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DE102007051473A1 - Hybrid vehicle for use with hybrid topology, has combustion engine and planetary gear, which comprises component, and component is rotatably coupled with crankshaft of combustion engine - Google Patents

Hybrid vehicle for use with hybrid topology, has combustion engine and planetary gear, which comprises component, and component is rotatably coupled with crankshaft of combustion engine Download PDF

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DE102007051473A1
DE102007051473A1 DE102007051473A DE102007051473A DE102007051473A1 DE 102007051473 A1 DE102007051473 A1 DE 102007051473A1 DE 102007051473 A DE102007051473 A DE 102007051473A DE 102007051473 A DE102007051473 A DE 102007051473A DE 102007051473 A1 DE102007051473 A1 DE 102007051473A1
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planetary gear
crankshaft
hybrid vehicle
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German (de)
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Christoph Ziegler
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Bayerische Motoren Werke AG
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Bayerische Motoren Werke AG
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Abstract

The hybrid vehicle has a combustion engine (1) and a planetary gear (4), which comprises a component (6). The component is rotatably coupled with a crankshaft (5) of the combustion engine. Another component (7) is coupled with a rotor of an electrical machine (3). A transmission (2) is pivotably connected with a third component (10).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybridfahrzeug gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1.The The present invention relates to a hybrid vehicle according to the features of claim 1.

Unter einem Hybridfahrzeug wird im Folgenden ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und mindestens einer elektrischen Maschine verstanden, die dazu vorgesehen ist, in Schubphasen Bremsenergie zu rekuperieren und im Fahrbetrieb das Fahrzeug rein elektromotorisch anzutreiben und/oder den Verbrennungsmotor zu unterstützen. Hybridfahrzeuge, bei denen die elektrische Maschine dem verbrennungsmotorisch erzeugten Drehmoment überlagert werden kann, werden auch als „Parallelhybride" bezeichnet.Under In the following, a hybrid vehicle will be a vehicle with an internal combustion engine and at least one electric machine understood to do so is provided to recuperate braking energy in coasting phases and Driving the vehicle purely by electric motor while driving and / or to support the combustion engine. Hybrid vehicles in which the electric machine the internal combustion engine generated torque to be superimposed can also be called a "parallel hybrid".

Bei manchen Hybridkonzepten ist vorgesehen, die elektrische Maschine auch als Starter für den Verbrennungsmotor einzusetzen. Ein ruckfreier Zustart des Verbrennungsmotors aus dem rein elektrischen Fahrbetrieb heraus ist technisch sehr aufwendig.at Some hybrid concepts are provided, the electric machine also as a starter for the Use internal combustion engine. A smooth start of the internal combustion engine from the purely electric driving out is technically very consuming.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hybridfahrzeugtopologie zu schaffen, die ein vergleichsweise ruckarmes Zustarten des Verbrennungsmotors aus dem rein elektrischen Fahrbetrieb heraus ermöglicht.task The invention is to provide a hybrid vehicle topology, the a relatively low-jerk conditions of the internal combustion engine allows the purely electric driving out.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.These The object is solved by the features of claim 1. advantageous Refinements and developments of the invention are the dependent claims remove.

Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Hybridfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, einem Getriebe und einer elektrischen Maschine, die zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe angeordnet ist. Der allgemeine Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dass die elektrische Maschine über ein Planetengetriebe mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors und dem Getriebe gekoppelt ist. Anders ausgedrückt ist eine erste Komponente des Planetengetriebes mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbunden, eine zweite Komponente des Planetengetriebes mit einem Rotor der elektrischen Maschine und eine dritte Komponente mit dem Getriebe. Ferner ist eine „Blockiereinrichtug" vorgesehen, mittels der die dritte Komponente des Planetengetriebes relativ zu einer der beiden anderen Komponenten blockiert werden kann.starting point the invention is a hybrid vehicle with an internal combustion engine, a gearbox and an electric machine between the Combustion engine and the transmission is arranged. The general The basic idea of the invention is that the electric machine has a planetary gear coupled with a crankshaft of the engine and the transmission is. In other words is a first component of the planetary gear with the crankshaft the internal combustion engine connected, a second component of the planetary gear with a rotor of the electric machine and a third component with the gearbox. Furthermore, a "blocking device" is provided by means of the third component of the planetary gear relative to a the other two components can be blocked.

Vorzugsweise ist die erste Komponente, die mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbunden ist, durch ein Hohlrad des Planetengetriebes gebildet und die zweite Komponente, die mit dem Rotor der elektrischen Maschine gekoppelt ist, durch ein Sonnenrad des Planetengetriebes. Dementsprechend ist die dritte Komponente, d. h. ein Planetenträger des Planetengetriebes mit dem Getriebe gekoppelt.Preferably is the first component associated with the crankshaft of the internal combustion engine is connected, formed by a ring gear of the planetary gear and the second component connected to the rotor of the electric machine is coupled by a sun gear of the planetary gear. Accordingly is the third component, i. H. a planet carrier of the planetary gear with coupled to the transmission.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist zwischen dem Planetengetriebe und dem Verbrennungsmotor, insbesondere zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Hohlrad des Planetengetriebes eine Bremse angeordnet, die eine Abstützung der ersten Komponente des Planetengetriebes gegenüber der Fahrzeugkarosserie bzw. gegenüber einem Gehäuse des Getriebes ermöglicht. Alternativ zu einer Bremse kann eine derartige Abstützung auch durch einen „Freilauf" erreicht werden, d. h. durch eine „Einrichtung", die eine Drehung der Kurbelwelle und der damit verbundenen ersten Komponente des Planetengetriebes nur in einer Richtung zulässt, nämlich in der normalen Drehrichtung der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors, nicht aber in umgekehrter Richtung.To a development of the invention is between the planetary gear and the internal combustion engine, in particular between the internal combustion engine and the ring gear of the planetary gear arranged a brake, the a support the first component of the planetary gear relative to the Vehicle body or opposite a housing allows the transmission. As an alternative to a brake, such a support by to achieve a "freewheel" d. H. through a "device" that makes a turn the crankshaft and the associated first component of the planetary gear only in one direction, namely in the normal direction of rotation of the crankshaft of the internal combustion engine, but not in the opposite direction.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Blockiereinrichtung durch eine Bremse gebildet, die kinematisch zwischen dem Sonnenrad und dem Planetenträger des Planetengetriebes angeordnet ist und die somit eine „Sperrung" der zweiten und dritten Komponente des Planetengetriebes relativ zueinander ermöglicht.To a development of the invention is the blocking device a brake is formed kinematically between the sun gear and the planet carrier of the planetary gear is arranged and thus a "blocking" of the second and third component of the planetary gear relative to each other.

Anstatt durch eine Bremse kann die Blockiereinrichtung auch durch eine Kupplung gebildet sein. Ganz allgemein gesprochen handelt es sich bei der Blockiereinrichtung um eine Einrichtung, mit der zwei der drei Komponenten Sonne, Steg, Hohlrad miteinander gekoppelt werden können.Instead of by a brake, the blocking device can also by a clutch be formed. Generally speaking, it is the blocking device to a device, with the two of the three components sun, bridge, Ring gear can be coupled together.

Im Folgenden wird die Erfindung wird im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Die einzige 1 zeigt eine Hybridtopologie gemäß der Erfindung.In the following the invention will be explained in more detail in connection with the drawing. The only 1 shows a hybrid topology according to the invention.

1 zeigt eine Hybridtopologie für Fahrzeuge, mit einem Verbrennungsmotor 1, einem Getriebe 2, das hier ein Automatikgetriebe ist, einer zwischen dem Verbrennungsmotor 1 und dem Getriebe 2 angeordneten elektrischen Maschine 3 und einem Planetengetriebe 4. Kennzeichnend für die in 1 gezeigte Hybridtopologie ist somit, dass die elektrische Maschine 3 nicht unmittelbar mit dem Antriebsstrang verbunden ist, sondern über das Planetengetriebe 4. Konkret ist eine Kurbelwelle 5 des Verbrennungsmotors 1 mit einem Hohlrad 6 des Planetengetriebes 4 drehgekoppelt. Die elektrische Maschine 3, oder genauer gesagt, ein Rotor (nicht dargestellt) der elektrischen Maschine 3 ist mit einem Sonnenrad 7 des Planetengetriebes 4 drehgekoppelt. In Umfangsrichtung verteilt zwischen dem Sonnenrad 7 und dem Hohlrad 6 sind mehrere Planetenräder 8, 9 angeordnet, die mit dem Hohlrad 6 und dem Sonnenrad 7 kämmen und die wiederum drehbar auf einem drehbaren Planetenträger 10 angeordnet sind. Der Planetenträger 10 ist hier „mittelbar" mit einer Eingangswelle 11 des Getriebes 2 verbunden. 1 shows a hybrid topology for vehicles, with an internal combustion engine 1 , a gearbox 2 , which is an automatic transmission here, one between the internal combustion engine 1 and the transmission 2 arranged electric machine 3 and a planetary gear 4 , Characteristic of the in 1 shown hybrid topology is thus that the electric machine 3 not directly connected to the drive train, but via the planetary gear 4 , Specifically, a crankshaft 5 of the internal combustion engine 1 with a ring gear 6 of the planetary gear 4 rotationally coupled. The electric machine 3 , or more specifically, a rotor (not shown) of the electric machine 3 is with a sun wheel 7 of the planetary gear 4 rotationally coupled. Distributed circumferentially between the sun gear 7 and the ring gear 6 are several planet gears 8th . 9 arranged with the ring gear 6 and the sun wheel 7 comb and turn rotatable on a turn baren planet carrier 10 are arranged. The planet carrier 10 here is "indirect" with an input shaft 11 of the transmission 2 connected.

„Mittelbar” bedeutet in diesem Zusammenhang, dass zwischen dem Planetenträger 10 und der Getriebeeingangswelle 11 ein Drehschwingungsdämpfer bzw. ein Zweimassenschwungrad 12 angeordnet ist. Zwischen dem Zweimassenschwungrad 12 und der Getriebeeingangswelle 11 ist ferner eine Kupplung 13 angeordnet, die aber nicht unbedingt erforderlich ist."Indirect" in this context means that between the planetary carrier 10 and the transmission input shaft 11 a torsional vibration damper or a dual mass flywheel 12 is arranged. Between the dual mass flywheel 12 and the transmission input shaft 11 is also a clutch 13 arranged, but not essential.

Darüber hinaus ist eine „Blockiereinrichtung" 14 vorgesehen und zwar kinematisch gesehen zwischen dem Sonnenrad 7 und dem Planetenträger 10. Durch Schließen einer Bremse der Blockiereinrichtung 14 können das Sonnenrad 7 und der Planetenträger 10 gegeneinander geblockt werden, was dazu führt, dass das gesamte Planetengetriebe 4 geblockt ist und somit die drei Komponenten Hohlrad 6, Sonnenrad 7 und Planetenträger 10 mit derselben Drehzahl drehen.In addition, a "blocking device" 14 provided and seen kinematically between the sun gear 7 and the planet carrier 10 , By closing a brake of the blocking device 14 can the sun gear 7 and the planet carrier 10 be blocked against each other, which causes the entire planetary gear 4 is blocked and thus the three components ring gear 6 , Sun wheel 7 and planet carrier 10 rotate at the same speed.

Schließlich ist zwischen der Kurbelwelle 5 und dem Hohlrad 6 noch eine Bremse 15 angeordnet, mittels der das Hohlrad 6 gegenüber dem Fahrzeug bzw. einem Gehäuse (nicht dargestellt) des Getriebes 2 festgestellt werden kann. Anstatt einer Bremse 15 könnte auch ein Freilauf vorgesehen sein, der eine Drehung des Hohlrads 6 bzw. der damit verbundenen Kurbelwelle nur in der normalen Kurbelwellendrehrichtung zulässt und in umgekehrter Richtung sperrt.Finally, between the crankshaft 5 and the ring gear 6 another brake 15 arranged, by means of the ring gear 6 towards the vehicle or a housing (not shown) of the transmission 2 can be determined. Instead of a brake 15 could also be provided a freewheel, the rotation of the ring gear 6 or the associated crankshaft only in the normal crankshaft rotation direction permits and locks in the reverse direction.

Durch Schließen der Bremse 15 ist ein Zustand „elektrisch Fahren" darstellbar. Die elektrische Maschine 3 arbeitet dabei als Elektromotor und treibt über das Sonnenrad 7 den Steg bzw. Planetenträger 10 an. Das für eine Kraftübertragung auf das Getriebe 2 erforderliche „Stützmoment" wird dabei durch die geschlossenen Bremse 15 aufgebracht, die sich z. B. am Getriebegehäuse abstützt. Vorteilhaft im Vergleich zu herkömmlichen Parallelhybridkonzepten, bei denen die elektrische Maschine unmittelbar „auf der Kurbelwelle" angeordnet ist, ist die sich durch das Planetengetriebe 4 ergebende höhere Drehzahl der elektrischen Maschine 3.By closing the brake 15 is a state "electrically driving" representable. The electric machine 3 works as an electric motor and drives over the sun gear 7 the bridge or planet carrier 10 at. That for a power transmission to the transmission 2 required "support torque" is thereby by the closed brake 15 applied, the z. B. is supported on the transmission housing. Advantageously in comparison to conventional parallel hybrid concepts in which the electric machine is arranged directly "on the crankshaft", which is through the planetary gear 4 resulting higher speed of the electric machine 3 ,

Wird nun ein größeres Antriebsmoment als das maximale Drehmoment der elektrischen Maschine benötigt, so muss der Verbrennungsmotor, der im rein elektrischen Fahrbetrieb ausgeschaltet ist, zugestartet werden. Ein Zustarten des Verbrennungsmotors 1 erfolgt durch Öffnen der Bremse 15 und gleichzeitiges Schließen der Blockiereinrichtung 14. Im Unterschied zu herkömmlichen Hybridkonzepten wird zum Zustarten des Verbrennungsmotors somit primär die in der elektrischen Maschine gespeicherte Rotationsenergie genutzt. Da, wie bereits erwähnt, aufgrund der Anbindung der elektrischen Maschine 3 über das Planetengetriebe 4 die elektrische Maschine mit einer größeren Drehzahl dreht als bei herkömmlichen Hybridkonzepten, bei denen die elektrische Maschine unmittelbar auf der Kurbelwelle angeordnet ist, ist in der elektrischen Maschine dementsprechend mehr Rotationsenergie gespeichert. Durch Schließen der Blockiereinrichtung 14 bzw. der Bremse der Blockiereinrichtung 14 werden die elektrische Maschine und der Verbrennungsmotor synchronisiert, d. h. auf die selbe Drehzahl gebracht.If a larger drive torque than the maximum torque of the electric machine is required, then the internal combustion engine, which is switched off in the purely electric driving operation, must be restarted. A state of the internal combustion engine 1 is done by opening the brake 15 and simultaneously closing the blocking device 14 , In contrast to conventional hybrid concepts, the rotational energy stored in the electric machine is thus primarily used to start the internal combustion engine. Because, as already mentioned, due to the connection of the electric machine 3 over the planetary gear 4 the electric machine rotates at a higher speed than in conventional hybrid concepts, in which the electric machine is arranged directly on the crankshaft, in the electric machine accordingly more rotational energy is stored. By closing the blocking device 14 or the brake of the blocking device 14 the electric machine and the internal combustion engine are synchronized, ie brought to the same speed.

Um während des Zustartens des Verbrennungsmotors ein „Ruckeln" im Antriebsstrang zu minimieren, kann die Kupplung 13 während des Zustartvorgangs mit Schlupfbetrieben, d. h. teilweise geöffnet werden. Dies ist insbesondere dann zu empfehlen, wenn die „Zieldrehzahl" nach dem Schließen der Blockiereinrichtung 14 oberhalb der Abtriebsdrehzahl liegt. Während des Zustartens des Verbrennungsmotors wird die elektrische Maschine 3 von einer hier nicht näher dargestellten Leistungselektronik vorzugsweise so geregelt, dass die rotatorische Energie der elektrischen Maschine elektrisch gesteuert, erhöht oder erniedrigt wird um ein möglichst ruckfreies Synchronisieren zu ermöglichen.In order to minimize "bucking" in the drive train during the start of the internal combustion engine, the clutch can 13 during the Zustartvorgangs with slipping operations, ie partially opened. This is particularly recommended if the "target speed" after closing the blocking device 14 above the output speed is. During the start of the internal combustion engine, the electric machine 3 is preferably controlled by a power electronics not shown here so that the rotational energy of the electric machine is electrically controlled, increased or decreased to allow the smoothest possible synchronization.

Ein wesentlicher Vorteil des in 1 gezeigten Konzepts, bei der die elektrische Maschine über das Planetengetriebe 4 mit dem Antriebsstrang gekoppelt ist, ist ferner darin zu sehen, dass die elektrische Maschine kleiner ausgelegt werden kann, als bei herkömmlichen Parallelhybridkonzepten, bei denen die elektrische Maschine unmittelbar auf der Kurbelwelle sitzt bzw. unmittelbar mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors drehgekoppelt ist. Durch die Übersetzung des Planetenradsatzes muss nämlich von der elektrischen Maschine 3 ein wesentlich kleineres maximales Moment aufgebracht werden als bei herkömmlichen Hybridtopologien.A major advantage of in 1 shown concept, in which the electric machine via the planetary gear 4 is coupled with the drive train, is also to be seen in that the electric machine can be designed smaller than in conventional parallel hybrid concepts in which the electric machine sits directly on the crankshaft or is directly rotationally coupled to the crankshaft of the engine. By the translation of the planetary gear set namely of the electric machine 3 a much smaller maximum moment are applied than in conventional hybrid topologies.

Im Folgenden wird die Funktion „Kaltstart" des Verbrennungsmotors 1 beschrieben. Bei festgebremstem Abtrieb, d. h. wenn z. B. die Parksperre des Getriebes 2 eingelegt oder das Getriebe in anderer Weise gesperrt ist, z. B. durch eine Bremse oder durch gleichzeitiges Einlegen zweier Gänge, kann der Verbrennungsmotor 1 auch aus dem Stand heraus durch die elektrische Maschine 3 gestartet werden. Das von der elektrischen Maschine 3 aufgebrachte Drehmoment wird dabei über den Planetenträger 10 vom Getriebe 2 abgestützt und über das Hohlrad 6 auf die Kurbelwelle 5 des Verbrennungsmotors 1 übertragen.The following is the function "cold start" of the internal combustion engine 1 described. At stalled downforce, ie when z. B. the parking lock of the transmission 2 inserted or the transmission is locked in another way, for. B. by a brake or by simultaneous engagement of two gears, the engine can 1 even from a standstill through the electric machine 3 to be started. That of the electric machine 3 applied torque is doing over the planet carrier 10 from the gearbox 2 supported and over the ring gear 6 on the crankshaft 5 of the internal combustion engine 1 transfer.

Während des verbrennungsmotorischen Losfahrens kann dann zunächst Energie rückgewonnen werden, bis die Drehzahl der elektrischen Maschine 3 Null ist. Anschließend treibt die elektrische Maschine 3 an und ermöglicht eine Synchronisierung des Verbrennungsmotors und der Getriebeeingangswelle 11, wobei die Blockiereinrichtung 14 verschleißfrei geschlossen werden kann.During the internal combustion engine starting can then be recovered energy until the speed of the electric machine 3 Is zero. Subsequently, the electric machine drives 3 and allows synchronization the internal combustion engine and the transmission input shaft 11 , wherein the blocking device 14 can be closed without wear.

Claims (7)

Hybridfahrzeug, mit – einem Verbrennungsmotor (1), – einem Planetengetriebe (4), das • eine erste Komponente (6) aufweist, die mit einer Kurbelwelle (5) des Verbrennungsmotors (1) drehgekoppelt ist, • eine zweite Komponente (7), die mit einem Rotor einer elektrischen Maschine (3) gekoppelt ist, • eine dritte Komponente (10), und • eine Blockiereinrichtung (14), mittels der die dritte Komponente (10) relativ zu einer der beiden anderen Komponenten (7) blockierbar ist, und – einem Getriebe (2), das mit der dritten Komponente (10) drehgekoppelt bzw. drehkoppelbar ist.Hybrid vehicle, with - an internal combustion engine ( 1 ), - a planetary gear ( 4 ), a first component ( 6 ), which with a crankshaft ( 5 ) of the internal combustion engine ( 1 ) is rotationally coupled, • a second component ( 7 ) connected to a rotor of an electric machine ( 3 ), • a third component ( 10 ), and • a blocking device ( 14 ), by means of which the third component ( 10 ) relative to one of the other two components ( 7 ) is blockable, and - a transmission ( 2 ) with the third component ( 10 ) is rotationally coupled or drehkoppelbar. Hybridfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente (6) ein Hohlrad des Planetengetriebes (4) ist, die zweite Komponente (7) ein Sonnenrad des Planentengetriebes (4) und die dritte Komponente ein Planetenträger (10) des Planetengetriebes (4).Hybrid vehicle according to claim 1, characterized in that the first component ( 6 ) a ring gear of the planetary gear ( 4 ), the second component ( 7 ) a sun gear of the planetary gear ( 4 ) and the third component is a planet carrier ( 10 ) of the planetary gear ( 4 ). Hybridfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kurbelwelle (5) des Verbrennungsmotors (1) und der ersten Komponente (6) des Planetengetriebes (4) eine Bremse (15) angeordnet ist.Hybrid vehicle according to claim 1 or 2, characterized in that between the crankshaft ( 5 ) of the internal combustion engine ( 1 ) and the first component ( 6 ) of the planetary gear ( 4 ) a brake ( 15 ) is arranged. Hybridfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kurbelwelle (5) des Verbrennungsmotors (1) und der ersten Komponente (6) des Planetengetriebes (4) ein Freilauf angeordnet ist.Hybrid vehicle according to one of claims 1 to 3, characterized in that between the crankshaft ( 5 ) of the internal combustion engine ( 1 ) and the first component ( 6 ) of the planetary gear ( 4 ) A freewheel is arranged. Hybridfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Blockiereinrichtung (14) kinematisch zwischen der zweiten Komponente (7) und der dritten Komponente (10) des Planetengetriebes (4) angeordnet ist.Hybrid vehicle according to one of claims 1 to 4, characterized in that the blocking device ( 14 ) kinematically between the second component ( 7 ) and the third component ( 10 ) of the planetary gear ( 4 ) is arranged. Hybridfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Blockiereinrichtung (14) und einer Eingangswelle (11) des Getriebes (2) eine Kupplung (13) angeordnet ist.Hybrid vehicle according to one of claims 1 to 5, characterized in that between the blocking device ( 14 ) and an input shaft ( 11 ) of the transmission ( 2 ) a coupling ( 13 ) is arranged. Hybridfahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Blockiereinrichtung (14) und der Kupplung (13) ein Drehschwingungsdämpfer, insbesondere ein Zweimassenschwungrad, angeordnet ist.Hybrid vehicle according to claim 6, characterized in that between the blocking device ( 14 ) and the clutch ( 13 ) A torsional vibration damper, in particular a dual mass flywheel, is arranged.
DE102007051473A 2007-10-27 2007-10-27 Hybrid vehicle for use with hybrid topology, has combustion engine and planetary gear, which comprises component, and component is rotatably coupled with crankshaft of combustion engine Withdrawn DE102007051473A1 (en)

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