-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybridgetriebe, einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang mit einem solchen Hybridgetriebe, ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs.
-
Fahrzeuge werden zunehmend mit Hybridantrieben, d. h. mit wenigstens zwei verschiedenen Antriebsquellen ausgestattet. Hybridantriebe können zur Verminderung des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemissionen beitragen. Es haben sich weitgehend Antriebsstränge mit einem Verbrennungsmotor und einem oder mehreren Elektromotoren als Parallelhybrid oder als Mischhybrid durchgesetzt. Derartige Hybridantriebe weisen im Kraftfluss eine im Wesentlichen parallele Anordnung des Verbrennungsmotors und des Elektroantriebs auf. Hierbei können sowohl eine Überlagerung der Antriebsmomente als auch eine Ansteuerung mit rein verbrennungsmotorischem Antrieb oder rein elektromotorischem Antrieb ermöglicht werden. Da sich die Antriebsmomente des Elektroantriebs und des Verbrennungsmotors je nach Ansteuerung addieren können, ist eine vergleichsweise kleinere Auslegung des Verbrennungsmotors und/oder dessen zeitweise Abschaltung möglich. Hierdurch kann eine signifikante Reduzierung der CO2-Emissionen ohne nennenswerte Leistungs- bzw. Komforteinbußen erreicht werden. Die Möglichkeiten und Vorteile eines Elektroantriebs können somit mit den Reichweiten-, Leistungs- und Kostenvorteilen von Brennkraftmaschinen verbunden werden.
-
Ein Nachteil der oben genannten Hybridantriebe besteht in einem im Allgemeinen komplexeren Aufbau, da beide Antriebsquellen vorzugsweise mit nur einem Getriebe Antriebsleistung auf eine Antriebswelle übertragen. Hierdurch sind derartige Getriebe meist aufwendig und kostenintensiv in der Produktion. Eine Reduzierung der Komplexität im Aufbau eines Hybridgetriebes geht meistens mit einer Einbuße an Variabilität einher.
-
Dieser Nachteil kann zumindest teilweise mittels dedizierter Hybridgetriebe oder „Dedicated Hybrid Transmissions“ (DHT) überwunden werden, bei denen eine elektrische Maschine in das Getriebe integriert wird, um den vollen Funktionsumfang darzustellen. Beispielsweise kann im Getriebe insbesondere der mechanische Getriebeteil vereinfacht werden, etwa durch Entfall des Rückwärtsgangs, wobei stattdessen mindestens eine elektrische Maschine genutzt wird.
-
Dedizierte Hybridgetriebe können aus bekannten Getriebekonzepten hervorgehen, also aus Doppelkupplungsgetrieben, Wandler-Planetengetrieben, stufenlosen Getrieben (CVT) oder automatisierten Schaltgetrieben. Die elektrische Maschine wird dabei vorzugsweise zum Teil des Getriebes.
-
Die Offenlegungsschrift
DE 10 2011 005 562 A1 betrifft ein Schaltgetriebe eines Hybridantriebs für ein Kraftfahrzeug, mit zwei Eingangswellen und einer gemeinsamen Ausgangswelle. Die erste Eingangswelle ist über eine steuerbare Trennkupplung mit der Triebwelle eines Verbrennungsmotors verbindbar und über eine erste Gruppe selektiv schaltbarer Gangradsätze mit der Ausgangswelle in Triebverbindung bringbar. Die zweite Eingangswelle steht über ein als Planetengetriebe ausgebildetes Überlagerungsgetriebe mit dem Rotor einer als Motor und als Generator betreibbaren Elektromaschine sowie mit der ersten Eingangswelle in Triebverbindung und ist über eine zweite Gruppe selektiv schaltbarer Gangradsätze mit der Ausgangswelle in Triebverbindung bringbar. Beide Eingangswellen sind über eine schaltbare Koppelvorrichtung miteinander in Triebverbindung bringbar. Zur kostengünstigen Herstellung ist vorgesehen, dass das Schaltgetriebe aus einem Doppelkupplungsgetriebe mit zwei koaxialen Eingangswellen abgeleitet ist, dessen erste Eingangswelle zentral angeordnet ist, dessen zweite Eingangswelle als eine Hohlwelle ausgebildet und koaxial über der ersten Eingangswelle angeordnet ist und dessen Koppelvorrichtung eine Getriebestufe und/oder eine schaltbare Kupplung umfasst, die anstelle desjenigen Gangradsatzes und seiner zugeordneten Gangkupplung vorgesehen sind, der in dem zugrunde liegenden Doppelkupplungsgetriebe der ersten Eingangswelle zugeordnet und axial benachbart zu dem getriebeseitigen Ende der zweiten Eingangswelle angeordnet ist.
-
Vor diesem Hintergrund stellt sich einem Fachmann die Aufgabe, ein kompaktes Hybridgetriebe mit einfachem mechanischem Aufbau zu schaffen. Weiterhin soll bevorzugt eine Antriebsstrang-Konfiguration realisiert werden, bei der das Hybridgetriebe koaxial zu den Abtriebswellen positioniert ist und die Verbrennungsmaschine und/oder die elektrische Antriebsmaschine achsparallel dazu angeordnet werden kann. Insbesondere soll ein Getriebe geschaffen werden, mit dem Laden-in-Neutral, elektrodynamisches Anfahren, EDA, sowie elektrodynamische Schaltungen, EDS, möglich sind.
-
Die obige Aufgabe wird gelöst von einem Hybridgetriebe für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit:
- einer ersten Getriebeeingangswelle zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer Verbrennungsmaschine des Kraftfahrzeugs;
- einer zweiten Getriebeeingangswelle zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer ersten elektrischen Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs;
- einer ersten Zwischenwelle;
- einer Abtriebswelle zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einem Abtrieb;
- einer Vorgelegewelle;
- einem ersten Planetenradsatz, der mit der zweiten Getriebeeingangswelle und der Vorgelegewelle verbunden ist;
- in mehreren Radsatzebenen angeordneten Stirnradpaaren zum Bilden von Gangstufen; und
- mehreren Gangschaltvorrichtungen mit Schaltelementen zum Einlegen von Gangstufen, wobei
- die Abtriebswelle direkt mit der zweiten Getriebeeingangswelle oder dem ersten Planetenradsatz verbindbar ist.
-
Die obige Aufgabe wird ferner gelöst von einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit:
- einem Hybridgetriebe wie zuvor definiert;
- einer Verbrennungsmaschine, die mit der ersten Getriebeeingangswelle verbindbar ist; und
- einer ersten elektrischen Antriebsmaschine, die mit der zweiten Getriebeeingangswelle antriebswirksam verbunden ist.
-
Die obige Aufgabe wird zudem gelöst von einem Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs wie zuvor definiert.
-
Die obige Aufgabe wird schließlich gelöst von einem Kraftfahrzeug mit:
- einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang wie zuvor definiert; und
- einem Energiespeicher zum Speichern von Energie zum Versorgen der ersten elektrischen Antriebsmaschine und/oder einer zweiten elektrischen Antriebsmaschine.
-
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Insbesondere können der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang, das Kraftfahrzeug sowie das Verfahren entsprechend den für das Hybridgetriebe in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Ausgestaltungen ausgeführt sein.
-
Durch eine erste Getriebeeingangswelle zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer Verbrennungsmaschine und eine zweite Getriebeeingangswelle zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einer ersten elektrischen Antriebsmaschine kann technisch einfach ein kompaktes Hybridgetriebe geschaffen werden. Eine Wirkverbindung kann sowohl schaltbar als auch nicht schaltbar ausgeführt sein. Insbesondere kann ein Hybridgetriebe geschaffen werden, das um eine der Fahrzeugwellen an der Vorderachse angeordnet ist, wobei die Verbrennungsmaschine und die erste elektrische Antriebsmaschine achsparallel zum Hybridgetriebe angeordnet sind. Dadurch, dass die zweite Getriebeeingangswelle direkt mit der Abtriebswelle verbindbar ist, kann eine Abtriebsstützung mittels der ersten elektrischen Antriebsmaschine erfolgen. Unter direkt verbindbar ist in diesem Zusammenhang insbesondere zu verstehen, dass keine Übersetzung durch eine der Stirnradpaare oder den Planetenradsatz bei dieser Verbindung erfolgt. Zudem kann ein hocheffizienter rein elektrischer Gang geschaffen werden, der insbesondere durch Einlegen eines einzigen Schaltelements schaltbar ist. Es kann ein Hybridgetriebe mit hoher Effizienz geschaffen werden, da zum Einrichten von bis zu drei Hybridgangstufen, teilweise in mehreren Varianten, und einer Zusatzhybridgangstufe wenige Zahneingriffe benötigt werden. Mit dem Hybridgetriebe kann ferner ein elektrodynamischer Überlagerungszustand und ein Zustand Laden-in-Neutral eingerichtet werden. Das Hybridgetriebe und insbesondere der verwendete Radsatz des Hybridgetriebes weist einen technisch einfachen Aufbau auf, sodass vorzugsweise mittels nur drei Aktoren die Schaltelemente geschaltet werden können. Mit dem Hybridgetriebe kann eine geringe Bauteilbelastung sowie geringe Getriebeverluste sowohl verbrennungsmotorisch als auch elektrisch erreicht werden.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Hybridgetriebe eine zweite Zwischenwelle, die antriebswirksam mit der ersten Getriebeeingangswelle verbunden ist. Ergänzend umfasst ein Differential des Abtriebs eine Differentialwelle, die als Vollwelle ausgebildet ist und von der ersten Zwischenwelle, der zweiten Zwischenwelle, der zweiten Getriebeeingangswelle und der Abtriebswelle zumindest abschnittweise umgeben ist. Weiterhin ergänzend ist eine axiale Länge der Differentialwelle größer als eine axiale Länge der Abtriebswelle, wobei die Differentialwelle die Abtriebswelle vollständig durchdringt. Hierdurch kann das Hybridgetriebe vorteilhaft um die Differentialwelle herum angeordnet werden. Eine Kompaktheit des Antriebsstrangs kann verbessert werden. Es versteht sich, dass vorzugsweise eine achsparallele Anbindung der Verbrennungsmaschine und eine achsparallele Anbindung der ersten elektrischen Antriebsmaschine erfolgen kann. Besonders bevorzugt ist das Hybridgetriebe dazu ausgebildet, um eine Vorderachse eines Kraftfahrzeugs herum angeordnet zu werden. Durch eine zweite Zwischenwelle, die antriebswirksam mit der ersten Getriebeeingangswelle verbindbar ist, vorzugsweise über ein Zugmittelgetriebe oder ein oder mehrere kämmende Zahnräder, kann eine axiale Länge des Hybridgetriebes weiter verringert werden.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Hybridgetriebe einen zweiten Planetenradsatz, der antriebswirksam mit dem ersten Planetenradsatz und einem Differential des Abtriebs verbunden ist. Vorzugsweise ist im zweiten Planetenradsatz ein Hohlrad festgesetzt, ein Planetenradträger mit dem Differential des Abtriebs verbunden und ein Sonnenrad mit einem Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes mittels der Abtriebswelle antriebswirksam verbunden. Durch einen zweiten Planetenradsatz kann technisch einfach eine Ausgangsübersetzung der vom Hybridgetriebe auf die Differentialwelle übertragenen Leistung erfolgen. Insbesondere kann ein zweiter Planetenradsatz, wie auch das Hybridgetriebe, vorteilhaft um die Differentialwelle herum angeordnet werden und so eine kompakte Ausführung eines Hybridantriebsstrangs ermöglichen. Es versteht sich, dass anstatt des Planetenradsatzes auch eine Stirnradstufe als Abtriebsradsatz Anwendung finden kann. Insbesondere ist es denkbar, eine Abtriebshohlwelle vorzusehen, die über zwei kämmende Stirnradpaare mit dem ersten Planetenradsatz und dem Differential des Abtriebs in Wirkverbindung steht, wobei die Abtriebshohlwelle vorzugsweise drehbar an der Vorgelegewelle gelagert ist.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die zweite Getriebeeingangswelle, die erste Zwischenwelle, die zweite Zwischenwelle und die Abtriebswelle koaxial zueinander angeordnet. Ergänzend oder alternativ sind die erste Getriebeeingangswelle, die zweite Getriebeeingangswelle, die erste Zwischenwelle, die zweite Zwischenwelle und die Abtriebswelle als Hohlwellen ausgebildet. Weiterhin ergänzend oder alternativ umgeben die erste Zwischenwelle und die zweite Getriebeeingangswelle die Abtriebswelle zumindest abschnittsweise. Vorzugsweise ist die zweite Zwischenwelle an der Differentialwelle angeordnet. Durch die Ausbildung der vorgenannten Wellen als Hohlwellen und die koaxiale Anordnung eines Teils der vorgenannten Wellen kann eine Kompaktheit des Hybridgetriebes weiter verbessert werden. Insbesondere ermöglichen die vorteilhafte koaxiale Anordnung und die Ausbildung der Wellen als Hohlwellen ein Anordnen des Hybridgetriebes um die Differentialwelle herum, wobei das Hybridgetriebe und die Differentialwelle koaxial zueinander angeordnet sind.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die erste Getriebeeingangswelle eine Verbrennungsmaschinenkupplung zum lösbaren antriebswirksamen Verbinden der ersten Getriebeeingangswelle mit der Verbrennungsmaschine. Es versteht sich, dass die Verbrennungsmaschinenkupplung als Klauenschaltelement oder als Reibschaltelement ausgebildet sein kann. Durch eine Verbrennungsmaschinenkupplung kann die Verbrennungsmaschine vom Hybridgetriebe entkoppelt werden und so ein hocheffizienter, rein elektrischer Fahrmodus mittels des Hybridgetriebes eingerichtet werden. Eine Reibkupplung ermöglichst zudem einen sogenannten Schwungstart der Verbrennungsmaschine und kann als Anfahrelement für die Verbrennungsmaschine dienen. Durch eine Verbrennungsmaschinenkupplung kann die Variabilität und die Effizienz des Hybridgetriebes erhöht werden. Ferner kann eine Verbrennungsmaschinenkupplung aus funktionssicherheitstechnischen Gründen Anwendung in einem Hybridgetriebe finden.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Hohlrad des ersten Planetenradsatzes antriebswirksam mit der zweiten Getriebeeingangswelle verbunden. Ergänzend ist ein Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes mittels des ersten Stirnradpaars, der Vorlegewelle und des zweiten Stirnradpaars antriebswirksam mit der ersten Getriebeeingangswelle verbunden. Weiterhin ergänzend ist ein Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes antriebswirksam mit der Abtriebswelle und/oder mittels des dritten Stirnradpaars mit der Vorgelegewelle verbindbar. Durch diese vorteilhafte Anbindung des ersten Planetenradsatzes können in dem Hybridgetriebe drei hybride Gangstufen, teilweise mit mehreren Varianten, eine Zusatzhybridgangstufe, eine Elektrogangstufe, ein elektrodynamischer Überlagerungszustand und der Zustand Laden-in-Neutral effizient eingerichtet werden. Insbesondere kann eine hocheffiziente Elektrogangstufe eingerichtet werden, da zum Einlegen der Elektrogangstufe nur ein einziges Schaltelement zu schließen ist. Ferner kann ein elektrodynamischer Überlagerungszustand eingerichtet werden, der es erlaubt, aus dem elektrodynamischen Überlagerungszustand in die erste, zweite oder dritte Hybridgangstufe zu wechseln.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Hybridgetriebe genau drei Stirnradpaare, einen ersten Planetenradsatz und genau fünf Schaltelemente zum Bilden der Gangstufen auf. Hierdurch kann ein technisch einfaches und robustes Hybridgetriebe mit wenigen Zahneingriffen geschaffen werden. Insbesondere kann ein Hybridgetriebe mit einer hohen Kompaktheit geschaffen werden, das vorzugsweise mittels nur drei Aktoren bedienbar ist.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein erstes Schaltelement dazu ausgebildet, den ersten Planetenradsatz antriebswirksam mit der Abtriebswelle zu verbinden. Ergänzend oder alternativ ist ein zweites Schaltelement dazu ausgebildet, die Vorgelegewelle mittels des zweiten Stirnradpaars antriebswirksam mit der Abtriebswelle zu verbinden. Weiterhin ergänzend oder alternativ ist ein drittes Schaltelement dazu ausgebildet, die erste Getriebeeingangswelle antriebswirksam mit der Abtriebswelle zu verbinden. Ergänzend oder alternativ ist ein viertes Schaltelement dazu ausgebildet, die zweite Getriebeeingangswelle antriebswirksam mit der Abtriebswelle zu verbinden. Schließlich ist weiterhin ergänzend oder alternativ ein fünftes Schaltelement dazu ausgebildet, die Vorgelegewelle antriebswirksam mittels des dritten Stirnradpaars mit dem ersten Planetenradsatz zu verbinden. Durch diese vorteilhafte Anordnung der Schaltelemente können mit dem Hybridgetriebe drei Hybridgangstufen, teilweise mit mehreren Varianten, eine zusätzliche Zusatzhybridgangstufe, ein elektrodynamischer Überlagerungszustand, eine reine Elektrogangstufe und der Zustand Laden-in-Neutral eingerichtet werden. Es kann ein variables, kompaktes und funktionsumfangreiches Hybridgetriebe geschaffen werden, mit dem elektrodynamisches Anfahren sowie elektrodynamische Schaltungen möglich sind.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Schaltelemente als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet. Ergänzend oder alternativ sind wenigstens zwei der Schaltelemente, bevorzugt vier Schaltelemente, als Doppelschaltelement ausgebildet und von einem doppeltwirkenden Aktor betätigbar. Formschlüssige Schaltelemente ermöglichen ein hocheffizientes und kostengünstiges Hybridgetriebe. Der Aufbau und Betrieb des Hybridgetriebes können durch ein Doppelschaltelement weiter vereinfacht werden. Insbesondere kann ein Doppelschaltelement mittels eines einzigen Aktors geschaltet werden, sodass sich ein Verkabelungsaufwand und ein Ansteuerungsaufwand für das Hybridgetriebe reduzieren.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind wenigstens zwei Stirnradpaare zum Bilden der Gangstufen direkt axial benachbart zueinander angeordnet. Ergänzend oder alternativ ist die Vorgelegewelle als Schaltelement frei ausgebildet. Unter direkt axial benachbart ist insbesondere zu verstehen, dass kein weiteres Getriebebauteil in axialer Richtung zwischen den beiden Stirnradpaaren angeordnet ist.
-
Durch eine schaltelementfrei ausgebildete Vorgelegewelle kann eine Fertigung der Vorgelegewelle kostengünstig erfolgen. Insbesondere kann eine Verkabelung des Hybridgetriebes vereinfacht erfolgen, da wenigstens eine Getriebewelle nicht mit Schaltelementen ausgestattet werden muss. Eine direkte axiale Benachbarung zweier gangbildender Stirnradpaare ermöglicht eine erhöhte Kompaktheit des Hybridgetriebes.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste elektrische Antriebsmaschine als Startergenerator zum Starten der Verbrennungsmaschine ansteuerbar. Ergänzend oder alternativ ist die erste elektrische Antriebsmaschine als Ladegenerator zum Laden eines Energiespeichers ansteuerbar. Hierdurch kann ein effizienter Kraftfahrzeug-Antriebsstrang geschaffen werden. Insbesondere kann der Kraftstoffverbrauch reduziert werden. Es versteht sich, dass auf einen zusätzlichen Anlasser für die Verbrennungsmaschine verzichtet werden kann, da die erste elektrische Antriebsmaschine die Verbrennungsmaschine anschleppen kann.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Abtrieb des Hybridgetriebes mit einer ersten Kraftfahrzeugachse antriebswirksam verbindbar, wobei eine zweite Kraftfahrzeugachse eine elektrische Achse mit einer zweiten elektrischen Antriebsmaschine umfasst. Hierdurch kann technisch einfach ein Hybrid-Antriebsstrang mit Allradantrieb geschaffen werden. Ferner kann durch den Kraftfahrzeug-Antriebsstrang ein zugkraftunterbrechungsfreies Schalten technisch einfach ermöglicht werden, da die elektrische Achse bei Schaltungen im Hybridgetriebe die Zugkraft aufrechterhalten kann. Zudem kann ein ausfallsicherer Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug geschaffen werden, da im Falle eines aufgebrauchten Energiespeichers für die zweite elektrische Antriebsmaschine ein sogenannter serieller Fahrmodus einrichtbar ist. Bei dem seriellen Fahrmodus wird vorzugsweise die erste elektrische Antriebsmaschine von der Verbrennungsmaschine generatorisch betrieben und die so erzeugte Energie der zweiten elektrischen Antriebsmaschine zur Verfügung gestellt. Hierdurch kann ein hoch variabler Kraftfahrzeug-Antriebsstrang geschaffen werden, bei dem insbesondere auch bei leerem Energiespeicher elektrisch gefahren und insbesondere elektrisch angefahren werden kann.
-
Ein Festsetzen eines Elements eines Planetenradsatzes ist insbesondere als ein Blockieren einer Drehung des Elements um seine Rotationsachse zu verstehen. Vorzugsweise wird dabei das Element mittels eines Schaltelements drehfest mit einem statischen Bauteil wie einem Rahmen und/oder einem Getriebegehäuse verbunden. Es ist auch denkbar, das Element bis zu einem Stillstand zu bremsen.
-
Ein Verblocken eines Planetenradsatzes umfasst ein antriebswirksames Verbinden zweier Zahnräder und/oder des Planetenradträgers und eines Zahnrads des Planetenradsatzes, sodass diese gemeinsam mit der gleichen Umdrehungszahl um denselben Punkt, vorzugsweise den Mittelpunkt des Planetenradsatzes, rotieren. Beim Verblocken zweier Zahnräder und/oder eines Planetenradträgers und eines Zahnrads des Planetenradsatzes wirkt der Planetenradsatz vorzugsweise wie eine Welle, es findet insbesondere keine Übersetzung im Planetenradsatz statt.
-
Unter „antriebswirksam verbunden“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine nicht schaltbare Verbindung zwischen zwei Bauteilen verstanden werden, welche zu einer permanenten Übertragung einer Drehzahl, eines Drehmoments und/oder einer Antriebsleistung vorgesehen ist. Die Verbindung kann dabei direkt oder über eine Festübersetzung erfolgen. Die Verbindung kann beispielsweise über eine feste Welle, eine Verzahnung, insbesondere eine Stirnradverzahnung, und/oder ein Umschlingungsmittel, insbesondere ein Zugmittelgetriebe, erfolgen.
-
Unter „antriebswirksam verbindbar“, „kann antriebswirksam verbunden werden“ oder „ist zum antriebswirksamen Verbinden ausgebildet“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein schaltbares Verbinden zwischen zwei Bauteilen verstanden werden, welches in einem geschlossenen Zustand zu einer temporären Übertragung einer Drehzahl, eines Drehmoments und/oder einer Antriebsleistung vorgesehen ist. In einem geöffneten Zustand überträgt das schaltbare Verbinden vorzugsweise temporär im Wesentlichen keine Drehzahl, kein Drehmoment und/oder keine Antriebsleistung.
-
Unter Standladen bzw. Laden-in-Neutral ist insbesondere das Betreiben der elektrischen Antriebsmaschine als Generator zu verstehen, vorzugsweise bei einem Stillstand mit laufender Verbrennungsmaschine, um einen Energiespeicher zu befüllen und/oder eine Bordelektronik zu speisen.
-
Ein Aktor ist vorliegend insbesondere ein Bauteil, das ein elektrisches Signal in eine mechanische Bewegung umsetzt. Vorzugsweise führen Aktoren, die mit Doppelschaltelementen verwendet werden, Bewegungen in zwei entgegengesetzte Richtungen aus, um in der ersten Richtung ein Schaltelement des Doppelschaltelements zu schalten und in der zweiten Richtung das andere Schaltelement zu schalten.
-
Ein Gangstufenwechsel, insbesondere ein serielles Schalten, erfolgt insbesondere durch Abschalten eines Schaltelements und/oder einer Kupplung und gleichzeitiges Aufschalten des Schaltelements und/oder der Kupplung für die nächsthöhere oder -niedrigere Gangstufe. Das zweite Schaltelement und/oder die zweite Kupplung übernimmt also Stück für Stück das Drehmoment vom ersten Schaltelement und/oder von der ersten Kupplung, bis am Ende des Gangstufenwechsels das gesamte Drehmoment vom zweiten Schaltelement und/oder der zweiten Kupplung übernommen wird. Bei vorheriger Synchronisation kann ein Gangwechsel schneller erfolgen, vorzugsweise können dabei formschlüssige Schaltelemente Anwendung finden.
-
Eine Verbrennungsmaschine kann insbesondere jede Maschine sein, die durch Verbrennen eines Antriebsmittels, wie Benzin, Diesel, Kerosin, Ethanol, Flüssiggas, Autogas etc. eine Drehbewegung erzeugen kann. Eine Verbrennungsmaschine kann beispielsweise ein Ottomotor, ein Dieselmotor, ein Wankelmotor oder ein Zweitaktmotor sein.
-
Beim seriellen Fahren oder Kriechen wird eine elektrische Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs generatorisch von einer Verbrennungsmaschine des Kraftfahrzeugs betrieben. Die so erzeugte Energie wird dann einer weiteren elektrischen Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs zur Verfügung gestellt, um Antriebsleistung bereitzustellen.
-
Eine elektrische Fahrzeugachse, oder kurz elektrische Achse, ist vorzugsweise eine Nicht-Haupt-Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs, bei der mittels einer elektrischen Antriebsmaschine Antriebsleistung auf Räder des Kraftfahrzeugs übertragen werden kann. Es versteht sich, dass die elektrische Antriebsmaschine auch mittels eines Getriebes angebunden sein kann. Mittels einer elektrischen Achse kann ganz oder teilweise eine Zugkraft aufrechterhalten werden, wenn im Getriebe für eine Haupt-Antriebsachse ein Gangwechsel erfolgt. Ferner kann mittels einer elektrischen Achse zumindest teilweise eine Allrad-Funktionalität eingerichtet werden.
-
Ein elektrodynamisches Anfahrelement (EDA) bewirkt, dass über einen oder mehrere Planetenradsätze eine Drehzahlüberlagerung von Verbrennungsmaschinen-Drehzahl und elektrischer Antriebsmaschinen-Drehzahl stattfindet, sodass ein Anfahren eines Kraftfahrzeugs aus dem Stillstand bei laufender Verbrennungsmaschine, vorzugsweise ohne Reibkupplung, möglich ist. Dabei stützt die elektrische Antriebsmaschine ein Drehmoment ab. Vorzugsweise ist die Verbrennungsmaschine nicht mehr durch eine Anfahrkupplung oder dergleichen vom Getriebe trennbar. Durch Verwenden eines EDAs können vorzugsweise Anlasser, Generator und Anfahrkupplung beziehungsweise hydrodynamischer Wandler entfallen. Dabei baut ein EDA insbesondere so kompakt, dass alle Komponenten im serienmäßigen Kupplungsgehäuse ohne Verlängerung des Getriebes Platz finden. Das elektrodynamische Anfahrelement kann beispielsweise über einen weich abgestimmten Torsionsdämpfer fest mit einer Verbrennungsmaschine und insbesondere einem Schwungrad einer Verbrennungsmaschine verbunden sein. Somit können die elektrische Antriebsmaschine und die Verbrennungsmaschine wahlweise gleichzeitig oder alternativ betrieben werden. Hält das Kraftfahrzeug an, können elektrische Antriebsmaschine und Verbrennungsmaschine abgeschaltet werden. Aufgrund einer guten Regelbarkeit der elektrischen Antriebsmaschine wird eine sehr hohe Anfahrqualität erreicht, die der eines Antriebs mit Wandlerkupplung entsprechen kann.
-
Bei einer sogenannten elektrodynamischen Schaltung (EDS) findet wie beim EDA-Anfahren über einen oder mehrere Planetenradsätze eine Drehzahlüberlagerung von Verbrennungsmaschinen-Drehzahl und elektrischer Antriebsmaschinen-Drehzahl statt. Zum Schaltungsbeginn werden die Drehmomente der elektrischen Antriebsmaschine und der Verbrennungsmaschine angepasst, sodass das auszulegende Schaltelement lastfrei wird. Nach dem Öffnen dieses Schaltelements erfolgt eine Drehzahlanpassung unter Erhaltung der Zugkraft, sodass das einzulegende Schaltelement synchron wird. Nach dem Schließen des Schaltelements erfolgt die Lastaufteilung zwischen der Verbrennungsmaschine und der elektrischen Antriebsmaschine beliebig je nach Hybrid-Betriebsstrategie. Das elektrodynamische Schaltverfahren hat den Vorteil, dass das zu schaltende Schaltelement des Zielgangs durch das Zusammenspiel der elektrischen Antriebsmaschine und der Verbrennungsmaschine synchronisiert wird, wobei die elektrische Antriebsmaschine vorzugsweise präzise regelbar ist. Ein weiterer Vorteil des EDS-Schaltverfahrens ist, dass eine hohe Zugkraft erreicht werden kann, da sich die Drehmomente der Verbrennungsmaschine und der elektrischen Maschine im Hybridgetriebe summieren.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang;
- 2 eine reduzierte schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
- 3 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Hybridgetriebes gemäß 2;
- 4 schematisch die Schaltzustände der Hybridgetriebe gemäß der 2 und 3; und
- 5 eine schematische Darstellung einer Variante eines Hybridgetriebes.
-
In 1 ist schematisch ein Kraftfahrzeug 10 mit einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 gezeigt. Der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 weist eine erste elektrische Antriebsmaschine 14 und eine Verbrennungsmaschine 16 auf, die mittels eines Hybridgetriebes 18 mit einer Vorderachse des Kraftfahrzeugs 10 verbunden sind. Der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 umfasst in dem gezeigten Beispiel ferner eine optionale elektrische Achse mit einer zweiten elektrischen Antriebsmaschine 20, die mit einer Hinterachse des Kraftfahrzeugs 10 verbunden ist. Es versteht sich, dass auch eine umgekehrte Anbindung erfolgen kann, sodass das Hybridgetriebe 18 mit der Hinterachse des Kraftfahrzeugs 10 verbunden ist und die Vorderachse des Kraftfahrzeugs 10 die elektrische Achse umfasst. Mittels des Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs 12 wird Antriebsleistung der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14, der Verbrennungsmaschine 16 und/oder der optionalen zweiten elektrischen Antriebsmaschine 20 den Rädern des Kraftfahrzeugs 10 zugeführt. Das Kraftfahrzeug 10 weist ferner einen Energiespeicher 22 auf, um Energie zu speichern, die zum Versorgen der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 und/oder der zweiten elektrischen Antriebsmaschine 20 dient.
-
2 zeigt eine vereinfachte Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18. Das Hybridgetriebe 18 weist eine erste Getriebeeingangswelle 24 und eine zweite Getriebeeingangswelle 26 auf, die dazu ausgebildet sind, Antriebsleistung der Antriebsmaschinen 14, 16 in das Hybridgetriebe 18 zu übertragen.
-
Das Hybridgetriebe 18 weist ferner eine Abtriebswelle 28 und eine erste Zwischenwelle 30 auf. Das Hybridgetriebe 18 weist einen ersten Planetenradsatz RS1 auf. Im Hybridgetriebe 18 sind insgesamt drei Stirnradpaare angeordnet, die mit ST1 bis ST3 bezeichnet sind.
-
Das Hybridgetriebe weist fünf Schaltelemente A, B, C, E, L auf.
-
In dem gezeigten Beispiel ist die erste Getriebeeingangswelle 24 als Vollwelle ausgebildet und über das erste Stirnradpaar ST1 antriebswirksam mit einer Vorgelegewelle 32 verbunden. Das erste Stirnradpaar ST1 weist zwei Festräder auf. An der Vorgelegewelle 32 ist zudem das zweite Stirnradpaar ST2 angeordnet, das ein an der Vorgelegewelle 32 angeordnetes Festrad aufweist, das mit einem an der ersten Zwischenwelle 30 angeordneten Festrad in Eingriff ist.
-
Das dritte Stirnradpaar ST3 weist ein Losrad auf, das an der Vorgelegewelle 32 angeordnet ist und antriebswirksam mit einem an einer weiteren Zwischenwelle angeordneten Festrad kämmt. Diese weitere Zwischenwelle ist antriebswirksam mit einem Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes RS1 verbunden.
-
Das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes RS1 ist antriebswirksam mit der zweiten Getriebeeingangswelle 26 verbunden, wobei die zweite Getriebeeingangswelle 26 ein Festrad zur Anbindung der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 aufweist.
-
Das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes RS1 ist antriebswirksam mit der ersten Zwischenwelle 30 verbunden.
-
Das erste Schaltelement A ist dazu ausgebildet, die weitere Zwischenwelle, also den Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes RS1 antriebswirksam mit der Abtriebswelle 28 zu verbinden.
-
Das zweite Schaltelement B ist dazu ausgebildet, die erste Zwischenwelle 30 antriebswirksam mit der Abtriebswelle 28 zu verbinden.
-
Das dritte Schaltelement C ist dazu ausgebildet, die erste Getriebeeingangswelle 24 antriebswirksam mit der Abtriebswelle 28 zu verbinden.
-
Das vierte Schaltelement E ist dazu ausgebildet, die zweite Getriebeeingangswelle 26 antriebswirksam mit der Abtriebswelle 28 zu verbinden.
-
Das fünfte Schaltelement L ist dazu ausgebildet, das Losrad des dritten Stirnradpaars ST3 antriebswirksam mit der Vorgelegewelle 32 zu verbinden.
-
Die erste Getriebeeingangswelle 24, die Abtriebswelle 28 und die zweite Getriebeeingangswelle 26 sind koaxial zueinander angeordnet. Die Vorgelegewelle 32 ist achsparallel zu den vorgenannten Wellen 24, 26, 28 angeordnet.
-
Das erste Schaltelement A ist mit dem vierten Schaltelement E zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst. Das zweite Schaltelement B ist mit dem dritten Schaltelement C zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst.
-
Es versteht sich, dass die Schaltelemente vorzugsweise als formschlüssige Schaltelemente, z. B. Klauenschaltelemente, ausgebildet sind.
-
In dem gezeigten Beispiel erfolgt eine achsparallele Anbindung der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 über eine Kette. Es versteht sich, dass auch eine Stirnradkette, beispielsweise mehrere Stirnräder, oder ein anderes prinzipiell im Stand der Technik bekanntes Zugmittelgetriebe Anwendung finden können.
-
In 3 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführungsform ist die erste Getriebeeingangswelle 24 als Hohlwelle ausgebildet und achsparallel zur Abtriebswelle 28 angeordnet. Die erste Getriebeeingangswelle 24 umgibt eine als Vollwelle ausgebildete Kurbelwelle 36 der nicht gezeigten Verbrennungsmaschine 16 zumindest abschnittsweise und ist über einen Torsionsschwingungsdämpfer oder ein anderes Element zur Drehschwingungsentkopplung antriebswirksam mit der Kurbelwelle 36 verbunden.
-
Ferner ist an der ersten Getriebeeingangswelle 24 ein Festrad angeordnet, das beispielsweise über ein Zugmittelgetriebe antriebswirksam mit einem an einer zweiten Zwischenwelle 34 angeordneten Festrad verbunden ist. An der zweiten Zwischenwelle 34 ist zudem ein Festrad des ersten Stirnradpaars ST1 angeordnet.
-
Ferner umfasst ein Abtrieb 38 des Hybridgetriebes 18 ein Differential sowie einen zweiten Planetenradsatz RS2. Im zweiten Planetenradsatz RS2 ist ein Hohlrad festgesetzt, also mit einem getriebefesten Bauteil drehfest verbunden. Ferner ist ein Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes RS2 antriebswirksam mit einem Differential des Abtriebs 38 verbunden. Zudem ist ein Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes RS2 antriebswirksam mit der Abtriebswelle 28 verbunden.
-
Ein Hohlrad des ersten Planetenradsatzes RS1 ist antriebswirksam mit der zweiten Getriebeeingangswelle 26 verbunden. Ein Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes RS1 ist antriebswirksam mit der Abtriebswelle 28, der Vorgelegewelle 32 oder der zweiten Getriebeeingangswelle 26 verbindbar. Ein Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes RS1 ist antriebswirksam mit der ersten Zwischenwelle 30 verbunden.
-
Zudem ist im Unterscheid zu der in 2 gezeigten Ausführungsform die Abtriebswelle 28 als Hohlwelle ausgebildet, wobei eine Differentialwelle 42 des Differentials die Abtriebswelle 28 vollständig durchdringt.
-
Als Differential für den Abtrieb 38 sind neben Kugeldifferentialen auch Stirnraddifferentiale oder andere prinzipiell im Stand der Technik bekannte Differentiale möglich.
-
Die achsparallele Anbindung der Verbrennungsmaschine 16 kann über eine Kette oder ein oder mehrere Stirnräder erfolgen.
-
Von einer Anbindungsseite des Abtriebs 38 aus gesehen sind die Getriebebauteile in der folgenden Reihenfolge im Hybridgetriebe 18 angeordnet. Zunächst ist der zweite Planetenradsatz RS2 angeordnet. Benachbart hierzu ist das Doppelschaltelement umfassend das erste Schaltelement A und das vierte Schaltelement E sowie in derselben Radsatzebene das fünfte Schaltelement L an der Vorgelegewelle 32 im Hybridgetriebe 18 angeordnet. Benachbart hierzu ist das Anbindungszahnrad zum Anbinden der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 im Hybridgetriebe angeordnet. Benachbart hierzu ist der erste Planetenradsatz RS1, dann das dritte Stirnradpaar ST3, dann das zweite Stirnradpaar ST2 und schließlich das Doppelschaltelement umfassend das zweite Schaltelement B und das dritte Schaltelement C im Hybridgetriebe 18 angeordnet. Benachbart hierzu ist ein Anbindungszahnrad zum Anbinden der ersten Getriebeeingangswelle 24 an die zweite Zwischenwelle 34 und schließlich das erste Stirnradpaar ST1 im Hybridgetriebe 18 angeordnet.
-
In 4 sind in einer Schaltmatrix 40 in einer ersten Spalte die Hybridgangstufen H1 bis H3, in mehreren Varianten, eine Zusatzhybridgangstufe ZH, eine Elektrogangstufe E1, ein elektrodynamischer Überlagerungszustand ECVT1 sowie ein Zustand Laden-in-Neutral LiN gezeigt. In der zweiten bis sechsten Spalte sind die Schaltzustände der Schaltelemente A, B, C, E, L gezeigt, wobei ein „X“ bedeutet, dass das jeweilige Schaltelement geschlossen ist, also die zugeordneten Getriebebauteile antriebswirksam miteinander verbindet. Sofern kein Eintrag vorhanden ist, ist davon auszugehen, dass das entsprechende Schaltelement offen ist, also keine Antriebsleistung überträgt.
-
Zum Einrichten der ersten Hybridgangstufe H1 sind das erste Schaltelement A und das fünfte Schaltelement L zu schließen.
-
Eine erste Variante der zweiten Hybridgangstufe H2.1 kann durch Schließen des ersten Schaltelements A und des zweiten Schaltelements B eingerichtet werden.
-
Ein Schließen des zweiten Schaltelements B und des vierten Schaltelements E richtet eine zweite Variante der zweiten Hybridgangstufe H2.2 ein.
-
Eine dritte Variante der zweiten Hybridgangstufe H2.3 kann durch Schließen des zweiten Schaltelements B und des fünften Schaltelements L eingerichtet werden.
-
Ein Schließen des ersten Schaltelements A und des dritten Schaltelements C richtet eine erste Variante der dritten Hybridgangstufe H3.1 ein.
-
Eine zweite Variante der dritten Hybridgangstufe H3.2 kann durch Schließen des dritten Schaltelements C und des vierten Schaltelements E eingerichtet werden.
-
Ein Schließen des dritten Schaltelements C und des fünften Schaltelements L richtet eine dritte Variante der dritten Hybridgangstufe H3.3 ein.
-
Die Zusatzhybridgangstufe ZH kann durch Schließen des vierten Schaltelements E und des fünften Schaltelements L eingerichtet werden.
-
Die Elektrogangstufe E1 kann durch Schließen des vierten Schaltelements E eingerichtet werden.
-
Ein Schließen des ersten Schaltelements A richtet den elektrodynamischen Überlagerungszustand ECVT1 ein.
-
Der Zustand Laden-in-Neutral LiN kann durch Schließen des fünften Schaltelements L eingerichtet werden.
-
Zum verbrennungsmotorischen bzw. hybriden Fahren stehen drei mechanische Hauptfahrgangsstufen, H1, H2.X, H3.X, für die Verbrennungsmaschine 16 zur Verfügung. Es versteht sich, dass das .X für die einzelnen Varianten der jeweiligen Hybridgangstufe steht. Bei der zweiten Hybridgangstufe und der dritten Hybridgangstufe gibt es mehrere Schaltmöglichkeiten, die jeweils die gleiche Übersetzung aufweisen. Ferner gibt es eine kurzübersetzte Zusatzhybridgangstufe ZH, die beispielsweise alternativ zur ersten Hybridgangstufe H1 je nach Schaltsituation geschaltet werden kann.
-
In der Elektrogangstufe E1 ist das vierte Schaltelement E geschlossen. Die erste elektrische Antriebsmaschine 14 ist dann direkt mit dem Abtrieb 38 verbunden und durch die eigene Vorübersetzung und die Übersetzung des zweiten Planetenradsatzes RS2 übersetzt. Ein Übergang von der Elektrogangstufe E1 ist in die Zusatzhybridgangstufe ZH, die zweite Variante der zweiten Hybridgangstufe H2.2 und die zweite Variante der dritten Hybridgangstufe H3.2 möglich, weil das vierte Schaltelement E in diesen Schaltzuständen jeweils geschlossen ist.
-
Die vorgenannten Übergänge ermöglichen sogenannte abtriebsgestützte Lastschaltungen, bei denen, wenn für die Verbrennungsmaschine 16 zwischen der Zusatzhybridgangstufe ZH, der zweiten Variante der zweiten Hybridgangstufe H2.2 oder der zweiten Variante der dritten Hybridgangstufe H3.2 gewechselt wird, die erste elektrische Antriebsmaschine 14 während dieser Schaltvorgänge die Zugkraft am Abtrieb 38 stützen kann.
-
Ist nur das erste Schaltelement A geschlossen, entsteht ein EDA-Zustand, der erste elektrodynamische Überlagerungszustand ECVT1, am ersten Planetenradsatz RS1. Die Verbrennungsmaschine 16 ist dann über das erste Stirnradpaar ST1 und das zweite Stirnradpaar ST2 mit dem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes RS1 verbunden, wobei die erste elektrische Antriebsmaschine 14 am Hohlrad des ersten Planetenradsatzes RS1 das Moment der Verbrennungsmaschine 16 stützt. Der Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes RS1 ist über den zweiten Planetenradsatz RS2 mit dem Abtrieb 38 verbunden. In diesem Schaltzustand ist ein elektrodynamisches Anfahren, ein EDA-Anfahren vorwärts, möglich.
-
Aus dem ersten elektrodynamischen Überlagerungszustand ECVT1 kann für die Verbrennungsmaschine 16 die erste Hybridgangstufe H1, die erste Variante der zweiten Hybridgangstufe H2.1 und die erste Variante der dritten Hybridgangstufe H3.1 eingelegt werden, weil das erste Schaltelement A in diesen Schaltzuständen jeweils geschlossen ist.
-
Eine elektrodynamische Lastschaltung von der ersten Gangstufe in die zweite Gangstufe kann elektrodynamisch durch die erste elektrische Antriebsmaschine 14 erfolgen, wobei das erste Schaltelement A geschlossen bleibt. Sodann wird von der ersten Hybridgangstufe H1 in die erste Variante der zweiten Hybridgangstufe H2.1 gewechselt. Eine elektrodynamische Lastschaltung von der zweiten Gangstufe in die dritte Gangstufe kann ebenfalls elektrodynamisch durch die erste elektrische Antriebsmaschine 14 erfolgen, wobei das erste Schaltelement A geschlossen bleibt. Hierbei wird von der ersten Variante der zweiten Hybridgangstufe H2.1 in die erste Variante der dritten Hybridgangstufe H3.1 gewechselt.
-
Folglich wird der elektrodynamische Überlagerungszustand ECVT1 zum Anfahren und für die Lastschaltungen von der ersten Hybridgangstufe H1 in die erste Variante der zweiten Hybridgangstufe H2.1 sowie die Lastschaltung von der ersten Variante der zweiten Hybridgangstufe H2.1 in die erste Variante der dritten Hybridgangstufe H3.1 verwendet. Die zweite Variante der zweiten Hybridgangstufe H2.2, die dritte Variante der zweiten Hybridgangstufe H2.3, die zweite Variante der dritten Hybridgangstufe H3.2 sowie die dritte Variante der dritten Hybridgangstufe H3.3 dienen vorzugsweise zur Drehzahlanpassung der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14.
-
Eine Schaltung von der ersten Hybridgangstufe H1 in die erste Variante der zweiten Hybridgangstufe H2.1 kann beispielsweise wie folgt erfolgen. Im Ausgangszustand ist die erste Hybridgangstufe H1 eingelegt, folglich sind das erste Schaltelement A und das fünfte Schaltelement L geschlossen. Die Momente der Verbrennungsmaschine 16 und der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 werden so eingestellt, dass einerseits das gewünschte Abtriebsmoment bereitgestellt wird und andererseits das auszulegende fünfte Schaltelement L lastfrei wird. Das fünfte Schaltelement L wird sodann geöffnet. Die Momente der Verbrennungsmaschine 16 und der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 werden so eingestellt, dass einerseits das gewünschte Abtriebsmoment bereitgestellt wird und andererseits die Drehzahl der Verbrennungsmaschine 16 absinkt. Wenn das einzulegende zweite Schaltelement B synchron wird, wird es geschlossen. Hierdurch ist die erste Variante der zweiten Hybridgangstufe H2.1 für die Verbrennungsmaschine 16 mechanisch geschaltet, also das erste Schaltelement A und das zweite Schaltelement B sind geschlossen.
-
Rückschaltungen erfolgen analog zu Hochschaltungen, nur in umgekehrter Ablauffolge.
-
Ist nur das fünfte Schaltelement L geschlossen, kann die erste elektrische Antriebsmaschine 14 mit der Verbrennungsmaschine 16 unabhängig vom Abtrieb 38 verbunden werden. Die erste elektrische Antriebsmaschine 14 und die Verbrennungsmaschine 16 drehen dann in einem festen Verhältnis zueinander. In diesem Schaltzustand ist einerseits ein Start der Verbrennungsmaschine 16 mittels der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 möglich. Andererseits kann die erste elektrische Antriebsmaschine 14 von der Verbrennungsmaschine 16 als Generator betrieben werden und beispielsweise den elektrischen Energiespeicher 22 laden oder elektrische Verbraucher versorgen. Ein Verbraucher kann auch die zweite elektrische Antriebsmaschine 20 sein, die beispielsweise wie in 1 gezeigt, die Nicht-Haupt-Antriebsachse des Kraftfahrzeugs 10 antreibt und eine sogenannte elektrische Hinterachse bildet. Ein Übergang aus dem Zustand Laden-in-Neutral LiN ist in die erste Hybridgangstufe H1, die dritte Variante der zweiten Hybridgangstufe H2.3 und die dritte Variante der dritten Hybridgangstufe H3.3 möglich, weil das fünfte Schaltelement L in diesen Schaltzuständen jeweils geschlossen ist.
-
Ist, wie beispielsweise in 1 gezeigt, eine elektrische Hinterachse vorhanden, kann mithilfe dieser Kombination ein Allrad-Antriebssystem geschaffen werden. Beispielsweise kann ein DHT-Getriebe, also eine Dedicated Hybrid Transmission, mit der Verbrennungsmaschine 16 und der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 als reiner Frontantrieb konzipiert sein und ein zusätzlicher Hinterachsantrieb mit der separaten zweiten elektrischen Antriebsmaschine 20 erfolgen.
-
Der elektrodynamische Überlagerungszustand ECVT1 ist ein leistungsverzweigter ECVT-Fahrbereich für die Verbrennungsmaschine 16, bei dem auch ein batterieneutraler Betrieb möglich ist. Unter CVT-Fahrbereich ist insbesondere ein stufenlos variabler übersetzter Fahrbereich, Continuously Variable Transmission, zu verstehen.
-
Wird im Hybridgetriebe 18 der Zustand Laden-in-Neutral, LiN, geschaltet, also das fünfte Schaltelement L geschlossen, kann die erste elektrische Antriebsmaschine 14 generatorisch von der Verbrennungsmaschine 16 betrieben werden und so Strom für die zweite elektrische Antriebsmaschine 20 erzeugen.
-
Mit der zweiten elektrischen Antriebsmaschine 20 kann eine Zugkraftunterstützung erfolgen. Beispielsweise kann die zweite elektrische Antriebsmaschine 20 die Zugkraft stützen, wenn im Hybridgetriebe 18 Umschaltungen notwendig sind, bei denen der Abtrieb 38 des Hybridgetriebes 18 lastfrei wird.
-
Ein Beispiel für einen solchen Übergang ist, wenn zunächst rein elektrisch mittels der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 und/oder der zweiten elektrischen Antriebsmaschine 20 gefahren wird und dann ein Start der Verbrennungsmaschine 16 in Neutral mittels der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 erfolgen soll.
-
Ein weiteres Beispiel ist ein sogenanntes serielles Schalten. Bei geschlossenem fünften Schaltelement L kann ein beliebiger Wechsel zwischen der ersten Hybridgangstufe H1, der dritten Variante der zweiten Hybridgangstufe H2.3 und der dritten Variante der dritten Hybridgangstufe H3.3 erfolgen. Vorteilhaft hierbei ist, dass die erste elektrische Antriebsmaschine 14 unterbrechungsfrei generatorisch betrieben werden kann und so sowohl das Bordnetz als auch die zweite elektrische Antriebsmaschine 20 mit elektrischer Leistung versorgen kann.
-
In 5 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführungsform ist das fünfte Schaltelement L an der Getriebehauptachse angeordnet. Folglich umfasst die Vorgelegewelle 32 ausschließlich Festräder.
-
Bezüglich der Anordnungsreihenfolge der Getriebebauteile im Hybridgetriebe 18 ist im Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführungsform das fünfte Schaltelement L zwischen dem ersten Planentenradsatz RS1 und dem dritten Stirnradpaar ST3 angeordnet.
-
Es versteht sich, dass an der ersten Getriebeeingangswelle 24 eine weitere elektrische Maschine, insbesondere in Form eines Hochvolt-Startergenerators, angeordnet werden kann. Bevorzugt kann der Hochvolt-Startergenerator über eine Zahnradkette antriebswirksam mit der ersten Getriebeeingangswelle 24 verbunden werden.
-
Es versteht sich ferner, dass der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 eine Verbrennungsmaschinenkupplung aufweisen kann. Die Verbrennungsmaschinenkupplung kann vorzugsweise an der ersten Getriebeeingangswelle angebunden sein und die Verbrennungsmaschine 16 lösbar mit der ersten Getriebeeingangswelle 24 verbinden. Eine Verbrennungsmaschinenkupplung kann aus verschiedenen Gründen, insbesondere aus funktionssicherheitstechnischen Gründen, notwendig werden. Je nach Anforderung kann die Verbrennungsmaschinenkupplung als formschlüssiges oder als reibschlüssiges Schaltelement ausgeführt werden. Durch ein reibschlüssiges Schaltelement kann insbesondere ein sogenannter Schwungstart der Verbrennungsmaschine 16 erfolgen, bei dem die Verbrennungsmaschine 16 durch die schleifend betriebene Verbrennungsmaschinenkupplung während rein elektrischer Fahrt angeschleppt wird. Ferner bietet eine reibschlüssige Verbrennungsmaschinenkupplung die Möglichkeit, bei einer Fehlfunktion des Hybridgetriebes 18 und/oder der Verbrennungsmaschine 16 unter Drehzahldifferenz geschlossen zu werden. Hierdurch kann die Verbrennungsmaschine 16 sicher vom Hybridgetriebe 18 getrennt werden, ohne dass weiterer Schaden zu befürchten ist.
-
Die Erfindung wurde anhand der Zeichnungen und der Beschreibung umfassend beschrieben und erklärt. Die Beschreibung und Erklärung sind als Beispiel und nicht einschränkend zu verstehen. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer genauen Analyse der Zeichnungen, der Offenbarung und der nachfolgenden Patentansprüche.
-
In den Patentansprüchen schließen die Wörter „umfassen“ und „mit“ nicht das Vorhandensein weiterer Elemente oder Schritte aus. Der undefinierte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt nicht das Vorhandensein einer Mehrzahl aus. Ein einzelnes Element oder eine einzelne Einheit kann die Funktionen mehrerer der in den Patentansprüchen genannten Einheiten ausführen. Die bloße Nennung einiger Maßnahmen in mehreren verschiedenen abhängigen Patentansprüchen ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht ebenfalls vorteilhaft verwendet werden kann. Bezugszeichen in den Patentansprüchen sind nicht einschränkend zu verstehen. Ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs 12 kann beispielsweise in Form eines Computerprogramms realisiert werden, das auf einem Steuergerät für den Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 ausgeführt wird. Ein Computerprogramm kann auf einem nichtflüchtigen Datenträger gespeichert/vertrieben werden, beispielsweise auf einem optischen Speicher oder auf einem Halbleiterlaufwerk (SSD). Ein Computerprogramm kann zusammen mit Hardware und/oder als Teil einer Hardware vertrieben werden, beispielsweise mittels des Internets oder mittels drahtgebundener oder drahtloser Kommunikationssysteme.
-
Bezugszeichen
-
- 10
- Kraftfahrzeug
- 12
- Kraftfahrzeug-Antriebsstrang
- 14
- erste elektrische Antriebsmaschine
- 16
- Verbrennungsmaschine
- 18
- Hybridgetriebe
- 20
- zweite elektrische Antriebsmaschine
- 22
- Energiespeicher
- 24
- erste Getriebeeingangswelle
- 26
- zweite Getriebeeingangswelle
- 28
- Abtriebswelle
- 30
- erste Zwischenwelle
- 32
- Vorgelegewelle
- 34
- zweite Zwischenwelle
- 36
- Kurbelwelle
- 38
- Abtrieb
- 40
- Schaltmatrix
- 42
- Differentialwelle
- A, B, C, E, L
- Schaltelemente
- RS1
- erster Planetenradsatz
- RS2
- zweiter Planetenradsatz
- ST1-ST3
- Stirnradpaare
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102011005562 A1 [0006]