WO2021093930A1 - Getriebeanordnung für hybridantrieb und verfahren zum steuern eines hybridantriebs - Google Patents

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transmission
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Theodor Gassmann
Maximilian WERKHAUSEN
Dirk GÜTH
Jan Haupt
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Gkn Automotive Limited
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    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the invention relates to a transmission arrangement for a hybrid drive with an internal combustion engine and an electric machine for a motor vehicle, furthermore a hybrid drive with such a transmission arrangement and a method for controlling a hybrid drive.
  • the hybrid drive train comprises an internal combustion engine, an electric machine and a speed change device with a planetary gear.
  • the planetary gear includes a sun gear and a ring gear, each of which can be coupled to the motor shaft of the internal combustion engine via a controllable coupling.
  • the planet carrier of the first planetary gear is drivingly connected to the ring gear of a second planetary gear arranged on a parallel axis.
  • the second planetary gear includes a second sun gear, second planetary gears and a second planet carrier which is drive-connected to a differential gear of a vehicle axle.
  • the electric machine is drive-connected to the second sun gear.
  • a clutch is provided with which the second sun gear and the second ring gear can be locked to one another in order to drive the vehicle axle either by means of the electric machine alone or together with the internal combustion engine.
  • a transmission arrangement for a hybrid vehicle with an internal combustion engine and an electric machine is known from WO 2018/014983 A1, wherein A first drive torque of the internal combustion engine and a second drive torque of the electric machine can be transmitted to at least one drive shaft of the hybrid vehicle via the transmission arrangement.
  • the gear arrangement has a first planetary gear with a first sun gear, first ring gear, first planet carrier and first planet gears.
  • the first ring gear is drive-connected to the internal combustion engine
  • the first sun gear is drive-connected to the electrical machine
  • the first planet carrier is connected to a second planet carrier of a second planetary gear drive downstream in the power path.
  • the second planetary gear has two sun gears that mesh with planet gears arranged on the two th planet carrier, one of which is a sun gear can be supported via a clutch on a stationary component, and the other sun gear is drive-connected to a downstream differential gear.
  • An electric drive for a motor vehicle with an electric motor and a gear unit is known from WO 2012/007031 A1.
  • the transmission unit has a planetary gear and a differential gear, which are arranged coaxially to one another.
  • a clutch is provided that can be moved into three shift positions, namely two different shift levels and an idle position.
  • the drive arrangements must be able to provide a suitable operating mode for a wide variety of driving conditions - for example, a wheel slip situation with different grip conditions on the wheels up to the maximum vehicle speed. Due to the different properties, the problem with hybrid vehicles that have an internal combustion engine and an electric machine for jointly driving a drive axle is that the drive arrangements do not allow an efficient operating mode for all driving states.
  • a transmission arrangement for a hybrid drive with an internal combustion engine and an electric machine comprising: a stepped transmission with a stepped transmission input part that can be connected to the internal combustion engine, and with a clutch that is configured to the stepped transmission - To connect the input part and a multi-step transmission output part optionally via a first switching stage with a first gear ratio or via a second gear stage with a second gear ratio, or to separate them from one another; a reduction gear which has a transmission gear input part that can be connected to the electrical machine and is designed to translate a rotational movement introduced into the transmission gear input part to a transmission gear output part into slow speed; a superposition gear with a first input part that is drive-connected to the stepped gear output part, a second input part that is drive-connected to the superposition gear output part, and an output part, the first input part, the second input part and the output part having a balancing effect with one another to have; a differential gear unit with a differential carrier which is drivingly connected to the
  • One advantage of the transmission arrangement is that it enables several operating modes for the most efficient possible operation of the motor vehicle.
  • the power introduced into the superposition gear by the internal combustion engine and the electrical machine can be added up in order to jointly drive the differential gear or the associated drive axle.
  • the electrical machine advantageously also enables continuously variable transmission of power in a limited control range, so that the transmission arrangement as a whole can be used as a continuously variable transmission (CVT). It is also possible that only one of the two drive sources delivers power.
  • Another advantage is that, if necessary, a direct drive connection between the internal combustion engine and the electrical machine can be established by uncoupling the drive shafts driven by the differential and using the superposition gear as a through drive.
  • the second clutch can be arranged in the power path between the differential cage and one of the output shafts or side shafts. According to a second embodiment, the second clutch can be arranged in the power path between the output part of the superposition gear and the differential cage.
  • the aforementioned operating modes for power transmission between the internal combustion engine and the electric motor in order to start the internal combustion engine or to generate electrical energy, are accomplished by opening the second clutch and closing the first clutch.
  • the second clutch can also be arranged between the differential basket and a stationary housing. In this case, the mentioned operating modes for power transmission between the internal combustion engine and the electric motor, in order to start the internal combustion engine or to generate electrical energy, are achieved by closing the second clutch and opening the first clutch.
  • a degree of freedom of the superposition gear is fi xed, that is, a torque introduced into the superposition gear from the internal combustion engine via the first gear or from the electric machine via the second gear into the superposition gear becomes non-rotatable supported differential carrier and transferred to the other machine.
  • the formulation should be driven in rotation or drive-connected in each case with the possibility that one or more further elements can be interposed in the power path between a driving element and the element driven in rotation by it.
  • the first transmission unit is designed as a multi-step transmission, which can also be referred to as a multi-speed transmission.
  • the multi-step transmission transmits a rotary movement initiated by the internal combustion engine with various gear ratios to the superposition gear.
  • a total transmission ratio for the first gear can be between 2.25 and 6.25, for example, and between 1.5 and 4 for the second gear.
  • a clutch is provided, which can optionally transfer the multi-step transmission into a first shift position, in which torque is transmitted from the transmission input part to the transmission output part with a first gear ratio, and in a second shift position where the torque is transferred from the input part to the Output part is transmitted with a second gear ratio. In a possible third switching position, the torque transmission is interrupted.
  • the multi-step transmission can have an input shaft with a first drive wheel and a second drive wheel, which are rotatably mounted on the input shaft, wherein the controllable clutch can optionally connect the first drive wheel or the second drive wheel to the input shaft or disconnect it; and an intermediate shaft parallel to the input shaft and having a first intermediate gear which engages with the first drive gear and a second intermediate gear which engages with the second drive gear.
  • the clutch can, for example, have the following components: a gear part that is connected to the input shaft in a rotationally fixed manner, a first output part, which is rotationally connected to the first drive wheel, a second output part which is rotationally connected to the second drive wheel, and a coupling element which can optionally couple or decouple the input part with the first output part or the second output part for transmitting a torque.
  • the Koppelele element can be designed in the form of a sliding sleeve, which is held on the input part rotation test and is axially displaceable with respect to this by means of an actuator.
  • the sliding sleeve can be freely rotatable in a neutral position (T0) with respect to the first and second output part, in the first switching position (T1) with the first output part and in the second switching position (T2) with the second output part.
  • one of the two inter mediate gears of the first gear stage can be drive-connected to the first input part of the superposition gear.
  • the superposition gear input part can have a ring gear or be connected to it, with which the first or second intermediate gear that is driving is in toothing engagement.
  • the first input part of the overlaying gear and the differential cage can be arranged coaxially to one another and mounted so as to be rotatable relative to one another about an axis of rotation.
  • the first input part of the superposition gear can be rotatably mounted in particular on the differential cage.
  • the differential carrier can be arranged at least partially radially within a housing part connected to the input part of the superposition gear.
  • the superposition gear can be designed as a planetary gear with the links ring gear, Son nenrad, planetary gears and planet carrier.
  • the first input part for example, can be firmly connected to the ring gear or designed as such, and the second input part, for example, permanently connected to the sun gear of the planetary gear or designed as such, a reverse assignment being also possible.
  • the second input part of the superposition gearbox can comprise a hollow shaft which is non-rotatably connected to a second output part of the second gear unit can.
  • the hollow shaft can be rotatably arranged coaxially to the differential carrier or a sleeve approach of the differential carrier.
  • An intermediate shaft connected to one of the differential output parts can thus extend through the hollow shaft or the sleeve attachment.
  • the second gear unit can be designed, for example, as a spur gear or traction mechanism, or comprise one, with one or more spur gear stages or traction means for power transmission from high to low speed being provided between the second gear input shaft that can be driven by the electrical machine and the second gear output part connected to the superposition gear could be.
  • a rotary movement introduced into the superposition gear by the first and / or second gear unit can be transmitted to the differential gear located downstream in the power path.
  • the output part of the superposition gear is permanently drive-connected to the differential carrier, so that they rotate together about an axis of rotation.
  • the superposition gear output part and the differential carrier can be designed in one piece without being restricted to this.
  • the second transmission unit is preferably designed with a fixed transmission ratio, whereby in principle a multi-speed transmission is also possible.
  • the first coupling is provided, which can be designed as a form-fit coupling.
  • the first clutch can have a first clutch part that is rotatably connected to the first input part of the superposition gear, and a second hitch be part that is rotatably connected to the output part of the superposition gear, the first clutch part and the second clutch part together for transmission are connectable by torque or are separable from each other.
  • the wheels of the superposition gear are blocked and rotate together with the differential cage about the axis of rotation.
  • geöff netem state of the first clutch the wheels of the superposition gear are rotatable relative to one another and have a balancing effect with one another.
  • the second clutch which can be designed in particular as a form-fit clutch, is arranged in the power path between the output part of the superposition gear and the vehicle axle or its side shafts.
  • the second clutch is designed to selectively transmit torque between the superposition gear and the drive axle or to decouple the drive axle from the drive train in front of it.
  • the second clutch can have a first clutch part which is connected non-rotatably to an output part of the differential gear, and a second clutch part which is non-rotatably connected to an intermediate shaft of the drive axle.
  • the first and second coupling parts can optionally be connected to one another in order to transmit torque to the drive axle, or they can be separated from one another so that the drive axle is decoupled.
  • Such a design with a coupling arranged between the differential output part and the side shaft can also be referred to as a side shaft disconnection.
  • the second clutch can also be arranged elsewhere in the power path.
  • the first clutch and / or second clutch can have a shift sleeve in order to connect the respective first clutch part and the second clutch part to one another or to separate them from one another.
  • the shift sleeve can be moved axially by a shift element of an actuator.
  • the first and the second clutch can be actuated by a single actuator arrangement, without being limited thereto.
  • the actuator arrangement can have a shift rod that can be moved axially by an actuator drive from a central position into a first axial position and an opposite, second axial position.
  • a first switching element for actuating the first clutch and a second switching element for actuating the second clutch can be arranged on the shift rod.
  • a possible assignment of the switching states can be as follows: in the middle position of the shift rod, the first clutch is closed by means of the first shift element and the second clutch is closed by means of the second shift element; In the first axial position of the shift rod, the first clutch is closed by means of the first shift element and the second clutch opened by means of the second switching element; and in the second axial position of the shift rod, the first clutch is opened by means of the first shift element and the second clutch is closed by means of the second shift element.
  • the actuator arrangement can have a spring element which strikes the first switching element against a first rod stop and the second switching element against a second rod stop in opposite axial directions.
  • a first stationary end stop can be provided against which the first shift element can axially support itself when the shift rod is moved in a direction of force acting by the spring element on the first shift element, and a second end stop against which the second shift element can axially support itself.
  • the first shift element In the first axial position of the shift rod, the first shift element is supported against the first end stop, so that the first clutch is closed, and the second shift element is removed from the second end stop, so that the second clutch is opened.
  • both shift elements are axially supported or positioned against the respective end stop, so that both clutches are closed.
  • the second shift element In the second axial position of the shift rod, the second shift element is supported against the second end stop, so that the second clutch is closed, and the first shift element is removed from the first end stop, so that the first clutch is opened.
  • the spring element can be arranged on the shift rod between the first shift element and the second shift element and act on them axially away from one another.
  • the spring element can in particular be designed in the form of a helical spring.
  • a flybridge drive arrangement comprising: an internal combustion engine; an electric machine; A gear arrangement according to at least one of the above-mentioned embodiments, wherein the input part of the first gear unit is drive-connected to the internal combustion engine, and the input part of the second gear unit is drive-connected to the electric machine; a storage arrangement for storing electrical energy; and a control unit for controlling the electric machine and the first and second clutches.
  • a hybrid drive arrangement can be used as the sole drive for a motor vehicle for driving a front or rear drive axle can be used.
  • the hybrid drive arrangement can also be used as one of several drives for a multi-axle motor vehicle.
  • a drive train arrangement for a motor vehicle comprising: a primary drive axle which can be driven in rotation by a primary electrical machine; a secondary drive axle with a hybrid drive arrangement which is designed according to one or more of the above-mentioned embodiments, wherein the primary drive axle and the secondary drive axle are mechanically separated from one another; a storage arrangement for storing electrical energy, the storage arrangement being electrically connected to the primary electrical machine and to the electrical machine of the hybrid drive arrangement; and a control unit (ECU) for controlling the primary electric machine and the hybrid drive arrangement.
  • ECU control unit
  • the drive train arrangement accordingly has the same advantages as the hybrid drive arrangement or transmission arrangement, so that reference is made to the above description for an abbreviated basis. All of the features described in connection with the transmission arrangement or hybrid drive arrangement can be implemented in the drive train arrangement.
  • the electric machine converts energy and can work as a motor or generator. When the engine is running, the electrical machine converts electrical energy into mechanical energy so that the drive axle of the motor vehicle or the internal combustion engine can be driven. In generator mode, the electrical machine converts mechanical energy into electrical energy, which can then be stored in the battery.
  • a hybrid drive arrangement is provided which enables various operating modes, in particular with continuously variable transmission.
  • a method according to the invention for controlling a said hybrid arrangement can comprise the following steps: closing the first clutch and opening the second clutch; Operating the electrical machine in generator mode, the internal combustion engine driving the electrical machine when the second clutch is disengaged, so that the electrical machine is the one initiated by the internal combustion engine converts mechanical energy into electrical energy; and storing the electrical energy in the storage arrangement or supplying it to another consumer ("serial mode")
  • the battery can be charged by means of the internal combustion engine, which is why this mode can also be referred to as charging mode (“Charge mode”).
  • the battery can be charged when the vehicle is at a standstill.
  • the additional electrical energy consequently extends the range (“rlinde extender”) for a purely electric journey.
  • the electrical energy can be used at a later point in time for an emission-free journey by means of a primary electric drive with the internal combustion engine switched off (“electrical mode”) or for a short-term increase in output by means of the hybrid drive (“boost”).
  • the main drive can be formed by a powerful electric drive that drives the primary drive axle. In this case, both electrical machines can access the electrical storage arrangement as required.
  • an alternative operating mode which can be carried out with the first clutch closed and the second clutch open, the electric machine can briefly drive the internal combustion engine in motor mode in order to start it from standstill ("ICE start").
  • the first and second clutches can be closed and the electric machine can be operated in motor mode in order to convert electrical energy from the storage arrangement into mechanical energy, so that the electrical machine and the internal combustion engine jointly form the superposition gear or drive the drive axle connected to it ("parallel mode").
  • the following procedural guides are possible in particular: in the first shift position of the multi-step transmission, torque is transmitted from the internal combustion engine to the drive axle with a first transmission ratio (first gear). In the second shift position, the multi-step transmission transmits corresponding torque with a second gear ratio on the drive axle (second gear).
  • the electric machine can be variably controlled in both gears, so that the two drive sources are superimposed together to drive the drive axle.
  • load point shifting By coupling the electrical machine and the internal combustion engine, it is possible to shift the load point of the internal combustion engine into areas with higher efficiency (“load point shifting”).
  • load point shifting it is also possible, please include that the electrical machine or the internal combustion engine alone drives the Kochla gerungs gear or the drive axle.
  • the first and the second clutch are closed and the clutch is opened, and the electric machine is operated in motor mode.
  • Figure 1 shows a transmission arrangement according to the invention or hybrid arrangement for a drive axle of a motor vehicle in longitudinal section
  • FIG. 2 shows the gear arrangement from FIG. 1 in a perspective view with the housing cut away
  • FIG. 3 shows a detail of the gear arrangement from FIG. 1 in an enlarged representation
  • FIG. 4 shows an overview of possible operating modes of the hybrid drive arrangement from FIG. 1,
  • FIG. 5 shows a hybrid drive arrangement in a slightly modified embodiment in a schematic representation
  • FIG. 6 shows a drive train arrangement of a motor vehicle with a hybrid drive arrangement according to FIG. 5, schematically.
  • FIGS 1 to 4 show one Transmission arrangement 2 according to the invention or hybrid drive arrangement 1 for driving a vehicle axle.
  • the hybrid drive arrangement 1 comprises an internal combustion engine 37, an electric machine 30 and the transmission arrangement 2.
  • the transmission arrangement 2 is designed to transmit a first drive torque from the internal combustion engine 37 and / or a second drive torque from the electric machine 30 to a drive axle of the vehicle.
  • the gear arrangement 2 has a first gear unit 3 assigned to the internal combustion engine, a second gear unit 4 assigned to the electrical machine, a Studentsla gerungs gear 5 with a first input part 50, which is connected to the first gear unit 3, a second input part 51, which is connected to the second Gear unit 4 is connected, and an output part 8 which is connected to a differential gear 9 downstream in the power path.
  • a first drive part 10 of the first gear unit 3 is arranged on a first axis of rotation A1
  • a second drive part 20 of the second gear unit 4 is arranged on a second axis of rotation A2
  • the superposition gear 5 is arranged on a third axis of rotation A3.
  • the axes of rotation A1, A2, A3 run parallel to one another, with other constructions or arrangements also being possible.
  • a controllable first clutch 62 is provided to couple two of the three members (50, 51, 8) of the Studentsla gerungsgetriebes 5 with each other or to separate them from each other.
  • a controllable second clutch 67 is arranged in the power path between the output part 8 of the superposition gear 5 and at least one of the side shafts of the vehicle axle.
  • the first gear unit 3 is designed as a stepped gear unit, without being restricted thereto.
  • the multi-step transmission 3 enables power to be transmitted from the internal combustion engine to the superimposed transmission with different gear ratios or to interrupt the power transmission.
  • the multi-step transmission 3 comprises a first drive wheel 14 and a second drive wheel 15, which are rotatably mounted on the input shaft 10, and one for Input shaft 10 parallel intermediate shaft 16 with a first intermediate gear 17 which meshes with the first drive gear 14, and a second intermediate gear 18 which meshes with the second drive gear 15.
  • the clutch 12 is arranged axially between the first and second drive wheels 14, 15 and is configured to selectively connect the first drive wheel 14 or the second drive wheel 15 to the input shaft 10 or to separate it therefrom.
  • the input shaft 10 can in particular be arranged coaxially to the output shaft of the internal combustion engine and be permanently rotatably connected to the water.
  • the input shaft 10 is rotatably supported around the first axis of rotation A1 by means of bearing means 13, 13 'in a stationary housing 20.
  • the input shaft 10 can be provided with a longitudinal bore and a plurality of transverse bores for supplying lubricant to the bearing sections for the first drive wheel 14 and the second drive wheel 15.
  • An input part 11 is provided axially between the first drive wheel 14 and the second drive wheel 15 and is connected to the input shaft 10 in a rotationally fixed and axially fixed manner.
  • the clutch 12 can be controlled by an actuator 22.
  • T0, T1, T2 the switching position of the clutch 12
  • several switching stages can be implemented.
  • a first gear stage is formed by the first pair of gears, i.e. first drive gear 14 and first intermediate gear 17, so that torque is transmitted from input shaft 10 to first input part 50 of superposition gear 5 with a first gear ratio i1 (first gear).
  • a second gear stage is formed by the second pair of gears, that is, second drive gear 15 and second intermediate gear 18, with the torque with a second gear ratio i2 on the overlay gear 5 can be transmitted (second gear).
  • a neutral position (T0) both drive wheels 14, 15 are decoupled from the input part 11 and the input shaft 10, respectively.
  • the clutch 12 includes, in addition to the input part 11, in particular a first output part 24, which is connected to the first drive wheel 14 in a rotationally fixed manner, a second output part 25, which is connected to the second drive wheel 15 in a rotationally fixed manner, and a coupling element 23, which the input part 11 optionally can couple with the first output part 14 or the second output part 15 for transmitting a torque.
  • the coupling element 23 is designed here in the form of a sliding sleeve, which held rotating test on the input part 11 and is axially displaceable relative to this by means of the Aktua gate 22.
  • the sliding sleeve is freely rotatable in a neutral position (TO) ge compared to the first and second output part 24, 25, in the first switching position (T1) with the first output part 24 and in the second switching position (T2) with the second output part 25 rotatably connected .
  • the sliding sleeve is actuated via the actuator 22, which can in particular comprise an electromotive rotary drive 26 and a converter unit 27 which converts a rotary movement into a linear movement.
  • the converter unit 27 in the present case has a spindle drive with a spindle which can be driven in rotation and a spindle sleeve which is moved axially when the spindle is rotated.
  • a shift fork 28 is attached, which engages with two sliding blocks in an annular groove of the sliding sleeve 23.
  • the actuator 22 can be controlled by an electronic control unit 29 and can be controlled by this as required, depending on the driving state of the motor vehicle. It goes without saying that other electromechanical actuators can also be used, or else electromagnetic, hydraulic or pneumatic actuators.
  • the two intermediate gears 17, 18 are non-rotatably connected to the intermediate shaft 16.
  • the connection can be realized by a form fit, for example by means of a Keilwellever connection, and / or material connection such as a welded connection, a one-piece design of at least one of the wheels with the shaft is also possible.
  • the intermediate shaft 16 is rotatably mounted in the housing 20 by means of bearing means 19, 19 'about the axis of rotation A4, which runs parallel to the axis of rotation A1 of the input shaft 10.
  • the intermediate shaft 16 is also arranged parallel to the axis of rotation A3 of the superposition gear 5 or the differential gear 9.
  • the second intermediate gear 18 is engaged with a ring gear 31 for driving the first gear part 50 of the superposition gear 5.
  • the second intermediate gear 18 meshes with the second drive gear 15 and with the ring gear 31.
  • This has a double function, which is favorable in terms of the number of parts and the size.
  • the multi-step transmission 3 with only five torque-transmitting wheels be constructed, namely first drive wheel 14, second drive wheel 15, first inter mediate gear 17, second intermediate gear 18 and ring gear 31.
  • the ring gear 31 is firmly connected to a carrier element 6 of the superposition gear 5, which rotates in the stationary housing 20 about the axis of rotation A3 is stored.
  • Said wheels of the multi-step transmission 3 can be configured as spur gears with helical teeth, for example.
  • the specific design of the wheels or the number of teeth depends on the technical requirements and installation space conditions.
  • a total transmission ratio for the first gear can be between 2.25 and 6.25, for example, and between 1.5 and 4 for the second gear, for example.
  • the second gear unit 4 is drive-connected to an electric machine 30.
  • the electrical machine 30 has, in particular, a stator 31 and a rotor 32 which is rotatable for this purpose and which drives a motor shaft 33 to rotate when the machine is energized.
  • the motor shaft 33 can be mounted rotatably about the axis of rotation A2 by means of bearing means 34, 34 'in a motor housing 35.
  • the rotary movement of the motor shaft 33 is transmitted to the drive part 40 of the second gear unit 4.
  • the electric machine 30 is supplied with electric current by a battery 36, it being possible for the battery to be charged by the electric machine 30 in generator mode.
  • the electric machine 30 and / or the internal combustion engine 37 can be controlled by means of power electronics, such as a pulse-controlled inverter, with an integrated electronic control unit (ECU) 29.
  • ECU electronice control unit
  • the second gear unit 4 is also designed as a spur gear in the present embodiment, other designs such as a toothed belt drive are also possible.
  • the gear unit 4 is designed to translate the rotational movement initiated by the electrical Ma machine 30 on the second drive part 40 from fast to slow.
  • the spur gear 4 has a first translation stage with a first drive gear 41 and an intermediate gear 43 which is connected to an intermediate shaft 42 in a rotationally fixed manner and which are in meshing engagement with one another.
  • First drive wheel 41 and first intermediate wheel 43 form a first set of wheels with a first gear ratio.
  • the second transmission stage comprises a second intermediate gear 44 connected to the inter mediate shaft 42 and a meshing one therewith second drive wheel 45, which is firmly connected to the hollow shaft 7.
  • Second intermediate wheel 44 and second drive wheel 45 form a second set of wheels with a second gear ratio.
  • the transmission ratio of the second gear unit 4 can be between 7.0 and 10.0, for example.
  • the second drive part 40 of the second gear unit is designed in the form of a drive shaft, which is rotatably mounted about the axis of rotation A2 in the housing 20 by means of bearing means 46, 46 '.
  • the intermediate shaft 42 is associated bearing means 47, 47 'rotatably mounted on a paralle len axis of rotation A5 in the housing 20, another arrangement is also conceivable.
  • the hollow shaft 7 or the second input part 51 connected to it is arranged coaxially to the output part 8 of the superposition gear 5 or the differential cage connected thereto and is rotatably supported by means of bearings 48 on a sleeve section 49 of the output part 8.
  • the superposition gear 5 is designed here as a planetary gear, with a ring gear 50, a sun gear arranged coaxially to the ring gear 51, several Pla designated gears 52, which are in engagement with the sun gear and the ring gear, and a planet carrier 53 on which the planetary gears are rotatably mounted are.
  • the ring gear 50 is firmly connected to the ring gear 21 or the carrier element 6, for example by means of a welded connection.
  • the carrier element 6 is supported by means of bearing means 55, 55 ‘on the planet carrier 53 or the output part 8 of the superposition gear 5 rotatably about the axis of rotation A3.
  • the Son nenrad 51 forms the second input part of the superposition gear 5.
  • the Plane tlic 53 forms the output part 8 of the superposition gear 5, which is firmly connected to the differential cage 54 of the differential gear 9, in particular designed in one piece with this.
  • the carrier element comprising the planet carrier 53 and differential cage 54 has ra dial inside to the planet gears 52 an axially extending sleeve portion 49 which is rotatably supported by a bearing 56 in the housing 20 about the axis of rotation A3.
  • the carrier element On the axially opposite side, the carrier element has a sleeve-shaped section 57 which is rotatably mounted in the housing 20 by means of a further La gers 56 'about the axis of rotation A3.
  • the differential gear 9 is provided to transmit a drive torque introduced by the superposition gear 5 into the differential cage 54 uniformly to the right and left side shafts of the motor vehicle.
  • the differential gear 9 comprises a plurality of differential gears 58 which rotate together with the differential cage 54 about the axis of rotation A3, and two sideshaft gears which are in toothing engagement with the Differentialrä countries 58 and serve as output parts 59, 59 '.
  • the side shaft gears are to be connected via intermediate shafts 60, 61 with a respective side shaft 94, 94 '( Figure 6) for torque transmission.
  • An intermediate shaft 60 connected non-rotatably to the output part 59 ′ extends through the sleeve section 57.
  • An intermediate shaft 61 to be connected to the opposite output part 59 extends through the sleeve section 49.
  • controllable first clutch 62 is provided between the carrier element 6 and the output part 8, without being restricted thereto.
  • a degree of freedom of rotation of the superposition gear 5 is limited, that is, a relative rotational movement is canceled.
  • the parts 50, 51, 8 of the superposition gear 5 are locked to one another and rotate together about the common axis of rotation A3.
  • the clutch assembly 62 comprises a form-fit coupling with a first coupling part 63, which is firmly connected to the rotatable carrier element 6 of the superimposition gear 5, and a second coupling part 64, which is rotatably connected to the output part 8 or differential cage 54, and a coupling element 65 to the two coupling parts 63, 64 to optionally connect or disconnect from one another.
  • the Koppelele element 65 is designed in the form of a sliding sleeve which is rotatably connected to the second coupling part 64 and axially movable. In the open position of the clutch 62, the members (50, 51, 8) of the superposition gear 5 are freely rotatable against each other, while they are locked together in the closed position of the clutch and rotate together about the axis of rotation A3.
  • the second clutch 67 is in the power path between the output part 8 of the superposition gear 5 and the vehicle axle or its Be tenwellen 94, 94 'arranged.
  • the second clutch 67 which is designed in particular as a form-fitting clutch, is provided to selectively transmit torque between the superposition gear 5 and the drive axle or to decouple the drive axle from the drive train in front of it.
  • the second clutch 67 comprises in particular a first clutch part 68 that is rotationally connected to the intermediate shaft 60, a second clutch part 69 that is rotationally connected to a shaft part 70 of the drive axle, and a coupling element 72.
  • the first and second clutch parts 68, 69 can optionally be connected to one another by means of the coupling element 72 in order to transmit torque to the drive axle, or they can be separated from one another so that the drive axle is decoupled from the power path in front of it.
  • the coupling element 72 is designed in the form of a sliding sleeve, which is connected to the first coupling part 68 in a rotationally resistant and axially movable manner.
  • the first coupling part 68 is formed radially outward on a flange portion 71 of the intermediate shaft 60 from.
  • the shaft part 70 is rotatably mounted in the stationary housing 20 by means of a bearing 66 and is used to transmit torque to the associated side shaft.
  • the first and second clutches 62, 67 can be actuated in the present case by a single actuator arrangement 73, it being understood that an embodiment with separate actuators is also possible.
  • the actuator arrangement 73 which can be seen in particular in FIG. 2, has a shift rod 74 which can be axially moved by an actuator drive 75 from a central position PO into a first axial position P1 and an opposite, second axial position P2.
  • a first shift element 76 for actuating the first clutch 62 and a second shift element 77 for actuating the second clutch 67 are arranged.
  • a spring element 78 is arranged on the shift rod 74 axially between the two shift elements 76, 77, which acts on the two shift elements 76, 77 in opposite directions away from each other.
  • a corresponding stop 79, 79 ' is provided on the switching rod 74, against which the respective switching element 76, 77 can be axially supported.
  • a first housing stop 80 can be provided against which the first switching element 76 can be axially supported when the switching rod 74 is moved in the first direction R1
  • a second housing stop 80 ' against which the second switching element 77 can be supported axially when the switching rod 74 is moved in the opposite second direction R2.
  • the following switching positions can be implemented with the actuator arrangement 73: in the first axial position P1 of the switching rod 74, the first switching element 76 is supported against the first end stop 80, the first clutch 62 being closed by means of the first switching element 76; and the second switching element 77 is removed from the second end stop 80 ‘, the second clutch 67 being opened by means of the second switching element 77.
  • the middle position PO of the shift rod 74 which is shown in Figure 2
  • both shift elements 76, 77 are axially supported or positioned against the respective end stop 80, 80 'so that both clutches 62, 67 are closed.
  • the second shift element 77 In the second axial position P2 of the shift rod 74, the second shift element 77 is supported against the second end stop 80 ‘, the second clutch 67 being closed; and the first switching element 76 is removed from the first end stop 80, the first clutch 62 being opened.
  • the described transmission arrangements 2 or hybrid drive 1 with internal combustion engine 30 and electrical machine 37 advantageously offers in particular the technical properties of a continuously variable transmission (CVT), a parallel drive by means of both drive sources, i.e. internal combustion engine and electrical machine , a reverse drive, a drag start of the internal combustion engine, a load-free switchability, a possibility of charging the battery by means of the internal combustion engine when the vehicle is at a standstill and a starting function of the internal combustion engine by means of the electric machine when the motor vehicle is at a standstill.
  • the gear arrangement thus combines a number of operating modes with a simple and compact structure at the same time.
  • FIG. 1 A switching table for the different switching and operating states is shown in FIG.
  • the clutch 12, designated as S1 in Figure 4 can be transferred to three switching positions T1, TO or T2.
  • first clutch 62 is closed, denoted as C1 in FIG. 4
  • second clutch 67 is closed, denoted as C2 in FIG. 4
  • different drive states can be implemented.
  • T 1 or T2 can, with the electrical machine 30 switched off, drive purely by means of the internal combustion engine 37 in first or second gear (lines “ICE 1” and “ICE 2”).
  • switching position T0 the drive can be driven purely by means of the electric machine (line “EV1”).
  • the electrical machine 30 is switched on, the drive axis can be driven in parallel by means of both machines 30, 37 (lines “PM 1”, “PM 2”, parallel mode).
  • the speed of the electric machine 30 can be set continuously variably, so that there is a total of a continuously variable parallel drive with two gears (lines “eCVT1” and “eCVT2”).
  • Line M1 shows a switching state for a load point shifting in first gear (index 1) or second gear (index 2). Furthermore, when the vehicle is stationary, the second clutch C2 is open and the first clutch C1 is closed and the clutch S1 is in the second shift position T2, it can generate electricity (generator mode) or charge a battery 36 connected to the electrical machine 30 (line “M2 "). Conversely, the internal combustion engine 37 can be started by the electric machine 30 in motor mode with the first clutch C1 engaged and the second clutch C2 disengaged in the shifting position T2 of the shifting clutch 21 (line “M3”).
  • the hybrid drive arrangement 1 can be operated in a serial mode - in conjunction with a further electrical drive axle's rule, the arrangement 1 being electrical with the first clutch 62 closed and the second clutch 67 open and the first and second shift positions T1, T2 of the clutch 12 applied Generate energy, which can then be used to drive the other drive axis by means of an additional electric motor (line “M4”).
  • the power of the electric machine 30 can be set continuously variable depending on the Wennpo position for power transmission by means of the internal combustion engine.
  • FIG. 5 shows a hybrid arrangement 1 according to the invention with a transmission arrangement 2 according to the invention in a further embodiment. In terms of structure and mode of operation, this largely corresponds to the design according to FIGS. 1 to 4, so that reference is made to the above description with regard to the similarities. The same or corresponding details are provided with the same reference numbers as in FIGS. 1 to 4.
  • the second clutch 67 in the present embodiment is arranged in the power path in front of the differential gear 9, between the output part 8 of the superposition gear 5 and the differential cage 54 (instead of behind the differential gear between the side shaft gear and the associated side shaft, as in Figure 1).
  • the ring gear 21 meshes with the first intermediate gear 17 (instead of the second intermediate gear, as in FIG. 1). All other details can be designed analogously to the embodiment according to FIGS. 1 to 4, so that reference is made to the above description for abbreviated form.
  • FIG. 6 shows a drive train arrangement 81 according to the invention with a hybrid drive arrangement 1 according to the invention according to FIG. 5 in a schematic representation, it being understood that a hybrid drive arrangement according to FIGS. 1 to 4 can also be used.
  • the drive train arrangement 81 comprises a first drive train 82 for a first drive axle 83 and a second drive train 84 for a second drive axle 85.
  • the first drive train 82 comprises a first drive unit 86 with an electrical machine 87 and a downstream gear arrangement 88 with which the engine torque is converted into a drive torque or the engine speed is converted into a drive speed.
  • the second drive train 84 comprises the hybrid drive arrangement 1, which can be designed structurally according to FIG. 5 or FIG. 1.
  • a storage arrangement 36 for storing electrical energy is also provided, which is electrically connected both to the first electrical machine 87 and to the electrical machine 30 of the hybrid drive arrangement 1, as well as a control unit 29 for controlling the first drive unit 87 and / or the second drive unit 1 or its machines 30, 37.
  • first drive axle 83 forms the rear axle and the second drive axle 85 forms the front axle of the motor vehicle, a reverse arrangement also being possible.
  • the two drive trains 82, 84 are mechanically separated from one another, that is, no mechanical power transmission is provided between the two drive trains.
  • the first drive unit 87 is used for the sole mechanical drive of the first drive axle 83, while the hybrid drive arrangement 1 is used for the sole mechanical drive of the second drive axle 85.
  • the gear arrangement 88 of the primary drive axle 83 comprises a reduction gear 89 for translating the rotational movement introduced by the electric motor 87 into slow speed, as well as a downstream differential gear 90 drive-connected sideshafts 92, 92 'transmitted.
  • a reduction gear 89 for translating the rotational movement introduced by the electric motor 87 into slow speed, as well as a downstream differential gear 90 drive-connected sideshafts 92, 92 'transmitted.
  • At the ends of the side shafts 92, 92 sich there are constant velocity swivel joints which enable torque to be transmitted to the vehicle wheels 93, 93 ‘with angular movements.
  • the second drive axle 85 is constructed similarly. From the differential gear 9, the torque introduced with the clutch 67 is transmitted to the two sides shaft gears 59, 59 ‘. Corresponding intermediate shafts 60, 61 are rotatably inserted into the shaft teeth of the sideshaft gears for torque transmission. The intermediate shafts 60, 61 are connected via associated side shafts 94, 94 ‘with constant velocity joints for torque transmission to the wheels 95, 95‘ of the second drive axle 85.
  • the drive train arrangement 81 with a primary drive arrangement 86 and secondary hybrid drive arrangement 1 advantageously allows several operating modes.
  • the hybrid drive arrangement 1 can be operated in a parallel mode in which both machines 30, 37 jointly drive the secondary drive axle 85 when the second clutch 67 is closed, optionally in the first or second gear.
  • the drive arrangements 1, 86 can be operated in a serial mode, the hybrid drive arrangement 1 generating electrical energy when the clutch 67 is open, which is then used to drive the primary drive axle 83 by means of the primary electric motor 87.
  • Differential gear 59 ‘output part / side shaft gear, 61 intermediate shaft, first clutch, first clutch part, second clutch part

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung für einen Hybridantrieb, umfassend: ein Stufengetriebe (3), das mit einer Brennkraftmaschine (37) verbindbar ist und eine Schaltkupplung (12) aufweist, um eine eingeleitete Drehbewegung wahlweise über eine erste oder eine zweite Schaltstufe zu übertragen; ein Untersetzungsgetriebe (4), das mit der elektrischen Maschine (30) verbindbar ist und eine eingeleitete Drehbewegung auf ein Übersetzungsgetriebe-Ausgangsteil (52) ins Langsame übersetzt; ein Überlagerungsgetriebe (5) mit einem ersten Eingangsteil (50), das mit dem Stufengetriebe-Ausgangsteil (31) antriebsverbunden ist, einem zweiten Eingangsteil (51), das mit dem Überlagerungsgetriebe-Ausgangsteil (52) antriebsverbunden ist, und mit einem Ausgangsteil (8); ein Differentialgetriebe (9), das mit dem Ausgangsteil (8) des Überlagerungsgetriebes (5) antriebsverbunden ist und das zwei Differential-Ausgangsteile (59, 59') zum Antreiben zweier Seitenwellen aufweist; eine steuerbare erste Kupplung (62), die zwei Teile des Überlagerungsgetriebes (5) blockieren kann; und eine steuerbare zweite Kupplung (67) zum Abkoppeln des Differentialgetriebes (9).

Description

Getriebeanordnung für Hybridantrieb und Verfahren zum Steuern eines Hybridantriebs
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung für einen Hybridantrieb mit einer Brenn kraftmaschine und einer elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug, ferner einen Hyb- ridantrieb mit einer solchen Getriebeanordnung sowie ein Verfahren zum Steuern ei nes Hybridantriebs.
Aus der WO 2016/120066 A1 ist ein Verfahren und zum Steuern eines verstellbaren Getriebes für den Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs bekannt. Der Hybrid-Antriebs- sträng umfasst einen Verbrennungsmotor, eine elektrische Maschine und eine Ge schwindigkeitsänderungsvorrichtung mit einem Planetengetriebe. Das Planetenge triebe umfasst ein Sonnenrad und ein Hohlrad, die jeweils über eine steuerbare Kupp lung mit der Motorwelle des Verbrennungsmotors koppelbar sind. Der Planetenträger des ersten Planetengetriebes ist mit dem Hohlrad eines auf einer parallelen Achse angeordneten zweiten Planetengetriebes antriebsverbunden. Das zweite Planetenge triebe umfasst ein zweites Sonnenrad, zweite Planetenräder und einen zweiten Plane tenträger, der mit einem Differentialgetriebe einer Fahrzeugachse antriebsverbunden ist. Die elektrische Maschine ist mit dem zweiten Sonnenrad antriebsverbunden. Es ist eine Kupplung vorgesehen, mit der das zweite Sonnenrad und das zweite Hohlrad miteinander verblockt werden können, um die Fahrzeugachse wahlweise allein mittels der elektrischen Maschine oder zusammen mit dem Verbrennungsmotor anzutreiben.
Aus der WO 2018/014983 A1 ist eine Getriebeanordnung für ein Hybridfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine und einer elektrischen Maschine bekannt, wobei über die Getriebeanordnung ein erstes Antriebsdrehmoment der Verbrennungskraft maschine und ein zweites Antriebsdrehmoment der elektrischen Maschine auf zumin dest eine Antriebswelle des Hybridfahrzeugs übertragbar ist. Die Getriebeanordnung weist ein erstes Planetengetriebe mit einem ersten Sonnenrad, ersten Hohlrad, ersten Planetenträger und ersten Planetenrädern auf. Das erste Hohlrad ist mit dem Verbren nungsmotor antriebsverbunden, das erste Sonnenrad ist mit der elektrischen Ma schine antriebsverbunden, und der erste Planetenträger ist mit einem zweiten Plane tenträger eines im Leistungspfad nachgelagerten zweiten Planetengetriebes antriebs verbunden. Das zweite Planetengetriebe hat zwei Sonnenräder, die mit auf dem zwei ten Planetenträger angeordneten Planetenrädern kämmen, von denen das eine Son nenrad über eine Kupplung an einem ortsfesten Bauteil abstützbar ist, und das andere Sonnenrad mit einem nachgelagerten Differentialgetriebe antriebsverbunden ist.
Aus der WO 2012/007031 A1 ist ein Elektroantrieb für ein Kraftfahrzeug mit einem Elektromotor und einer Getriebeeinheit bekannt. Die Getriebeeinheit weist ein Plane tengetriebe und ein Differentialgetriebe auf, die koaxial zueinander angeordnet sind. Es ist eine Schaltkupplung vorgesehen, die in drei Schaltpositionen überführt werden kann, und zwar zwei unterschiedliche Schaltstufen sowie eine Leerlaufstellung.
Brennkraftmaschinen und elektrische Maschinen haben unterschiedliche Drehzahlbe reiche und unterschiedliche Effizienzbereiche. Dabei müssen die Antriebsanordnun gen imstande sein, bei unterschiedlichsten Fahrbedingungen - beispielsweise einer Radschlupf-Situation mit unterschiedlichen Haftverhältnissen an den Rädern bis hin zu Fahrzeughöchstgeschwindigkeit - einen passenden Betriebsmodus bereitzustel len. Aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften besteht bei Hybrid-Fahrzeugen, die eine Brennkraftmaschine und eine elektrische Maschine zum gemeinsamen Antrieb einer Antriebsachse aufweisen, das Problem, dass die Antriebsanordnungen nicht für alle Fahrzustände einen effizienten Betriebsmodus ermöglichen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Getriebeanordnung für einen Hybridantrieb mit einer Brennkraftmaschine und einer elektrischen Maschine vorzuschlagen, die mehrere Betriebsmodi für einen möglichst effizienten Betrieb des Kraftfahrzeugs ermöglicht. Ferner soll eine Hybridantriebsanordnung mit einer solchen Getriebeanordnung sowie ein Verfahren zur Steuerung einer Hybridantriebsanord nung vorgeschlagen werden.
Als eine Lösung wird eine Getriebeanordnung für einen Hybridantrieb mit einer Brenn kraftmaschine und einer elektrische Maschine vorgeschlagen, umfassend: ein Stufen getriebe mit einem Stufengetriebe-Eingangsteil, das mit der Brennkraftmaschine ver bindbar ist, und mit einer Schaltkupplung, die ausgestaltet ist, um das Stufengetriebe- Eingangsteil und ein Stufengetriebe-Ausgangsteil wahlweise über eine erste Schalt stufe mit einem ersten Übersetzungsverhältnis oder über eine zweite Schaltstufe mit einem zweiten Übersetzungsverhältnis zu verbinden, oder voneinander zu trennen; ein Untersetzungsgetriebe, das ein mit der elektrischen Maschine verbindbares Überset zungsgetriebe-Eingangsteil aufweist und ausgestaltet ist, um eine in das Überset zungsgetriebe-Eingangsteil eingeleitete Drehbewegung auf ein Übersetzungsge- triebe-Ausgangsteil ins Langsame zu übersetzen; ein Überlagerungsgetriebe mit ei nem ersten Eingangsteil, das mit dem Stufengetriebe-Ausgangsteil antriebsverbunden ist, einem zweiten Eingangsteil, das mit dem Überlagerungsgetriebe-Ausgangsteil an triebsverbunden ist, und einem Ausgangsteil, wobei das erste Eingangsteil, das zweite Eingangsteil und das Ausgangsteil untereinander eine ausgleichende Wirkung haben; eine Differentialgetriebeeinheit mit einem Differentialkorb, der mit dem Ausgangsteil des Überlagerungsgetriebes antriebsverbunden und koaxial zu diesem angeordnet ist, sowie einem ersten Differential-Ausgangsteil zum Antreiben einer ersten Antriebswelle und einem zweiten Differential-Ausgangsteil zum Antreiben einer zweiten Antriebs welle; eine steuerbare erste Kupplung, die zwischen zwei Teilen von dem ersten Ein gangsteil, dem zweiten Eingangsteil und dem Ausgangsteil des Überlagerungsgetrie bes wirksam angeordnet ist; und eine steuerbare zweite Kupplung, die im Leistungs pfad zwischen dem Ausgangsteil des Überlagerungsgetriebes und einer von der ers ten Antriebswelle und der zweiten Antriebswelle angeordnet ist.
Ein Vorteil der Getriebeanordnung ist, dass diese mehrere Betriebsmodi für einen möglichst effizienten Betrieb des Kraftfahrzeugs ermöglicht. Insbesondere können die in das Überlagerungsgetriebe von der Brennkraftmaschine und der elektrischen Ma schine eingeleiteten Leistungen aufsummiert werden, um gemeinsam das Differential getriebe beziehungsweise die zugehörige Antriebsachse anzutreiben. Dabei ist mittels der elektrischen Maschine in vorteilhafter Weise auch eine stufenlose Leistungsüber tragung in einem begrenzten Regelbereich möglich, so dass die Getriebeanordnung insgesamt als stufenloses Getriebe (CVT, continuously varible transmisstion) ver wendbar ist. Weiter ist es möglich, dass nur eine der beiden Antriebsquellen Leistung abgibt. Ein weiterer Vorteil ist, dass bei Bedarf durch das Abkoppeln der vom Differen tial angetriebenen Antriebswellen und Nutzung des Überlagerungsgetriebes als Durchtrieb eine direkte antriebsmäßige Verbindung zwischen der Brennkraftmaschine und der elektrischen Maschine hergestellt werden. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise, dass der Verbrennungsmotor die elektrische Maschine antreiben kann, so dass letztere - insbesondere wenn die Batterie leer ist - im Generatorbetrieb mechanische Energie in elektrische Energie umwandeln und die Batterie wieder aufladen kann. Ein umgekehrter Betriebsmodus ermöglicht, dass die elektrische Maschine als Anlasser betrieben werden kann, um die Brennkraftmaschine anzutreiben. Um diese Funktionen zu erreichen, sind mehrere Ausführungen möglich, welche sich durch die Anordnung der zweiten Kupplung voneinander unterscheiden. Nach einer ersten Ausführung kann die zweite Kupplung im Leistungspfad zwischen dem Diffe rentialkorb und einer der Ausgangswellen beziehungsweise Seitenwellen angeordnet sein. Gemäß einer zweiten Ausführung kann die zweite Kupplung im Leistungspfad zwischen dem Ausgangsteil des Überlagerungsgetriebes und dem Differentialkorb an geordnet sein. Für beide Ausführungen gilt, dass die genannten Betriebsmodi zur Leis tungsübertragung zwischen Verbrennungsmotor und Elektromotor, um den Verbren nungsmotor zu starten beziehungsweise elektrische Energie zu erzeugen, durch Öff nen der zweiten Kupplung und Schließen der ersten Kupplung bewerkstelligt werden. Nach einer dritten Ausführung kann die zweite Kupplung auch zwischen dem Differen tialkorb und einem ortsfesten Gehäuse angeordnet sein. In diesem Fall werden die genannten Betriebsmodi zur Leistungsübertragung zwischen Verbrennungsmotor und Elektromotor, um den Verbrennungsmotor zu starten beziehungsweise elektrische Energie zu erzeugen, durch Schließen der zweiten Kupplung und Öffnen der ersten Kupplung erreicht. Hierdurch wird ein Freiheitsgrad des Überlagerungsgetriebes fi xiert, das heißt ein in das Überlagerungsgetriebe von der Brennkraftmaschine über das erste Getriebe beziehungsweise von der elektrischen Maschine über das zweite Getriebe in das Überlagerungsgetriebe eingeleitetes Drehmoment wird am drehfest gehaltenen Differentialkorb abgestützt und auf die jeweils andere Maschine übertra gen.
Einzelne Elemente der Getriebeanordnung sind jeweils mit anderen Elementen zur Übertragung von Drehmoment antriebsverbunden. Dabei soll mit der Formulierung drehend antreibbar oder antriebsverbunden jeweils die Möglichkeit mit umfasst sein, dass zwischen einem antreibenden Element und dem hiervon drehend angetriebenen Element noch ein oder mehrere weitere Elemente im Leistungspfad zwischengeschal tet sein können.
Die erste Getriebeeinheit ist als Stufengetriebe gestaltet, das auch als Mehrgangge triebe bezeichnet werden kann. Das Stufengetriebe überträgt eine vom Verbrennungs motor eingeleitete Drehbewegung mit verschiedenen Übersetzungen ins Langsame auf das Überlagerungsgetriebe. Dabei kann ein Gesamtübersetzungsverhältnis für den ersten Gang beispielsweise zwischen 2,25 und 6,25 und für den zweiten Gang zwischen 1 ,5 und 4 liegen. Für die Mehrgangfunktion ist eine Schaltkupplung vorge sehen, die das Stufengetriebe wahlweise in eine erste Schaltstellung überführen kann, in der Drehmoment von dem Getriebeeingangsteil auf das Getriebeausgangsteil mit einem ersten Übersetzungsverhältnis übertragen wird, und in eine zweite Schaltstel lung, in der Drehmoment vom Eingangsteil auf das Ausgangsteil mit einem zweiten Übersetzungsverhältnis übertragen wird. In einer möglichen dritten Schaltstellung ist die Drehmomentübertragung unterbrochen.
In weiterer Konkretisierung kann das Stufengetriebe eine Eingangswelle mit einem ersten Antriebsrad und einem zweiten Antriebsrad aufweisen, die auf der Eingangs welle drehbar gelagert sind, wobei die steuerbare Schaltkupplung wahlweise das erste Antriebsrad oder das zweite Antriebsrad mit der Eingangswelle verbinden oder von dieser trennen kann; und eine zur Eingangswelle parallele Zwischenwelle mit einem ersten Zwischenrad, das mit dem ersten Antriebsrad in Eingriff ist, und einem zweiten Zwischenrad, das mit dem zweiten Antriebsrad in Eingriff ist.
Die Schaltkupplung kann beispielsweise folgende Komponenten aufweisen: ein Ein gangsteil, das mit der Eingangswelle drehfest verbunden ist, ein erstes Ausgangsteil, das mit dem ersten Antriebsrad drehtest verbunden ist, ein zweites Ausgangsteil, das mit dem zweiten Antriebsrad drehtest verbunden ist, und ein Koppelelement, welches das Eingangsteil optional mit dem ersten Ausgangsteil oder dem zweiten Ausgangsteil zur Übertragung eines Drehmoments koppeln oder entkoppeln kann. Das Koppelele ment kann in Form einer Schiebemuffe gestaltet sein, die auf dem Eingangsteil dreh test gehalten und gegenüber diesem mittels eines Aktuators axial verschiebbar ist. Die Schiebemuffe kann in einer Neutralposition (T0) gegenüber dem ersten und zweiten Ausgangsteil frei drehbar sein, in der ersten Schaltposition (T1 ) mit dem ersten Aus gangsteil und in der zweiten Schaltposition (T2) mit dem zweiten Ausgangsteil drehtest verbunden sein.
Zur Leistungsübertragung auf das Überlagerungsgetriebe kann eines der beiden Zwi schenräder der ersten Getriebestufe mit dem ersten Eingangsteil des Überlagerungs getriebes antriebsverbunden sein. Hierfür kann das Überlagerungsgetriebe-Eingangs teil ein Ringrad aufweisen beziehungsweise hiermit verbunden sein, mit dem das an treibende erste oder zweite Zwischenrad in Verzahnungseingriff ist.
Nach einer möglichen Ausführungsform können das erste Eingangsteil des Überlage rungsgetriebes und der Differentialkorb koaxial zueinander angeordnet und um eine Drehachse relativ zueinander drehbar gelagert sein. Dabei kann das erste Eingangsteil des Überlagerungsgetriebes insbesondere auf dem Differentialkorb drehbar gelagert sein. Der Differentialkorb kann zumindest teilweise radial innerhalb eines mit dem Ein gangsteil des Überlagerungsgetriebes verbundenen Gehäuseteils angeordnet sein.
Das Überlagerungsgetriebe kann als Planetengetriebe mit den Gliedern Hohlrad, Son nenrad, Planetenräder und Planetenträger gestaltet sein. Dabei kann das erste Ein gangsteil beispielsweise mit dem Hohlrad fest verbunden beziehungsweise als solches gestaltet sein, und das zweite Eingangsteil beispielsweise mit dem Sonnenrad des Planetengetriebes fest verbunden beziehungsweise als solches gestaltet sein, wobei auch eine umgekehrte Zuordnung möglich ist. Das zweite Eingangsteil des Überlage rungsgetriebes kann nach einer Ausführungsform eine Hohlwelle umfassen, die mit einem zweiten Ausgangsteil der zweiten Getriebeeinheit drehfest verbunden sein kann. Die Hohlwelle kann koaxial zum Differentialkorb beziehungsweise einem Hülse nansatz des Differentialkorbs drehbar angeordnet sein. Eine mit einem der Differential- Ausgangsteile verbundene Zwischenwelle kann sich somit durch die Hohlwelle bezie hungsweise den Hülsenansatz hindurch erstrecken.
Die zweite Getriebeeinheit kann beispielsweise als Stirnradgetriebe oder Zugmittelge triebe gestaltet sein, beziehungsweise ein solches umfassen, wobei zwischen der von der elektrischen Maschine antreibbaren zweiten Getriebeeingangswelle und dem mit dem Überlagerungsgetriebe verbundenen zweiten Getriebeausgangsteil ein oder mehrere Stirnradstufen beziehungsweise ein Zugmittel zur Leistungsübertragung vom Schnellen ins Langsame vorgesehen sein können.
Eine von der ersten und/oder zweiten Getriebeeinheit in das Überlagerungsgetriebe eingeleitete Drehbewegung kann auf das im Leistungspfad nachgelagerte Differential getriebe übertragen werden. Hierfür ist insbesondere vorgesehen, dass das Aus gangsteil des Überlagerungsgetriebes fest mit dem Differentialkorb antriebsverbunden ist, so dass sie gemeinsam um eine Drehachse rotieren. Insbesondere können das Überlagerungsgetriebe-Ausgangsteil und der Differentialkorb einteilig gestaltet sein, ohne hierauf eingeschränkt zu sein. Die zweite Getriebeeinheit ist vorzugsweise mit festem Übersetzungsverhältnis gestaltet, wobei prinzipiell auch eine Ausführung als Mehrganggetriebe möglich ist.
Zum Aufheben eines Freiheitsgrades des Überlagerungsgetriebes ist die erste Kupp lung vorgesehen, die als Formschlusskupplung gestaltet sein kann. In Konkretisierung kann die erste Kupplung ein erstes Kupplungsteil aufweisen, das drehfest mit dem ersten Eingangsteil des Überlagerungsgetriebes verbunden ist, und ein zweites Kupp lungsteil, das drehfest mit dem Ausgangsteil des Überlagerungsgetriebes verbunden ist, wobei das erste Kupplungsteil und das zweite Kupplungsteil miteinander zur Über tragung von Drehmoment verbindbar oder voneinander trennbar sind. In geschlosse nem Zustand der ersten Kupplung sind die Räder des Überlagerungsgetriebes blockiert und drehen gemeinsam mit dem Differentialkorb um die Drehachse. In geöff netem Zustand der ersten Kupplung sind die Räder des Überlagerungsgetriebes relativ zueinander drehbar und haben untereinander eine ausgleichende Wirkung. Die zweite Kupplung, die insbesondere als Formschlusskupplung gestaltet sein kann, ist im Leistungspfad zwischen dem Ausgangsteil des Überlagerungsgetriebes und der Fahrzeugachse beziehungsweise dessen Seitenwellen angeordnet. Die zweite Kupp- lung ist ausgestaltet, um wahlweise Drehmoment zwischen dem Überlagerungsge triebe und der Antriebsachse zu übertragen oder die Antriebsachse von dem davor liegenden Antriebsstrang abzukoppeln. Nach einer möglichen Ausführungsform kann die zweite Kupplung ein erstes Kupplungsteil aufweisen, das drehfest mit einem Aus gangsteil des Differentialgetriebes verbunden ist, und ein zweites Kupplungsteil, das mit einer Zwischenwelle der Antriebsachse drehfest verbunden ist. Das erste und zweite Kupplungsteil sind wahlweise miteinander verbindbar, um Drehmoment auf die Antriebsachse zu übertragen, oder voneinander trennbar, so dass die Antriebsachse abgekoppelt ist. Eine solche Ausführung mit zwischen dem Differentialausgangsteil und Seitenwelle angeordneter Kupplung kann auch als Seitenwellenabschaltung be- zeichnet werden. Wie oben bereits beschrieben, kann die zweite Kupplung auch an anderer Stelle im Leistungspfad angeordnet sein.
Nach einer möglichen Ausführungsform kann die erste Kupplung und/oder zweite Kupplung eine Schaltmuffe aufweisen, um das jeweilige erste Kupplungsteil und das zweite Kupplungsteil miteinander zu verbinden oder voneinander zu trennen. Die Schaltmuffe kann von einem Schaltelement eines Aktuators axial bewegt werden.
Die erste und die zweite Kupplung können von einer einzigen Aktuatoranordnung be tätigt werden, ohne hierauf eingeschränkt zu sein. Die Aktuatoranordnung kann eine Schaltstange aufweisen, die von einem Aktuatorantrieb ausgehend von einer mittleren Stellung in eine erste Axialstellung und eine entgegengesetzte zweite Axialstellung axial bewegbar ist. Auf der Schaltstange können ein erstes Schaltelement zum Betä tigen der ersten Kupplung und ein zweites Schaltelement zum Betätigen der zweiten Kupplung angeordnet sein. Eine mögliche Zuordnung der Schaltzustände kann wie folgt sein: in der mittleren Stellung der Schaltstange ist die erste Kupplung mittels des ersten Schaltelements geschlossen und die zweite Kupplung mittels des zweiten Schaltelements geschlossen; in der ersten Axialstellung der Schaltstange ist die erste Kupplung mittels des ersten Schaltelements geschlossen und die zweite Kupplung mittels des zweiten Schaltelements geöffnet; und in der zweiten Axialstellung der Schaltstange ist die erste Kupplung mittels des ersten Schaltelements geöffnet und die zweite Kupplung mittels des zweiten Schaltelements geschlossen. In weiterer Konkre tisierung kann die Aktuatoranordnung ein Federelement aufweisen, welches das erste Schaltelement gegen einen ersten Stangenanschlag und das zweite Schaltelement gegen einen zweiten Stangenanschlag in entgegengesetzte axiale Richtungen beauf schlagt. Ferner kann ein erster ortsfester Endanschlag vorgesehen sein, gegen den sich das erste Schaltelement axial abstützen kann, wenn die Schaltstange in eine vom Federelement auf das erste Schaltelement wirkende Kraftrichtung bewegt wird, und ein zweiter Endanschlag, gegen den sich das zweite Schaltelement axial abstützen kann, wenn die Schaltstange in eine vom Federelement auf das zweite Schaltelement wirkende Kraftrichtung bewegt wird. In der ersten Axialstellung der Schaltstange ist das erste Schaltelement gegen den ersten Endanschlag abgestützt, so dass die erste Kupplung geschlossen ist, und das zweite Schaltelement ist von dem zweiten Endan- schlag entfernt, so dass die zweite Kupplung geöffnet ist. In der Mittelposition der Schaltstange sind beide Schaltelemente gegen den jeweiligen Endanschlag axial ab gestützt beziehungsweise positioniert, so dass beide Kupplungen geschlossen sind. In der zweiten Axialstellung der Schaltstange ist das zweite Schaltelement gegen den zweiten Endanschlag abgestützt, so dass die zweite Kupplung geschlossen ist, und das erste Schaltelement ist von dem ersten Endanschlag entfernt, so dass die erste Kupplung geöffnet ist. Das Federelement kann auf der Schaltstange zwischen dem ersten Schaltelement und dem zweiten Schaltelement angeordnet sein und diese axial voneinander weg beaufschlagen. Das Federelement kann insbesondere in Form einer Schraubenfeder gestaltet sein.
Die oben genannte Aufgabe wird weiter gelöst durch eine Flybridantriebsanordnung umfassend: eine Brennkraftmaschine; eine elektrische Maschine; eine Getriebeanord nung nach zumindest einer der oben genannten Ausführungsformen, wobei das Ein gangsteil der ersten Getriebeeinheit mit der Brennkraftmaschine antriebsverbunden ist, und das Eingangsteil der zweiten Getriebeeinheit mit der elektrischen Maschine antriebsverbunden ist; eine Speicheranordnung zum Speichern von elektrischer Ener gie; und eine Steuereinheit zum Steuern der elektrischen Maschine und der ersten und zweiten Kupplung. Eine solche Hybridantriebsanordnung kann als alleiniger Antrieb für ein Kraftfahrzeug zum Antreiben einer vorderen oder hinteren Antriebsachse verwen det werden. Alternativ kann die Hybridantriebsanordnung auch als einer von mehreren Antrieben für ein mehrachsgetriebenes Kraftfahrzeug verwendet werden. Als weitere Lösung der oben genannten Aufgabe wird eine Antriebsstranganordnung für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, umfassend: eine primäre Antriebsachse, die von einer primären elektrischen Maschine drehend antreibbar ist; eine sekundäre An triebsachse mit einer Hybridantriebsanordnung, die nach einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen gestaltet ist, wobei die primäre Antriebsachse und die sekundäre Antriebsachse mechanisch voneinander getrennt sind; eine Speicherano rdnung zum Speichern von elektrischer Energie, wobei die Speicheranordnung mit der primären elektrischen Maschine und mit der elektrischen Maschine der Hybridan triebsanordnung elektrisch verbunden ist; und eine Steuereinheit (ECU) zum Steuern der primären elektrischen Maschine und der Hybridantriebsanordnung.
Die Antriebsstranganordnung weist entsprechend dieselben Vorteile auf, wie die Hyb ridantriebsanordnung beziehungsweise Getriebeanordnung, so dass abkürzend auf obige Beschreibung verwiesen wird. Alle im Zusammenhang mit der Getriebeanord nung beziehungsweise Hybridantriebsanordnung beschriebenen Merkmale können in der Antriebsstranganordnung verwirklicht werden. Die elektrische Maschine wandelt Energie um und kann als Motor oder Generator arbeiten. Im Motorbetrieb wandelt die elektrische Maschine elektrische Energie in mechanische Energie um, so dass die An triebsachse des Kraftfahrzeugs beziehungsweise die Brennkraftmaschine angetrieben werden kann. Im Generatorbetrieb wandelt die elektrische Maschine mechanische Energie in elektrische Energie um, welche dann in der Batterie gespeichert werden kann. Insgesamt wird eine Hybridantriebsanordnung bereitgestellt, die diverse Be triebsmodi, insbesondere mit stufenloser Übersetzung ermöglicht.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Steuern einer genannten Hybridanordnung kann folgende Schritte umfassen: Schließen der ersten Kupplung und Öffnen der zweiten Kupplung; Betreiben der elektrischen Maschine im Generatormodus, wobei die Brennkraftmaschine die elektrische Maschine bei geöffneter zweiter Kupplung an treibt, so dass die elektrische Maschine die von der Brennkraftmaschine eingeleitete mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt; und Speichern der elektri schen Energie in der Speicheranordnung beziehungsweise Zuführen an einen ande ren Verbraucher ("serieller Modus")
In diesem Betriebsmodus kann die Batterie mittels der Brennkraftmaschine aufgeladen werden, weswegen dieser Modus auch als Lademodus („Charge mode“) bezeichnet werden kann. Das Laden der Batterie kann bei stillstehendem Fahrzeug erfolgen. Durch die zusätzliche elektrische Energie wird folglich eine Reichweitenverlängerung („ränge extender“) für eine rein elektrische Fahrt erreicht. Hierfür kann die elektrische Energie zu einem späteren Zeitpunkt für eine emissionsfreie Fahrt mittels eines pri mären Elektroantriebs bei abgeschalteter Brennkraftmaschine verwendet werden („elektrischer Modus“) beziehungsweise für eine kurzfristige Leistungserhöhung mit tels des Hybridantriebs („boost“). Der Hauptantrieb kann durch einen leistungsstarken Elektroantrieb gebildet werden, der die primäre Antriebsachse antreibt. In diesem Fall können beide elektrische Maschinen nach Bedarf auf die elektrische Speicheranord nung zugreifen. Nach einem alternativen Betriebsmodus, der bei geschlossener erster Kupplung und geöffneter zweiter Kupplung durchgeführt werden kann, kann die elekt rische Maschine im Motormodus die Brennkraftmaschine kurzzeitig antreiben, um diese aus dem Stillstand zu starten („ICE Start“).
Nach einer weiteren Verfahrensführung der Hybridanordnung können die erste und zweite Kupplung geschlossen werden, und die elektrische Maschine kann im Motor modus betrieben werden, um elektrische Energie aus der Speicheranordnung in me chanische Energie umzuwandeln, so dass die elektrische Maschine und die Brenn kraftmaschine gemeinsam das Überlagerungsgetriebe beziehungsweise die hiermit antriebsverbundene Antriebsachse antreiben ("paralleler Modus").
Bei einer Ausführungsform mit Mehrganggetriebe sind insbesondere folgende Verfah rensführungen möglich: in der ersten Schaltposition des Stufengetriebes wird Drehmo ment von der Brennkraftmaschine mit einem ersten Übersetzungsverhältnis auf die Antriebsachse übertragen (erster Gang). In der zweiten Schaltposition überträgt das Stufengetriebe entsprechend Drehmoment mit einem zweiten Übersetzungsverhältnis auf die Antriebsachse (zweiter Gang). Die elektrische Maschine kann in beiden Gän gen variabel gesteuert werden, so dass die beiden Antriebsquellen gemeinsam über lagert die Antriebsachse antreiben. Mittels der Kopplung von elektrischer Maschine und Brennkraftmaschine ist eine Lastpunktverschiebung der Brennkraftmaschine in Bereiche mit höherem Wirkungsgrad möglich („load point shifting“). Es ist auch mög lich, dass die elektrische Maschine oder die Brennkraftmaschine alleine das Überla gerungsgetriebe beziehungsweise die Antriebsachse antreibt. Zum alleinigen Antrieb mittels der elektrischen Maschine werden die erste und die zweite Kupplung geschlos sen und die Schaltkupplung geöffnet, und die elektrische Maschine im Motormodus betrieben.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nachstehend anhand der Zeichnungsfigu ren erläutert. Hierin zeigt:
Figur 1 eine erfindungsgemäße Getriebeanordnung beziehungsweise Hybridan ordnung für eine Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs im Längsschnitt,
Figur 2 die Getriebeanordnung aus Figur 1 in perspektivischer Darstellung mit weg geschnittenem Gehäuse,
Figur 3 eine Einzelheit der Getriebeanordnung aus Figur 1 in vergrößerter Darstel lung,
Figur 4 eine Übersicht von möglichen Betriebsmodi der Hybridantriebsanordnung aus Figur 1 ,
Figur 5 eine Hybridantriebsanordnung in einer leicht abgewandelten Ausführungs form in schematischer Darstellung,
Figur 6 eine Antriebsstranganordnung eines Kraftfahrzeugs mit einer Hybridan triebsanordnung nach Figur 5 schematisch.
Die Figuren 1 bis 4, welche nachstehend gemeinsam beschrieben werden, zeigen eine erfindungsgemäße Getriebeanordnung 2 beziehungsweise Hybridantriebsanordnung 1 zum Antreiben einer Fahrzeugachse. Die Hybridantriebsanordnung 1 umfasst eine Brennkraftmaschine 37, eine elektrische Maschine 30 und die Getriebeanordnung 2.
Die Getriebeanordnung 2 ist ausgestaltet, um ein erstes Antriebsmoment von der Brennkraftmaschine 37 und/oder ein zweites Antriebsmoment von der elektrischen Maschine 30 auf eine Antriebsachse des Fahrzeugs zu übertragen. Hierfür weist die Getriebeanordnung 2 eine der Brennkraftmaschine zugeordnete erste Getriebeeinheit 3, eine der elektrischen Maschine zugeordnete zweite Getriebeeinheit 4, ein Überla gerungsgetriebe 5 mit einem ersten Eingangsteil 50, das mit der ersten Getriebeeinheit 3 verbunden ist, einem zweiten Eingangsteil 51 , das mit der zweiten Getriebeeinheit 4 verbunden ist, und einem Ausgangsteil 8, das mit einem im Leistungspfad nachgela gerten Differentialgetriebe 9 verbunden ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein erstes Antriebsteil 10 der ersten Getriebeeinheit 3 auf einer ersten Drehachse A1 angeordnet, ein zweites Antriebsteil 20 der zweiten Getriebeeinheit 4 auf einer zweiten Drehachse A2 angeordnet, und das Überlagerungsgetriebe 5 auf einer dritten Dreh achse A3. Die Drehachsen A1 , A2, A3 verlaufen parallel zueinander, wobei auch an dere Konstruktionen beziehungsweise Anordnungen möglich sind. Es ist eine steuer bare erste Kupplung 62 vorgesehen, um zwei der drei Glieder (50, 51 , 8) des Überla gerungsgetriebes 5 wahlweise miteinander zu koppeln oder voneinander zu trennen. Eine steuerbare zweite Kupplung 67 ist im Leistungspfad zwischen dem Ausgangsteil 8 des Überlagerungsgetriebes 5 und zumindest einer der Seitenwellen der Fahrzeug achse angeordnet.
Die erste Getriebeeinheit 3 ist bei der vorliegenden Ausführungsform als Stufenge triebe gestaltet, ohne darauf eingeschränkt zu sein. Das Stufengetriebe 3 ermöglicht eine Leistungsübertragung vom Verbrennungsmotor auf das Überlagerungsgetriebe mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen beziehungsweise eine Unterbre chung der Leistungsübertragung. Zum Schalten ist eine steuerbare Schaltkupplung 12 vorgesehen, die auch als Schalteinheit bezeichnet werden kann.
Insbesondere umfasst das Stufengetriebe 3 ein erstes Antriebsrad 14 und ein zweites Antriebsrad 15, die auf der Eingangswelle 10 drehbar gelagert sind, sowie eine zur Eingangswelle 10 parallele Zwischenwelle 16 mit einem ersten Zwischenrad 17, das mit dem ersten Antriebsrad 14 in Eingriff ist, und einem zweiten Zwischenrad 18, das mit dem zweiten Antriebsrad 15 in Eingriff ist. Die Schaltkupplung 12 ist axial zwischen dem ersten und zweiten Antriebrad 14, 15 angeordnet ist und ausgestaltet ist, um wahlweise das erste Antriebsrad 14 oder das zweite Antriebsrad 15 mit der Eingangs welle 10 zu verbinden oder von dieser zu trennen. Die Eingangswelle 10 kann insbe sondere koaxial zur Ausgangswelle der Brennkraftmaschine angeordnet und mit die ser permanent drehstarr verbunden sein. Die Eingangswelle 10 ist mittels Lagermitteln 13, 13‘ in einem ortsfesten Gehäuse 20 um die erste Drehachse A1 drehbar gelagert. Die Eingangswelle 10 kann mit einer Längsbohrung und mehreren Querbohrungen zur Schmiermittelversorgung der Lagerabschnitte für das erste Antriebsrad 14 und das zweite Antriebrad 15 versehen sein. Axial zwischen dem ersten Antriebsrad 14 und zweiten Antriebsrad 15 ist ein Eingangsteil 11 vorgesehen, das drehfest und axial fest mit der Eingangswelle 10 verbunden ist.
Die Schaltkupplung 12 ist von einem Aktuator 22 steuerbar. Je nach Schaltstellung (T0, T1 , T2) der Kupplung 12 lassen sich mehrere Schaltstufen realisieren. Eine erste Schaltstufe ist durch das erste Räderpaar, das heißt erstes Antriebsrad 14 und erstes Zwischenrad 17, gebildet, so dass Drehmoment von der Eingangswelle 10 auf das erste Eingangsteil 50 des Überlagerungsgetriebes 5 mit einem ersten Übersetzungs verhältnis i1 übertragen wird (erster Gang). Eine zweite Schaltstufe ist durch das zweite Räderpaar, das heißt zweites Antriebsrad 15 und zweites Zwischenrad 18, ge bildet, mit der Drehmoment mit einem zweiten Übersetzungsverhältnis i2 auf das Über lagerungsgetriebe 5 übertragbar ist (zweiter Gang). In einer neutralen Position (T0) sind beide Antriebsräder 14, 15 von dem Eingangsteil 11 beziehungsweise der Ein gangswelle 10 abgekoppelt.
Die Schaltkupplung 12 umfasst neben dem Eingangsteil 11 insbesondere ein erstes Ausgangsteil 24, das mit dem ersten Antriebsrad 14 drehfest verbunden ist, ein zwei tes Ausgangsteil 25, das mit dem zweiten Antriebsrad 15 drehfest verbunden ist, und ein Koppelelement 23, welches das Eingangsteil 11 optional mit dem ersten Aus gangsteil 14 oder dem zweiten Ausgangsteil 15 zur Übertragung eines Drehmoments koppeln kann. Das Koppelelement 23 ist hier in Form einer Schiebemuffe gestaltet, die auf dem Eingangsteil 11 drehtest gehalten und gegenüber diesem mittels des Aktua tors 22 axial verschiebbar ist. Die Schiebemuffe ist in einer Neutralposition (TO) ge genüber dem ersten und zweiten Ausgangsteil 24, 25 frei drehbar, in der ersten Schalt position (T1 ) mit dem ersten Ausgangsteil 24 und in der zweiten Schaltposition (T2) mit dem zweiten Ausgangsteil 25 drehfest verbunden.
Die Betätigung der Schiebemuffe erfolgt über den Aktuator 22, der insbesondere einen elektromotorischen Drehantrieb 26 und eine Wandlereinheit 27 umfassen kann, wel che eine Drehbewegung in eine Linearbewegung umwandelt. Die Wandlereinheit 27 weist vorliegend einen Spindeltrieb auf mit einer drehend antreibbaren Spindel und einer Spindelhülse, die bei Drehung der Spindel axial bewegt wird. An der Spindel hülse ist eine Schaltgabel 28 befestigt, die mit zwei Gleitsteinen in eine Ringnut der Schiebemuffe 23 eingreift. Der Aktuator 22 ist von einer elektronischen Regeleinheit 29 ansteuerbar und kann von dieser bedarfsweise, in Abhängigkeit vom Fahrzustand des Kraftfahrzeugs angesteuert werden. Es versteht sich, dass auch andere elektro mechanische Aktuatoren verwendet werden können, oder auch elektromagnetische, hydraulische oder pneumatische Aktuatoren.
Die beiden Zwischenräder 17, 18 sind drehfest mit der Zwischenwelle 16 verbunden. Die Verbindung kann durch Formschluss, beispielsweise mittels einer Keilwellenver bindung, und/oder Stoffschluss wie einer Schweißverbindung realisiert werden, wobei auch eine einteilige Ausgestaltung zumindest eines der Räder mit der Welle möglich ist. Die Zwischenwelle 16 ist in dem Gehäuse 20 mittels Lagermitteln 19, 19‘ um die Drehachse A4 drehbar gelagert ist, die parallel zur Drehachse A1 der Eingangswelle 10 verläuft.
Die Zwischenwelle 16 ist ferner parallel zur Drehachse A3 des Überlagerungsgetriebes 5 beziehungsweise des Differentialgetriebes 9 angeordnet. Zur Leistungsübertragung ist das zweite Zwischenrad 18 mit einem Ringrad 31 zum Antreiben des ersten Ein gangsteils 50 des Überlagerungsgetriebes 5 in Eingriff. Das zweite Zwischenrad 18 kämmt mit dem zweiten Antriebsrad 15 und mit dem Ringrad 31. Hierdurch ist eine Doppelfunktion gegeben, was hinsichtlich Teilezahl und Baugröße günstig ist. Insbe sondere kann das Stufengetriebe 3 mit nur fünf drehmomentübertragenden Rädern konstruiert werden, nämlich erstes Antriebsrad 14, zweites Antriebsrad 15, erstes Zwi schenrad 17, zweites Zwischenrad 18 und Ringrad 31. Das Ringrad 31 ist fest mit einem Trägerelement 6 des Überlagerungsgetriebes 5 verbunden, das in dem ortsfes ten Gehäuse 20 um die Drehachse A3 drehbar gelagert ist. Die genannten Räder des Stufengetriebes 3 können beispielsweise als Stirnräder mit Schrägverzahnung gestal tet sein. Die konkrete Ausgestaltung der Räder beziehungsweise Zähnezahlen richtet sich nach den technischen Anforderungen und Bauraumverhältnissen. Dabei kann ein Gesamtübersetzungsverhältnis für den ersten Gang beispielsweise zwischen 2,25 und 6,25 und für den zweiten Gang beispielsweise zwischen 1 ,5 und 4 liegen.
Die zweite Getriebeeinheit 4 ist mit einer elektrischen Maschine 30 antriebsverbunden. Die elektrische Maschine 30 weist insbesondere einen Stator 31 und einen hierzu drehbaren Rotor 32 auf, der bei Bestromen der Maschine eine Motorwelle 33 drehend antreibt. Die Motorwelle 33 kann mittels Lagermitteln 34, 34‘ in einem Motorgehäuse 35 um die Drehachse A2 drehbar gelagert sein. Die Drehbewegung der Motorwelle 33 wird auf das Antriebsteil 40 der zweiten Getriebeeinheit 4 übertragen. Die elektrische Maschine 30 wird von einer Batterie 36 mit elektrischem Strom versorgt, wobei die Batterie im Generatorbetrieb von der elektrischen Maschine 30 aufgeladen werden kann. Die Steuerung der elektrischen Maschine 30 und/oder der Brennkraftmaschine 37 kann mittels einer Leistungselektronik erfolgen, wie einem Pulswechselrichter, mit integrierter elektronischer Regeleinheit (ECU) 29.
Die zweite Getriebeeinheit 4 ist bei der vorliegenden Ausführungsform ebenfalls als Stirnradgetriebe gestaltet, wobei auch andere Ausführungen wie ein Zahnriementrieb möglich sind. Die Getriebeeinheit 4 ist ausgestaltet, um die von der elektrischen Ma schine 30 auf das zweite Antriebsteil 40 eingeleitete Drehbewegung vom Schnellen ins Langsame zu übersetzen. Das Stirnradgetriebe 4 weist eine erste Übersetzungs stufe mit einem ersten Antriebsrad 41 und einem mit einer Zwischenwelle 42 drehfest verbundenem Zwischenrad 43 auf, die miteinander in Verzahnungseingriff sind. Erstes Antriebsrad 41 und erstes Zwischenrad 43 bilden einen ersten Rädersatz mit einem ersten Übersetzungsverhältnis. Die zweite Übersetzungsstufe umfasst ein mit der Zwi schenwelle 42 verbundenes zweites Zwischenrad 44 und ein hiermit kämmendes zweites Antriebsrad 45, das fest mit der Hohlwelle 7 verbunden ist. Zweites Zwischen rad 44 und zweites Antriebsrad 45 bilden einen zweiten Rädersatz mit einem zweiten Übersetzungsverhältnis. Das Übersetzungsverhältnis der zweiten Getriebeeinheit 4 kann beispielsweise zwischen 7,0 und 10,0 liegen.
Das zweite Antriebsteil 40 der zweiten Getriebeeinheit ist in Form einer Antriebswelle gestaltet, die mittels Lagermitteln 46, 46‘ um die Drehachse A2 im Gehäuse 20 drehbar gelagert ist. Die Zwischenwelle 42 ist zugehörige Lagermittel 47, 47‘ auf einer paralle len Drehachse A5 im Gehäuse 20 drehbar gelagert, wobei auch eine andere Anord nung denkbar ist. Die Hohlwelle 7 beziehungsweise das hiermit verbundene zweite Eingangsteil 51 ist koaxial zum Ausgangsteil 8 des Überlagerungsgetriebes 5 bezie hungsweise dem hiermit verbundenen Differentialkorb angeordnet und mittels Lager mitteln 48 auf einem Hülsenabschnitt 49 des Ausgangsteils 8 drehbar gelagert.
Das Überlagerungsgetriebe 5 ist vorliegend als Planetengetriebe gestaltet, mit einem Hohlrad 50, einem koaxial zum Hohlrad angeordneten Sonnenrad 51 , mehreren Pla netenrädern 52, die mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad in Eingriff sind, sowie einen Planetenträger 53 auf, an dem die Planetenräder drehbar gelagert sind. Das Hohlrad 50 ist mit dem Ringrad 21 beziehungsweise dem Trägerelement 6 fest verbunden, beispielsweise mittels einer Schweißverbindung. Das Trägerelement 6 ist mittels La germitteln 55, 55‘ auf dem Planetenträger 53 beziehungsweise dem Ausgangsteil 8 des Überlagerungsgetriebes 5 um die Drehachse A3 drehbar gelagert ist. Das Son nenrad 51 bildet das zweite Eingangsteil des Überlagerungsgetriebes 5. Der Plane tenträger 53 bildet das Ausgangsteil 8 des Überlagerungsgetriebes 5, das fest mit dem Differentialkorb 54 des Differentialgetriebes 9 verbunden, insbesondere einteilig mit diesem gestaltet ist.
Das den Planetenträger 53 und Differentialkorb 54 umfassende Trägerelement hat ra dial innenliegend zu den Planetenrädern 52 einen sich in axiale Richtung erstrecken den Hülsenabschnitt 49, der mittels eines Lagers 56 im Gehäuse 20 um die Drehachse A3 drehbar gelagert ist. An der axial entgegengesetzten Seite hat das Trägerelement einen hülsenförmigen Abschnitt 57, der in dem Gehäuse 20 mittels eines weiteren La gers 56‘ um die Drehachse A3 drehbar gelagert ist. Das Differentialgetriebe 9 ist dazu vorgesehen, ein von dem Uberlagerungsgetriebe 5 in den Differentialkorb 54 eingeleitetes Antriebsmoment gleichmäßig auf die rechte und die linke Seitenwelle des Kraftfahrzeugs zu übertragen. Das Differentialgetriebe 9 umfasst mehrere Differentialräder 58, die gemeinsam mit dem Differentialkorb 54 um die Drehachse A3 umlaufen, sowie zwei Seitenwellenräder, die mit den Differentialrä dern 58 in Verzahnungseingriff sind und als Ausgangsteile 59, 59‘ dienen. Die Seiten wellenräder sind über Zwischenwellen 60, 61 mit einer jeweiligen Seitenwelle 94, 94‘ (Figur 6) zur Drehmomentübertragung zu verbinden. Eine mit dem Ausgangsteil 59‘ drehfest verbundene Zwischenwelle 60 erstreckt sich durch den Hülsenabschnitt 57. Eine mit dem gegenüberliegenden Ausgangsteil 59 zu verbindende Zwischenwelle 61 erstreckt sich durch den Hülsenabschnitt 49 hindurch.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die steuerbare erste Kupplung 62 zwischen dem Trägerelement 6 und dem Ausgangsteil 8 vorgesehen, ohne hierauf einge schränkt zu sein. Durch Kopplung des Trägerelements 6 mit dem Ausgangsteil 8 wird ein Rotationsfreiheitsgrad des Überlagerungsgetriebes 5 begrenzt, das heißt eine re lative Drehbewegung aufgehoben. In geschlossenem Zustand der Kupplung 62 sind die Teile 50, 51 , 8 des Überlagerungsgetriebes 5 miteinander verblockt und drehen gemeinsam um die gemeinsame Drehachse A3. Die Kupplungsanordnung 62 umfasst eine Formschlusskupplung mit einem ersten Kupplungsteil 63, das mit dem drehbaren Trägerelement 6 des Überlagerungsgetriebes 5 fest verbunden ist, und ein zweites Kupplungsteil 64, das drehfest mit dem Ausgangsteil 8 beziehungsweise Differential korb 54 verbunden ist, sowie ein Koppelelement 65, um die beiden Kupplungsteile 63, 64 wahlweise miteinander zu verbinden oder voneinander zu trennen. Das Koppelele ment 65 ist in Form einer Schiebemuffe gestaltet, die mit dem zweiten Kupplungsteil 64 drehfest und axial beweglich verbunden ist. In der Offenstellung der Kupplung 62 sind die Glieder (50, 51 , 8) des Überlagerungsgetriebes 5 gegeneinander frei drehbar, während sie in der Schließstellung der Kupplung miteinander verblockt sind und ge meinsam um die Drehachse A3 rotieren.
Die zweite Kupplung 67 ist vorliegend im Leistungspfad zwischen dem Ausgangsteil 8 des Überlagerungsgetriebes 5 und der Fahrzeugachse beziehungsweise dessen Sei tenwellen 94, 94‘ angeordnet. Die zweite Kupplung 67, die insbesondere als Form schlusskupplung gestaltet ist, ist vorgesehen, um wahlweise Drehmoment zwischen dem Überlagerungsgetriebe 5 und der Antriebsachse zu übertragen oder die An triebsachse vom davor liegenden Antriebsstrang abzukoppeln. Die zweite Kupplung 67 umfasst insbesondere ein erstes Kupplungsteil 68, das drehtest mit der Zwischen welle 60 verbunden ist, ein zweites Kupplungsteil 69, das mit einem Wellenteil 70 der Antriebsachse drehtest verbunden ist, sowie ein Koppelelement 72. Das erste und zweite Kupplungsteil 68, 69 sind mittels des Koppelelements 72 wahlweise miteinan der verbindbar, um Drehmoment auf die Antriebsachse zu übertragen, oder voneinan der trennbar, so dass die Antriebsachse vom davor liegenden Leistungspfad abgekop pelt ist. Das Koppelelement 72 ist in Form einer Schiebemuffe gestaltet, die drehtest und axial beweglich mit dem ersten Kupplungsteil 68 verbunden ist. Das erste Kupp lungsteil 68 ist radial außen an einem Flanschabschnitt 71 der Zwischenwelle 60 aus gebildet. Das Wellenteil 70 ist mittels eines Lagers 66 im ortsfesten Gehäuse 20 dreh bar gelagert und dient zur Drehmomentübertragung auf die zugehörige Seitenwelle.
Die erste und die zweite Kupplung 62, 67 sind vorliegend von einer einzigen Aktua toranordnung 73 betätigbar, wobei es sich versteht, dass auch eine Ausführung mit separaten Aktuatoren möglich ist. Die Aktuatoranordnung 73, welche insbesondere in Figur 2 erkennbar ist, weist eine Schaltstange 74 auf, die von einem Aktuatorantrieb 75 ausgehend von einer mittleren Stellung PO in eine erste Axialstellung P1 und eine entgegengesetzte zweite Axialstellung P2 axial bewegbar ist. Auf der Schaltstange 74 sind ein erstes Schaltelement 76 zum Betätigen der ersten Kupplung 62 und ein zwei tes Schaltelement 77 zum Betätigen der zweiten Kupplung 67 angeordnet. Ein Fe derelement 78 ist auf der Schaltstange 74 axial zwischen den beiden Schaltelementen 76, 77 angeordnet, welches die beiden Schaltelemente 76, 77 in entgegengesetzte Richtungen voneinander weg beaufschlagt. Dabei ist je Schaltelement 76, 77 ein zu gehöriger Anschlag 79, 79‘ auf der Schaltstange 74 vorgesehen, gegen den sich das jeweilige Schaltelement 76, 77 axial abstützen kann. Weiter kann ein erster Gehäuse anschlag 80 vorgesehen sein, gegen den sich das erste Schaltelement 76 axial ab stützen kann, wenn die Schaltstange 74 in die erste Richtung R1 bewegt wird, und ein zweiter Gehäuseanschlag 80‘, gegen den sich das zweite Schaltelement 77 axial ab stützen kann, wenn die Schaltstange 74 in die entgegengesetzte zweite Richtung R2 bewegt wird.
Mit der Aktuatoranordnung 73 können folgende Schaltstellungen realisiert werden: in der ersten Axialstellung P1 der Schaltstange 74 ist das erste Schaltelement 76 gegen den ersten Endanschlag 80 abgestützt, wobei die erste Kupplung 62 mittels des ersten Schaltelements 76 geschlossen ist; und das zweite Schaltelement 77 ist von dem zwei ten Endanschlag 80‘ entfernt, wobei die zweite Kupplung 67 mittels des zweiten Schaltelements 77 geöffnet ist. In der Mittelposition PO der Schaltstange 74, die in Figur 2 gezeigt ist, sind beide Schaltelemente 76, 77 gegen den jeweiligen Endan schlag 80, 80‘ axial abgestützt beziehungsweise positioniert, so dass beide Kupplun gen 62, 67 geschlossen sind. In der zweiten Axialstellung P2 der Schaltstange 74 ist das zweite Schaltelement 77 gegen den zweiten Endanschlag 80‘ abgestützt, wobei die zweite Kupplung 67 geschlossen ist; und das erste Schaltelement 76 ist von dem ersten Endanschlag 80 entfernt, wobei die erste Kupplung 62 geöffnet ist.
Die beschriebenen Getriebeanordnungen 2 beziehungsweise Hybridantrieb 1 mit Brennkraftmaschine 30 und elektrischer Maschine 37 bietet in vorteilhafter weise ins besondere die technischen Eigenschaften eines stufenlos variablen Getriebes (Conti- nuously Variable Transmission, CVT), eines Parallelantriebs mittels beider Antriebs quellen, das heißt Brennkraftmaschine und elektrischer Maschine, eines Rückwärts antriebs, eines Schleppstarts der Brennkraftmaschine, einer lastfreien Schaltbarkeit, einer Auflademöglichkeit der Batterie mittels der Brennkraftmaschine bei Stillstand des Fahrzeugs sowie eine Startfunktion der Brennkraftmaschine mittels der elektrischen Maschine bei Stillstand der Kraftfahrzeugs. Insgesamt vereint die Getriebeanordnung damit eine Reihe von Betriebsmodi bei gleichzeitig einfachem und kompaktem Aufbau.
In Figur 4 ist eine Schalttabelle für die unterschiedlichen Schalt- und Betriebszustände gezeigt. Die Schaltkupplung 12, in Figur 4 als S1 bezeichnet, kann in drei Schaltposi tionen T1 , TO oder T2 überführt werden. Bei geschlossener erster Kupplung 62, in Figur 4 als C1 , und geschlossener zweiter Kupplung 67, in Figur 4 als C2 bezeichnet, können verschiedene Antriebszustände realisiert werden. In Schaltposition T 1 oder T2 kann, bei abgeschalteter elektrischer Maschine 30, ein Antrieb rein mittels der Brenn kraftmaschine 37 im ersten oder im zweiten Gang erfolgen (Zeilen „ICE 1“ und „ICE 2“). In Schaltposition T0 kann ein Antrieb rein mittels der elektrischen Maschine erfol gen (Zeile „EV1 “). Bei angeschalteter elektrischer Maschine 30 ist ein paralleler Antrieb der Antriebsachse mittels beider Maschinen 30, 37 möglich (Zeilen „PM 1“, „PM 2“, Parallelmodus). Von der elektrischen Maschine 30 wird Drehmoment über die An triebsteile 40, 41 , 43, 42, 43, 45, 7 auf das Sonnenrad 51 eingeleitet. Von der Brenn kraftmaschine 37 wird im ersten Gang Drehmoment über die Antriebsteile 10, 14, 17, 16, 31 auf das Hohlrad 50 eingeleitet und im zweiten Gang über die Antriebsteile 10, 15, 18, 31. In diesem Modus mit parallelem Antrieb kann die Drehzahl der elektrischen Maschine 30 stufenlos variabel eingestellt werden, so dass sich insgesamt ein stufen los variabler Parallelantrieb mit zwei Gängen ergibt (Zeilen „eCVT1“ und „eCVT2“).
Die Zeile M1 zeigt einen Schaltzustand für eine Lastpunktschaltung (load point shifting) im ersten Gang (Index 1 ) beziehungsweise zweiten Gang (Index 2). Ferner kann die Anordnung bei stillstehendem Fahrzeug bei geöffneter zweiter Kupplung C2 und ge schlossener erster Kupplung C1 und in der zweiten Schaltposition T2 der Schaltkupp lung S1 Strom erzeugen (Generatormodus), beziehungsweise eine mit der elektri schen Maschine 30 verbundene Batterie 36 laden (Zeile „M2“). Umgekehrt, kann die Brennkraftmaschine 37 von der elektrischen Maschine 30 im Motormodus bei ge schlossener erster Kupplung C1 und geöffneter zweite Kupplung C2 in der Schaltpo sition T2 der Schaltkupplung 21 gestartet werden (Zeile „M3“).
Ferner kann die Hybridantriebsanordnung 1 - in Verbindung mit einer weiteren elektri schen Antriebsachse - in einem seriellen Modus betrieben werden, wobei die Anord nung 1 bei geschlossener erster Kupplung 62 und geöffneter zweiter Kupplung 67 und anliegender erster beziehungsweise zweiter Schaltposition T1 , T2 der Schaltkupplung 12 elektrische Energie erzeugen, welche dann zum Antreiben der anderen An triebsachse mittels eines weiteren Elektromotors verwendet werden kann (Zeile „M4“). Dabei kann die Leistung der elektrischen Maschine 30 in Abhängigkeit der Schaltpo sition zur Leistungsübertragung mittels der Brennkraftmaschine stufenlos variabel ein gestellt werden. Figur 5 zeigt eine erfindungsgemäße Hybridanordnung 1 mit einer erfindungsgemäßen Getriebeanordnung 2 in weiteren Ausführungsform. Diese entspricht hinsichtlich Auf bau und Funktionsweise weitestgehend der Ausführung gemäß den Figuren 1 bis 4, so dass hinsichtlich der Gemeinsamkeiten auf die obige Beschreibung Bezug genom men wird. Dabei sind gleiche beziehungsweise einander entsprechende Einzelheiten mit gleichen Bezugsziffern versehen wie in den Figuren 1 bis 4.
Ein Unterschied ist, dass die zweite Kupplung 67 bei der vorliegenden Ausführungs form im Leistungspfad vor dem Differentialgetriebe 9, und zwar zwischen dem Aus gangsteil 8 des Überlagerungsgetriebes 5 und dem Differentialkorb 54 angeordnet ist (anstelle hinter dem Differentialgetriebe zwischen Seitenwellenrad und zugehöriger Seitenwelle, wie in Figur 1 ). Ein weiterer Unterschied ist, dass das Ringrad 21 mit dem ersten Zwischenrad 17 in Eingriff ist (anstelle des zweiten Zwischenrads, wie in Figur 1). Alle übrigen Einzelheiten können analog zur Ausführungsform gemäß den Figuren 1 bis 4 gestaltet sein, so dass abkürzend auf obige Beschreibung Bezug verwiesen wird.
Figur 6 zeigt eine erfindungsgemäße Antriebsstranganordnung 81 mit einer erfin dungsgemäßen Hybridantriebsanordnung 1 gemäß Figur 5 in schematischer Darstel lung, wobei es sich versteht, dass ebenso eine Hybridantriebsanordnung gemäß den Figuren 1 bis 4 verwendet werden kann. Die Antriebsstranganordnung 81 umfasst ei nen ersten Antriebsstrang 82 für eine erste Antriebsachse 83 und einen zweiten An triebsstrang 84 für eine zweite Antriebsachse 85.
Der erste Antriebsstrang 82 umfasst eine erste Antriebseinheit 86 mit einer elektri schen Maschine 87 und einer nachgelagerten Getriebeanordnung 88, mit der das Mo tormoment in ein Antriebsmoment beziehungsweise die Motordrehzahl in eine An triebsdrehzahl umgewandelt wird. Der zweite Antriebsstrang 84 umfasst die Hybridan triebsanordnung 1 , die konstruktiv gemäß Figur 5 beziehungsweise Figur 1 gestaltet sein kann. Es ist ferner eine Speicheranordnung 36 zum Speichern von elektrischer Energie vorgesehen, die sowohl mit der ersten elektrischen Maschine 87 als auch mit der elektrischen Maschine 30 der Hybridantriebsanordnung 1 elektrisch verbunden ist, sowie eine Steuereinheit 29 zum Steuern der ersten Antriebseinheit 87 und/oder der zweiten Antriebseinheit 1 beziehungsweise dessen Maschinen 30, 37.
Es ist erkennbar, dass die erste Antriebsachse 83 die Hinterachse und die zweite An triebsachse 85 die Vorderachse des Kraftfahrzeugs bildet, wobei auch eine umge kehrte Anordnung möglich ist. Die beiden Antriebsstränge 82, 84 sind mechanisch voneinander getrennt, das heißt, es ist keine mechanische Kraftübertragung zwischen den beiden Antriebssträngen vorgesehen. Die erste Antriebseinheit 87 dient zum al leinigen mechanischen Antrieb der ersten Antriebsachse 83, während die Hybridan triebsanordnung 1 zum alleinigen mechanischen Antrieb der zweiten Antriebsachse 85 dient.
Die Getriebeanordnung 88 der primären Antriebsachse 83 umfasst ein Untersetzungs getriebe 89 zur Übersetzung der vom Elektromotor 87 eingeleiteten Drehbewegung ins Langsame sowie ein nachgelagertes Differentialgetriebe 90. Von dem Differential getriebe 90 wird das eingeleitete Drehmoment auf die beiden Seitenwellenräder 91 , 91 ‘ aufgeteilt und auf die hiermit antriebsverbundenen Seitenwellen 92, 92‘ übertragen. An den Enden der Seitenwellen 92, 92‘ befinden sich Gleichlaufdrehgelenke, welche eine Drehmomentübertragung auf die Fahrzeugräder 93, 93‘ unter Winkelbewegungen ermöglichen.
Die zweite Antriebsachse 85 ist ähnlich aufgebaut. Von dem Differentialgetriebe 9 wird das bei geschlossener Kupplung 67 eingeleitete Drehmoment auf die beiden Seiten wellenräder 59, 59‘ übertragen. In die Wellenverzahnungen der Seitenwellenräder sind entsprechende Zwischenwellen 60, 61 zur Drehmomentübertragung drehfest einge steckt. Die Zwischenwellen 60, 61 sind über zugehörigen Seitenwellen 94, 94‘ mit Gleichlaufgelenken zur Drehmomentübertragung auf die Räder 95, 95‘ der zweiten Antriebsachse 85 verbunden.
Die Antriebsstranganordnung 81 mit primärerer Antriebsanordnung 86 und sekundärer Hybridantriebsanordnung 1 erlaubt in vorteilhafter Weise mehrere Betriebsmodi. Beispielsweise kann die Hybridantriebsanordnung 1 in einem parallelen Modus betrie ben werden, in welchem beide Maschinen 30, 37 bei geschlossener zweiter Kupplung 67 gemeinsam die sekundäre Antriebsachse 85 antreiben, und zwar wahlweise im ersten oder im zweiten Gang. Ferner können die Antriebsanordnungen 1 , 86 in einem seriellen Modus betrieben werden, wobei die Hybridantriebsanordnung 1 bei geöffne ter Kupplung 67 elektrische Energie erzeugt, welche dann zum Antreiben der primären Antriebsachse 83 mittels des primären Elektromotors 87 verwendet wird.
Bezugszeichenliste
2 Getriebeanordnung
3 erste Getriebeeinheit
4 zweite Getriebeeinheit
5 Überlagerungsgetriebe
6 Trägerelement
7 Hohlwelle
8 Ausgangsteil
9 Differentialgetriebe
10 erstes Antriebsteil 11 Eingangsteil 12 Schaltkupplung
13 Lagermittel (10)
14 erstes Antriebsrad
15 zweites Antriebsrad
16 Zwischenwelle
17 erstes Zwischenrad
18 zweites Zwischenrad
19, 19‘ Lagermittel (16) 20 Gehäuse 21 Ringrad 22 Aktuator
23 Koppelelement
24 erstes Ausgangsteil
25 zweites Ausgangsteil
26 Aktuatorantrieb
27 Wandlereinheit
28 Schaltgabel
29 Steuereinheit
30 elektrische Maschine
31 Stator
32 Rotor Motorwelle , 34‘ Lagermittel
Motorgehäuse
Batterie
Brennkraftmaschine zweites Antriebsteil (4) erstes Antriebsrad
Zwischenwelle erstes Zwischenrad zweites Zwischenrad zweites Antriebsrad , 46‘ Lagermittel , 47‘ Lagermittel
Lagermittel
Hülsenabschnitt erstes Eingangsteil / Hohlrad zweites Eingangsteil / Sonnenrad
Planetenräder
Ausgangsteil / Planetenträger
Differentialkorb , 55‘ Lagermittel , 56‘ Lagermittel
Hülsenabschnitt
Differentialrad , 59‘ Ausgangsteil / Seitenwellenrad, 61 Zwischenwelle erste Kupplung erstes Kupplungsteil zweites Kupplungsteil
Koppelelement
Lager zweite Kupplung erstes Kupplungsteil 69 zweites Kupplungsteil
70 Wellenteil
71 Flanschabschnitt
72 Koppelelement
73 Aktuatoranordnung
74 Schaltstange
75 Aktuatorantrieb
76 erstes Schaltelement
77 zweites Schaltelement
78 Federelement
79, 79‘ Stangenanschlag
80, 80‘ Gehäuseanschlag 81 Antriebsstranganordnung
82 erster Antriebsstrang
83 erste Antriebsachse
84 zweiter Antriebsstrang
85 zweite Antriebsachse
86 erste Antriebseinheit
87 elektrische Maschine
88 Getriebeanordnung
89 Untersetzungsgetriebe
90 Differentialgetriebe
91 , 91 ‘ Seitenwellenräder
92, 92‘ Seitenwellen
93, 93‘ Räder
94, 94‘ Seitenwellen
95, 95‘ Räder
A1 -A5 Drehachse PO, P1 , P2 Schaltposition T0, T1 , T2 Schaltposition

Claims

Ansprüche
1. Getriebeanordnung für einen Hybridantrieb mit einer Brennkraftmaschine und einer elektrischen Maschine, umfassend: ein Stufengetriebe (3) mit einem Stufengetriebe-Eingangsteil (10), das mit der Brennkraftmaschine (37) verbindbar ist, und mit einer Schaltkupplung (12), die ausgestaltet ist, um das Stufengetriebe-Eingangsteil (10) und ein Stufenge- triebe-Ausgangsteil (31) wahlweise über eine erste Schaltstufe mit einem ers ten Übersetzungsverhältnis oder über eine zweite Schaltstufe mit einem zwei ten Übersetzungsverhältnis zu verbinden, oder voneinander zu trennen; ein Untersetzungsgetriebe (4), das ein mit der elektrischen Maschine (30) ver bindbares Übersetzungsgetriebe-Eingangsteil (40) aufweist und ausgestaltet ist, um eine in das Übersetzungsgetriebe-Eingangsteil (40) eingeleitete Dreh bewegung auf ein Übersetzungsgetriebe-Ausgangsteil (52) ins Langsame zu übersetzen; ein Überlagerungsgetriebe (5) mit einem ersten Eingangsteil (50), das mit dem Stufengetriebe-Ausgangsteil (31) antriebsverbunden ist, einem zweiten Ein gangsteil (51), das mit dem Überlagerungsgetriebe-Ausgangsteil (45) antriebs verbunden ist, und einem Ausgangsteil (8), wobei das erste Eingangsteil (50), das zweite Eingangsteil (51) und das Ausgangsteil (8) untereinander eine aus gleichende Wirkung haben, ein Differentialgetriebe (9) mit einem Differentialkorb (54), der mit dem Aus gangsteil (8) des Überlagerungsgetriebes (5) antriebsverbunden und koaxial zu diesem angeordnet ist, sowie einem ersten Differential-Ausgangsteil (59) zum Antreiben einer ersten Seitenwelle und einem zweiten Differential-Ausgangsteil (59‘) zum Antreiben einer zweiten Seitenwelle; eine steuerbare erste Kupplung (62), die zwischen zwei Teilen von dem ersten Eingangsteil (50), dem zweiten Eingangsteil (51) und dem Ausgangsteil (8) des Überlagerungsgetriebes (5) wirksam angeordnet ist; und eine steuerbare zweite Kupplung (67), die im Leistungspfad zwischen dem Ausgangsteil (8) des Überlagerungsgetriebes (5) und einer von der ersten Sei tenwelle und der zweiten Seitenwelle angeordnet ist.
2. Getriebeanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsteil (8) des Überlagerungsgetriebes (5) fest mit dem Diffe rentialkorb (54) verbunden ist, insbesondere einteilig mit diesem gestaltet ist.
3. Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stufengetriebe-Eingangsteil (10) in Form einer Eingangswelle gestal tet ist, wobei das Stufengetriebe (3) ein erstes Antriebsrad (14) und ein zweites An triebsrad (15) aufweist, die auf der Eingangswelle drehbar gelagert sind, wobei wahlweise das erste Antriebsrad (14) oder das zweite Antriebsrad (15) mittels der Schaltkupplung (12) mit der Eingangswelle verbunden oder von dieser ge trennt werden kann, sowie eine zur Eingangswelle parallele Zwischenwelle (16) mit einem ersten Zwischenrad (17), das mit dem ersten Antriebsrad (14) in Ein griff ist, und einem zweiten Zwischenrad (18), das mit dem zweiten Antriebsrad (15) in Eingriff ist, wobei eines von dem ersten Zwischenrad (17) und dem zwei ten Zwischenrad (18) mit dem ersten Eingangsteil (50) des Überlagerungsge triebes (5) antriebsverbunden ist.
4. Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Eingangsteil (50) des Überlagerungsgetriebes (5) und der Dif ferentialkorb (54) koaxial zueinander angeordnet und um eine Drehachse (A3) relativ zueinander drehbar gelagert sind, wobei der Differentialkorb (54) zumin dest teilweise radial innerhalb eines mit dem ersten Eingangsteil (50) des Über lagerungsgetriebes (5) verbundenen Trägerelements (6) angeordnet ist.
5. Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersetzungsgetriebe (4) in Form eines Stirnradgetriebes gestaltet ist und zwei Stirnradstufen (41 , 43; 44, 45) aufweist.
6. Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kupplung (62) als Formschlusskupplung gestaltet ist, die ein erstes Kupplungsteil (63) aufweist, das drehfest mit dem ersten Eingangsteil (50) des Überlagerungsgetriebes (5) verbunden ist, und ein zweites Kupplungs teil (64), das drehfest mit dem Ausgangsteil (8) des Überlagerungsgetriebes (5) verbunden ist, wobei das erste Kupplungsteil (63) und das zweite Kupplungsteil (64) miteinander zur Übertragung von Drehmoment verbindbar oder voneinan der trennbar sind.
7. Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kupplung (67) als Formschlusskupplung gestaltet ist, die ein erstes Differential-Kupplungsteil (68) aufweist, das drehfest mit einem Aus gangsteil (59‘) des Differentialgetriebes (9) verbunden ist, und ein zweites Dif ferential-Kupplungsteil (69), das mit einem Wellenteil (70) drehfest verbunden ist, wobei das erste Differential-Kupplungsteil (68) und das zweite Differential- Kupplungsteil (69) zur Übertragung von Drehmoment miteinander verbindbar oder voneinander trennbar sind.
8. Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kupplung (62) und die zweite Kupplung (67) mittels nur einer Aktuatoranordnung (73) mit nur einem Aktuatorantrieb (75) betätigbar sind.
9. Getriebeanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoranordnung (73) eine Schaltstange (74) aufweist, die von dem Aktuatorantrieb (75) ausgehend von einer mittleren Stellung (PO) in eine erste Axialstellung (P1) und eine entgegengesetzte zweite Axialstellung (P2) axial bewegbar ist, ein erstes Schaltelement (76) zum Betätigen der ersten Kupplung (62) und ein zweites Schaltelement (77) zum Betätigen der zweiten Kupplung (67), wobei das erste und das zweite Schaltelement (76, 77) auf der Schaltstange (74) angeordnet sind, wobei in der mittleren Stellung (PO) der Schaltstange (74) die erste Kupplung (62) mittels des ersten Schaltelements (76) geschlossen ist und die zweite Kupplung (67) mittels des zweiten Schaltelements (77) geschlossen ist; wobei in der ersten Axialstellung (P1 ) der Schaltstange (74) die erste Kupplung (62) mittels des ersten Schaltelements (76) geschlossen ist und die zweite Kupplung (67) mittels des zweiten Schaltelements (77) geöffnet ist; wobei in der zweiten Axialstellung (P2) der Schaltstange (74) die erste Kupp lung (62) mittels des ersten Schaltelements (76) geöffnet ist und die zweite Kupplung (67) mittels des zweiten Schaltelements (77) geschlossen ist.
10. Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoranordnung (73) ein Federelement (78) aufweist, welches das erste Schaltelement (76) gegen einen ersten Stangenanschlag (79) und das zweite Schaltelement (77) gegen einen zweiten Stangenanschlag (79‘) in ent gegengesetzte axiale Richtungen (R1 , R2) beaufschlagt.
11. Getriebeanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (78) auf der Schaltstange (74) zwischen dem ersten Schaltelement (76) und dem zweiten Schaltelement (77) angeordnet ist und diese axial voneinander weg beaufschlagt, wobei das Federelement (78) ins besondere in Form einer Schraubenfeder gestaltet ist.
12. Hybridantriebsanordnung umfassend: eine Brennkraftmaschine (37); eine elektrische Maschine (30); eine Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei das Eingangsteil (10) des Stufengetriebes (3) mit der Brennkraftma schine (37) antriebsverbunden ist, wobei das Eingangsteil (40) des Untersetzungsgetriebes (4) mit der elektri schen Maschine (30) antriebsverbunden ist, eine Speicheranordnung (36) zum Speichern von elektrischer Energie; und eine Steuereinheit (29) zum Steuern der elektrischen Maschine (30), der Brennkraftmaschine (37), der Schaltkupplung (12) sowie der ersten und zwei ten Kupplung (62, 67).
13. Verfahren zum Steuern der Hybridantriebsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kupplung (62) geschlossen wird und die zweite Kupplung (67) geöff net wird, und die Brennkraftmaschine (37) die elektrische Maschine (30) bei geöffneter zwei ter Kupplung (67) antreibt, wobei die elektrische Maschine (30) im Generatormodus betrieben wird, um die von der Brennkraftmaschine (37) eingeleitete mechanische Energie in elektri sche Energie umuwandeln, und die elektrische Energie in der Speicheranordnung (36) gespeichert wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kupplung (62) und die zweite Kupplung (67) geschlossen wer den, wobei die elektrische Maschine (30) im Motormodus betrieben wird, um elekt rische Energie aus der Speicheranordnung (36) in mechanische Energie um zuwandeln, so dass die elektrische Maschine (30) und die Brennkraftmaschine (37) gemeinsam das Überlagerungsgetriebe (5) antreiben.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kupplung (62) geschlossen wird und die zweite Kupplung (67) geöffnet wird, wobei die elektrische Maschine (30) im Motormodus betrieben wird und die Brennkraftmaschine (37) antreibt, um diese zu starten.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Kupplung (62, 67) geschlossen werden und die Schaltkupplung (12) geöffnet wird, und die elektrische Maschine (30) im Motormodus betrieben wird, wobei die elekt rische Maschine (30) alleine das Überlagerungsgetriebe (5) antreibt.
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