Riedl, Klaus (Elly-Heuss-Knapp-Strasse 8, Tübingen, 72074, DE)
Lang, Jürgen (Hölderlinweg 3, Backnang, 71522, DE)
Riedl, Klaus (Elly-Heuss-Knapp-Strasse 8, Tübingen, 72074, DE)
| 1. | Hybrider Antriebsstrang mit einer Brennkraftmaschine und zwei elektrischen Antriebsaggregaten (36, 38) und einem Stufengetriebe (13) , wobei a) das Stufengetriebe (13) einen eingangsseitigen Planetensatz (14; 50) aufweist, b) ein erstes Getriebeelement (Hohlrad 17; Hohlrad 54) des eingangsseitigen Planetensatzes (14; 50) ohne Zwischenschaltung eines Anfahrelementes über eine Getriebeeingangswelle (11) mit der Brennkraftmaschine verbunden ist, c) das erste elektrische Antriebsaggregat (38) mit dem ersten Getriebeelement (Hohlrad 17; Hohlrad 54) in Antriebsverbindung steht und d) das zweite elektrische Antriebsaggregat (36) mit einem zweiten Getriebeelement (Sonnenrad 15; Sonnenrad 51) des eingangsseitigen Planetensatzes (14; 50) in AntriebsVerbindung steht, e) dem eingangsseitigen Planetensatz (14; 50) ein mehrere Gänge gewährleistendes Teilgetriebe (23) nachgeordnet ist, welches über zwei Abtriebselemente (20, 21) mit zwei Getriebeelementen (Steg; Steg 53) des eingangsseitigen Planetensatzes (14; 50) in Antriebsverbindung steht oder bringbar ist und f) eine Anfahrfunktion über eine GearedNeutralFunktion des eingangsseitigen Planetensatzes (14; 50) bei gleichzeitigem Betrieb der Brennkraftmaschine und des zweiten elektrischen Antriebsaggregates (36) ermöglicht ist. |
| 2. | Hybrider Antriebsstrang mit einer Brennkraftmaschine und zwei elektrischen Antriebsaggregaten (36, 38) und einem Stufengetriebe (13) , wobei a) das Stufengetriebe (13) einen eingangsseitigen Planetensatz (14; 50) aufweist, b) ein erstes Getriebeelement (Hohlrad 17; Hohlrad 54) des eingangsseitigen Planetensatzes (14; 50) ohne Zwischenschaltung eines Anfahrelementes über eine Getriebeeingangswelle (11) mit der Brennkraftmaschine verbunden ist, c) das erste elektrische Antriebsaggregat (38) mit dem ersten Getriebeelement (Hohlrad 17; Hohlrad 54) in Antriebsverbindung steht und d) das zweite elektrische Antriebsaggregat (36) mit einem zweiten Getriebeelement (Sonnenrad 15; Sonnenrad 51) des eingangsseitigen Planetensatzes (14; 50) in Antriebsverbindung steht, e) dem eingangsseitigen Planetensatz (14; 50) ein mehrere Gänge gewährleistendes Teilgetriebe (23) nachgeordnet ist, welches über zwei Abtriebselemente (20, 21) mit zwei Getriebeelementen (Steg; Steg 53) des eingangsseitigen Planetensatzes (14; 50) in Antriebsverbindung steht oder bringbar ist und g) eine Anfahrfunktion über ein rein elektrisches Anfahren über das zweite elektrische Antriebsaggregat (36) ermöglicht ist. |
| 3. | Hybrider Antriebsstrang nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass f) eine Anfahrfunktion über eine GearedNeutralFunktion des eingangsseitigen Planetensatzes (14; 50) bei gleichzeitigem Betrieb der Brennkraftmaschine und des zweiten elektrischen Antriebsaggregates (36) ermöglicht ist und g) eine Anfahrfunktion über ein rein elektrisches Anfahren über das zweite elektrische Antriebsaggregat (36) ermöglicht ist, wobei eine geeignete Auswahl der Anfahrfunktion (g) ; f) ) fahrerabhängig, umgebungsabhängig und/oder abhängig von den Betriebsbedingungen erfolgt . |
| 4. | Hybrider Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Anfahrfunktion (f) ; g) ) für einen Vorwärtsanfahrvorgang und/oder für einen Rückwärtsanfahrvorgang Einsatz findet. |
| 5. | Hybrider Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der eingangsseitige Planetensatz (14) als Ravigneaux Planetensatz ausgebildet ist. |
| 6. | Hybrider Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem zweiten elektrischen Antriebsaggregat (36) eine Bremse (Bl) zugeordnet ist. |
| 7. | Hybrider Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kupplung (Kl) vorgesehen ist, über welche das dem zweiten elektrischen Antriebsaggregat (36) zugeordnete zweite Getriebeelement (Sonnenrad 51) des eingangsseitigen Planetensatzes (50) mit einem dritten Getriebeelement (Steg 53) des eingangsseitigen Planetensatzes (50) sowie mit einem ersten Antriebselement (20a) in Antriebsverbindung bringbar ist. |
| 8. | Hybrider Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kupplung (Kl) vorgesehen ist, über welche das dem zweiten elektrischen Antriebsaggregat (36) zugeordnete zweite Getriebeelement (Sonnenrad 15) des eingangsseitigen Planetensatzes (14) mit einem Hohlrad (19) des eingangsseitigen Planetensatzes (14) in Antriebsverbindung bringbar ist, welches mit einem Doppelplaneten (18, 16) des RavigneauxPlanetensatzes (14) in Antriebsverbindung steht. |
| 9. | Hybrider Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang über zwei stufenlose Fahrbereiche verfügt. |
| 10. | Hybrider Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens fünf Getriebegängen eine reine Verbrennerfahrt unter Beaufschlagung von entsprechend Automatgetrieben in Planetenbauart gebildeten Getriebegängen ermöglicht ist. |
| 11. | Hybrider Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückwärtsfahrt ausschließlich über das zweite elektrische Antriebsaggregat (36) erfolgt. |
| 12. | Hybrider Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste elektrische Antriebsaggregat (38) für einen BoostBetrieb und/oder für eine Rekuperation von Energie und/oder zum Anschleppen der Brennkraftmaschine Einsatz findet . |
| 13. | Hybrider Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sieben Vorwärtsgänge vorgesehen sind und zur Schaltung der sieben Vorwärtsgänge, der stufenlosen Fahrbereiche und des Rückwärtsganges ausschließlich drei oder vier Bremsen (Bl, B2, B3; BR) sowie drei Kupplungen (Kl7 K2 , K3) vorgesehen sind. |
| 14. | Hybrider Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass fünf Vorwärtsgänge vorgesehen sind und zur Schaltung der fünf Vorwärtsgänge, der stufenlosen Fahrbereiche und des Rückwärtsganges ausschließlich zwei oder drei Bremsen (Bl, B2 ; BR) sowie drei Kupplungen (Kl, K2 , K3) vorgesehen sind. |
| 15. | Baureihe hybrider Antriebsstränge a) mit einer ersten Teilgruppe von Antriebssträngen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 und b) einer zweiten Teilgruppe von Antriebssträngen, welche den Antriebssträngen der ersten Teilgruppe entsprechen, bei denen aber abweichend zu den Antriebssträngen der ersten Teilgruppe zwischen dem ersten Getriebeelement (Hohlrad 17; Hohlrad 54) des eingangsseitigen Planetensatzes (14; 50) und der Brennkraftmaschine ein Anfahrelement zwischengeschaltet ist und/oder zwischen dem zweiten elektrischen Antriebsaggregat (36) und dem zweiten Getriebeelement (Sonnenrad 15; Sonnenrad 51) des eingangsseitigen Planetensatzes (14; 50) eine Kupplung vorgesehen ist und/oder zwischen der Getriebeeingangswelle (11) und dem zweiten elektrischen Antriebsaggregat (36) eine Kupplung vorgesehen ist . |
Hybrider Antriebsstrang mit einer Brennkraftmaschine und zwei elektrischen Antriebsaggregaten
Die Erfindung betrifft einen hybriden Antriebsstrang mit einer Brennkraftmaschine und zwei elektrischen Antriebsaggregaten sowie einem Stufengetriebe gemäß ausgewählten Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung einen hybriden Antriebsstrang mit ausgewählten Merkmalen des Patentanspruchs 2. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Baureihe hybrider Antriebsstränge gemäß ausgewählten Merkmalen des Anspruchs 15.
Aus der nicht vorveröffentlichten Anmeldung DE 103 19 880.6 der Anmelderin ist ein hybrider Antriebsstrang bekannt, welcher über ein Stufengetriebe verfügt, welches einen eingangsseitigen Planetensatz aufweist. Die Einspeisung der Antriebsbewegung einer Brennkraftmaschine erfolgt über ein Anfahrelement, beispielsweise einen Wandler, und eine Getriebeeingangswelle zu dem eingangsseitigen Planetensatz, welcher als Ravigneaux-Planetensatz ausgebildet ist. Die Eingangswelle ist hierbei drehfest mit einem Hohlrad des Planetensatzes verbunden, welches mit dem einfachen Planeten des Ravigneaux-Planetensatzes zusammenwirkt. Ein erstes elektrisches Antriebsaggregat ermöglicht die Überlagerung eines Antriebsmomentes zu dem Antriebsmoment der Brennkraftmaschine. Ein zweites elektrisches Antriebsaggregat ist über eine Kupplung mit der Getriebeeingangswelle verbindbar sowie über eine weitere Kupplung mit dem Steg des eingangsseitigen Planetensatzes verbindbar. Der bekannte hybride Antriebsstrang ermöglicht vielfache unterschiedliche Betriebszustände, insbesondere einen konventionellen Betrieb ausschließlich mit der Brennkraftmaschine und sieben Gangstufen entsprechend einem herkömmlichen Automatgetriebe, einen parallelen Betrieb der Brennkraftmaschine sowie des ersten oder zweiten elektrischen Antriebsaggregates, ein rein elektrisches Fahren sowie zwei stufenlose Fahrbereiche.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein alternatives Konzept für einen einfachen hybriden Antriebsstrang vorzuschlagen, welcher eine Vielzahl unterschiedlicher Betriebsmöglichkeiten bietet. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Baureihe vorzuschlagen, welche Teilgruppen von Antriebssträngen beinhaltet, die einfach ausgebildet sind, aber eine Vielzahl unterschiedlicher Betriebsmδglichkeiten bieten, sowie andere Teilgruppen, wobei die verschiedenen Teilgruppen einen hohen Gleichanteil aufweisen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Der hybride Antriebsstrang verfügt demgemäß über eine Brennkraftmaschine und zwei elektrische Antriebsaggregate sowie ein Stufengetriebe. Das Stufengetriebe besitzt hierbei ein mehrere Gänge gewährleistendes Teilgetriebe, welches einem eingangsseitigen Planetensatz nachgeordnet ist. Bei dem eingangsseitigen Planetensatz kann es sich um einen beliebigen Planetensatz, ein Überlagerungsgetriebe oder einen Ravigneaux-Planetensatz handeln, bei welchem sich eine Abtriebsdrehzahl eines Getriebeelementes über die Antriebsbedingungen von zwei weiteren Getriebeelementen des Planetensatzes ergeben. Ein erstes Getriebeelement, insbesondere entsprechend dem genannten Stand der Technik ein Hohlrad, des eingangsseitigen Planetensatzes ist ohne Zwischenschaltung eines Anfahrelementes über eine Getriebeeingangswelle mit der Brennkraftmaschine verbunden. Hierbei kann es sich um eine unmittelbare drehfeste Verbindung oder eine Antriebsverbindung unter Zwischenschaltung einer Getriebestufe handeln, wobei selbstverständlich flexible Anlenkungselemente oder Feder- Dämpfer-Elemente zwischengeschaltet sein können. Auch der Einsatz einer formschlüssigen Kupplung ist denkbar.
Erfindungsgemäß entfällt der Einsatz eines Anfahrelementes wie beispielsweise einer reibschlüssigen trockenen oder nassen Kupplung oder eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass derartige Anfahrelemente einen zusätzlichen Bauraum erfordern, zusätzliches Gewicht bedeuten, hohen Verschleiß erzeugen und/oder erhöhte Kosten verursachen.
Das erste elektrische Antriebsaggregat steht mit dem ersten Getriebeelement in AntriebsVerbindung, so dass das Antriebsmoment des ersten elektrischen Antriebsaggregates dem Antriebsmoment der Brennkraftmaschine überlagerbar ist. Die Antriebsverbindung besteht hierbei unmittelbar durch drehfeste Anbindung, mittelbar unter Zwischenschaltung einer Getriebestufe oder unter Zwischenschaltung eines Schaltelementes. Neben der Möglichkeit, zusätzlich zu dem Antriebsmoment der Brennkraftmaschine ein Zusatzmoment durch das erste elektrische Antriebsaggregat aufzubringen, besteht die Möglichkeit, über die Brennkraftmaschine erzeugte Energie oder aber Energie des Fahrzeugs in dem ersten elektrischen Antriebsaggregat zu rekuperieren. Alternativ oder zusätzlich kann über das erste elektrische Antriebsaggregat ein Anschleppen der Brennkraftmaschine erfolgen.
Das zweite elektrische Antriebsaggregat steht mit einem zweiten Getriebeelement des eingangsseitigen Planetensatzes in Antriebsverbindung. Auch bei dieser AntriebsVerbindung handelt es sich um eine unmittelbare oder mittelbare Antriebsverbindung, ggf. unter Zwischenschaltung eines Schaltelementes.
Erfindungsgemäß wird eine Anfahrfunktion nicht über ein herkömmliches Anfahrelement gewährleistet, sondern vielmehr über eine Geared-Neutral-Funktion des eingangsseitigen Planetensatzes. Hierbei wird ausgenutzt, dass bei geeigneter Auslegung des Planetensatzes bei gleichzeitigem Betrieb der Brennkraftmaschine und des zweiten elektrischen Antriebsaggregates und geeigneter Wahl der Drehzahlen von Brennkraftmaschine und zweitem elektrischen Antriebsaggregat das erste Getriebeelement und das zweite Getriebeelement kinematisch so zusammenwirken, dass ein drittes Getriebeelement trotz rotierender anderer Getriebeelemente ruht. Dieser Sachverhalt kann bei stehendem Fahrzeug ausgenutzt werden. Für geringfügige Veränderungen der Drehzahlen der Brennkraftmaschine und/oder des zweiten elektrischen Antriebsaggregates ergibt sich eine kleine Drehzahl des dritten Getriebeelementes, welche über das Teilgetriebe in Richtung Fahrzeugräder weitergegeben wird, wodurch ein Anfahrvorgang gewährleistet ist.
Die Verbindung des eingangsseitigen Planetensatzes mit dem mehrere Gänge gewährleistenden Teilgetriebe erfolgt über zwei Antriebselemente, welche einerseits mit zwei Getriebeelementen des eingangsseitigen Planetensatzes in Antriebsverbindung stehen oder bringbar sind, insbesondere mit dem dritten Getriebeelement, und andererseits eine Eingangswelle des Teilgetriebes bilden.
Erfindungsgemäß übernimmt somit anstelle des Anfahrelementes der ohnehin vorhandene eingangsseitige Planetensatz durch den Betrieb in einem Geared-Neutral-Bereich die Anfahrfunktion. Bei einer stufenlosen Verstellung aus dem Geared-Neutral- Punkt ist über die Drehzahlbeeinflussung der Brennkraftmaschine und/oder des zweiten elektrischen Antriebsaggregates eine besonders feinfühlige Einstellung der Geschwindigkeit an den Fahrzeugrädern möglich. Theoretisch ist in Annäherung an den Geared-Neutral-Punkt eine unendliche Übersetzung möglich, so dass sich ein hohes Antriebsmoment ergibt . Gemäß einer weiteren Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe wird - bei ansonsten entsprechender Ausgestaltung - eine Anfahrfunktion über ein rein elektrisches Anfahren über das zweite elektrische Antriebsaggregat ermöglicht. Auf diese Weise kann ein Anfahren auch bei ausgeschalteter Brennkraftmaschine oder ruhender Getriebeeingangswelle, insbesondere mit einem sperrenden Freilauf oder einem über eine Bremse festgesetzten Getriebeelement, erfolgen. Dies ist beispielsweise von Vorteil bei einer Start-Stop-Automatik.
Entsprechend einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen hybriden Antriebsstranges verfügt dieser sowohl über eine Anfahrfunktion mit Geared-Neutral-Funktion als auch über eine Anfahrfunktion mit rein elektrischem Anfahren. Eine geeignete Auswahl der beiden möglichen Anfahrfunktionen erfolgt fahrerabhängig, umgebungsabhängig und/oder abhängig von den Betriebsbedingungen.
Die geeignete Anfahrfunktion kann hierbei unmittelbar vom Fahrer vorgegeben werden, beispielsweise über einen Taster oder Schalter, oder mittelbar, beispielsweise über die Betätigung der Fahrpedale wie Bremspedal und/oder Gaspedal . Weiterhin kann die Auswahl der Anfahrfunktion nach Maßgabe einer Fahrertyperkennung erfolgen. Weiterhin kann die Auswahl der Anfahrfunktion umgebungsabhängig erfolgen, beispielsweise entsprechend einem Sommer- und Winterbetrieb, einer geodetischen Höhe, einer Steigung der Fahrbahn oder ähnliches.
Die Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen beinhaltet beispielsweise einen Beladungszustand des Kraftfahrzeuges, einen Betriebszustand der Brennkraftmaschine wie eine Temperatur, einen Aufladungszustand, Einspritzbedingungen, einen Temperaturzustand mindestens eines in der Anfahrfunktion beaufschlagten Getriebeelementes, eine Betätigungshäufigkeit eines beteiligten Getriebeelementes, einen Verschleißparameter eines Getriebeelementes oder die Approximation einer verbleibenden Lebensdauer eines Getriebeelementes .
Zur geeigneten Ansteuerung der Anfahrfunktion kann der Antriebsstrang über eine geeignete Steuereinrichtung verfügen, welcher Betriebs- und Umgebungsparameter sowie Fahrerparameter zugeführt werden für eine geeignete Auswertung.
Ein weiterer erfindungsgemäßer hybrider Antriebsstrang ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Anfahrfunktion für einen Vorwärtsanfahrvorgang und/oder für einen Rückwärtsanfahrvorgang Einsatz findet. Für das zweite elektrische Antriebsaggregat kann eine Umkehrung der Antriebsbewegung für einen Rückwärtsgang durch geeignete Ansteuerung des Antriebsaggregates erfolgen, wobei gewδhnlicherweise elektrische Antriebsaggregate auch bei kleinen Antriebsdrehzahlen hinreichend genau regelbar sind.
Für die Gewährleistung der Anfahrfunktion über eine Geared- Neutral-Funktion ist auch bei verhältnismäßig großen Drehzahlen von Brennkraftmaschine und zweitem elektrischen Antriebsaggregat eine feinfühlige Einregelung der Abtriebsdrehzahl insbesondere des dritten Getriebeelementes möglich sowie ein Antrieb desselben in eine mit einer Vorwärtsbewegung sowie einer Rückwärtsbewegung korrelierenden Drehrichtung.
Vorzugsweise ist der eingangsseitige Planetensatz als Ravigneaux-Planetensatz ausgebildet. Auf diese Weise lassen sich die vorgenannten Vorteile der Erfindung mit den an sich bekannten Vorteilen eines Ravigneaux-Planetensatzes, insbesondere die Realisierung einer hohen Zahl von Gangstufen auf kleinem Bauraum, kombinieren. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen hybriden Antriebsstrangs verfügt der Antriebsstrang über zwei stufenlose Fahrbereiche. Insbesondere ist in den stufenlosen Fahrbereichen als Überlagerungsgetriebe der eingangsseitige Planetensatz eingesetzt, während eine Umschaltung von dem ersten zu dem zweiten stufenlosen Fahrbereich über eine Veränderung des Betriebes des Teilgetriebes erfolgt. Demgemäß können die zwei stufenlosen Fahrbereiche gewährleistet werden, ohne dass zusätzliche Schaltelemente notwendig sind. Über stufenlose Fahrbereiche kann über einen Geschwindigkeitsbereich das Kraftfahrzeug mit konstanter Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder des zweiten elektrischen Antriebsaggregates betrieben werden, was u. U. den Fahrkomfort erhöht und/oder zu einer Verbrauchsminimierung führt .
Entsprechend einem weiteren Vorschlag der Erfindung sind fünf Vorwärtsgänge vorgesehen, wobei zur Schaltung der fünf Vorwärtsgänge, der stufenlosen Fahrbereiche und des Rückwärtsganges ausschließlich zwei bzw. drei [verstärkter Rückwärtsgang] Bremsen sowie drei Kupplungen vorgesehen sind. Dieses stellt einen besonders kompakten Aufbau bei einer Vielzahl unterschiedlicher Betriebsmöglichkeiten dar.
In alternativer Ausgestaltung sind bei dem hybriden Antriebsstrang sieben Vorwärtsgänge vorgesehen, wobei zur Schaltung der sieben Vorwärtsgänge, der stufenlosen Fahrbereiche und des Rückwärtsganges ausschließlich drei bzw. vier [verstärkter Rückwärtsgang] Bremsen sowie drei Kupplungen vorgesehen sind.
Eine weitere Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist gekennzeichnet durch die Merkmale des Anspruchs 15.
Gemäß diesem Vorschlag der Erfindung besitzt eine Baureihe hybrider Antriebsstränge eine erste Teilgruppe von Antriebssträngen, welche wie zuvor dargelegt aufgebaut ist. Des weiteren ist eine zweite Teilgruppe von Antriebssträngen vorgesehen, bei denen abweichend zu den Antriebssträngen der ersten Teilgruppe zwischen dem ersten Getriebeelement des eingangsseitigen Planetensatzes und der Brennkraftmaschine ein Anfahrelement zwischengeschaltet und/oder zwischen dem zweiten elektrischen Antriebsaggregat und dem zweiten Getriebeelement des eingangsseitigen Planetensatzes eine Kupplung vorgesehen und/oder zwischen der Getriebeeingangswelle und dem zweiten elektrischen Antriebsaggregat eine Kupplung vorgesehen ist. Beispielsweise handelt es sich bei den Antriebssträngen der zweiten Teilgruppe um Antriebsstränge entsprechend der Druckschrift DE 103 19 880.6 bzw. PCT/EP03/11979.
Während die Antriebsstränge der ersten Teilgruppe demgemäß mit geringerem Bauaufwand ausgeführt sind, verfügen die Antriebsstränge der zweiten Teilgruppe über mit dem Anfahrelement oder der Kupplung gebildete zusätzliche Bauelemente, welche für einen Einsatz in anderen Fahrzeugtypen, beispielsweise für Limousinen, Luxusfahrzeuge, SUV' s oder Geländefahrzeuge erweiterte Möglichkeiten bieten. Erfindungsgemäß kann für die Antriebsstränge der ersten Teilgruppe sowie die Antriebsstränge der zweiten Teilgruppe ein hoher Anteil von Gleichteilen verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn die Antriebsstränge der ersten und zweiten Teilgruppe über dasselbe oder im wesentlichen identische Teilgetriebe verfügen, so dass lediglich der dem Teilgetriebe vorgeschaltete eingangsseitige Planetensatz und/oder die Anbindung der elektrischen Antriebsaggregate an den Antriebsstrang verändert ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Weitere Merkmale sind der Zeichnung, insbesondere den dargestellten Geometrien der Bauteile, den relativen Abmessungen mehrerer dargestellter Maße gleicher oder unterschiedlicher Bauteile, der relativen Anordnung der Bauteile zueinander und deren Wirkverbindungen miteinander, zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher in verschiedenen Figuren dargestellter Ausgestaltungen und/oder der Merkmale mit Merkmalen der Ausgestaltungen des genannten Standes der Technik ist ebenfalls möglich.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen hybriden Antriebsstrangs sowie Elementen der Teilgruppe der erfindungsgemäßen Gruppe von Antriebssträngen werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt :
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines hybriden Antriebsstranges mit einem sieben Vorwärtsgänge aufweisenden Stufengetriebe und
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen hybriden Antriebsstranges mit einem fünf Vorwärtsgänge aufweisenden Stufengetriebe.
Erfindungsgemäße Antriebsstränge 10 finden Einsatz in Kraftfahrzeugen. Hierbei ist zwischen einer Getriebeeingangswelle 11, welche mit einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine in AntriebsVerbindung steht, und eine Getriebeausgangswelle 12, welche mit den Fahrzeugrädern verbunden ist, ein Stufengetriebe 13 zwischengeschaltet, welches als Automatikgetriebe in Planetenbauart ausgebildet ist.
Das Stufengetriebe 13 verfügt über einen eingangsseitigen Planetensatz 14, welcher gemäß Fig. 1 als Ravigneaux- Planetensatz ausgebildet ist. Der Planetensatz 14 verfügt in einer ersten Ebene über ein Sonnenrad 15, mindestens einen Planeten 16 und ein Hohlrad 17, wobei der Planet 16 in einer parallelen, auf der der Brennkraftmaschine zugewandten Seite liegenden Ebene mit mindestens einem zweiten Planeten 18 kämmt, welcher radial außenliegend mit einem zweiten Hohlrad 19 kämmt. Die Planeten 16, 18 sind in Umfangsriehtung versetzt, so dass der radiale Abstand des zweiten Hohlrades 19 von dem Planeten 16 kleiner gestaltet sein kann als der Durchmesser des zweiten Planeten 18. Radial innenliegend von einem ersten Abtriebselement 20 des Planetensatzes 14 ist ein zweites Abtriebselement 21 des Planetensatzes 14 angeordnet. Das erste Abtriebselement 20 bildet in seinem der Brennkraftmaschine zugewandten Endbereich einen Steg, gegenüber welchem der Planet 16 und der zweite Planet 18 drehbar gelagert sind. Das zweite Abtriebselement 21 ist in dem der Brennkraftmaschine zugewandten Endbereich drehfest mit dem Hohlrad 17 verbunden. Das Hohlrad 17 und das zweite Abtriebselement 21 sind über einen radialen Antriebssteg 22 drehfest mit der Getriebeeingangswelle 11 verbunden.
Die Abtriebselemente bilden die Eingangselemente für ein zwischen dem Planetensatz 14 und der Getriebeausgangswelle 12 angeordnetes Teilgetriebe 23. Das Teilgetriebe verfügt über in parallelen Ebenen angeordnete Planetensätze 24, 25. Der Planetensatz 24 verfügt über ein Hohlrad 26, welches über eine Kupplung K2 mit dem zweiten Abtriebselement 21 verbindbar ist, mindestens einen Planeten 27, welcher gegenüber einem drehfest mit der Getriebeausgangswelle 12 verbundenen Steg 28 gelagert ist und ein Sonnenrad 29. Das Sonnenrad 29 ist über eine Bremse B2 mit dem Getriebegehäuse verbindbar. Der Planetensatz 25 verfügt über ein Hohlrad 30, welches drehfest mit dem ersten Abtriebselement 20 verbunden ist, mindestens einen Planeten 31, welcher gegenüber einem drehfest mit dem Hohlrad 26 verbundenen Steg 32 drehbar gelagert ist, und ein Sonnenrad 33, welches über eine Kupplung K3 mit der Bremse B2 bzw. dem Sonnenrad 29 verbindbar ist.
Der eingangsseitige Planetensatz 14 steht - neben dem Leistungsaustausch mit der Getriebeeingangswelle 11 - in Leistungsaustausch mit einer Hohlwelle 34, welche drehfest mit einem Rotor 35 eines zweiten elektrischen Antriebsaggregates 36 (EM2) verbunden ist. Die Hohlwelle 34 ist hierbei unmittelbar drehfest mit dem Sonnenrad 15 verbunden. Weiterhin ist die Hohlwelle 34 über einen radialen Steg mittels einer Bremse Bl mit dem Getriebegehäuse verbindbar und über eine Kupplung Kl mit dem Hohlrad 19 verbindbar. Drehfest mit der Getriebeeingangswelle 11 ist ein Rotor 37 eines ersten elektrischen Antriebsaggregates 38 (EMI) verbunden. Die elektrischen Antriebsaggregate 36, 38 werden von einer gemeinsamen Batterie 39 gespeist und über eine in den Figuren nicht dargestellte Steuereinrichtung, welcher Betriebs-, Umgebungs- und Fahrerparameter zugeführt werden, geeignet angesteuert hinsichtlich des abgegebenen oder aufgenommenen Momentes und/oder der Drehzahl der Rotoren 37, 35.
Der Kraftfluss verläuft von der Getriebeeingangswelle 11 und/oder der Hohlwelle 34 zum Planetensatz 14, welcher die Abtriebselemente 20, 21 antreibt, die wiederum Antriebselemente des Teilgetriebes 23 bilden, welches als Ausgangselement die Getriebeausgangswelle 12 besitzt. Die Getriebeeingangswelle 11 ist über einen Freilauf 40 gegenüber dem Getriebegehäuse abgestützt.
In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Teils eines Antriebsstranges sind Bauteile, welche hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen einem Bauteil des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels entsprechen, mit einer gleichen Bezugszahl unter Hinzufügung des Buchstabens a versehen.
Gemäß dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist bei ansonsten Fig. 1 entsprechender Ausgestaltung anstelle des Ravigneaux-Planetensatzes 14 ein einfacher Planetensatz 50 vorgesehen. Ein Sonnenrad 51 des Planetensatzes 50 ist drehfest an die Hohlwelle 34a angebunden. Mindestens ein Planet 52 des Planetensatzes 50 ist drehbar gegenüber einem Steg 53 gelagert, welcher drehfest mit dem ersten Abtriebselement 20a verbunden ist. Ein Hohlrad 54 des Planetensatzes 50 ist drehfest mit dem radialen Antriebssteg 22a bzw. dem zweiten Abtriebselement 21a verbunden. Die Hohlwelle 34a ist neben der Anbindung über die Bremse Bl über die Kupplung Kl mit dem ersten Abtriebselement 20a bzw. dem Steg 53 verbindbar.
Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel gewährleistet fünf Getriebegänge bei reinem Antrieb über die Brennkraftmaschine, wobei der erste Getriebegang durch reines elektrisches Anfahren nur oberhalb einer Grenzgeschwindigkeit oder überhaupt nicht genutzt wird. Zur Übertragung großer Antriebsmomente in einem Rückwärtsgang kann eine zusätzliche Bremse BR eingesetzt sein, mittels welcher der Steg 32, 32a mit dem Gehäuse verbindbar ist. Während des Betriebes eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs sind folgende Betriebszustände desselben möglich:
a) Ruhendes Fahrzeug
Für ein ruhendes Fahrzeug kann bei Betrieb der Brennkraftmaschine, insbesondere bei Leerlauf der Brennkraftmaschine ein Beladen der Batterie 39 erfolgen und/oder eine Versorgung von Aggregaten des Kraftfahrzeuges, wie beispielsweise einer Standklimanlage, erfolgen. Für einen derartigen Fahrzeugstillstand gibt die Brennkraftmaschine eine Leistung ab, während die Bremse Bl und die Kupplung K3 geschlossen sind. Eine Energierückgewinnung kann über das elektrische Antriebsaggregat 38 erfolgen.
b) Rein elektrisches Anfahren
Bei rein elektrischem Anfahren erfolgt ein Antrieb über das zweite elektrische Antriebsaggregat 36. Bei gesperrtem Freilauf 40 sind die Bremse B2 und die Kupplung K3 geschlossen. Auf diese Weise ist je nach Antriebsrichtung des zweiten elektrischen Antriebsaggregates 36 ein Anfahren in Vorwärtsrichtung und in Rückwärtsrichtung möglich, wobei gegebenenfalls für eine Erzielung eines vergrößerten Antriebsmomentes bei Rückwärtsfahrt eine optional vorgesehene Bremse BR im Rückwärtsgang betätigt ist.
c) Anfahren mit Geared-Neutral-Funktion
Für ein Anfahren mittels einer Geared-Neutral-Funktion erfolgt eine Überlagerung des Antriebes der Brennkraftmaschine, ggf. zur Erzielung erhöhter Anfahrmomente unter Ergänzung des Antriebsmomentes durch das erste elektrische Antriebsaggregat 38, sowie durch das zweite elektrische Antriebsaggregat 36. Bei gelöstem Freilauf sind die Schaltelemente B2 und K3 betätigt.
d) Erster stufenloser Fahrbereich
In einem ersten stufenlosen Fahrbereich erfolgt eine Überlagerung der Antriebsleistung der Brennkraftmaschine, ggf. unter Ergänzung durch das erste elektrische Antriebsaggregat 38, sowie des zweiten elektrischen Antriebsaggregates 36. Hierbei sind die Schaltelemente B2 und K3 betätigt.
e) Zweiter stufenloser Fahrbereich
In einem zweiten stufenlosen Fahrbereich erfolgt eine Überlagerung des Antriebsmomentes der Brennkraftmaschine, ggf. unter Ergänzung durch das erste elektrische Antriebsaggregat 38, sowie des zweiten elektrischen Antriebsaggregates 36. Hierbei sind die Schaltelemente K2 und K3 betätigt.
f) Reiner Betrieb über die Brennkraftmaschine
In den folgenden Betriebsbereichen entspricht der Betrieb des Stufengetriebes 13 im Wesentlichen dem eines herkömmlichen Automatikgetriebes, wobei zusätzlich Antriebsleistung über das erste elektrische Antriebsaggregat 38 eingespeist werden kann oder aber eine Energierückgewinnung sowie ein Verzögerungsvorgang über das erste elektrische Antriebsaggregat 38 vorgenommen werden kann.
fa) In einer ersten Vorwärtsgangstufe, welche für das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel einen zweiten Gang darstellt sowie für das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel einen ersten Gang, sind die Schaltelemente Bl, B2 und K3 geschlossen.
fb) Für eine zweite Vorwärtsgangstufe, welche für das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel eine dritte Gangstufe und für das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel eine zweite Gangstufe darstellt, sind die Schaltelemente B2, Kl und K3 geschlossen.
fc) Für eine dritte Vorwärtsgangstufe, welche für das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel eine vierte Gangstufe und für das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel eine dritte Gangstufe darstellt, sind die Schaltelemente B2, Kl und K2 geschlossen.
fd) Für eine vierte Vorwärtsgangstufe, welche für das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel einer fünften Gangstufe und für das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel einer vierten Gangstufe entspricht, sind die Schaltelemente Kl, K2 und K3 geschlossen.
fe) Für eine fünfte Vorwärtsgangstufe, welche für das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel einer sechsten Gangstufe und für das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel einer fünften Gangstufe entspricht, sind die Schaltelemente Bl, K2 und K3 betätigt .
ff) Für das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel ist eine sechste Vorwärtsgangstufe ermöglicht, in der die Schaltelemente B3, K2 und K3 betätigt sind.
g) Rein elektrisches Fahren Bis zu einer durch die Antriebsverhältnisse des zweiten elektrischen Antriebsaggregates und die Übersetzungsverhältnisse vorgegebenen Grenzgeschwindigkeit ist ein rein elektrisches Fahren beim Antrieb über das zweite elektrische Antriebsaggregat 36 bei betätigten Schaltelementen B2, K3 möglich, wobei die Getriebeeingangswelle 11 über den Freilauf 40 gesperrt ist.
h) Rückwärtsfahrt
Bei einer Rückwärtsfahrt erfolgt ein Antrieb des ersten elektrischen Antriebsaggregates 36 in eine Richtung, welche entgegengesetzt zur Richtung während eines Anfahrens gemäß b) ist. Ein Haltemoment für die Getriebeeingangswelle 11 wird in diesem Fall nicht durch den Freilauf 40 aufgebracht, sondern mittels des ersten elektrischen Antriebsaggregates 38, welche bei • einer Abtriebsdrehzahl von Null ein Haltemoment aufbringt. Für eine derartige Rückwärtsfahrt sind die Schaltelemente B2 und K3 geschlossen. Das maximal für eine derartige Rückwärtsfahrt aufbringbare Antriebsmoment hängt ab von dem maximal an dem ersten elektrischen Antriebsaggregat 38 zur Verfügung stehenden Haltemoment.
i) Rückwärtsfahrt mit vergrößerten Antriebsmomenten
Für den Fall, dass für eine Rückwärtsfahrt gegenüber h) vergrößerte Antriebsmomente möglich sein sollen, erfolgt ein Antrieb des zweiten elektrischen Antriebsaggregates 36 bei gegenüber h) veränderter Drehrichtung. Bei gesperrtem Freilauf 40 sind die Schaltelemente B2 und K3 sowie eine für diesen Betrieb vorzusehende Bremse BR zu betätigen. Über das erste elektrische Antriebsaggregat 38 ist ein Anschleppen der Brennkraftmaschine ermöglicht, insbesondere während eines Anfahrvorganges mit Geared-Neutral-Funktion. Mittels der vorgenannten unterschiedlichen Betriebszustände des Antriebsstranges 10 können auf verschiedene Weise gleiche oder vergleichbare Fahrzustände des Kraftfahrzeuges erzielt werden. Eine Auswahl eines geeigneten Betriebszustandes für einen gewünschten Fahrzustand erfolgt beispielsweise anhand eines Kennfeldes, welches insbesondere Wirkungsgrade, Leistungsbilanzen, erzielbare Beschleunigungswerte oder ähnliches beinhaltet. Eine Auswahl eines geeigneten Betriebszustandes kann vorzugsweise nach einer a-priori vorgegebenen Betriebsstrategie erfolgen. Alternativ oder zusätzlich können einzelne Betriebsgrößen des Antriebsstranges, wie Betriebstemperaturen von Antriebsaggregaten 36, 38 oder Kupplungen und Bremsen oder ein Verschleißzustand derselben überwacht werden, so dass bei Überschreiten eines Grenzwertes einer Betriebstemperatur oder eines Verschleißzustandes eine zu schonende Kupplung durch Wechsel eines Betriebszustandes des Antriebsstranges deaktiviert werden kann, so dass diese oder ein zugeordnetes Antriebsaggregat entlastet wird. Alternativ oder zusätzlich kann bei der Auswahl des Betriebszustandes der Ladezustand einer der Bestromung der Antriebsaggregate 36, 38 dienenden Batterie berücksichtigt werden.
Besonders vorteilhaft kann die erfindungsgemäße Ausgestaltung zur Erzielung einer Baureihe mit einer Modulbauweise für Antriebsstränge unterschiedlicher Bauart Einsatz finden, wobei ein hoher Anteil von Gleichteilen erzielt werden kann. Folgende Teilgruppen einer Baureihe sind möglich:
A) Eine erste Teilgruppe verfügt über Antriebsstränge entsprechend den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen. Diese Teilgruppe stellt hinsichtlich der weiteren genannten Teilgruppen einen minimierten Aufwand für Kupplungen, Bremsen und/oder Anfahrelemente dar, wobei dennoch eine Vielzahl unterschiedlicher Betriebsmöglichkeiten geboten ist.
B) Eine weitere Teilgruppe beinhaltet Antriebsstränge, welche über ein Stufengetriebe 13 verfügen, welches im Wesentlichen entsprechend dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel entsprechen. Der Schnittstelle oder Teilungsebene 60-60 ist für diese Teilgruppe ein Hybridsatz entsprechend der nicht vorveröffentlichten Druckschrift DE 103 19 880 sowie der Nachanmeldung PCT/EP03/11979 vorgeschaltet, bei dem zwischen die Brennkraftmaschine und die Getriebeeingangswelle ein Anfahrelement, insbesondere ein hydrodynamischer Drehmomentwandler, eine nasse oder eine trockene Anfahrkupplung, zwischengeschaltet ist. Vorzugsweise ist in diesem Fall das erste elektrische Antriebsaggregat 38 auf der der Brennkraftmaschine zugewandten Seite des Anfahrelementes angeordnet. Ergänzend ist es möglich, dass eine Kupplung vorgesehen ist, mittels welcher das zweite elektrische Antriebsaggregat 36 mit der Getriebeeingangswelle 11 verbindbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann eine weitere Kupplung zwischen dem zweiten elektrischen Antriebsaggregat 36 und der Hohlwelle 34 vorgesehen sein. Für Antriebsstränge dieser Teilgruppe kann die von dem Anfahrelement aufzunehmende Leistung reduziert werden durch Teilübernahme der Anfahrfunktion über elektrisches Anfahren oder eine Geared-Neutral-Funktion. Die stufenlosen Fahrbereiche erstrecken sich vorzugsweise über den Rückwärtsgang sowie die ersten vier Gangstufen. C) Antriebsstränge einer dritten Teilgruppe können ohne Hybridsatz, aber mit einem Anfahrelement ausgebildet sein, beispielsweise entsprechend der Druckschrift DE 199 10 299 Cl.
Abweichend zu dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel kann entsprechend der Druckschrift DE 103 19 880 die Hohlwelle 34 nicht mit dem Sonnenrad 15 verbunden sein, sondern vielmehr mit dem Steg des Planeten 16, wobei in diesem Fall das Sonnenrad 15 wie in Fig. 1 dargestellt mit der Bremse Bl und der Kupplung Kl verbunden ist .