WO2022238075A1 - Hybridantriebssystem und fahrzeug - Google Patents

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WO2022238075A1
WO2022238075A1 PCT/EP2022/059773 EP2022059773W WO2022238075A1 WO 2022238075 A1 WO2022238075 A1 WO 2022238075A1 EP 2022059773 W EP2022059773 W EP 2022059773W WO 2022238075 A1 WO2022238075 A1 WO 2022238075A1
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gear
drive system
hybrid drive
rotation
transmission
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PCT/EP2022/059773
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Jonathan Zeibig
Carsten Gitt
Tobias Schilder
Peter Hahn
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Mercedes-Benz Group AG
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    • B60K2006/4833—Step up or reduction gearing driving generator, e.g. to operate generator in most efficient speed range
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the invention relates to a hybrid drive system with an internal combustion engine, an electric machine and a transmission with a first spur gear sub-transmission and a second spur gear sub-transmission, which output via at least one countershaft, and with a four-shaft planetary gear.
  • the invention also relates to a vehicle with such a hybrid drive system.
  • DE 102018007 154 A1, DE 102017203478 A1, DE 102016213 709 A1, DE 11 2013 006 936 T5 and DE 102018213 876 A1 disclose hybrid drive systems, each with a planetary gear and at least one spur gear sub-gear.
  • a generic hybrid drive system for a vehicle with an internal combustion engine and an electric machine is described, for example, in DE 102017006 082 A1 by the applicant.
  • a four-shaft planetary gear with two planetary gear sets is used, via which the electric machine and the combustion engine are coupled into the transmission of the hybrid drive system and to which two spur gears are connected.
  • the object of the present invention is to provide a simple structure that is very compact, especially in the axial direction, with a large number of useful transmission functions.
  • this object is achieved by a hybrid drive system having the features in claim 1, and here in particular in the characterizing part of claim 1.
  • Advantageous refinements and developments of the hybrid drive system according to the invention result from the dependent claims.
  • Claim 10 also specifies a vehicle with such a hybrid drive system, which also solves the problem.
  • the hybrid drive system according to the invention serves in particular as a vehicle drive.
  • the first ring gear is coupled to a crankshaft of the internal combustion engine or can preferably be coupled via a separating clutch and possibly via a torsional vibration damper.
  • the first sun gear is permanently non-rotatably connected to the second ring gear and is directly or indirectly non-rotatably coupled or can be coupled via a further transmission element to a rotor of the electric machine, which in turn is or can be coupled to the second ring gear.
  • the two planet carriers of the planetary gear sets are permanently connected to one another in a rotationally fixed manner and also to a first input shaft of the first spur gear sub-transmission that is rotatable about a main axis of rotation of the transmission.
  • a second input shaft of the second spur gear sub-gear that can be rotated about the main axis of rotation of the gear is in turn connected in a rotationally fixed manner to the second sun gear.
  • first and the second spur gear sub-transmission each have exactly one pair of spur gears in order to achieve a simple and compact structure. Furthermore, a blocking shifting element is provided for the non-rotatable connection of two of the four shafts of the planetary gear in order to allow a high degree of flexibility when selecting the largest possible number of gears.
  • Rotational test in the context of the invention means that a non-rotatable connection or coupling of two rotatably mounted elements means that these two elements are arranged coaxially to one another and are connected to one another in such a way that they rotate at the same angular velocity.
  • Axial or along the main axis of rotation within the meaning of the present invention always means axially in relation to this main axis of rotation, which in turn coincides with the axes of rotation of the two coaxial input shafts of the spur gear sub-transmission.
  • the forced speed reversal also improves the otherwise rather poor speed ratio between the internal combustion engine on the one hand and the electric machine on the other hand in the intermediate gear.
  • the two pairs of spur gears of the respective first spur gear part on the one hand and the second spur gear part gear on the other hand are arranged in relation to one another such that in an axial direction along the two 4
  • Blocking switching element is arranged for blocking two of the shafts of the planetary gear between the two pairs of spur gears.
  • the hybrid drive device According to an extraordinarily favorable development of the hybrid drive device according to the invention, it can be provided that exactly one countershaft is provided parallel to the main axis of rotation and with a driven wheel connected to it in a torque-proof manner. Exactly one countershaft allows the transmission to be very compact transversely to the axial direction.
  • this output gear can be arranged axially, that is to say viewed along the main axis of rotation, between the planetary gear and the two spur gear sub-gears.
  • the internal combustion engine or its crankshaft can, as already indicated above, be connected to the first ring gear of the planetary gear via a separating clutch.
  • a dual-mass flywheel for damping or absorbing torsional vibrations can be provided in addition to or even compactly integrated with the separating clutch.
  • Alternative designs of torsional vibration dampers are also conceivable.
  • the separating clutch itself permits purely electrical operation, which correspondingly increases the possibilities for increasing the functionality of the hybrid drive system according to the invention.
  • the separating clutch itself can be designed in a form-fitting or friction-fitting manner. In particular, it can also be implemented in a form-fitting manner without synchronization, in order to make it so special 5 to be able to make it simple and compact in structure. If necessary, the speeds can be adjusted via the electric machine.
  • the electrical machine and/or a rotor wheel of the rotor of the electrical machine are arranged so as to overlap the planetary gear set, as seen in the axial direction.
  • This arrangement of the electric machine which is preferably arranged axially parallel to the input axes of the two spur gear sub-transmissions and the crankshaft, allows a very compact design in the axial direction.
  • the electrical machine can be connected via additional transmission elements such as a spur gear, a belt drive, a chain drive or the like.
  • a switching element for the first spur gear sub-transmission is arranged coaxially to the countershaft and axially between the spur gear pairings.
  • a shifting element for the first spur gear sub-transmission coaxial to the countershaft uses a fixed wheel in the area of the input shaft in the first spur gear pairing and accordingly a loose wheel on the at least one countershaft, according to the embodiment of exactly one described above.
  • a switching element could be arranged coaxially with the countershaft in any axial position. It is particularly preferably located between the two pairs of spur gears.
  • the first shifting element then uses the same installation space in the axial direction as the blocking shifting element, so that no additional installation space is required in the axial direction.
  • coaxial means a rotatably mounted element coaxial to another rotatably mounted element, such as a shaft, so that the axes of rotation of the two elements are congruent or aligned.
  • a pair of gears or spur gears is to be understood as meaning a number of two gears or spur gears meshing with one another, which have parallel axes of rotation and, in relation to a plane which is perpendicular to these axes of rotation, in a common plane , which is referred to as the wheelset level, are arranged. 6
  • a second switching element is also located coaxially to the countershaft and in the axial direction between the spur gear pairings.
  • the loose wheel would also be arranged on the countershaft in the other pair of spur gears.
  • the two shifting elements can be designed as a coupling shifting element and can be shifted with a single common sliding sleeve, in order to realize a design that is as simple as possible and compact in the axial direction on the one hand, and on the other hand the complexity with regard to the components and the actuators is increased again to reduce.
  • the vehicle according to the invention it is now the case that it has a hybrid drive system according to one of the configurations described above, with an additional electric drive system being provided which is designed to be mechanically independent of the hybrid drive system.
  • the drive can be used very flexibly.
  • an electric reverse gear can be implemented in this way, so that the transmission does not have to provide one.
  • one axle of the vehicle is driven by the hybrid drive system, while the electric drive system drives another axle of the vehicle, for example in order to use one axle for starting and reversing in purely electric mode and for propulsion with the Hybrid drive system to use the other axis.
  • both axles can be used if required, in order to obtain an all-wheel drive system, for example in a car application.
  • the design also allows power generated in the hybrid drive system during generator operation of the electric machine to be passed on to the purely electric drive system, so that its operation is not dependent on the state of charge of the battery.
  • the hybrid drive system according to the invention results in large generator areas of the electric machine of the hybrid drive system. In combination with the second purely electrically driven axle, these can now be used for additional speed adjustments of the combustion engine. As mentioned, power can be transferred directly from the electric machine of the hybrid drive system to the electric machine of the purely electrically powered 7
  • the entire structure can be operated without a battery or, as mentioned, is independent of the charge level of the battery. Furthermore, further operating points of the internal combustion engine can be realized as a result.
  • a further advantage, which comes to light above all with this structure of the vehicle, is the relatively large spread from the first to the last fixed gear within the transmission of the hybrid drive system according to the invention. This large spread of the fixed or mechanical gears and the possibility of creating the additional torque levels in between in the form of virtual gears makes it possible, especially in combination with the purely electrically driven axle, to use the hybrid drive system according to the invention in a large number of different vehicles with very different Requirements for their drive, for example due to very different sizes, weights and the like to implement.
  • the hybrid drive system according to the invention can therefore be used flexibly in different model series without major design and developmental adjustments being necessary, which makes the use of the hybrid drive system according to the invention in such a vehicle extremely efficient and cost-effective.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a possible embodiment of the hybrid drive system according to the invention
  • FIG. 2 shows a switching table to explain the possible states of the hybrid drive system according to the invention in FIG. 1;
  • Fig. 3 is a diagram of the progression of the overall transmission ratio of the transmission
  • a hybrid drive system 1 can be seen in the illustration in FIG.
  • a rotor of the electrical machine 3 is rotationally connected to a rotor wheel 6, which is connected via an intermediate wheel 7 as a transmission element to a four-shaft planetary gear 8 of a gear designated 4 in its entirety.
  • the transmission 4 is only shown in its upper half.
  • the four-shaft planetary gear 8 includes a first Palentenradsatz 8.1 and axially adjacent to a second planetary gear 8.2.
  • the first planetary gear set 8.1 includes a first sun gear 8.1.1, a first planet carrier 8.1.2 with several planets here, of which only one is also shown.
  • a first ring gear 8.1.3 forms the outer end in the circumferential direction.
  • the structure of the second planetary gear set 8.2 corresponds to that. Shows a second sun gear 8.2.1, a second planet carrier 8.2.2 and a second ring gear 8.2.3.
  • the first ring gear 8.1.3 of the first planetary gear set 8.1 can be connected to a crankshaft 5 of the internal combustion engine 2 via a separating clutch KO and an optional torsional vibration damper 13 .
  • the separating clutch KO is closed, which can preferably be designed as a form-fitting clutch without synchronization, the internal combustion engine 2 or its crankshaft 5 can therefore be coupled in a torque-proof manner to the first ring gear 8.1.3 if required.
  • the two planetary gear carriers 8.1.2 and 8.2.2 are coupled to one another in a rotationally fixed manner on the one hand and to a first input shaft 9 on the other form a first pair of spur gears 11 .
  • This first spur gear pairing 11 is the only spur gear pairing of the first spur gear sub-transmission B, the first idler gear LB of which is arranged coaxially with a countershaft 12 and, if necessary, can be connected to it in a rotationally fixed manner via a first switching element SB.
  • the second spur gear sub-transmission A comprises a fixed gear FA on the second input shaft 10 lying coaxially to the first input shaft 9. This is permanently non-rotatably connected to the second sun 8.2.1 of the second planetary gear set 8.2 of the planetary gear 8.
  • the second input shaft 10 is designed as a hollow shaft around the first input shaft 9 .
  • a second loose wheel LA arranged coaxially to the countershaft 12 then completes a second pair of spur gears 14 and thus the second 9
  • Spur gear part A which exclusively includes a spur gear pairing, namely the second spur gear pairing 14 .
  • the second loose wheel LA can be connected in a torque-proof manner to the countershaft 12 via a second shifting element SA, if required.
  • the planetary gear 8, the first input shaft 9 and the second input shaft 10 are advantageously all arranged coaxially to one another or have the same axis of rotation.
  • the countershaft 12 carries a driven gear 15 in a section in the axial direction a, which always relates to the main axis of rotation of the transmission 4 Vehicle 21 (see Figure 4) is driven.
  • the output gear 15 is located between the planetary gear 8 and the second spur gear sub-gear A.
  • the differential 16 can thus slip axially at least partially next to the electric machine 3 . However, they could also overlap axially, which, however, cannot be represented by the wheel set diagram of FIG. 1, which shows everything in one plane.
  • the differential 16 can thus move as close as possible to the internal combustion engine 2, which is an advantage in terms of installation space.
  • the first switching element SB and the second switching element SA are combined to form a switching switching element 10 summarized.
  • this variant is ideal with a design of the two shifting elements SA and SB as a combined shifting element with a common sliding sleeve and positive shifting via a single actuator.
  • it can preferably, as shown here, be arranged on the side of the second spur gear pair 14 facing away from the planetary gear 8 and thus between the two spur gear pairs 11 , 14 on the countershaft 12 . In this way, either the first, the second or both pairs of spur gears 11, 14 can be connected to the output gear 15.
  • Two of the elements of the planetary gear 8, in the embodiment shown here the two planetary gear carriers 8.1.2 and 8.2.2 and the first input shaft 9 rotatably connected to them and the second sun gear 8.2.1 rotatably connected to the second input shaft 10 can have a
  • Blocking switching element SK are connected to each other, which in turn is preferably designed here as a form-fitting switching element without synchronization.
  • a relative movement between the elements of the planetary gear 8 can be realized by connecting the planet carriers 8.1.2 and 8.2.2 to the second sun gear 8.2.1.
  • the planetary gear 8 then rotates as a block, which is why the shifting element SK is commonly referred to as a blocking shifting element SK.
  • the blocking shift element SK connects the two input shafts 9, 10 or the second input shaft 10 and the fixed wheel FB of the first spur gear sub-transmission B, which is connected in a rotationally fixed manner to the first input shaft 9.
  • the two spur gears A, B can preferably have very different translations, with the translation of the second spur gear A being much larger than that of the first spur gear B. This enables a wide spread of the mechanical gears and thus allows a correspondingly wide spread of the usable gears of the vehicle with high efficiency 11
  • Hybrid drive system 1 In the representation of Figure 2, a shift table is shown. In the first column, grades are given. A first grade is denoted by G1. This is a mechanical fixed gear, which is then followed by a second gear V2 and a third gear V3, which are designed as virtual gears, which are intermediate gears through a corresponding use of the electric machine 3, which will be explained in detail later will, can be achieved. A fourth gear G4 is then again designed as a fixed gear, a fifth gear V5 and a sixth gear V6 are then again designed as virtual gears. Finally, there is a seventh gear G7 in the form of a fixed gear.
  • the locking shifting element SK is then opened and the second gear V2 and third gear V3 are activated with the shifting elements SA, SB in an unchanged position by the corresponding operation of the electrical machine 3, which is explained in more detail using the following figure is explained, implemented.
  • the fourth gear stage G4 the first shifting element SB is then engaged in addition to the second shifting element SA.
  • the second switching element SA is then opened for the fifth gear V5 and the fifth and sixth gears V5, V6 are in turn implemented via the electric machine.
  • the seventh gear step G7 the blocking shift element SK is then closed in addition to the closed first shift element SB. 12
  • the electrical machine will be at a standstill, that is to say it will have a speed of zero and accordingly a corresponding transmission ratio, as plotted on the y-axis.
  • the fourth gear G4 the electric machine 3 is then, as shown by the cross-hatching, operated as a motor, but in the negative direction of rotation, ie with the opposite sign as before in the first two gears G1 and V2.
  • the electric machine 3 switches back to its generator operation while continuing to reverse the direction of rotation before it is again in the sixth virtual gear or the sixth gear V6 and then in the seventh gear G7 as a motor with a positive direction of rotation, i.e. analogously to the previous generator operation in the first two gears G1 and V1.
  • the area with a negative gear ratio below the zero line on the y-axis thus designates a negative direction of rotation, in which the electric machine 3 rotates in the opposite direction to the internal combustion engine 2, both in motor and in generator mode, while in the area above the zero Line a positive direction of rotation of the electric machine 3, analogous to the direction of rotation of the engine 2, takes place, both in motor and in generator mode. 13
  • the hybrid drive system 1 can now be used in particular to drive a vehicle 21 shown in FIG.
  • the simple design of the hybrid drive system 1, which has fewer components required, makes sense above all in combination with an additional purely electric drive system 22, which can, for example, form a reverse gear and/or implement starting or can support it in addition to the hybrid drive system 1.
  • the hybrid drive system 1 and the electric drive system 22 can be arranged in such a way that one, here e.g. the hybrid drive system 1, drives a first driven axle, e.g. the front axle 23, of the vehicle 22 and the electric drive system 22 drives another driven axle, here the rear axle 24.
  • a coupling of the two systems 1, 22, indicated by the double arrow 25, then takes place purely electrically via a drive controller (not shown) and a battery system (also not shown).
  • the electrical support of the drive is still possible even when the battery is largely empty, since the electric machine 3 can be operated as a generator via the hybrid system 1 in order to supply the electric drive system 22 with power.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hybridantriebssystem (1) mit einem Verbrennungsmotor (2) und einer elektrischen Maschine (3) und einem Getriebe (4) mit einem ersten Stirnradteilgetriebe (B) und einem zweiten Stirnradteilgetriebe (A), welche über wenigstens eine Vorgelegewelle (12) abtreiben, sowie einem vierwelligen Planetengetriebe (8), welches einen ersten Planetenradsatz (8.1) mit einem ersten Sonnenrad (8.1.1), einem ersten Planetenträger (8.1.2) und einem ersten Hohlrad (8.1.3) sowie einen zweiten Planetenradsatz (8.2) mit einem zweiten Sonnenrad (8.2.1), einem zweiten Planetenträger (8.2.2) und einem zweiten Hohlrad (8.2.3) aufweist, wobei das erste Hohlrad (8.1.3) mit einer Kurbelwelle (5) des Verbrennungsmotors (2) gekoppelt oder koppelbar ist, wobei das erste Sonnenrad (8.1.1) permanent drehfest mit dem zweiten Hohlrad (8.2.3) verbunden ist und ein Rotor der elektrischen Maschine (3) drehfest mit dem zweiten Hohlrad (8.2.3) gekoppelt oder koppelbar ist, wobei der erste Planetenträger (8.1.2) permanent drehfest mit dem zweiten Planetenträger (8.2.2) verbunden ist und eine um eine Hauptdrehachse drehbare erste Eingangswelle (9) des erstens Stirnradteilgetriebes (B) drehfest mit dem zweiten Planetenträger (8.2.2) verbunden ist, wobei eine um die Hauptdrehachse drehbare zweite Eingangswelle (10) des zweiten Stirnradteilgetriebes (A) mit dem zweiten Sonnenrad (8.2.1) drehfest verbunden ist, wobei das erste und das zweite Stirnradteilgetriebe (B, A) jeweils genau eine Stirnradpaarung (11, 14) aufweisen, und wobei ein Verblockungsschaltelement (SK) zum drehfesten Verbinden von zwei der vier Wellen des Planetengetriebes (8) vorgesehen ist.

Description

1
Hybridantriebssystem und Fahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Hybridantriebssystem mit einem Verbrennungsmotor, einer elektrischen Maschine und einem Getriebe mit einem ersten Stirnradteilgetriebe und einem zweiten Stirnradteilgetriebe, welche über wenigstens eines Vorgelegewelle abtreiben, sowie mit einem vierwelligen Planetengetriebe. Außerdem betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem derartigen Hybridantriebssystem.
Aus der DE 102018007 154 A1, der DE 102017203478 A1, der DE 102016213 709 A1 , der DE 11 2013 006 936 T5 und der DE 102018213 876 A1 sind Hybridantriebssysteme, jeweils mit einem Planetengetriebe und mindestens einem Stirnradteilgetriebe, bekannt.
Ein gattungsgemäßes Hybridantriebssystem für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einer elektrischen Maschine beschreibt beispielsweise die DE 102017006 082 A1 der Anmelderin. Dabei kommt ein vierwelliges Planetenradgetriebe mit zwei Planetenradsätzen zum Einsatz, über welches die elektrische Maschine und der Verbrennungsmotor in das Getriebe des Hybridantriebssystems eingekoppelt sind und an welches zwei Stirnradteilgetriebe angebunden sind.
Der Aufbau im genannten Stand der Technik weist zwar eine hohe Komplexität bei der Realisierung von vielen Funktionen auf und benötigt dafür sehr viel Bauraum, insbesondere in axialer Richtung, also in der Richtung einer Hauptgetriebeachse bzw. von Eingangswellen der beiden Stirnradteilgetriebe. 2
Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, einen einfachen und vor allem in axialer Richtung sehr kompakten Aufbau mit einer großen Zahl sinnvoller Getriebefunktionen anzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Hybridantriebssystem mit den Merkmalen im Anspruch 1, und hier insbesondere im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Hybridantriebssystems ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Im Anspruch 10 ist außerdem ein Fahrzeug mit einem solchen Hybridantriebssystem angegeben, welches die Aufgabe ebenfalls löst.
Das erfindungsgemäße Hybridantriebssystem dient insbesondere als Fahrzeugantrieb.
Es umfasst Verbrennungsmotor und mindestens eine elektrische Maschine, sowie ein Getriebe mit zwei Stirnradteilgetrieben und einem vierwelligen Planetengetriebe. In dem Planetengetriebe sind zwei Planetenradsätze vorgesehen, wobei ein erster Planetenradsatz mit einem ersten Sonnenrad, einem ersten Planetenträger und einem ersten Hohlrad sowie ein zweiter Planetenradsatz mit einem zweiten Sonnenrad, einem zweiten Planetenträger und einem zweiten Hohlrad ausgebildet sind. Dabei ist das erste Hohlrad mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors gekoppelt oder vorzugsweise über eine Trennkupplung sowie ggf. über einen Drehschwingungsdämpfer koppelbar. Das erste Sonnenrad ist permanent drehfest mit dem zweiten Hohlrad verbunden und direkt oder mittelbar über ein weiteres Getriebeelement mit einem Rotor der elektrischen Maschine drehfest gekoppelt oder koppelbar, welcher seinerseits mit dem zweiten Hohlrad gekoppelt oder koppelbar ist. Die beiden Planetenträger der Planetenradsätze sind permanent drehfest miteinander verbunden und außerdem mit einer um eine Hauptdrehachse des Getriebes drehbare erste Eingangswelle des ersten Stirnradteilgetriebes. Eine um die Hauptdrehachse des Getriebes drehbare zweite Eingangswelle des zweiten Stirnradteilgetriebes ist ihrerseits mit dem zweiten Sonnenrad drehfest verbunden. Dabei ist es nun so, dass das erste und das zweite Stirnradteilgetriebe jeweils genau eine Stirnradpaarung aufweisen, um so einen einfachen und kompakten Aufbau zu realisieren. Ferner ist ein Verblockungsschaltelement zum drehfesten Verbinden von zwei der vier Wellen des Planetengetriebes vorgesehen, um eine hohe Flexiblität bei der Wahl einer möglichst großen Anzahl von Gangstufen zu ermöglichen. Insbesondere kann dafür die 3
Übersetzung des einen Stirnradteilgetriebes sehr viel größer sein als die des anderen Stirnradteilgetriebes.
Unter drehtest im Sinne der Erfindung ist dabei zu verstehen, dass eine drehfeste Verbindung oder Kopplung zweier drehbar gelagerter Elemente bedeutet, dass diese beiden Elemente koaxial zueinander angeordnet sind und derart miteinander verbunden sind, dass sie mit derselben Winkelgeschwindigkeit umlaufen. Axial oder entlang der Hauptdrehachse im Sinne der hier vorliegenden Erfindung bedeutet immer axial in Bezug auf diese Hauptdrehachse, welche wiederum mit den Drehachsen der beiden koaxialen Eingangswellen der Stirnradteilgetriebe zusammenfällt.
Durch den beschriebenen Aufbau des erfindungsgemäßen Hybridantriebssystems wird dabei eine inverse Anbindung der Stirnradteilgetriebe im Vergleich zu bisherigen Konzepten erzielt. Hierdurch ist es möglich, die elektrische Maschine in einen rückwärtsdrehenden Betrieb zu zwingen. Dies führt letztlich zu zwei Nulldurchgängen der Drehzahl der elektrischen Maschine, die sich optimal als zusätzliche Stufen im Sinne virtueller Gänge nutzen lassen.
Die erzwungene Drehzahlumkehr verbessert auch das ansonsten eher schlechte Drehzahlverhältnis zwischen dem Verbrennungsmotor einerseits und der elektrischen Maschine anderseits im Zwischengang. Konnten bisher beide Maschinen nicht optimal ausgenutzt werden, so ist es jetzt möglich, eine Auslegung umzusetzen, bei der der Verbrennungsmotor und die elektrische Maschine im Zwischengang die betragsmäßig gleiche Übersetzung besitzen, sodass beide Maschinen bestmöglich genutzt werden können.
Ferner lassen sich sehr gute Wirkungsgrade, vor allem in den oberen Gängen, erzielen, was sich wiederum sehr positiv auf die Effizienz und damit letztlich den Wirkungsgrad und den Energiebedarf des erfindungsgemäßen Hybridantriebssystems auswirkt.
Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Hybridantriebssystems sind die beiden Stirnradpaarungen des jeweils ersten Stirnradteilgetriebes einerseits und des zweiten Stirnradteilgetriebes andererseits sind so zueinander angeordnet, dass in einer axialen Richtung entlang der beiden 4
Eingangswellen der jeweiligen Stirnradteilgetriebe gesehen, ein
Verblockungsschaltelement zum Verblocken von zwei der Wellen des Planetengetriebes zwischen den beiden Stirnradpaarungen angeordnet ist.
Dadurch wird in axialer Richtung ein außerordentlich kompakter Aufbau bei einer sehr hohen Getriebespreizung, also sich sehr stark unterscheidenden Übersetzungen zwischen dem schnellsten und dem langsamsten Gang, möglich. Durch den Einsatz des vierwelligen Planetengetriebes, des Verbrennungsmotors und der elektrischen Maschine in der beschriebenen Anordnung lässt sich somit also eine Vielzahl von Funktionen mit dem erfindungsgemäßen Hybridantriebssystem einfach und effizient realisieren.
Gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Hybridantriebsvorrichtung kann es vorgesehen sein, dass genau eine Vorgelegewelle parallel zur Hauptdrehachse und mit einem drehfest mit ihr verbundenen Abtriebsrad vorgesehen ist. Die genau eine Vorgelegewelle erlaubt einen quer zur axialen Richtung sehr kompakten Aufbau des Getriebes.
Dabei kann dieses Abtriebsrad gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung hiervon axial, also entlang der Hauptdrehachse gesehen, zwischen dem Planetengetriebe und den beiden Stirnradteilgetrieben angeordnet sein.
Der Verbrennungsmotor bzw. seine Kurbelwelle kann dabei gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hybridantriebssystems, wie oben schon angedeutet, über eine Trennkupplung mit dem ersten Hohlrad des Planetengetriebes verbunden sein. Ergänzend oder auch kompakt integriert mit der T rennkupplung kann dabei ein Zweimassenschwungrad zum Dämpfen bzw. Tilgen von Drehschwingungen vorgesehen werden. Auch alternative Aufbauten von Drehschwingungsdämpfern sind denkbar. Die Trennkupplung selbst erlaubt durch das Trennen des Getriebes bzw. seines Planetengetriebes von dem Verbrennungsmotor einen rein elektrischen Betrieb, was die Möglichkeiten zur Steigerung der Funktionalität des erfindungsgemäßen Hybridantriebssystems entsprechend erhöht. Die Trennkupplung selbst kann dabei formschlüssig oder auch reibschlüssig ausgebildet sein. Sie kann insbesondere auch formschlüssig ohne eine Synchronisierung realisiert werden, um sie so besonders 5 einfach und kompakt in ihrem Aufbau gestalten zu können. Wenn es benötigt wird, kann eine Anpassung der Drehzahlen über die elektrische Maschine erfolgen.
Die elektrische Maschine und/oder ein Rotorrad des Rotors der elektrischen Maschine sind dabei in axialer Richtung gesehen überlappend zu dem Planetenradsatz angeordnet. Auch diese Anordnung der elektrischen Maschine, welche vorzugsweise achsparallel zu den Eingangsachsen der beiden Stirnradteilgetriebe und der Kurbelwelle angeordnet ist, erlaubt einen in axialer Richtung sehr kompakten Aufbau. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Anbindung der elektrischen Maschine dabei über weitere Getriebeelemente wie ein Stirnradgetriebe, ein Riementrieb, ein Kettenantrieb oder dergleichen erfolgen.
Eine außerordentlich günstige Weiterbildung des erfindungsgemäßen Hybridantriebssystems kann es nun vorsehen, dass ein Schaltelement für das erste Stirnradteilgetriebe koaxial zu der Vorgelegewelle und axial zwischen den Stirnradpaarungen angeordnet ist. Eine solche Anordnung eines Schaltelements für das erste Stirnradteilgetriebe koaxial zu der Vorgelegewelle nutzt also ein Festrad im Bereich der Eingangswelle in der ersten Stirnradpaarung und dementsprechend ein Losrad auf der wenigstens einen, gemäß der oben beschriebenen Ausgestaltung der genau einen, Vorgelegewelle. Prinzipiell könnte ein solches Schaltelement in jeder axialen Position auf der Vorgelegewelle koaxial zu dieser angeordnet sein. Besonders bevorzugt befindet es sich zwischen den beiden Stirnradpaarungen. Das erste Schaltelement nutzt dann in axialer Richtung denselben Bauraum wie das Verblockungsschaltelement, so dass kein zusätzlicher Bauraum in axialer Richtung benötigt wird.
Unter koaxial im Sinne der hier vorliegenden Erfindung ist dabei ein drehbar gelagertes Element koaxial zu einem anderen drehbar gelagerten Element, wie beispielsweise einer Welle, zu verstehen, so dass die Drehachsen der beiden Elemente jeweils deckungsgleich oder fluchtend sind. Ferner ist es gemäß der Erfindung so, dass unter einer Radpaarung bzw. Stirnradpaarung eine Anzahl von zwei miteinander kämmenden Zahnrädern bzw. Stirnrädern zu verstehen ist, welche parallele Drehachsen aufweisen und bezogen auf eine Ebene, welche senkrecht zu diesen Drehachsen steht, in einer gemeinsamen Ebene, welche als Radsatzebene bezeichnet wird, angeordnet sind. 6
Gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung befinden sich ein zweites Schaltelement ebenfalls koaxial zu der Vorgelegewelle und in axialer Richtung zischen den Stirnradpaarungen. Somit wäre auch bei der anderen Stirnradpaarung das Losrad auf der Vorgelegewelle angeordnet.
Die beiden Schaltelemente können dabei gemäß einer sehr günstigen Weiterbildung dieser Ideen als Koppelschaltelement ausgebildet und mit einer einzigen gemeinsamen Schiebemuffe schaltbar sein, um so einen einerseits möglichst einfachen und in axialer Richtung kompakten Aufbau zu realisieren und andererseits den Aufwand hinsichtlich der Bauteile und der Aktuatorik nochmals zu reduzieren.
Bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug ist es nun so, dass dieses ein Hybridantriebssystem nach einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen aufweist, wobei zusätzlich ein elektrisches Antriebssystem vorgesehen ist, welches von dem Hybridantriebssystem mechanisch unabhängig ausgebildet ist. Dadurch wird der Antrieb sehr flexibel einsetzbar. Zum Beispiel kann so ein elektrischer Rückwärtsgang realisiert werden, sodass das Getriebe einen solchen nicht vorsehen muss. Dabei ist es ferner vorgesehen, dass durch das Hybridantriebssystem eine Achse des Fahrzeugs angetrieben wird, während das elektrische Antriebssystem eine andere Achse des Fahrzeugs treibt, um so beispielsweise zum Anfahren und Rückwärtsfahren im rein elektrischen Betrieb die eine Achse zu nutzen und für den Vortrieb mit dem Hybridantriebssystem die andere Achse zu nutzen. Außerdem können bei Bedarf beide Achsen genutzt werden, um so, beispielsweise bei einer Pkw-Anwendung, ein Allradsystem zu erhalten.
Der Aufbau erlaubt es auch im Hybridantriebssystem bei generatorischem Betrieb der elektrischen Maschine erzeugte Leistung an das rein elektrische Antriebsystem weiterzugeben, so dass dessen Betrieb nicht vom Ladezustand der Batterie abhängig ist. Dabei ergeben sich bei dem erfindungsgemäßen Hybridantriebssystem große generatorische Bereiche der elektrischen Maschine des Hybridantriebssystem. In Kombination mit der zweiten rein elektrisch angetriebenen Achse können diese nun für zusätzliche Drehzahlanpassungen des Verbrennungsmotors genutzt werden. Wie erwähnt kann Leistung dabei direkt von der elektrischen Maschine des Hybridantriebssystem zu der elektrischen Maschine der rein elektrisch angetriebenen 7
Achse geleitet werden. Der ganze Aufbau kann dabei ohne Batterie betrieben werden oder ist, wie erwähnt, vom Ladezustand der Batterie unabhängig. Ferner können hierdurch weitere Betriebspunkte des Verbrennungsmotors realisiert werden. Ein weiterer Vorteil, welcher vor allem bei diesem Aufbau des Fahrzeugs zu Tage tritt, ist die relativ große Spreizung vom ersten zum letzten festen Gang innerhalb des Getriebes des erfindungsgemäßen Hybridantriebssystems. Durch diese große Spreizung der festen bzw. mechanischen Gänge und die Möglichkeit dazwischen die zusätzlichen Momentenstufen in Form der virtuellen Gänge zu schaffen, ermöglicht es, vor allem in Kombination mit der rein elektrisch angetriebenen Achse das erfindungsgemäße Hybridantriebssystem bei einer Vielzahl von verschiedenen Fahrzeugen mit sehr unterschiedlichen Anforderungen an ihren Antrieb, beispielsweise aufgrund sehr stark unterschiedlicher Baugrößen, Gewichte und dergleichen, umzusetzen. Das erfindungsgemäße Hybridantriebssystem lässt sich also flexibel in verschiedenen Baureihen nutzen, ohne dass große konstruktive und entwicklungstechnische Anpassungen notwendig sind, was den Einsatz des erfindungsgemäßen Hybridantriebssystems in einem derartigen Fahrzeug außerordentlich effizient und kostengünstig macht.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Hybridantriebssystems ergeben sich auch aus den beiden Ausführungsbeispielen, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben sind.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hybridantriebssystems;
Fig. 2 eine Schalttabelle zur Erläuterung der möglichen Zustände der erfindungsgemäßen Hybridantriebssysteme in Figur 1;
Fig. 3 ein Diagramm des Verlaufs der Gesamtübersetzung des Getriebes des
Hybridantriebssystems und der Übersetzung der elektrischen Maschine über den Gangstufen; und
Fig. 4 ein schematisch angedeutetes Fahrzeug mit einem solchen
Hybridantriebssystem und einem zusätzlichen elektrischen Antriebssystem. 8
In der Darstellung der Figur 1 ist ein Hybridantriebssystem 1 zu erkennen, welches einen angedeuteten Verbrennungsmotor 2 sowie eine elektrische Maschine 3 umfasst. Ein Rotor der elektrischen Maschine 3 ist drehtest mit einem Rotorrad 6 verbunden, welches über ein Zwischenrad 7 als Getriebeelement an ein vierwelliges Planetengetriebe 8 eines in seiner Gesamtheit mit 4 bezeichneten Getriebes angebunden ist. Das Getriebe 4 ist dabei, bezogen auf seine Hauptdrehachse, nur in seiner oberen Hälfte dargestellt.
Das vierwellige Planetengetriebe 8 umfasst dabei einen ersten Palentenradsatz 8.1 sowie axial benachbart dazu einen zweiten Planetenradsatz 8.2. Der erste Planetenradsatz 8.1 umfasst ein erstes Sonnenrad 8.1.1, einen ersten Planetenträger 8.1.2 mit mehreren hier Planeten, von welchen außerdem nur einer dargestellt ist. Den in Umfangsrichtung äußeren Abschluss bildet ein erstes Hohlrad 8.1.3. Der Aufbau des zweiten Planetenradsatzes 8.2 entspricht dem. Erweist ein zweites Sonnenrad 8.2.1, einen zweiten Planetenträger 8.2.2 und ein zweites Hohlrad 8.2.3 auf.
Das erste Hohlrad 8.1.3 des ersten Planetenradsatzes 8.1 ist über eine Trennkupplung KO und einen optionalen Drehschwingungsdämpfer 13 mit einer Kurbelwelle 5 des Verbrennungsmotors 2 verbindbar. Bei geschlossener Trennkupplung KO, welche vorzugsweise als formschlüssige Kupplung ohne Synchronisierung ausgeführt sein kann, lässt sich der Verbrennungsmotor 2 bzw. seine Kurbelwelle 5 also mit dem ersten Hohlrad 8.1.3 bei Bedarf drehfest koppeln. Die beiden Planetenradträger 8.1.2 und 8.2.2 sind einerseits drehfest miteinander gekoppelt und andererseits mit einer ersten Eingangswelle 9. Über diese erste Eingangswelle 9 wird ein koaxial und drehfest zu dieser angeordnetes erstes Festrad FB angetrieben, welches ein erstes Losrad LB treibt, die zusammen eine erste Stirnradpaarung 11 ausbilden. Diese erste Stirnradpaarung 11 ist dabei die einzige Stirnradpaarung des ersten Stirnradteilgetriebes B, deren erstes Losrad LB koaxial zu einer Vorgelegewelle 12 angeordnet und bei Bedarf über ein erstes Schaltelement SB drehfest mit dieser verbindbar ist. Das zweite Stirnradteilgetriebe A umfasst ein Festrad FA auf der mit einer koaxial zur ersten Eingangswelle 9 liegenden zweiten Eingangswelle 10. Diese ist mit der zweiten Sonne 8.2.1 des zweiten Planetenradsatzes 8.2 des Planetengetriebes 8 permanent drehfest verbunden. Die zweite Eingangswelle 10 ist als Hohlwelle um die erste Eingangswelle 9 herum ausgebildet. Ein koaxial zu der Vorgelegewelle 12 angeordnetes zweites Losrad LA komplettiert dann eine zweite Stirnradpaarung 14 und damit das zweite 9
Stirnradteilgetriebe A, welches ausschließlich diese eine Stirnradpaarung, nämlich die zweite Stirnradpaarung 14, umfasst. Über ein zweites Schaltelement SA ist das zweite Losrad LA mit der Vorgelegewelle 12 bei Bedarf drehfest verbindbar.
Das Planetengetriebe 8, die erste Eingangswelle 9 und die zweite Eingangswelle 10 sind vorteilhaft allesamt koaxial zueinander angeordnet beziehungsweise haben die selbe Drehachse.
Die Vorgelegewelle 12 trägt ihrerseits in einem Abschnitt in axialer Richtung a, welche sich immer auf die Hauptdrehachse des Getriebes 4 bezieht, ein Abtriebsrad 15. Dieses kämmt mit einem hier schematisch angedeuteten Differential 16, über welches eine angetriebene Achse 23 eines mit dem Hybridantriebssystems 1 ausgestatteten Fahrzeugs 21 (vergleiche Figur 4) angetrieben wird.
Das Abtriebsrad 15 liegt dabei zwischen dem Planetengetriebe 8 und dem zweiten Stirnradteilgetriebe A. Das Differential 16 kann somit axial zumindest teilweise neben die elektrische Maschine 3 rutschen. Sie könnten sich jedoch auch axial überlappen, was durch den alles in einer Ebene zeigenden Radsatzplan der Figur 1 jedoch nicht darstellbar ist. Das Differential 16 kann so möglichst dicht an den Verbrennungsmotor 2 rücken, was ein Vorteil bezüglich des Bauraums darstellt.
Alternativ dazu wäre es auch denkbar, bei entsprechenden Durchmessern des Planetengetriebes 8 und der Stirnradpaarungen 11, 14 die Anordnung des drehfest mit der Vorgelegewelle 12 verbundenen Abtriebsrads 15 axial überlappend zu dem Planetenradsatz 8 auszuführen Auch hierdurch könnte das Differential 16 sehr nah an den Verbrennungsmotor 2 rücken, was den kompakten Aufbau und die ideale Ausnutzung des in dem Fahrzeug 21 typischerweise vorhandenen Bauraums vorteilhaft fördert.
Durch beide Varianten wird insbesondere ein Einbau quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs 21 einfach möglich.
Das erste Schaltelement SB und das zweite Schaltelement SA sind in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel zu einem kombinierten Koppelschaltelement 10 zusammengefasst. Neben der prinzipiell auch denkbaren Ausgestaltung dieser beiden Schaltelemente SA, SB als Reibschaltelemente ist diese Variante mit einer Ausgestaltung der beiden Schaltelemente SA und SB als kombiniertes Schaltelement mit einer gemeinsamen Schiebemuffe und einer formschlüssigen Schaltung über einen einzigen Aktuator ideal. Bezüglich der Anordnung kann es vorzugsweise, wie hier dargestellt, auf der dem Planetengetriebe 8 abgewandten Seite der zweiten Stirnradpaarung 14 und somit zwischen den beiden Stirnradpaarungen 11, 14 auf der Vorgelegewelle 12 angeordnet sein. Damit lassen sich dann wahlweise die erste, die zweite oder beide Stirnradpaarungen 11, 14 mit dem Abtriebsrad 15 verbinden.
Zwei der Elemente des Planetenradgetriebes 8, in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel die beiden Planetenradträger 8.1.2 und 8.2.2 sowie die mit ihnen drehfest verbundene erste Eingangswelle 9 und das mit der zweiten Eingangswelle 10 drehfest verbundene zweite Sonnenrad 8.2.1 können über ein
Verblockungsschaltelement SK miteinander verbunden werden, welches hier wiederum vorzugsweise als formschlüssiges Schaltelement ohne Synchronisierung ausgebildet ist. Bei der entsprechenden Drehzahl der Elemente kann so eine Relativbewegung zwischen den Elementen des Planetengetriebes 8 durch eine Verbindung der Planetenträger 8.1.2 und 8.2.2 mit dem zweiten Sonnenrad 8.2.1 realisiert werden. Das Planetengetriebe 8 läuft dann als Block um, weshalb das Schaltelement SK gängiger Weise als Verblockungsschaltelement SK bezeichnet wird. Das Verblockungsschaltelement SK verbindet dabei die beiden Eingangswellen 9, 10 bzw. die zweite Eingangswelle 10 und das drehfest mit der ersten Eingangswelle 9 verbundene Festrad FB des ersten Stirnradteilgetriebes B miteinander. Es ist so angeordnet, dass es in demselben Bauraum in axialer Richtung a liegt wie die beiden Schaltelemente SA, SB. Dadurch lässt sich zusätzlicher Bauraum für dieses Verblockungsschaltelement SK in der axialen Richtung a einsparen und der Gesamtaufbau des Getriebes 4 lässt sich entsprechend kompakt umsetzen.
Die beiden Stirnradteilgetriebe A, B können nun vorzugsweise sehr stark unterschiedliche Übersetzungen aufweisen, wobei die Übersetzung des zweiten Stirnradteilgetriebes A sehr viel größer als die des ersten Stirnradteilgetriebes B sein sollte. Dies ermöglicht eine hohe Spreizung der mechanischen Gänge und erlaubt so bei hoher Effizienz eine entsprechend hohe Spreizung der nutzbaren Gänge des 11
Hybridantriebssystems 1. In der Darstellung der Figur 2 ist eine Schalttabelle gezeigt. In der ersten Spalte sind dabei Gangstufen angegeben. Eine erste Gangstufe ist mit G1 bezeichnet. Hierbei handelt es sich um einen mechanischen Festgang, welcher dann von einer zweiten Gangstufe V2 und einer dritten Gangstufe V3 gefolgt ist, welche als virtuelle Gangstufen ausgebildet sind, welche als Zwischengänge durch einen entsprechenden Einsatz der elektrischen Maschine 3, welcher später noch im Detail erläutert werden wird, erzielt werden können. Eine vierte Gangstufe G4 ist dann wieder als ein Festgang ausgebildet, eine fünfte Gangstufe V5 und und eine sechste Gangstufe V6 sind dann wieder als virtuelle Gänge ausgebildet. Schließlich folgt eine siebte Gangstufe G7 in Form eines Festganges.
In der zweiten Spalte ist unter dem Kürzel iVM eine Verbrennungsmotor- Gesamtübersetzung zwischen dem ersten Hohlrad 8.1.3 und der Vorgelegewelle 12, letztlich also zwischen der Kurbelwelle 5 des Verbrennungsmotors 2 und dem Abtrieb, dargestellt. In der ersten Gangstufe G1 hat diese Übersetzung einen Betrag von 14 und nimmt dann bis zur siebten Gangstufe G7 auf einen Betrag von 2 ab. Die drei nachfolgenden Spalten zeigen jeweils die Stellung der Schaltelemente SA, SB und des Verblockungsschaltelements SK. Mit „x“ ist dabei ein eingelegtes Schaltelement und mit ein nicht eingelegtes Schaltelement gekennzeichnet. In der ersten Gangstufe G1 ist also das Planetengetriebe 8 entsprechend verblockt und das zweite Schaltelement SA des zweiten Stirnradteilgetriebes A ist geschlossen, sodass über dieses abgetrieben wird. Für die zweite Gangstufe V2 und die dritte Gangstufe V3 wird dann das Verblockungsschaltelement SK geöffnet und die zweite Gangstufe V2 und dritte Gangstufe V3 werden bei unveränderter Stellung der Schaltelemente SA, SB durch den entsprechenden Betrieb der elektrischen Maschine 3, welche anhand der nachfolgenden Figur noch näher erläutert wird, umgesetzt.
Für den nächsten Festgang, die vierte Gangstufe G4, wird dann zusätzlich zu dem zweiten Schaltelement SA das erste Schaltelement SB eingelegt. Im Anschluss wird für die fünfte Gangstufe V5 das zweite Schaltelement SA geöffnet und die fünfte und sechste Gangstufe V5, V6 werden wiederum über die elektrische Maschine realisiert. Für den letzten Festgang, die siebte Gangstufe G7, wird dann zusätzlich zum geschlossenen ersten Schaltelement SB das Verblockungsschaltelement SK geschlossen. 12
In der Darstellung der Figur 3 ist dieser Schaltablauf nochmals gezeigt, wobei mit durchgezogener Linie und wiederum der Bezeichnung iVM die Verbrennungsmotor- Gesamtübersetzung entsprechend der Tabelle in Figur 2 dargestellt ist, während mit gestrichelter Linie und der Bezeichnung iEM eine EM-Gesamtübersetzung zwischen dem ersten Sonnenrad 8.1.3, also dem Anschluss der elektrischen Maschine in dem Planetengetriebe 8, und der Vorgelegewelle 12 dargestellt ist. Mit schraffierten Blöcken ist dabei der generatorische Betrieb der elektrischen Maschine 3 dargestellt mit kreuzschraffierten ihr motorischer Betrieb. Um die mit durchgezogener Linie dargestellte Verbrennungsmotor-Gesamtübersetzung im Sinne der oben genannten Tabelle zu erhalten, bedeutet dies für die auf der x-Achse aufgetragenen einzelnen Gangstufen G1 , G2, G3, G4, G5, G6, G87 nun, dass in den ersten beiden Gangstufen G1 und V2 die elektrische Maschine 3 positiv dreht und, wie es durch den schraffierten Balken dargestellt ist, generatorisch betrieben wird. Nachfolgend wird dann im dritten virtuellen Gang, der dritten Gangstufe V3, die elektrische Maschine Stillstehen, also eine Drehzahl von Null und dementsprechend eine entsprechende Übersetzung, wie es auf der y- Achse aufgetragen ist, aufweisen. Im vierten Gang, der vierten Gangstufe G4, wird die elektrische Maschine 3 dann, wie es durch die Kreuzschraffur dargestellt ist, motorisch betrieben, allerdings im negativen Drehsinn, also mit umgekehrten Vorzeichen wie zuvor bei den ersten beiden Gangstufen G1 und V2. Für die virtuelle fünfte Gangstufe V5 wechselt die elektrische Maschine 3 dann wieder in ihren generatorischen Betrieb bei weiterhin umgekehrter Drehrichtung, bevor sie im sechsten virtuellen Gang bzw. der sechsten Gangstufe V6 wiederum steht und anschließend in der siebten Gangstufe G7 motorisch mit positiver Drehrichtung, also analog zum vorherigen generatorischen Betrieb in den beiden ersten Gangstufen G1 und V1, betrieben wird.
Der Bereich mit negativer Übersetzung unterhalb der Null-Linie auf der y-Achse bezeichnet also eine negative Drehrichtung, bei welcher die elektrische Maschine 3 entgegengesetzt zum Verbrennungsmotor 2 dreht, sowohl im motorischen als auch im generatorischen Betrieb, während in dem Bereich oberhalb der Null-Linie ein positiver Drehsinn der elektrischen Maschine 3, analog zu der Drehrichtung des Verbrennungsmotors 2, erfolgt, ebenso sowohl im motorischen als auch im generatorischen Betrieb. 13
Das Hybridantriebssystem 1 lässt sich nun insbesondere zum Antreiben eines in Figur 4 dargestellten Fahrzeugs 21 verwenden. Der einfache und bezüglich der benötigen Bauteile reduzierte Aufbau des Hybridantriebssystems 1 macht dabei vor allem in Kombination mit einem zusätzlichen rein elektrischen Antriebsystem 22 Sinn, welcher zum Beispiel einen Rückwärtsgang ausbilden und/oder das Anfahren realisieren oder ergänzend zum Hybridantriebssystem 1 unterstützen kann. Insbesondere können das Hybridantriebssystem 1 und das elektrische Antriebssystem 22 dabei so angeordnet sein, dass das eine, hier z.B. das Hybridantriebssystem 1, eine erste angetriebene Achse, z.B. die Vorderachse 23, des Fahrzeugs 22 treibt und das elektrische Antriebssystem 22 eine andere angetriebene Achse, hier die Hinterachse 24. Eine über den Doppelpfeil 25 angedeutete Kopplung der beiden Systeme 1, 22 erfolgt dann reine elektrisch über eine nicht dargestellte Antriebsteuerung sowie ein ebenfalls nicht dargestelltes Batteriesystem.
Die elektrische Unterstützung des Antriebs ist dabei auch bei weitgehend leerer Batterie noch möglich, da über das Hybridsystem 1 dessen elektrische Maschine 3 generatorisch betrieben werden kann, um so das elektrische Antriebssystem 22 mit Leistung zu versorgen.

Claims

14 Mercedes-Benz Group AG Patentansprüche
1 . Hybridantriebssystem (1) mit einem Verbrennungsmotor (2) und einer elektrischen Maschine (3) und einem Getriebe (4) mit einem ersten Stirnradteilgetriebe (B) und einem zweiten Stirnradteilgetriebe (A), welche über wenigstens eine Vorgelegewelle (12) abtreiben, sowie einem vierwelligen Planetengetriebe (8), welches einen ersten Planetenradsatz (8.1) mit einem ersten Sonnenrad (8.1.1), einem ersten Planetenträger (8.1.2) und einem ersten Hohlrad (8.1.3) sowie einen zweiten Planetenradsatz (8.2) mit einem zweiten Sonnenrad (8.2.1), einem zweiten Planetenträger (8.2.2) und einem zweiten Hohlrad (8.2.3) aufweist, wobei das erste Hohlrad (8.1.3) mit einer Kurbelwelle (5) des Verbrennungsmotors (2) gekoppelt oder koppelbar ist, wobei das erste Sonnenrad (8.1.1) permanent drehtest mit dem zweiten Hohlrad (8.2.3) verbunden ist und ein Rotor der elektrischen Maschine (3) drehtest mit dem zweiten Hohlrad (8.2.3) gekoppelt oder koppelbar ist, wobei der erste Planetenträger (8.1.2) permanent drehtest mit dem zweiten Planetenträger (8.2.2) verbunden ist und eine um eine Hauptdrehachse drehbare erste Eingangswelle (9) des erstens Stirnradteilgetriebes (B) drehtest mit dem zweiten Planetenträger (8.2.2) verbunden ist, wobei eine um die Hauptdrehachse drehbare zweite Eingangswelle (10) des zweiten Stirnradteilgetriebes (A) mit dem zweiten Sonnenrad (8.2.1) drehtest verbunden ist, wobei das erste und das zweite Stirnradteilgetriebe (B, A) jeweils genau eine Stirnradpaarung (11, 14) aufweisen, und wobei ein Verblockungsschaltelement (SK) zum drehfesten Verbinden von zwei der vier Wellen des Planetengetriebes (8) vorgesehen ist. 15 Hybridantriebssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verblockungsschaltelement (SK) entlang der Hauptdrehachse gesehen zwischen den beiden Stirnradpaarungen (11, 14) angeordnet ist. Hybridantriebssystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass genau eine parallel zu der Hauptdrehachse angeordnete Vorgelegewelle (12) mit einem drehtest mit ihr verbundenen Abtriebsrad (15) vorgesehen ist. Hybridantriebssystem (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der Hauptdrehachse gesehen das Abtriebsrad (15) zwischen dem Planetengetriebe (8) und den Stirnradpaarungen (11, 14) angeordnet ist. Hybridantriebssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle (5) des Verbrennungsmotors (2) über eine Trennkupplung (KO) mit dem ersten Hohlrad (8.1.3) koppelbar ist. Hybridantriebssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (3) und/oder ein mit ihrem Rotor drehtest verbundenes Rotorrad (6) in axialer Richtung (a) gesehen, überlappend zu dem Planetenradsatz (8) angeordnet ist. Hybridantriebssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Schaltelement (SB) koaxial zu der wenigstens einen Vorgelegewelle (12) und in axialer Richtung (a) zwischen den Stirnradpaarungen (11, 14) angeordnet ist. 16 Hybridantriebssystem (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Schaltelement (SA) koaxial zu der wenigstens einen Vorgelegewelle (12) und in axialer Richtung (a) zwischen den Stirnradpaarungen (11, 14) angeordnet ist. Hybridantriebssystem (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (SB) und das zweite Schaltelement (SA) als ein Koppelschaltelement ausgebildet und mit einer einzigen gemeinsamen Schiebemuffe schaltbar sind. Fahrzeug (21) mit einem Hybridantriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und mit einem zusätzlichen elektrischen Antriebsystem (22), wobei über das Hybridantriebssystem (1) eine erste Fahrzeugachse (23) und über das elektrische Antriebssystem (22) eine weitere Fahrzeugachse (24) antreibbar ist.
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