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DE102013002587A1 - Hybridantriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Hybridantriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug Download PDF

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DE102013002587A1
DE102013002587A1 DE201310002587 DE102013002587A DE102013002587A1 DE 102013002587 A1 DE102013002587 A1 DE 102013002587A1 DE 201310002587 DE201310002587 DE 201310002587 DE 102013002587 A DE102013002587 A DE 102013002587A DE 102013002587 A1 DE102013002587 A1 DE 102013002587A1
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planetary gear
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Jörg Müller
Rico Resch
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hybridantriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einer Brennkraftmaschine (12), einer Elektromaschine (14) und mit zumindest zwei durch Schaltelemente in unterschiedliche Übersetzungsstufen umschaltbaren Planetengetrieben (18, 20), die über Eingangselemente und Ausgangselemente mit einer angetriebenen Eingangswelle (24) und einer Abtriebswelle (42) verbindbar sind und deren Reaktionselemente kuppelbar oder festbremsbar sind, sowie mit einer zwischen der Brennkraftmaschine (12) und der Eingangswelle (24) angeordneten Trennkupplung (22). Zur Schaffung einer baulich einfachen und günstige Übersetzungen ermöglichenden Antriebsvorrichtung wird vorgeschlagen, dass die Elektromaschine (14) im Kraftfluss nach der Trennkupplung (22) direkt auf die einzige Eingangswelle (24) abtreibt und dass die beiden Planetengetriebe (18, 20) mittels zweier Bremsen (B1, B2) und zweier Kupplungen (K1, K2) in vier Vorwärtsgang-Übersetzungsstufen umschaltbar sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hybridantriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Eine Hybridantriebsvorrichtung der gattungsgemäßen Art zeigt zum Beispiel die US 2011/0136608 A1 , die als Antriebsquellen eine Brennkraftmaschine und eine Elektromaschine aufweist, die separat oder gemeinsam auf ein mehrere Übersetzungsstufen aufweisendes Getriebe abtreiben. Das Getriebe ist dabei durch zwei miteinander gekoppelte und durch mehrere Bremsen und Kupplungen umschaltbare Planetengetriebe gebildet, die koaxial mit den beiden, antreibenden Getriebeeingangswellen ausgerichtet sind. Durch die Verwendung von Planetengetrieben kann die Hybridantriebsvorrichtung axial kurz und kompakt ausgeführt sein, so dass beispielsweise ein Quereinbau in Kraftfahrzeugen möglich ist. Die Anordnung der Elektromaschine sollte zudem so sein, dass diese neben deren Antriebsfunktion auch als Generator zur Stromerzeugung und gegebenenfalls als Starter für die Brennkraftmaschine einsetzbar ist und ferner durch Drehrichtungsumkehr einen Rückwärtsgang bilden kann.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hybridantriebsvorrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die baulich einfacher und kompakter ausführbar ist und die neben getriebetechnisch günstigen Übersetzungsverhältnissen größere konstruktive Freiheitsgrade ermöglicht.
  • Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt.
  • Die Erfindung betrifft insbesondere ein Hybridgetriebe, welches in der Grundkonfiguration vier verschiedene Übersetzungen darstellen kann. Die Eingangswelle des Radsatzes (Welle nach der Trennkupplung) ist bevorzugt mit dem Steg eines ersten Planetengetriebes verbunden. Die Eingangswelle kann zudem über eine Kupplung mit einer Welle, die beide Sonnenräder der zwei Planetengetriebe trägt, verbunden werden. Für eine Drehmomentabstützung zum Getriebegehäuse kann das Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes mit einer Bremse zum Getriebegehäuse hin verbunden werden. Das Hohlrad des zweiten Planetengetriebes weist bevorzugt eine weitere Bremse auf, die ebenso ein Drehmoment zum Gehäuse hin abstützen kann. Der Abtrieb des Radsatzes hin zu einem Differenzial kann über eine Abtriebswelle realisiert werden, welche gleichzeitig den Steg des zweiten Planetengetriebes bildet. Eine zweite Kupplung ermöglicht zudem die Kopplung/Entkopplung des Steges des zweiten Planetengetriebes mit dem Hohlrad des ersten Planetengetriebes.
  • Nachfolgend werden weitere Aspekte der Erfindung nochmals im Einzelnen hervorgehoben:
    So wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Elektromaschine im Kraftfluss nach der Trennkupplung direkt auf die Eingangswelle abtreibt und dass die beiden Planetengetriebe mittels nur zweier Bremsen und zweier Kupplungen in vier Übersetzungen umschaltbar sind. Über die Bremsen und Kupplungen sind bei entsprechender Kopplung der Getriebeelemente vier vorteilhafte Übersetzungen und akzeptable Übersetzungssprünge zwischen den Übersetzungsstufen verwirklichbar. Die Elektromaschine kann durch die angegebene Anbindung an die Antriebsvorrichtung durch Drehrichtungsumkehr auch einen Rückwärtsgang bilden.
  • Baulich besonders vorteilhaft kann dabei die Eingangswelle direkt auf den Steg des ersten Planetengetriebes abtreiben und über eine kuppelbare, als Hohlwelle ausgebildete Zwischenwelle mit den Sonnenrädern beider Planetengetriebe verbindbar sein.
  • Wie bereits oben erwähnt, kann die Abtriebswelle mit dem Steg des zweiten Planetengetriebes und dem Hohlrad des ersten Planetengetriebes verbindbar sein, wodurch sowohl eine, zu einem niedrigeren Ausgangsmoment führende Übersetzung ins Schnelle (Endfahrgang), eine 1:1-Übersetzung oder zumindest eine, bevorzugt zwei, zu einem höheren Ausgangsmoment führende Übersetzungen ins Langsame (zum Beispiel Anfahrgang) darstellbar sind.
  • Dabei kann das Hohlrad des zweiten Planetengetriebes über eine erste Bremse festbremsbar und die Zwischenwelle über eine erste Kupplung mit der Eingangswelle verbindbar sein.
  • Ferner kann konstruktiv besonders einfach das Hohlrad des ersten Planetengetriebes über eine zweite Kupplung von dem Steg des zweiten Planetengetriebes abkoppelbar sein. Die Sonnenräder des ersten und zweiten Planetengetriebes können dagegen fest mit der Zwischenwelle verbunden sein. Zudem kann die Zwischenwelle bevorzugt über eine zweite Bremse festbremsbar sein.
  • In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die Elektromaschine in Hohlwellenbauart radial über zumindest einem Teil des Planetengetriebes oder Schaltelemente angeordnet sein, so dass die Antriebsvorrichtung mit einer noch geringeren Baulänge ausgeführt sein kann.
  • Schließlich können die Zwischenwelle und die Abtriebswelle als Hohlwellen ausgeführt und auf der Eingangswelle angeordnet sein, wobei die Elektromaschine einerseits der Planetengetriebe und die Abtriebswelle andererseits der Planetengetriebe ihre Antriebsverbindungen aufweisen, die zum Beispiel durch Stirnradtriebe, Kegeltriebe oder an der Elektromaschine durch einen Direktantrieb (Antriebsflansch) gebildet sein können.
  • Erfindungsgemäß kann die Elektromaschine unmittelbar in der Getriebestruktur angebunden sein. Zudem können weitere Schaltelemente der Getriebestruktur zur Bildung weiterer Gänge/Rückwärtsgänge hinzugefügt werden. Die Schaltelemente können teilweise oder vollständig als kraftschlüssige beziehungsweise formschlüssige Schaltelemente ausgebildet sein.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand des beigefügten Blockschaltbilds näher erläutert, das in halbseitiger Darstellung eine Hybridantriebsvorrichtung für Kraftfahrzeuge zeigt, die sich aus einer antreibenden Brennkraftmaschine, einer Elektromaschine und einem in vier Übersetzungsstufen umschaltbaren Getriebe aus zwei miteinander gekoppelten Planetengetrieben zusammensetzt.
  • In der grob schematischen Zeichnung ist eine Hybridantriebsvorrichtung 10 für ein Kraftfahrzeug dargestellt, die sich im Wesentlichen aus einer nur angedeuteten Brennkraftmaschine 12, einer Elektromaschine 14 und einem in vier Vorwärtsgang-Übersetzungsstufen umschaltbaren Getriebe 16 zusammensetzt.
  • Das Getriebe 16 setzt sich aus zwei miteinander gekoppelten Planetengetrieben 18, 20 zusammen, von denen ein jedes wie nachstehend erläutert ein Eingangselement, ein Ausgangselement und ein kuppelbares oder feststellbares Reaktionselement aufweist.
  • Die Brennkraftmaschine 12 treibt über eine Trennkupplung 22 üblicher Bauart und gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Drehschwingungsdämpfers oder Zweimassenschwungrads über eine koaxiale Eingangswelle 24 den Planetenräder 26 tragenden Steg 28 des im Kraftfluss betrachtet ersten Planetengetriebes 18 an.
  • Ferner ist die in Hohlwellenbauart ausgeführte Elektromaschine 14 mit einem ringförmigen Rotor 32 und einem Stator 34 radial außerhalb des Planetengetriebes 18 angeordnet und treibt über eine Antriebsverbindung 30 direkt auf die Eingangswelle 24 ab. Die Antriebsverbindung 30 kann durch einen Flansch gebildet sein, der mit dem ringförmigen Rotor 32 und mit der Eingangswelle 24 fest verbunden ist.
  • Radial außerhalb der Eingangswelle 24 ist eine als Hohlwelle ausgeführte, koaxiale, einteilige Zwischenwelle 36 angeordnet, die über eine Kupplung K1 mit der Eingangswelle 24 kuppelbar ist und die in drehfester Anordnung je Planetengetriebe 18, 20 ein Sonnenrad 38, 40 trägt. Die Zwischenwelle 36 verbindet die beiden Sonnenräder 38, 40 fest miteinander.
  • Des Weiteren weist das Getriebe 16 eine Abtriebswelle 42 auf, die trieblich mit dem, die Planetenräder 44 tragenden Steg 46 des zweiten Planetengetriebes 20 und dem Hohlrad 48 des ersten Planetengetriebes 18 fest verbunden ist. Im Unterschied zu der Zwischenwelle 36 ist die Antriebswelle 42 nicht einteilig, sondern zweiteilig ausgeführt, und zwar mit einem ersten Wellenabschnitt 42a, der das Hohlrad 48 des ersten Plantengetriebes 18 trägt, und mit einem zweiten Wellenabschnitt 42b, der den Steg 46 des zweiten Planetengetriebes 20 bildet. Die beiden Wellenabschnitte 42a, 42b der Abtriebswelle 42 sind mittels einer zweiten Kupplung K2 miteinander verbindbar.
  • Die Abtriebswelle 42 weist abgewandt von der Antriebsverbindung 30 der Elektromaschine 14 bzw. auf der anderen Stirnseite der Planetengetriebe 18, 20 positioniert eine nur angedeutete Antriebsverbindung 50, zum Beispiel mittels eines Stirnzahnradtriebs, eines Kegeltriebs, etc. auf, mittels der die Abtriebswelle 42 auf ein benachbartes Achsdifferenzial oder zum Beispiel auf eine Kardanwelle des Kraftfahrzeugs abtreiben kann.
  • Das Hohlrad 52 des zweiten Planetengetriebes 20 ist über eine erste Bremse B1 gehäusefest abbremsbar. Über eine zweite Bremse B2 kann die Zwischenwelle 36 mit den Sonnenrädern 38, 40 festgebremst werden.
  • Die Kupplungen K1 und K2 können zum Beispiel durch hydraulisch betätigbare Lamellenkupplungen gebildet sein. Gleiches gilt für die Bremsen B1, B2, mittels denen die angeschlossenen Reaktionselemente der Planetengetriebe 18, 20 relativ zum Getriebegehäuse (nicht dargestellt) festbremsbar sind. Die Kupplungen und/oder Bremsen können gegebenenfalls auch formschlüssig ausgeführt sein, sind dann aber nicht lastschaltbar.
  • Die besagten Wellen 24, 36, 42 und die Getriebeelemente der Planetengetriebe 18, 20 sind soweit nicht beschrieben in herkömmlicher Weise konzipiert und im Getriebegehäuse des Getriebes 16 drehbar gelagert.
  • Bei geschlossener Trennkupplung 22 kann das Kraftfahrzeug über die Brennkraftmaschine 12 und bei bestromter Elektromaschine 14 zusätzlich elektrisch angetrieben werden.
  • Bei geöffneter Trennkupplung 22 ist ein Antrieb nur über die Elektromaschine 14 möglich, wobei bei einer entsprechenden Drehrichtungsumkehr auch ein oder mehrere Rückwärtsgänge darstellbar sind.
  • Ferner kann über die Elektromaschine 14 die Brennkraftmaschine 12 gestartet werden. Die Elektromaschine 14 kann zudem als Generator geschaltet Strom erzeugen, zum Beispiel im Rekuperationsbetrieb oder im seriellen Betrieb.
  • Die vier Vorwärtsgang-Übersetzungsverhältnisse der Antriebsvorrichtung sind wie folgt geschaltet:
    1. Gang (Anfahrgang) – K1 geschlossen, B1 betätigt,
    2. Gang – K2 geschlossen, B1 betätigt,
    3. Gang – K2 geschlossen, K1 geschlossen,
    4. Gang (Endübersetzung) – K2 geschlossen, B2 betätigt.
  • Die Getriebeauslegung kann dabei so sein, dass die ersten zwei Gänge ins Langsame (das heißt zu einem höheren Ausgangsmoment führend), der dritte Gang 1:1 und der vierte Gang ins Schnelle (das heißt zu einem niedrigeren Ausgangsmoment führend) übersetzt sind, woraus eine große Getriebespreizung und günstige Gangsprünge realisierbar sind.
  • Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Gegebenenfalls kann auch ein separater Rückwärtsgang in das Getriebe 16 integriert sein.
  • Die Elektromaschine 14 kann gegebenenfalls auch zwischen der Brennkraftmaschine 12 und dem Getriebe 16 im Bereich der eingezeichneten Trennkupplung 22 angeordnet sein und hier direkt auf die Eingangswelle 24 wirken. Alternativ dazu sind auch andere Anordnungen möglich.
  • Auch die Abtriebswelle 42 könnte seitenversetzt auf der Zeichnung rechtsseitig angeordnet sein, bei einer spiegelbildlich umgekehrten Anordnung der beiden Planetengetriebe 18, 20.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2011/0136608 A1 [0002]

Claims (8)

  1. Hybridantriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einer Brennkraftmaschine (12), einer Elektromaschine (14) und mit zwei durch Schaltelemente in unterschiedliche Übersetzungsstufen umschaltbaren, miteinander gekoppelten Planetengetrieben (18, 20), die über Eingangselemente und Ausgangselemente mit einer angetriebenen Eingangswelle (24) und einer Abtriebswelle (42) verbindbar sind, sowie mit einer zwischen der Brennkraftmaschine (12) und der Eingangswelle (24) angeordneten Trennkupplung (22), wobei die Elektromaschine (14) im Kraftfluss nach der Trennkupplung (22) auf die Eingangswelle (24) abtreibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswelle (24) mit dem Steg (28) des ersten Planetengetriebes (18) verbunden ist, dass die Eingangswelle (24) über eine kuppelbare, als Hohlwelle ausgebildete Zwischenwelle (36) mit den Sonnenrädern (38, 40) beider Planetengetriebe (18, 20) verbindbar ist, und dass die Abtriebswelle (42) zweiteilig mit einem ersten Wellenabschnitt (42a), der das Hohlrad (48) des ersten Planetengetriebes (18) trägt, und mit einem zweiten Wellenabschnitt (42b) ausgeführt ist, der den Steg (46) des zweiten Planetengetriebes (20) bildet, wobei die beiden Wellenabschnitte (42a, 42b) der Abtriebswelle (42) mittels einer Kupplung (K2) miteinander verbindbar sind.
  2. Hybridantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwelle (36) die beiden Sonnenräder (38, 40) des ersten und zweiten Planetengetriebes (18, 20) fest miteinander verbindet.
  3. Hybridantriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (52) des zweiten Planetengetriebes (20) über eine erste Bremse (B1) festbremsbar ist, mit der ein Drehmoment zum Getriebegehäuse abstützbar ist.
  4. Hybridantriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwelle (36) über eine Kupplung (K1) mit der Eingangswelle (24) verbindbar ist.
  5. Hybridantriebsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schalten des ersten Gangs (Anfahrgang) die Kupplung (K1) geschlossen und die Bremse (B1) betätigt ist, zum Schalten des zweiten Gangs die Kupplung (K2) geschlossen und die Bremse (B1) betätigt ist, zum Schalten des dritten Gangs die Kupplung (K2) geschlossen und die Kupplung (K1) geschlossen ist, und zum Schalten des vierten Gangs (Endübersetzung) die Kupplung (K2) geschlossen und die Bremse (B2) betätigt ist.
  6. Hybridantriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwelle (36) über eine zweite Bremse (B2) festbremsbar ist, und/oder dass das Sonnenrad (40) des zweiten Planetengetriebes (20) über die zweite Bremse (B2) zur Drehmomentabstützung mit dem Getriebegehäuse verbindbar ist.
  7. Hybridantriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (14) in Hohlwellenbauart radial außerhalb zumindest eines Teils des Getriebes (16) angeordnet ist.
  8. Hybridantriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwelle (36) und die Abtriebswelle (42) als Hohlwellen ausgeführt und auf der Eingangswelle (24) angeordnet sind, und/oder dass die Elektromaschine (14) einerseits der Planetengetriebe (18, 20) und die Abtriebswelle (42) andererseits der Planetengetriebe (18, 40) Antriebsverbindungen (30, 50) aufweisen.
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