device.
  • the control device can therefore be part of the hybrid transmission device, but does not have to be.
  • a battery is preferably arranged in the motor vehicle which enables the motor vehicle to be operated electrically for at least 15 minutes.
  • the internal combustion engine can use one of the electric motors as a generator to generate electricity that goes directly to the other electric motor.
  • the motor vehicle can have a pressure accumulator. This can be used to operate a fluid power machine.
  • Figure 1 a motor vehicle
  • Figure 2 shows a first wheelset scheme
  • FIG. 3 is a circuit diagram
  • FIG. 4 a first switching matrix
  • FIG. 5 the hybrid transmission device in a side view
  • FIG. 6 shows a circuit diagram for a crawler gear
  • Figure 7 shows a circuit diagram for a hybrid gear
  • FIG. 8 shows a time profile for a first gear change
  • FIG. 9 shows a time profile for a second gear change, Figure 10 a second wheelset scheme,
  • Figure 1 1 a second switching matrix
  • Figure 12 shows a third wheelset scheme.
  • FIG. 1 shows a motor vehicle 1 with an internal combustion engine 2 and a hybrid transmission device 3.
  • the hybrid transmission device 3 also includes electric motors and a clutch device so that it can be installed as an assembly unit. However, this is not mandatory; in principle, the wheel set can also form an assembly unit without the clutch pack and the electric motors already connected.
  • a control device 15 is provided to control the hybrid transmission device 3. This can be part of the hybrid transmission device 3 or of the motor vehicle.
  • FIG. 2 shows the hybrid transmission device 3 and in particular its Gang Diningge gear 4 in the form of a gear set diagram.
  • the hybrid transmission device 3 is described below, starting with the internal combustion engine 2.
  • Two clutches K1 and K2 are connected to a crankshaft 5 on the input side.
  • An output part 6 of clutch K1 is verbun with a first transmission input shaft 7 and an output part 8 of clutch K2 with a second transmission input shaft 9.
  • On the second transmission input shaft 9, two fixed gears 10 and 12 are arranged.
  • the fixed gear 10 is the fixed gear of the fourth gear stage G4 and the fixed wheel 12 is the fixed gear of the second gear stage G2.
  • the second transmission input shaft has two ends, namely an end 11 pointing towards the outside of the hybrid transmission device 3 and an end 13 pointing towards the inside of the hybrid transmission device 3.
  • a shifting device S1 mounted on the transmission input shaft 7, there follows a shifting device S1 with a clutch K3 and a shifting clutch C.
  • a Idler gear 14 can be connected non-rotatably to the transmission input shaft 7.
  • the idler gear 14 is the idler gear of the third gear stage G3.
  • the second transmission input shaft 9 is thus free of switching elements and forms a loose wheel.
  • Two switching devices S1 and S4 are arranged on the first transmission input shaft 7.
  • the switching device S1 comprises the clutch K3 and the switching clutch C and is accordingly designed on two sides.
  • the axis of rotation of the first transmission input shaft 7 and the second transmission input shaft 9 is denoted by A1.
  • the hybrid transmission device 3 has a single countershaft 22 for connection to a differential 20 and for forming the transmission or gear steps.
  • Two shifting devices S2 and S3 with the clutches A, B, D and E for connecting the idler gears 24, 26, 30 and 32 to the countershaft 22 are arranged on the countershaft 22.
  • the only gear-forming fixed gear is the fixed wheel 34 between the idler gears 24, 26, 30 and 32 on the countershaft 22 plat.
  • the assignment to the gear steps results from the gear step numbers G1 to G5 below the gears arranged on the countershaft 22.
  • the fixed gear 36 is not a gear-forming fixed gear; it connects the countershaft 22 with the differential 20 as a so-called output constant. Using this scheme, the following can be determined about the forward gear steps:
  • a fixed gear and an idler gear are assigned to each forward gear, namely a single fixed gear and a single idler gear.
  • Each fixed gear and idler gear is always uniquely assigned to a single forward gear stage, i.e. there are no spiral gears using one gear wheel for several gear stages. Nevertheless, the forward gears G2 and G4 can be used as coupling gears. hen, since the first transmission input shaft 7 is interposed in the formation of the forward gear stages G2 and G4.
  • the electric motors EM1 and EM2 are connected as shown, namely to the axially outer gears 10 and 18. This makes it possible to connect the electric motors EM1 and EM2 to one of the transmission input shafts 7 and 9 without additional gears, which saves installation space. In particular, by connecting the electric motors EM1 and EM2 to the axially outermost gearwheels 10 and 18, an axially extremely short hybrid transmission device 3 can be created.
  • the electric motors EM1 and EM2 are arranged parallel to the transmission input shaft 7 and the electric motors EM1 and EM2 have their output on opposite sides. That is, as shown in FIG. 2, the output or output shaft 31 of the electric motor EM1 points to the end 35 of the gear change gear 4 facing away from the motor and the output shaft 33 of the electric motor EM2 to the motor-facing end 37 of the gear change gear 4. In FIG one end points to the left and one to the right.
  • the electric motors EM1 and EM2 are arranged partially overlapping in the axial direction, so that the hybrid transmission device 3 in the area of the electric motors EMI and EM2 only has approximately the length required by a single electric motor. Due to the arrangement of the shift elements S1, S2, S3 and S4 already described above and the formation of the reverse gear without a reversing gear, a length of the hybrid transmission device 3 of little more than 30 cm is made possible.
  • FIG. 3 shows a circuit diagram of the hybrid transmission device 3 according to FIG. 2, from which it can be seen, for example, that the clutch K3 connects the input shafts 7 and 9 of the subtransmissions 36 and 38.
  • the partial transmission 36 comprises the odd gears and the partial transmission 38 the even gears.
  • FIG. 4 shows a first switching matrix for the hybrid transmission device 3 according to FIG. 2, in which it can be seen that the clutch K1 can be engaged in all internal combustion engine gears V1 to V5. This also applies to the internal combustion engine see forward gears V1 to V4 of the embodiments described below.
  • the straight internal combustion engine gears V2, V4 are achieved by the clutches K1 and K3 being closed.
  • a change between the partial transmissions therefore preferably takes place by opening or closing the clutch K3.
  • the use of the clutches is implemented differently. As can already be seen from Fi gur 2, exactly one of the clutches A to E is closed and in the power flow in each of the forward gears of the internal combustion engine.
  • the hybrid transmission device 3 described has several functional advantages. For example, due to the arrangement described, both electric motors can be operated both as a motor and as a generator. This makes it possible, for example, to provide a crawler gear that is entered in the switching matrix of the electric motor EM1 as gear E1. It has a translation of over 40. For this purpose, clutch K2 and clutch A are closed. Since the creep speed generated in the hybrid transmission device 3 is formed by driving with the electric motor EM1, the electric motor EM2 can be used as a generator during this time. In the crawler gear E1, the electric motor EM1 is used as the motor and the electric motor EM2 as the generator.
  • the crawler gear E1 can of course also be operated by battery. In this case, only the clutch A is necessarily closed. K2 can be open.
  • electromotive forward gears E3 and E5 one of the shifting clutches C or E is closed, which generates the specified translations. In these corridors, too, it is possible to close K2 and use EM2 as a generator. Two electromotive forward gears E2 and E4 can also be generated with the electric motor EM2. For this purpose, only the second transmission input shaft 9 and the shifting element S2 with one of the clutches B or D are then used. In these corridors it is possible to close K1 accordingly and use EM1 as a generator.
  • 5 electrical forward gears including a crawler gear, can be formed, with only one of the two sub-transmissions 36 or 38 having to be integrated.
  • the clutches A to E and at least the clutches K2 and K3 are advantageously designed as claw clutches.
  • the clutch K1 is also preferably designed as a claw clutch.
  • An internal combustion engine gear change under load then takes place using the electric motors EM1 and / or EM2.
  • FIG. 5 shows a side view of the transmission according to FIG. 2.
  • the axes A4 and A5 of the electric motors EM1 and EM2 are arranged above and to the side of the axis A1 of the first transmission input shaft 7 and also the second transmission input shaft 9.
  • the axis A2 of the countershaft 22 and the axis A3 of the differential are advantageously below the axis A1 of the first transmission input shaft 7.
  • the axes A4 and A5 are arranged symmetrically to the axis A1 to the effect that the distance between the axes A4 and A5 to the axis A1 is the same and the angle is the same compared to the perpendicular 60.
  • FIG. 6 shows the hybrid transmission device 3 or the motor vehicle 1 as a circuit diagram in creep gear, the electric motor EM1 being used not only as the main drive source but even as the only drive source of the motor vehicle 1.
  • the clutch A is closed, so it is provided the first gear stage G1 for torque transmission to the output. Since the electric motor EM1 is the drive source, this is equivalent to using the electrical gear E1.
  • the internal combustion engine 2 can drive the electric motor EM2.
  • the EM2 electric motor is therefore operated as a generator and can thus generate electricity for longer crawling journeys. Neither the internal combustion engine 2 nor the electric motor EM2 are connected to the output.
  • FIG. 7 shows a hybrid gear H22 in which the internal combustion engine and also the electric motor are connected to the drive via the gear wheels 12 and 26 of the second gear stage G2.
  • the clutch K3 is closed.
  • the electric motor EM1 is also connected to the internal combustion engine 2 due to the closed clutch K1 and can be operated as a generator if required. Part of the power of the internal combustion engine 2 can therefore be used for the generator operation of the electric motor EM1 and part of the output of the hybrid transmission device 3 is given.
  • the EM1 electric motor does not have to be operated continuously as a generator. Rather, it is possible to swap between the electric motors EM1 and EM2.
  • the first digit of the hybrid gear designates the internal combustion engine gear and the second digit an electric motor gear. It is not expressed here whether, for example, in the case of the hybrid gear H32, the first electric motor is operated as a motor or as a generator.
  • FIG. 8 shows a time course representation of a gear change from a hybrid gear H22 to H32.
  • the internal combustion engine gear is changed from V2 to V3, while the electric motor gear remains E2.
  • the upper section shows speeds
  • the middle section shows engine torques
  • the lower section shows the output torque
  • the internal combustion engine 2 and the electric motor EM2 drive via the gear wheels of the second gear to the output.
  • the engine speed 41 of the internal combustion engine 2 and the electric motor EM1 coupled therewith and the engine speed 42 of the electric motor EM2 are at their initial values.
  • the engine torque of internal combustion engine 2 which is shown in curve 40, is reduced at time ti.
  • the electric motor EM1 whose curve 43 accordingly runs below 0, is operated as a generator.
  • the output values 44 and 46 are reduced to the target values 48 and 50 by the time t 2 .
  • the electric motor EM2 begins to ramp up from its starting value to a target value 52.
  • the engine torque of the electric motor EM2 is shown in curve 54. If the target values 48 and 50 are selected so that they have the same amount, this means that the total torque of internal combustion engine 2 and electric motor EM1 is equal to 0, as a result of which the clutch K3 becomes load-free and can be opened. This opening of clutch K3 takes place between times t 2 and t 3
  • the electric motor EM2 alone drives the motor vehicle 1, since the torques of the internal combustion engine 2 and the electric motor EM1 cancel each other out as described. From time t 3 , the torque of the internal combustion engine is further reduced in order to bring the speed of the gearbox input shaft 7 to the speed at which a ratio to the speed of the countershaft 22 is reached at which the clutch C is closed who can.
  • the output torque 53 is lower than in the case of support or takeover by the internal combustion engine 2.
  • the generator operation of the electric motor EM1 begins. This is ramped up to its initial value or the output torque 46. At the same time, the torque of the internal combustion engine 2 is also increased to its starting value 44. As soon as the electric motor EM1 has ended generator operation at time tö, the torque output of the electric motor EM2 is reduced, also back to the starting value. Tz At the time the torque output of the electric motors EM1 and EM2 is back at the starting value, the internal combustion engine the Drehmomen tabgabe of the engine 2 is still up to the time t slightly raised. 8
  • FIG. 9 shows the gear change of a hybrid gear starting from the combustion engine gear V3 and the electric gear E2 into the electric gear E4.
  • the switching elements are as they were at time t 3 , that is, only the speeds 41 and 42 have changed if necessary.
  • the clutch B is disengaged. The disengagement is finished at time tu, from here the motor torque of the electric motor EM2 is reduced to a negative value in order to adjust the speed of the gearbox input shaft 9 to the speed of the gearbox input shaft 7 in the manner of the generator operation. make sure that the idler gear 24 has the same speed as the shift element 52.
  • the speeds of the transmission input shaft 7 and the transmission input shaft 9 should therefore not be identical but should be adjusted so that the speeds of the idler wheel 24 and the switching device S2 are the same or up to a predetermined one Difference are equal.
  • the clutch D can be closed, whereby the electric motor EM2 delivers torque to the output via the gear wheels of fourth gear G4.
  • the clutch D is closed, from this time the internal combustion engine 2 transmits its torque via the gear wheels of the third gear G3 and the electric motor EM2 via the gear wheels of the fourth gear.
  • the curve 53 of the output torque shows, since the gear change of the electric motor EM2 is supported by the internal combustion engine 2, only a small swing in the period between the times tu and t 12 in which no torque comes from the electric motor EM2 to the output.
  • FIG. 10 shows an alternative structure to FIG. 2, with most of the features and functions proceeding analogously as described for FIGS. 2 to 9.
  • the same reference characters indicate the same components.
  • the crawler gear E1 can be implemented via the gear stage G1, the second transmission input shaft 9 and the second electric motor EM2 being used as a drive in the configuration according to FIG. 10.
  • the electric motors EM1 and EM2 are also load-switching among one another in this structure.
  • FIG. 11 shows.
  • the combustion engine forward gears V1, V 2, V3 and V4 and the electrical forward gear E1 are formed via the corresponding mechanical gear steps G1, G2, G3 and G4, ie E1 and V1 with G1, V2 with G2, etc.
  • the electric gear E2 but has its own gear wheels 62 and 64 and does not use the gear wheels 12 and 26 of gear stage G2, which differs at this point from the nomenclature otherwise used in the present application.
  • FIG. 11 shows a corresponding switching matrix associated with FIGS. 10 and 12.
  • the closed switching elements are marked with an "x".
  • the shift element F is the shift element of gear GE2, which is only used with the electric motor EM2.
  • Fig. 12 shows the hybrid transmission device 3 according to FIG. 10, this being mirrored with respect to the central axis which runs through the gears 14 and 34 of the gear stage G3.
  • the hybrid transmission devices 3 according to FIGS. 10 and 12 do not differ in purely functional terms.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hybrid-Getriebeeinrichtung (3) mit wenigstens einem Elektromotor (EM1, EM2), einer ersten Getriebeeingangswelle (7) und einer auf der ersten Getriebeeingangswelle (7) gelagerten zweiten Getriebeeingangswelle (9), wobei eine Verbindungskupplung (K3) zur drehfesten Verbindung der ersten Getriebeeingangswelle (7) und der zweiten Getriebeeingangswelle (9) vorhanden ist, wobei die zweite Getriebeeingangswelle (9) ein zur Außenseite der Hybrid- Getriebeeinrichtung (3) weisendes Ende (11) und ein zur Innenseite der Hybrid-Getriebeeinrichtung (3) weisendes Ende (13) aufweist und wobei die Verbindungskupplung (K3) am zur Innenseite der Hybrid-Getriebeeinrichtung (3) weisenden Ende (13) der der zweiten Getriebeeingangswelle (9) angeordnet ist. Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.

Description

Hybrid-Getriebeeinrichtung sowie Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Hybrid-Getriebeeinrichtung mit wenigstens einem Elektro motor, einem Getriebe mit einer ersten Getriebeeingangswelle und einer auf der ers ten Getriebeeingangswelle gelagerten zweiten Getriebeeingangswelle, wobei eine Verbindungskupplung zur drehfesten Verbindung der ersten Getriebeeingangswelle und der zweiten Getriebeeingangswelle vorhanden ist, wobei die zweite Getriebeein gangswelle ein zur Außenseite der Hybrid-Getriebeeinrichtung weisendes Ende und ein zur Innenseite der Hybrid-Getriebeeinrichtung weisendes Ende aufweist.
Es ist bekannt, Hybrid-Getriebeeinrichtungen zur Senkung des C02-Ausstoßes von Kraftfahrzeugen zu verwenden. Unter einer Hybrid-Getriebeeinrichtung wird dabei eine Getriebeeinrichtung verstanden, an die ein Verbrennungsmotor und wenigstens eine weitere Antriebseinrichtung ankoppelbar sind. Es ist bekannt, jegliche automati sierten Getriebe zu hybridisieren, beispielsweise Automatgetriebe und Doppelkupp lungsgetriebe. Aus der DE10 201 1 005 451 A1 ist ein Getriebe bekannt, das zwei Elektromotoren aufweist und mit 5 Vorwärtsgängen sowie einem Rückwärtsgang auskommt.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hybrid- Getriebeeinrichtung anzugeben, das für Front-Quer-Anwendungen kompaktbauend ausgestaltet ist und dabei noch mehr Funktionalität bietet.
Zur Lösung dieses Problems wird vorgeschlagen, dass bei einer Hybrid- Getriebeeinrichtung der eingangs genannten Art die Verbindungskupplung am zur Innenseite der Hybrid-Getriebeeinrichtung weisenden Ende der der zweiten Getrie beeingangswelle angeordnet ist. Durch diese Anordnung ergeben sich mehr Mög lichkeiten bei der Positionierung der anderen Kupplungen und auch der weiteren Be standteile der Hybrid-Getriebeeinrichtung. Dadurch kann eine kompakt bauende Hyb rid-Getriebeeinrichtung erhalten werden. Das Getriebe der Hybrid-Getriebeeinrichtung ist vorteilhafterweise als Gangwechsel getriebe ausgebildet. Es hat dann wenigstens zwei diskrete Gangstufen.
Vorteilhafterweise kann das Gangwechselgetriebe wenigstens zwei, insbesondere genau zwei, Teilgetriebe aufweisen. Dies ermöglicht eine erhöhte Funktionalität und bspw. Zugkraftunterstützung sowohl beim Gangwechsel, insbesondere einem ver brennungsmotorischen als auch einem elektrischen Gangwechsel.
Bevorzugt kann wenigstens eines der Teilgetriebe als Gangwechselgetriebe ausge bildet sein. Insbesondere können zwei oder mehr, insbesondere genau zwei, Teilge triebe als Gangwechselgetriebe ausgebildet sein. Ein Teilgetriebe hat dann wenigs tens zwei Gangstufen, die weiteren wenigstens eine Gangstufe.
Vorteilhafterweise kann ein Teilgetriebe genau drei Gangstufen, insbesondere Vor wärtsgangstufen, aufweisen. Weiterhin kann ein zweites Teilgetriebe genau zwei Gangstufen, insbesondere Vorwärtsgangstufen, aufweisen.
Vorteilhafterweise weist das Gangwechselgetriebe Zahnräder und Schaltelemente auf. Die Zahnräder sind bevorzugt als Stirnräder ausgebildet.
Vorzugsweise ist das Getriebe der Hybrid-Getriebeeinrichtung als Standgetriebe ausgebildet. Bei Standgetrieben sind die Achsen aller Zahnräder im Getriebe relativ zum Getriebegehäuse ortsfest.
Bevorzugt ist das Gangwechselgetriebe als Getriebe in Vorgelegebauweise ausge bildet. Vorzugsweise ist das Gangwechselgetriebe als Stirnradgetriebe ausgebildet. Die Zahnräder sind dann als Stirnräder ausgebildet.
Weiterhin kann das Getriebe als Doppelkupplungsgetriebe ausgestaltet sein. Es weist dann zwei Teilgetriebe auf. Bevorzugt kann das Getriebe wenigstens zwei Wellen aufweisen. Diese sind bei Ausgestaltung des Getriebes als Standgetriebe notwendig zur Bildung der Gangstu fen.
Weiterhin weist das Getriebe vorzugsweise wenigstens zwei Getriebeeingangswellen auf. Bevorzugt weist das Getriebe genau zwei Getriebeeingangswellen auf. Mit drei oder mehr Getriebeeingangswellen kann zwar eine größere Anzahl an Teilgetrieben erzeugt werden, es hat sich aber herausgestellt, dass die beschriebene Funktionali tät mit bereits zwei Getriebeeingangswellen erreicht werden kann.
Vorzugsweise ist die erste Getriebeeingangswelle als Vollwelle ausgebildet. Unab hängig von der Ausgestaltung der ersten Getriebeeingangswelle ist die zweite Ein gangswelle bevorzugt auf der ersten Getriebeeingangswelle gelagert, d.h. sie ist ko axial zu dieser angeordnet und umgreift sie. Sie ist dann eine Hohlwelle. Dann folgt in axialer Richtung motorseitig auf die Kupplung zur Verbindung der ersten Getriebe eingangswelle mit einem Verbrennungsmotor und vorteilhafterweise der Kupplung zur Verbindung der zweiten Getriebeeingangswelle mit einem Verbrennungsmotor auch gleich die zweite Getriebeeingangswelle.
Bevorzugt kann die Hybrid-Getriebeeinrichtung wenigstens eine, insbesondere ge nau eine, Vorgelegewelle aufweisen. Bei der Verwendung einer einzigen Vorgelege welle ist es dann so, dass eine einzige Anbindungsstelle an das Differential vorhan den ist. Dadurch kann Bauraum eingespart werden, was sowohl in radialer als auch in axialer Richtung der Fall ist.
Somit weist das Getriebe in einer bevorzugten Ausführungsform genau drei Wellen auf, nämlich zwei Getriebeeingangswellen und eine Vorgelegewelle, die dann auch die Abtriebswelle ist.
Bei einer Allradvariante des Getriebes kommt immer eine Welle hinzu, die als Ne benabtrieb die zweite Kraftfahrzeugachse antreibt. Eine Gangstufe ist wie eingangs bereits beschrieben eine mechanisch realisierte Übersetzung zwischen zwei Wellen. Die Gesamtübersetzung zwischen Verbren nungsmotor oder Antriebseinrichtung und Rad weist weitere Übersetzungen auf, wo bei die Übersetzungen vor einer Gangstufe, die sogenannten Vorübersetzungen, vom verwendeten Abtrieb abhängen können. Die Nachübersetzungen sind üblicher weise gleich. In einer weiter unten gezeigten Ausführungsform wird die Drehzahl und das Drehmoment einer Antriebseinrichtung mehrmals übersetzt, nämlich durch we nigstens ein Zahnradpaar zwischen der Ausgangswelle der Antriebseinrichtung und einer Getriebeeingangswelle. Dies ist eine Vorübersetzung. Dann folgt ein Zahnrad paar einer Gangstufe mit einer von der Gangstufe abhängigen Übersetzung. Schließ lich folgt ein Zahnradpaar zwischen Vorgelegewelle und Differenzial als Nachüber setzung. Ein Gang weist dann eine Gesamtübersetzung auf, die vom Antrieb und der Gangstufe abhängt. Ohne weitere Angaben bezieht sich ein Gang dann auf die ein gesetzte Gangstufe.
Lediglich der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass die aufsteigenden Ziffern der Gangstufen wie üblich auf eine sinkende Übersetzung verweisen. Eine erste Gangstufe G1 hat eine größere Übersetzung als eine zweite Gangstufe G2, etc.
Wird Drehmoment vom Verbrennungsmotor über die erste Gangstufe G1 übertragen, so wird dies als verbrennungsmotorischer Gang V1 bezeichnet. Übertragen die zwei te Antriebseinrichtung und der Verbrennungsmotor gleichzeitig über die erste Gang stufe G1 Drehmoment, wird dies als hybridischer Gang H1 1 bezeichnet. Überträgt nur die zweite Antriebseinrichtung Drehmoment über die erste Gangstufe G1 wird von einem elektrischen Gang E1 gesprochen.
Im Folgenden bezeichnen Gangstufen Vorwärtsgangstufen. Bevorzugt weist das Ge triebe der Hybrid-Getriebeeinrichtung wenigstens drei Gangstufen oder Überset zungsstufen auf. Die Zahnräder einer Gangstufe können in einer Radebene ange ordnet sein, wenn die Gangstufe zwei Gangräder aufweist. In einer ersten Ausfüh rungsform weist das Getriebe wenigstens vier Gangstufen oder Übersetzungsstufen auf. In einer weiteren Ausführungsform weist das Getriebe vorzugsweise wenigstens fünf, insbesondere genau fünf, Gangstufen oder Übersetzungsstufen auf. Bevorzugt weist das Getriebe der Hybrid-Getriebeeinrichtung eine Radebene mehr als Vorwärts-Gangstufen auf. Bei fünf Gängen sind das sechs Radebenen. Dabei wird die Radebene zur Anbindung des Abtriebs, bspw. eines Differenzials, mitge zählt.
In einer ersten Alternative können alle Gangstufen verbrennungsmotorisch und elektrisch oder fluidisch genutzt werden. Dadurch wird eine maximale Anzahl an Gängen bei einer geringen Anzahl von Gangstufen erhalten. In einer zweiten Alterna tive ist wenigstens eine, insbesondere genau eine, Gangstufe alleine einer Antriebs einrichtung der Hybrid-Getriebeeinrichtung Vorbehalten, also eine elektrische Gang stufe. Wenigstens eine andere Gangstufe kann bei dieser Ausgestaltung zur Dreh momentübertragung sowohl des Verbrennungsmotors als auch einer Antriebseinrich tung verwendbar sein. Bevorzugt sind alle weiteren Gangstufen zur Drehmomen tübertragung sowohl des Verbrennungsmotors als auch einer Antriebseinrichtung verwenbar.
Vorteilhafterweise kann die Hybrid-Getriebeeinrichtung bzw. das Getriebe frei von einem Umkehr-Zahnrad zur Richtungsumkehr ausgebildet sein. Dementsprechend wird der Rückwärtsgang nicht über den Verbrennungsmotor erzeugt, sondern über den oder wenigstens einen der Elektromotoren. Dabei kann beispielsweise erste o- der zweite Gangstufe verwendet werden.
Vorzugsweise können auf der ersten Getriebeeingangswelle Gangzahnräder für alle ungeraden Gangstufen, insbesondere Vorwärts-Gangstufen, angeordnet sein. Wei terhin können bevorzugt an der zweiten Getriebeeingangswelle Gangräder aller ge raden Gangstufen, insbesondere Vorwärts-Gangstufen, angeordnet sein. Gangräder, auch Gangzahnräder genannt, können als Festräder oder Losräder ausgebildet sein. Sie werden Gangräder genannt, weil sie einer Gangstufe zugeordnet sind.
Bevorzugt befindet sich die größte gerade Gangstufe bzw. eines der ihr zugeordne ten Gangräder am axialen Ende derjenigen Getriebeeingangswelle, die eines der Gangzahnräder der größten geraden Gangstufe trägt. Bevorzugt ist die größte gera- de Gangstufe die vierte Gangstufe und/oder die Getriebeeingangswelle ist die zweite Getriebeeingangswelle. Alternativ kann die Getriebeeingangswelle die erste Getrie beeingangswelle sein.
Bevorzugt befindet sich die größte ungerade Gangstufe bzw. eines der ihr zugeord neten Gangräder am axialen Ende derjenigen Getriebeeingangswelle, die eines der Gangzahnräder der größten ungeraden Gangstufe trägt. Bevorzugt ist die größte u n gerade Gangstufe die fünfte Gangstufe und/oder die Getriebeeingangswelle ist die erste Getriebeeingangswelle.
Bevorzugt befindet sich die größte elektrische Gangstufe bzw. eines der ihr zugeord neten Gangräder am axialen Ende derjenigen Getriebeeingangswelle, die eines der Gangzahnräder der größten elektrischen Gangstufe trägt. Bevorzugt ist die größte elektrische Gangstufe eine zweite Gangstufe und/oder die Getriebeeingangswelle ist die zweite Getriebeeingangswelle.
In einer ersten Ausgestaltung können sich zusammenfassen gesprochen die Gang zahnräder der größten Gangstufen an den axialen Außenseiten der Wellen, insbe sondere der Getriebeeingangswellen, befinden. Weist das Getriebe fünf Vorwärts- Gangstufen auf, so sind die vierte Gangstufe und die fünfte Gangstufe, also deren Zahnräder, axial außen und die anderen Gangstufen und deren Zahnräder innerhalb dieser beiden Gangstufen angeordnet.
Vorzugsweise können auf der zweiten Getriebeeingangswelle von der Außenseite der Hybrid-Getriebeeinrichtung zur Innenseite hin die Gangräder der vierten Gang stufe und der zweiten Gangstufe angeordnet sein.
Alternativ können auf der zweiten Getriebeeingangswelle von der Außenseite der Hybrid-Getriebeeinrichtung zur Innenseite hin die Gangräder einer elektrischen Gangstufe und der ersten Gangstufe angeordnet sein. Vorzugsweise können auf der ersten Getriebeeingangswelle von der Außenseite der Hybrid-Getriebeeinrichtung zur Innenseite hin die Gangräder der fünften Gangstufe, der ersten Gangstufe und der dritten Gangstufe angeordnet sein.
Alternativ können auf der ersten Getriebeeingangswelle von der Außenseite der Hyb rid-Getriebeeinrichtung zur Innenseite hin die Gangräder des vierten Ganges, des zweiten Ganges und des dritten Ganges angeordnet sein.
Vorzugsweise kann die Hybrid-Getriebeeinrichtung wenigstens zwei, insbesondere genau zwei, Antriebseinrichtungen aufweisen. Als eine Antriebseinrichtung zählt da bei eine Anordnung einer oder mehrerer Antriebseinrichtungen, die an einer be stimmten Stelle der Hybrid-Getriebeeinrichtung angreifen. D.h. dass bspw. bei Aus bildung der Antriebseinrichtungen als Elektromotoren auch mehrere kleine Elektro motoren als ein Elektromotor angesehen werden, wenn sie ihr Drehmoment an ei nem einzigen Ausgangspunkt summieren.
Vorteilhafterweise kann sowohl der ersten Getriebeeingangswelle als auch der zwei ten Getriebeeingangswelle jeweils wenigstens eine Antriebseinrichtung zugeordnet sein. Die über die erste Getriebeeingangswelle und die über die zweite Getriebeein gangswelle realisierten Gänge bilden jeweils ein Teilgetriebe. Man kann also auch sagen, dass jedem Teilgetriebe wenigstens eine Antriebseinrichtung zugeordnet ist. Bevorzugt weist die Hybrid-Getriebeeinrichtung wenigstens zwei, insbesondere ge nau zwei, Teilgetriebe auf.
Bevorzugt ist wenigstens eine der Antriebseinrichtungen als Generator ausgebildet. Vorzugsweise sind die erste Antriebseinrichtung und/oder die zweite Antriebseinrich tung sowohl als Motor als auch als Generator ausgebildet.
Vorzugsweise ist die Antriebseinrichtung an die größte Gangstufe des Getriebes an gebunden. Bei zwei Antriebseinrichtungen ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass sie in einer ersten Ausgestaltung an die beiden größten Gangstufen angebunden sind. In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Antriebseinrichtungen an die größte Gangstufe jeweils eines Teilgetriebes angebunden sind. Dann können die beiden größten Gangstufen auch in einem einzigen Teilgetriebe angeordnet sein. Weiterhin können die Antriebseinrichtungen jeweils an die größten Gangstufen auf einer Getriebeeingangswelle angebunden sein.
Vorzugsweise ist die Antriebseinrichtung an eine axial außen gelegene Gangstufe, genauer gesagt an eines der Zahnräder der Gangstufe, des Getriebes angebunden. Bei zwei Antriebseinrichtungen ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass beide an eine axial außen gelegene Gangstufe des Getriebes angebunden sind. Dadurch kann der Abstand der Anbindungsstellen maximiert werden.
An dieser Stelle sei festgestellt, dass in der vorliegenden Erfindung eine Verbindung oder Wirkverbindung jegliche kraftflussmäßige Verbindung auch über andere Bautei le des Getriebes hinweg bezeichnet. Eine Anbindung bezeichnet dagegen den ersten Verbindungspunkt zur Antriebsmomentübertragung zwischen Antriebsmaschine und Getriebe.
Eine Anbindung an eine Gangstufe, also eines ihrer Gangzahnräder, kann dabei über ein Zahnrad erfolgen. Gegebenenfalls ist ein zusätzliches Zwischenrad erforder lich, um den Achsabstand zwischen der Ausgangswelle der Antriebseinrichtung und der Getriebeeingangswelle zu überbrücken. Durch die Anbindung der Antriebsein richtung an ein Gangzahnrad kann eine weitere Radebene, die nur zur Anbindung der Antriebseinrichtung vorhanden wäre, vermieden werden.
Vorteilhafterweise kann wenigstens eines der axial äußeren Gangräder, die auf der Achse der Getriebeeingangswellen angeordnet sind, als Festrad ausgebildet sein. Bevorzugt können beide axial äußeren Gangräder als Festräder ausgebildet sein. Dann werden die Antriebseinrichtungen an ein Festrad auf der ersten Getriebeein gangswelle und/oder ein Festrad auf der zweiten Getriebeeingangswelle angebun den. Die Antriebseinrichtungen können also bevorzugt in einer sogenannten P3- Anordnung, also am Getrieberadsatz, angeordnet sein. Bevorzugt kann eine Antriebseinrichtung an die dritte Gangstufe angebunden sein. Alternativ oder zusätzlich kann eine Antriebseinrichtung an die einzige elektrische Gangstufe angebunden sein.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Antriebseinrichtung an die vierte Gangstufe an gebunden sein. Alternativ oder zusätzlich kann eine Antriebseinrichtung an die fünfte Gangstufe angebunden sein.
Vorzugsweise kann die erste Antriebseinrichtung in allen verbrennungsmotorischen Vorwärtsgängen und/oder während verbrennungsmotorischer Gangwechsel mit dem Verbrennungsmotor drehfest verbunden sein. Dann besteht während einer verbren nungsmotorischen Fahrt eine konstante Verbindung zwischen Verbrennungsmotor und der ersten Antriebseinrichtung. Vorzugsweise kann die erste Antriebseinrichtung in allen Vorwärtsgängen außer dem Kriechgang zumindest zeitweise als Generator verwendet werden.
Vorzugsweise kann die zweite Antriebseinrichtung zum elektrischen oder fluiden Vorwärts-Anfahren verwendet werden. Dabei kann die zweite Antriebseinrichtung vorteilhafterweise mit den Gangrädern des zweiten Ganges gekoppelt sein. Dann wird das Anfahren immer von der zweiten Antriebseinrichtung übernommen. Die zweite Antriebseinrichtung kann bevorzugt als einzige Antriebsquelle zum Anfahren verwendet werden. Ebenso kann die zweite Antriebseinrichtung zum elektrischen oder fluiden Rückwärtsfahren verwendet werden. Bevorzugt kann auch hier vorgese hen sein, dass die zweite Antriebseinrichtung die einzige Antriebsquelle beim Rück wärtsfahren ist. Dann gibt es weder verbrennungsmotorische noch hybridische Rückwärtsgänge.
Vorzugsweise können die Antriebseinrichtungen achsparallel zur ersten Getriebeein gangswelle angeordnet sein. Sie sind dann vorzugsweise auch achsparallel zur zwei ten Getriebeeingangswelle und zur Vorgelegewelle. Unter einer achsparallelen An ordnung werden in der vorliegenden Erfindung nicht nur vollständig parallele Anord nungen verstanden, es kann auch eine Neigung bzw. ein Winkel zwischen der Längsachse der Getriebeeingangswellen und der Längsachse des Elektromotors vorliegen. Vorzugsweise ist ein Winkel zwischen der Längsachse eines Elektromo tors und der Längsachse der Getriebeeingangswellen kleiner gleich 10°, weiter vor zugsweise kleiner als 5° und insbesondere 0° vorgesehen. Leichte Schrägstellungen der Antriebseinrichtungen im Vergleich zum Getriebe können sich aus Bauraum gründen ergeben.
Vorzugsweise können die Antriebseinrichtungen gegenläufig angeordnet sein. Das heißt, dass die Ausgangswellen der Antriebseinrichtungen zu unterschiedlichen, ent gegengesetzten Seiten hinweisen. Hat die erste Antriebseinrichtung ihre Ausgangs seite links, hat sie die zweite Antriebseinrichtung rechts oder bei Wechsel der Blick richtung die eine vorne und die andere hinten. Dadurch wird der Angriffspunkt der Antriebseinrichtungen an der Hybrid-Getriebeeinrichtung axial beabstandet und eine verbesserte Überdeckung in axialer Richtung erreicht.
Vorzugsweise können die Achsen der Antriebseinrichtungen in Einbauposition ober halb der Achse der Getriebeeingangswelle liegen. Im Folgenden wird immer auf die Einbauposition referenziert, während der Montage kann die Hybrid- Getriebeeinrichtung auch auf dem Kopf stehen. Derartige Positionen sind aber für die folgende Beschreibung irrelevant. Während die achsparallele Anordnung es auch ermöglicht, dass sich eine der Antriebseinrichtungen unterhalb der Achse der Getrie beeingangswelle befindet ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Antriebseinrich tungen und damit ihre Achsen oberhalb der Getriebeeingangswelle positioniert sind. Bei dieser Anordnung kann die Packungsdichte maximiert werden.
Weiterhin können die Achsen der Antriebseinrichtungen in Einbauposition beidseitig der Achse der Getriebeeingangswelle angeordnet sein. Dementsprechend ist eine der Antriebseinrichtungen bzw. deren Achse links der Achse der Getriebeeingangs welle und die andere rechts der Achse. Hier wird auf die Betrachtung der Achsen im Querschnitt referenziert.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Achsen der Antriebseinrichtungen in Ein bauposition symmetrisch zur Achse der Getriebeeingangswelle angeordnet sind. Ins besondere sollen die Achsen der Antriebseinrichtungen in Bezug auf den Abstand und die Winkelposition symmetrisch angeordnet sein, wobei sich der Winkel auf die Lotrechte bezieht. Dabei können die Antriebseinrichtungen gegenläufig angeordnet sein, ohne die symmetrische Anordnung zu zerstören, da es hierbei lediglich auf die Lage der Achsen ankommt.
Vorzugsweise können die Achsen der Antriebseinrichtungen in Einbauposition ober halb der Achsen einer oder mehrerer Vorgelegewellen und/oder einer oder mehrerer Abtriebswellen liegen. Die Antriebseinrichtungen liegen also oberhalb der genannten Komponenten der Stirnradgetriebeanordnung. Alternativ kann man dementspre chend sagen, dass die Achsen der Antriebseinrichtungen in Einbauposition die obersten Achsen der Hybrid-Getriebeeinrichtung sind.
Vorzugsweise können die Antriebseinrichtungen in Umfangsrichtung versetzt ange ordnet sein. Die Umfangsrichtung ist dabei in Bezug auf die Längsachse der Getrie beeingangswelle festgelegt, die per Definition in der vorliegenden Erfindung als Längsachse der Hybrid-Getriebeeinrichtung angesehen wird.
Dann ist bevorzugt, dass die Antriebseinrichtungen in axialer Richtung zumindest teilweise überlappend angeordnet sind. Bevorzugt kann der Überlapp in axialer Rich tung mehr als 75 Prozent betragen. Sollten die Antriebseinrichtungen ungleich lang sein wird dabei bei der Berechnung des Überlapps von der kürzeren Antriebseinrich tung ausgegangen. Der Überlapp ermittelt sich dabei anhand des Gehäuses der An triebseinrichtungen, die Ausgangswelle der Antriebseinrichtungen ist nicht berück sichtigt.
Die Antriebseinrichtungen können in axialer Richtung bevorzugt auf gleicher Höhe wie das Gangwechselgetriebe angeordnet sein. Bevorzugt kann der Überlapp in axialer Richtung mehr als 75% betragen, vorteilhafterweise ist er 100%. Hier ermittelt sich der Überlapp anhand des Gehäuses der Antriebseinrichtungen, und insbeson dere des Gehäuses der längeren Antriebseinrichtung. Die Ausgangswelle der An triebseinrichtungen ist nicht berücksichtigt. Bevorzugt kann die erste Antriebseinrichtung drehfest mit der ersten Getriebeein gangswelle verbunden, insbesondere an die erste Getriebeeingangswelle angebun den, sein. Bei Anordnung der ersten Getriebeeingangswelle derart, dass diese mit tels eines einzigen Schaltelementes mit dem Verbrennungsmotor verbindbar ist, kann die erste Antriebseinrichtung in vielen Betriebssituationen generatorisch betrie ben werden.
Vorteilhafterweise kann die zweite Antriebseinrichtung drehfest mit der zweiten Ge triebeeingangswelle verbunden, insbesondere an die zweite Getriebeeingangswelle angebunden, sein. Bei Anordnung der zweiten Getriebeeingangswelle derart, dass diese mittels zweier Schaltelemente und dabei insbesondere über die erste Getrie beeingangswelle mit dem Verbrennungsmotor verbindbar ist, kann die zweite An triebseinrichtung in vielen Betriebssituationen als parallele Antriebsquelle zum Ver brennungsmotor eingesetzt werden.
Vorzugsweise können die erste Antriebseinrichtung und/oder die zweite Antriebsein richtung als Elektromotor ausgebildet sein. Elektromotoren sind verbreitet in Hybrid- Getriebeeinrichtungen.
Alternativ oder zusätzlich können die erste Antriebseinrichtung und/oder die zweite Antriebseinrichtung als Fluidkraftmaschine ausgebildet sein. Es gibt neben Elektro motoren andere Kraftmaschinen, deren Einsatz in Hybrid-Getriebeeinrichtungen denkbar ist. Diese können ebenfalls motorisch, also unter Energieverbrauch, oder generatorisch, also energieumwandelnd, betrieben werden. Im Fall einer Fluidkraft maschine ist der Energiespeicher bspw. ein Druckspeicher. Die Energieumwandlung besteht dann im Wandeln der Energie aus dem Verbrennungsmotor in einen Druck aufbau.
Vorteilhafterweise können die erste Antriebseinrichtung und die zweite Antriebsein richtung unter Last geschaltet werden. Unter einer Lastschaltung wird hier wie üblich verstanden, dass am Abtrieb der Hybrid-Getriebeeinrichtung während eines Gang wechsels bspw. der ersten Antriebseinrichtung keine Zugkraftunterbrechung auftritt. Eine Verringerung des am Abtrieb vorhandenen Drehmomentes ist möglich, aber keine vollständige Unterbrechung.
Dadurch kann das Kraftfahrzeug durchgehend in großen Geschwindigkeitsbereichen bspw. ausschließlich elektrisch gefahren werden, wobei die Übersetzung, also der Gang, jeweils im Hinblick auf Drehzahl und Drehmoment der Antriebseinrichtung op timiert gewählt sind.
Bevorzugt kann die zweite Antriebseinrichtung Drehmoment auf den Abtrieb abge ben, während die erste Antriebseinrichtung geschaltet wird. Mit anderen Worten wird die Gangstufe gewechselt, über die die erste Antriebseinrichtung Drehmoment auf den Abtrieb überträgt.
Vorzugsweise kann die erste Antriebseinrichtung Drehmoment auf den Abtrieb abge ben, während die zweite Antriebseinrichtung geschaltet wird. D.h. dass die Gangstu fe gewechselt wird, über die die zweite Antriebseinrichtung Drehmoment auf den Ab trieb überträgt. Man kann also auch sagen, dass die Antriebseinrichtungen unterei nander lastschaltbar sind. Der Verbrennungsmotor muss also nicht gestartet werden für Gangwechsel während einer elektrischen Fahrt.
Bevorzugt kann wenigstens eine der Antriebseinrichtungen über eine P3-Anbindung an das Getriebe angebunden sein. Vorteilhafterweise sind beide Antriebseinrichtun gen über diese Anbindung an das Getriebe angebunden. Bei einer P3-Anbindung greifen die Antriebseinrichtungen zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswel le am Getriebe an.
Vorteilhafterweise können beide Antriebseinrichtungen über maximal vier Zahnein griffe mit einem Differential wirkverbunden sein. Dadurch wird ein guter Wirkungs grad erreicht.
Vorteilhafterweise kann eine Kupplung zur Verbindung der ersten Getriebeein gangswelle mit einem Verbrennungsmotor vorhanden sein. Diese ist vorteilhafter- weise am zur Außenseite und dem Verbrennungsmotor der Hybrid- Getriebeeinrichtung weisenden Ende der ersten Getriebeeingangswelle angeordnet.
Weiterhin kann eine Kupplung zur Verbindung der zweiten Getriebeeingangswelle mit dem Verbrennungsmotor vorhanden sein. Diese ist vorteilhafterweise am zur Au ßenseite und dem Verbrennungsmotor der Hybrid-Getriebeeinrichtung weisenden Ende der zweiten Getriebeeingangswelle angeordnet.
Vorzugsweise kann eine Verbindungskupplung zur Verbindung der ersten Getriebe eingangswelle und der zweiten Getriebeeingangswelle vorgesehen sein. Diese dient zur Kopplung der Teilgetriebe. Sie ist aber auch eine Kupplung zur Verbindung der zweiten Getriebeeingangswelle mit dem Verbrennungsmotor, wobei die Verbindung über die erste Getriebeeingangswelle verläuft.
Vorzugsweise kann die Verbindungskupplung am in das Getriebe weisenden Ende der zweiten Getriebeeingangswelle angeordnet sein. Dadurch wird es möglich, zwei Kupplungen motorseitig vorzusehen, mit denen sowohl die erste Getriebeeingangs welle als auch die zweite Getriebeeingangswelle mit dem Verbrennungsmotor ver bindbar sind. Dadurch wird es beispielsweise möglich, einen elektromotorischen Kriechgang vorzusehen oder auch beide Elektromotoren zusammen und im Wechsel generatorisch zu betreiben.
Vorteilhafterweise kann die Verbindungskupplung als Teil einer zweiseitigen Schalt einrichtung ausgebildet sein. Die Verbindungskupplung ist aufgrund ihrer Positionie rung in eine zweiseitige Schalteinrichtung integrierbar.
In der vorliegenden Erfindung wird unter einer Schalteinrichtung eine Anordnung mit einem oder zwei Schaltelementen verstanden. Die Schalteinrichtung ist dann einsei tig oder zweiseitig ausgebildet. Ein Schaltelement kann eine Kupplung oder eine Schaltkupplung sein. Eine Kupplung dient der drehfesten Verbindung zweier Wellen und eine Schaltkupplung der drehfesten Verbindung einer Welle mit einer auf ihr drehbar gelagerten Nabe, bspw. einem Losrad. Die Verbindungskupplung ist dem entsprechend wie eine Schaltkupplung und bevorzugt auch als Teil einer Schaltkupp- lung ausgebildet und wird alleine deswegen Kupplung genannt, weil sie zwei Wellen miteinander verbindet. Die Kupplungen zur Verbindung der Getriebeeingangswellen mit dem Verbrennungsmotor verbinden die jeweilige Getriebeeingangswelle mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors.
Vorzugsweise kann zumindest ein Teil der Kupplungen und/oder Schaltkupplungen als Klauenkupplungen ausgebildet sein. Insbesondere können alle Kupplungen und Schaltkupplungen als Klauenkupplungen ausgebildet sein.
Vorteilhafterweise kann auf der ersten Getriebeeingangswelle wenigstens eine Schalteinrichtung angeordnet sein. Bevorzugt können auf der ersten Getriebeein gangswelle wenigstens zwei, insbesondere genau zwei, Schalteinrichtungen ange ordnet sein. Diese können vorteilhafterweise als zweiseitige Schalteinrichtung aus gebildet sein. Alternativ kann eine einseitige und eine zweiseitige Schalteinrichtung vorgesehen sein. Vorteilhafterweise schließen die Schalteinrichtungen die zweite Getriebeeingangswelle ein.
Eine der Schalteinrichtungen auf der ersten Getriebeeingangswelle umfasst vor zugsweise eine Schaltkupplung und eine Kupplung.
Vorteilhafterweise kann die zweite Getriebeeingangswelle schalteinrichtungsfrei und/oder losradfrei ausgebildet sein. Bevorzugt kann auf der zweiten Getriebeein gangswelle wenigstens ein Festrad angeordnet sind. Insbesondere können auf der zweiten Getriebeeingangswelle wnigstens zwei, insbesondere genau zwei, Festräder angeordnet sein.
Bevorzugt kann auf der ersten Getriebeeingangswelle wenigstens ein, insbesondere genau ein, Losrad angeordnet sein.
Bevorzugt können auf der ersten Getriebeeingangswelle wenigstens zwei, insbeson dere genau zwei, Festräder angeordnet sein. Vorteilhafterweise kann jeder Vorwärts-Gangstufe ein Festrad und ein Losrad zuge ordnet sein und zwar jeweils ein einziges Festrad und ein einziges Losrad. Weiterhin können jedes Festrad und Losrad immer eindeutig einer einzigen Vorwärts- Gangstufe zugeordnet sein, das heißt es gibt keine Windungsgänge unter Verwen dung eines Zahnrades für mehrere Gänge. Gleichwohl können die verbrennungsmo torischen Vorwärts-Gänge zwei und vier wie unten beschrieben als Windungs- oder Koppelgänge angesehen werden, da die erste Getriebeeingangswelle bei der Bil dung der Gänge zwischengeschaltet ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung kann die Hybrid-Getriebeeinrichtung bzw. das Getriebe genau vier zweiseitige Schalteinrichtungen zur Erzeugung fünf verbren nungsmotorischer Gangstufen, insbesondere Vorwärtsgangstufen, aufweisen. Dabei bildet die Verbindungskupplung vorteilhafterweise einen Teil einer der zweiseitigen Schalteinrichtungen .
Vorzugsweise kann ein Differenzial in axialer Richtung auf Höhe einer oder zweier Kupplungen zur Verbindung einer Getriebeeingangswelle mit dem Verbrennungsmo tor angeordnet sein. Vorteilhafterweise kann ein Zahnrad zur Anbindung des Diffe renzials axial außen auf einer Vorgelegewelle angeordnet sein. Die Anbindung kann vorzugsweise an der Seite des Verbrennungsmotors erfolgen.
Bevorzugt kann die Hybrid-Getriebeeinrichtung wenigstens eine, insbesondere ge nau eine, Vorgelegewelle aufweisen. Bei der Verwendung einer einzigen Vorgelege welle ist es dann so, dass eine einzige Anbindungsstelle an das Differential vorhan den ist. Dadurch kann Bauraum eingespart werden, was sowohl in radialer als auch in axialer Richtung der Fall ist.
Bevorzugt können auf der Vorgelegewelle wenigstens zwei, insbesondere genau zwei, Schalteinrichtungen angeordnet sein. Weiterhin können vorteilhafterweise ge nau vier Losräder auf der Vorgelegewelle angeordnet sein. Die Schalteinrichtungen auf der Vorgelegewelle können vorteilhafterweise alle zweiseitig ausgebildet sein.
Die auf der Vorgelegewelle angeordneten Schalteinrichtungen können in axialer Richtung gegenüber einer oder mehreren Schalteinrichtungen auf einer der, insbe- sondere der ersten, Getriebeeingangswelle versetzt angeordnet sein. Insbesondere können sie in axialer Richtung eine Schalteinrichtung auf der ersten Getriebeein gangswelle einschließen. Das heißt, dass sie nicht nur axial versetzt sind, sondern dass sich die eine Schalteinrichtung auf der Vorgelegewelle bei Betrachtung eines Radsatzschemas links der Schalteinrichtung auf der ersten Getriebeeingangswelle und die andere rechts davon befindet. Betrachtet man das Getriebe mit Blickrichtung längs zum Getriebe sitzt die eine Schalteinrichtung vor und die andere hinter der Schalteinrichtung auf der ersten Getriebeeingangswelle. Die eingeschlossene
Schalteinrichtung ist vorteilhafterweise an einem Ende der zweiten Getriebeein gangswelle angeordnet.
Vorzugsweise können alle Schaltelemente der Schalteinrichtungen auf der Vorgele gewelle als Schaltkupplungen ausgestaltet sein.
Bevorzugt kann sich auf der Vorgelegewelle wenigstens ein, insbesondere genau ein, Festrad zur Bildung einer Vorwärtsgangstufe befinden. Daneben kann sich auf der Vorgelegewelle ein Festrad zur Herstellung einer Verbindung mit dem Differential befinden, dieses ist aber kein Festrad zur Bildung einer Vorwärtsgangstufe.
Vorteilhafterweise kann ein einziges Festrad zur Bildung einer Vorwärtsgangstufe auf der Vorgelegewelle angeordnet sein, und auf beiden Seiten des Festrades wenigs tens ein Losrad angeordnet sein. Bevorzugt befinden sich auf beiden Seiten des Festrades wenigstens zwei, insbesondere genau zwei, Losräder.
Weiterhin kann die Hybrid-Getriebeeinrichtung eine Steuerungseinrichtung aufwei sen. Diese ist dazu ausgebildet, das Getriebe wie beschrieben zu steuern.
Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einer Hybrid-Getriebeeinrichtung. Das Kraftfahrzeug zeichnet sich dadurch aus, dass die Hybrid-Getriebeeinrichtung wie beschrieben ausgebildet ist.
Vorteilhafterweise ist die Hybrid-Getriebeeinrichtung als Front-Quer- Getriebeeinrichtung im Kraftfahrzeug anordnet. Vorzugsweise weist das Kraftfahrzeug eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Hybrid-Getriebeeinrichtung auf. Die Steuerungseinrichtung kann also Teil der Hybrid- Getriebeeinrichtung sein, muss es aber nicht.
Vorzugsweise ist im Kraftfahrzeug eine Batterie angeordnet, die einen elektrischen Betrieb des Kraftfahrzeugs für wenigstens 15 Minuten ermöglicht. Alternativ kann für einen rein elektrischen Betrieb der Verbrennungsmotor mit einem der Elektromotoren als Generator Strom erzeugen, der direkt an den anderen Elektromotor geht.
Weiterhin kann das Kraftfahrzeug einen Druckspeicher aufweisen. Dieser kann zum Betrieb einer Fluidkraftmaschine verwendet werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der fol genden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und Figuren. Dabei zeigen:
Figur 1 ein Kraftfahrzeug,
Figur 2 ein erstes Radsatzschema,
Figur 3 einen Schaltplan,
Figur 4 eine erste Schaltmatrix,
Figur 5 die Hybrid-Getriebeeinrichtung in einer Seitenansicht,
Figur 6 einen Schaltplan für einen Kriechgang,
Figur 7 einen Schaltplan für einen Hybridgang,
Figur 8 eine Zeitverlaufsdarstellung für einen ersten Gangwechsel, und
Figur 9 eine Zeitverlaufsdarstellung für einen zweiten Gangwechsel, Figur 10 ein zweites Radsatzschema,
Figur 1 1 eine zweite Schaltmatrix,
Figur 12 ein drittes Radsatzschema.
Figur 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einem Verbrennungsmotor 2 und einer Hybrid- Getriebeeinrichtung 3. Die Hybrid-Getriebeeinrichtung 3 umfasst wie weiter unten detaillierter beschrieben wird auch Elektromotoren und eine Kupplungseinrichtung, sodass sie als Montageeinheit verbaut werden kann. Dies ist aber nicht zwingend, grundsätzlich kann der Radsatz auch ohne bereits angeschlossenes Kupplungspaket und die Elektromotoren eine Montageeinheit bilden. Zur Steuerung der Hybrid- Getriebeeinrichtung 3 ist eine Steuerungseinrichtung 15 vorhanden. Diese kann Teil der Hybrid-Getriebeeinrichtung 3 oder des Kraftfahrzeugs sein.
Figur 2 zeigt die Hybrid-Getriebeeinrichtung 3 und insbesondere ihr Gangwechselge triebe 4 in Form eines Radsatzschemas. Im Folgenden wird die Hybrid- Getriebeeinrichtung 3 beginnend von dem Verbrennungsmotor 2 beschrieben. Zwei Kupplungen K1 und K2 sind eingangsseitig an eine Kurbelwelle 5 angebunden. Ein Ausgangsteil 6 der Kupplung K1 ist mit einer ersten Getriebeeingangswelle 7 und ein Ausgangsteil 8 der Kupplung K2 mit einer zweiten Getriebeeingangswelle 9 verbun den. Auf der zweiten Getriebeeingangswelle 9 sind zwei Festräder 10 und 12 ange ordnet. Dabei ist das Festrad 10 das Festrad der vierten Gangstufe G4 und das Fest rad 12 das Festrad der zweiten Gangstufe G2.
Die zweite Getriebeeingangswelle weist zwei Enden auf, nämlich ein zur Außenseite der Hybrid-Getriebeeinrichtung 3 weisendes Ende 11 und ein zur Innenseite der Hyb rid-Getriebeeinrichtung 3 weisendes Ende 13.
Auf der Getriebeeingangswelle 7 gelagert folgt eine Schalteinrichtung S1 mit einer Kupplung K3 und einer Schaltkupplung C. Mittels der Schaltkupplung C kann ein Losrad 14 drehfest mit der Getriebeeingangswelle 7 verbunden werden. Das Losrad 14 ist dabei das Losrad der dritten Gangstufe G3.
Auf der ersten Getriebeeingangswelle 7 folgen noch die Festräder 16 und 18, wobei das Festrad 16 das Festrad der ersten Gangstufe G1 und das Festrad 18 des Fest rades der fünften Gangstufe G5 darstellen.
Die zweite Getriebeeingangswelle 9 ist somit schaltelementfrei und losradfrei ausge bildet. Auf der ersten Getriebeeingangswelle 7 sind zwei Schalteinrichtungen S1 und S4 angeordnet. Die Schalteinrichtung S1 umfasst die die Kupplung K3 und die Schaltkupplung C und ist dementsprechend zweiseitig ausgebildet.
Die Drehachse der ersten Getriebeeingangswelle 7 und der zweiten Getriebeein gangswelle 9 ist dabei mit A1 bezeichnet.
Zur Verbindung mit einem Differential 20 und zur Bildung der Übersetzungs- oder Gangstufen weist die Hybrid-Getriebeeinrichtung 3 eine einzige Vorgelegewelle 22 auf. Auf der Vorgelegewelle 22 sind zwei Schalteinrichtungen S2 und S3 mit den Schaltkupplungen A, B, D und E zur Verbindung der Losräder 24, 26, 30 und 32 mit der Vorgelegwelle 22 angeordnet. Als einziges gangbildendes Festrad ist das Fest rad 34 zwischen den Losrädern 24, 26, 30 und 32 auf der Vorgelegewelle 22 plat ziert. Die Zuordnung zu den Gangstufen ergibt sich anhand der Gangstufenzahlen G1 bis G5 unterhalb der auf der Vorgelegewelle 22 angeordneten Zahnräder. Das Festrad 36 ist kein gangbildendes Festrad, es verbindet die Vorgelegewelle 22 mit dem Differential 20 als sogenannte Abtriebskonstante. Anhand dieses Schemas kann man folgendes zu den Vorwärts-Gangstufen feststellen:
Jeder Vorwärts-Gangstufe ist ein Festrad und ein Losrad zugeordnet und zwar je weils ein einziges Festrad und ein einziges Losrad. Jedes Festrad und Losrad ist immer eindeutig einer einzigen Vorwärts-Gangstufe zugeordnet, das heißt es gibt keine Windungsgänge unter Verwendung eines Zahnrades für mehrere Gangstufen. Gleichwohl können die Vorwärts-Gangstufen G2 und G4 als Koppelgänge angese- hen werden, da die erste Getriebeeingangswelle 7 bei der Bildung der Vorwärts- Gangstufen G2 und G4 zwischengeschaltet ist.
Die Elektromotoren EM1 und EM2 sind wie gezeigt angebunden, und zwar an den axial äußeren Zahnrädern 10 und 18. Dadurch ist es möglich, die Elektromotoren EM1 und EM2 ohne zusätzliche Zahnräder auf einer der Getriebeeingangswellen 7 und 9 anzubinden, wodurch Bauraum eingespart wird. Insbesondere kann durch die Anbindung der Elektromotoren EM1 und EM2 an den axial äußersten ZahnrädernlO und 18 eine axial extrem kurz bauende Hybrid-Getriebeeinrichtung 3 geschaffen werden.
Die Elektromotoren EM1 und EM2 sind parallel zur Getriebeeingangswelle 7 ange ordnet und die Elektromotoren EM1 und EM2 haben ihren Ausgang an entgegenge setzten Seiten. Das heißt, wie in Figur 2 gezeigt, der Ausgang bzw. die Ausgangs welle 31 des Elektromotors EM1 weist zum motorabgewandten Ende 35 des Gang wechselgetriebes 4 und die Ausgangswelle 33 des Elektromotors EM2 zum motorzu- gewandten Ende 37 des Gangwechselgetriebes 4. In Figur 2 ist weist ein Ende also nach links und eines nach rechts. Die Elektromotoren EM1 und EM2 sind in axialer Richtung teilweise überlappend angeordnet, sodass die Hybrid-Getriebeeinrichtung 3 im Bereich der ElektromotorenEMI und EM2 lediglich ungefähr die Länge beauf schlagt, die ein einzelner Elektromotor beansprucht. Durch die weiter oben bereits beschriebene Anordnung der Schaltelemente S1 , S2, S3 und S4 und die Ausbildung des Rückwärtsgangs ohne Umkehrzahnrad wird so eine Länge der Hybrid- Getriebeeinrichtung 3 mit wenig mehr als 30 cm ermöglicht.
Figur 3 zeigt einen Schaltplan der Hybrid-Getriebeeinrichtung 3 nach Figur 2, aus der beispielsweise hervorgeht, dass die Kupplung K3 die Eingangswellen 7 und 9 der Teilgetriebe 36 und 38 verbindet. Das Teilgetriebe 36 umfasst die ungeraden Gänge und das Teilgetriebe 38 die geraden Gänge.
Figur 4 zeigt eine erste Schaltmatrix zu der Hybrid-Getriebeeinrichtung 3 nach Figur 2, bei der erkennbar ist, dass bei allen verbrennungsmotorischen Gängen V1 bis V5 die Kupplung K1 geschlossen sein kann. Dies gilt auch für die verbrennungsmotori- sehen Vorwärtsgänge V1 bis V4 der weiter unten beschriebenen Ausführungsfor men. Im Gegensatz zu einem klassischen Doppelkupplungsgetriebe, bei dem beim Schalten der Vorwärtsgänge die Kupplungen K1 und K2 im Wechsel geöffnet und geschlossen werden, werden die geraden verbrennungsmotorischen Gänge V2, V4 dadurch erreicht, dass die Kupplungen K1 und K3 geschlossen sind. Ein Wechsel zwischen den Teilgetrieben findet also vorzugsweise durch das Öffnen bzw. Schlie ßen der Kupplung K3 statt. Im Gegensatz zu klassischen Doppelkupplungsgetrieben ist also der Einsatz der Kupplungen abweichend realisiert. Wie bereits auch aus Fi gur 2 ersichtlich ist bei jedem der verbrennungsmotorischen Vorwärtsgänge genau eine der Schaltkupplungen A bis E geschlossen und im Kraftfluss.
Die beschriebene Hybrid-Getriebeeinrichtung 3 weist mehrere funktionelle Vorteile auf. Beispielsweise können aufgrund der beschriebenen Anordnung beide Elektro motoren sowohl motorisch als auch generatorisch betrieben werden. Dadurch wird es beispielsweise möglich, einen Kriechgang vorzusehen, der in der Schaltmatrix beim Elektromotor EM1 als Gang E1 eingetragen ist. Er weist eine Übersetzung von über 40 auf. Hierzu sind die Kupplung K2 und die Schaltkupplung A geschlossen. Da der bei der Hybrid-Getriebeeinrichtung 3 erzeugte Kriechgang durch Antrieb mit dem Elektromotor EM1 gebildet wird kann währenddessen der Elektromotor EM2 als Ge nerator verwendet werden. Beim Kriechgang E1 wird also der Elektromotor EM1 als Motor und der Elektromotor EM2 als Generator eingesetzt.
Dies ist auch der einzige Einsatz der Kupplung K2.
Selbstverständlich kann der Kriechgang E1 auch batterieelektrisch betrieben werden. In diesem Fall ist nur die Schaltkupplung A notwendigerweise geschlossen. K2 kann geöffnet sein.
Bei den elektromotorischen Vorwärtsgängen E3 und E5 ist je eine der Schaltkupp lungen C oder E geschlossen wodurch die angegebenen Übersetzungen erzeugt werden. Auch in diesen Gängen ist es möglich, K2 zu schließen und EM2 als Gene rator einzusetzen. Mit dem Elektromotor EM2 können ebenfalls zwei elektromotorische Vorwärtsgänge E2 und E4 erzeugt werden. Hierfür werden dann lediglich die zweite Getriebeein gangswelle 9 und das Schaltelement S2 mit je einer der Kupplungen B oder D einge setzt. In diesen Gängen ist es möglich, entsprechend K1 zu schließen und EM1 als Generator einzusetzen.
Mittels der beiden Elektromotoren EM1 und EM2 können also 5 elektrische Vor wärtsgänge, darunter ein Kriechgang, gebildet werden, wobei jeweils lediglich eines der beiden Teilgetriebe 36 oder 38 eingebunden sein muss.
Die Schaltkupplungen A bis E und zumindest die Kupplungen K2 und K3 sind vorteil hafterweise als Klauenkupplungen ausgebildet. Bevorzugt ist auch die Kupplung K1 als Klauenkupplung ausgebildet. Ein verbrennungsmotorischer Gangwechsel unter Last findet dann unter Einsatz der Elektromotoren EM1 und/oder EM2 statt.
Im Folgenden wird der Gangwechsel vom verbrennungsmotorischen Gang V1 in den verbrennungsmotorischen Gang V2 beschrieben. Im verbrennungsmotorischen Vor wärtsgang V1 sind die Kupplung K1 und die Schaltkupplung A geschlossen. Auch geschlossen aber noch nicht belastet kann die Schaltkupplung B sein. Dann wird der Elektromotor EM1 generatorisch so betrieben, dass das Summendrehmoment des Verbrennungsmotors 2 und des Elektromotors EM1 in etwa gleich 0 ist, während der Elektromotor EM2 das Drehmoment am Abtrieb aufbringt. Die Drehmomentabsen kung bzw. Anhebung kann dabei jeweils linear erfolgen. Dadurch wird die Schalt kupplung A lastfrei und kann geöffnet werden.
Anschließend synchronisieren der Elektromotor EM1 und der Verbrennungsmotor 2 die erste Getriebeeingangswelle 7, über die in diesem Moment kein Drehmoment läuft auf die zweite Getriebeeingangswelle 9, sodass die Kupplung K3 geschlossen werden kann. Abschließend findet wieder ein Lastwechsel vom Elektromotor EM2 zum Verbrennungsmotor 2 statt, wodurch der verbrennungsmotorische Vorwärtsgang V2 erreicht ist. Im verbrennungsmotorischen zweiten Vorwärtsgang V2 ist die Schalt kupplung B geschlossen. Dementsprechend kann hier der Elektromotor EM2 genera torisch betrieben werden, sofern die Schaltkupplung B wieder geöffnet werden soll. Figur 5 zeigt eine Seitenansicht des Getriebes nach Figur 2. Dabei sind die Achsen A4 und A5 der Elektromotoren EM1 und EM2 oberhalb und seitlich der Achse A1 der ersten Getriebeeingangswelle 7 und auch der zweiten Getriebeeingangswelle 9 an geordnet. Die Achse A2 der Vorgelegewelle 22 und die Achse A3 des Differenzials liegen vorteilhafterweise unterhalb der Achse A1 der ersten Getriebeeingangswelle 7. Die Achsen A4 und A5 sind dabei symmetrisch zur Achse A1 dahingehend ange ordnet, dass der Abstand der Achsen A4 und A5 zur Achse A1 gleich ist und auch der Winkel im Vergleich zur Lotrechten 60 gleich ist.
Figur 6 zeigt die Hybrid-Getriebeeinrichtung 3 bzw. das Kraftfahrzeug 1 als Schalt plan im Kriechgang, wobei der Elektromotor EM1 nicht nur als Hauptantriebsquelle sondern sogar als einzige Antriebsquelle des Kraftfahrzeugs 1 verwendet wird. Dabei ist die Schaltkupplung A geschlossen, es ist also die erste Gangstufe G1 zur Dreh momentübertragung auf den Abtrieb vorgesehen. Da der Elektromotor EM1 die An triebsquelle ist, ist dies gleichbedeutend mit der Verwendung des elektrischen Gan ges E1. Durch das Schließen der Kupplung K2 kann der Verbrennungsmotor 2 den Elektromotor EM2 antreiben. Der Elektromotor EM2 wird also generatorisch betrie ben und kann so für länger andauernde Kriechfahrten Strom erzeugen. Weder der Verbrennungsmotor 2 noch der Elektromotor EM2 sind dabei mit dem Abtrieb ver bunden.
Figur 7 zeigt einen Hybridgang H22, bei dem der Verbrennungsmotor und auch der Elektromotor über die Gangräder 12 und 26 der zweiten Gangstufe G2 mit dem Ab trieb verbunden sind. Zur Verbindung des Verbrennungsmotors 2 mit den Gangrä dern 12 und 26 ist die Kupplung K3 geschlossen. Der Elektromotor EM1 ist aufgrund der geschlossenen Kupplung K1 ebenfalls mit dem Verbrennungsmotor 2 verbunden und kann bei Bedarf generatorisch betrieben werden. Ein Teil der Leistung des Ver brennungsmotors 2 kann also zum generatorischen Betrieb des Elektromotors EM1 verwendet werden und ein Teil auf den Abtrieb der Hybrid-Getriebeeinrichtung 3 ab gegeben. Der Elektromotor EM1 muss wie beschrieben nicht durchgehend generatorisch be trieben werden. Vielmehr kann zwischen den Elektromotoren EM1 und EM2 gewech selt werden.
Hinsichtlich der Nomenklatur bezeichnet die erste Ziffer des Hybridganges den ver brennungsmotorischen Gang und die zweite Ziffer einen elektromotorischen Gang. Nicht ausgedrückt wird dabei, ob bspw. beim Hybridgang H32 der erste Elektromotor motorisch oder generatorisch betrieben wird.
Figur 8 zeigt eine Zeitverlaufsdarstellung eines Gangwechsels von einem Hybridgang H22 nach H32. Es wird also der verbrennungsmotorische Gang von V2 nach V3 ge wechselt, während der elektromotorische Gang E2 bleibt.
Im oberen Abschnitt werden Drehzahlen, im mittleren Abschnitt Motormomente und im unteren Abschnitt das Abtriebsmoment dargestellt.
Zum Zeitpunkt to liegt eine Schaltung wie in Figur 7 gezeigt vor, der Verbrennungs motor 2 und der Elektromotor EM2 treiben über die Gangräder des zweiten Ganges auf den Abtrieb ab. Die Motordrehzahl 41 des Verbrennungsmotors 2 und des damit gekoppelten Elektromotors EM1 und die Motordrehzahl 42 des Elektromotors EM2 liegen bei ihren Ausgangswerten. Aufgrund einer Gangwechselanforderung wird zum Zeitpunkt ti das Motormoment des Verbrennungsmotors 2, das in der Kurve 40 dar gestellt ist, verringert. Gleichzeitig wird der Elektromotor EM1 , dessen Kurve 43 dementsprechend unterhalb von 0 verläuft, generatorisch betrieben. Dabei werden die Ausgangswerte 44 und 46 bis zum Zeitpunkt t2 auf die Zielwerte 48 und 50 abge senkt.
Ebenfalls zum Zeitpunkt ti wird angefangen, den Elektromotor EM2 ausgehend von seinem Startwert auf einen Zielwert 52 hochzurampen. Das Motormeoment des Elektromotors EM2 ist in der Kurve 54 dargestellt. Werden die Zielwerte 48 und 50 so gewählt, dass sie den gleichen Betrag aufweisen bedeutet das, dass das Summen drehmoment von Verbrennungsmotor 2 und Elektromotor EM1 gleich 0 ist, wodurch die Kupplung K3 lastfrei wird und geöffnet werden kann. Dieses Öffnen der Kupplung K3 erfolgt zwischen den Zeitpunkten t2 und t3
In dieser Zeitspanne, also zwischen den Zeitpunkten t2 und t3, treibt alleine der Elekt romotor EM2 das Kraftfahrzeug 1 an, da sich die Momente von Verbrennungsmotor 2 und Elektromotor EM1 wie beschrieben aufheben. Ab dem Zeitpunkt t3 wird das Drehmoment des Verbrennungsmotors weiter gesenkt, um die Drehzahl der Getrie beeingangswelle 7 auf die Drehzahl zu bringen, bei der ein Verhältnis zur Drehzahl der Vorgelegewelle 22 erreicht ist, bei den die Schaltkupplung C geschlossen wer den kann.
Zwischen den Zeitpunkten t2 und t6, in denen alleine oder hauptsächlich der Elektro motor EM2 antreibt, liegt das Abtriebsmoment 53 niedriger als bei einer Unterstüt zung oder Übernahme durch den Verbrennungsmotor 2.
Ab dem Zeitpunkt ts wird angefangen, den Generatorbetrieb des Elektromotors EM1 zu beenden. Dieser wird auf seinen Ausgangswert bzw. das Ausgangsdrehmoment 46 hochgerampt. Gleichzeitig wird das Drehmoment des Verbrennungsmotors 2 ebenfalls auf seinen Ausgangswert 44 angehoben. Sobald der Elektromotor EM1 zum Zeitpunkt tö den generatorischen Betrieb beendet hat wird die Drehmomentab gabe des Elektromotors EM2 reduziert, und zwar ebenfalls zurück auf den Aus gangswert. Zum Zeitpunkt tz ist die Drehmomentabgabe der Elektromotoren EM1 und EM2 wieder beim Ausgangswert, der Verbrennungsmotor die die Drehmomen tabgabe des Verbrennungsmotors 2 wird noch bis zum Zeitpunkt t8 leicht angehoben.
Figur 9 zeigt den Gangwechsel eines Hybridgangs ausgehend vom verbrennungs motorischen Gang V3 und dem elektrischen Gang E2 in den elektrischen Gang E4. Zum Zeitpunkt tg befinden sich die Schaltelemente wie zum Zeitpunkt t3, das heißt es haben sich lediglich gegebenenfalls die Drehzahlen 41 und 42 geändert. Zum Zeit punkt t10 wird die Schaltkupplung B ausgelegt. Das Auslegen ist zum Zeitpunkt tu beendet, ab hier wird das Motormoment des Elektromotors EM2 auf einen negativen Wert geführt, um durch den generatorischen Betrieb die Drehzahl der Getriebeein gangswelle 9 an die Drehzahl der Getriebeeingangswelle 7 in der Art und Weise an- zupassen, dass das Losrad 24 die gleiche Drehzahl hat wie das Schaltelement 52. Die Drehzahlen der Getriebeeingangswelle 7 und der Getriebeeingangswelle 9 sollen also nicht identisch werden sondern so angepasst werden, dass die Drehzahlen des Losrades 24 und der Schalteinrichtung S2 gleich oder bis auf eine vorgegebene Dif ferenz gleich sind. Dann kann ab dem Zeitpunkt 2 die Schaltkupplung D geschlos sen werden, wodurch der Elektromotor EM2 über die Gangräder des vierten Ganges G4 Drehmoment auf den Abtrieb abgibt. Zum Zeitpunkt ti3 ist die Schaltkupplung D geschlossen, ab diesem Zeitpunkt überträgt der Verbrennungsmotor 2 sein Dreh moment über die Gangräder des dritten Ganges G3 und der Elektromotor EM2 über die Gangräder des vierten Ganges. Die Kurve 53 des Abtriebsmomentes zeigt, da der Gangwechsel des Elektromotors EM2 durch den Verbrennungsmotor 2 gestützt wird, in dem Zeitraum zwischen den Zeitpunkten tu und t12, in denen kein Drehmo ment vom Elektromotor EM2 zum Abtrieb gelangt, lediglich einen kleinen Ab schwung.
Figur 10 zeigt einen zu Fig. 2 alternativen Aufbau, wobei die meisten Merkmale und Funktionen wie zu den Fig. 2 bis 9 beschrieben analog ablaufen. Gleiche Bezugszei chen zeigen dabei gleiche Bauteile an. Die als Vollwelle ausgebildete erste Getrie beeingangswelle hat bspw. ebenfalls das Bezugszeichen 7, die als Hohlwelle ausge bildete zweite Getriebeeingangswelle das Bezugszeichen 9.
Im Gegensatz zu Fig. 2 fehlen aber die Kupplung K2 und die Gangräder 18 und 32 der fünften Gangstufe G5. Es sind dafür aber die Gangräder 62 und 64 einer rein elektrisch verwendeten Gangstufe GE2 hinzugekommen. Während die mit einem„G“ benannten Gänge sowohl elektrische, verbrennungsmotorische und hybridische Gangstufen sein können ist dies beim Gang GE2 auf eine elektrische Fahrstufe be grenzt.
Der Kriechgang E1 kann über die Gangstufe G1 realisiert werden, wobei in der Aus gestaltung nach Figur 10 die zweite Getriebeeingangswelle 9 und der zweite Elekt romotor EM2 als Antrieb eingesetzt werden. Die Elektromotoren EM1 und EM2 sind auch bei diesem Aufbau untereinander last- schaltfähig.
Im Unterschied zu den Fig. 2 bis 4 können aber nur vier verbrennungsmotorische Vorwärtsgänge V1 , V2, V3 und V4 realisiert werden, wie Fig. 1 1 zeigt. Die verbren nungsmotorischen Vorwärtsgänge V1 , V 2, V3 und V4 und der elektrische Vorwärts gang E1 werden über die entsprechenden mechanischen Gangstufen G1 , G2, G3 und G4 gebildet, also E1 und V1 mit G1 , V2 mit G2, etc. Der elektrische Gang E2 besitzt aber eigene Gangzahnräder 62 und 64 und nutzt nicht die Gangzahnräder 12 und 26 der Gangstufe G2, was an dieser Stelle von der sonst in der vorliegenden Anmeldung verwendeten Nomenklatur abweicht.
Fig. 1 1 zeigt eine entsprechende und zu den Fig. 10 und 12 zugehörige Schaltmatrix. Dabei sind die jeweils geschlossenen Schaltelemente mit„x“ markiert.
Das Schaltelement F ist das Schaltelement der Gangstufe GE2, die nur mit dem Elektromotor EM2 benutzt wird.
Fig. 12 zeigt die Hybrid-Getriebeeinrichtung 3 nach Fig. 10, wobei dieses bezüglich der Mittenachse, die durch die Zahnräder 14 und 34 der Gangstufe G3 verläuft, ge spiegelt wurde. Rein funktionell unterscheiden sich die Hybrid-Getriebeeinrichtungen 3 nach den Fig. 10 und 12 nicht.
Bezuqszeichen Kraftfahrzeug
Verbrennungsmotor
Hybrid-Getriebeeinrichtung
Radsatz
Kurbelwelle
Ausgangsteil
erste Getriebeeingangswelle
Ausgangsteil
zweite Getriebeeingangswelle
Festrad
Ende
Festrad
Ende
Losrad
Steuerungseinrichtung
Festrad
Festrad
Differenzial
Vorgelegewelle
Losrad
Losrad
Losrad
Ausgangswelle
Losrad
Ausgangswelle
Festrad
motorabgewandtes Ende
Teilgetriebe
motorzugewandtes Ende
Teilgetriebe
Kurve 1 Motordrehzahl 2 Motordrehzahl 3 Kurve
44 Ausgangswert
46 Ausgangswert
48 Zielwert
50 Zielwert
52 Zielwert
53 Abtriebsmoment
54 Kurve
60 Lotrechte
K1 Kupplung
K2 Kupplung
K3 Kupplung
51 Schalteinrichtung
52 Schalteinrichtung
53 Schalteinrichtung
54 Schalteinrichtung
A Schaltkupplung
B Schaltkupplung
C Schaltkupplung
D Schaltkupplung
E Schaltkupplung
EM1 Elektromotor
EM2 Elektromotor
A1 Achse
A2 Achse
A3 Achse
A4 Achse
A5 Achse

Claims

Patentansprüche
1. Hybrid-Getriebeeinrichtung (3) mit wenigstens einer Antriebseinrichtung (EM1 , EM2), einem Getriebe (4) mit einer ersten Getriebeeingangswelle (7) und einer auf der ersten Getriebeeingangswelle (7) gelagerten zweiten Getriebeeingangswelle (9), wobei eine Verbindungskupplung (K3) zur drehfesten Verbindung der ersten Getrie beeingangswelle (7) und der zweiten Getriebeeingangswelle (9) vorhanden ist, wobei die zweite Getriebeeingangswelle (9) ein zur Außenseite der Hybrid- Getriebeeinrichtung (3) weisendes Ende (11) und ein zur Innenseite der Hybrid- Getriebeeinrichtung (3) weisendes Ende (13) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungskupplung (K3) am zur Innenseite der Hybrid- Getriebeeinrichtung (3) weisenden Ende (13) der der zweiten Getriebeeingangswelle (9) angeordnet ist.
2. Hybrid-Getriebeeinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Kupplung (K1 ) zur Verbindung der ersten Getriebeeingangswelle (7) mit einem Ver brennungsmotor (2) vorhanden ist.
3. Hybrid-Getriebeeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kupplung (K2) zur Verbindung der zweiten Getriebeeingangswelle (9) mit einem Verbrennungsmotor (2) vorhanden ist.
4. Hybrid-Getriebeeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungskupplung (K3) als Teil einer zweiseitigen Schalteinrichtung (S1 ) ausgebildet ist.
5. Hybrid-Getriebeeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Kupplungen (K1 , K2, K3) und Schalt kupplungen (A, B, C, D, E, F) als Klauenkupplungen ausgebildet sind.
6. Hybrid-Getriebeeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der ersten Getriebeeingangswelle (7) als auch der der zweiten Getriebeeingangswelle (9) jeweils wenigstens eine Antriebseinrichtung (EM1 , EM2) zugeordnet ist.
7. Hybrid-Getriebeeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybrid-Getriebeeinrichtung (3) genau vier zweiseitige Schalteinrichtungen (S1 , S2, S3, S4) zur Erzeugung fünf verbrennungsmotorischer Gangstufen, insbesondere Vorwärtsgangstufen, aufweist.
8. Hybrid-Getriebeeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungskupplung (K3) auf der ersten Getriebeein gangswelle (7) gelagert ist.
9. Hybrid-Getriebeeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der ersten Getriebeeingangswelle (7) wenigstens eine Schalteinrichtung (S1 , S4), insbesondere genau zwei Schalteinrichtungen (S1 , S4), angeordnet ist.
10. Hybrid-Getriebeeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybrid-Getriebeeinrichtung (3) wenigstens eine, insbeson dere genau eine, Vorgelegewelle (22) aufweist.
11. Hybrid-Getriebeeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Vorgelegewelle (22) wenigstens zwei, insbesondere genau zwei, Schalteinrich tungen (S2, S3) angeordnet sind.
12. Hybrid-Getriebeeinrichtung nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass auf der Vorgelegewelle (22) genau ein Festrad zur Bildung einer Vorwärts- Gangstufe (G3) angeordnet ist.
13. Hybrid-Getriebeeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Antriebseinrichtung (EM1 , EM2) an ein Gangzahnrad (10, 18), insbesondere ein Gang-Festrad, angebunden ist.
14. Hybrid-Getriebeeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der axial äußeren Gangräder (10, 18), die auf der Achse (A1 ) der Getriebeeingangswelle (7) angeordnet sind, als Festrad (10, 18) ausgebildet ist.
15. Kraftfahrzeug (1 ) mit einer Hybrid-Getriebeeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybrid-Getriebeanordnung (3) nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildet ist.
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