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Die Erfindung betrifft eine Anordnung aus einem Getriebe und einer elektrischen Maschine für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs.
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Aus der
DE 198 50 549 A1 ist ein Kraftfahrzeug mit einem Hybridantrieb bekannt, wobei der Hybridantrieb einen Verbrennungsmotor, eine elektrische Maschine und ein als Doppelkupplungsgetriebe ausgebildetes Getriebe umfasst. Das Doppelkupplungsgetriebe des Hybridantriebs der
DE 198 50 549 A1 verfügt über zwei Teilgetriebe, die jeweils eine separate Eingangswelle und eine gemeinsame Ausgangswelle aufweisen. Die Teilgetriebe des Doppelkupplungsgetriebes gemäß
DE 198 50 549 A1 verfügen über formschlüssige Schaltelemente, über die beide Eingangswellen selektiv mit der gemeinsamen Ausgangswelle gekoppelt werden können. An wenigstens eine Eingangswelle wenigstens eines Teilgetriebes ist eine elektrische Maschine angekoppelt. Nach diesem Stand der Technik ist jeder Eingangswelle eine reibschlüssige Kupplung zugeordnet ist, um den Verbrennungsmotor an die jeweilige Eingangswelle des jeweiligen Teilgetriebes anzukoppeln.
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Aus der
DE 10 2011 089 467 A1 ist ein weiteres Kraftfahrzeug mit einem Hybridantrieb bekannt, wobei der Hybridantrieb einen Verbrennungsmotor, eine elektrische Maschine und ein als Doppelkupplungsgetriebe ausgestaltetes Getriebe umfasst. Eine erste Eingangswelle eines ersten Teilgetriebes ist über eine erste Kupplung derart an die elektrische Maschine koppelbar, dass bei geschlossener erster Kupplung die elektrische Maschine an das erste Teilgetriebe gekoppelt und bei geöffneter erster Kupplung dieselbe von dem ersten Teilgetriebe abgekoppelt ist. Eine zweite Eingangswelle eines zweiten Teilgetriebes ist über eine zweite Kupplung derart an den Verbrennungsmotor koppelbar ist, dass bei geschlossener zweiter Kupplung der Verbrennungsmotor an das zweite Teilgetriebe gekoppelt und bei geöffneter zweiter Kupplung derselbe von dem zweiten Teilgetriebe abgekoppelt ist. Eine Antriebswelle der elektrischen Maschine ist mit der zweiten Eingangswelle des zweiten Teilgetriebes über ein formschlüssiges Schaltelement verbindbar.
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Mit den aus dem Stand der Technik bekannten Hybridantrieben bzw. Anordnungen aus einem Getriebe und einer elektrischen Maschine für einen Hybridantrieb sind bereits in gewissem Umfang antriebsseitige Funktionen realisierbar.
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Es besteht jedoch Bedarf daran, eine Anordnung aus einem Getriebe und einer elektrischen Maschine für einen Hybridantrieb sowie einen Hybridantrieb mit einer solchen Anordnung so zu verbessern, dass mit nur einer einzigen elektrischen Maschine eine Vielzahl unterschiedlicher Funktionen bereitgestellt werden kann, so dass sich ein komfortabler und dynamischer Fahrbetrieb und ein guter Wirkungsgrad realisieren lassen. Auch dann, wenn ein mit der elektrischen Maschine zusammenwirkender elektrischer Energiespeicher entladen ist, soll eine gute Funktionsfähigkeit gewährleistet sein.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine neuartige Anordnung aus einem Getriebe und einer elektrischen Maschine für einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs und einen neuartigen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Einer ersten Eingangswelle eines ersten Teilgetriebes ist eine erste, reibschlüssige Kupplung derart zugeordnet, dass dieselbe mit einer abtriebsseitigen Kupplungshälfte an die erste Eingangswelle des ersten Teilgetriebes und mit einer antriebsseitigen Kupplungshälfte an die elektrische Maschine gekoppelt ist. Eine zweite, reibschlüssige Kupplung ist mit einer abtriebsseitigen Kupplungshälfte an eine Zwischenwelle des Getriebes gekoppelt und mit einer antriebsseitigen Kupplungshälfte an einen Verbrennungsmotor koppelbar. Eine erste, formschlüssige Kupplung ist zwischen die antriebsseitige Kupplungshälfte der ersten, reibschlüssigen Kupplung und die abtriebsseitige Kupplungshälfte der zweiten, reibschlüssigen Kupplung geschaltet. Eine zweite, formschlüssige Kupplung ist zwischen die Zwischenwelle bzw. die abtriebsseitige Kupplungshälfte der zweiten, reibschlüssigen Kupplung und eine zweite Eingangswelle des zweiten Teilgetriebes geschaltet. In mindestens einem Gang sind die beiden Teilgetrieben verkoppelt, wobei vorzugsweise zur Auflösung der Verkopplung die zweite, formschlüssige Kupplung geöffnet werden kann.
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Unter Nutzung einer einzigen elektrischen Maschine kann eine Vielzahl unterschiedlicher Funktionen bereitgestellt werden, und zwar für den Fall, dass in mindestens einem Gang die beiden Teilgetriebe des als Doppelkupplungsgetriebe ausgebildeten Getriebes der erfindungsgemäßen Anordnung verkoppelt sind. Die zweite, formschlüssige Kupplung kann zur Auflösung der Verkopplung der beiden Teilgetriebe im jeweiligen Gang, in welchem die Teilgetriebe bei geschlossener zweiter, formschlüssiger Kupplung an sich verkoppelt sind, geöffnet werden. Es ist ein komfortabler und dynamischer Fahrbetrieb und ein guter Wirkungsgrad realisierbar. Auch dann, wenn ein mit der elektrischen Maschine zusammenwirkender elektrischer Energiespeicher entladen ist, ist eine gute Funktionsfähigkeit gewährleistet.
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Vorzugsweise ist die abtriebsseitige Kupplungshälfte der zweiten, reibschlüssigen Kupplung über die Zwischenwelle an eine der Kupplungshälften der ersten, formschlüssigen Kupplung und an eine der Kupplungshälften der zweiten, formschlüssigen Kupplung gekoppelt ist, wobei die andere der Kupplungshälften der ersten, formschlüssigen Kupplung an die antriebsseitige Kupplungshälfte der ersten, reibschlüssigen Kupplung und die andere der Kupplungshälften der zweiten, formschlüssigen Kupplung an die zweite Eingangswelle des zweiten Teilgetriebes gekoppelt ist. Dies ist funktional vorteilhaft und konstruktiv einfach.
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Vorzugsweise ist bei geschlossener erster, reibschlüssiger Kupplung die elektrische Maschine an die erste Eingangswelle des ersten Teilgetriebes gekoppelt, wohingegen bei geöffneter erster, reibschlüssiger Kupplung die elektrische Maschine von der ersten Eingangswelle des ersten Teilgetriebes abgekoppelt ist. Bei geöffneter zweiter, reibschlüssiger Kupplung ist der Verbrennungsmotor von beiden Eingangswellen beider Teilgetriebe abgekoppelt. Bei geschlossener zweiter, reibschlüssiger Kupplung ist der Verbrennungsmotor abhängig von der Schaltstellung der beiden formschlüssigen Kupplungen sowie abhängig von der Schaltstellung der ersten, reibschlüssigen Kupplung an die Eingangswellen der beiden Teilgetriebe koppelbar. Die elektrische Maschine ist abhängig von der Schaltstellung der beiden formschlüssigen Kupplungen sowie abhängig von der Schaltstellung der ersten, reibschlüssigen Kupplung an die Eingangswellen der beiden Teilgetriebe koppelbar. Dies ist funktional vorteilhaft und konstruktiv einfach.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die erste, reibschlüssige Kupplung und die zweite, reibschlüssige Kupplung vor einem Radsatz der beiden Teilgetriebe gemeinsam in einer Kupplungsglocke positioniert. Dies ist funktional vorteilhaft und konstruktiv einfach und bauraumsparend.
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Die erste, formschlüssige Kupplung ist entweder zusammen mit der ersten, reibschlüssigen Kupplung und der zweiten, reibschlüssigen Kupplung in der Kupplungsglocke positioniert oder alternativ radsatzseitig zwischen den beiden Teilgetrieben positioniert. Die erste Variante verfügt über den Vorteil eines geringeren Bauraumbedarfs. Die zweite Variante verfügt über den Vorteil, dass die Anzahl von Hohlwellenebenen im ersten Teilgetriebe reduziert werden kann.
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Die zweite, formschlüssige Kupplung ist entweder an einem Ende des Radsatz der beiden Teilgetriebe oder alternativ in der Mitte des Radsatz der beiden Teilgetriebe positioniert. Die erste Variante verfügt über den Vorteil, dass die Zwischenwelle und die zweite Eingangswelle des zweiten Teilgetriebes einfach lagerbar sind. Die zweite Variante verfügt über den Vorteil, dass die Anzahl von Hohlwellenebenen im zweiten Teilgetriebe reduziert werden kann.
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Der erfindungsgemäße Hybridantrieb ist in Anspruch 12 definiert. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
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1 ein Schema eines ersten erfindungsgemäßen Hybridantriebs eines Kraftfahrzeugs bzw. einer ersten erfindungsgemäßen Anordnung aus einem Getriebe und einer elektrischen Maschine für einen Hybridantrieb zusammen mit einem Verbrennungsmotor;
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2 ein Schema eines zweiten erfindungsgemäßen Hybridantriebs eines Kraftfahrzeugs bzw. einer zweiten erfindungsgemäßen Anordnung aus einem Getriebe und einer elektrischen Maschine für einen Hybridantrieb zusammen mit einem Verbrennungsmotor;
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3 ein Schema eines dritten erfindungsgemäßen Hybridantriebs eines Kraftfahrzeugs bzw. einer zweiten erfindungsgemäßen Anordnung aus einem Getriebe und einer elektrischen Maschine für einen Hybridantrieb zusammen mit einem Verbrennungsmotor; und
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4 ein Schema eines vierten erfindungsgemäßen Hybridantriebs eines Kraftfahrzeugs bzw. einer zweiten erfindungsgemäßen Anordnung aus einem Getriebe und einer elektrischen Maschine für einen Hybridantrieb zusammen mit einem Verbrennungsmotor.
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1 bis 4 zeigen bevorzugte Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Hybridantriebs 1 eines Kraftfahrzeugs bzw. einer erfindungsgemäßen Anordnung für einen Hybridantrieb 1, wobei die Anordnungen zumindest jeweils ein Getriebe 4 in Form eines Doppelkupplungsgetriebes und eine elektrische Maschine 3 umfassen, und wobei der jeweilige Hybridantrieb 1 zusätzlich zur jeweiligen Anordnung aus dem Getriebe 4 und der elektrischen Maschine 3 weiterhin einen Verbrennungsmotor 2 aufweist.
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Das Getriebe 4 ist als mehrstufiges Schaltgetriebe mit zwei Teilgetrieben 5 und 6 ausgebildet, wobei die beiden Teilgetriebe 5 und 6 jeweils eine separate Eingangswelle 7 bzw. 8 und eine gemeinsame Ausgangswelle 9 aufweisen. Das Getriebe 4 mit den beiden Teilgetrieben 5 und 6 verfügt gemäß 1 über mehrere Schaltpakete 10 aus formschlüssigen Schaltelementen A, B, D, F, G, H, über die jede der beiden Eingangswellen 7 und 8 der beiden Teilgetriebe 5 und 6 selektiv an die Ausgangswelle 9 des Getriebes 4 angekoppelt werden kann, wobei die Ausgangswelle 9 des Getriebes 4 auf einen Abtrieb wirkt. Das Getriebe 4 der 1 verfügt über keinen mechanischen Rückwärtsgang. Bei rückwärts drehender elektrischer Maschine 3 kann elektrisch rückwärts gefahren werden.
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An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass im gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel die elektrische Maschine 3 koaxial zu den Eingangswellen 7, 8 angebunden ist. Im Unterscheid hierzu ist es jedoch auch möglich, dass die elektrische Maschine 3 nicht koaxial angebunden ist, sondern achsversetzt zum Beispiel mit einer Stirnradstufe.
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Ferner verläuft im gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel die Ausgangswelle 9 achsversetzt und demnach nicht koaxial zu den Eingangswellen 7, 8. Im Unterscheid hierzu ist es jedoch auch möglich, dass die Ausgangswelle 9 koaxial zu den Eingangswellen 7, 8 verläuft.
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Es sei ebenfalls an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die gezeigten Stirnradsätze des Getriebes 4 exemplarischer Natur sind. Im Unterschied zu den gezeigten Ausführungsbeispielen kann das Getriebe auch Planetenradsätzen oder Planetenradsätze in Kombination mit Stirnradsätzen aufweisen.
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Ferner sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass der Verbrennungsmotor 2 und die elektrische Maschine 3 auch an unterschiedlichen, sich gegenüberliegenden Seiten des Getriebes 4 positioniert sein können, wobei dann das Getriebe 4 zwischen der elektrischen Maschine 3 und dem Verbrennungsmotor 2 positioniert ist. Hierzu muss jedoch eine der Getriebeeingangswellen auf die andere Seite des Getriebes 4 geführt werden.
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Der ersten Eingangswelle 7 des ersten Teilgetriebes 5 ist eine erste reibschlüssige Kupplung 11 zugeordnet, nämlich derart, dass die erste, reibschlüssige Kupplung 11 mit einer abtriebsseitigen Kupplungshälfte 16 an die erste Eingangswelle 7 des ersten Teilgetriebes 5 und mit einer antriebsseitigen Kupplungshälfte 15 an die elektrische Maschine 3 gekoppelt ist. Die erste, reibschlüssige Kupplung 11 ist dabei mit der abtriebsseitigen Kupplungshälfte 16 unmittelbar und fest an die erste Eingangswelle 7 des ersten Teilgetriebes 5 und mit der antriebsseitigen Kupplungshälfte 15 unmittelbar und fest an die elektrische Maschine 3 gekoppelt.
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Eine zweite, reibschlüssige Kupplung 12 ist mit einer abtriebsseitigen Kupplungshälfte 18 an eine Zwischenwelle 23 des Getriebes 4 gekoppelt und mit einer antriebsseitigen Kupplungshälfte 17 an einen Verbrennungsmotor 2 koppelbar ist. Die zweite, reibschlüssige Kupplung 12 ist dabei mit der antriebsseitigen Kupplungshälfte 17 unmittelbar und fest an den Verbrennungsmotor 2 koppelbar, wobei die zweite, reibschlüssige Kupplung 12 mit der abtriebsseitigen Kupplungshälfte 18 unmittelbar und fest an die Zwischenwelle 23 gekoppelt ist.
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Zusätzlich zu diesen beiden reibschlüssigen Kupplungen 11, 12 umfasst die erfindungsgemäße Anordnung weiterhin zwei formschlüssige Kupplungen 13 und 14. Eine erste, formschlüssige Kupplung 13 ist zwischen die antriebsseitige Kupplungshälfte 15 der ersten, reibschlüssigen Kupplung 11 und die abtriebsseitige Kupplungshälfte 18 der zweiten, reibschlüssigen Kupplung 12 geschaltet. Eine zweite, formschlüssige Kupplung 14 ist zwischen die Zwischenwelle 23 und die zweite Eingangswelle 8 des zweiten Teilgetriebes 6 geschaltet.
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Die abtriebsseitige Kupplungshälfte 18 der zweiten, reibschlüssigen Kupplung 12 ist dabei über die Zwischenwelle 23 an eine erste Kupplungshälfte 19 der ersten, formschlüssigen Kupplung 13 und an eine erste Kupplungshälfte 21 der zweiten, formschlüssigen Kupplung 14 gekoppelt. Eine zweite Kupplungshälfte 20 der ersten, formschlüssigen Kupplung 13 ist an die antriebsseitige Kupplungshälfte 15 der ersten, reibschlüssigen Kupplung 11 und damit an die elektrische Maschine 3 gekoppelt, wohingegen die zweite Kupplungshälfte 22 der zweiten, formschlüssigen Kupplung 14 an die zweite Eingangswelle 8 des zweiten Teilgetriebes 6 gekoppelt ist.
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Die Teilgetriebe 5, 6 sind in mindestens einem Gang verkoppelt, wobei zur Auflösung der Verkopplung der beiden Teilgetriebe 5, 6 des Getriebes 4 in demjenigen Gang, in welchem dieselben bei geschlossener zweiter, formschlüssiger Kupplung 14, verkoppelt sind, die zweite, formschlüssige Kupplung 14, geöffnet werden kann bzw. geöffnet wird bzw. geöffnet ist.
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Dann, wenn die erste, reibschlüssige Kupplung 11 geschlossen ist, ist die elektrische Maschine 3 an die erste Eingangswelle 7 des ersten Teilgetriebes 5 gekoppelt, wohingegen bei geöffneter erster, reibschlüssiger Kupplung 11 die elektrische Maschine 3 von der ersten Eingangswelle 7 des ersten Teilgetriebes 5 abgekoppelt ist. Dann, wenn die zweite, reibschlüssige Kupplung 12 geöffnet ist, ist der Verbrennungsmotor 2 von beiden Eingangswellen 7, 8 bei der Teilgetriebe 5, 6 abgekoppelt. Bei geschlossener zweiter, reibschlüssiger Kupplung 12 ist der Verbrennungsmotor 2 abhängig von der Schaltstellung der beiden formschlüssigen Kupplungen 13 und 14 sowie abhängig von der Schaltstellung der ersten, reibschlüssigen Kupplung 11 an die Eingangswellen 7, 8 der beiden Teilgetriebe 5, 6 koppelbar.
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Um den Verbrennungsmotor 2 an die erste Eingangswelle 7 des ersten Teilgetriebes 5 zu koppeln, sind beide reibschlüssigen Kupplungen 12 geschlossen, ebenso wie die erste, formschlüssige Kupplung 13. Um den Verbrennungsmotor 2 an die zweite Eingangswelle 8 des zweiten Teilgetriebes 6 zu koppeln, ist einerseits die zweite, reibschlüssige Kupplung 12 und andererseits die zweite, formschlüssige Kupplung 14 geschlossen. Die elektrische Maschine 3 ist abhängig von der Schaltstellung der beiden formschlüssigen Kupplungen 13, 14 sowie abhängig von der Schaltstellung der ersten, reibschlüssigen Kupplung 11 an die Eingangswellen 7, 8 der beiden Teilgetriebe 5, 6 koppelbar. Wie oben bereits ausgeführt, ist dann, wenn die erste, reibschlüssige Kupplung 11 geschlossen ist, die elektrische Maschine 3 an die erste Eingangswelle 7 des ersten Teilgetriebes 5 gekoppelt. Um die elektrische Maschine 3 an die zweite Eingangswelle 8 des zweiten Teilgetriebes 6 zu koppeln, müssen beide formschlüssigen Kupplungen 13, 14 geschlossen sein bzw. werden.
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Mit dem in
1 gezeigten Getriebe
4 sind für den Verbrennungsmotor
2 (kurz VM) abhängig von der Schaltstellung der Schaltelemente A, B, D, F, G und H sowie abhängig von der Schaltstellung der beiden reibschlüssigen Kupplungen
11 (K1) und
12 (K2) sowie der Schaltstellung der beiden formschlüssigen Kupplungen
13 (Z) und
14 (Y) folgende Vorwärtsgänge nutzbar:
| Schaltelemente Gang VM | K0 | K1 | A | G | H | F | D | B | Y | Z |
| 1 | x | x | x | x | | | | | | x |
| 2 | x | | x | | | | | | x | |
| 3 | x | x | | | x | | | | | x |
| 4 | x | | | | | x | | | x | |
| 5 | x | x | | | | | x | | | x |
| 6 | x | | | | | | | x | x | |
| 7 | x | | | x | | | x | | x | |
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In der obigen Tabelle sind geschlossene Schaltelemente bzw. Kupplungen mit x gekennzeichnet.
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Ferner sind mit dem in
1 gezeigten Getriebe
4 sind für die elektrische Maschine
3 (kurz EM) insbesondere folgende Vorwärtsgänge nutzbar:
| Schaltelemente Gang EM | K0 | K1 | A | G | H | F | D | B | Y | Z |
| E1 | | x | x | x | | | | | | |
| E2 | | | x | | | | | | x | x |
| E3 | | x | | | x | | | | | |
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Wie bereits ausgeführt, verfügt das in 1 gezeigte Getriebe 4 über keinen mechanischen Rückwärtsgang, so dass ausschließlich bei rückwärts drehender elektrischer Maschine 3 über die Gänge für die elektrische Maschine 3 rückwärts gefahren werden kann.
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Im ersten Gang für den Verbrennungsmotor 2 sind die beiden Teilgetriebe 5, 6 des Getriebes 4 verkoppelt, wobei es sich in 1 beim ersten Gang um einen sogenannten Windungsgang handelt.
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Durch Öffnen des zweiten, formschlüssigen Schaltelements 14 kann die Verkopplung der beiden Teilgetriebe 5, 6 im ersten Gang für den Verbrennungsmotor aufgehoben werden.
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Ohne geöffnetes zweites, formschlüssiges Schaltelement 14 könnte der Verbrennungsmotor 2 den ersten Gang nicht nutzen, da dann, wenn im ersten Teilgetriebe 5 der erste Gang eingelegt ist, auch im zweiten Teilgetriebe 6 der zweite Gang zwangsweise eingelegt ist. Durch Öffnen des zweiten, formschlüssigen Schaltelements 14 kann diese Verkopplung der beiden Teilgetriebe 5, 6 aufgelöst werden, so dass dann der Verbrennungsmotor 2 den ersten Gang nutzen kann.
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Die beiden reibschlüssigen Kupplungen 11 und 12 sind vorzugsweise vor dem Radsatz der beiden Teilgetriebe 5, 6 in einer Kupplungsglocke positioniert, die vorzugsweise aus Bauraumgründen mit dem Rotor der elektrischen Maschine 3 verschachtelt ist.
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Im Ausführungsbeispiel der 1 ist das erste formschlüssige Schaltelement 13 radsatzseitig zwischen den beiden Teilgetrieben 5, 6 angeordnet, wobei das zweite formschlüssige Schaltelement 14 an einem Ende des Radsatzes der beiden Teilgetriebe 5, 6 angeordnet ist, so dass Festräder des zweiten Teilgetriebes 6 auf einer als Hohlwelle ausgebildeten Eingangswelle 8 des zweiten Teilgetriebes angeordnet sind. Diese Anordnung der beiden reibschlüssigen Kupplungen 11, 12 sowie der beiden formschlüssigen Kupplungen 13, 14 ist aus Bauraumgründen vorteilhaft und erlaubt eine gute Zugänglichkeit und Aktuierung der formschlüssigen Schaltelemente 13, 14.
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2 zeigt eine Variante der 1, bei welcher das erste, formschlüssige Schaltelement 13 zusammen mit den beiden reibschlüssigen Kupplungen 11, 12 in der Kupplungsglocke positioniert ist. Diese Ausgestaltung verfügt über den Vorteil, dass im ersten Teilgetriebe 5 eine Hohlwellenebene reduziert werden kann.
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Eine weitere Variante der Erfindung zeigt 3, wobei in 3 das zweite formschlüssige Schaltelement 14 in der Mitte des Radsatzes der beiden Teilgetriebe 5, 6 positioniert ist. Hierdurch kann die zweite Eingangswelle 8 des zweiten Teilgetriebes 6 als Vollwelle ausgeführt werden, so dass im Bereich des zweiten Teilgetriebes 6 eine Hohlwellenebene entfallen kann.
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4 zeigt eine Variante der Erfindung, in welcher der Radsatz des Getriebes 4 mechanische Rückwärtsgänge bereitstellt, so dass auch über den Verbrennungsmotor 2 eine Rückwärtsfahrt möglich ist. So umfasst das zweite Teilgetriebe 6 des Getriebes 4 der Ausführungsvariante der 4 ein zusätzliches Schaltelement E sowie ein zusätzliches mit diesem Schaltelement E zusammenwirkendes Stirnrad, um die mechanischen Rückwärtsgänge bereitzustellen.
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Mit der erfindungsgemäßen Anordnung bzw. dem erfindungsgemäßen Hybridantrieb, der eine solche Anordnung umfasst, können eine Vielzahl von Funktionen bereitgestellt werden, nämlich unter Nutzung einer einzigen elektrischen Maschine 3 und unter Nutzung eines Getriebes 4, dessen Teilgetriebe 5 und 6 die jeweils getrennte Eingangswellen 7, 8 jedoch eine gemeinsame Ausgangswelle 9 aufweisen, die in mindestens einem Gang miteinander verkoppelt sind. Bereitstellbare Funktionen werden nachfolgend kurz beschrieben:
Bei der Funktion "elektrischen Maschine als Lastschaltelement" kann im Hybridantrieb, also dann, wenn mit dem Verbrennungsmotor 2 und der elektrischen Maschine 3 gefahren wird, eine Lastschaltung mit wechselseitiger Stützung des Abtriebsmoments ausgeführt werden. Wenn im ersten Teilgetriebe 5 geschaltet wird, kann der Verbrennungsmotor 2 das Abtriebsmoment über das zweite Teilgetriebe 6 stützen. Dann, wenn im zweiten Teilgetriebe 6 eine Schaltung ausgeführt wird, kann die elektrische Maschine 3 das Abtriebsmoment über das erste Teilgetriebe 5 stützen. Während der Ausführung dieser Schaltungen fällt an Reibschaltelementen kein Energieverlust infolge einer Reibleistung an. Bei Nutzung des Radsatzes der 1 besteht ein besonderer Vorteil darin, dass bei verbrennungsmotorischen Schaltungen vom vierten Gang in den fünften Gang, vom fünften Gang in den sechsten Gang und vom sechsten Gang in den siebten Gang die elektrische Maschine 3 die Zugkraft immer im fünften Gang stützen kann und die elektrische Maschine 3 nicht zwischendurch umgeschaltet werden muss. Dies ist möglich, weil der siebte Gang als Windungsgang bzw. verkoppelter Gang den fünften Gang nutzt.
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Bei der Funktion "E-Fahren ohne Schleppverluste" sollen beim rein elektrischen Fahren über die elektrische Maschine 3 bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor 2 keine Schleppverluste an einer Reibkupplung auftreten. Dies ist dann möglich, wenn zum Abtrennen des Verbrennungsmotors 2 eine formschlüssige Kupplung vorhanden ist. Dies erfolgt mit geöffneten formschlüssigen Kupplung 13 und 14, wobei dann die reibschlüssige Kupplung 11 geschlossen ist. Die Funktion "E-Fahren ohne Schleppverluste" ist insbesondere bei sogenannten Plug-In-Hybriden mit hohem elektrischen Fahranteil von Bedeutung.
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In der Funktion "Anfahren aus Ladebetrieb" muss die elektrische Maschine 3 bei leerem Energiespeicher generatorisch arbeiten, um elektrische Leistung für elektrische Verbraucher des Hybridfahrzeugs bereitzustellen, wie zum Beispiel für eine elektrisch betriebene Klimaanlage. In diesem Fall müssen Verbrennungsmotor 2 und elektrische Maschine 3 gekoppelt sein. Ist dies im Stillstand des Hybridfahrzeugs oder nahe des Stillstands erforderlich, muss trotzdem eine verzögerungsfreie Anfahrt gewährleistet werden können.
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Zur Ermöglichung der verzögerungsfreien Anfahrt ist zwischen dem Verbund aus Verbrennungsmotor 2 und elektrischer Maschine 3 bei geschlossenen Kupplungen 12 (zweite, reibschlüssige Kupplung K0) und 13 (erste, formschlüssige Kupplung Z) und dem ersten Teilgetriebe 5 des Getriebes 4, welches den ersten Gang bereitstellt, die erste, reibschlüssige Kupplung 11 erforderlich, über die dann verzögerungsfrei ein Anfahrmoment aufgebracht werden kann.
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Bei der Funktion "Towstart" wird während elektrischer Fahrt der Verbrennungsmotor 2 über die zweite, reibschlüssige Kupplung 12 (K0) angeschleppt. Über die elektrische Maschine 3 kann dieses Anschleppmoment ausgeglichen werden, so dass dann der Towstart am Abtrieb nicht spürbar ist.
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Bei der Funktion "Towstart mit Übersetzung zum Verbrennungsmotor" ist der Verbrennungsmotor 2 zum Abtrieb hin länger übersetzt als die elektrische Maschine 3. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die elektrische Maschine 3 und der Verbrennungsmotor 2 beim Anschleppen des Verbrennungsmotors 2 nicht an dasselbe Teilgetriebe angekoppelt sind, sondern unterschiedliche Teilgetriebe nutzen. Bei dem Teilgetriebe, welches der Verbrennungsmotor 2 nutzt, ist dann ein höherer Gang bzw. eine kleinere Übersetzung eingelegt als in dem Teilgetriebe, welches die elektrische Maschine 3 nutzt. Dies verfügt über den Vorteil, dass an der Kupplung, mit welcher der Verbrennungsmotor 2 gestartet wird, eine geringere Drehzahldifferenz vorliegt. Dadurch kann die Verlustleistung an dieser Kupplung reduziert werden. Die elektrische Maschine 3 muss dann weniger Moment ausgleichen, weil die elektrische Maschine 3 zum Abtrieb hin höher übersetzt ist.
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Die Funktion "Drivestart" verhält sich grundsätzlich wie die Funktion "Towstart", jedoch mit einer zusätzlichen Drehmomententkopplung zum Abtrieb 9. Die Drehmomententkopplung zum Antrieb erfolgt mit einer im Schlupf betriebenen reibschlüssigen Kupplung, nämlich der Kupplung 11 (K1). Die Drehzahldifferenz an dieser Reibkupplung wird mit der elektrischen Maschine 3 geregelt. Für Funktion "Drivestart" ist eine reibschlüssige Kupplung K0 zwischen der elektrischen Maschine 3 und dem Verbrennungsmotor 2, nämlich die Kupplung 12, sowie eine reibschlüssige Kupplung K1 zwischen der elektrischen Maschine 3 und dem ersten Teilgetriebe 5, nämlich die Kupplung 11, erforderlich.
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In der Funktion "E-Lastschaltung" sind bei rein elektrischer Fahrt und demnach bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor 2 Lastschaltungen über die reibschlüssige Kupplung K1 möglich. Dadurch können Gänge, nämlich der zweite Gang und der dritte Gang, des Getriebes 4 auch im rein elektrischen Betrieb ohne Zugkraftunterbrechung geschaltet werden. Für die Lastschaltung vom zweiten Gang in den dritten Gang übernimmt die erste, reibschlüssige Kupplung 11 (K1) die Last im dritten Gang, anschließend wird der zweite Gang ausgelegt und danach die erste, reibschlüssige Kupplung 11 (K1) unter Last synchronisiert.
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Die Funktion "Abwürgeschutz bei Notbremsung" kann dann realisiert werden, wenn im Kraftschluss vom Verbrennungsmotor 2 zum Abtrieb hin eine reibschlüssige Kupplung vorgesehen ist, da eine reibschlüssige Kupplung auch unter Last geöffnet werden kann. Dies kann über die zweite Reibkupplung 12 (K0) realisiert werden.
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Bei der Funktion "Verbrennungsmotor-Anfahren" ist ein verbrennungsmotorisches Anfahren über eine der reibschlüssigen Kupplung 11 oder 12 ohne Unterstützung über die elektrische Maschine 3 möglich. Das Anfahrmoment des Verbrennungsmotors 2 und der elektrischen Maschine 3 kann so bei einem leistungsorientierten Betrieb summiert bzw. kumuliert werden. Diese Funktion ist auch als Notbetrieb hilfreich, zum Beispiel dann, wenn eine Leistungselektronik der elektrischen Maschine 3 ausfällt.
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Die Funktion "Verbrennungsmotor-Notbetrieb ohne mitdrehende elektrische Maschine" ermöglicht ein rein verbrennungsmotorisches Anfahren, ohne dass die elektrische Maschine 3 mit dreht. Diese Funktion ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die elektrische Maschine 3 in ihrem Rotor Permanentmagneten aufweist, da ansonsten bei mitdrehendem Rotor eine Spannung induziert werden würde.
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In der Funktion "Gangwahl Verbrennungsmotor und elektrische Maschine teilweise unabhängig" können im Hybridbetrieb für Verbrennungsmotor 2 und elektrische 3 teilweise andere Übersetzungen gewählt werden, nämlich der Art, dass sowohl Verbrennungsmotor 2 und elektrische Maschine 3 in ihrem optimalen Betriebspunkt betrieben werden.
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In der Funktion "Zustart Verbrennungsmotor aus rein elektrischer Fahrt heraus" stehen dann, wenn die elektrische Maschine 3 das erste Teilgetriebe 5 zur elektrischen Fahrt nutzt, der genutzte Gang des ersten Teilgetriebe 5 und die Gänge des zweiten Teilgetriebes 6 als Zustartgänge für den Verbrennungsmotor 2 zur Verfügung. Dann, wenn die elektrische Maschine 3 das zweite Teilgetriebe 6 zur elektrischen Fahrt nutzt, ist nur dieser eine Gang für den Zustart des Verbrennungsmotors nutzbar. Im Radsatz der 1 bedeutet dies, dass im Gang E3 die Gänge 2, 3, 4, 6 für den Zustart des Verbrennungsmotors nutzbar sind, wohingegen im Gang E2 nur der Gang 2 für den Zustart des Verbrennungsmotors nutzbar ist.
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Zur Synchronisation formschlüssiger Schaltelemente, in der Variante der 1 der Schaltelemente A, B, D, H und F, sowie zur Synchronisation der formschlüssigen Kupplungen 13 und 14 besteht die Möglichkeit, dass die formschlüssigen Schaltelemente mit einer eigenen konventionellen Synchronisierung zum Beispiel über Synchronringe ausgestattet sein können, oder dass alternativ eine sogenannte Zentralsynchronisierung genutzt wird, zum Beispiel unter Nutzung der elektrischen Maschine 3 zur Zentralsynchronisierung oder durch Abbremsen einer zu synchronisierenden Welle mit Hilfe einer Getriebebremse und durch Beschleunigen derselben über den Verbrennungsmotor 2 und eine reibschlüssige Kupplung. Im Ausführungsbeispiel der 1 kann vorteilhaft das Schaltelement D ohne Synchronisierung als Klauenkupplung ausgeführt sein, um dasselbe aktiv mit Hilfe der elektrischen Maschine 3 zu synchronisieren. Das Schaltelement G ist dann vorteilhaft synchronisiert auszuführen, da zum Gangeinlegen des ersten Gangs mit vorangegangenem Generatorbetrieb der elektrischen Maschine 3 die elektrische Maschine 3 das Schaltelement G nicht während des Ladebetriebs synchronisieren kann. Das Schaltelement H ist ebenfalls vorteilhaft synchronisiert auszuführen, da beim rein elektrischen Fahren im zweiten Gang zur Vorwahl des dritten Gangs bei geöffneter, reibschlüssiger Kupplung 11 das Schaltelement H geschlossen werden muss. Über die reibschlüssige Kupplung 11 kann anschließend eine konventionelle Zug-Hoch-Lastschaltung in den dritten Gang durchgeführt werden. Die übrigen formschlüssigen Schaltelemente sind vorteilhaft alle synchronisiert auszuführen, da bei Zugkraftunterstützung durch die elektrische Maschine 3 während einer Schaltungsausführung die elektrische Maschine 3 diese Schaltelemente nicht gleichzeitig synchronisieren kann.
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Allen Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass die erfindungsgemäße Anordnung bzw. der erfindungsgemäße Hybridantrieb 1 neben der elektrischen Maschine 3 und dem die beiden Teilgetriebe 5, 6 umfassenden Getriebe 4 zwei reibschlüssige Kupplungen 11 und 12 sowie zwei formschlüssige Kupplungen 13 und 14 aufweist, und dass die beide Teilgetriebe 5, 6 des Getriebes 4 in mindestens einem Gang verkoppelt sind. Die Kopplung kann durch Öffnen einer der formschlüssigen Kupplungen, nämlich durch Öffnen der zweiten, formschlüssigen Kupplung 14, aufgehoben werden. Die Verschaltung der reibschlüssigen Kupplungen 11, 12 und der formschlüssigen Kupplungen 13, 14 untereinander sowie mit den Eingangswellen 7 und 8 der beiden Teilgetriebe 5 und 6, mit der Zwischenwelle 23, sowie mit der elektrischen Maschine 3 und dem Verbrennungsmotor 2 ist in allen Ausführungsbeispielen identisch.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hybridantrieb
- 2
- Verbrennungsmotor
- 3
- elektrische Maschine
- 4
- Getriebe
- 5
- erstes Teilgetriebe
- 6
- zweites Teilgetriebe
- 7
- erste Eingangswelle
- 8
- zweite Eingangswelle
- 9
- Ausgangswelle
- 10
- Schaltpaket
- 11
- erste, reibschlüssige Kupplung K1
- 12
- zweite, reibschlüssige Kupplung K0
- 13
- erste, formschlüssige Kupplung Z
- 14
- zweite, formschlüssige Kupplung Y
- 15
- antriebsseitige Kupplungshälfte der Kupplung K1
- 16
- abtriebsseitige Kupplungshälfte der Kupplung K1
- 17
- antriebsseitige Kupplungshälfte der Kupplung K0
- 18
- abtriebsseitige Kupplungshälfte der Kupplung K0
- 19
- erste Kupplungshälfte der Kupplung Z
- 20
- zweite Kupplungshälfte der Kupplung Z
- 21
- erste Kupplungshälfte der Kupplung Y
- 22
- zweite Kupplungshälfte der Kupplung Y
- 23
- Zwischenwelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19850549 A1 [0002, 0002, 0002]
- DE 102011089467 A1 [0003]