DE102015208756A1

DE102015208756A1 - Getriebeeinrichtung für ein Hybridantriebssystem

Info

Publication number: DE102015208756A1
Application number: DE102015208756.5A
Authority: DE
Inventors: Jens Berner; Bernhard Hoess; Robert Huber
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-05-12
Filing date: 2015-05-12
Publication date: 2016-11-17

Abstract

Getriebeeinrichtung für ein Kraftfahrzeugantriebssystem zum Antrieb wenigstens einer Kraftfahrzeugachse mit einem ersten Teilgetriebe (3a, 3b) mit einer ersten Getriebeeingangswelle (1a) zum Aufnehmen von Antriebsleistung einer ersten Antriebsmaschine (VKM), insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine und einem zweiten Teilgetriebe (4) mit einer zweiten Getriebeeingangswelle (1b) zum Aufnehmen von Antriebsleistung einer zweiten Antriebsmaschine (EM), insbesondere einem elektromechanischen Energiewandler, einer Getriebeausgangswelle (5), wobei diese zum Übertragen von Antriebsleistung sowohl der ersten als auch der zweiten Antriebsmaschine zu wenigstens einem Leistungsübertragungsabschnitt (2a) eingerichtet ist, wobei die Teilgetriebe (3a, 3b, 4) derart eingerichtet sind, dass ein Drehzahlverhältnis zwischen der ersten Getriebeeingangswelle (1a) und der Getriebeausgangswelle (5) unabhängig von einem Drehzahlverhältnis der zweiten Getriebeeingangswelle (1b) und der Getriebeausgangswelle (5) einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeinrichtung einen zweiten Leistungsübertragungsabschnitt (2b) aufweist, dass Antriebsleistung von einem dieser Leistungsübertragungsabschnitte (2a, 2b) auf wenigstens eine Kraftfahrzeugachse übertragbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Getriebeeinrichtung für ein Hybridantriebssystem gemäß dem Oberbegriff des ersten Anspruchs sowie ein Antriebssystem mit einer derartigen Getriebeeinrichtung. Derartige Gegenstände sind aus dem Stand der Technik bekannt, insbesondere der DE 10 2013 211 975 A1 .
In Kraftfahrzeugen werden Getriebeeinrichtungen zur Anpassung des Drehmoment/Drehzahlkennfeldes der Antriebsmaschine oder Antriebsmaschinen an die Lastanforderung aus dem Fahrbetrieb genützt. In Hybridantrieben stehen wenigstens zwei artunterschiedliche Antriebsmaschinen zum Überwinden der Fahrwiderstände zur Verfügung. Die Anforderungen und die Komplexität der verwendeten Getriebeeinrichtung erhöhen sich dadurch.
Die DE 10 2013 211 975 A1 offenbart eine Drehmomentüberlagerungseinrichtung für Hybridantriebe sowie ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Antriebs. Dabei ist es aus dem Stand der Technik bekannt eine Getriebeeinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine und einen elektromechanischen Energiewandler vorzusehen, wobei die Verbrennungskraftmaschine ihre Antriebsleistung an ein erstes Teilgetriebe und der elektromechanischen Energiewandler seine Antriebsleistung an ein zweites Teilgetriebe abgibt. Das erste Teilgetriebe ist zwischen wenigstens zwei diskreten Drehzahlverhältnissen selektiv schaltbar und das zweite Teilgetriebe weist ebenfalls die Möglichkeit auf, verschiedene Drehzahlverhältnisse einzustellen. Dabei können die Drehzahlverhältnisse von erstem und zweitem Teilgetriebe unabhängig voneinander gewählt werden. Eine solche Getriebeeinrichtung weist einen einzigen Abschnitt zur Übertragung der von der oder den Antriebsmaschinen zur Verfügung gestellten Antriebsleistung für eine antreibbare Achse auf.
Eine derartige Getriebeeinrichtung ist nur in einem speziell auf diese Getriebeeinrichtung abgestimmten Antriebsstrang einsetzbar, anders gewendet, es muss für nahezu jede Art von Antriebsstrang eine spezielle Getriebeeinrichtung vorgesehen werden.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine flexibel einsetzbare Getriebeeinrichtung und einen Antriebsstrang mit einer derartigen Getriebeeinrichtung zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand gemäß Anspruch 1, beziehungsweise Anspruch 12 gelöst.
Erfindungsgemäß weist die Getriebeeinrichtung einen ersten und einen zweiten Abschnitt zur Leistungsübertragung (Leistungsübertragungsabschnitt) auf. Dabei ist unter einem Leistungsübertragungsabschnitt ein Bereich oder Abschnitt einer Getriebeausgangswelle zu verstehen, der zur mechanischen Leistungsübertragung in Richtung auf eine antreibbare Fahrzeugachse hin eingerichtet ist, wobei die Getriebeausgangswelle eine Getriebewelle ist, auf welche sowohl von einer ersten als auch von einer zweiten Antriebsmaschine eine Antriebsleistung zum Überwinden von Fahrwiderständen übertragbar ist.
Im Sinne der Erfindung ist unter einem Kraftfahrzeugantriebssystem ein System zum Überwinden der Fahrwiderstände in einem Kraftfahrzeug zu verstehen. Unter einer Betriebseinrichtung ist im Sinne der Erfindung eine Eirichtung zum Anpassen des Drehzahl-Drehmomentkennfeldes einer oder mehrerer Antriebsmaschinen auf die Lastanforderungen wie sich diese aus dem Fahrbetrieb eines Kraftfahrzeugs ergeben zu verstehen.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer Verbrennungskraftmaschine eine thermische Kraftmaschine mit innerer Verbrennung zu verstehen. Vorzugsweise ist eine Verbrennungskraftmaschine in Hubkolbenbauweise als Diesel- oder Ottomotor ausgeführt.
Im Sinne der Erfindung ist unter einem elektromechanischen Energiewandler eine Einrichtung zum Umwandeln von elektrischer in mechanische Energie oder umgekehrt zu verstehen. Vorzugsweise ist ein elektromechanischer Energiewandler als ein Elektromotor-/Generator ausgebildet.
Im Sinne der Erfindung ist unter einem Leistungsübertragungsabschnitt ein Abschnitt auf einer Getriebewelle zu verstehen, mit welchem mechanische Leistung von innerhalb der Getriebeeinrichtung nach außerhalb der Getriebeeinrichtung bzw. zu einer weiteren oder anderen Getriebeeinrichtung übertragbar ist. Vorzugsweise ist unter einem Leistungsübertragungsabschnitt der auf der Welle angeordnete Bereich einer Welle-Nabeverbindung zu verstehen. Weiter vorzugseise ist ein Leustungsübertragungsabschnitt, bezogen auf den Drehmomentfluss von der Antriebsmaschine zu den antreibbaren Rädern nach dem Getriebeeingang und vor einem Differentialgetriebe (Hinterachs-, Vorderachsdifferential) angeordnet. Vorzugsweise ist ein Leistungsübertragungsabschnitt als ein Abschnitt auf der Getriebeausgangwelle zum form- oder kraftschlüssigen Übertragen von Antriebsleistung zu verstehen.
Erfindungsgemäß weist die Getriebeeinrichtung einen ersten und einen zweiten Leistungsübertragungsabschnitt auf. Vorzugsweise ist es durch diese beiden Leistungsübertragungsabschnitte ermöglicht die Getriebeeinrichtung besonders flexibel in einen Antriebsstrang (Front-, Heck-, Allradantrieb) zu integrieren. Weiter ist es durch diese mehreren Leistungsübertragungsabschnitte ermöglicht ein- und dieselbe Getriebeeinrichtung in unterschiedliche Antriebsstränge zu integrieren und damit die Komplexität dieser Antriebsstränge zu verringern.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Getriebeeinrichtung sind die Leistungsübertragungsabschnitte an gegenüberliegenden Seiten der Getriebeeinrichtung angeordnet. Die Längsrichtung der Getriebeeinrichtung ist durch den Verlauf der Getriebeausgangswelle, auf welcher die Leistungsübertragungsabschnitte anordenbar ist, definiert. Dabei erstreckt sich die Getriebeausgangswelle insbesondere von einer ersten Seite der Getriebeeinrichtung zu einer zweiten, gegenüberliegenden Seite dieser. Vorzugsweise sind die Leistungsübertragungsabschnitte an sich gegenüberliegenden Enden der Getriebeausgangswelle und damit vorzugsweise auch der Getriebeeinrichtung, angeordnet. Insbesondere durch Leistungsübertragungsabschnitte welcher an gegenüberliegenden Seiten der Getriebeeinrichtung angeordnet sind, ist es ermöglicht, dass die Getriebeeinrichtung beispielsweise sowohl für einen reiner Heckantrieb, einen reinen Frontantrieb wie auch einen Allradantrieb einsetzbar ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das erste Teilgetriebe als ein Doppelkupplungsgetriebe ausgebildet. In einem Doppelkupplungsgetriebe ist erfindungsgemäß eine von der ersten Antriebsmaschine abgebbare Antriebsleistung selektiv an eine erste Teilwelle, welcher eine erste Gruppe von Schaltstufen zugeordnet ist oder an eine zweite Teilwelle, welcher eine zweite Gruppe von Schaltstufen zugeordnet ist, übertragbar. Insbesondere gehören dieser ersten Gruppe von Schaltstufen ungerade Gänge, also Erster, Dritter usw. an und dieser zweiten Gruppen von Schaltstufen gehören insbesondere die geraden Gänge an, also Zweiter, Vierter, usw.. Insbesondere mittels eines Doppelkupplungsgetriebes ist es ermöglicht, eine wenigstens im Wesentlichen zugkraftunterbrechungsfreie Schaltung für die erste Verbrennungskraftmaschine darzustellen. Es hat sich gezeigt, dass mittels einer derartigen Doppelkupplungsgetriebeeinrichtung besonders vorteilhafte Getriebeeinrichtungen darstellbar sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die erste Getriebeeingangswelle und die zweite Getriebeeingangswelle durch eine Kupplung in drehmomentleitender Weise miteinander verbindbar. Vorzugsweise ist diese Kupplung als eine formschlüssige und bevorzugt als eine reibschlüssige Kupplung, besonders bevorzugt als eine Lammellenkupplung, ausgeführt. Vorzugsweise sind die erste Getriebeeingangswelle, mit dem ersten Getriebeeingang, und die zweite Getriebeeingangswelle, mit dem zweiten Getriebeeingang, konzentrisch zueinander angeordnet. Insbesondere durch einen Kupplung zwischen der ersten und der zweiten Getriebeeingangswelle ist es ermöglicht, Leistung von der ersten Antriebsmaschine, vorzugsweise einer Verbrennungskraftmaschine, auf die zweite Antriebsmaschine, vorzugsweise einem elektromechanischen Energiewandler, im Wesentlichen ohne Verluste, zu übertragen. Weiter vorzugsweise ist es durch diese Kupplung zwischen der ersten und der zweiten Getriebeeingangswelle auch ermöglicht besonders verlustarm Antriebsleistung von beiden Antriebsmaschinen in die Getriebeeinrichtung zu übertragen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die zweite Getriebeeingangswelle mit einem Vorgelegegetriebe gekoppelt. Bezogen auf den Leistungsfluss von der zweiten Antriebsmaschine zu der antreibbaren Fahrzeugachse ist dieses Vorgelegegetriebe derart angeordnet, das die Leistung von der zweiten Antriebsmaschine zunächst auf das Vorgelegegetriebe übertragbar ist und danach von diesem Vorgelegegetriebe auf die zweite Getriebeeingangswelle. Insbesondere durch ein Vorgelegegetriebe ist eine weitere Anpassung der Leistungscharakteristik der zweiten Antriebsmaschine an die Lastanforderungen im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs ermöglicht.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist dieses Vorgelegegetriebe als eine Stirnradstufe ausgebildet. Weiter vorzugsweise ist dieses Vorgelegegetriebe als eine Planetenradstufe ausgebildet. Weiter vorzugsweise ist dieses Vorgelegegetriebe als eine Hypoid- oder Kegelradstufe ausgebildet. Insbesondere die genannten Arten von Vorgelegegetriebe sind wohlbekannte Maschinenelemente und weisen sowohl einen hohen Wirkungsgrad, wie auch eine hohe Standfestigkeit/Betriebssicherheit auf, somit ist eine verbesserte Getriebeeinrichtung darstellbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Vorgelegegetriebe als ein Umlaufgetriebe ausgebildet. Vorzugsweise weist ein derartiges Umlaufgetriebe wenigstens einen, zwei oder eine Vielzahl von Planetenradsätzen auf. Vorzugsweise sind unter einem Planetenradsatz sowohl vollständige Planetenradsätze, also solche, die sowohl ein Sonnenrad, wenigstens ein Planetenrad und ein Hohlrad aufweisen, wie auch reduzierte Planetenradsätze, welche um eines eines der zuvor genannten Räder reduziert sind, zu verstehen. Vorzugsweise können vollständige und reduzierte Planetenradsätze in vorteilhafter Weise miteinander kombiniert werden um ein Vorgelegegetriebe mit hoher Leistungsdichte bzw. geringem Verlustgrad darzustellen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Getriebeeinrichtung ist das Vorgelegegetriebe zwischen wenigsten zwei diskreten Übersetzungsverhältnissen selektiv schaltbar, bevorzugt weist das Vorgelegegetriebe keine Schaltstufen auf sondern nur ein bestimmtes Übersetzungsverhältnis. Weiter vorzugsweise ist das Vorgelegegetriebe zwischen drei, vier oder mehr Übersetzungsverhältnissen selektiv schaltbar. Weiter vorzugsweise ist das Übersetzungsverhältnis des Vorgelegegetriebes durch eine Drehzahlüberlagerung kontinuierlich einstellbar. Insbesondere durch ein veränderbares Übersetzungsverhältnis des Vorgelegegetriebes ist die Drehzahl/Drehmomentcharakteristik der zweiten Antriebsmaschine besonders gut an die Lastanforderung anpassbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der erste Leistungsübertragungsabschnitt zur Drehmomentübertragung mit einem Abtriebsgetriebe derart verbindbar, dass, bezogen auf den Leistungsfluss von der ersten Antriebsmaschine zu der antreibbaren Kraftfahrzeugachse, das Abtriebsgetriebe zwischen dieser Kraftfahrzeugachse und dem ersten Leistungsübertragungsabschnitt angeordnet ist. Weiter vorzugsweise weist dieses Abtriebsgetriebe eine zur Getriebeausgangswelle achsparallele Abtriebsgetriebeeingangswelle auf. Weiter vorzugsweise ist die Abtriebesgetriebeeingangswelle konzentrisch zur Getriebeausgangswelle angeordnet. Vorzugsweise weist das Abtriebsgetriebe eine Abtriebsgetriebeausgangswelle auf, welche achsparallel und beabstandet zur Abtriebsgetriebeeingangswelle und der Getriebeausgangswelle angeordnet ist. Vorzugsweise ist ein Abtriebsgetriebe als ein Stirnradgetriebe ausgebildet.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist diese Abtriebsgetriebeeinrichtung in einer besonders bevorzugten Winkelstellung zur erfindungsgemäßen Getriebeeinrichtung angeordnet. Insbesondere ist diese Winkelstellung mit einer Getriebeschnittebene beschreibbar, welche orthogonal zur Getriebeausgangswelle angeordnet ist. Eine Rotationsachse der Getriebeeingangswelle weist einen ersten Durchstoßpunkt in dieser Getriebeschnittebene auf. Vorzugsweise weist eine Rotationsachse der Getriebeausgangswelle einen zweiten Durchstoßpunkt in der Getriebequerschnittsebene auf. Weiter vorzugsweise weist eine Rotationsachse der Abtriebsgetriebewelle einen dritten Durchstoßpunkt in der Getriebeschnittebene auf. Vorzugsweise ist eine erste Verbindungsgerade derart gebildet, dass dieses durch den ersten und den zweiten Durchstoßpunkt in dieser Getriebeschnittebene verläuft. Weiter vorzugsweise ist eine zweite Verbindungsgerade derart gebildet, dass diese durch diesen zweiten und diesen dritten Durchstoßpunkt in der Getriebeschnittebene verläuft. Diese beiden Verbindungsgeraden schließen insbesondere einen spitzen Winkel b miteinander ein. Vorzugsweise ist dieser Winkel b aus einem Bereich ausgewählt, welcher kleiner ist als 180°, vorzugsweise kleiner ist als 170° und bevorzugt kleiner oder gleich 150°. Weiter ist dieser Bereich für den Winkel b größer als 90°, vorzugsweise größer als 120° und besonders bevorzugt größer oder gleich 135°. Untersuchungen haben gezeigt, dass eine Anordnung des Abtriebsgetriebes im Verhältnis zur Getriebeeinrichtung unter den genannten Winkelbedingungen einen besonders platzsparenden Aufbau der Getriebeeinrichtung ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Getriebeeinrichtung ist der zweite Leistungsübertragungsabschnitt mit einer Gelenkwelle koppelbar. Vorzugsweise ist Antriebsleistung von diesem zweiten Leistungsübertragungsabschnitt auf eine weitere Kraftfahrzeugachse übertragbar. Insbesondere wenn Antriebsleistung von diesem zweiten Leistungsübertragungsabschnitt auf eine weitere Kraftfahrzeugachse übertragbar ist, ist ein Allradantriebssystem darstellbar.
Erfindungsgemäß kann eine Getriebeeinrichtung der zuvor beschriebenen Art in einen Kraftfahrzeugantriebsstrang integriert sein. Dabei weist ein derartiger Antriebsstrang eine erste Antriebsmaschine auf, welche insbesondere als Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist, und eine zweite Antriebsmaschine, welche insbesondere als elektromechanischer Energiewandler ausgebildet ist. Bei diesen erfindungsgemäßen Antriebsstrang ist der erste Leistungsübertragungsabschnitt mittelbar oder unmittelbar mit einem Vorderachsdifferential einer vorderen antreibbaren Kraftfahrzeugachse und der zweite Leistungsübertragungsabschnitt zusätzlich oder alternativ mit einem Hinterachsdifferential einer hinteren antreibbaren Fahrzeugachse eines Kraftahrzeugs verbindbar. Es hat sich gezeigt, dass mit einer erfindungsgemäßen Getriebeeinrichtung besonders platzsparende Kraftfahrzeugantriebsstränge darstellbar sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Kraftfahrzeugantriebsstrangs ist die erste Antriebsmaschine als Verbrennungskraftmaschine in Hubkolbenbauweise ausgebildet. Vorzugsweise weist eine derartige Verbrennungskraftmaschine eine Kurbelwelle zum Abgeben der mechanischen Leistung auf. Weiter vorzugsweise ist die erste Getriebeeingangswelle konzentrisch oder achsparallel zu dieser Kurbelwelle ausgerichtet. Weiter vorzugsweise sind diese beiden Wellen achsparallel zu einer Längserstreckung wenigstens einer der antreibbaren Kraftfahrzeugachsen, beziehungsweise zu einer Rotationsachse der antreibbaren Räder, wenigsten in einem ungelenkten Zustand (geradeaus Fahrt), ausgerichtet. Insbesondere durch diese Art der Ausrichtung der Verbrennungskraftmaschine bzw. der Getriebeeinrichtung zu den Kraftfahrzeugachsen ergibt sich ein sogenannter Quereinbau der Verbrennungskraftmaschine. Derartige Einbausituationen sind von herkömmlichen Antriebssträngen als sogenannte Frontquerantriebe bekannt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Kraftfahrzeugantriebsstrangs ist die Kurbelwelle und die Getriebeeingangswelle orthogonal zur Längserstreckung wenigstens einer der antreibbaren Kraftfahrzeugachsen, beziehungsweise zu einer Rotationsachse der antreibbaren Räder, wenigsten in einem ungelenkten Zustand (geradeaus Fahrt), ausgerichtet. Insbesondere durch diese Art der Ausrichtung der Verbrennungskraftmaschine bzw. der Getriebeeinrichtung zu den Kraftfahrzeugachsen ergibt sich ein sogenannter Längseinbau der Verbrennungskraftmaschine. Derartige Einbausituationen sind von herkömmlichen Antriebssträngen als sogenannte Frontlängsantriebe bekannt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Kraftfahrzeugantriebsstrangs sind die Getriebeeinrichtung und die Verbrennungskraftmaschine wenigstens abschnittsweise in einer Verbindungsebene miteinander verbunden. Vorzugsweise weist die Getriebeeinrichtung ein sogenanntes Getriebegehäuse auf. Weiter vorzugsweise weist die Verbrennungskraftmaschine ein sogenanntes Kurbelgehäuse oder Motorgehäuse auf. Weiter vorzugsweise sind diese beiden Gehäuse baulich, insbesondere in einer Getriebeschnittebene, voneinander getrennt und in der Verbindungsebene wenigstens abschnittsweise miteinander, insbesondere lösbar, verbindbar.
Weiter vorzugsweise ist diese Verbindungsebne orthogonal zu der Getriebeeingangswelle angeordnet. Insbesondere durch diese Anordnung der Verbrennungskraftmaschine und der Getriebeeinrichtung erstreckt sich die Verbindungsebene wenigstens im Wesentlichen zwischen der Verbrennungskraftmaschine und der Getriebeeinrichtung.
Vorzugsweise ist das zuvor angesprochene Abtriebsgetriebe, insbesondere vollständig, auf einer Seite dieser Verbindungsebene angeordnet. Dabei ist dieses Abtriebsgetriebe vorzugsweise vollständig auf der Seite der Verbindungsebene angeordnet, auf welcher auch die Getriebeeinrichtung angeordnet ist. Untersuchungen haben gezeigt, dass sich durch diese Anordnung des Abtriebsgetriebes ein besonders platzsparender Antriebsstrang mit hohem Wirkungsgrad darstellen lässt.
Bevorzugte Ausführungsformen, Merkmale und Kombinationen der Erfindung sind in teilweise schematisierter Form in den nachfolgend erläuterten Figuren dargestellt, dabei zeigt:
1 ein erstes Schema einer derartigen Getriebeeinrichtung,
2 ein zweites Schema einer derartigen Getriebeeinrichtung,
3a ein erster Antriebsstrang mit Getriebeeinrichtung, Vorgelegegetriebe und Abtriebsgetriebe sowie Antriebsmaschinen,
3b ein zweiter Antriebsstrang mit Getriebeeinrichtung, Vorgelegegetriebe und Abtriebsgetriebe sowie Antriebsmaschinen,
3c ein dritter Antriebsstrang mit Getriebeeinrichtung, Vorgelegegetriebe und Abtriebsgetriebe sowie Antriebsmaschinen,
4a ein erster Antriebsstrang mit Getriebeeinrichtung, Vorgelegegetriebe, Gelenkwelle sowie Antriebsmaschinen für einen Heckantrieb,
4b ein zweiter Antriebsstrang mit Getriebeeinrichtung, Vorgelegegetriebe, Gelenkwelle sowie Antriebsmaschinen für einen Heckantrieb,
5a ein erster Antriebsstrang mit Getriebeeinrichtung, Vorgelegegetriebe, Gelenkwelle sowie Antriebsmaschinen für einen Allradantrieb,
5b ein zweiter Antriebsstrang mit Getriebeeinrichtung, Vorgelegegetriebe, Gelenkwelle sowie Antriebsmaschinen für einen Allradantrieb,
6a eine perspektivische Ansicht eines Frontantriebsstrangs,
6b die Winkelposition des Abtriebsgetriebes in der Getriebeschnittebene.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Getriebeeinrichtung in einer ersten Variante 1.1. Die Getriebeeinrichtung weist einen ersten Getriebeeingang 1a und einen zweiten Getriebeeingang 1b auf. Die beiden Getriebeeingänge sind konzentrisch zueinander angeordnet. Die Getriebeeingangswelle bzw. die beiden Getriebeeingängen sind über eine Kupplung 7 drehfest miteinander verbindbar. Durch diese drehfeste Verbindung ist eine sogenannte Standladefunktion ermöglicht, dabei wird Antriebsleistung vom ersten Getriebeeingang 1a unmittelbar auf den zweiten Getriebeeingang 1b übertragen. Über den ersten Getriebeeingang 1a ist einer Doppelkupplung 6 Antriebsdrehmoment von einer Verbrennungskraftmaschine (nicht dargestellt) zuführbar. Über den zweiten Getriebeeingang 1b ist der Getriebeeinrichtung ein weiteres Antriebsdrehmoment von einem elektromechanischen Energiewandler (nicht dargestellt) zuführbar, oder aus der Getriebeeinrichtung wird diesem elektromechanischen Energiewandler Antriebsleistung zugeführt, beispielsweise im generatorischen Betrieb. Dabei ist der erste Getriebeeingang 1a einem ersten Teilgetriebe 3a zugeordnet und der zweite Getriebeeingang 1b einem zweiten Teilgetriebe 4.
Diese beiden Teilgetriebe 3a, 4 sind als schaltbare Teilgetriebe ausgebildet und weisen jeweils wenigstens zwei, vorzugsweise mehrere, diskrete Schaltstufen auf. Von beiden Teilgetrieben ist die zugeführte Antriebsleistung über die Getriebeabtriebswelle 5 an die beiden Drehmomentübertragungsbereiche 2a, 2b abgebbar. Dabei können diese Drehmomentübertragungsbereiche 2a, 2b mit weiteren Getriebeeinrichtungen bzw. mit Wellen oder Gelenkswellen koppelbar sein.
Weiter weist in dieser ersten Variante 1.1 das erste Teilgetriebe 3a, 3 diskrete Schaltstufen auf.
In 2 ist eine zweite Variante 1.2 einer erfindungsgemäßen Getriebeeinrichtung in einer schematisierten Schnittdarstellung gezeigt. Dabei weist auch diese zweite Variante 1.2 zwei Getriebeeingänge 1a, 1b auf. Diese beiden Getriebeeingänge sind jeweils einem Teilgetriebe 3b beziehungsweise 4 zugeordnet. Der erste Getriebeeingang 1a kann Antriebsleistung über eine Doppelkupplung 6 der Getriebeeinrichtung 1.2 zuführen. Der zweite Getriebeeingang 1b ist mittels der Kupplung 7 mit dem ersten Getriebeeingang 1a verbindbar. Auch bei dieser Getriebevariante 1.2 ist der erste Getriebeeingang 1a mit einer Verbrennungskraftmaschine (nicht dargestellt) und der zweite Getriebeeingang 1b mit einem elektromechanischen Energiewandler (nicht dargestellt) verbindbar.
Die von diesen beiden Antriebsmaschinen zur Verfügung gestellte Antriebsleistung kann über die Getriebeabtriebswelle 5 an die zwei Drehmomentübertragungsbereiche 2a und 2b abgegeben werden. Die zweite Teilgetriebe Variante 3b weist gegenüber der ersten Teilgetriebe Variante 3a eine zusätzliche Schaltstufe 3b.1, und damit vier Schaltstufen auf.
3 zeigt unterschiedliche Varianten von Frontantriebsvarianten, welche 3 zeigt unterschiedliche Varianten von Frontantriebsvarianten, welche eine erfindungsgemäße die Getriebevariante 1.1 aufweisen. Dabei wird nachfolgend auf einzelne Besonderheiten dieser Antriebssysteme eingegangen.
Der in 3a dargestellte Antriebsstrang weist, eine Verbrennungskraftmaschinen VKM und einen elektromechanischen Energiewandler EM als Antriebsmaschinen auf. Von der Verbrennungskraftmaschine VKM ist die Antriebsleistung ohne eine weitere Getriebeeinrichtung und damit unmittelbar, an den ersten Getriebeeingang 1a abgebbar. Vom elektromechanischen Energiewandler EM ist Antriebsleistung über den zweiten Getriebeeingang 1b zuführbar, beziehungsweise kann diesem Leistung aus der Getriebeeinrichtung zugeführt werden, beispielsweise zur Rekuperation oder Standladung. Die Getriebevariante 1.1 weist zwei Drehmomentübertragungsabschnitte 2a, 2b auf. Die antreibbaren Räder (nicht dargestellt) sind mittels eines Vorderachsdifferentials VD und eines Abtriebsgetriebes AG mit dem ersten Drehmomentüberragungsabschnitt 2a gekoppelt.
Der elektromechanischen Energiewandler EM ist mittels eines ersten Vorgelegegetriebes, Variante VG.1, mit dem zweiten Teilgetriebe gekoppelt. Dabei kann dieses Vorgelegegetriebe VG.1 an die Lastanforderungen und an das Drehzahl-/Drehmomentkennfeld des elektromechanischen Energiewandlers EM angepasst werden. Das Vorgelegegetriebe VG.1 ist als einstufiges Planetengetriebe, Umlaufgetriebe mit einem vollständigen Planetenradsatz, ausgebildet.
In 3b ist ein weiterer Frontantriebsstrang mit einer Getriebevariante 1.1 dargestellt. Dieser Antriebsstrang weist eine Verbrennungskraftmaschine VKM und einen elektromechanischen Energiewandler EM als Antriebsmaschinen auf. Der elektromechanische Energiewandler EM ist mittels eines zweiten Vorgelegegetriebes, Variante VG.2, mit dem zweiten Teilgetriebe über den zweiten Getriebeeingang 1b koppelbar. Das zweite Vorgelegegetriebe VG.2 ist dabei als ein Umlaufgetriebe mit einem ersten und einem zweiten Planetenradsatz ausgebildet.
Das Vorderachsdifferential VD, welches mit den antreibbaren Rädern der Vorderachse (nicht dargestellt) gekoppelt ist, ist mittels des Abtriebsgetriebes AG mit der Getriebevariante 1.1 verbunden.
3c zeigt einen weiteren Frontantriebsstrang mit einer Getriebevariante 1.1. Das Abtriebsgetriebe AG ist mittels seiner Abtriebseingangswelle AG.1 mit diesem verbunden. Das Vorderachsdifferential VD ist drehmomentleitend mit der Abtriebsausgangswelle AG.2 verbunden. Der elektromechanische Energiewandler EM ist durch ein drittes Vorgelegegetriebe, Variante VG.3, an den Getriebeeingang 1b des zweiten Teilgetriebes angebunden. Das Vorgelegegetriebe VG.3 ist als einfache Stirnradstufe ausgebildet.
4 zeigt unterschiedliche Varianten von Heckantriebsvarianten, welche eine erfindungsgemäße die Getriebevariante 1.1 aufweisen. Dabei wird nachfolgend auf einzelne Besonderheiten dieser Antriebssysteme eingegangen.
Der in 4a dargestellte Antriebsstrang weist, eine Verbrennungskraftmaschinen VKM und einen elektromechanischen Energiewandler EM als Antriebsmaschinen auf. Von der Verbrennungskraftmaschine VKM ist die Antriebsleistung ohne eine weitere Getriebeeinrichtung unmittelbar an den ersten Getriebeeingang 1a abgebbar. Vom elektromechanischen Energiewandler EM ist Antriebssleistung über den zweiten Getriebeeingang 1b zuführbar, beziehungsweise kann diesem Leistung aus der Getriebeeinrichtung 1.1 zugeführt werden, beispielsweise zur Rekuperation oder Standladung.
Die Getriebevariante 1.1 weist zwei Drehmomentübertragungsabschnitte 2a, 2b auf. Die antreibbaren Räder (nicht dargestellt) sind mittels einer Gelenkwelle GW und einem Hinterachsdifferential HD mit dem zweiten Drehmomentüberragungsabschnitt 2b gekoppelt. Der erste Drehmomentübertragungsabschnitt 2a ist zwar physisch vorhanden, wird in diesem Antriebsstrang aber nicht zur Drehmomentübertragung genutzt. Das erste Teilgetriebe empfängt die Antriebsleistung von der Verbrennungskraftmaschine VKM selektiv über die Doppelkupplung 6.
Der elektromechanischen Energiewandler EM ist mittels eines zweiten Vorgelegegetriebes, Variante VG.2, mit dem zweiten Teilgetriebe gekoppelt.
In 4b ist ein weiterer Heckantriebsstrang mit einer Getriebevariante 1.1 dargestellt. Dieser Antriebsstrang weist eine Verbrennungskraftmaschine VKM und einen elektromechanischen Energiewandler EM als Antriebsmaschinen auf. Der elektromechanische Energiewandler EM ist mittels eines ersten Vorgelegegetriebes, Variante VG.1, mit dem zweiten Teilgetriebe über den zweiten Getriebeeingang 1b koppelbar.
Das Hinterachsdifferential HD, welches mit den antreibbaren Rädern der Hinterachse (nicht dargestellt) gekoppelt ist, ist mittels der Gelenkwelle GW mit dem zweiten Drehmomentübertragungsabschnitt 2b verbunden.
5 zeigt unterschiedliche Varianten von Allradantriebsvarianten, welche eine erfindungsgemäße die Getriebevariante 1.2 aufweisen. Dabei wird nachfolgend auf einzelne Besonderheiten dieser Antriebssysteme eingegangen.
Der in 5a dargestellte Antriebsstrang weist eine Verbrennungskraftmaschinen VKM und einen elektromechanischen Energiewandler EM als Antriebsmaschinen auf. Von der Verbrennungskraftmaschine VKM ist die Antriebsleistung ohne eine weitere Getriebeeinrichtung unmittelbar an den ersten Getriebeeingang 1a abgebbar. Vom elektromechanischen Energiewandler EM ist Antriebssleistung über den zweiten Getriebeeingang 1b zuführbar, beziehungsweise kann diesem Leistung aus der Getriebeeinrichtung 1.2 zugeführt werden.
Die Getriebevariante 1.2 weist zwei Drehmomentübertragungsabschnitte 2a, 2b auf. Die antreibbaren Räder (nicht dargestellt) sind mittels einer Gelenkwelle GW und einem Hinterachsdifferential HD mit dem zweiten Drehmomentüberragungsabschnitt 2b gekoppelt. Der erste Drehmomentübertragungsabschnitt 2a ist über ein Abtriebsgetriebe AG mit dem Vorderachsdifferential VD gekoppelt. Vom Vorderachsdifferential VD ist Antriebsleistung an die antreibbaren Vorderräder (nicht dargestellt) verteilbar. Das erste Teilgetriebe empfängt die Antriebsleistung von der Verbrennungskraftmaschine VKM selektiv über die Doppelkupplung 6. Durch eine derartige Doppelkupplung 6 sind schnelle und insbesondere zugkraftunterbrechungsfreie Schaltungen ermöglicht.
Der elektromechanischen Energiewandler EM ist mittels eines zweiten Vorgelegegetriebes, Variante VG.2, mit dem zweiten Teilgetriebe gekoppelt. Dabei kann die Vorgelegegetriebe Variante an die Lastanforderungen und an das Drehzahl-/Drehmomentkennfeld des elektromechanischen Energiewandlers EM angepasst werden. Die Vorgelegegetriebe Variante VG.2 ist als ein Umlaufgetriebe ausgebildet.
In 5b ist ein weiterer Allradantriebsstrang mit einer Getriebevariante 12 dargestellt. Dieser Antriebsstrang weist eine Verbrennungskraftmaschine VKM und einen elektromechanischen Energiewandler EM als Antriebsmaschinen auf. Der elektromechanische Energiewandler ist mittels einer ersten Vorgelegegetriebe Variante VG.1 mit dem zweiten Teilgetriebe über den zweiten Getriebeeingang 1b koppelbar. Das Vorgelegetriebe VG.1 ist dabei als ein Stirnradgetriebe ausgebildet.
Das Hinterachsdifferential VD, welches mit den antreibbaren Rädern der Hinterachse (nicht dargestellt) gekoppelt ist, ist mittels der Gelenkwelle GW mit dem zweiten Drehmomentübertragungsabschnitt 2b verbunden. Die antreibbaren Räder an der Vorderachse (nicht dargestellt) sind mittels des Abtriebsgetriebes AG und dem Vorderachsdifferential VD mit der Getriebevariante 1.2 verbunden.
6a zeigt einen Antriebsstrang für eine Vorderradantrieb (Frontantriebssystem), die grundsätzlichen Zusammenhänge zur Anordnung des Abtriebsgetriebes AG gelten aber gleichermaßen für ein Allradantriebssystem.
Die Getriebevariante 1.1 ist an der Getriebeschnittebene GSE mit einer Verbrennungskraftmaschine (nicht dargestellt) koppelbar. Dabei kann die von der Verbrennungskarftmaschine abgebbare Antriebsleistung über den ersten Getriebeeingang 1a in die Getriebevariante 1.1 eingekoppelt werden. An der der Getriebeschnittebene GSE gegenüberliegenden Seite der Getriebevariante 1.1 ist der elektromechanische Energiewandler EM angeordnet. Das Abtriebsgetriebe AG ist mit dem Vorderachsdifferential VD gekoppelt, von diesem wird die Antriebsleistung auf die antreibbaren Räder (nicht dargestellt) verteilt.
6b verdeutlicht die Winkellage des Abtriebsgetriebs AG zur Getriebevariante 1.1 oder 1.2. Dabei stellt D1 den Durchstoßpunkt der Getriebeeingangswelle, auf dieser ist der erste Getriebeeingang 1a (nicht dargestellt) angeordnet, durch die Getriebeschnittebene GSE dar. D2 repräsentiert den Durchstoßpunkt der Rotationsachse der Getriebausgangswelle 5 durch die Getriebeschnittebene GSE. D3 stellt den Durchstoßpunkt der Rotationsachse der Abtriebsausgangswelle (AG.2, nichtdargestellt) durch die Getriebeschnittebene GSE dar.
Die Verbindungsgerade des ersten D1 und zweiten D2 Durchstoßpunktes wird als VB1 bezeichnet. Die Verbindungsgerade des zweiten D2 mit dem dritten D3 Durchstoßpunkt wird als VB2 bezeichnet.
Die beiden Verbindungsgeraden VB1, VB2 schließen einen spitzen Winkel b zwischen sich ein. Der spitze Winkel b ist dabei aus dem erfinderischen Bereich gewählt. Untersuchungen haben gezeigt, dass sich durch diese Winkellagen ein besonders geringer Bauraumbedarf ergibt und so eine gute Integration des Antriebsstrangs in die Fahrzeugarchitektur ermöglicht ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013211975 A1 [0001, 0003]

Claims

Getriebeeinrichtung für ein Kraftfahrzeugantriebssystem zum Antrieb wenigstens einer Kraftfahrzeugachse mit einem ersten Teilgetriebe (3a, 3b) mit einer ersten Getriebeeingangswelle (1a) zum Aufnehmen von Antriebsleistung einer ersten Antriebsmaschine (VKM), insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine und einem zweiten Teilgetriebe (4) mit einer zweiten Getriebeeingangswelle (1b) zum Aufnehmen von Antriebsleistung einer zweiten Antriebsmaschine (EM), insbesondere einem elektromechanischen Energiewandler, einer Getriebeausgangswelle (5), wobei diese zum Übertragen von Antriebsleistung sowohl der ersten als auch der zweiten Antriebsmaschine zu wenigstens einem Leistungsübertragungsabschnitt (2a) eingerichtet ist, wobei die Teilgetriebe (3a, 3b, 4) derart eingerichtet sind, dass ein Drehzahlverhältnis zwischen der ersten Getriebeeingangswelle (1a) und der Getriebeausgangswelle (5) unabhängig von einem Drehzahlverhältnis der zweiten Getriebeeingangswelle (1b) und der Getriebeausgangswelle (5) einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeinrichtung einen zweiten Leistungsübertragungsabschnitt (2b) aufweist, dass Antriebsleistung von einem dieser Leistungsübertragungsabschnitte (2a, 2b) auf wenigstens eine Kraftfahrzeugachse übertragbar ist.
Getriebeeinrichtung gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsübertragungsabschnitte (2a, 2b) an gegenüberliegenden Seiten der Getriebeausgangswelle (5) und damit insbesondere auch der Getriebeeinrichtung angeordnet sind.
Getriebeeinrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teilgetriebe (3a, 3b) als ein Doppelkupplungsgetriebe ausgebildet ist, in welchem mittels einer Doppelkupplung (6) die von der ersten Antriebsmaschine (VKM) abgebbare Antriebsleistung selektiv an eine erste Teilwelle, welcher eine erste Gruppe von Schaltstufen zugeordnet ist und eine zweite Teilwelle, welcher eine zweite Gruppe von Schaltstufen zugeordnet ist, übertragbar ist.
Getriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Getriebeeingangswelle (1a) und die zweite Getriebeeingangswelle (1b) durch eine Kupplung (7) in drehmomentleitender Weise miteinander verbindbar sind und, dass diese Wellen (1a, 1b) konzentrisch zueinander angeordnet sind.
Getriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bezogen auf den Leistungsfluss von wenigstens der zweiten Antriebsmaschinen (EM) zu der antreibbaren Kraftfahrzeugachse die zweite Getriebeeingangswelle (1b) mit einem Vorgelegegetriebe (VG.1, VG.2, VG.3) derart gekoppelt ist, dass die von der zweiten Antriebsmaschine (EM) bereitstellbare Antriebsleistung zuerst auf das Vorgelegegetriebe (VG.1, VG.2, VG.3) und danach auf das zweite Teilgetriebe (4) übertragbar ist.
Getriebeeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorgelegegetriebe (VG.1) als eine Stirnradstufe ausgebildet ist.
Getriebeeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorgelegegetriebe (VG.2) als ein Umlaufgetriebe ausgebildet ist, dass das Umlaufgetriebe wenigstens einen, zwei oder eine Vielzahl von Planetenradsätzen aufweist.
Getriebeeinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorgelegegetriebe (VG.3) zwischen wenigsten zwei diskreten Übersetzungsverhältnissen selektiv schaltbar ist.
Getriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Leistungsübertragungsabschnitt (2a) mit einem Abtriebsgetriebe (AG) derart verbindbar ist, dass, bezogen auf den Leistungsfluss von wenigstens einer der Antriebsmaschine (Verbrennungskraftmaschine, EM) zu der antreibbaren Kraftfahrzeugachse, das Abtriebsgetriebe (AG) zwischen einer angetriebene Kraftfahrzeugachse und dem ersten Leistungsübertragungsabschnitt (2a) angeordnet ist und, dass dieses Abtriebsgetriebe (AG) eine zur Getriebeausgangswelle (5) achsparallele Abtriebsgetriebewelle (AG.2) aufweist.
Getriebeeinrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch, eine Getriebeschnittebene (GSE), welche orthogonal zur Getriebeausgangswelle (5) angeordnet ist, dass eine Rotationsachse der ersten Getriebeeingangswelle (1a) einen ersten Durchstoßpunkt (D1) in dieser Getriebeschnittebene (GSE) aufweist, dass eine Rotationsachse der Getriebeausgangswelle (5) einen zweiten Durchstoßpunkt (D2) in der Getriebequerschnittsebene (GSE) aufweist, dass eine Rotationsachse der Abtriebsgetriebewelle (AG.2) einen dritten Durchstoßpunkt (D3) in der Getriebeschnittebene (GSE) aufweist, dass eine erste Verbindungsgerade (VB1) durch den ersten und den zweiten Durchstoßpunkt (D1, D2) verläuft, dass eine zweite Verbindungsgerade (VB2) durch den zweiten und den dritten Durchstoßpunkt (D2, D3) verläuft, dass zwischen der ersten und der zweiten Verbindungsgeraden (VB1, VB2) ein spitzer Winkel b eingeschlossen ist, dass der Winkel b kleiner ist als 180°, vorzugsweise kleiner ist als 170° und bevorzugt kleiner oder gleich 150° ist und, dass der Winkel b größer ist als 90°, vorzugsweise größer ist als 120° und bevorzugt größer oder gleich 135° ist.
Getriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Leistungsübertragungsabschnitt (2b) mit einer Gelenkwelle (GW) koppelbar ist und, dass Antriebsleistung von diesem zweiten Leistungsübertragungsabschnitte (2b) auf eine weitere Kraftfahrzeugachse übertragbar ist.
Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einer Getriebeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antriebsmaschine als Verbrennungskraftmaschine (VKM) ausgebildet ist, dass die zweite Antriebsmaschine als elektromechanischer Energiewandler (EM) ausgebildet ist, dass der erste Leistungsübertragungsabschnitt (2a) mittelbar oder unmittelbar mit einem Vorderachsdifferential (VD) einer vorderen antreibbaren Kraftfahrzeugachse und, dass der zweite Leistungsübertragungsabschnitt (2b) zusätzlich oder alternativ mit einem Hinterachsdifferential (HD) einer hinteren antreibbaren Fahrzeugachse verbunden ist.
Kraftfahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antriebsmaschine als Verbrennungskraftmaschine (VKM) ausgebildet ist, dass die Verbrennungskraftmaschine eine Kurbelwelle zum Abgeben der mechanischen Leistung aufweist und, dass die erste Getriebeeingangswelle (1a) konzentrisch oder achsparallel zu der Kurbelwelle ausgerichtet ist und, dass diese beiden Wellen orthogonal zu einer Längserstreckung wenigstens einer der antreibbaren Fahrzeugachsen ausgerichtet ist.
Kraftfahrzeugantriebsstrang nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeinrichtung, insbesondere ein Gehäuse der Getriebeeinrichtung und die Verbrennungskraftmaschine, insbesondere ein Gehäuse der Verbrennungskraftmaschine, wenigstens abschnittsweise in einer Verbindungsebene miteinander verbunden sind, dass diese Verbindungsebne orthogonal zur Getriebeeingangswelle angeordnet ist und, dass der erste Leistungsübertragungsabschnitt (2a), insbesondere das Abtriebsgetriebe (AG), vollständig auf der Seite der Verbindungsebene angeordnet ist, auf welcher die Getriebeeinrichtung (1.1, 1.2) angeordnet ist.