DE102021200255A1 - Hybrid transmission drive system - Google Patents
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Abstract
Es wird ein_Hybridgetriebe-Antriebssystem (1) mit einem Verbrennungsmotor (50) und einer elektrischen Maschine (9) vorgeschlagen, wobei der Verbrennungsmotor (50) an einer ersten Getriebewelle (7) angebunden ist, wobei die erste Getriebewelle (7) die Schalträder (20A, 30A, 10A) beinhaltet, die mit der ersten Getriebewelle (7) verbindbar sind, wobei auf der zweiten Getriebewelle (8) die Festräder der ungeraden Gänge (30B, 10B) und konzentrisch ein Planetengetriebe (40) mit einem Sonnenrad (40A), einem Planetenträger (40B), Planetenrädern und einem Hohlrad (40C) und eine dritte Getriebewelle (6) angeordnet sind, wobei die zweite Getriebewelle (8) mit der dritten Getriebewelle (6), die mit dem Planetenträger (40B) des Planetengetriebes (40) verbunden ist, über eine Reibungskupplung (K1) ankuppelbar ist, wobei das Hohlrad (40C) des Planetengetriebes (40) das zu dem Schaltrad (20A) gehörenden Festrad (20B) der zweiten Gangstufe (20) trägt und über einen Zahnradsatz (9A, 9B) mit der elektrischen Maschine (9) wirkverbunden ist, wobei die dritte Getriebewelle (6) ein Abtriebsrad (13) treibt.A hybrid transmission drive system (1) with an internal combustion engine (50) and an electric machine (9) is proposed, the internal combustion engine (50) being connected to a first transmission shaft (7), the first transmission shaft (7) supporting the shift wheels (20A , 30A, 10A) which can be connected to the first gear shaft (7), the fixed gears of the odd gears (30B, 10B) and concentrically a planetary gear (40) with a sun gear (40A) being mounted on the second gear shaft (8), a planetary carrier (40B), planetary gears and a ring gear (40C) and a third transmission shaft (6), the second transmission shaft (8) being connected to the third transmission shaft (6) which is connected to the planetary carrier (40B) of the planetary transmission (40) is connected, can be coupled via a friction clutch (K1), the ring gear (40C) of the planetary gear (40) carrying the fixed wheel (20B) of the second gear stage (20) belonging to the ratchet wheel (20A) and via a gear set (9A, 9B ) with the electr Chen machine (9) is operatively connected, wherein the third transmission shaft (6) drives a driven wheel (13).
Description
Die Erfindung betrifft ein Hybridgetriebe-Antriebssystem mit einem Verbrennungsmotor und einer elektrischen Maschine, wobei der Verbrennungsmotor an einer ersten Getriebewelle und die elektrische Maschine an einem Planetengetriebe auf einer zweiten Getriebewelle angebunden ist.The invention relates to a hybrid transmission drive system with an internal combustion engine and an electric machine, the internal combustion engine being connected to a first transmission shaft and the electric machine being connected to a planetary gear on a second transmission shaft.
Stand der TechnikState of the art
Hybridantriebe mit zwei oder mehr verschiedenen Antriebsquellen können zur Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemissionen im Fahrzeugverkehr beitragen. Um einen möglichst effektiven Betrieb des Hybridantriebs zu erreichen, werden Antriebsstrategien eingesetzt, die einen Elektroantrieb situationsbedingt flexibel nutzen, beispielsweise zum Anfahren, als alleinige Antriebsquelle im städtischen Kurzstreckenverkehr oder in einem Stop-and-Go-Betrieb, als zusätzliche Antriebsquelle bei erhöhten Leistungsanforderungen in einem Boostbetrieb, als Startergenerator zum schnellen Starten des Verbrennungsmotors sowie als Generator zur Stromerzeugung, oder zur Energierückgewinnung in einem Rekuperationsbetrieb. Der Verbrennungsmotor soll hingegen zumindest überwiegend in verbrauchs-, drehmoment- und drehzahlgünstigen Betriebspunkten bei hohem Wirkungsgrad betrieben werden.Hybrid drives with two or more different power sources can contribute to reducing fuel consumption and pollutant emissions in vehicle traffic. In order to achieve the most effective operation of the hybrid drive, drive strategies are used that use an electric drive flexibly depending on the situation, for example for starting, as the sole drive source in short-distance urban traffic or in stop-and-go operation, as an additional drive source with increased performance requirements in one Boost mode, as a starter generator for quick starting of the combustion engine and as a generator to generate electricity, or for energy recovery in a recuperation mode. The internal combustion engine, on the other hand, should be operated at least predominantly in operating points that are favorable in terms of consumption, torque and speed with high efficiency.
Bei Hybridfahrzeugen sind Getriebe bekannt, welche neben einem Radsatz auch eine oder mehrere Elektromaschinen aufweisen. Das Getriebe ist dabei üblicherweise mehrgängig gestaltet, d. h. es sind mehrere unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse als Gänge zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle durch Betätigung entsprechender Schaltelemente schaltbar, wobei dies oft automatisch vollzogen wird. Je nach Anordnung der Schaltelemente handelt es sich bei diesen um Kupplungen oder auch um Bremsen. Das Getriebe wird dabei dazu genutzt, ein Zugkraftangebot einer Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges in Hinblick auf verschiedene Kriterien geeignet umzusetzen. Dabei werden die Gänge des Getriebes zumeist auch im Zusammenspiel mit der zumindest einen Elektromaschine zur Darstellung eines rein elektrischen Fahrens verwendet. Häufig kann die zumindest eine Elektromaschine außerdem im Getriebe zur Darstellung verschiedener Betriebsmodi auf unterschiedliche Weisen eingebunden werdenIn hybrid vehicles, transmissions are known which, in addition to a wheel set, also have one or more electric machines. The transmission is usually designed with multiple gears, d. H. several different transmission ratios can be switched as gears between an input shaft and an output shaft by actuating corresponding switching elements, this often being carried out automatically. Depending on the arrangement of the shifting elements, these are either clutches or brakes. In this case, the transmission is used to suitably implement a tractive force available from a drive machine of the motor vehicle with regard to various criteria. The gears of the transmission are usually also used in conjunction with the at least one electric machine to represent purely electric driving. The at least one electric machine can often also be integrated in different ways in the transmission to represent different operating modes
Ziel der Entwicklung sind Hybridgetriebe-Antriebsstränge, die möglichst kompakt sind, und die bei möglichst geringer Kompliziertheit mit geringem Kosten- und Konstruktionsaufwand in Fahrzeuge implementiert werden können. Grundsätzlich können Hybridantriebe mit allen gängigen Formen von Fahrzeuggetrieben zur Bildung von Antriebsübersetzungen kombiniert werden. Als besonders vorteilhaft hinsichtlich Effizienz, Flexibilität sowie Fahrkomfort sind aber Parallelhybridanordnungen mit im Kraftfluss parallelem Verbrennungsmotor und Elektroantrieb in Verbindung mit einem automatisierten oder automatischen Schaltgetriebe.The aim of the development is hybrid transmission drive trains that are as compact as possible and that can be implemented in vehicles with the least possible complexity and with low cost and design effort. In principle, hybrid drives can be combined with all common forms of vehicle transmissions to form drive ratios. However, parallel hybrid configurations with a combustion engine and electric drive in parallel in the power flow in connection with an automated or automatic manual transmission are particularly advantageous in terms of efficiency, flexibility and driving comfort.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Die Aufgabe wird gelöst mit einer Hybridgetriebe-Antriebsanordnung mit einem Verbrennungsmotor und einer elektrischen Maschine, wobei der Verbrennungsmotor an einer ersten Getriebewelle angebunden ist, wobei die erste Getriebewelle die Schalträder beinhaltet, die mit der ersten Getriebewelle verbindbar sind, wobei auf der zweiten Getriebewelle die Festräder der ungeraden Gänge und konzentrisch ein Planetengetriebe mit einem Sonnenrad, einem Planetenträger, Planetenrädern und einem Hohlrad und eine dritte Getriebewelle angeordnet sind, wobei die zweite Getriebewelle mit der dritten Getriebewelle, die mit dem Planetenträger des Planetengetriebes verbunden ist, über eine Reibungskupplung ankuppelbar ist, wobei das Hohlrad des Planetengetriebes mindestens ein zu einem Schaltrad gehörendes Festrad einer geraden Gangstufe trägt und über einen Zahnradsatz mit der elektrischen Maschine wirkverbunden ist, wobei die dritte Getriebewelle ein Abtriebsrad treibt.The object is achieved with a hybrid transmission drive arrangement with an internal combustion engine and an electric machine, the internal combustion engine being connected to a first transmission shaft, the first transmission shaft containing the switching gears which can be connected to the first transmission shaft, the fixed gears on the second transmission shaft of the odd gears and a planetary gear with a sun gear, a planet carrier, planet gears and a ring gear and a third gear shaft are arranged concentrically, wherein the second gear shaft can be coupled to the third gear shaft, which is connected to the planet carrier of the planetary gear, via a friction clutch, wherein the ring gear of the planetary gear carries at least one fixed gear belonging to a ratchet gear of an even gear stage and is operatively connected to the electric machine via a gear set, the third gear shaft driving an output gear.
Als gerade Gangstufen werden die Gangstufen 2, 4, 6 etc. bezeichnet, als ungerade Gangstufen die Gangstufen 1, 3, 5...
Das Hybridgetriebe-Antriebssystem stellt ein vorgegebenes Drehmoment über einen weiten Geschwindigkeitsbereich zur Verfügung, wobei im rein elektrischen Fahren hohe Anfahrmomente und auch hohe Endgeschwindigkeiten erreicht werden, ohne dass einen Zugkraftunterbrechung stattfindet.The hybrid transmission drive system provides a specified torque over a wide speed range, with high starting torques and high top speeds being achieved in purely electric driving without any interruption in tractive power.
Der Abtrieb des Getriebes erfolgt über das Abtriebsrad, das zwischen der Reibungskupplung und der zweiten Gangstufe angebracht vom dem Planetenträger getrieben ist.The output of the transmission is via the output gear, which is mounted between the friction clutch and the second gear and is driven by the planet carrier.
Die zweite Getriebewelle ist über ein Schaltelement mit dem Sonnenrad des Planetengetriebes verbindbar.The second gear shaft can be connected to the sun gear of the planetary gear via a shifting element.
Die dritte Getriebewelle ist mit dem Planetenträger des Planetengetriebes fest verbunden.The third gear shaft is firmly connected to the planet carrier of the planetary gear.
Es ist vorteilhaft, dass die zweite Getriebewelle als Vollwelle ausgeführt ist.It is advantageous that the second transmission shaft is designed as a solid shaft.
Es ist auch vorteilhaft, dass die dritte Getriebewelle als Hohlwelle ausgeführt und zwischen der Reibungskupplung und dem Planetengetriebe positioniert ist. Für die kompakte Bauweise ist es von Vorteil, wenn das Planetengetriebe Stirnräder umfasst.It is also advantageous that the third gear shaft is designed as a hollow shaft and is positioned between the friction clutch and the planetary gear. For the compact design, it is advantageous if the planetary gear includes spur gears.
Die Gangstufen, die mit den Fest- und Schalträdern der ersten und der zweiten Getriebewelle gebildet werden sind zum Übertragen von Drehmoment, zum Festhalten des Sonnenrads im ersten rein elektrischen Gang, sowie als Teil der Parksperre einsetzbar.The gears that are formed with the fixed and shift gears of the first and second transmission shaft can be used to transmit torque, to hold the sun gear in the first purely electrical gear, and as part of the parking lock.
Figurenlistecharacter list
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1 zeigt eine Aufsicht auf die Baugruppe des Hybrid-Getriebes,1 shows a top view of the assembly of the hybrid transmission, -
2 zeigt ein Hybrid-Antriebssystem mit drei Gangstufen,2 shows a hybrid drive system with three gears, -
3 zeigt eine Schalttabelle.3 shows a switching table.
In der
Die erste Getriebewelle 7 ist als Vollwelle ausgelegt, wobei der Verbrennungsmotor 50 zwei Klauenkupplungen K4 und K3 antreibt. Die beiden Klauenkupplung K3 und K4 können jeweils eine rechte oder linke Position fixieren, die mit den Getriebezahnsatz der Getriebestufen bezeichnet wird, als K4_2, K4_3 und K3_3 und K3_1. Zusätzlich weist die Klauenkupplung K3_1 eine Synchronisierung auf. An der ersten Getriebewelle 7 sitzen wenigstens drei Schalträder 10A, 30A, 20A, die über die Klauenkupplungen K3 und K4 mit der ersten Getriebewelle 7 verbindbar sind. Im Ausführungsbeispiel sind zwei ungerade Gänge, der erste und der dritte Gang und ein gerader Gang, der zweite Gang vorhanden.The
Es sind aber auch Ausführungsformen mit weiteren Gangstufen denkbar. Dann sind die Schaltelemente an den ungeraden Gängen, zumindest aber am ersten Gang, als Synchronisierungen ausgeführt. Die Schaltelemente an den geraden Gängen sind dagegen als formschlüssige Klauenkupplungen ausgeführt.However, embodiments with further gear steps are also conceivable. Then the switching elements on the odd gears, but at least on the first gear, are designed as synchronizers. The shifting elements on the even gears, on the other hand, are designed as positive-locking dog clutches.
Mit der ersten Getriebewelle 7 kann das Zahnrad 20A über die Kupplung K4 für die Darstellung einer zweiten Gangstufe 20A-20B verbunden werden. Ansonsten sind noch zwei Schalträder 30A und 10A verbindbar, die zur Verbindung mit ihren jeweiligen Zahnradpaarungen 30B und 10B zur Herstellung einer ersten Gangstufe 10A-10B und einer dritten Gangstufe 30A-30B dienenThe
Die Festräder 10B und 30B sind auf der zweiten Getriebewelle 8 angeordnet, die als Vollwelle ausgeführt ist. Die zweite Getriebewelle 8 ist mit einer ersten Kupplungsseite der Reibungskupplung K1 verbunden. Die zweite Getriebewelle 8 ist wiederum achsparallel zur ersten Getriebewelle 7 angeordnet. Konzentrisch zur zweiten Getriebewelle 8 ist da Planetengetriebe 40 und eine dritte Getriebewelle 6 angeordnet.The
Auf der zweiten Getriebewelle 8 ist eine dritte Getriebewelle 6, die als Hohlwelle ausgeführt ist, gelagert. Diese beinhaltet das Abtriebsrad 13 und ist mit einer zweiten Kupplungsseite der Reibungskupplung K1 verbunden.A
Die Kupplung K1 ist die einzige Reibungskupplung des Antriebssystems. Sie schließt die zweite Getriebewelle 8 und die dritte Getriebewelle 6 auf einer Seite ab. Die Kupplung K1 ist als „normal offene“ Kupplung ausgelegt. Die weiteren Kupplungen des Getriebes sind dagegen Klauenkupplungen oder Synchronisierungen.Clutch K1 is the only friction clutch in the drive system. It includes the
Die elektrische Maschine 9 ist parallel zu den Getriebewellen 6, 7 und 8 ausgerichtet. Sie treibt über einen Zahnradsatz 9A und 9B ein Festrad 20B der zweiten Gangstufe an. Das Festrad 20B der zweiten Gangstufe ist mit einem Hohlrad 40C des Planetengetriebes 40 verbunden. Das Planetengetriebe 40 weist zusätzlich das Sonnenrad 40A und den Planetenträger 40B auf.
Der Planetenträger 40B des Planetengetriebes 40 ist mit einer dritten Getriebewelle 6 und dadurch mit der Kupplung K1 verbunden. Eine zweiteilige Kupplung K2A, K2B ist in Achsrichtung zwischen dem Sonnenrad 40A und dem Festrad 30B der dritten Gangstufe 30A-30B auf der zweiten Getriebewelle 8 gelagert angebunden.
Die Kupplung K2A verbindet das Sonnenrad 40A mit dem Planetenträger 40B und somit mit der dritten Getriebewelle 6. Sie dient zum Verblocken des Planetengetriebes.The
The
The clutch K2A connects the
In einer Ausführungsform ist das Hohlrad 40C des Planetengetriebes 40 als Stirnrad ausgeführt und über zwei im gemeinsamen Planetenträger 40B gelagerten und miteinander kämmenden Planetenrädern mit dem Sonnenrad 40 A gekoppelt.In one embodiment,
Auch kann das Sonnenrad 40A als Hohlwelle ausgeführt und auf der zweiten Getriebewelle gelagert sein.The
In einer weiteren Ausführungsform ist es auch möglich die jeweiligen Anbindungen der Antriebsmaschinen - elektrische Maschine 9 und Verbrennungsmotor 50 - an das Hohlrad 40C und das Sonnenrad 40A zu vertauschen.In a further embodiment, it is also possible to interchange the respective connections of the drive machines—
Die gesamte Anordnung lässt sich sehr kompakt verbauen.The entire arrangement can be installed very compactly.
Zur Betätigung der Klauenkupplungen sind Schaltwalzen vorgesehen, wobei eine Schaltwalze die Kupplung K2 mit den beiden Komponenten K2a und K2B, betätigt und eine Schaltwalze die Kupplungen K3 und K4.Shift drums are provided to actuate the dog clutches, with a shift drum actuating clutch K2 with the two components K2a and K2B, and a shift drum actuating clutches K3 and K4.
Mit dem Aufbau des Getriebes sind zahlreiche Gangstufen und Fahrmodi darstellbar, wie in
Mit einer geschlossener Kupplung K1 und einer geschlossenen Kupplung K2B sind drei Gangstufen für den Verbrennungsmotor im rein verbrennungsmotorischen Fahren vorhanden, wenn die jeweils eine der zusätzlichen Kupplungen, wie in der Tabelle aufgeführt, geschlossen sind.
Die Kupplung K1 dient als Sicherheitskupplung für den Verbrennungsmotor. Sie dient des Weiteren dazu zugkraftunterbrechungsfreie Schaltungen zwischen den beiden rein elektrischen Gangstufen und zwischen hybridischen Gangstufen zu erreichen.
Die Kupplung K1 dient als Anbindung, wenn der Verbrennungsmotor wieder gestartet werden soll, mit der elektrischen Maschinen 9 als Starter-Generator. Durch das Öffnen der Kupplung K1 und dem Eintrieb beider Antriebe, der eklektischen Maschine 9 und dem Verbrennungsmotor 50 wird ein elektrisch variables Fahren EVT in zwei Gangstufen ermöglicht, wenn entsprechende weitere Kupplungen geschlossen sind.With a closed clutch K1 and a closed clutch K2B, there are three gears for the internal combustion engine when driving purely with the internal combustion engine if one of the additional clutches is closed, as listed in the table.
Clutch K1 serves as a safety clutch for the combustion engine. It also serves to achieve shifts between the two purely electric gears and between hybrid gears without any interruption in traction.
The clutch K1 serves as a connection when the internal combustion engine is to be restarted, with the
Die Anordnung der Bauteile auf der ersten Getriebewelle 7 mit Anbindung 12 an den Verbrennungsmotor 50, mit dem Schaltrad 20A der zweiten Gangstufe 20A-20B, dem Schaltelement K4 und, dem Schaltrad 30A der dritten Gangstufe 30A-30B, dem Schaltelement K3 und dem Schaltrad 10A der ersten Gangstufe 10A-10B sowie der zweiten Getriebewelle 8 sind Mehrfachnutzungen der Schalträder möglich. Sie dienen einerseits zum Festhalten des Sonnenrads 40A im ersten rein elektrischen Gang durch einen mechanischen Interlock, sowie als Teil der Parksperre und zum Übertragen von Drehmoment. Unter Verwendung der K3_3, K2 und der K1 kann auch eine Schaltung zwischen zweitem und drittem Gang zugkraftunterbrechungsfrei erfolgen.The arrangement of the components on the
Wird das Getriebe um weitere Gangstufen ergänzt, ist es auch denkbar, die Festräder der ungeraden Gänge 1, 3, 5... fest mit dem Hohlrad 40C des Planetengetriebes 40 zu verbinden und die Festräder der geraden Gänge 2, 4,... auf der zweiten Getriebewelle 8 anzuordnen .If the transmission is supplemented by further gear stages, it is also conceivable to firmly connect the fixed gears of the
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Antriebssystemdrive system
- 44
- Differentialdifferential
- 66
- dritte Getriebewellethird transmission shaft
- 77
- erste Getriebewellefirst transmission shaft
- 88th
- zweite Getriebewellesecond transmission shaft
- 99
- Elektrische Maschineelectrical machine
- 10A10A
- Schaltrad erster GangShift gear first gear
- 10B10B
- Festrad erster GangFixed gear first gear
- 1111
- Schwingungsdämpfervibration damper
- 1212
- Anbindungconnection
- 1313
- Abtriebsradoutput gear
- 20A20A
- Schaltrad zweiter GangSecond gear shift wheel
- 20B20B
- Festrad zweiter GangFixed gear second gear
- 30A30A
- Schaltrad dritter GangThird gear shift wheel
- 30B30B
- Festrad dritter GangFixed third gear
- 5050
- Verbrennungsmotorcombustion engine
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102010043354 A1 [0004]DE 102010043354 A1 [0004]
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