HYBRIDFAHRZEUG

Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Hybridfahrzeug, um Drehmoment zumindest 5 zwischen einem Verbrennungsmotor, einem Elektromotor und einem Getriebeaus gang zu verbringen, umfassend ein im Drehmomentenfluss liegendes Planetengetrie be, welches von einer Steuereinrichtung durch mehrere Schaltmechanismen in meh rere Betriebsarten schaltbar ist, von denen eine Betriebsart ein Rekuperationsbetrieb ist, in welcher der Verbrennungsmotor antreibend wirkt und der Elektromotor im Gene- 10 ratorbetrieb dazu vorgesehen ist, einen wirkverbundenen Ladungsspeicher aufzula den. Zusätzlich betrifft die Erfindung ein Hybridfahrzeug umfassend ein solches Ge triebe und ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Getriebes.

Grundsätzlich gibt es bereits Getriebe bzw. Getriebeeinheiten, die elektrische Be- 15 triebsarten bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten (EV-Modi) und Verbrennungsar ten (ICE-Modi) bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten koppeln. Auch erfreuen sich Dedicated-Hybrid-Transmissions (DHT) zunehmender Beliebtheit.

Prinzipiell sind zwei verschiedene Getriebearchitekturen aus dem Stand der Technik 20 bekannt: Zum Beispiel sind einerseits P2-Parallelhybride bekannt, die mit einer elektrischen Maschine arbeiten, welche sich zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe befindet, wobei eine Trennkupplung dazu dient, den Verbrennungsmo tor vom Antriebsstrang zu trennen. Der Betrieb kann in diesem Fall im reinen Elektro- modus erfolgen, wobei die elektrische Maschine das Drehmoment an das Getriebe 25 und nicht an den Verbrennungsmotor abgibt. Der Vorteil bei dieser Hybridvariante ist, dass es möglich ist, ein bestehendes Getriebe mit einem Elektromotor und einer Trennkupplung zu verwenden, um den Verbrennungsmotor vom Antriebsstrang zu trennen.

30 Andererseits sind seriell, seriell-parallel oder leistungsverzweigte Hybride aus dem Stand der Technik bekannt, bei denen ein vom Verbrennungsmotor angetriebener Generator Strom erzeugt, der zum Antrieb eines Elektromotors verwendet wird, der das Fahrzeug antreibt (Serienbetrieb). Diese Getriebe werden auch Powersplit- Getriebe genannt. In den meisten Anordnungen wird jedoch ein Teil der Leistung des Verbrennungsmotors mechanisch auf die Räder übertragen (Serienparallelbetrieb).

Es ist die Patentveröffentlichung EP 3315372 A1 bekannt, die eine Batteriebetriebs und Managementstrategie für DHT-Getriebe (Dedicated-Hybrid-Transmission) für vier Übersetzungen im Verbrennerbetrieb und 2 elektrische Übersetzungen offenbart. Bei dem hier vorgeschlagenen Getriebe kann der Start des Hybridfahrzeuges nur mit den beiden elektrischen Gängen durchgeführt werden.

Aus dem Stand der Technik ist die DE 102016221 045 A1 bekannt, die eine Getrie beanordnung für ein Hybridfahrzeug betrifft, bei welcher ein Anschluss für eine Ver brennungskraftmaschine, ein Anschluss für eine elektrische Maschine und ein Getrie beteil der Getriebeanordnung miteinander koppelbar angeordnet sind. Der Getriebeteil umfasst dabei einen einfachen Ravigneaux-Planetenradsatz mit zwei Planetengetrie ben und einem einzigen Hohlrad. Der Getriebeteil weist weiterhin als kraftschlüssige Schaltelemente zwei Bremsen und zwei Kupplungen auf. Die Veröffentlichung offen bart weiterhin eine Antriebsanordnung mit einer derartigen Getriebeanordnung sowie jeweils einer an diese angeschlossene Verbrennungskraftmaschine und eine ange schlossene elektrische Maschine. Ebenfalls Teil der DE 102016221 045 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Antriebsanordnung sowie ein mit einer der artigen Antriebsanordnung ausgestattetes Hybridfahrzeug.

Zusammenfassend scheint die DE 102016221 045 A1 ein Konzept mit zwei Plane tenradsätzen und vier Kupplungsvorrichtungen zu offenbaren, um bis zu vier Vor wärtsgänge für den Verbrennungsmotor, zwei Gänge für den Elektromotor, ein Gang des elektrisch stufenlosen Getriebes (EVT, Electrically-Variable-Transmission) und ein Modus zum Standladen abzubilden.

Des Weiteren ist aus dem Stand der Technik die EP 2 146855 B1 bekannt, die ein Hybridantriebssystem für ein Fahrzeug, umfassend eine Torsionsschwingungsdämp feranordnung mit einer mit einer Antriebswelle eines Antriebsaggregats zur gemein samen Drehung um eine Drehachse zu koppelnden Primärseite und mit einer über ei ne Dämpferelementenanordnung bezüglich der Primärseite zur Drehmomentübertra- gung abgestützten und bezüglich der Primärseite um die Drehachse drehbaren Se kundärseite, eine Kupplungsanordnung mit einem Eingangsbereich, welcher mit der Sekundärseite zur gemeinsamen Drehung um die Drehachse (A) gekoppelt oder zu koppeln ist, und mit einem durch Reibeingriff mit dem Eingangsbereich zur Drehung koppelbaren Ausgangsbereich, eine Elektromaschine, wobei eine Statoranordnung der Elektromaschine an einer feststehenden Baugruppe getragen oder zu tragen ist und eine Rotoranordnung der Elektromaschine mit dem Ausgangsbereich der Kupp lungsanordnung zur gemeinsamen Drehung um die Drehachse gekoppelt ist, wobei der Eingangsbereich der Kupplungsanordnung mit der Sekundärseite der Torsions schwingungsdämpferanordnung über eine Hirthverzahnung oder/und eine Steckver bindung mit Relativaxialverschiebbarkeit verbunden oder verbindbar ist, wobei die Kupplungsanordnung ein Gehäuse umfasst und dass ein kupplungsseitiger Teil der Hirthverzahnung oder der Steckverbindung an einem Gehäusenabenbereich ausge bildet ist.

Zusätzlich ist aus der Druckschrift WO 2016/075336 eine Drehmomentübertragungs vorrichtung bekannt, aufweisend: eine Eingangswelle, einen ersten Planetengetriebe satz, welcher als erste Getriebeelemente wenigstens ein erstes Planetenrad zum Kämmen mit einem ersten Sonnenrad und mit einem ersten Hohlrad des ersten Pla netengetriebesatzes und einen Planetenträger zum drehbeweglichen Abstützen we nigstens eines der ersten Planetenräder aufweist, einen zweiten Planetengetriebes atz, welcher als zweite Getriebeelemente wenigstens ein zweites Planetenrad zum Kämmen mit einem zweiten Sonnenrad und mit einem zweiten Hohlrad des zweiten Planetengetriebesatzes und zum Kämmen mit einem der ersten Planetenräder auf weist, wobei wenigstens eines der zweiten Planetenräder drehbeweglich vom Plane tenträger abgestützt ist, eine erste Bremseinrichtung, ausgestaltet zum lösbaren Fest legen des zweiten Sonnenrads, und eine zweite Bremseinrichtung, ausgestaltet zum lösbaren Festlegen wenigstens eines der ersten Getriebeelemente, eine erste Trenn kupplung, ausgestaltet zur Drehverbindung der Eingangswelle mit wenigstens einem der ersten Getriebeelemente, und eine zweite Trennkupplung, ausgestaltet zur Dreh verbindung der Eingangswelle mit einem weiteren der ersten Getriebeelemente oder mit einem der zweiten Getriebeelemente, eine Abtriebswelle, welche mit einem weite- ren der zweiten Getriebeelemente drehverbunden ist, eine Elektromaschine, welche mit einem der Getriebeelemente drehverbunden ist.

Zusätzlich wird auf die DE 102018 130498 A1 verwiesen, die eine Getriebeeinheit of fenbart, für ein hybrides Kraftfahrzeug, mit einem Planetengetriebe, wobei das Plane tengetriebe mit einem ersten Planetenradsatz und einem zweiten Planetenradsatz ausgestattet ist, einer mit einem Bestandteil des Planetengetriebes gekoppelten elektrischen Maschine sowie mehreren, jeweils eine Bremse oder eine Kupplung bil denden und zwischen einer aktivierten Stellung und einer deaktivierten Stellungen verstellbaren Schalteinrichtungen, wobei die Schalteinrichtungen zum Schalten ver schiedener Getriebeübersetzungen zwischen einem mit einem Verbrennungsmotor koppelbaren Eingang sowie einem Ausgang und/oder zwischen der elektrischen Ma schine sowie dem Ausgang wirkend eingesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass nicht mehr als vier Schalteinrichtungen zum Umsetzen zumindest zweier unterschied licher Getriebeübersetzungen in einem Antriebszustand des Verbrennungsmotors, zumindest einer Getriebeübersetzung in einem Antriebszustand der elektrischen Ma schine sowie zumindest einer Getriebeübersetzung in einem Rekuperationszustand der elektrischen Maschine durch ihre aktivierten sowie deaktivierten Stellungen vor handen sind.

Nachteilig an dem bekannten Stand der Technik ist, dass bei wiederholten Starts, bei spielsweise in Stadtgebieten mit hohem Verkehrsaufkommen, die Batterie schnell ent laden wird. In dem bekannten Stand der Technik wird die Batterie aufgeladen, indem die elektrische Maschine durch den Verbrennungsmotor während der Stillstandspha sen des Fahrzeuges angetrieben wird. Nachteilig an dem bekannten Stand der Tech nik ist zusätzlich, dass die Ladephasen oftmals nicht ausreichen, um die Batterie wie der aufzuladen. Zusätzlich stellt der Betriebe des Verbrennungsmotors im Stillstand zum Laden der Batterie eine akustische Beeinträchtigung dar. Insgesamt sind daher aus dem bekannten Stand der Technik sowohl die eingeschränkten Betriebszeiten, als auch die hohe Geräuschentwicklung nachteilig. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein effizienteres, länger zu betreiben des und geräuscharmeres Getriebe zur Verfügung zu stellen. Auch sollen die aus dem Stand der Technik bekannten Nacheile abgestellt oder wenigstens gemindert werden.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Getriebe, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in der Steuereinrichtung wenigstens ein erster Batterieschonschwellen wert abgelegt ist, der einen Ladezustand des Ladungsspeichers wiedergibt, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, bei Unterschreiten des ersten Batterieschon schwellenwertes die Schaltmechanismen so anzusteuern, dass der Antrieb des Hyb ridfahrzeuges durch den Verbrennungsmotor erzwungen wird, so dass das Hybrid fahrzeug im Rekuperationsbetrieb betrieben wird.

Bei einer solchen erfindungsgemäßen Ausgestaltung werden bei Unterschreitung des Ladezustandes der Batterie des Hybridfahrzeuges, die Schaltmechismen, also die Bremsen und Kupplungen des Getriebes, so geschaltet, dass das Fahrzeug im Ver brennerbetrieb betrieben wird. Der Elektromotor läuft in diesem Fall im Generatorbe trieb und lädt den Ladungsspeicher auf. Die Steuereinrichtung ist somit so ausgestal tet, dass sie die Schaltmechanismen so ansteuert, dass bei Unterschreitung des vor gegebenen Batterieschonschwellenwertes ein Aufladen des Ladungsspeichers, also der Batterie, durch den Verbrennungsmotor bewirkt ist. In vorteilhafter Weise ist somit die Geräuschbeeinträchtigung im Stillstand des Fahrzeuges minimiert und der La dungsspeicher wird immer so angesteuert, dass dieser ausreichend aufgeladen ist.

In besonders vorteilhafter Weise ist die Steuereinrichtung des Getriebes so voreinge richtet, um bei einem gewünschten Abruf von Leistung über eine Extraleistungs schwelle hinaus, die Schaltmechanismen so anzusteuern, dass ausschließlich oder zusätzlich auf die Energie des Elektromotors zum Antrieb des Hybridfahrzeuges zu rückgegriffen wird. Zusätzlich zu der bereits bereitstehenden Antriebsenergie des Verbrennungsmotors wird somit bei einem durch den Fahrer gewünschten Abruf von zusätzlicher Antriebsenergie, die oberhalb der voreingestellten oder vom Fahrer defi nierten Extraleistungsschwelle liegt, Antriebsenergie durch den Elektromotor bereitge stellt. ln weiter vorteilhafter Weise ist zusätzlich ein strategischer Batterieschwellenwert in der Steuereinrichtung des Getriebes abgelegt, wobei die Steuereinrichtung dazu vor eingerichtet ist, um bei Unterschreitung des strategischen Batterieschwellenwertes die Schaltmechanismen so anzusteuern, dass ein Betrieb des Elektromotors zum Antrieb des Hybridfahrzeuges nur noch n-Mal möglich ist. Es ist somit sichergestellt, dass immer ausreichend Ladekapazität in der Batterie vorhanden ist, um das Hybdridfahr- zeug zu starten.

Eine bevorzugte Ausführungsform ist, dass der Wert „n-Mal“ in Abhängigkeit des ab gelegten strategischen Batterieschwellenwertes und weiterer Rahmenbedingungen, wie Gefälle oder Steigung auf dem das Hybridfahrzeug steht, von der Steuereinrich tung bestimmt wird. Das Getriebe und/oder das Hybridfahrzeug umfasst einen Stei gungssensor, der dazu ausgebildet ist, zu ermitteln, auf welcher Steigung das Fahr zeug steht. Zum Starten des Fahrzeuges auf einer Steigung ist eine höhere Star tenergie notwendig. Somit muss in dieser Startposition der strategische Batterie schwellenwert höher festgelegt werden als beim Starten auf einem Gefälle. Eine wei tere Randbedingung, die einbezogen wird ist die Außentemperatur und die Feuchtig keit der Umgebung.

In einerweiter bevorzugten Ausführungsform ist der Regelalgorithmus so ausgelegt, dass oberhalb einer gewünschten Zusatzleistungsschwelle die Schaltmechanismen von der Steuereinrichtung so angesteuert werden, dass der Elektromotor in einem Peak-Bereich betrieben wird, oder der Verbrennungsmotor zugeschaltet wird, um ei nen Betrieb in einem Boost-Bereich zu realisieren. Durch das Zuschalten des Elekt romotors im Verbrennerbetrieb wird der Peak-Bereich abgebildet, der die zusätzliche Leistungsreserve des Elektromotors an den Getriebeausgang überträgt. Im Boost- Betrieb wird während der Fahrt mit dem Elektromotor der Verbrennungsmotor zuge schaltet, um dessen Leistungsreserve zusätzlich zu nutzen. Dieses ist beispielsweise bei schnellen Fahrten auf einer Steigung oder bei abrupten Beschleunigungsvorgän gen vorteilhaft.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst ein Hybridfahrzeug einen Verbrennungsmotor, einen Elektromotor und das erfindungsgemäße Getriebe, um Drehmoment zumindest zwischen dem Verbrennungsmotor, dem Elektromotor und dem Getriebeausgang zu verbringen. Somit ist das Getriebe besonders effizient ein gesetzt und seine Funktionen und Betriebsmodi sind vollumfänglich nutzbar.

Weiter vorzugsweise ist ein Verfahren zum Betrieb des erfindungsgemäßen Getriebes für ein Hybridfahrzeug bereitgestellt, wobei das Getriebe dazu ausgebildet ist, Dreh moment zumindest zwischen einem Verbrennungsmotor, einem Elektromotor und ei nem Getriebeausgang eines Hybridfahrzeuges zu verbringen, umfassend die folgen den Schritte:

- Erfassen des Ladezustandes des Ladungsspeichers;

- kontinuierliches Analysieren und Verarbeiten des erfassten Ladezustandes durch die Steuereinrichtung des Getriebes;

- Ansteuern der jeweiligen Schaltmechanismen in Abhängigkeit des Ladezustandes, sobald dieser einen vordefinierten ersten Batterieschonschwellenwert unterschreitet, so dass der Antrieb des Hybridfahrzeuges durch den Verbrennungsmotor über die Schaltmechanismen erzwungen wird. Der Ladezustand wird über entsprechende La dezustandssensoren direkt an dem Ladungsspeicher gemessen und an die Steuerein richtung übertragen, die den Ladezustand kontinuierlich analysiert und verarbeitet. Sobald die Analyse des aktuellen Ladezustandes ergibt, dass dieser unter einen vor definierten ersten Batterieschonschwellenwert sinkt, steuert die Steuereinrichtung die Schaltmechanismen an, so dass der Antrieb des Hybridfahrzeuges über den Verbren nungsmotor erzwungen wird. Dabei wird der Elektromotor im Generatorbetrieb betrie ben und lädt den Ladungsspeicher auf, so dass der Ladungszustand des Ladungs speichers wieder über den ersten Batterieschonschwellenwert steigt. Es ist in diesem Fall wieder ein Betrieb durch den Elektromotor möglich.

Ein weiter bevorzugtes Verfahren umfasst zusätzlich die folgenden Schritte:

- Erfassen des Wunsches, ob das Hybridfahrzeuges Leistung oberhalb einer Extraleis tungsschwelle abrufen soll;

- Ansteuern der jeweiligen Schaltmechanismen durch die Steuereinrichtung, so dass ausschließlich oder zusätzlich auf die Energie des Elektromotors zum Antrieb des Hybridfahrzeuges zurückgegriffen wird. Die Steuereinrichtung ist somit dazu ausgebil- det, zu erfassen, ob der Fahrer zusätzlicher Leistungsreserven zum Betrieb seines Hybridfahrzeuges mobilisieren möchte. Dieser Wunsch wird erfasst, wenn der Fahrer beispielweise das Gaspedal in die Kick-Down-Stellung bringt, oder indem er extra da zu vorgesehene Knöpfe bzw. Programme am Armaturenbrett des Fahrzeuges so ein- stellt, dass sein Wunsch nach mehr Leistung des Fahrzeuges deutlich wird.

Ein bevorzugtes Verfahren umfasst außerdem die folgenden Schritte:

-Vergleichen des erfassten Ladezustandes des Ladungsspeichers mit einem strategi schen Batterieschwellenwert durch die Steuereinrichtung; - Ansteuern der Schaltmechanismen, so dass bei Unterschreitung des strategischen

Batterieschwellenwertes ein Betrieb des Elektromotors zum Antrieb des Hybridfahr zeuges nur noch n-Mal möglich ist. Der strategischen Batterieschwellenwert ist dazu vorgesehen, sicherzustellen, dass immer ausreichend Ladekapazität in dem Ladungs speichervorhanden ist, um das Hybridfahrzeug noch n-Mal zu starten. Somit ist im- mer ein sicherer uns reibungsloser Betrieb des Hybridfahrzeuges gewährleistet.

Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer erste, in einem teilweise dar gestellten Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges eingesetzten, Getriebe einheit nach einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung aller durch die Getriebeeinheit der Fig. 1 schaltbaren Gänge,

Fig. 3 eine weitere schematische Schnittdarstellung einer Getriebeeinheit nach einem zweiten Ausführungsbeispiel,

Fig. 4 ein weiteres Diagramm zur Veranschaulichung aller durch die Getriebe einheit der Fig. 3 schaltbaren Gänge,

Fig. 5 eine erste schematische Ansicht des Ladezustandes eines Ladungsspei chers,

Fig. 6 ein erstes Diagramm zur Veranschaulichung der Betriebsmodi bei einem Ladezustand entsprechend der Fig. 5,

Fig. 7 eine zweite schematische Ansicht des Ladezustandes eines Ladungsspei chers,

Fig. 8 ein zweites Diagramm zur Veranschaulichung der Betriebsmodi bei einem Ladezustand entsprechend der Fig. 7,

Fig. 9 eine dritte schematische Ansicht des Ladezustandes eines Ladungsspei chers,

Fig. 10 ein drittes Diagramm zur Veranschaulichung der Betriebsmodi bei einem Ladezustand entsprechend der Fig. 9, Fig. 11 eine vierte schematische Ansicht des Ladezustandes eines Ladungsspei chers,

Fig. 12 eine schematische Ansicht einer Steuereinrichtung und Fig. 13 eine schematische Ansicht eines Hybridfahrzeuges.

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele können prinzipiell frei miteinander kombiniert werden.

In der Fig. 1 ist ein Antriebsstrang mit einem Getriebe 1 eines Flybridfahrzeuges 3 gut zu erkennen. Das in diesem Antriebsstrang eingesetzte Getriebe 1 ist als Hybridge- triebe realisiert und alternativ auch als solches bezeichnet. Eine bevorzugte Position des Getriebes 1 des Antriebsstranges ist in der Fig. 13 in einem schematisch darge stellten Hybridfahrzeug, hier einem PKW, dargestellt. Hierbei ist zu erkennen, dass das Getriebe 1 mit dem Antriebsstrang an einer Vorderachse des Hybridfahrzeuges 2 wirkend eingesetzt ist und von einem Verbrennungsmotor 3 mit Drehmoment beauf- schlagt wird. Die Fig. 1 zeigt zusätzlich einen Elektromotor 4 und einen Getriebeaus gang 5 des Getriebes 1.

Gemäß der Ausbildung als Hybridgetriebe weist das Getriebe 1 ein zweistufiges Pla netengetriebe 6 sowie die mit diesem Planetengetriebe wirkverbundene elektrische Maschine 4 auf. Der prinzipielle Aufbau des Getriebes 1 ist besonders gut in Fig. 1 zu erkennen. Demnach weist das Planetengetriebe 6 einen ersten Planetenradsatz 6a auf, der die erste Getriebestufe des Planetengetriebes bildet und der rechtsseitig dar gestellt ist, und einen zweiten Planetenradsatz 6b, der die zweite Stufe des Planeten getriebes 6 bildet und der linksseitig dargestellt ist. Der erste Planetenradsatz 6a weist ein erstes Sonnenrad 20, einen ersten Planeten radsatz 21 und ein erstes Hohlrad 22 auf. Der zweite Planetenradsatz 6b weist ein zweites Sonnenrad 23, einen zweiten Planetenradsatz 24 und ein zweites Hohlrad 25 auf. Die Planetenräder des ersten Planetenradsatzes 21 befinden sich einerseits mit dem ersten Sonnenrad 20, andererseits mit dem ersten Hohlrad 22 in Zahneingriff.

Der erste Planetenradsatz 21 ist mit seinen einzelnen (ersten) Planetenrädern auf ei nem ersten Planetenradträger 26 verdrehbar angeordnet. Der zweite Planetenradsatz 24 ist mit seinen einzelnen (zweiten) Planetenrädern auf einem zweiten Planetenrad träger 27 verdrehbar angeordnet. Die jeweiligen Planetenradsätze 21, 24 sind jeweils mit dem entsprechenden Sonnenrad 20, 23 und dem entsprechenden Hohlrad 22, 25 in Zahneingriff.

Es ist zu erkennen, dass das erste Sonnenrad 20 mit dem Elektromotor 4 drehfest verbunden ist und dass das erste Hohlrad 22 mit dem zweiten Planetenradsatz 24 drehfest verbunden ist, wobei diese Verbindung durch einen ersten Schaltmechanis mus 8a, hier eine Bremse B2, an einem fahrzeugrahmenfesten Gehäuse festsetzbar ist.

Das zweite Sonnenrad 23 des zweiten Planetenradsatzes 6b ist durch einen zweiten Schaltmechanismus 8b, hier eine Bremse B1, wiederum an dem fahrzeugrahmenfes ten Gehäuse festsetzbar.

Der zweite Planetenradträger 27 ist über einen dritten Schaltmechanismus 8c, hier ei ne Kupplung K2, mit dem Verbrennungsmotor 3 drehfest verbindbar.

Die elektrische Maschine 4 weist typischerweise einen Stator und einen relativ zu dem Stator verdrehbar gelagerten Rotor auf, wobei der Rotor innerhalb des Stators drehbar aufgenommen ist. Der Rotor ist dabei drehfest auf einer Triebwelle der elektrischen Maschine 4 angebracht, wobei die Triebwelle mit ihrer Drehachse über ein Drehmo- mentenausgangsbauteil 28 an das erste Sonnenrad 20 angebunden ist. Folglich ist die elektrische Maschine 4 mit dem ersten Sonnenrad 20 über das Drehmomenten- ausgangsbauteil 28 wirkverbunden. In weiteren Ausführungen ist die elektrische Ma schine 4 mit ihrer Stator-/Rotoreinheit auch nicht zwangsläufig koaxial zu der zentra- len Drehachse 28 angeordnet, sondern kann beispielsweise mit ihrem Drehmomen- tenausgangsbauteil 28 koaxial zur zentralen Drehachse 28 angeordnet sein.

In Fig. 1 ist des Weiteren zu erkennen, dass in der Getriebeeinheit 1 seitens des Ver brennungsmotors 3 prinzipiell ein Drehschwingungsdämpfer 30 integrierbar ist. Der Drehschwingungsdämpfer 30 ist hier zwischen der Ausgangswelle des Verbren nungsmotors 3 und dem Eingang des Getriebes 1 angeordnet. Der Drehschwin gungsdämpfer 30 kann prinzipiell als Bestandteil des Getriebes 1 oder als separates Bauteil angeordnet sein und bspw. als Zweimassenschwungrad oder als hydrodyna mischer Tilger ausgebildet sein.

In der Fig. 1 sind drei Schaltmechanismen 8a, 8b, 8c in das Getriebe 1 integriert, um durch ihre aktivierten bzw deaktivierten Stellungen die einzelnen Getriebeübersetzun gen / Gänge, wie sie aus den folgenden Fig. 2 und Fig. 4 hervorgehen, umzusetzen.

Der erste Schaltmechanismus 8a ist als eine Bremse B2 realisiert und diese ist zwi schen dem ersten Flohlrad 22 und dem zweiten Planetenradträger 24 wirkend einge setzt.

Der zweite Schaltmechanismus 8b ist ebenfalls als Bremse B1 realisiert. Der zweite Schaltmechanismus 8b ist zwischen dem Sonnenrad 23 und dem fahrzeugrahmenfes ten Bereich wirkend eingesetzt.

Der dritte Schaltmechanismus 8c ist als Kupplung K2 realisiert und zwischen der Aus gangswelle 31 des Verbrennungsmotors 3 und dem zweiten Planetenradträger 27 des zweiten Planetenradsatzes 6b wirkend eingesetzt. Demnach ist die Ausgangswelle 31 des Verbrennungsmotors 3 im Betrieb des Flybridfahrzeuges 2 in der aktivierten Stel lung des dritten Schaltmechanismus 8c drehfest mit dem zweiten Planetenrdträger 27 des zweiten Planetenradsatzes 6b verbunden und in der deaktivierten Stellung des zweiten Schaltmechanismus 8c von dem zweiten Planetenradträger 27 des zweiten Planetenradsatzes 6b drehentkoppelt, d.h. frei relativ zu diesem für drehbar angeord net. Somit ist die aktivierte Stellung der Kupplung K2 eine geschlossene Kupplungs stellung und die deaktivierte Stellung der Kupplung K2 eine geöffnete Kupplungsstel lung. In Verbindung mit den Figuren 2 bis 10 sind die einzelnen Betriebs- bzw. Antriebszu stände des Getriebes 1 mit den unterschiedlichen Verbrennungskraftmaschinen- Gängen, den Elektromaschinen Gängen und den EVT-Gängen veranschaulicht. In diesen Antriebszuständen wirkt entweder ausschließlich der Verbrennungsmotor 3, ausschließlich der Elektromotor oder der Verbrennungsmotor 3 unterstützt von der elektrischen Maschine 4 antreibend auf die Abtriebsräder 31.

Aus dem Diagramm der Fig. 2 ist ersichtlich, dass über die drei Schaltmechanismen (die Bremse B1, die Bremse B2 und die Kupplung K2) insgesamt sechs verschiedene Gänge bzw. Fahrzustände umsetzbar sind.

Durch Aktivierung der ersten Bremse B2 sowie durch Deaktivierung der Bremse B1 sowie durch Deaktivierung der Kupplung K2 wird die elektrische Maschine bei einem Übersetzungsverhältnis 32 von 3,00 im Motorbetrieb betrieben, wobei der Verbren nungsmotor 3 deaktiviert ist. Dieses stellt die zweite Betriebsart 9b dar.

Im aktivierten Zustand der Bremse B1 und im deaktivierten Zustand der Bremse B2 und im deaktivierten Zustand der Kupplung K2 wird die elektrische Maschine 4 im mo torischen Betrieb bei einem Übersetzungsverhältnis von 1,571 betrieben, wobei der Verbrennungsmotor 3 deaktiviert ist. Dieses stellt die dritte Betriebsart 9c dar.

Durch Aktivierung der Kupplung K2 sowie durch Deaktivierung der Bremse B1 und der Bremse B2 wird die elektrische Maschine 4 im Generatorbetriebe betrieben und lädt die Batterie auf. Dabei ist ein kleineres Übersetzungsverhältnis von 1,50 bewirkt, wo bei der Verbrennungsmotor 3 dabei aktiviert ist. Dieses ist die erste Betriebsart 9a.

Durch Aktivierung der Kupplung K2 sowie durch Aktivierung der Bremse B1 und durch Deaktivierung der Bremse B2 wird der Elektromotor im Generatorbetrieb oder im Mo torbetrieb betrieben, wobei der Verbrennungsmotor 3 aktiviert ist. Dabei ist eine vierte Betriebsart 9d mit einem Übersetzungsverhältnis von 0,714 bewirkt. Durch Aktivierung der Bremse B2 sowie durch Deaktivierung der Bremse B1 und durch Deaktivierung der Kupplung K2 wird der Elektromotor im Motorbetrieb betrie ben, wobei der Verbrennungsmotor 3 deaktiviert ist. Dabei ist eine fünfte Betriebsart 9d bewirkt mit einem Übersetzungsverhältnis von 3,00.

Durch Aktivierung der Bremse B1 sowie durch Deaktivierung der Bremse B2 sowie durch Deaktivierung der Kupplung K2 wird der Elektromotor im Motorbetrieb betrie ben, wobei der Verbrennungsmotor 3 deaktiviert ist. Dabei ist eine sechste Betriebsart 9f bewirkt mit einem Übersetzungsverhältnis von 1,571.

Das Getriebe 1 der Fig. 3 entspricht dem Getriebe 1 der Fig. 1, wobei der dritte Schaltmechanismus 3 in der Fig. 3 durch eine Freiluftkupplung im Vergleich zu der Kupplung K2 der Fig. 1 ersetzt ist. Freilaufkupplungen zeichnen sich dadurch aus, dass sie das Drehmoment nur in eine Richtung übertragen. Freilaufkupplungen wer den auch als Rücklaufsperren, Überholkupplungen oder als schaltbare Freiläufe be zeichnet.

Das Diagramm der Fig. 4 zeigt die Betriebszustände, die durch das Getriebe 1 der Fig. 1 bewirkbar sind. In der ersten Betriebsart 9a und der vierten Betriebsart 9e wird die Freilaufkupplung 8c in einem geschlossenen, also einem „locked“-Zustand betrie ben. In den Betriebsarten 9b, 9c und 9d wird die Freilaufkupplung 8c in einem offenen, also einem „unlocked“-Zustand, betrieben.

Die Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung des Ladungsspeichers 10, wobei auf der Hochachse verschiedene Ladungszustände 33 aufgetragen sind. Die Ladungszu stände 33 werden dabei mit dem Begriff SOC (State of Charge) abgekürzt. Bei einem Wert SOC von 0 % ist die Batterie vollständig entladen und bei einem Ladezustand von 100 % ist die Batterie vollständig geladen. Dazwischen sind verschiedene SOC- Werte, zwischen SOC1 und SOC4 definiert. Der SOC1-Wert erstreckt sich in einem Bereich zwischen 0 % und 20 %. Dieser Zustand zwischen 0 % und 20 % wird jedoch nicht genutzt, damit die Batterie dauerfest ist. Dieses ist der nicht nutzbare Bereich 33. ln einem SOC-Wert zwischen 20 % und 25 % ist ein strategisches Batterieschwellen wert 14 vorgesehen, welcher seine untere Grenze bei 20% Ladezustand hat. Mit die sem kann das Hybridfahrzeug 2 nur noch mit einer definierten Anzahl von Startvor gängen gestartet werden kann.

Der SOC2-Wert erstreckt sich in einem Bereich zwischen 25 % und 40%, wobei sich am oberen Ende dieses Bereiches der erste Batterieschonschwellenwert 11 befindet, der dem SOC2-Zustand entspricht. Der SOC3-Wert, also der mittlere Bereich, er streckt sich zwischen 40 % und 80 %, wobei der oberste Punkt dieses Bereiches der SOC4-Wert ist, der auch als Zusatzleistungsschwelle 15 bezeichnet wird. Der oberste Bereich, der jedoch nicht benutzt wird, damit die Batterie dauerfest ist, erstreckt sich zwischen 80 und 100 %. Dieses wird wiederum als nicht nutzbarer Bereich 33 be zeichnet. Dem Fahrer des Hybridfahrzeuges 2 wird nicht der Bereich zwischen 0 und 20 % und der Bereich zwischen 80 und 100 % angezeigt, somit steht dieser Bereich nicht zur Verfügung. Der Ladezustand 12 des Ladespeichers 10 befindet sich in der Fig. 5 in der Mitte des SOC3-Bereiches. Die Batterie ist somit zu ungefähr 60 % gela den. Mit diesem Ladezustand ist das Getriebe 1 in der Lage, die zweite Betriebsart 9b (EM1 ), die dritte Betriebsart 9c (EM2) und die vierte Betriebsart (ICE4) abzubilden.

Die Fig. 6 zeigt ein Kraft-Geschwindigkeits-Diagramm mit verschiedenen Betriebszu ständen, die mit dem Ladungszustand 12 gemäß der Fig. 5 der Batterie, also einem Ladezustand 12, der sich in der Mitte des SOC3-Bereiches befindet, durchführbar sind. In der Fig. 6 ist auf der X-Achse die Geschwindigkeit in km/h aufgetragen, siehe hierzu das Bezugszeichen 19. Auf der Y-Achse ist die Kraft in Newton [N] aufgetra gen, siehe hierzu das Bezugszeichen 18. Die Antriebskraft erstreckt sich in einem Be reich zwischen F=0N und F=12.500 N, d. h. F=12,5 kN. Die Geschwindigkeit auf der X-Achse erstreckt sich in einem Bereich zwischen V=0 km/h und V=250 km/h.

Des Weiteren sind verschiedene Bereiche definiert, welche die Betriebsbereiche des Hybridfahrzeuges unterscheiden: Der Betriebsbereich EM1 erstreckt sich zwischen einer Kraft von F=7.500 N bis zu einer Geschwindigkeit von ca. 40 km/h, sinkt dann langsam bis zu einer Geschwindigkeit von 50 km/h auf ca. F=7.000N ab und fällt dann hyperbelförmig bis zu einer Geschwindigkeit von V=140 km/h auf ca. F=2.000N ab. Die Betriebsart EM2, d. h. die dritte Betriebsart 9c, beginnt bei ca. 140 km/h und sinkt langsam bis zu ca. F=2.500 N bei einer Geschwindigkeit von V=150 km/h ab.

Oberhalb des EM1- und des EM2-Bereiches befindet sich der Boost-Bereich 17. Der Boost-Bereich wird dadurch bewirkt, dass auf dem konstanten Antrieb mit dem Elekt romotor zusätzlich der Verbrennungsmotor aufgeschaltet wird. Der Boost-Bereich er streckt sich in einem Bereich zwischen ca. V=60 km/h bei einer Antriebskraft von F=7.600N und fällt bis zu einer Geschwindigkeit von V=250 km/h bei einer Antriebs kraft von ca. F=2.700N ab.

In dem vorderen Bereich oberhalb des EM1 -Bereiches befindet sich der Peak- Bereich 16. Dieser erstreckt sich, ausgehend von einer Kraft von F=11.000N bis zu einer Geschwindigkeit von ca. V=50 km/h horizontal und sinkt dann steil auf eine Ge schwindigkeit von ca. V=60 km/h bei einer Kraft von ca. F=7.500N ab.

Die Fig. 7 zeigt den Ladungsspeicher 10, wobei der Ladezustand 12 des Ladungs speichers 10 bei ca. 25 % seiner vollen Kapazität angesiedelt ist.

Bei diesem Ladezustand 12 des Ladungsspeichers 10 sind die in der Fig. 8 gezeigten Betriebszustände erreichbar. Die erste Betriebsart 9a, d. h. die Betriebsart ICE2 im EVT-Modus beginnt bei einer Kraft von ca. F=4.000 N und erstreckt sich horizontal bis zu einer Geschwindigkeit von ca. V=60 km/h und sinkt stetig auf eine Kraft von ca. F=3.000 N bei ca. V=140 km/h ab. Das heißt, im Anfahrvorgang bei geringen Ge schwindigkeiten und einem Ladezustand 12 der Batterie, der sich im unteren Drittel bewegt, fährt das Auto im Verbrennerbetrieb.

Der ICE4-Modus, d. h. die vierte Betriebsart 9d, beginnt bei ca. F=2.000 N bei einer Geschwindigkeit von ca. V=60 km/h und erstreckt sich langsam abfallend bis zu einer Geschwindigkeit von V=250 km/h und endet bei ca. F=2.000 N. Oberhalb des Berei ches 9b befindet sich beginnend bei einer Kraft von ca. F=7.000 N und einer Ge schwindigkeit von V=60 km/h der Boost-Bereich 17. Der Boost-Bereich 17 fällt von F=7.000 N bei einer Geschwindigkeit von V=60 km/h stetig ab bis zu einer Geschwin digkeit von V=250 km/h und einer Kraft von ca. F=2.700 N.

Oberhalb des Bereiches 9a, d. h. des ICE2-Bereiches im EVT-Modus, befindet sich der Endbereich 16, der auch EM1 + Peak-Bereich 16 genannt wird und der bei ca.

F=11 .000 N beginnt mit einer Geschwindigkeit von ca. V=0 km/h und der sich horizon tal bis zu einer Geschwindigkeit von ca. V=50 km/h erstreckt und dann rasant abfällt auf eine Kraft von ca. F=7.000 N und einer Geschwindigkeit von ca. V=60 km/h.

In der Fig. 9 ist der Ladungsspeicher 10 gezeigt, der bis zum Ladezustand 12 geladen ist, d.h. der sich bei ca. 20% des vollen Ladezustand der Batterie befindet, d. h. unter halb des strategischen Batterieschwellenwertes 14 oder genau an der Grenze des strategischen Batterieschwellenwertes 14.

Die erste Betriebsart, d. h. der Rekuperationsbetrieb 9a, befindet sich zwischen einer Kraft F=4.500 N, beginnend bei einer Geschwindigkeit von V=0 km/h, läuft horizontal bis zu einer Geschwindigkeit von V=60 km/h und sinkt dann stetig bis zu einer Ge schwindigkeit von V=150 km/h auf eine Kraft von ca. F=2.600 N ab. Oberhalb dieses Bereiches befindet sich kein Betriebsbereich mehr, da die Batterie fast leer ist und somit kein Peak-Bereich mehr durch einen zusätzlichen Betrieb des Elektromotors be reitgestellt werden kann. Der ICE4-Bereich, d. h. die vierte Betriebsart 9d beginnt bei einer Kraft von ca. F=2.400 N bei einer Geschwindigkeit von ca. V=60 km/h und er streckt sich horizontal langsam abfallend bis zu einer Kraft von ca. F=2.400 N bis zu einer Geschwindigkeit von ca. V=250 km/h. Auch oberhalb dieses Bereiches befindet sich kein weiterer Boost-Bereich, da die Batterie, d.h. der Ladespeicher, nahezu leer ist.

Die Fig. 11 zeigt den Ladezustand 12 des Ladespeichers 10, wobei der Ladezustand 12 sich unterhalb des strategischen Batterieschwellenwertes 14 bewegt, also die Bat terie fast leer ist. Unterhalb des strategischen Batterieschwellenwertes 14 ist ein An trieb des Hybridfahrzeuges durch den Elektromotor nur noch n-mal möglich. Der Wert n-mal ist dabei abhängig von der definierten Höhe des strategischen Batterieschwel lenwertes 14 und weiterer Rahmenbedingungen, wie bspw. dem Gefälle oder der Steigung auf dem das Hybridfahrzeug steht, der Außentemperatur, der Luftfeuchte oder weiterer Randbedingungen, die vom jeweiligen Einsatzgebiet abhängig sind.

Mit anderen Worten ist ein Getriebe bereitgestellt, welches zusätzlich einen EVT- Modus beinhaltet, d. h. einen Verbrennerbetrieb auf welchem ein Antrieb des Elektro motors im Generatorbetrieb zusätzlich beaufschlagt werden kann. Damit ist es in vor teilhafter Weise möglich, die meisten Starts mit dem Verbrennungsmotor beim Aufla den des Ladungsspeichers, d. h. der Batterie, durchzuführen. Verschiedene Start- und Modus-Nutzungsstrategien müssen entsprechend den unterschiedlichen SOC- Schwellenwerten (State of Charge) definiert werden. Die beschriebenen Strategien gelten für Dedicated Hybrid Transmission (DHT) mit mindestens zwei elektrischen Vorwärtsgängen, einem EVT-Gang und einer Übersetzung für den Verbrennungsmo tor. Zum Rückwärtsfahren werden mindestens zwei elektrische Gänge verwendet, bei denen der Elektromotor in die andere Richtung läuft, d.h. in die rückwärtsgerichtete Richtung. Abhängig von den unterschiedlichen Ladezuständen der Batterie werden Regeln für die Verwendung der verschiedenen verfügbaren Übersetzungen bzw. Modi definiert, in Abhängigkeit der gewünschten Fahrzeuggeschwindigkeit und der ge wünschten Antriebskraft.

Die Fig. 12 zeigt eine schemtaische Darstellung der Parameter, die auf die Steuerein richtung 7 wirken. Die Steuereinrichtung 7 ist dazu ausgebildet, den ersten Batterie schwellwert 11 , den Ladezustand des Ladungsspeichers 12, die Extraleistungs schwelle 13, den strategischen Batterieschwellwert 14 und die Zusatzleistungsschwel le 15 als Betriebsparameter zu verarbeiten. In Abhängigkeit dieser Parameter steuert die Steuereinrichtung dann die Schaltmechanismen 8a, 8b, 8c, so dass diese anhand eines hinterlegten Regelalgorithmus und der Parameter 11 , 12, 13, 14, 15 angesteuert werden.

Die Fig. 13 zeigt eine schematische Darstellung eines Hybridfahrzeuges 2, umfassend mehrere Antriebsräder 31 , die von dem ein Getriebe 1 angetrieben werden, welches wiederum von dem Verbrennungsmotor 3 angetrieben wird. Der Verbrennungsmotor kann dabei als Otto- oder als Dieselmotor ausgestaltet sein. Bezuqszeichenliste

1 Getriebe

2 Hybridfahrzeug

3 Verbrennungsmotor

4 Elektromotor

5 Getriebeausgang

6 Planetengetriebe

6a erster Planetenradsatz

6b zweiter Planetenradsatz

7 Steuereinrichtung

8a erster Schaltmechanismus

8b zweiter Schaltmechanismus

8c dritter Schaltmechanismus

9a erste Betriebsart (Rekuperationsbetrieb)

9b zweite Betriebsart

9c dritte Betriebsart

9d vierte Betriebsart

9e fünfte Betriebsart

9f sechste Betriebsart

10 Ladungsspeicher

11 erster Batterieschonschwellwert

12 Ladezustand des Ladungsspeichers

13 Extraleistungsschwelle

14 strategischer Batterieschwellenwert

15 Zusatzleistungsschwelle

16 Peak-Bereich

17 Boost-Bereich

18 Kraft [N]

19 Fahrzeuggeschwindigkeit [km/h]

20 erstes Sonnenrad 21 erster Planetenradsatz

22 erstes Hohlrad

23 zweites Sonnenrad

24 zweiter Planetenradsatz 25 zweites Hohlrad

26 erster Planetenradträger

27 zweiter Planetenradträger

28 Drehmomentausgangsbauteil

29 Drehachse 30 Drehschwingungsdämpfer

31 Antriebsräder

32 Übersetzungsverhältnis

33 Nicht nutzbarer Bereich