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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2013 215 114 A1 ist ein Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs bekannt, der einen Verbrennungsmotor mit einer Triebwelle, eine als Motor und als Generator betreibbare Elektromaschine mit einem Rotor, ein in Vorgelegebauweise ausgeführtes automatisiertes Schaltgetriebe mit einer Eingangswelle und mindestens einer Ausgangswelle sowie ein in Planetenbauweise ausgebildetes Überlagerungsgetriebe mit zwei Eingangselementen und einem Ausgangselement aufweist. Bei diesem Hybridantrieb ist vorgesehen, dass das Überlagerungsgetriebe koaxial über einem freien Ende der Ausgangswelle angeordnet ist und dass das erste Eingangselement des Überlagerungsgetriebes drehfest mit einer koaxial über der Ausgangswelle angeordneten Hohlwelle verbunden ist, die zur Ankopplung des Verbrennungsmotors über ein Koppelschaltelement drehfest mit einem Losrad der unmittelbar axial benachbarten Stirnradstufe des Schaltgetriebes sowie zur Überbrückung des Überlagerungsgetriebes über ein Überbrückungsschaltelement drehfest mit dem zweiten Eingangselement oder dem Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes verbindbar ist. Ferner ist vorgesehen, dass das zweite Eingangselement des Überlagerungsgetriebes permanent mit dem Rotor der Elektromaschine in Triebverbindung steht und dass das Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes drehfest mit der Ausgangswelle verbunden ist.
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Vor diesem Hintergrund stellt sich einem Fachmann die Aufgabe, ein kompaktes Hybridgetriebe mit einfachem mechanischem Aufbau zu schaffen. Weiterhin soll bevorzugt eine Antriebsstrangkonfiguration 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.
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Insbesondere soll ein Getriebe geschaffen werden, das bis zu vier Gangstufen aufweist, mit dem Laden-in-Neutral, elektrodynamisches Anfahren, EDA, sowie elektrodynamische Schaltungen, EDS, möglich sind.
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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 Abtriebswelle zum Wirkverbinden des Hybridgetriebes mit einem Abtrieb;
- einem Planetenradsatz, der mit der zweiten Getriebeeingangswelle und der ersten Getriebeeingangswelle antriebswirksam verbunden ist;
- in mehreren Radsatzebenen angeordneten Stirnradpaaren zum Bilden von Gangstufen; und
- mehreren Gangschaltvorrichtungen mit Schaltelementen zum Einlegen von Gangstufen, wobei
- die erste Getriebeeingangswelle, die zweite Getriebeeingangswelle und der Planetenradsatz koaxial zueinander angeordnet sind.
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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.
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Weiterhin wird die obige Aufgabe gelöst von einem Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs wie zuvor definiert.
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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, einer zweiten elektrischen Antriebsmaschine und/oder einer weiteren elektrischen Maschine.
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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.
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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. Durch einen Planetenradsatz, der mit der ersten Getriebeeingangswelle und der zweiten Getriebeeingangswelle antriebswirksam verbunden ist, kann ein variables und kompaktes Hybridgetriebe geschaffen werden. Durch die Verbindbarkeit des Planetenradsatzes mittels des zweiten Stirnradpaars oder des dritten Stirnradpaars können zwei verschiedene elektrodynamische Überlagerungszustände mit dem Hybridgetriebe eingerichtet werden. Dadurch dass die erste Getriebeeingangswelle, die zweite Getriebeeingangswelle und der Planetenradsatz koaxial zueinander angeordnet sind, kann ein hocheffizientes kompaktes Hybridgetriebe geschaffen werden. Insbesondere kann eine vorteilhafte Anordnung und Lagerung der zweiten Getriebeeingangswelle erfolgen, die vorzugsweise als Hohlwelle ausgebildet ist und die erste Getriebeeingangswelle zumindest abschnittsweise umgibt. Es kann ein Hybridgetriebe mit hoher Effizienz geschaffen werden, da zum Einrichten von bis zu vier Hybridgangstufen, teilweise in mehreren Varianten, wenig Zahneingriffe benötigt werden. Mit dem Hybridgetriebe können ferner eine reine Elektrogangstufe sowie zwei elektrodynamische Überlagerungszustände und ein Zustand Laden-in-Neutral eingerichtet werden. Das Hybridgetriebe und insbesondere der verwendete Radsatz des Hybridgetriebes weist einen technisch einfachen Aufbau auf. Mit dem Hybridgetriebe können eine geringe Bauteilbelastung sowie geringe Getriebeverluste sowohl verbrennungsmotorisch als auch elektrisch erreicht werden. Das Hybridgetriebe umfasst eine vorteilhafte Übersetzungsreihe, wobei abtriebsgestützte Schaltungen, elektrodynamisches Anfahren sowie elektrodynamische Schaltungen möglich sind. Ein Übergang aus dem Zustand Laden-in-Neutral ist in drei hybride Gangstufen des Hybridgetriebes möglich. Es versteht sich, dass alle Hybridgangstufen auch als reine Verbrennungsgangstufen betreibbar sind, oder als reine Elektrogangstufen, sofern eine Verbrennungsmaschinenkupplung verbaut ist. Es versteht sich ferner, dass anstatt der Verbrennungsmaschine auch eine als Hauptfahrmaschine verwendete Hauptelektromaschine Anwendung finden kann.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste elektrische Antriebsmaschine an einer Getriebeseite an das Hybridgetriebe angebunden, die einer Anbindungsseite der Verbrennungsmaschine gegenüberliegt, wobei von einer Anbindungsseite der Verbrennungsmaschine ausgehend das erste Stirnradpaar, ein Doppelschaltelement, das zweite Stirnradpaar, ein Doppelschaltelement, das dritte Stirnradpaar, ein Doppelschaltelement sowie ein Anbindungszahnrad zur Anbindung der ersten elektrischen Antriebsmaschine und schließlich der Planetenradsatz, in dieser Reihenfolge angeordnet sind. Alternativ ist die erste elektrische Antriebsmaschine an einer Getriebeseite an das Hybridgetriebe angebunden, die einer Anbindungsseite der Verbrennungsmaschine gegenüberliegt, wobei von der Anbindungsseite der Verbrennungsmaschine ausgehend das erste Stirnradpaar, ein Doppelschaltelement, das zweite Stirnradpaar, ein Doppelschaltelement, das dritte Stirnradpaar, der Planetenradsatz und schließlich ein Doppelschaltelement sowie ein Anbindungszahnrad zur Anbindung der ersten elektrischen Antriebsmaschine in dieser Reihenfolge angeordnet sind. Durch die beiden oben beschriebenen alternativen Anbindungsreihenfolgen, bei denen die einzelnen Anbindungen der Getriebebauteile untereinander gleichbleiben, kann ein Hybridgetriebe geschaffen werden, das sich technisch einfach an verschiedene Bauraumanforderungen anpassen lässt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist bei einem der Stirnradpaare zum Bilden der Gangstufen eine Anordnung des Losrads mit der Anordnung des Festrads tauschbar. Ergänzend oder alternativ ist die Abtriebswelle schaltelementfrei ausgebildet. Es versteht sich, dass bei einem Tauschen eines der Stirnradpaare auch das entsprechende Schaltelement bezüglich der Anordnungsposition getauscht wird und vorzugsweise an der Welle angeordnet ist, an der auch das entsprechende Losrad des Stirnradpaars angeordnet ist. Durch die Tauschbarkeit des Losrads mit dem Festrad kann ein variables Hybridgetriebe geschaffen werden, das technisch einfach an verschiedene Bauraumanforderungen angepasst werden kann. Durch eine schaltelementfrei ausgebildete Abtriebswelle kann eine Fertigung und ein Zusammenbau des Hybridgetriebes vereinfacht sein. Insbesondere kann die Abtriebswelle vorzugsweise kostengünstig angefertigt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Hybridgetriebe eine Getriebeantriebswelle auf, die mit der ersten Getriebeeingangswelle antriebswirksam verbunden und achsparallel zu der ersten Getriebeeingangswelle angeordnet ist. Ergänzend oder alternativ ist die Abtriebswelle antriebswirksam mit einem Differential des Abtriebs wirkverbunden, wobei das Differential eine Differentialwelle zum Übertragen von Antriebsleistung aus dem Hybridgetriebe zu den Rädern des Kraftfahrzeugs umfasst, die achsparallel zur Abtriebswelle angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, die erste elektrische Antriebsmaschine zu durchdringen, um ein Anordnen der ersten elektrischen Antriebsmaschine um die Differentialwelle herum zu ermöglichen. Vorzugsweise ist die Getriebeeingangswelle mittels einer Kette oder einer Zahnradkette antriebswirksam mit der ersten Getriebeeingangswelle verbunden. Durch die vorteilhafte oben beschriebene Anordnung kann eine achsparallele Anbindung der Verbrennungsmaschine zu einer Getriebeachse des Hybridgetriebes erfolgen. Es versteht sich, dass die Getriebeantriebswelle zusätzlich einen Tilger oder ein Dämpferelement umfassen kann. Durch die Anordnung der ersten elektrischen Antriebsmaschine um eine Getriebewelle, insbesondere die Differentialwelle herum, kann eine hoch effiziente und platzsparende Anordnung und vorzugsweise Lagerung der ersten elektrischen Antriebsmaschine im Hybridgetriebe erfolgen. Eine Kompaktheit des Hybridgetriebes und des Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs kann weiter erhöht werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Planetenradträger des Planetenradsatzes mittels des zweiten Stirnradpaars oder des dritten Stirnradpaars der Stirnradpaare zum Bilden der Gangstufen antriebswirksam mit der Abtriebswelle verbindbar, wobei das Sonnenrad des Planetenradsatzes antriebswirksam mit der ersten Getriebeeingangswelle verbunden ist und das Hohlrad des Planetenradsatzes mit der zweiten Getriebeeingangswelle antriebswirksam verbunden ist. Alternativ ist ein Planetenradträger des Planetenradsatzes mittels des zweiten Stirnradpaars oder des dritten Stirnradpaars der Stirnradpaare zum Bilden der Gangstufen antriebswirksam mit der Abtriebswelle verbindbar, wobei das Hohlrad des Planetenradsatzes antriebswirksam mit der ersten Getriebeeingangswelle verbunden ist und das Sonnenrad des Planetenradsatzes mit der zweiten Getriebeeingangswelle antriebswirksam verbunden ist. Durch die beiden oben genannten alternativen Anbindungen kann die erste elektrische Antriebsmaschine entweder mit geringer Ausgleichsdrehzahl bei einem elektrodynamischen Anfahren oder bei elektrodynamischen Schaltungen betrieben werden oder nur ein geringes Stützmoment beim elektrodynamischen Anfahren und bei elektrodynamischen Schaltungen aufbringen. Ferner kann durch die beiden alternativen Anbindungen eine Dauer des generatorischen Betriebs beim elektrodynamischen Anfahren höher oder geringer ausfallen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Hybridgetriebe eine Verbrennungsmaschinenkupplung zum lösbaren antriebswirksamen Verbinden der ersten Getriebeeingangswelle mit der Verbrennungsmaschine auf, wobei die Verbrennungsmaschinenkupplung vorzugsweise an der Getriebeantriebswelle angeordnet ist. Es versteht sich, dass die Verbrennungsmaschinenkupplung als Klauenschaltelement oder Reibschaltelement ausgebildet sein kann. Eine Verbrennungsmaschinenkupplung ermöglicht das Entkoppeln der Verbrennungsmaschine vom Hybridgetriebe. Hierdurch kann ein hoch effizienter, rein elektrischer Fahrmodus eingerichtet werden. Durch eine Verbrennungsmaschinenkupplung in Form eines Reibschaltelements oder einer Reibkupplung kann ein sogenannter Schwungstart der Verbrennungsmaschine erfolgen. Zudem kann die Verbrennungsmaschinenkupplung als Not-Anfahrelement für die Verbrennungsmaschine dienen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein erstes Schaltelement dazu ausgebildet, den Planetenradträger des Planetenradsatzes mittels des dritten Stirnradpaars der Stirnradpaare zum Bilden von Gangstufen antriebswirksam mit der Abtriebswelle zu verbinden. Ergänzend oder alternativ ist ein zweites Schaltelement dazu ausgebildet, die erste Getriebeeingangswelle mittels des ersten Stirnradpaars der Stirnradpaare zum Bilden von Gangstufen antriebswirksam mit der Abtriebswelle zu verbinden. Ergänzend oder alternativ ist ein drittes Schaltelement dazu ausgebildet, die erste Getriebeeingangswelle mittels des zweiten Stirnradpaars der Stirnradpaare zum Bilden von Gangstufen antriebswirksam mit der Abtriebswelle zu verbinden. Weiterhin ergänzend oder alternativ ist ein viertes Schaltelement dazu ausgebildet, den Planetenradträger des Planetenradsatzes mittels des zweiten Stirnradpaars der Stirnradpaare zum Bilden von Gangstufen antriebswirksam mit der Abtriebswelle zu verbinden. Weiterhin ergänzend oder alternativ ist ein fünftes Schaltelement dazu ausgebildet, die zweite Getriebeeingangswelle mittels des dritten Stirnradpaars der Stirnradpaare zum Bilden von Gangstufen antriebswirksam mit der Abtriebswelle zu verbinden. Schließlich ist weiterhin ergänzend oder alternativ ein sechstes Schaltelement dazu ausgebildet, die erste Getriebeeingangswelle antriebswirksam mit der zweiten Getriebeeingangswelle zu verbinden, vorzugsweise durch ein Verblocken des Planetenradsatzes. Durch diese vorteilhafte Anordnung der Schaltelemente können mit dem Hybridgetriebe vier hybride Gangstufen, teilweise mit mehreren Varianten, geschaffen werden sowie eine reine Elektrogangstufe, zwei elektrodynamische Überlagerungszustände und ein Zustand Laden-in-Neutral.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Hybridgetriebe genau drei Stirnradpaare, genau einen Planetenradsatz und genau sechs Schaltelemente zum Bilden von vier hybriden Gangstufen und zwei elektrodynamischen Überlagerungszuständen auf. Hierdurch kann eine hohe Funktionalität bei hoher Kompaktheit des Hybridgetriebes erreicht werden. Insbesondere kann ein bezüglich Bauraumanforderungen und Gewicht vorteilhaftes Hybridgetriebe geschaffen werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die zweite Getriebeeingangswelle als Hohlwelle ausgebildet und umgibt die als Vollwelle ausgebildete erste Getriebeeingangswelle zumindest abschnittsweise. Durch die Ausbildung der zweiten Getriebeeingangswelle als Hohlwelle und die vorteilhafte Anordnung zumindest abschnittsweise um die zweite Getriebeeingangswelle herum, kann eine Kompaktheit des Hybridgetriebes weiter verbessert werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Schaltelemente als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet. Ergänzend oder alternativ sind wenigstens zwei der Schaltelemente, bevorzugt alle Schaltelemente, als Doppelschaltelement ausgebildet und von einem doppeltwirkenden Aktor betätigbar. Formschlüssige Schaltelemente ermöglichen ein hocheffizientes und kostengünstiges Hybridgetriebe. Der technische Aufbau und der Betrieb des Hybridgetriebes können durch ein Doppelschaltelement vereinfacht werden. Insbesondere kann ein Doppelschaltelement mittels eines einzigen Aktors geschaltet werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang vorzugsweise eine weitere elektrische Maschine, die mit der ersten Getriebeeingangswelle antriebswirksam verbunden ist. Die erste elektrische Antriebsmaschine und/oder vorzugsweise die weitere elektrische Maschine ist als Startergenerator zum Starten der Verbrennungsmaschine ansteuerbar. Ergänzend oder alternativ ist die erste elektrische Antriebsmaschine und/oder vorzugsweise die weitere elektrische Maschine als Ladegenerator zum Laden eines Energiespeichers ansteuerbar. Die weitere elektrische Maschine ist vorzugsweise als Hochvolt-Startergenerator ausgebildet. 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 und/oder vorzugsweise die weitere elektrische Maschine die Verbrennungsmaschine anschleppen kann.
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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 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.
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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 Antriebsleistung vorgesehen ist. Die Verbindung kann dabei sowohl 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 schematische Darstellung einer Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes;
- 3 schematisch die Schaltzustände des Hybridgetriebes gemäß der 2;
- 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Variante eines Hybridgetriebes;
- 5 eine schematische Darstellung einer weiteren Variante eines Hybridgetriebes;
- 6 eine schematische Darstellung einer weiteren Variante eines Hybridgetriebes;
- 7 eine schematische Darstellung einer weiteren Variante eines Hybridgetriebes;
- 8 eine schematische Darstellung einer weiteren Variante eines Hybridgetriebes; und
- 9 eine schematische Darstellung einer weiteren Variante eines Hybridgetriebes.
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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.
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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.
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Das Hybridgetriebe 18 umfasst ferner eine Abtriebswelle 28 und einen Planetenradsatz RS sowie drei gangbildende Stirnradpaare, die mit ST1 - ST3 bezeichnet sind.
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Die erste elektrische Antriebsmaschine 14 ist über eine Zahnradkette antriebswirksam mit der zweiten Getriebeeingangswelle 26 verbunden, wobei die Zahnradkette ein an einer Ausgangswelle der Rotorwelle der ersten elektrischen Maschine 14 angeordnetes Festrad umfasst, das mit einem weiteren Festrad in Eingriff ist, wobei dieses Festrad mit einem an der zweiten Getriebeeingangswelle 26 angeordneten Anbindungszahnrad in Eingriff ist.
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Das erste Stirnradpaar ST1 umfasst ein an der ersten Getriebeeingangswelle 24 angeordnetes Losrad, das in Eingriff mit einem an der Abtriebswelle 28 angeordneten Festrad ist.
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Das zweite Stirnradpaar ST2 umfasst ebenfalls ein an der ersten Getriebeeingangswelle 24 angeordnetes Losrad, das in Eingriff mit einem an der Abtriebswelle 28 angeordneten Festrad ist.
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Das dritte Stirnradpaar ST3 umfasst ein Losrad, das an einer Zwischenwelle 30 angeordnet ist und in Eingriff mit einem an der Abtriebswelle 28 angeordneten Festrad ist. Die Zwischenwelle 30 ist antriebswirksam mit einem Planetenradträger des Planetenradsatzes RS verbunden.
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Die erste Getriebeeingangswelle 24 ist antriebswirksam mit einem Hohlrad des Planetenradsatzes RS verbunden.
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Die zweite Getriebeeingangswelle 26 ist antriebswirksam mit einem Sonnenrad des Planetenradsatzes RS verbunden.
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Das Hybridgetriebe 18 weist sechs Schaltelemente A bis E, L auf.
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Das erste Schaltelement A ist dazu ausgebildet, die Zwischenwelle 30 antriebswirksam mittels des dritten Stirnradpaars ST3 mit der Abtriebswelle 28 zu verbinden.
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Das zweite Schaltelement B ist dazu ausgebildet, die erste Getriebeeingangswelle 24 antriebswirksam mittels des ersten Stirnradpaars ST1 mit der Abtriebswelle 28 zu verbinden.
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Das dritte Schaltelement C ist dazu ausgebildet, die erste Getriebeeingangswelle 24 antriebswirksam mittels des zweiten Stirnradpaars ST2 mit der Abtriebswelle 28 zu verbinden.
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Das vierte Schaltelement D ist dazu ausgebildet, die Zwischenwelle 30 antriebswirksam mittels des zweiten Stirnradpaars ST2 mit der Abtriebswelle 28 zu verbinden.
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Das fünfte Schaltelement E ist dazu ausgebildet, die zweite Getriebeeingangswelle 26 antriebswirksam mittels des dritten Stirnradpaars mit der Abtriebswelle 28 zu verbinden.
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Das sechste Schaltelement L ist dazu ausgebildet, die erste Getriebeeingangswelle 24 antriebswirksam mit der zweiten Getriebeeingangswelle 26 zu verbinden. Zudem verblockt das sechste Schaltelement L in geschlossenem Zustand den Planetenradsatz RS.
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Es versteht sich, dass alle Schaltelemente A bis E, L als formschlüssige Schaltelemente, beispielsweise Klauenschaltelemente, ausgeführt werden können. Die Anbindung der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 an die zweite Getriebeeingangswelle 26 erfolgt vorzugsweise achsparallel zur zweiten Getriebeeingangswelle 26. Alternativ zur dargestellten Anbindung kann eine Anbindung über lediglich zwei kämmende Zahnräder, über eine Kette oder ein anderes Zugmittelgetriebe erfolgen.
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Es versteht sich ferner, dass die Verbrennungsmaschine 16 koaxial zur ersten Getriebeeingangswelle 24 oder, besonders bevorzugt, achsparallel zur ersten Getriebeeingangswelle 24 angeordnet werden kann.
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Ferner kann dem im Hybridgetriebe 18 angeordneten Radsatz eine Festübersetzung, beispielsweise in Form eines weiteren Planetenradsatzes oder einer Stirnradstufe, nachgeschaltet werden.
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Besonders bevorzugt wird im Radsatz des Hybridgetriebes 18 ein Differential nachgeschaltet.
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Zwischen der nicht dargestellten Verbrennungsmaschine 16 und der ersten Getriebeeingangswelle 24 ist vorzugsweise ein Element zur Drehschwingungsentkopplung, beispielsweise ein Torsionsdämpfer oder ein Zweimassenschwungrad, angeordnet.
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In der in 2 dargestellten Ausführungsform weist das Anbindungsfestrad zur Anbindung der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 an die zweite Getriebeeingangswelle 26 eine Durchführung für das sechste Schaltelement L auf.
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Das zweite Schaltelement B ist mit dem dritten Schaltelement C zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst.
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Das vierte Schaltelement D ist mit dem ersten Schaltelement A zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst.
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Ferner ist das fünfte Schaltelement E mit dem sechsten Schaltelement L zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst.
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Von einer Anbindungsseite der nicht gezeigten Verbrennungsmaschine 16 aus gesehen sind im Hybridgetriebe 18 zunächst das erste Stirnradpaar ST1, dann das Doppelschaltelement umfassend das zweite Schaltelement B und das dritte Schaltelement C, dann das zweite Stirnradpaar ST2, dann das Doppelschaltelement umfassend das vierte Schaltelement D und das erste Schaltelement A, dann das dritte Stirnradpaar ST3, dann das Doppelschaltelement umfassend das fünfte Schaltelement E und das sechste Schaltelement L sowie das Anbindungszahnrad zur Anbindung der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 und schließlich der Planetenradsatz RS in dieser Reihenfolge angeordnet.
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In 3 sind in einer Schaltmatrix 34 in einer ersten Spalte die Hybridgangstufen H1 bis H4, eine Elektrogangstufe E1, zwei elektrodynamische Überlagerungszustände EDA1, EDA2 sowie ein Zustand Laden-in-Neutral LiN gezeigt. In der zweiten bis siebten Spalte sind die Schaltzustände der Schaltelemente A bis 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.
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Zum Einrichten einer ersten Variante der ersten Hybridgangstufe H1.1 sind das erste Schaltelement A und das fünfte Schaltelement E zu schließen.
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Eine zweite Variante der ersten Hybridgangstufe H1.2 kann durch Schließen des ersten Schaltelements A und des sechsten Schaltelements L eingerichtet werden.
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Ein Schließen des zweiten Schaltelements B und des fünften Schaltelements E richtet eine erste Variante der zweiten Hybridgangstufe H2.1 ein.
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Eine zweite Variante der zweiten Hybridgangstufe H2.2 kann durch Schließen des ersten Schaltelements A und des zweiten Schaltelements B eingerichtet werden.
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Zum Einrichten einer dritten Variante der zweiten Hybridgangstufe H2.3 sind das zweite Schaltelement B und das sechste Schaltelement L zu schließen.
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Ein Schließen des zweiten Schaltelements B, des vierten Schaltelements D und des sechsten Schaltelements L richtet eine vierte Variante der zweiten Hybridgangstufe H2.4 ein.
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Durch Schließen des dritten Schaltelements C und des fünften Schaltelements E kann eine erste Variante der dritten Hybridgangstufe H3.1 eingerichtet werden.
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Eine zweite Variante der dritten Hybridgangstufe H3.2 kann durch Schließen des ersten Schaltelements A und des dritten Schaltelements C eingerichtet werden.
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Ein Schließen des dritten Schaltelements C und des sechsten Schaltelements L richtet eine dritte Variante der dritten Hybridgangstufe H3.3 ein.
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Eine vierte Variante der dritten Hybridgangstufe H3.4 kann durch Schließen des dritten Schaltelements C und des vierten Schaltelements D eingerichtet werden.
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Die vierte Hybridgangstufe H4 kann durch Schließen des vierten Schaltelements D und des fünften Schaltelements E eingerichtet werden.
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Die Elektrogangstufe E1 kann durch Schließen des fünften Schaltelements E eingerichtet werden.
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Der erste elektrodynamische Überlagerungszustand EDA1 kann durch Schließen des ersten Schaltelements A eingerichtet werden.
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Ein Schließen des vierten Schaltelements D richtet den zweiten elektrodynamischen Überlagerungszustand EDA2 ein.
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Durch Schließen des sechsten Schaltelements L kann der Zustand Laden-in-Neutral LiN eingerichtet werden.
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Für ein verbrennungsmotorisches bzw. hybrides Fahren stehen vier unterschiedliche hybride Gangstufen für die Verbrennungsmaschine 16 zur Verfügung.
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Ist nur das fünfte Schaltelement E geschlossen, kann rein elektrisch gefahren werden, da die erste elektrische Antriebsmaschine 14 direkt mit dem Abtrieb 32 verbunden ist.
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Ist nur das erste Schaltelement A geschlossen, entsteht ein erster elektrodynamischer Überlagerungszustand EDA1 am Planetenradsatz RS. Die Verbrennungsmaschine 16 ist dann mit dem Hohlrad des Planetenradsatzes RS verbunden, wobei die erste elektrische Antriebsmaschine 14 am Sonnenrad des Planetenradsatzes RS das Moment der Verbrennungsmaschine 16 abstützt. Der Planetenradträger des Planetenradsatzes RS ist über das dritte Stirnradpaar ST3 mit dem Abtrieb 32 verbunden. In diesem Zustand ist ein elektrodynamisches Anfahren, EDA-Anfahren, vorwärts möglich. Aus diesem elektrodynamischen Überlagerungszustand EDA1 kann für die Verbrennungsmaschine 16 die erste Variante der ersten Hybridgangstufe H1.1, die zweite Variante der ersten Hybridgangstufe H1.2, die zweite Variante der zweiten Hybridgangstufe H2.2 oder die zweite Variante der dritten Hybridgangstufe H3.2 eingelegt werden, weil das erste Schaltelement A in diesen Schaltzuständen jeweils geschlossen ist.
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Ist nur das vierte Schaltelement D geschlossen, entsteht ein weiterer, zweiter elektrodynamischer Überlagerungszustand EDA2 am Planetenradsatz RS. Die Verbrennungsmaschine 16 ist dann mit dem Hohlrad des Planetenradsatzes RS verbunden, wobei die erste elektrische Antriebsmaschine 14 am Sonnenrad des Planetenradsatzes RS das Moment der Verbrennungsmaschine 16 abstützt. Der Planetenradträger des Planetenradsatzes RS ist über das zweite Stirnradpaar ST2 mit dem Abtrieb 32 verbunden. Hierdurch ist ebenfalls ein vorwärts gerichtetes elektrodynamisches Anfahren, EDA-Anfahren, möglich.
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Aus diesem Schaltzustand kann für die Verbrennungsmaschine 16 die vierte Variante der zweiten Hybridgangstufe H2.4, die vierte Variante der dritten Hybridgangstufe H3.4 oder die vierte Hybridgangstufe H4 eingelegt werden, weil das vierte Schaltelement D in diesen Schaltzuständen jeweils geschlossen ist.
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Eine Schaltung von der ersten Gangstufe in die zweite Gangstufe kann abtriebsgestützt durch die erste elektrische Antriebsmaschine 14 erfolgen, wobei das fünfte Schaltelement E geschlossen bleibt. Sodann wird von der ersten Variante der ersten Hybridgangstufe H1.1 in die erste Variante der zweiten Hybridgangstufe H2.1 gewechselt.
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Eine Schaltung von der zweiten Gangstufe in die dritte Gangstufe kann ebenfalls abtriebsgestützt durch die erste elektrische Antriebsmaschine 14 erfolgen, wobei das fünfte Schaltelement E geschlossen bleibt. Hierbei wird von der ersten Variante der zweiten Hybridgangstufe H2.1 in die erste Variante der dritten Hybridgangstufe H3.1 gewechselt.
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Eine Schaltung von der dritten Gangstufe in die vierte Gangstufe kann abtriebsgestützt durch die erste elektrische Antriebsmaschine 14 erfolgen, wobei das fünfte Schaltelement E geschlossen bleibt. Hierbei wird von der ersten Variante der dritten Hybridgangstufe H3.1 in die vierte Hybridgangstufe H4 gewechselt.
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Eine elektromechanische EMS- bzw. eine elektrodynamische EDS-Lastschaltung von der ersten Variante der ersten Hybridgangstufe H1.1 in die erste Variante der zweiten Hybridgangstufe H2.1 im Hybridbetrieb kann beispielsweise wie folgt erfolgen. Im Ausgangspunkt ist die erste Variante der ersten Hybridgangstufe H1.1 eingelegt, also das erste Schaltelement A und das fünfte Schaltelement E sind geschlossen. Sodann erfolgt ein Lastabbau am ersten Schaltelement A und ein gleichzeitiger Lastaufbau an der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14. Das erste Schaltelement A wird sodann geöffnet. Die Drehzahl der Verbrennungsmaschine 16 wird abgesenkt, so dass das zweite Schaltelement B synchron wird. Hierzu kann beispielsweise die Verbrennungsmaschine 16 in den Schubbetrieb gehen oder generatorisch arbeiten und eine weitere elektrische Antriebsmaschine antreiben. Das zweite Schaltelement B kann eingelegt werden. Während dieses Schaltvorgangs bleibt das fünfte Schaltelement E geschlossen.
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Ist nur das sechste Schaltelement L geschlossen, kann die erste elektrische Antriebsmaschine 14 mit der Verbrennungsmaschine 16 unabhängig vom Abtrieb 32 verbunden werden. Die erste elektrische Antriebsmaschine 14 und die Verbrennungsmaschine 16 drehen dann in einem festen Verhältnis zueinander. In diesem Zustand 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 den elektrischen Energiespeicher 22 laden oder elektrische Verbraucher versorgen. Ein Verbraucher kann auch die zweite elektrische Antriebsmaschine 20 sein, wie beispielsweise in 1 gezeigt, die an einer anderen Fahrzeugachse angeordnet ist und eine sogenannte elektrische Achse bzw. elektrische Hinterachse bildet.
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Ein Übergang aus dem Zustand Laden-in-Neutral ist in die zweite Variante der ersten Hybridgangstufe H1.2, die dritte Variante der ersten Hybridgangstufe H1.3, die dritte Variante der zweiten Hybridgangstufe H2.3 und die dritte Variante der dritten Hybridgangstufe H3.3 möglich, weil das sechste Schaltelement L in diesen Schaltzuständen jeweils geschlossen ist.
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Ist, wie beispielsweise in 1 gezeigt, eine elektrische Hinterachse vorhanden, kann mit Hilfe 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, wobei ein zusätzlicher Hinterachsantrieb mit der separaten zweiten elektrischen Antriebsmaschine 20 erfolgt.
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Der elektrodynamische Überlagerungszustand EDA ist in diesem Fall ein leistungsverzweigter E-CVT-Fahrbereich für die Verbrennungsmaschine 16, bei dem auch ein batterieneutraler Betrieb möglich ist. Unter CVT-Fahrbereich ist insbesondere ein stufenlos variabel übersetzter Fahrbereich, Continuously Variable Transmission, zu verstehen.
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Durch die zweite elektrische Antriebsmaschine 20 kann eine Zugkraftunterstützung erfolgen. Die zweite elektrische Antriebsmaschine 20 kann die Zugkraft stützen, wenn im Hybridgetriebe 18 Umschaltungen notwendig sind, bei denen der Abtrieb 32 des Hybridgetriebes 18 lastfrei wird. Solche Übergänge sind beispielsweise, wenn erst rein elektrisch mittels der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 und/oder der zweiten Antriebsmaschine 20 gefahren wird und dann ein Start der Verbrennungsmaschine 16 in Neutral mittels der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 erfolgen soll.
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In 4 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 in einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 gezeigt. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführungsform sind die Getriebebauteile bzw. die Elemente des Hybridgetriebes 18 in ihrer geometrischen Anordnung variiert, wobei die einzelnen Anbindungen, Schaltungen und Funktionsweise identisch zu der in 2 gezeigten Ausführungsform sind.
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In der in 4 gezeigten Ausführungsform sind insbesondere die axialen Positionen des Planetenradsatzes RS und des Doppelschaltelements umfassend das fünfte Schaltelement E und sechste Schaltelement L getauscht. Folglich ist die erste elektrische Antriebsmaschine 14 an einer Getriebeaußenseite an das Hybridgetriebe 18 angebunden.
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In 5 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführungsform sind beim ersten Stirnradpaar ST1 das Losrad und Festrad getauscht. Folglich umfasst das erste Stirnradpaar ST1 ein an der ersten Getriebeeingangswelle 24 angeordnetes Festrad, das mit einem an der Abtriebswelle 28 angeordneten Losrad in Eingriff ist. Das an der Abtriebswelle 28 angeordnete Losrad des ersten Stirnradpaars ST1 kann durch das an der Abtriebswelle 28 angeordnete zweite Schaltelement B antriebswirksam mit der Abtriebswelle 28 verbunden werden. Das dritte Schaltelement C und das zweite Schaltelement B sind in der gezeigten Ausführungsform in einer Radsatzebene angeordnet.
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In 6 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 2 gezeigten Ausführungsform ist bei der in 6 gezeigten Ausführungsform die Anbindung am Planetenradsatz RS getauscht. Insbesondere sind die Anbindungen am Hohlrad und Sonnenrad des Planetenradsatzes RS getauscht, wobei der Planetenradträger mittels des zweiten Stirnradpaars ST2 oder des dritten Stirnradpaars ST3 mit der Abtriebswelle 28 verbindbar ist. Folglich ist die erste elektrische Antriebsmaschine 14 über die zweite Getriebeeingangswelle 26 antriebswirksam mit dem Hohlrad des Planetenradsatzes RS verbunden, wobei die Verbrennungsmaschine 16 über die erste Getriebeeingangswelle 24 antriebswirksam mit dem Sonnenrad des Planetenradsatzes RS verbindbar ist.
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Bevorzugt an der in 6 gezeigten Ausführungsform ist, dass die erste elektrische Antriebsmaschine 14 am Hohlrad des Planetenradsatzes mit geringerer Ausgleichsdrehzahl beim elektrodynamischen Anfahren oder bei elektrodynamischen Schaltungen betrieben werden kann. Hierbei muss die erste elektrische Antriebsmaschine 14 ein höheres Stützmoment beim elektrodynamischen Anfahren und bei elektrodynamischen Schaltungen aufbringen. Ferner kann die erste elektrische Antriebsmaschine 14 im elektrodynamischen Überlagerungszustand bzw. beim elektrodynamischen Anfahren weniger lang generatorisch betrieben werden, da mit zunehmender Fahrtgeschwindigkeit der generatorische Betrieb früher verlassen wird, als wenn die erste elektrische Antriebsmaschine 14 am Sonnenrad des Planetenradsatzes RS angebunden ist.
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In 7 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Das Hybridgetriebe 18 gemäß der 7 entspricht dabei im Wesentlichen dem in 2 gezeigten Hybridgetriebe 18, wobei in 7 der Abtrieb 32 detaillierter dargestellt ist. Der Abtrieb 32 ist durch ein zwischen dem zweiten Stirnradpaar ST2 und dem dritten Stirnradpaar ST3 angeordnetes Abtriebszahnrad an der Abtriebswelle 28 gebildet. Die Abtriebswelle 28 ist mit dem Planetenradträger des Planetenradsatzes RS über das zweite Stirnradpaar ST2 oder das dritte Stirnradpaar ST3 verbindbar. Das Abtriebszahnrad ist in Eingriff mit einem an einem Differential angeordneten Festrad und überträgt so Antriebsleistung aus dem Hybridgetriebe 18 auf das Differential. Das Differential weist ferner eine Differentialwelle 40 auf, die eine Rotorwelle der ersten elektrischen Antriebsmaschine 14 durchdringt. Mit anderen Worten kann die erste elektrische Antriebsmaschine 14 an der Differentialwelle 40 gelagert werden.
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Ferner weist das Hybridgetriebe 18 eine Getriebeantriebswelle 36 auf, die achsparallel zur ersten Getriebeeingangswelle 24 angeordnet ist und über ein Zugmittelgetriebe antriebswirksam mit einem zwischen dem ersten Stirnradpaar ST1 und dem zweiten Stirnradpaar ST2 angeordneten Festrad mit der ersten Getriebeeingangswelle 24 verbunden ist. Die Getriebeantriebswelle 36 ist über einen Torsionsschwingungsdämpfer oder ein anderes prinzipiell im Stand der Technik bekanntes Element zur Drehschwingungsentkopplung mit der Verbrennungsmaschine 16 verbunden. Ferner ist an der Getriebeantriebswelle 36 ein Festrad zur Anbindung einer weiteren elektrischen Maschine 38 angeordnet. Die weitere elektrische Maschine 38 ist über ein Zugmittelgetriebe mit der Getriebeantriebswelle 36 wirkverbunden. Besonders bevorzugt kann die weitere elektrische Maschine 38 als Hochvoltstartergenerator ausgebildet sein.
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Es versteht sich, dass die Anbindung der Getriebeantriebswelle 36 sowohl zur ersten Getriebeeingangswelle 24 als auch zur weiteren elektrischen Maschine 38 alternativ auch als Zahnradkette ausgebildet sein kann.
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In 8 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 7 gezeigten Ausführungsform umfasst die Getriebeantriebswelle 36 eine Verbrennungsmaschinenkupplung K0. Die Verbrennungsmaschinenkupplung K0 ist dazu ausgebildet, die Getriebeantriebswelle 36 trennbar antriebswirksam mit der Verbrennungsmaschine 16 zu verbinden. Dabei ist die Verbrennungsmaschinenkupplung K0 zwischen dem Element zur Drehschwingungsentkopplung und den beiden Anbindungszahnrädern der Getriebeantriebswelle 36 angeordnet, sodass die weitere elektrische Maschine 38 stets mit der ersten Getriebeeingangswelle 24 in Triebverbindung steht.
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In dem in 8 gezeigten Beispiel ist die Verbrennungsmaschinenkupplung K0 als formschlüssiges Schaltelement, beispielsweise als Klauenkupplung, ausgeführt.
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In 9 ist eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Hybridgetriebes 18 gezeigt. Im Unterschied zu der in 8 gezeigten Ausführungsform ist die Verbrennungsmaschinenkupplung K0 als reibschlüssiges Schaltelement ausgeführt.
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Es versteht sich, dass der Kraftfahrzeug-Antriebsstrang 12 bzw. das Hybridgetriebe 18 auch ohne Verbrennungsmaschinenkupplung K0 betrieben werden kann. Dennoch kann eine Verbrennungsmaschinenkupplung K0 aus verschiedenen Gründen, wie beispielsweise aus funktionssicherheitstechnischen Gründen, sinnvoll sein. Insbesondere ermöglicht eine Verbrennungsmaschinenkupplung K0 in Form eines reibschlüssigen Schaltelements, wie in 9 gezeigt, einen Schleppstart der Verbrennungsmaschine 16 oder kann als Not-Anfahrelement für die Verbrennungsmaschine 16 dienen. Insbesondere ist bei einer Ausführungsform mit weiterer elektrischer Maschine 38 eine Verbrennungsmaschinenkupplung K0 sinnvoll.
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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.
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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.
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Bezugszeichen
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- 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
- Zwischenwelle
- 32
- Abtrieb
- 34
- Schaltmatrix
- 36
- Getriebeantriebswelle
- 38
- weitere elektrische Maschine
- 40
- Differentialwelle
- A bis E, L
- Schaltelemente
- K0
- Verbrennungsmaschinenkupplung
- RS
- Planetenradsatz
- ST1 bis ST3
- Stirnradpaare
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013215114 A1 [0006]