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Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Fahrzeug mit einem ersten Antriebsstrangabschnitt, wobei der erste Antriebsstrangabschnitt mit mindestens einem Elektromotor koppelbar oder gekoppelt ist, mit einem zweiten Antriebsstrangabschnitt, wobei der zweite Antriebsstrangabschnitt mit mindestens einem Verbrennungsmotor koppelbar oder gekoppelt ist, mit einer Ausgangswelle mit mindestens einer Ausgangsschnittstelle zur Ankopplung an einen Abtrieb, wobei der erste Antriebstrangabschnitt mit der Ausgangswelle über eine erste Getriebestufe selektiv wirkverbindbar oder wirkverbunden ist, so dass das Antriebsdrehmoment des mindestens einen Elektromotors über einen ersten Momentenweg in die Ausgangswelle geleitet werden kann, wobei der zweite Antriebsstrangabschnitt mit der Ausgangswelle über mindestens eine zweite Getriebestufe selektiv wirkverbindbar oder wirkverbunden ist, so dass das Antriebsdrehmoment des mindestens einen Verbrennungsmotors über einen zweiten Momentenweg in die Ausgangswelle geleitet werden kann. Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug mit dem Antriebsstrang.
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Hybridfahrzeuge verwenden zum Antrieb alternativ oder in Kombination einen Verbrennungsmotor sowie mindestens einen Elektromotor. In einem Antriebskonzept für ein Hybridfahrzeug muss folglich die Einkopplung des Antriebsdrehmoments des Verbrennungsmotors sowie des Elektromotors so ausgeführt sein, dass diese beiden Motorarten situationsgerecht alternativ oder ergänzend eingesetzt werden.
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Ein entsprechendes Konzept ist in der Druckschrift
DE 10 2004 023 673 A1 , die als nächstkommender Stand der Technik angenommen wird, offenbart. Die Druckschrift beschreibt einen Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs sowie ein Verfahren zum Steuern des Antriebsstrangs. Der Antriebsstrang weist einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor auf, die über zwei Trennkupplungen miteinander und zudem mit einem nachgeschalteten Getriebe in Wirkverbindung gesetzt werden können.
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Gebiet der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Antriebskonzept für ein Fahrzeug vorzuschlagen, wobei die eingesetzten Motoren situationsgerecht zum Antrieb des Fahrzeugs verwendet werden können. Diese Aufgabe wird durch einen Antriebsstrang mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Somit wird im Rahmen der Erfindung ein Antriebsstrang vorgeschlagen, welcher für ein Fahrzeug geeignet und/oder ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist der Antriebsstrang ausgebildet, ein Hauptantriebsdrehmoment für das Fahrzeug bereitzustellen, um dieses zum Beispiel im regulären Straßenverkehr, also insbesondere mit Geschwindigkeiten größer als 50 km/h, im Speziellen größer als 100 km/h, anzutreiben.
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Der Antriebsstrang für das Fahrzeug umfasst einen ersten Antriebsstrangabschnitt, wobei der erste Antriebsstrangabschnitt mit mindestens einem, vorzugsweise genau einem Verbrennungsmotor koppelbar oder gekoppelt ist. Ferner umfasst der Antriebsstrang einen zweiten Antriebsstrangabschnitt, welcher mit mindestens einem, vorzugsweise genau einem Elektromotor koppelbar oder gekoppelt ist. Ferner weist der Antriebsstrang eine Ausgangswelle auf, welche mindestens eine Ausgangsschnittstelle zur Ankopplung an einen Abtrieb umfasst.
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Mit dem technischen Vorteil, dass verschiedene Betriebszustände erreicht werden können, ist der zweite Antriebsstrangabschnitt mit der Ausgangswelle über mindestens oder genau eine erste Getriebestufe selektiv wirkverbindbar oder wirkverbunden. Insbesondere ist die erste Getriebestufe als eine Stirnradgetriebestufe ausgebildet. Die erste Getriebestufe setzt bevorzugt ein Übersetzungsverhältnis mit einem Betrag i ungleich 1 um. Der Betrag i wird nachfolgend auch mit "abs(i)" bezeichnet. Der Operator "ungleich" wird nachfolgend auch mit "<>" bezeichnet. Somit ergibt sich aus der Glei chung: |i| ≠ 1 die Gleichung abs(i) <> 1. Das Übersetzungsverhältnis i ist definiert als das Verhältnis von Eingangsdrehzahl und Ausgangsdrehzahl eines Getriebes, eines Getriebeabschnitts oder im speziellen der Getriebestufe. Über die erste Getriebestufe kann ein Antriebsdrehmoment des mindestens einen Elektromotors über einen ersten Momentenweg in die Ausgangswelle geleitet werden.
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Der zweite Antriebsstrangabschnitt ist mit der gleichen Ausgangswelle über mindestens oder genau eine zweite Getriebestufe selektiv wirkverbindbar oder wirkverbunden. Insbesondere ist die zweite Getriebestufe als eine Stirnradgetriebestufe ausgebildet. Diese weist bevorzugt ein Übersetzungsverhältnis mit abs(i) <> 1. Über die zweite Getriebestufe kann das Antriebsdrehmoment des Verbrennungsmotors über einen zweiten Momentenweg in die Ausgangswelle geleitet werden.
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Die Ausgangswelle weist mindestens eine Ausgangsschnittstelle zur Ankopplung an einen Abtrieb auf. Beispielsweise kann die Ausgangswelle mit einer Differenzialeinrichtung, welche als eine Längsdifferenzialeinrichtung und/oder als eine Querdifferenzialeinrichtung ausgebildet ist, wirkverbunden sein. Über die Ausgangsschnittstelle wird das Antriebsdrehmoment des Antriebsstrangs auf die angetriebenen Räder des Fahrzeugs geleitet.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Antriebsstrang ein Zwischengetriebe aufweist, welches den ersten und den zweiten Antriebsstrangabschnitt selektiv koppelt. Insbesondere kann der erste und der zweite Antriebsstrangabschnitt durch das Zwischengetriebe in einen gekoppelten Zustand gesetzt werden, wobei erster und zweiter Antriebsstrangabschnitt ein Übersetzungsverhältnis i mit abs(i) <> 1 aufweisen. Somit unterscheiden sich im gekoppelten Zustand die Winkelgeschwindigkeiten von dem ersten und dem zweiten Antriebsstrangabschnitt, wobei diese jedoch trotzdem miteinander insbesondere formschlüssig wirkverbunden sind.
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Selektiv wirkverbindbar bedeutet insbesondere, dass die Getriebestufe beziehungsweise das Zwischengetriebe in Abhängigkeit eines vorgebbaren Zustandes, insbesondere Schaltzustands, der Getriebestufe beziehungsweise des Zwischengetriebes eine, insbesondere formschlüssige Wirkverbindung bildet oder eine Entkopplung, insbesondere Drehentkopplung realisiert. Unter Wirkverbindung wird insbesondere eine getriebetechnische Verbindung verstanden, die zur Übertragung und optional ergänzend zur Übersetzung von Antriebsdrehmomenten oder anderen Drehmomenten dient.
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Es ist dabei eine Überlegung der Erfindung, dass durch das Zwischengetriebe der erste und der zweite Antriebsstrangabschnitt miteinander wirkverbindbar geschaltet werden können, sodass das Antriebsdrehmoment des Elektromotors auch über die zweite Getriebestufe und/oder das Antriebsdrehmoment des Verbrennungsmotors auch über die erste Getriebestufe auf die Ausgangswelle übertragen werden kann. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass ein überlagertes Drehmoment von Elektromotor und Verbrennungsmotor wahlweise über die erste Getriebestufe oder die zweite Getriebestufe auf die Ausgangswelle übertragen werden können. Durch das Zwischengetriebe wird erreicht, dass die Winkelgeschwindigkeiten der beiden Antriebsstrangabschnitte, welche durch die unterschiedlichen Motorenarten bedingt sind, aneinander angeglichen werden können. Auf diese Weise können beide Motoren in den für sie geltenden Arbeitspunkten betrieben werden. Somit können der Verbrennungsmotor und der Elektromotor in Abhängigkeit des gewählten Schaltzustandes des Antriebsstrangs situationsgerecht das Antriebsdrehmoment an die Ausgangswelle abgeben.
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Bei einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung ist der erste Antriebsstrangabschnitt als ein erster Eingangswellenabschnitt und der zweite Antriebsstrangabschnitt als ein zweiter Eingangswellenabschnitt ausgebildet. Der erste und der zweite Eingangswellenabschnitt sind koaxial zueinander angeordnet. Das Zwischengetriebe ist als ein Planetengetriebeabschnitt ausgebildet. Besonders bevorzugt ist der Planetengetriebeabschnitt als ein Stirnradplanetengetriebeabschnitt ausgebildet, wobei die Räder in dem Planetengetriebeabschnitt als umlaufend auf der Stirnseite verzahnte Stirnzahnräder ausgebildet sind. Besonders bevorzugt sind der erste und der zweite Eingangswellenabschnitt koaxial zueinander und/oder parallel zu der Ausgangswelle orientiert oder ausgerichtet. Der Einsatz eines Planetengetriebeabschnitts ist in dieser konstruktiven Ausgestaltung besonders vorteilhaft, da die einzelnen Wellen des Planetengetriebeabschnitts ebenfalls koaxial zu den Eingangswellenabschnitten ausgerichtet sind, so dass insgesamt ein kompakter Aufbau realisiert werden kann.
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Bei einer bevorzugten konstruktiven Realisierung der Erfindung umfasst der Planetengetriebeabschnitt ein Sonnenrad, einen Planetenträger mit Planeten sowie ein Hohlrad mit Innenverzahnung. Die Planeten sind drehbar auf einem Teilkreis auf dem Planetenträger angeordnet und kämmen sowohl mit dem Sonnenrad als auch mit dem Hohlrad. Konstruktiv ist vorgesehen, dass einer der Eingangswellenabschnitte mit dem Sonnenrad und der andere der Eingangswellenabschnitte mit dem Planetenträger insbesondere drehfest gekoppelt sind. Diese Realisierung unterstreicht nochmals die Idee, eine koaxial zu der gemeinsamen Drehachse der beiden Eingangswellenabschnitte angeordnete Getriebekonstruktion vorzuschlagen, welche durch einen geringen Bauraumbedarf ausgezeichnet ist.
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Es ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Planetengetriebeabschnitt eine Planetenschalteinrichtung aufweist, welche den Planetengetriebeabschnitt in unterschiedliche Zustände schaltet. Diese unterschiedlichen Zustände umfassen den gekoppelten Zustand, wie dieser bereits zuvor beschrieben wurde, wobei der erste und der zweite Eingangswellenabschnitt mit einem Übersetzungsverhältnis mit einem abs(i) <> 1 wirkverbunden sind. In einem Neutralzustand als weiterer Zustand sind der erste und der zweite Antriebsstrangabschnitt voneinander drehentkoppelt, insbesondere können der erste Eingangswellenabschnitt und der zweite Eingangswellenabschnitt unabhängig voneinander rotieren.
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Durch die Planetenschalteinrichtung ist vorzugsweise mindestens ein weiterer Zustand realisierbar. Besonders bevorzugt ist der weitere Zustand als ein weiterer gekoppelter Zustand ausgebildet, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass das Übersetzungsverhältnis anders ausgebildet ist als das Übersetzungsverhältnis im gekoppelten Zustand und im Speziellen als ein Übersetzungsverhältnis vom abs(i) = 1 ausgebildet ist. Mit der Planetenschalteinrichtung ist es somit möglich, den Antriebsstrang in unterschiedliche Betriebszustände zu setzen, sodass die Motoren situationsgerecht zur Übertragung eines Antriebsdrehmoments auf die Ausgangswelle eingesetzt werden können.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Planetenschalteinrichtung eine Kupplungseinrichtung auf, wobei die Kupplungseinrichtung das Hohlrad mit einer Umgebungskonstruktion, insbesondere einem Gestell, selektiv koppelt. Die Kupplungseinrichtung ist besonders bevorzugt als eine Reibkupplung ausgebildet, sodass die Kupplungseinrichtung es ermöglicht, bei einem Anfahren des Fahrzeugs zunächst einen schleifenden und/oder reibenden Kontakt zu bilden und erst nachfolgend in den Reibschluss zu gehen. Durch die Kupplungseinrichtung kann z.B. erreicht werden, dass das Antriebsdrehmoment des Verbrennungsmotors ausgehend von dem zweiten Antriebsstrangabschnitt über den Planetengetriebeabschnitt an den ersten Antriebsstrangabschnitt weitergeleitet werden kann und von dort aus auf die Ausgangswelle über die erste Getriebestufe übertragen werden kann, wobei durch die Kupplungseinrichtung ein Anfahren des Fahrzeugs aus dem Stand umgesetzt werden kann. Somit ist es nicht zwingend notwendig, dass das Fahrzeug aus dem Stand durch den Elektromotor angefahren wird, sondern kann durch das schleifende Einkuppeln über die Kupplungseinrichtung auch durch das Antriebsdrehmoment des Verbrennungsmotors aus dem Stand und/oder bei stehender Ausgangswelle angefahren werden.
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Bei einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung weist der Antriebsstrang mindestens eine erste und eine zweite Koppeleinrichtung auf, welche jeweils ein selektives Einkoppeln oder Auskoppeln der Getriebestufen ermöglicht. Insbesondere weist die erste Getriebestufe ein erstes Losrad auf, welches auf der Ausgangswelle drehbar angeordnet ist. Die Koppeleinrichtung ermöglicht es, das erste Losrad mit der Ausgangswelle selektiv zu verbinden oder freizugeben. Insbesondere ist vorgesehen, dass die zweite Getriebestufe ein zweites Losrad auf dem zweiten Eingangswellenabschnitt aufweist, wobei die zweite Koppeleinrichtung zur selektiven Verbindung des zweiten Losrads mit dem zweiten Eingangswellenabschnitt ausgebildet ist.
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Ferner weist der Antriebsstrang eine Steuereinrichtung auf, welche zur Ansteuerung der Koppeleinrichtungen sowie der Planetenschalteinrichtung, insbesondere umfassend die Kupplungseinrichtung ausgebildet ist. Durch die Steuereinrichtung ist es somit möglich, den Antriebsstrang in unterschiedliche Betriebszustände zu schalten.
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Besonders bevorzugt sind die Koppeleinrichtungen jeweils als formschlüssige Koppeleinrichtungen ausgebildet, welche einen Formschluss zwischen Losrad und dem ersten Eingangswellenabschnitt beziehungsweise der Ausgangswelle umsetzen. Optional ergänzend können Synchronisiereinrichtungen vorgesehen sein, welche das Aktivieren und das Deaktivieren der Koppeleinrichtungen vereinfachen. Besonders bevorzugt ist die Kupplungseinrichtung die einzige Reibkupplungseinrichtung in dem Antriebsstrang, sodass ein Anfahren des Fahrzeugs ausschließlich über den Elektromotor, welcher aus dem Stillstand Antriebsdrehmoment aufbringen kann, oder über den Verbrennungsmotor, welcher über die Kupplungseinrichtung dann schleifend eingekuppelt wird, ermöglicht wird.
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Bei einer ersten Ausführungsalternative der Erfindung ist der zweite Eingangswellenabschnitt drehfest mit dem Sonnenrad und der erste Eingangswellenabschnitt drehfest mit dem Planetenträger verbunden. Die Planetenschalteinrichtung ist so realisiert, dass diese in dem gekoppelten Zustand das Hohlrad mit einer Umgebungskonstruktion, insbesondere formschlüssig, drehfest koppelt, in dem Neutralzustand das Hohlrad von der Umgebungskonstruktion entkoppelt, sodass dieses frei drehen kann und in dem weiteren Zustand den ersten Eingangswellenabschnitt mit dem Hohlrad, insbesondere formschlüssig, drehfest koppelt. Insbesondere wird in dem gekoppelten Zustand ein Beschleunigungsgang, insbesondere als ein erster verbrennungsmotorischer Gang, umgesetzt, wobei das Fahrzeug aus einer geringen Geschwindigkeit, z.B. kleiner als 10 km/h, mit dem Antriebsdrehmoment des Verbrennungsmotors weiter beschleunigen kann. Ferner wird ein Neutralgang, insbesondere als ein erster elektromotorischer Gang, umgesetzt, wobei der erste und der zweite Antriebswellenabschnitt voneinander drehentkoppelt sind. Ferner wird ein Fahrgang, insbesondere als ein zweiter verbrennungsmotorischer Gang, umgesetzt, wobei der erste Eingangswellenabschnitt und der zweite Eingangswellenabschnitt drehfest miteinander verbunden sind und das Antriebsdrehmoment des Verbrennungsmotors über die erste Getriebestufe an die Ausgangswelle übertragen wird.
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Bei einer alternativen konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung ist der zweite Eingangswellenabschnitt drehfest mit dem Sonnenrad und der erste Eingangswellenabschnitt drehfest mit dem Planetenträger verbunden. Ferner weist der Planetengetriebeabschnitt die Kupplungseinrichtung auf. In dem gekoppelten Zustand, insbesondere als ein erster verbrennungsmotorischer Gang, ist die Planetenschalteinrichtung geöffnet und die Kupplungseinrichtung geschlossen, sodass ein Antriebsdrehmoment von dem Verbrennungsmotor über den Planetengetriebeabschnitt mit einem Übersetzungsverhältnis vom abs(i) <> 1 auf den ersten Eingangswellenabschnitt und von dort über die erste Getriebestufe auf die Ausgangswelle übertragen werden kann. Durch ein schleifendes Einkuppeln der Kupplungsvorrichtung ist es möglich, dass der Verbrennungsmotor das Fahrzeug aus dem Stand heraus beschleunigt. Bei geöffneter Planetenschalteinrichtung und zugleich geöffneter Kupplungseinrichtung sind der erste Eingangswellenabschnitt und der zweite Eingangswellenabschnitt drehentkoppelt zueinander. In dem weiteren Zustand sind der zweite Eingangswellenabschnitt und der erste Eingangswellenabschnitt dadurch gekoppelt, dass der Planetenträger und das Sonnenrad über die Planetenschalteinrichtung drehfest miteinander verbunden sind, sodass eine 1:1 Übertragung und/oder ein Übersetzungsverhältnis mit abs(i) = 1 umgesetzt ist.
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Es ist dabei möglich, dass die Planetenschalteinrichtung zugleich die zweite Koppeleinrichtung bildet. Beispielsweise kann die die Planetenschalteinrichtung eine Schaltmuffe aufweisen, welche den zweiten Eingangswellenabschnitt mit dem zweiten Losrad drehfest koppelt oder alternativ den zweiten Eingangswellenabschnitt mit dem Planetenträger drehfest koppelt. Alternativ sind die Koppeleinrichtung und die Planetenschalteinrichtung unabhängig voneinander betätigbar. In dieser Alternative kann die Planetenschalteinrichtung z.B. eine erste und eine zweite Schaltmuffe aufweisen. Eine der Schaltmuffen kann den zweiten Eingangswellenabschnitt mit dem zweiten Losrad kuppeln, so dass dadurch die zweite Koppeleinrichtung umgesetzt ist. Die andere Schaltmuffe kann dagegen den zweiten Eingangswellenabschnitt mit dem Planetenträger kuppeln, so dass der gekoppelte Zustand und der Neutralzustand umsetzbar sind.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie den beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Antriebsstrang als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 ein Getriebekennlinienfeld des Antriebsstrangs in der 1;
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3a–f unterschiedliche Zustände des Antriebsstrangs in der 1;
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4 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Antriebsstrang als ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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5 ein Getriebekennlinienfeld des Antriebsstrangs in der 4;
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6a–e unterschiedliche Zustände des Antriebsstrangs in der 4;
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7 ein schematisches Diagramm eines Fahrzeugs mit einem Antriebsstrangs als ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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8 ein Getriebekennlinienfeld des Antriebsstrangs zu dem dritten Ausführungsbeispiel;
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9a–f verschiedene Schaltzustände des Antriebsstrangs in der 7.
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Die 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Fahrzeug 1 mit einem Antriebsstrang 2 als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Fahrzeug 1 ist als ein Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Bus oder ähnliches ausgebildet. Das Fahrzeug 1 weist mindestens zwei angetriebene Räder 3 auf, wobei nur ein einzelnes Rad 3 dargestellt ist. Der Antriebsstrang 2 dient dazu, ein Antriebsdrehmoment auf die angetriebenen Räder 3 zu übertragen.
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Der Antriebsstrang 2 umfasst einen Verbrennungsmotor 4 sowie einen Elektromotor 5. Beide Motoren 4, 5 sind dazu ausgebildet, einzeln oder gemeinsam ein Antriebsdrehmoment für den Antrieb des Fahrzeugs 1 für die Räder 3 zu erzeugen.
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Der Elektromotor 5 ist über einen ersten Antriebsstrangabschnitt 6 angekoppelt. Hierfür weist der erste Antriebsstrangabschnitt 6 einen ersten Eingangswellenabschnitt 7 sowie eine erste Getriebestufe 8 ausgebildet als eine Stirnradgetriebestufe auf. Die erste Getriebestufe 8 umfasst ein erstes Festrad 9, welches drehfest auf dem ersten Eingangswellenabschnitt 7 angeordnet ist sowie ein erstes Losrad 10, welches auf einer Ausgangswelle 11, die parallel versetzt zu dem ersten Eingangswellenabschnitt 7 angeordnet ist, drehbar positioniert ist. Der Elektromotor 5 ist über eine Motorwelle 12 mit einem Koppelrad 13 verbunden, welches mit dem ersten Festrad 9 kämmt, sodass ein Antriebsdrehmoment von dem Elektromotor 5 in die erste Getriebestufe 8 eingeleitet und auf die Ausgangswelle 11 übertragen werden kann.
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Der Verbrennungsmotor 4 ist dagegen über eine Motordämpfereinheit und Drehmomentübertragungseinheit 15 mit einem zweiten Antriebsstrangabschnitt 16 gekoppelt, sodass das Antriebsdrehmoment des Verbrennungsmotors 4 in den Antriebsstrang 2 eingeleitet werden kann. Der zweite Antriebsstrangabschnitt 16 weist einen zweiten Eingangswellenabschnitt 17 auf, welcher über die Motordämpfereinheit und Drehmomentübertragungseinheit 15 mit dem Verbrennungsmotor 4 gekoppelt ist. Der zweite Antriebsstrangabschnitt 16, insbesondere der zweite Eingangswellenabschnitt 17, ist über eine zweite Getriebestufe 18, ausgebildet als eine Stirnradgetriebestufe, mit der Ausgangswelle 11 selektiv koppelbar. Die zweite Getriebestufe 18 weist ein zweites Losrad 19 auf, welches auf dem zweiten Eingangswellenabschnitt 17 drehbar angeordnet ist sowie ein zweites Festrad 20, welches drehfest mit der Ausgangswelle 11 verbunden ist.
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Das erste Losrad 10 ist über eine erste Koppeleinrichtung K1 mit der Ausgangswelle 11 selektiv drehfest verbindbar oder drehentkoppelt zu setzen. Die Koppeleinrichtung K1 ist als eine formschlüssig koppelnde Einrichtung ausgebildet, wobei im gekoppelten Zustand das erste Losrad 10 formschlüssig in Umlaufrichtung mit der Ausgangswelle 11 verbunden ist.
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Das zweite Losrad 19 ist über eine zweite Koppeleinrichtung K2 selektiv mit dem zweiten Eingangswellenabschnitt 17 koppelbar. Hierbei kann durch die zweite Koppeleinrichtung K2 das zweite Losrad 19 selektiv mit dem zweiten Eingangswellenabschnitt 17 drehfest gekoppelt werden oder drehentkoppelt gesetzt werden. Die Koppeleinrichtung K2 ist als eine formschlüssig koppelnde Einrichtung ausgebildet, wobei im gekoppelten Zustand das zweite Losrad 19 formschlüssig in Umlaufrichtung mit dem zweiten Eingangswellenabschnitt 17 verbunden ist.
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Somit können zumindest zwei Momentenwege ausgebildet werden, wobei ein erster Momentenweg ausgehend von dem Elektromotor 5 über die erste Getriebestufe 8 zu einer Ausgangsschnittstelle 21 führt. An der Ausgangsschnittstelle 21 ist beispielsweise eine Differenzialeinrichtung 22 angekoppelt, welche das Antriebsdrehmoment auf die Räder 3 verteilt. Ein zweiter Momentenweg ist ausgehend von dem Verbrennungsmotor 4 über die zweite Getriebestufe 18, Ausgangswelle 11 und dann Ausgangsschnittstelle 21 gegeben.
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Zwischen dem ersten Antriebsstrangabschnitt 6 und dem zweiten Antriebsstrangabschnitt 16, insbesondere zwischen dem ersten Eingangswellenabschnitt 7 und dem zweiten Eingangswellenabschnitt 17, ist ein Planetengetriebeabschnitt 23 angeordnet, welcher über eine Planetenschalteinrichtung 24 unterschiedliche Zustände einnehmen kann.
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Genauer betrachtet weist der Planetengetriebeabschnitt 23, ausgebildet als ein Stirnradplanetengetriebe, ein Sonnenrad 25 auf, welches drehfest mit dem zweiten Eingangswellenabschnitt 17 gekoppelt ist. Ferner weist der Planetengetriebeabschnitt 23 einen Planetenträger 26 mit darauf angeordneten Planeten 27 auf, wobei der Planetenträger 26 mit dem ersten Eingangswellenabschnitt 7 drehfest gekoppelt ist. Als dritte Welle umfasst der Planetengetriebeabschnitt 23 ein Hohlrad 28, welches eine Innenverzahnung aufweist. Die Planeten 27 kämmen zum einen mit dem Sonnenrad 25 und zum anderen mit dem Hohlrad 28.
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Die Planetenschalteinrichtung 24 kann beispielsweise durch eine in einer axialen Richtung verschiebbaren Schaltmuffe 29 umgesetzt sein, wobei die Planetenschalteinrichtung 24 durch das axiale Verschieben der Schaltmuffe 29 oder eines anderen, entsprechenden Schaltelements drei Schaltzustände I, II, III einnehmen kann.
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In dem Schaltzustand I wird das Hohlrad 27 drehfest mit einer Umgebungskonstruktion 30 gesetzt, sodass dieses stationär ist. In dem Schaltzustand I erfolgt eine Übersetzung von dem zweiten Eingangswellenabschnitt 17 in den ersten Eingangswellenabschnitt 7. Bei der Übersetzung wird eine höhere Drehzahl des zweiten Eingangswellenabschnitts 17 in eine niedrigere Drehzahl des ersten Eingangswellenabschnitts 7 umgesetzt (abs(i) <> 1).
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In dem Schaltzustand II ist die Schaltmuffe 29 in einer Neutralstellung, wobei der erste Eingangswellenabschnitt 7 und der zweite Eingangswellenabschnitt 17 voneinander drehentkoppelt sind.
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In dem Schaltzustand III ist der erste Eingangswellenabschnitt 7 mit dem Hohlrad 28 drehfest gesetzt, sodass Hohlrad 28, erster Eingangswellenabschnitt 7 und zweiter Eingangswellenabschnitt 17 als gemeinsamer Block drehen, wobei ein Übersetzungsverhältnis abs(i) = 1 gesetzt ist.
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Der Antriebsstrang 2 weist ferner eine Steuereinrichtung S auf, welche zur Ansteuerung der Planetenschalteinrichtung 24 und der ersten Koppeleinrichtung K1 sowie der zweiten Koppeleinrichtung K2 ausgebildet ist.
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Mit der in der 1 dargestellten Architektur können (unter anderem) die in den 3a–f gezeigten Schaltzustände eingestellt werden, welche anhand eines Getriebekennlinienfeldes in der 2 erläutert werden.
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Die 2 zeigt ein Getriebekennlinienfeld, wobei auf der linken Y-Achse eine Drehzahl des Elektromotors und auf der rechten Y-Achse eine Drehzahl des Verbrennungsmotors aufgetragen sind. Auf der X-Achse ist dagegen eine Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 1 dargestellt.
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Nachfolgend werden zunächst sämtliche rein verbrennungsmotorischen Zustände und dann sämtliche elektromotorischen Zustände des Antriebsstrangs 2 in der 1 vorgestellt:
Die 3a zeigt einen ersten verbrennungsmotorischen Gang, wobei sich die Planetenschalteinrichtung 24 in dem Zustand I und somit in dem gekoppelten Zustand befindet, die Koppeleinrichtung K1 geschlossen und die Koppeleinrichtung K2 geöffnet ist geöffnet. Der Momentenweg läuft über die erste Getriebestufe 8. Für das Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebeabschnitts 23 gilt: abs(i) <> 1. In diesem ersten verbrennungsmotorischen Gang kann das Fahrzeug 1 ausgehend von einer gewissen Grundgeschwindigkeit beschleunigt werden und dient somit als Fortsetzung eines Anfahrgangs. Allerdings ist ein verbrennungsmotorisches Anfahren beginnend aus dem Stillstand nicht möglich. Alternativ kann die Umgebungskonstruktion 30 über eine Kupplungseinrichtung, wie diese in der 4 mit dem Bezugszeichen 31 gezeigt ist, angekoppelt sein, so dass ein rein verbrennungsmotorisches Anfahren aus dem Stillstand ermöglicht ist.
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In der 3b ist ein zweiter verbrennungsmotorischer Gang dargestellt, wobei die Planetenschalteinrichtung 24 in dem Zustand III. geschalten ist, die Koppeleinrichtung K1 geschlossen und die Koppeleinrichtung K2 geöffnet ist. Der Momentenweg läuft über die erste Getriebestufe 8. Für das Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebeabschnitts 23 gilt: abs(i) = 1.
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In der 3c ist ein dritter verbrennungsmotorischer Gang gezeigt, wobei die zweite Koppeleinrichtung K2 geschlossen und die erste Koppeleinrichtung K1 geöffnet ist. Die Planetenschalteinrichtung 24 ist beispielsweise in dem Zustand II und/oder in einem Neutralzustand. Der Momentenweg läuft über die zweite Getriebestufe 18.
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In den 3d–f sind drei unterschiedliche elektromotorische Gänge gezeigt: Die 3d zeigt einen ersten elektromotorischen Gang, wobei die erste Koppeleinrichtung K1 geschlossen und wahlweise oder ergänzend die Planetenschalteinrichtung 24 in dem Zustand II. beziehungsweise die zweite Koppeleinrichtung K2 geöffnet ist. Der Momentenweg läuft über die erste Getriebestufe 8.
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In der 3e ist ein zweiter elektromotorischer Gang gezeigt, wobei die erste Koppeleinrichtung K1 geöffnet ist, die Planetenschalteinrichtung 24 in dem Zustand III. ist und die zweite Koppeleinrichtung K2 geschlossen ist. Der Momentenweg läuft über die zweite Getriebestufe 18. Für das Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebeabschnitts 23 gilt: abs(i) = 1.
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Die 3f zeigt einen dritten elektromotorischen Gang, wobei die erste Koppeleinrichtung K1 geöffnet ist, die Planetenschalteinrichtung 24 in dem Zustand I. (gekoppelter Zustand) ist und die zweite Koppeleinrichtung K2 geschlossen ist. Der Momentenweg läuft über die zweite Getriebestufe 18.
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Für das Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebeabschnitts 23 gilt: abs(i) <> 1.
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Neben den gezeigten sechs elektromotorischen beziehungsweise verbrennungsmotorischen Schaltzuständen sind Hybridzustände möglich, wobei zugleich elektromotorisch und verbrennungsmotorisch gefahren wird. Diese Hybridzustände ergeben sich insbesondere bei dem zweiten verbrennungsmotorischen Gang mit dem ersten elektromotorischen Gang (3b + 3d) und bei dem dritten verbrennungsmotorischen Gang mit dem zweiten elektromotorischen Gang (3c + 3e).
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Die 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Planetenschalteinrichtung 24 abweichend ausgebildet ist und zudem eine Kupplungseinrichtung 31 vorgesehen ist. Für die anderen Komponenten wird auf die Beschreibung zu der 1 verwiesen. Die Planetenschalteinrichtung 24 weist wieder eine Schaltmuffe 29 auf, welche eine Schaltposition I, II und III einnehmen kann. In der Position I wirkt die Kupplungseinrichtung 31 wie die Koppeleinrichtung K2 und setzt den zweiten Eingangswellenabschnitt 17 drehfest mit dem zweiten Losrad 19. In dem Zustand II ist die Schaltmuffe 29 in einem Neutralzustand. In dem Zustand III. sind das Sonnenrad 25 und der Planetenträger 26 miteinander drehfest gekoppelt. Die Kupplungseinrichtung 31 ist zwischen der Umgebungskonstruktion 30 und dem Hohlrad 28 angeordnet und als eine Reibkupplung ausgebildet. In Abhängigkeit der Ansteuerung der Kupplungseinrichtung 31 sind Hohlrad 28 und Umgebungskonstruktion 30 ungekoppelt, reibend oder mit Reibschluss miteinander verbunden.
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In den 6a–c sind drei verbrennungsmotorische Schaltzustände und in den 6d, e zwei elektromotorische Schaltzustände des Antriebsstrang 2 in der 4 gezeigt. Wie zuvor ist der Momentenweg als ein Pfeil visualisiert.
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In der 6a ist ein erster verbrennungsmotorischer Gang als ein Anfahrgang dargestellt. Die Planetenschalteinrichtung 24 befindet sich in dem Zustand II., das erste Losrad 10 ist durch die erste Koppeleinrichtung K1 drehfest mit der Ausgangswelle 11 verbunden. Der Momentenweg läuft über die erste Getriebestufe 8. Für das Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebeabschnitts 23 gilt: abs(i) <> 1. In diesem Zustand kann durch Ansteuerung der Kupplungseinrichtung 31 das Antriebsdrehmoment des Verbrennungsmotors 4 reibend auf die Ausgangsschnittstelle 21 geleitet werden, sodass ein Anfahren aus dem Stillstand mit verbrennungsmotorischer Antriebsdrehmoment möglich ist, wie sich aus dem Getriebekennlinienfeld in der 5 ergibt.
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In der 6b ist ein zweiter verbrennungsmotorischer Gang dargestellt, wobei die Planetenschalteinrichtung 24 in den Zustand III. geschalten ist und die erste Koppeleinrichtung K1 geschlossen ist. Der Momentenweg läuft über die erste Getriebestufe 8. Für das Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebeabschnitts 23 gilt: abs(i) = 1.
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In der 6c ist schließlich ein dritter verbrennungsmotorischer Gang dargestellt, wobei die Planetenschalteinrichtung 24 in den Zustand I. geschalten ist, sodass das zweite Losrad 19 drehfest mit dem zweiten Eingangswellenabschnitt 17 geschalten ist. Die erste Koppeleinrichtung K1 ist z.B. geöffnet. Der Momentenweg läuft über die zweite Getriebestufe 18.
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In der 6d ist ein erster elektromotorischer Gang gezeigt, wobei die erste Koppeleinrichtung K1 geschlossen ist und optional die Kupplungseinrichtung 31 geöffnet ist, sodass der erste Eingangswellenabschnitt 7 von dem zweiten Eingangswellenabschnitt 17 drehentkoppelt ist. Der Momentenweg läuft über die erste Getriebestufe 8.
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In der 6e ist ein zweiter elektromotorischer Gang gezeigt, wobei die Kupplungseinrichtung 31 geschlossen ist und die Planetenschalteinrichtung 24 in dem Zustand I. ist, sodass das Antriebsdrehmoment des Elektromotors 5 über die zweite Getriebestufe 20 geleitet ist. Für das Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebeabschnitts 23 gilt: abs(i) <> 1.
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Bei dieser konstruktiven Auslegung verschieben sich die Getriebekennlinien in Vergleich zu der Auslegung in der 1, nur der zweite verbrennungsmotorische Gang ist in Hybridarbeitsweise mit dem ersten elektromotorischen Gang zu betreiben.
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Die 7 zeigt in gleicher Darstellung wie die 1 und 4 ein drittes Ausführungsbeispiel des Fahrzeugs 1 mit Antriebsstrang 2. Im Gegensatz zu dem zweiten Ausführungsbeispiel weist die Planetenschalteinrichtung 24 nun zwei Schaltmuffen 29a, b auf, welche voneinander unabhängig bewegt werden können. So ist es möglich, dass in einem Schaltzustand I. beide Schaltmuffen 29a, b in einer Neutralstellung sind, in einer Schaltstellung II. die Schaltmuffe 29a den zweiten Eingangswellenabschnitt 17 drehfest mit dem zweiten Losrad 19 drehfest verbindet, wohingegen die zweite Schaltmuffe 29b in der Neutralstellung verbleibt. In einem Zustand III. ist dagegen die Schaltmuffe 29a wieder in dem Neutralzustand und die Schaltmuffe 29b setzt den zweiten Eingangswellenabschnitt 17 drehfest mit dem Planetenträger 26. In einem Schaltzustand IV setzt die erste Schaltmuffe 29a den zweiten Eingangswellenabschnitt 17 drehfest mit dem zweiten Losrad 19 und die zweite Schaltmuffe 29b verbindet den zweiten Eingangswellenabschnitt 17 mit dem Planetenträger 26.
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In den 9a–f sind insgesamt sechs Schaltzustände des Antriebsstrangs 2 dargestellt. In dem Getriebekennlinienfeld in der 8 sind die Getriebekennlinien zu den Schaltzuständen dargestellt.
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In einem ersten verbrennungsmotorischen Gang, wie dieser in der 9a dargestellt ist, befindet sich die Planetenschalteinrichtung 24 in dem Zustand I. und die Kupplungseinrichtung 31 ist reibend oder im Reibschluss, sodass ein verbrennungsmotorisches Anfahren aus dem Stillstand ermöglicht ist. Der Momentenweg läuft über die erste Getriebestufe 8. Das Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebeabschnitts 23 ist abs(i) <> 1.
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In dem zweiten verbrennungsmotorischen Gang, wie dieser in der 9b dargestellt ist, befindet sich die Planetenschalteinrichtung 24 in dem Schaltzustand III., sodass der zweite Eingangswellenabschnitt 17 mit dem Planetenträger 26 drehfest gekuppelt ist. Die Kupplungseinrichtung 31 befindet sich im Reibschluss. Der Momentenweg läuft über die erste Getriebestufe 8. Das Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebeabschnitts 23 ist abs(i) = 1.
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In dem dritten verbrennungsmotorischen Gang gemäß 9c befindet sich die Planetenschalteinrichtung 24 in dem Zustand I., wobei der zweite Eingangswellenabschnitt 17 mit dem zweiten Losrad 19 drehfest gekoppelt ist und das Antriebsdrehmoment über die zweite Getriebestufe 18 an die Ausgangswelle 11 übertragen wird.
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In der 9d ist der Zustand bei einem ersten elektromotorischen Gang dargestellt, wobei die erste Koppeleinrichtung K1 geschlossen ist und die Planetenschalteinrichtung 24 in dem Neutralzustand I. und die Kupplungseinrichtung 31 geöffnet ist. Der Momentenweg läuft über die erste Getriebestufe 8.
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In der 9e ist ein zweiter elektromotorischer Gang dargestellt, wobei die Planetenschalteinrichtung 24 in dem Zustand IV. ist, die Kupplungseinrichtung 31 geöffnet ist und zudem die erste Koppeleinrichtung K1 ebenfalls geöffnet ist. Der Momentenweg läuft über die zweite Getriebestufe 18. Das Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebeabschnitts 23 ist abs(i) = 1.
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In der 9f ist ein dritter elektromotorischer Gang dargestellt, wobei die Planetenschalteinrichtung 24 in dem Zustand IV. ist, die Kupplungseinrichtung 31 und die erste Koppeleinrichtung K1 geöffnet sind. Der Momentenweg läuft über die zweite Getriebestufe 18. Das Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebeabschnitts 23 ist abs(i) <> 1.
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In dieser Konstellation können der Elektromotor 5 und der Verbrennungsmotor 4 gemeinsam betrieben werden, wenn der Antriebsstrang 2 den zweiten verbrennungsmotorischen Gang und zugleich den ersten elektromotorischen Gang (9b + 9d) oder den dritten verbrennungsmotorischen Gang und den zweiten elektromotorischen Gang (9c + 9e) aktiviert hat.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Antriebsstrang
- 3
- Räder
- 4
- Verbrennungsmotor
- 5
- Elektromotor
- 6
- erster Antriebsstrangabschnitt
- 7
- erster Eingangswellenabschnitt
- 8
- erste Getriebestufe
- 9
- erstes Festrad
- 10
- erstes Losrad
- 11
- Ausgangswelle
- 12
- Motorwelle
- 13
- Koppelrad
- 14
- leer
- 15
- Motordämpfereinheit und Drehmomentübertragungseinheit
- 16
- zweiter Antriebsstrangabschnitt
- 17
- zweiter Eingangswellenabschnitt
- 18
- zweite Getriebestufe
- 19
- zweites Losrad
- 20
- zweites Festrad
- 21
- Ausgangsschnittstelle
- 22
- Differenzialeinrichtung
- 23
- Planetengetriebeabschnitt
- 24
- Planetenschalteinrichtung
- 25
- Sonnenrad
- 26
- Planetenträger
- 27
- Planeten
- 28
- Hohlrad
- 29
- Schaltmuffe
- 29a, b
- Schaltmuffen
- 30
- Umgebungskonstruktion
- 31
- Kupplungseinrichtung
- K1
- erste Koppeleinrichtung
- K2
- zweite Koppeleinrichtung
- S
- Steuereinrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004023673 A1 [0003]