DE102017120008A1

DE102017120008A1 - Hybridachsgetriebe

Info

Publication number: DE102017120008A1
Application number: DE102017120008.8A
Authority: DE
Inventors: David Allen Janson; Gregory Daniel Goleski; David Gon Oh; Jeffrey Edward Maurer
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-09-01
Filing date: 2017-08-31
Publication date: 2018-03-01
Also published as: CN107791820A; US20180058557A1; US10082196B2

Abstract

Ein leistungsverzweigtes Hybridachsgetriebe beinhaltet eine Achsenübertragungskette und einen Endantriebsplanetenradsatz. Die Komponenten sind so angeordnet, dass der leistungsverzweigte Planetenradsatz dem Endantriebsplanetenradsatz gegenüberliegt, wobei beide an der Vorderseite des Getriebes positioniert sind. Dies minimiert die axiale Länge des Achsgetriebes, indem die Anzahl von Komponenten begrenzt wird, die axial gestaffelt werden müssen. Außerdem ermöglicht dies die Verwendung von elektrischen Maschinen mit einem großen Durchmesser und einer kurzen axialen Länge, was ebenfalls die axiale Gesamtlänge des Achsgetriebes verringert.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft das Gebiet von Fahrzeuggetrieben. Insbesondere betrifft die Offenbarung eine Anordnung von Komponenten in einem Hybridachsgetriebe.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Hybridantriebsstränge beinhalten Energiespeichervorrichtungen, wie beispielsweise Batterien, die verwendet werden, um den Kraftstoffverbrauch zu senken, indem Bremsenergie aufgefangen und eine effizientere Verwendung eines Verbrennungsmotors zugelassen wird. Der Motor kann abgestellt werden, während das Fahrzeug stillsteht. Der Motor kann ebenfalls mit einer höheren Leistungseinstellung betrieben werden, bei der er in der Regel effizienter ist, und dann für einen Teil der Zeit, während der sich das Fahrzeug bewegt, abgestellt werden.
Eine Art von Hybridachsgetrieben ist ein elektrischer leistungsverzweigter Hybrid. Bei einer geringen Geschwindigkeit teilt ein Planetenradsatz die mechanische Leistung, die durch den Verbrennungsmotor erzeugt wird, in zwei Leistungsflusspfade. Ein Teil der Leistung wird durch Zahnräder, Ketten oder andere mechanische Leistungsübertragungskomponenten zu den Antriebsrädern befördert. Die verbleibende Leistung wird zu einer elektrischen Maschine geleitet und in elektrische Leistung umgewandelt. Diese elektrische Maschine wird in der Regel als Generator bezeichnet, obwohl sie ebenfalls in der Lage ist, elektrische Leistung in mechanische Leistung umzuwandeln. Eine zweite elektrische Maschine treibt die Antriebsräder an. Diese zweite elektrische Maschine wird in der Regel als Fahrmotor bezeichnet, obwohl sie ebenfalls in der Lage ist, mechanische Leistung in elektrische Leistung umzuwandeln. In einigen Betriebsmodi fließt die gesamte elektrische Leistung vom Generator zum Fahrmotor. In anderen Betriebsmodi kann etwas elektrische Leistung zu einer Batterie umgeleitet werden. In weiteren Betriebsmodi kann die Batterie die elektrische Leistung ergänzen.
In einem Vorderradantriebshybridachsgetriebe dreht sich die Motorkurbelwelle um eine Achse, die versetzt von und im Wesentlichen parallel zu einer Achsenachse ist. Das Achsgetriebe beinhaltet ein Differential auf der Achsenachse, das die Leistung zwischen einer linken und einer rechten Halbwelle aufteilt, die sich mit geringfügig unterschiedlichen Drehzahlen drehen können, während das Fahrzeug abbiegt. Der verfügbare Raum für das Achsgetriebe wird durch die Größe des Motorraums und den durch den Motor belegten Raum beschränkt.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Gemäß einer ersten Ausführungsform beinhaltet ein Achsgetriebe einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz und eine erste und eine zweite elektrische Maschine, die entlang einer gemeinsamen Achse positioniert sind. Ein Hohlrad des ersten Planetenradsatzes ist fest an ein erstes Kettenrad und an einen Träger des zweiten Planetenradsatzes gekoppelt und kann ebenfalls fest an ein Parksperrenrad gekoppelt sein. Ein Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes ist drehsicher gehalten. Die erste elektrische Maschine ist fest an ein Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes gekoppelt. Die zweite elektrische Maschine ist fest an ein Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes gekoppelt. Ein Träger des ersten Planetenradsatzes ist fest mit einer Eingangswelle verbunden, die sich von einer Vorderseite des ersten Planetenradsatzes erstreckt. Der zweite Planetenradsatz und die erste und die zweite elektrische Maschine sind an einer Rückseite des ersten Planetenradsatzes positioniert. Der zweite Planetenradsatz und die elektrische Maschine können ebenfalls an einer Rückseite des ersten Kettenrads positioniert sein. Das Achsgetriebe kann ebenfalls eine Pumpe mit einer Pumpenwelle beinhalten. Eine erste Kette kann in ein zweites und ein drittes Kettenrad eingreifen. Das zweite Kettenrad kann fest an die Eingangswelle gekoppelt sein und das dritte Kettenrad kann fest mit der Pumpenwelle verbunden sein. Das Achsgetriebe kann ebenfalls ein Differential mit einem Differentialeingang beinhalten. Eine zweite Kette kann in das erste Kettenrad und ein viertes Kettenrad eingreifen, das antreibbar mit dem Differentialeingang verbunden ist. Das vierte Kettenrad kann zum Beispiel antreibbar mit dem Differentialeingang über einen dritten Planetenradsatz verbunden sein, der ein fest an das vierte Kettenrad gekoppeltes Sonnenrad, einen fest an den Differentialeingang gekoppelten Träger und ein drehsicher gehaltenes Hohlrad aufweist.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform beinhaltet ein Achsgetriebe einen ersten Planetenradsatz, eine zweite elektrische Maschine, einen zweiten Planetenradsatz und eine erste elektrische Maschine, die in dieser Reihenfolge entlang einer gemeinsamen Achse positioniert sind. Die erste und die zweite elektrische Maschine sind fest mit einem Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes verbunden. Das erste Kettenrad ist fest an ein Hohlrad des ersten Planetenradsatzes gekoppelt. Eine Eingangswelle ist fest an einen Träger des ersten Planetenradsatzes gekoppelt. Das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes kann fest an einen Träger des zweiten Planetenradsatzes gekoppelt sein und kann ebenfalls fest an ein Parksperrenrad gekoppelt sein. Ein Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes kann drehsicher gehalten sein. Das Achsgetriebe kann ebenfalls eine Pumpe mit einer Pumpenwelle beinhalten. Eine erste Kette kann in ein zweites und ein drittes Kettenrad eingreifen. Das zweite Kettenrad kann fest an die Eingangswelle gekoppelt sein und das dritte Kettenrad kann fest mit der Pumpenwelle verbunden sein. Eine zweite Kette kann in das erste Kettenrad und ein viertes Kettenrad eingreifen, das antreibbar mit dem Differentialeingang verbunden ist. Das vierte Kettenrad kann zum Beispiel antreibbar mit dem Differentialeingang über einen dritten Planetenradsatz verbunden sein, der ein fest an das vierte Kettenrad gekoppeltes Sonnenrad, einen fest an den Differentialeingang gekoppelten Träger und ein drehsicher gehaltenes Hohlrad aufweist.
In einer dritten Ausführungsform beinhaltet ein Hybridachsgetriebe einen Planetenradsatz, ein erstes, ein zweites und ein drittes Kettenrad, eine Pumpe und eine erste Kette. Ein Träger des Planetenradsatzes ist fest an eine Eingangswelle und an das zweite Kettenrad gekoppelt. Ein Hohlrad des Planetenradsatzes ist fest an das erste Kettenrad gekoppelt und kann fest an ein Parksperrenrad gekoppelt sein. Das dritte Kettenrad ist fest an die Pumpenwelle gekoppelt. Eine erste Kette greift in das zweite und das dritte Kettenrad ein. Das Hybridachsgetriebe beinhaltet ferner eine fest an das Sonnenrad gekoppelte erste elektrische Maschine und eine antreibbar an das Hohlrad gekoppelte zweite elektrische Maschine. Die Eingangswelle kann sich von einer Vorderseite des Planetenradsatzes erstrecken, während die erste und die zweite elektrische Maschine axial an einer Rückseite des Planetenradsatzes positioniert sind. Das Achsgetriebe kann ferner ein Differential mit einem Eingang, der antreibbar mit einem vierten Kettenrad verbunden ist, und eine zweite Kette, die in das erste und das vierte Kettenrad eingreift, beinhalten.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Diagramm einer ersten Ausführungsform eines leistungsverzweigten Hybridachsgetriebes.
2 ist eine Bildansicht des vorderen Endes des leistungsverzweigten Hybridachsgetriebes aus 1.
3 ist ein schematisches Diagramm einer zweiten Ausführungsform eines leistungsverzweigten Hybridachsgetriebes.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden hier beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht zwingend maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Demnach sind die hier offenbarten konkreten strukturellen und funktionellen Einzelheiten nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann die vielseitige Verwendung der vorliegenden Erfindung zu lehren. Für einen Durchschnittsfachmann versteht es sich, dass verschiedene Merkmale, die in Bezug auf beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben sind, mit Merkmalen kombiniert sein können, welche in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, welche nicht explizit veranschaulicht oder beschrieben sind. Die Kombinationen aus veranschaulichten Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
Eine Gruppe drehbarer Elemente ist fest aneinander gekoppelt, wenn diese gezwungen sind, unter allen Betriebsbedingungen dieselbe Drehzahl um dieselbe Achse aufzuweisen. Drehbahre Elemente können zum Beispiel durch Keilverbindungen, Schweißen, Aufpressen oder Bearbeiten eines gängigen Feststoffs fest gekoppelt sein. Es kann zu leichten Variationen in der Drehverschiebung zwischen fest gekoppelten Elementen, wie etwa zur Verschiebung aufgrund von Spiel oder Wellenelastizität, kommen. Im Gegensatz dazu sind zwei oder mehrere drehbare Elemente durch ein Schaltelement selektiv gekoppelt, wenn das Schaltelement sie zwingt, jedes Mal, wenn das Schaltelement vollständig aktiviert ist, dieselbe Drehzahl um dieselbe Achse aufzuweisen, und die drehbaren Elemente bei zumindest einer anderen Betriebsbedingung getrennte Drehzahlen aufweisen können. Zwei rotierbare Elemente sind antreibbar verbunden, falls sie durch einen Leistungsflusspfad verbunden sind, der ihre Drehzahlen dahingehend einschränkt, dass sie direkt proportional zu einem vorbestimmten Drehzahlverhältnis sind. Wenn der Leistungsflusspfad in allen Betriebszuständen eingerichtet ist, dann sind die Komponenten fest antreibbar verbunden. Wenn der Leistungsflusspfad nur dann eingerichtet ist, wenn ein oder mehrere Schaltelemente in Eingriff stehen, dann sind die Komponenten selektiv antreibbar verbunden.
1 ist eine schematische Veranschaulichung eines Hybridachsgetriebes. Eine Leistung wird mechanisch von einem Verbrennungsmotor über eine Eingangswelle 10 aufgenommen. Die Leistung wird über Halbwellen 12 und 14 zum linken und rechten Vorderrad des Fahrzeugs befördert. Die Eingangswelle 10 ist fest mit dem Träger 16 des leistungsverzweigten Planetenradsatzes verbunden, der axial nahe der Vorderseite des Achsgetriebes positioniert ist. Das Sonnenrad 18 des leistungsverzweigten Planetenradsatzes ist fest an den Generator 20 gekoppelt, der an der Rückseite des Achsgetriebes positioniert ist. Das Hohlrad 22 des leistungsverzweigten Planetenradsatzes ist fest an ein erstes Kettenrad 24 gekoppelt. Ein zweites Kettenrad 26 ist zur Drehung um die Differentialachse gelagert und ist durch eine Kette 28 fest antreibbar mit dem ersten Kettenrad 24 verbunden. Das zweite Kettenrad 26 ist durch einen Endantriebsplanetenradsatz antreibbar mit einem Differential 30 verbunden. Das Sonnenrad 32 des Endantriebsplanetenradsatzes ist fest an das zweite Kettenrad 26 gekoppelt. Der Träger 34 des Endantriebsplanetenradsatzes ist fest an den Eingang des Differentials 30 gekoppelt. Das Hohlrad 36 des Endantriebsplanetenradsatzes ist fest an das Getriebegehäuse 38 gekoppelt.
Ein Fahrmotor 40 ist fest antreibbar mit einem ersten Kettenrad 24 über einen Drehmomentvervielfachungsplanetenradsatz verbunden. Das Sonnenrad 42 des Drehmomentvervielfachungsplanetenradsatzes ist fest an den Fahrmotor 40 gekoppelt. Der Träger 44 des Drehmomentvervielfachungsplanetenradsatzes ist fest an das erste Kettenrad 24 gekoppelt. Das Hohlrad 46 des Drehmomentvervielfachungsplanetenradsatzes ist fest an das Getriebegehäuse 38 gekoppelt.
Das Platzieren eines Kettenrads 24 und des leistungsverzweigten Planetenradsatzes nahe der Vorderseite des Getriebes (nahe des Motors) stellt mehrere Vorteile bereit. Erstens gibt es keine Komponenten auf der Differentialachse gegenüber dem Generator 20 und dem Fahrmotor 40. Dies ermöglicht die Verwendung von elektrischen Maschinen mit großem Durchmesser. Bei einem gegebenen Drehmoment und einer gegebenen Leistungskapazität neigt eine elektrische Maschine mit großem Durchmesser dazu, eine kürzere axiale Länge aufzuweisen. Das Minimieren der axialen Länge der elektrischen Maschinen minimiert die axiale Gesamtlänge des Achsgetriebes. Zweitens können sich der leistungsverzweigte Planetenradsatz und der Endantriebsplanetenradsatz einander gegenüberliegen, sodass nur der breitere der beiden die axiale Gesamtlänge des Achsgetriebes beeinflusst.
Eine Pumpe 48 verteilt Schmierfluid an Zahnräder und Lager. Ein drittes Kettenrad 50 ist fest an die Eingangswelle 10 gekoppelt, während ein viertes Kettenrad 52 fest an die Welle der Pumpe 48 gekoppelt ist. Eine Kette oder ein Riemen 54 verbindet fest antreibbar das dritte und das vierte Kettenrad. Wenn der Motor läuft, zieht die Pumpe 48 Fluid aus einer Wanne und verteilt es an Zahnräder und Lager. Etwas Fluid kann ebenfalls in einen erhöhten Behälter umgeleitet werden, sodass das Fluid aus dem Behälter Schmierung bereitstellen kann, wenn der Motor nicht läuft.
3 ist eine schematische Veranschaulichung einer alternativen Ausführungsform mit einem Zahnradendantrieb. Ein Zahnrad 60 ist in einer ähnlichen Weise wie das Kettenrad 24 aus 1 fest an ein Hohlrad 22 gekoppelt. Das Zahnrad 60 ist mit einem Zahnrad 62 verzahnt, das zur Drehung um eine Zwischenachse gelagert ist, die sowohl von der Kurbelwellenachse als auch von der Differentialachse versetzt ist. Das Zahnrad 62 ist fest an ein Zahnrad 64 gekoppelt. Das Zahnrad 64 ist mit einem Zahnrad 66 verzahnt, das fest an den Eingang 34 des Differentials 30 gekoppelt ist.
Während vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen beschreiben, die durch die Patentansprüche eingeschlossen werden. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke sind vielmehr beschreibende Ausdrücke als einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die unter Umständen nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Obwohl verschiedene Ausführungsformen eventuell so beschrieben wurden, dass sie gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen aus dem Stand der Technik in Bezug auf eine oder mehrere erwünschte Eigenschaften Vorteile bereitstellen oder bevorzugt werden, wird der Durchschnittsfachmann doch erkennen, dass ein oder mehrere Merkmale oder eine oder mehrere Eigenschaften in Frage gestellt werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erreichen, die sich nach der spezifischen Anwendung und Umsetzung richten. Demnach liegen Ausführungsformen, die hinsichtlich einer oder mehrerer Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen auf dem Stand der Technik beschrieben sind, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.

Claims

Achsgetriebe, umfassend: einen ersten Planetenradsatz mit einem ersten Sonnenrad, einem ersten Träger, der fest an eine Eingangswelle gekoppelt ist, und einem ersten Hohlrad, das fest an ein erstes Kettenrad gekoppelt ist; einen zweiten Planetenradsatz mit einem zweiten Sonnenrad, einem zweiten Träger, der fest an das erste Hohlrad gekoppelt ist, und einem zweiten Hohlrad, das drehsicher relativ zu einem Getriebegehäuse gehalten ist; eine erste elektrische Maschine, die fest an das erste Sonnenrad gekoppelt ist; und eine zweite elektrische Maschine, die fest an das zweite Sonnenrad gekoppelt ist, Wobei der erste und der zweite Planetenradsatz und die erste und die zweite elektrische Maschine allesamt entlang einer gemeinsamen Achse positioniert sind, sich die Eingangswelle von einer Vorderseite des ersten Planetenradsatzes erstreckt und der zweite Planetenradsatz und die erste und die zweite elektrische Maschine an einer Rückseite des ersten Planetenradsatzes positioniert sind.
Achsgetriebe nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Pumpe mit einer Pumpenwelle; ein zweites Kettenrad, das fest an die Eingangswelle gekoppelt ist; ein drittes Kettenrad, das fest an die Pumpenwelle gekoppelt ist; und eine erste Kette, die in das zweite Kettenrad und das dritte Kettenrad eingreift.
Achsgetriebe nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein Differential mit einem Differentialeingang; ein viertes Kettenrad, das fest antreibbar mit dem Differentialeingang verbunden ist; und eine zweite Kette, die in das erste Kettenrad und das vierte Kettenrad eingreift.
Achsgetriebe nach Anspruch 3, wobei das vierte Kettenrad fest antreibbar mit dem Differentialeingang durch einen dritten Planetenradsatz verbunden ist, der ein fest an das vierte Kettenrad gekoppeltes Sonnenrad, einen fest an den Differentialeingang gekoppelten Träger und ein drehsicher relativ zum Getriebegehäuse gehaltenes Hohlrad aufweist.
Achsgetriebe nach Anspruch 1, wobei der zweite Planetenradsatz und die erste und die zweite elektrische Maschine an einer Rückseite des ersten Kettenrads positioniert sind.
Achsgetriebe, umfassend: einen ersten Planetenradsatz, eine zweite elektrische Maschine, einen zweiten Planetenradsatz und eine erste elektrische Maschine, die in dieser Reihenfolge entlang einer gemeinsamen Achse positioniert sind, wobei die erste und die zweite elektrische Maschine jeweils fest an ein Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes gekoppelt sind; und ein erstes Kettenrad, das fest an ein Hohlrad des ersten Planetenradsatzes gekoppelt ist.
Achsgetriebe nach Anspruch 6, das ferner eine Eingangswelle umfasst, die fest an einen Träger des ersten Planetenradsatzes gekoppelt ist.
Achsgetriebe nach Anspruch 7, ferner umfassend: eine Pumpe mit einer Pumpenwelle; ein zweites Kettenrad, das fest an die Eingangswelle gekoppelt ist; ein drittes Kettenrad, das fest an die Pumpenwelle gekoppelt ist; und eine erste Kette, die in das zweite Kettenrad und das dritte Kettenrad eingreift.
Achsgetriebe nach Anspruch 7, wobei das Hohlrad des ersten Planetenradsatzes fest an einen Träger des zweiten Planetenradsatzes gekoppelt ist und ein Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes drehsicher relativ zu einem Getriebegehäuse gehalten ist.
Achsgetriebe nach Anspruch 9, ferner umfassend: ein Differential mit einem Differentialeingang; ein viertes Kettenrad, das fest antreibbar mit dem Differentialeingang verbunden ist; und eine zweite Kette, die in das erste Kettenrad und das vierte Kettenrad eingreift.
Achsgetriebe nach Anspruch 10, wobei das vierte Kettenrad fest antreibbar mit dem Differentialeingang durch einen dritten Planetenradsatz verbunden ist, der ein fest an das vierte Kettenrad gekoppeltes Sonnenrad, einen fest an den Differentialeingang gekoppelten Träger und ein drehsicher relativ zum Getriebegehäuse gehaltenes Hohlrad aufweist.
Hybridachsgetriebe, umfassend: einen Planetenradsatz mit einem ersten Sonnenrad, einem ersten Träger, der fest an eine Eingangswelle gekoppelt ist, und einem Hohlrad; ein erstes Kettenrad, das fest an das Hohlrad gekoppelt ist; eine Pumpe mit einer Pumpenwelle; ein zweites Kettenrad, das fest an die Eingangswelle gekoppelt ist; ein drittes Kettenrad, das fest an die Pumpenwelle gekoppelt ist; und eine erste Kette, die in das zweite Kettenrad und das dritte Kettenrad eingreift.
Hybridachsgetriebe nach Anspruch 12, ferner umfassend: eine erste elektrische Maschine, die fest an das Sonnenrad gekoppelt ist; und eine zweite elektrische Maschine, die fest antreibbar mit dem Hohlrad verbunden ist.
Hybridachsgetriebe nach Anspruch 13, wobei sich die Eingangswelle von einer Vorderseite des Planetenradsatzes erstreckt und die erste und die zweite elektrische Maschine axial an einer Rückseite des Planetenradsatzes positioniert sind.
Hybridachsgetriebe nach Anspruch 12, das ferner ein Parksperrenrad umfasst, das fest an das Hohlrad gekoppelt ist.