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EP2686185A1 - Hybrid drive of a motor vehicle - Google Patents

Hybrid drive of a motor vehicle

Info

Publication number
EP2686185A1
EP2686185A1 EP12702499.0A EP12702499A EP2686185A1 EP 2686185 A1 EP2686185 A1 EP 2686185A1 EP 12702499 A EP12702499 A EP 12702499A EP 2686185 A1 EP2686185 A1 EP 2686185A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gear
input
shaft
drive
electric machine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12702499.0A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Johannes Kaltenbach
Uwe Griesmeier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
Publication of EP2686185A1 publication Critical patent/EP2686185A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/22—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs
    • B60K6/36—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the transmission gearings
    • B60K6/365—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the transmission gearings with the gears having orbital motion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H37/00—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00
    • F16H37/02—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings
    • F16H37/06—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts
    • F16H37/065—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with a plurality of driving or driven shafts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/22—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs
    • B60K6/38—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the driveline clutches
    • B60K6/387—Actuated clutches, i.e. clutches engaged or disengaged by electric, hydraulic or mechanical actuating means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/42—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
    • B60K6/48—Parallel type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units
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    • B60K6/50—Architecture of the driveline characterised by arrangement or kind of transmission units
    • B60K6/54—Transmission for changing ratio
    • B60K6/547—Transmission for changing ratio the transmission being a stepped gearing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60K6/48—Parallel type
    • B60K2006/4816—Electric machine connected or connectable to gearbox internal shaft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60K6/48—Parallel type
    • B60K2006/4833—Step up or reduction gearing driving generator, e.g. to operate generator in most efficient speed range
    • B60K2006/4841—Step up or reduction gearing driving generator, e.g. to operate generator in most efficient speed range the gear provides shifting between multiple ratios
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
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    • B60K6/50—Architecture of the driveline characterised by arrangement or kind of transmission units
    • B60K6/54—Transmission for changing ratio
    • B60K2006/541—Transmission for changing ratio without reverse ratio using instead electric reversing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H2200/00—Transmissions for multiple ratios
    • F16H2200/20—Transmissions using gears with orbital motion
    • F16H2200/2002—Transmissions using gears with orbital motion characterised by the number of sets of orbital gears
    • F16H2200/2007—Transmissions using gears with orbital motion characterised by the number of sets of orbital gears with two sets of orbital gears
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H2200/00—Transmissions for multiple ratios
    • F16H2200/20—Transmissions using gears with orbital motion
    • F16H2200/2002—Transmissions using gears with orbital motion characterised by the number of sets of orbital gears
    • F16H2200/201—Transmissions using gears with orbital motion characterised by the number of sets of orbital gears with three sets of orbital gears
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H2200/00—Transmissions for multiple ratios
    • F16H2200/20—Transmissions using gears with orbital motion
    • F16H2200/203—Transmissions using gears with orbital motion characterised by the engaging friction means not of the freewheel type, e.g. friction clutches or brakes
    • F16H2200/2064—Transmissions using gears with orbital motion characterised by the engaging friction means not of the freewheel type, e.g. friction clutches or brakes using at least one positive clutch, e.g. dog clutch
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H2200/00—Transmissions for multiple ratios
    • F16H2200/20—Transmissions using gears with orbital motion
    • F16H2200/2097—Transmissions using gears with orbital motion comprising an orbital gear set member permanently connected to the housing, e.g. a sun wheel permanently connected to the housing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • F16H3/62—Gearings having three or more central gears
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • F16H3/72—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously
    • F16H3/724—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously using externally powered electric machines
    • F16H3/725—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously using externally powered electric machines with means to change ratio in the mechanical gearing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the invention relates to a hybrid drive of a motor vehicle according to the preamble of patent claim 1.
  • Hybrid drives with internal combustion engine and electromotive drive sources contribute to the reduction of fuel consumption and pollutant emissions in motor vehicle traffic.
  • drive strategies are to be used, which can flexibly use its electric machine depending on the situation. This is intended, for example, when starting, as the sole source of power in urban short-distance traffic or in a stop-and-go operation, as an additional power source with increased power requirements in a boost mode, as a starter generator for fast starting of the engine and as a generator for power generation or energy recovery in one Recuperation operation done.
  • the internal combustion engine should be operated at least predominantly in consumption, torque and speed-favorable operating points with high efficiency.
  • Hybrid drives in which the electric drive and the internal combustion engine can be coupled to the drive train independently of one another at least for individual gear ratios, have advantages over arrangements in which the electric drive is permanently drive-connected to the transmission input or to the transmission output, ie integrated in the power flow of the drive train more flexible control.
  • the electric drive is permanently drive-connected to the transmission input or to the transmission output, ie integrated in the power flow of the drive train more flexible control.
  • the traction force can be maintained at a gear change of the electric drive by means of the internal combustion engine, unless the engine is currently switched off.
  • the switching operations can be synchronized by the internal combustion engine and an effective between the engine and the transmission input friction clutch and / or via the electric drive, so that at least partially synchronizing devices can be replaced by lower-cost jaw clutches.
  • the switching points in electrical circuits, ie circuits that take place with electric motor drive, are due to the compared to
  • Such drive concepts have already been proposed for vehicles in which the electric drive is designed so that at least for a short-distance operation, for example, in city traffic, alone sufficient driving performance available.
  • These are, for example, so-called plug-in hybrid vehicles or range extender electric vehicles, in which an electrical energy store is additionally externally rechargeable and / or the internal combustion engine essentially serves to increase the range and to generate energy for the electric drive.
  • Such hybrid drives are known with a manual transmission having two input shafts and a common output shaft, wherein the output shaft is arranged in the countershaft design parallel to the axis of the input shafts.
  • One input shaft is drivable via an internal combustion engine and the other input shaft via an electric machine. Both input shafts are switchable via gear sets with the output shaft coupled and can be brought into drive connection with each other.
  • a hybrid drive is described in which two input shafts are arranged coaxially and axially adjacent to each other and a common output shaft is arranged axially parallel to the input shafts.
  • One of the two input shafts is separated into an axially outer and an axially inner shaft portion.
  • the outer shaft portion is drive-connected or drive-connectable with an associated internal combustion engine or an associated electric machine.
  • the inner shaft portion carries drive wheels associated Gangrad instruments.
  • a superposition gear is preferably provided as a planetary gear with a sun gear and a ring gear as input elements and a planet carrier designed as an output element.
  • the input elements are rotatably connected to one of the two shaft sections.
  • the output element is rotatably connected to the drive wheel of an associated Anfahrgangradsatzes or connectable.
  • a lock-up clutch is arranged, by means of which the superposition gear can be locked in itself.
  • This hybrid drive allows for active superposition gearbox, with running and with the respective input shaft drive-connected engine, with coupled input shafts and switched Anfahrgangradsatz under control of the electric machine from the generator mode in the engine operation wear-free starting with high tensile force, whereby a conventional friction clutch is not necessary as a starting element ,
  • This function corresponds to the starting function of comparable known electrodynamic starting elements, as described, for example, in DE 199 34 696 A1.
  • This document shows such a wear-free electrodynamic starting element in which a planetary gear is arranged between the engine and the transmission input, wherein a planet carrier is connected to a gearbox, a ring gear with the engine and a sun gear with an electric machine.
  • the hybrid drive according to DE 10 2010 030 567 A1 with engaged lock-up clutch as a hybrid drive with two input shafts and a common output shaft without superposition gear operable.
  • a suitable basic hybrid drive with a three-speed manual transmission with spur gears in countershaft design, in which two pure electromotive driving gears and three Internal combustion engine driving gears as well as a boost mode, a recuperation mode and a loading mode are selectable, is also described in this non-prepublished publication.
  • a comparable basic hybrid drive also shows the likewise not previously published DE 10 2010 030 573 A1.
  • Two input shafts are arranged therein in sections coaxially one above the other, wherein the input shaft assigned to an internal combustion engine is the inner shaft and the shaft associated with an electric machine is the outer shaft.
  • a common output shaft is disposed axially parallel to the input shafts.
  • a second electric machine is arranged on the input shaft associated with the internal combustion engine.
  • a friction clutch via which the drive shaft of the internal combustion engine with the respective transmission input shaft switchable connected would be eliminated.
  • the present invention seeks to provide a hybrid drive of the type mentioned, which allows efficient driving operation with either decoupled or coupled combustion engine or decoupled or coupled electric machine, and having a compact design, in particular with regard to its radial dimensions.
  • the invention is based on the finding that the switching logic and functionality of a range extender gearbox or the like conventionally designed in a spur gear design for a hybrid powertrain can also be realized in a plane-saving design that saves space.
  • the invention is based on a hybrid drive of a motor vehicle, which has an internal combustion engine with a drive shaft, at least one electric machine with a rotor, and a manual transmission with two input shafts and a common output shaft, wherein the first input shaft is connected to the drive shaft.
  • shaft of the internal combustion engine is connected or connectable and the second input shaft of the rotor of the electric machine can be driven directly or indirectly.
  • the invention provides that the two input shafts are arranged coaxially one behind the other, that the output shaft is coaxially disposed over one of the two input shafts, and that at least two planetary gear, each with at least one input element and an output element are arranged coaxially one behind the other, wherein the internal combustion engine can be coupled mutually via a first switching element with the second input shaft or via a second switching element with the input element of the first planetary gear is coupled, and wherein the output elements of the two planetary gear are connected to the output shaft.
  • This hybrid powertrain has the same functionality in a planetary design with two planetary gear sets as the hybrid drives described above. By dispensing with gear wheels in spur gear but a more compact radial design is achieved. This is particularly advantageous for vehicles in which the drive units are installed front and transverse to the vehicle's longitudinal axis.
  • the two planetary gear and the output shaft are disposed over the second input shaft, wherein the first planetary gear includes a ring gear as an input element, a fixed sun gear, and as an output element a planet carrier with a plurality of meshing between the sun gear and the ring gear planetary gears, wherein the second planetary gear a sun gear as an input element, a ring gear detectable via a third shifting element, and a planet carrier having a plurality of planetary gears meshing between the sun gear and the ring gear as an output element, and in which the second planetary gear can be locked by means of a fourth shifting element.
  • This arrangement is a three-speed manual transmission, which allows by a variable control and coupling of the two drive units on the planetary gear sets with the output shaft and the two input shafts with each other, the use of two pure electromotive driving gears, the engine is decoupled from the drive train, three internal combustion engine driving gears allows, with the electric machine are coupled to the drive train, and allows a pure internal combustion engine drive, wherein the electric machine is decoupled from the drive train.
  • the switching logic of the transmission according to the invention corresponds to that of a comparable transmission in Stirnradbauweise with at least three Radsatzebenen.
  • the circuits of the internal combustion engine driving gears can be done by electric motor traction. Basically, an internal combustion engine traction bridging the circuits of the electromotive driving gears is possible.
  • a charging mode for charging an electrical energy storage means of the electric machine in a neutral position of the transmission is possible.
  • An electric motor drivable reverse gear can be realized via a reversal of the direction of rotation of the electric drive in a starting gear, so that transmission components can be saved for a separate reverse gear.
  • the two planetary gear have the same translation.
  • two planetary gear sets with the same ratio can be achieved by using the same components an additional cost savings.
  • the output shaft may be in drive connection via an output gear set with an axle differential of a vehicle axle, which is positioned axially between the two planetary gears, or axially in front of or behind the planetary gears. Due to the variable arrangement of the Ninradsatzes the drive can be relatively easily adapted to existing space conditions of a vehicle.
  • the output gear set may be formed as a simple pair of spur gears or as a two-stage output, with a drive wheel which is connected to the output shaft is rotatably connected to a driven gear, which is drivingly connected to the axle differential, and with an intermediate shaft mounted on an intermediate gear, which is in meshing engagement with the drive wheel and the driven gear.
  • a reversal of rotation to the output can be realized in order to obtain the usual direction of rotation in front transverse installation.
  • a rotation of the drive is not required.
  • the intermediate shaft In order to install the intermediate shaft as space-saving as possible, it can be positioned in a free space axially between the two planetary gear sets.
  • the intermediate gear as a double wheel with two rotatably interconnected gears of different sizes, each one of the gears with the drive wheel and the other with the output gear in meshing engagement, at a given output ratio, the radial extent of the Ninradsatzes with reversal of direction keep as low as possible.
  • first and second switching element and the third and fourth switching element are combined as a double-sided operable switching packages.
  • the switching packages can be designed as cost-effective jaw clutches, since the synchronization of the gears can take place during switching operations via a speed control of the electric drive or the internal combustion engine.
  • the rotor is drive-connected to the second input shaft via an input gearset.
  • the input gearset may be formed as a simple spur gear pair that effects a constant input gear ratio of the electric drive.
  • the speed level of the electric machine can be raised or lowered in the electrical gears. For example, at a higher speed level, a comparatively low-torque and less expensive electric machine can be used.
  • the electric machine can be connected laterally to the drive train.
  • Such a lateral connection of the electric machine, above the Planet sets, allows a reduction in the axial length of the drive train, if a corresponding space for the electric machine is available in radial expansion.
  • the first input shaft may be switchably connectable in a conventional manner via a controllable friction clutch with the drive shaft of the internal combustion engine.
  • the friction clutch can be used as a separating and starting clutch as well as a synchronization means in switching operations. If, however, the electric machine is used as a starting element, the friction clutch can be dispensed with in principle and the internal combustion engine can be coupled to the drive train via one or more of the provided shift elements or decoupled from the drive train.
  • a second electric machine is provided, the rotor of which is drive-connected or drive-connected to the drive shaft of the internal combustion engine.
  • the second electric machine can be operated as a motor and a generator and designed as a crankshaft starter generator of the internal combustion engine.
  • it is designed so that, as a generator, it can generate a required average electric power for supplying the first electric machine as a traction machine for a longer-lasting stop-and-go operation.
  • a particularly low-emission series hybrid mode of the drive train is available in a low speed range.
  • a third planetary gear is arranged, which a sun gear as an input element, a ring gear, as well as the output element comprises a planet carrier having a plurality of meshing between the sun gear and the ring gear planetary gears, wherein the second input shaft has an axially inner shaft portion and an axially outer shaft portion, wherein the input member of the third planetary gear via the outer shaft portion of the second input shaft to the rotor of the electric machine - is drivingly connected, wherein the ring gear is rotatably connected to the inner shaft portion of the second input shaft, and wherein the output member is rotatably connected via a hollow shaft with the input member of the second planetary gear, and that the third planetary gear via a fifth switching element is lockable.
  • the arrangement of the additional planetary gear can be a wear-free starting control realize without coupling, as it is known for example as an electrodynamic starting element from the aforementioned DE 199 34 696 A1.
  • this makes it possible to ensure comfortable starting in a starting gear even when the electric energy store is empty, while saving a friction clutch, by using the internal combustion engine and the electric machine in a superimposed-speed operation, with the electric machine initially operating as a generator.
  • Fig. 1a is a circuit diagram with operating modes and translation example of
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the hybrid drive according to the invention in a schematic representation
  • 3 shows a third embodiment of the hybrid drive according to the invention in a schematic representation
  • Fig. 5 shows a fifth embodiment of the hybrid drive according to the invention in a schematic representation.
  • a preferably designed as a range extender drive hybrid drive 1 a of a motor vehicle comprises an internal combustion engine VM with a drive shaft 2, a motor and generator operable electric machine EM with a rotor 3a and a stator 3b, an optional second electric machine EM2, and a transmission 4th with two planetary gears PG1, PG2.
  • the manual transmission 4 has two coaxially successively arranged input shafts GE1, GE2 and designed as a hollow shaft common output shaft GA, the latter being arranged coaxially over the longer, second input shaft GE2.
  • the second electric machine EM2 is drive-connected to the drive shaft 2 of the internal combustion engine VM.
  • the first input shaft GE1 is radially connectable via an optional controllable friction clutch K1 and the second electric machine EM2 with the drive shaft 2 of the internal combustion engine VM.
  • the second input shaft GE2 is rotatably connected to the rotor 3a of the electric machine EM.
  • the first planetary gear PG1 comprises a central sun gear 8a, which is arranged radially over the output shaft GA and is fixed or braked on a machine part, a radially outer ring gear 8b, which is rotatably mounted on the second input shaft GE2, and a planet carrier 8c, which rotatably is connected to the output shaft GA.
  • the planetary carrier 8c carries a plurality of planetary gears 8d, which are in meshing engagement with the sun gear 8a and the ring gear 8b.
  • the planet carrier 8c serves as the output or output element of the planetary gear PG1.
  • the ring gear 8b serves as an input element or drive wheel. It is rotatably connected via a second switching element B with the first input shaft GE1 connectable.
  • the two input shafts GE1 and GE2 have a first one Switching element A coupled to each other, wherein the two switching elements A and B formed as engageable and disengageable jaw clutches and combined in a switching package S1.
  • the second planetary gear PG2 comprises a central sun gear 9a, which is rotatably connected to the second input shaft GE2 and serves as input element or drive wheel, an outer ring gear 9b, and a planet carrier 9c, which is rotatably connected to the output shaft GA and as output or Output element is used.
  • the planet carrier 9c carries a plurality of planetary gears 9d, which are in meshing engagement with the sun gear 9a and the ring gear 9b.
  • the planet carrier 9c and the ring gear 9b are connected via hollow shaft sections to a second shift package S2, which has a third shift element C and a fourth shift element D, which are designed as engagement and disengageable jaw clutches.
  • the ring gear 9b can be detected or braked on a machine part.
  • the ring gear 9b can be coupled to the planet carrier 9b, whereby the planetary gear PG2 can be bridged or locked in itself.
  • the common output shaft GA is connected via a réelleradsatz Z1 with an axle differential 5 in drive connection.
  • the output gear set Z1 comprises a drive wheel z1 1, which is connected in a rotationally fixed manner to the output shaft GA and which is in engagement with a driven gear z21 which interacts with the axle differential 5.
  • the axle differential 5 two axle shafts 7a, 7b of a vehicle axle 7 are driven, which are each connected to a vehicle wheel 6a, 6b.
  • the hybrid drive has two forward gears G1 and G3 for the electric drive mode, three forward gears G1, G2 and G3 for the internal combustion mode with optional boost mode and recuperation mode and one forward gear G2 for the pure combustion mode of operation.
  • the output ratio of the output gear set Z1 is shown in the table not taken into account. For the illustrated operating modes, the respectively engaged switching elements A, B, C, D of the switching packets S1, S2 or their neutral position N are indicated.
  • both switching packages S1, S2 are in neutral N, both the internal combustion engine VM and the electric machine EM are disconnected, so that the vehicle axle 7 is completely separated from the drive.
  • switching element A When switching element A is engaged, the two input shafts GE1, GE2 are coupled together. This can be used as a neutral charging mode when the second shift pack S2 is in neutral. In this charging mode, a connected to the electric machine EM electrical energy storage in vehicle standstill by the current
  • Internal combustion engine VM in generator operation of the electric machine EM are loaded.
  • the engine VM may be started by the electric machine EM.
  • the second planetary gear PG2 When the switching element C is engaged, the second planetary gear PG2 generates the first gear G1 via the sun gear 9a as the drive and the planet carrier 9c as the output.
  • the electric machine EM can use this drive as the first pure electromotive drive.
  • the second planetary gear PG2 In the shift position D, i. with engaged switching element D, the second planetary gear PG2 is bridged. As a result, a third gear G3 with a direct drive ratio can be used.
  • This gear G3 can use the electric machine EM as a second pure electromotive driving gear.
  • the internal combustion engine VM can be decoupled from the drive in the two electromotive driving gears. By controlling the electric machine EM in the reverse direction of rotation, the first gear G1 can be used as a reverse gear.
  • the friction clutch K1 can be omitted and the coupling and uncoupling of the engine VM by the switching elements A and B of the first switching package S1 done.
  • the first planetary gear PG1 can be switched in the background without load.
  • the synchronization of the first planetary gear PG1 can be done by an active speed control with the engine VM, or alternatively with existing friction clutch K1, with open friction clutch K1, by means of synchronized switching elements A, B designed as a synchronizing first switching packet S1.
  • the internal combustion engine VM can be coupled via the first switching element A to the sun gear or input element 9a of the second planetary gear PG2.
  • the internal combustion engine VM can thus use the first gear G1 and, when the planetary gear PG2 is bridged in the gearshift position D, the third gear G3 as internal combustion engine driving gears.
  • the internal combustion engine VM is operatively connected to the electric machine EM.
  • the electric machine EM can be operated in boost mode, recuperation mode or at zero load.
  • the internal combustion engine VM can be coupled by engagement of the second switching element B to the ring gear or input element 8b of the first planetary gear PG1. This results in a lying between the first gear G1 and the third gear G3 second gear G2 for the engine VM.
  • the planet carrier 8c acts as an output, the sun gear 8a is stalled.
  • the second gear G2 can be used for the internal combustion engine VM in three variants. In the first variant, the switching element C is engaged. This gear is switched only via the internal combustion engine VM. In the second variant, the second switching package S2 is in neutral. The electric machine EM is completely decoupled from the drive.
  • the first planetary gear PG1 thus generates a second gear G2 for the internal combustion engine VM, which is independent of the second planetary gear PG2.
  • the switching element D is engaged.
  • the second planetary gear PG2 can be switched in the background load.
  • the synchronization of the second planetary gear PG2 can be done by an active speed control with the electric machine EM.
  • the optional second electric machine EM2 can be used as a starter for the internal combustion engine VM as well as a generator driven by the internal combustion engine VM for supplying the first electric machine EM for a serial driving operation in the low speed range below the first gear G1.
  • the output gear set Z2 shows a hybrid drive 1 b, in which the electric machine EM is connected laterally to the drive train via a pair of input gears Z2 designed as a pair of spur gears.
  • the input gear set Z2 consists of a driven by the electric machine EM drive wheel z12, which is in meshing engagement with a rotatably mounted on the second input shaft GE2 output gear z22.
  • the input gear set Z2 provides a constant input ratio of the electric machine EM.
  • the hybrid drive 1 b construction and functionally identical to the hybrid drive shown in Fig. 1 1 a.
  • Fig. 3 shows a hybrid drive 1 c, in which the output gear Z1 is laterally offset in the direction of the electric machine EM, to which the output shaft GA is extended rearwardly over the planet carrier 9c of the second planetary gear PG2.
  • the two planetary gear PG1, PG2 are thereby moved axially closer together.
  • Fig. 4 shows a further hybrid drive 1 d, in which remote from the engine VM additionally a third planetary gear PG3 is arranged, which is effective as an electrodynamic starting element. It comprises a sun gear 10a, which is non-rotatably connected to an outer shaft portion GE2a of the second input shaft, a ring gear 10b, which is rotatably connected to an inner shaft portion GE2b of the second input shaft, and a planetary carrier 10c, via a hollow shaft 1 1 with the input member or sun gear 9a of the second planetary gear PG2 rotatably connected, as well as several with the sun gear 10a and the ring gear 10b in meshing, guided by the planet carrier 10c planet gears 10d.
  • a sun gear 10a which is non-rotatably connected to an outer shaft portion GE2a of the second input shaft
  • a ring gear 10b which is rotatably connected to an inner shaft portion GE2b of the second input shaft
  • a planetary carrier 10c via a
  • a fifth switching element E is arranged on the axially outer shaft portion GE2a of the second input shaft, by means of which the planet carrier 10c with the outer shaft portion GE2a and thus with the sun gear 10a is coupled, whereby the planetary gear PG3 is lockable or bridged.
  • This translation can be exploited by a superimposed operation of the internal combustion engine VM and the electric machine EM, wherein the electric machine EM operates at least initially as a generator, for wear-free starting in the first gear G1, wherein the corresponding switching elements A and C are engaged.
  • This function corresponds to an electrical starting element, as described for example in the aforementioned DE 199 34 696 A1.
  • the friction clutch K1 and the second electric machine EM2 omitted in the hybrid drive 1 d of FIG. 4 can be seen.
  • Fig. 5 finally shows a hybrid drive 1 e, in which a two-stage output gear Z1 a is provided.
  • the output gear set Z1a additionally has an intermediate shaft ZW, on which an intermediate gear z31a / z31b is arranged non-rotatably.
  • the intermediate gear z31 a / z31 b is formed as a double wheel. It comprises a first gear z31 a, which is in engagement with the drive wheel z1 1 and a second gear z31 b, which is in engagement with the output gear z21.

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Abstract

The invention relates to a hybrid drive (1a) of a motor vehicle, which comprises an internal combustion engine (VM) with a drive shaft (2), at least one electric machine (EM) with a rotor (3a), a manual transmission (4) with two input shafts (GE1, GE2) and a common output shaft (GA), the first input shaft (GE1) being connected or being connectible to the drive shaft (2) of the internal combustion engine (VM) and the second input shaft (GE2) being drivable by the rotor (3a) of the electric machine (EM) either directly or indirectly. In order to allow for an efficient driving operation with optionally decoupled or coupled internal combustion engine or decoupled or coupled electric machine and in order to obtain a compact design, the two input shafts (GE1, GE2) are coaxially arranged one after the other, the output shaft (GA) is arranged coaxially above one of the input shafts (GE1, GE2), and at least two planetary gears (PG1, PG2) are arranged coaxially one after the other, each having at least one input element (8b, 9a) and one output element (8c, 9c). The internal combustion engine (VM) can be alternately connected to the second input shaft (GE2) by means of a first shift element (A) or to the input element (8b) of the first planetary gear (PG1) by means of a second shift element (B), the output elements (8c, 9c) of the two planetary gears (PG1, PG2) being connected to the output shaft (GA).

Description

Hvbridantrieb eines Kraftfahrzeuges  Hybrid drive of a motor vehicle
Die Erfindung betrifft einen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 . The invention relates to a hybrid drive of a motor vehicle according to the preamble of patent claim 1.
Hybridantriebe mit verbrennungsmotorischen und elektromotorischen Antriebsquellen tragen zur Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemissionen im Kraftfahrzeugverkehr bei. Um einen möglichst effektiven und effizienten Betrieb eines Hybridantriebes zu erreichen, sollen Antriebsstrategien genutzt werden, welche dessen Elektromaschine situationsbedingt flexibel einsetzen können. Dies soll beispielsweise beim Anfahren, als alleinige Antriebsquelle im städtischen Kurzstreckenverkehr oder in einem Stopp-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 erfolgen. Der Verbrennungsmotor soll hingegen zumindest überwiegend in Verbrauchs-, drehmoment- und drehzahlgünstigen Betriebspunkten bei hohem Wirkungsgrad betrieben werden. Hybrid drives with internal combustion engine and electromotive drive sources contribute to the reduction of fuel consumption and pollutant emissions in motor vehicle traffic. In order to achieve the most effective and efficient operation possible of a hybrid drive, drive strategies are to be used, which can flexibly use its electric machine depending on the situation. This is intended, for example, when starting, as the sole source of power in urban short-distance traffic or in a stop-and-go operation, as an additional power source with increased power requirements in a boost mode, as a starter generator for fast starting of the engine and as a generator for power generation or energy recovery in one Recuperation operation done. The internal combustion engine, however, should be operated at least predominantly in consumption, torque and speed-favorable operating points with high efficiency.
Häufig werden in Fahrzeugantriebssträngen Hybridantriebsanordnungen mit automatisierten Fahrzeuggetrieben zur Bildung von Antriebsübersetzungen kombiniert. Dabei besitzen Hybridantriebe, bei denen der Elektroantrieb und der Verbrennungsmotor zumindest für einzelne Übersetzungsstufen unabhängig voneinander an den Antriebsstrang ankoppelbar sind, gegenüber Anordnungen, bei denen der Elektroantrieb am Getriebeeingang oder am Getriebeabtrieb permanent antriebsverbunden, d.h. in den Kraftfluss des Antriebsstrangs integriert ist, Vorteile durch ihre flexiblere Ansteuerung. Bei solchen Hybridantrieben ist bei verbrennungsmotorischen Schaltvorgängen, d.h. bei Gangwechseln während der Verbrennungsmotor als Antriebsquelle des Fahrzeugs dient, eine weitgehende Zugkrafterhaltung mit Hilfe des Elektroantriebs möglich. Umgekehrt kann die Zugkraft bei einem Gangwechsel des Elektroantriebs mit Hilfe des Verbrennungsmotors aufrechterhalten werden, sofern der Verbrennungsmotor aktuell nicht abgeschaltet ist. Die Schaltvorgänge können durch den Verbrennungsmotor und eine zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebeeingang wirksame Reibungskupplung und/oder über den Elektroantrieb synchronisiert werden, so dass zumindest teilweise Synchronisiervorrichtungen durch kostengünstigere Klauenkupplungen ersetzt werden können. Die Schaltpunkte bei elektrischen Schaltungen, also Schaltungen, die bei elektromotorischem Antrieb erfolgen, sind aufgrund des im Vergleich zum Often, hybrid powertrain assemblies are combined with automated vehicle transmissions to form drive ratios in vehicle powertrains. Hybrid drives, in which the electric drive and the internal combustion engine can be coupled to the drive train independently of one another at least for individual gear ratios, have advantages over arrangements in which the electric drive is permanently drive-connected to the transmission input or to the transmission output, ie integrated in the power flow of the drive train more flexible control. In such hybrid drives is in internal combustion engine shifts, ie during gear changes while the engine is used as the drive source of the vehicle, a substantial Zugkrafterhaltung using the electric drive possible. Conversely, the traction force can be maintained at a gear change of the electric drive by means of the internal combustion engine, unless the engine is currently switched off. The switching operations can be synchronized by the internal combustion engine and an effective between the engine and the transmission input friction clutch and / or via the electric drive, so that at least partially synchronizing devices can be replaced by lower-cost jaw clutches. The switching points in electrical circuits, ie circuits that take place with electric motor drive, are due to the compared to
Verbrennungsmotor meist zur Verfügung stehenden größeren Drehzahlbandes bei gutem Wirkungsgrad grundsätzlich sehr variabel wählbar. Die erzielbaren Schaltzeiten erlauben zudem die Verwendung einer relativ kostengünstigen Schaltaktuatorik. Da eine Elektromaschine grundsätzlich in beiden Drehrichtungen betrieben werden kann, ist durch eine ansteuerbare Drehrichtungsumkehr ein Verzicht auf einen separaten Rückwärtsgangradsatz möglich. Zudem können die Stufensprünge der verbrennungsmotorischen Gänge in einem solchen Hybridantriebssystem vergleichsweise groß gewählt werden, wodurch für die Realisierung einer vorgegebenen Gesamt- spreizung eine relativ geringe Anzahl von Gängen genügt. Internal combustion engine usually available larger speed range with good efficiency basically very variable selectable. The achievable switching times also allow the use of a relatively inexpensive Schaltaktuatorik. Since an electric machine can basically be operated in both directions of rotation, it is possible to dispense with a separate reverse gear by means of a controllable reversal of the direction of rotation. In addition, the increments of the internal combustion engine speeds in such a hybrid drive system can be selected to be comparatively large, so that a relatively small number of gears suffices for realizing a predetermined overall spread.
Derartige Antriebskonzepte sind bereits für Fahrzeuge vorgeschlagen worden, bei denen der Elektroantrieb so ausgelegt ist, dass er zumindest für einen Kurzstreckenbetrieb, beispielsweise im Stadtverkehr, alleine genügend Fahrleistung zur Verfügung stellt. Dies sind beispielsweise so genannte Plug-in Hybridfahrzeuge oder Range Extender-Elektrofahrzeuge, bei denen ein elektrischer Energiespeicher zusätzlich extern aufladbar ist und/oder der Verbrennungsmotor im Wesentlichen zur Erhöhung der Reichweite sowie zur Energieerzeugung für den Elektroantrieb dient. Such drive concepts have already been proposed for vehicles in which the electric drive is designed so that at least for a short-distance operation, for example, in city traffic, alone sufficient driving performance available. These are, for example, so-called plug-in hybrid vehicles or range extender electric vehicles, in which an electrical energy store is additionally externally rechargeable and / or the internal combustion engine essentially serves to increase the range and to generate energy for the electric drive.
Bekannt sind derartige Hybridantriebe mit einem Schaltgetriebe, das zwei Eingangswellen und eine gemeinsame Ausgangswelle aufweist, wobei die Ausgangswelle in Vorgelegebauweise achsparallel zu den Eingangswellen angeordnet ist. Die eine Eingangswelle ist über einen Verbrennungsmotor und die andere Eingangswelle über eine Elektromaschine antreibbar. Beide Eingangswellen sind schaltbar über Gangradsätze mit der Ausgangswelle koppelbar sowie miteinander in Triebverbindung bringbar. In der nicht vorveröffentlichten DE 10 2010 030 567 A1 ist ein solcher Hybridantrieb beschrieben, bei dem zwei Eingangswellen koaxial und axial benachbart zueinander angeordnet sind und eine gemeinsame Ausgangswelle achsparallel zu den Eingangswellen angeordnet ist. Eine der beiden Eingangswellen ist in einen axial äußeren und einen axial inneren Wellenabschnitt aufgetrennt. Der äußere Wellenabschnitt ist mit einem zugeordneten Verbrennungsmotor oder einer zugeordneten Elektromaschine antriebsverbunden oder antriebsverbindbar. Der innere Wellenabschnitt trägt Antriebsräder zugeordneter Gangradsätze. Ferner ist ein vorzugsweise als Planetengetriebe mit einem Sonnenrad und einem Hohlrad als Eingangselemente sowie einem Planetenträger als Ausgangselement ausgebildetes Überlagerungsgetriebe vorgesehen. Die Eingangselemente sind mit jeweils einem der beiden Wellenabschnitte drehfest verbunden. Das Ausgangselement ist drehfest mit dem Antriebsrad eines zugeordneten Anfahrgangradsatzes verbunden oder verbindbar. Zwischen den dem Planetenträger und dem Hohlrad ist eine Überbrückungskupplung angeordnet, mittels der das Überlagerungsgetriebe in sich sperrbar ist. Such hybrid drives are known with a manual transmission having two input shafts and a common output shaft, wherein the output shaft is arranged in the countershaft design parallel to the axis of the input shafts. One input shaft is drivable via an internal combustion engine and the other input shaft via an electric machine. Both input shafts are switchable via gear sets with the output shaft coupled and can be brought into drive connection with each other. In the non-prepublished DE 10 2010 030 567 A1, such a hybrid drive is described in which two input shafts are arranged coaxially and axially adjacent to each other and a common output shaft is arranged axially parallel to the input shafts. One of the two input shafts is separated into an axially outer and an axially inner shaft portion. The outer shaft portion is drive-connected or drive-connectable with an associated internal combustion engine or an associated electric machine. The inner shaft portion carries drive wheels associated Gangradsätze. Furthermore, a superposition gear is preferably provided as a planetary gear with a sun gear and a ring gear as input elements and a planet carrier designed as an output element. The input elements are rotatably connected to one of the two shaft sections. The output element is rotatably connected to the drive wheel of an associated Anfahrgangradsatzes or connectable. Between the planet carrier and the ring gear, a lock-up clutch is arranged, by means of which the superposition gear can be locked in itself.
Dieser Hybridantrieb ermöglicht bei aktivem Überlagerungsgetriebe, bei laufendem und mit der betreffenden Eingangswelle antriebsverbundenem Verbrennungsmotor, bei miteinander gekoppelten Eingangswellen und geschaltetem Anfahrgangradsatz unter Steuerung der Elektromaschine aus dem Generatorbetrieb in den Motorbetrieb ein verschleißfreies Anfahren mit hoher Zugkraft, wodurch eine herkömmliche Reibungskupplung als Anfahrelement nicht notwendig ist. Diese Funktion entspricht der Anfahrfunktion vergleichbarer bekannter elektrodynamischer Anfahrelemente, wie beispielsweise in der DE 199 34 696 A1 beschrieben. Diese Druckschrift zeigt ein solches verschleißfreies elektrodynamisches Anfahrelement, bei dem zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebeeingang ein Planetengetriebe angeordnet ist, wobei ein Planetenträger mit einem Schaltgetriebe, ein Hohlrad mit dem Verbrennungsmotor und ein Sonnenrad mit einer Elektromaschine verbunden ist. Andererseits ist der Hybridantrieb gemäß der DE 10 2010 030 567 A1 bei eingerückter Überbrückungskupplung wie ein Hybridantrieb mit zwei Eingangswellen und einer gemeinsamen Ausgangswelle ohne Überlagerungsgetriebe betreibbar. Ein geeigneter Basis-Hybridantrieb mit einem dreigängigen Schaltgetriebe mit Stirnrädern in Vorgelegebauweise, bei dem zwei reine elektromotorische Fahrgänge und drei verbrennungsmotorische Fahrgänge sowie ein Boostbetrieb, ein Rekuperations- betrieb und ein Ladebetrieb wählbar sind, ist ebenfalls in dieser nicht vorveröffentlichten Druckschrift beschrieben. This hybrid drive allows for active superposition gearbox, with running and with the respective input shaft drive-connected engine, with coupled input shafts and switched Anfahrgangradsatz under control of the electric machine from the generator mode in the engine operation wear-free starting with high tensile force, whereby a conventional friction clutch is not necessary as a starting element , This function corresponds to the starting function of comparable known electrodynamic starting elements, as described, for example, in DE 199 34 696 A1. This document shows such a wear-free electrodynamic starting element in which a planetary gear is arranged between the engine and the transmission input, wherein a planet carrier is connected to a gearbox, a ring gear with the engine and a sun gear with an electric machine. On the other hand, the hybrid drive according to DE 10 2010 030 567 A1 with engaged lock-up clutch as a hybrid drive with two input shafts and a common output shaft without superposition gear operable. A suitable basic hybrid drive with a three-speed manual transmission with spur gears in countershaft design, in which two pure electromotive driving gears and three Internal combustion engine driving gears as well as a boost mode, a recuperation mode and a loading mode are selectable, is also described in this non-prepublished publication.
Einen vergleichbaren Basis-Hybridantrieb zeigt auch die ebenfalls nicht vorveröffentlichte DE 10 2010 030 573 A1 . Zwei Eingangswellen sind darin abschnittsweise koaxial übereinander angeordnet, wobei die einem Verbrennungsmotor zugeordnete Eingangswelle die innere Welle und die einer Elektromaschine zugeordnete Welle die äußere Welle ist. Eine gemeinsame Ausgangswelle ist achsparallel zu den Eingangswellen angeordnet. Eine zweite Elektromaschine ist auf der dem Verbrennungsmotor zugeordneten Eingangswelle angeordnet. Eine Reibungskupplung, über welche die Triebwelle des Verbrennungsmotors mit der betreffenden Getriebeeingangswelle schaltbar verbindbar wäre, entfällt. A comparable basic hybrid drive also shows the likewise not previously published DE 10 2010 030 573 A1. Two input shafts are arranged therein in sections coaxially one above the other, wherein the input shaft assigned to an internal combustion engine is the inner shaft and the shaft associated with an electric machine is the outer shaft. A common output shaft is disposed axially parallel to the input shafts. A second electric machine is arranged on the input shaft associated with the internal combustion engine. A friction clutch, via which the drive shaft of the internal combustion engine with the respective transmission input shaft switchable connected would be eliminated.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Hybridantrieb der eingangs genannten Bauart anzugeben, der einen effizienten Fahrbetrieb bei wahlweise abgekoppeltem oder angekoppeltem Verbrennungsmotor bzw. abgekoppelter oder angekoppelter Elektromaschine ermöglicht, und der eine kompakte Bauform aufweist, insbesondere hinsichtlich seiner radialen Abmessungen. Against this background, the present invention seeks to provide a hybrid drive of the type mentioned, which allows efficient driving operation with either decoupled or coupled combustion engine or decoupled or coupled electric machine, and having a compact design, in particular with regard to its radial dimensions.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind. The solution of this problem arises from the features of the main claim, while advantageous embodiments and further developments of the invention are the dependent claims can be removed.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Schaltlogik und Funktionalität eines üblicherweise in Stirnradbauweise konzipierten Range Extender- Getriebes oder dergleichen für einen Hybridantriebsstrang auch in einer Bauraum sparenden Planentenbauweise realisiert werden kann. The invention is based on the finding that the switching logic and functionality of a range extender gearbox or the like conventionally designed in a spur gear design for a hybrid powertrain can also be realized in a plane-saving design that saves space.
Demnach geht die Erfindung aus von einem Hybridantrieb eines Kraftfahrzeuges, der einen Verbrennungsmotor mit einer Triebwelle, mindestens eine Elektromaschine mit einem Rotor sowie ein Schaltgetriebe mit zwei Eingangswellen und einer gemeinsamen Ausgangswelle aufweist, wobei die erste Eingangswelle mit der Trieb- welle des Verbrennungsmotors verbunden oder verbindbar ist und die zweite Eingangswelle von dem Rotor der Elektromaschine unmittelbar oder mittelbar antreibbar ist. Accordingly, the invention is based on a hybrid drive of a motor vehicle, which has an internal combustion engine with a drive shaft, at least one electric machine with a rotor, and a manual transmission with two input shafts and a common output shaft, wherein the first input shaft is connected to the drive shaft. shaft of the internal combustion engine is connected or connectable and the second input shaft of the rotor of the electric machine can be driven directly or indirectly.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass die beiden Eingangswellen koaxial hintereinander angeordnet sind, dass die Ausgangswelle koaxial über einer der beiden Eingangswellen angeordnet ist, und dass mindestens zwei Planetengetriebe mit jeweils zumindest einem Eingangselement und einem Ausgangselement koaxial hintereinander angeordnet sind, wobei der Verbrennungsmotor wechselseitig über ein erstes Schaltelement mit der zweiten Eingangswelle koppelbar ist oder über ein zweites Schaltelement mit dem Eingangselement des ersten Planetengetriebes koppelbar ist, und wobei die Ausgangselemente der beiden Planetengetriebe mit der Ausgangswelle verbunden sind. To achieve the object, the invention provides that the two input shafts are arranged coaxially one behind the other, that the output shaft is coaxially disposed over one of the two input shafts, and that at least two planetary gear, each with at least one input element and an output element are arranged coaxially one behind the other, wherein the internal combustion engine can be coupled mutually via a first switching element with the second input shaft or via a second switching element with the input element of the first planetary gear is coupled, and wherein the output elements of the two planetary gear are connected to the output shaft.
Dieser Hybrid-Antriebsstrang weist in einer Planetenbauweise mit zwei Planetensätzen die gleiche Funktionalität auf wie die eingangs beschriebenen Hybridantriebe. Durch den Verzicht auf Gangradsätze in Stirnradbauweise wird jedoch eine kompaktere radiale Bauform erzielt. Dies ist insbesondere für Fahrzeuge vorteilhaft, bei denen die Antriebsaggregate vorne und quer zur Fahrzeuglängsachse eingebaut sind. This hybrid powertrain has the same functionality in a planetary design with two planetary gear sets as the hybrid drives described above. By dispensing with gear wheels in spur gear but a more compact radial design is achieved. This is particularly advantageous for vehicles in which the drive units are installed front and transverse to the vehicle's longitudinal axis.
Bei einer Ausführungsform sind die beiden Planetengetriebe und die Ausgangswelle über der zweiten Eingangswelle angeordnet, wobei das erste Planetengetriebe ein Hohlrad als Eingangselement, ein feststehendes Sonnenrad, und als Ausgangselement einen Planetenträger mit mehreren zwischen dem Sonnenrad und dem Hohlrad kämmenden Planetenrädern umfasst, wobei das zweite Planetengetriebe ein Sonnenrad als Eingangselement, ein über ein drittes Schaltelement feststellbares Hohlrad, und einen Planetenträger mit mehreren zwischen dem Sonnenrad und dem Hohlrad kämmenden Planetenrädern als Ausgangselement umfasst, und bei dem das zweite Planetengetriebe mittels eines vierten Schaltelementes in sich sperrbar ist. Diese Anordnung stellt ein dreigängiges Schaltgetriebe dar, welches durch eine variable Ansteuerung und Kopplung der beiden Antriebaggregate über die Planetenradsätze mit der Ausgangswelle und den beiden Eingangswellen untereinander, die Nutzung von zwei reinen elektromotorischen Fahrgängen ermöglicht, wobei der Verbrennungsmotor vom Antriebsstrang abgekoppelt ist, drei verbrennungsmotorische Fahrgänge ermöglicht, wobei die Elektromaschine an den Antriebsstrang angekoppelt sind, sowie einen reinen verbrennungsmotorischen Fahrgang erlaubt, wobei die Elektromaschine vom Antriebsstrang abgekoppelt ist. In one embodiment, the two planetary gear and the output shaft are disposed over the second input shaft, wherein the first planetary gear includes a ring gear as an input element, a fixed sun gear, and as an output element a planet carrier with a plurality of meshing between the sun gear and the ring gear planetary gears, wherein the second planetary gear a sun gear as an input element, a ring gear detectable via a third shifting element, and a planet carrier having a plurality of planetary gears meshing between the sun gear and the ring gear as an output element, and in which the second planetary gear can be locked by means of a fourth shifting element. This arrangement is a three-speed manual transmission, which allows by a variable control and coupling of the two drive units on the planetary gear sets with the output shaft and the two input shafts with each other, the use of two pure electromotive driving gears, the engine is decoupled from the drive train, three internal combustion engine driving gears allows, with the electric machine are coupled to the drive train, and allows a pure internal combustion engine drive, wherein the electric machine is decoupled from the drive train.
Die Schaltlogik des Getriebes gemäß der Erfindung entspricht der eines vergleichbaren Getriebes in Stirnradbauweise mit zumindest drei Radsatzebenen. Die Schaltungen der verbrennungsmotorischen Fahrgänge können elektromotorisch zugkraftüberbrückt erfolgen. Grundsätzlich ist auch eine verbrennungsmotorische Zugkraftüberbrückung der Schaltungen der elektromotorischen Fahrgänge möglich. Außerdem ist ein Lademodus zum Laden eines elektrischen Energiespeichers mittels der Elektromaschine in einer Neutralstellung des Getriebes möglich. Ein elektromotorisch antreibbarer Rückwärtsgang kann über eine Drehrichtungsumkehr des Elektroantriebs in einem Anfahrgang realisiert werden, so dass Getriebebauteile für einen separaten Rückwärtsgang eingespart werden können. The switching logic of the transmission according to the invention corresponds to that of a comparable transmission in Stirnradbauweise with at least three Radsatzebenen. The circuits of the internal combustion engine driving gears can be done by electric motor traction. Basically, an internal combustion engine traction bridging the circuits of the electromotive driving gears is possible. In addition, a charging mode for charging an electrical energy storage means of the electric machine in a neutral position of the transmission is possible. An electric motor drivable reverse gear can be realized via a reversal of the direction of rotation of the electric drive in a starting gear, so that transmission components can be saved for a separate reverse gear.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die beiden Planetengetriebe die gleiche Übersetzung aufweisen. Durch die Nutzung zweier Planetensätze mit der gleichen Übersetzung kann durch die Verwendung gleicher Bauteile eine zusätzliche Kostenersparnis erreicht werden. It can further be provided that the two planetary gear have the same translation. By using two planetary gear sets with the same ratio can be achieved by using the same components an additional cost savings.
Die Ausgangswelle kann über einen Ausgangsradsatz mit einem Achsdiffe- renzial einer Fahrzeugachse in Triebverbindung stehen, der axial zwischen den beiden Planetengetrieben, oder axial vor oder hinter den Planetengetrieben positioniert ist. Durch die variierbare Anordnung des Ausgangsradsatzes kann der Antrieb relativ einfach an vorhandene Bauraumgegebenheiten eines Fahrzeugs angepasst werden. The output shaft may be in drive connection via an output gear set with an axle differential of a vehicle axle, which is positioned axially between the two planetary gears, or axially in front of or behind the planetary gears. Due to the variable arrangement of the Ausgangsradsatzes the drive can be relatively easily adapted to existing space conditions of a vehicle.
Der Ausgangsradsatz kann als einfaches Stirnradpaar oder als ein zweistufiger Abtrieb ausgebildet sein, mit einem Antriebsrad, welches mit der Ausgangswelle drehfest verbunden ist, mit einem Abtriebsrad, welches mit dem Achsdifferenzial triebverbunden ist, und mit einem auf einer Zwischenwelle gelagerten Zwischenrad, welches mit dem Antriebsrad und dem Abtriebsrad im Verzahnungseingriff steht. Dadurch ist eine Drehrichtungsumkehr zum Abtrieb realisierbar, um die insbesondere beim Front-Quereinbau übliche Drehrichtung zu erhalten. Eine Drehung des Antriebs ist damit nicht erforderlich. Um die Zwischenwelle möglichst Platz sparend einzubauen, kann sie in einem Freiraum axial zwischen den beiden Planetensätzen positioniert sein. Möglich ist es auch, das Zwischenrad als ein Doppelrad mit zwei drehfest miteinander verbundenen Zahnrädern unterschiedlicher Größe auszubilden, wobei jeweils eines der Zahnräder mit dem Antriebsrad und das andere mit dem Abtriebsrad im Zahneingriff ist, um bei einer vorgegeben Abtriebsübersetzung die radiale Ausdehnung des Ausgangsradsatzes mit Drehrichtungsumkehr möglichst gering zu halten. The output gear set may be formed as a simple pair of spur gears or as a two-stage output, with a drive wheel which is connected to the output shaft is rotatably connected to a driven gear, which is drivingly connected to the axle differential, and with an intermediate shaft mounted on an intermediate gear, which is in meshing engagement with the drive wheel and the driven gear. As a result, a reversal of rotation to the output can be realized in order to obtain the usual direction of rotation in front transverse installation. A rotation of the drive is not required. In order to install the intermediate shaft as space-saving as possible, it can be positioned in a free space axially between the two planetary gear sets. It is also possible to form the intermediate gear as a double wheel with two rotatably interconnected gears of different sizes, each one of the gears with the drive wheel and the other with the output gear in meshing engagement, at a given output ratio, the radial extent of the Ausgangsradsatzes with reversal of direction keep as low as possible.
Zur weiteren Einsparung von Bauteilkosten, Bauraum und Gewicht kann vorgesehen sein, dass das erste und zweite Schaltelement sowie das dritte und vierte Schaltelement jeweils als doppelseitig betätigbare Schaltpakete zusammengefasst sind. Die Schaltpakete können als kostengünstige Klauenkupplungen ausgebildet sein, da die Synchronisierung der Gänge bei Schaltvorgängen über eine Drehzahlregulierung des Elektroantriebs bzw. des Verbrennungsmotors erfolgen kann. To further save component costs, space and weight can be provided that the first and second switching element and the third and fourth switching element are combined as a double-sided operable switching packages. The switching packages can be designed as cost-effective jaw clutches, since the synchronization of the gears can take place during switching operations via a speed control of the electric drive or the internal combustion engine.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass alternativ zu einer direkten Anbindung des Rotors der Elektromaschine an die betreffende Eingangswelle der Rotor über einen Eingangsradsatz mit der zweiten Eingangswelle triebverbunden ist. Der Eingangsradsatz kann als ein einfaches Stirnradpaar ausgebildet sein, der eine konstante Eingangsübersetzung des Elektroantriebs bewirkt. Dadurch kann das Drehzahlniveau der Elektromaschine in den elektrischen Fahrgängen angehoben oder abgesenkt werden. Beispielsweise kann bei einem höheren Drehzahlniveau eine vergleichsweise drehmomentschwächere und kostengünstigere Elektromaschine genutzt werden. Furthermore, it can be provided that, as an alternative to a direct connection of the rotor of the electric machine to the relevant input shaft, the rotor is drive-connected to the second input shaft via an input gearset. The input gearset may be formed as a simple spur gear pair that effects a constant input gear ratio of the electric drive. Thereby, the speed level of the electric machine can be raised or lowered in the electrical gears. For example, at a higher speed level, a comparatively low-torque and less expensive electric machine can be used.
Durch den Eingangsradsatz ist die Elektromaschine seitlich an den Antriebsstrang anbindbar. Eine solche seitliche Anbindung der Elektromaschine, oberhalb der Planetensätze, ermöglicht eine Verringerung der axialen Baulänge des Antriebsstranges, sofern ein entsprechender Bauraum für die Elektromaschine in radialer Ausdehnung vorhanden ist. Through the input gear, the electric machine can be connected laterally to the drive train. Such a lateral connection of the electric machine, above the Planet sets, allows a reduction in the axial length of the drive train, if a corresponding space for the electric machine is available in radial expansion.
Die erste Eingangswelle kann in herkömmlicher Weise über eine steuerbare Reibungskupplung mit der Triebwelle des Verbrennungsmotors schaltbar verbindbar sein. Die Reibungskupplung kann als Trenn- und Anfahrkupplung sowie als Synchronisationsmittel bei Schaltvorgängen genutzt werden. Wird hingegen die Elektromaschine als Anfahrelement eingesetzt, kann die Reibungskupplung grundsätzlich entfallen und der Verbrennungsmotor über eines oder mehrere der vorgesehenen Schaltelemente an den Antriebstrang jeweils angekoppelt bzw. vom Antriebsstrang abgekoppelt werden. The first input shaft may be switchably connectable in a conventional manner via a controllable friction clutch with the drive shaft of the internal combustion engine. The friction clutch can be used as a separating and starting clutch as well as a synchronization means in switching operations. If, however, the electric machine is used as a starting element, the friction clutch can be dispensed with in principle and the internal combustion engine can be coupled to the drive train via one or more of the provided shift elements or decoupled from the drive train.
Möglich ist es auch, dass eine zweite Elektromaschine vorgesehen ist, deren Rotor mit der Triebwelle des Verbrennungsmotors antriebsverbunden oder antriebs- verbindbar ist. Die zweite Elektromaschine kann als Motor und Generator betrieben sowie als ein Kurbelwellenstartergenerator des Verbrennungsmotors ausgebildet werden. Sie ist beispielsweise so ausgelegt, dass sie als Generator eine erforderliche mittlere elektrische Leistung zur Versorgung der ersten Elektromaschine als Traktionsmaschine für einen länger anhaltenden Stopp-and-Go-Betrieb erzeugen kann. Dadurch ist ein besonders emissionsgünstiger Serienhybridmodus des Antriebsstranges in einem niedrigen Geschwindigkeitsbereich verfügbar. It is also possible that a second electric machine is provided, the rotor of which is drive-connected or drive-connected to the drive shaft of the internal combustion engine. The second electric machine can be operated as a motor and a generator and designed as a crankshaft starter generator of the internal combustion engine. For example, it is designed so that, as a generator, it can generate a required average electric power for supplying the first electric machine as a traction machine for a longer-lasting stop-and-go operation. As a result, a particularly low-emission series hybrid mode of the drive train is available in a low speed range.
Alternativ zu einer Ausführungsform mit einer Reibungskupplung als Anfahr- und Trennkupplung sowie gegebenenfalls einer zweiten, mit dem Verbrennungsmotor antriebsverbundenen Elektromaschine kann vorgesehen sein, dass zwischen dem zweiten Planetengetriebe und der Elektromaschine ein drittes Planetengetriebe angeordnet ist, welches ein Sonnenrad als Eingangselement, ein Hohlrad, sowie als Ausgangselement einen Planetenträger mit mehreren zwischen dem Sonnenrad und dem Hohlrad kämmenden Planetenrädern umfasst, wobei die zweite Eingangswelle einen axial inneren Wellenabschnitt und einen axial äußeren Wellenabschnitt aufweist, wobei das Eingangselement des dritten Planetengetriebes über den äußeren Wellenabschnitt der zweiten Eingangswelle mit dem Rotor der Elektromaschine an- triebsverbunden ist, wobei das Hohlrad mit dem inneren Wellenabschnitt der zweiten Eingangswelle drehfest verbunden ist, und wobei das Ausgangselement über eine Hohlwelle mit dem Eingangselement des zweiten Planetengetriebes drehfest verbunden ist, und dass das dritte Planetengetriebe über ein fünftes Schaltelement in sich sperrbar ist. As an alternative to an embodiment with a friction clutch as starting and separating clutch and optionally a second, connected to the internal combustion engine electric machine can be provided that between the second planetary gear and the electric machine, a third planetary gear is arranged, which a sun gear as an input element, a ring gear, as well as the output element comprises a planet carrier having a plurality of meshing between the sun gear and the ring gear planetary gears, wherein the second input shaft has an axially inner shaft portion and an axially outer shaft portion, wherein the input member of the third planetary gear via the outer shaft portion of the second input shaft to the rotor of the electric machine - is drivingly connected, wherein the ring gear is rotatably connected to the inner shaft portion of the second input shaft, and wherein the output member is rotatably connected via a hollow shaft with the input member of the second planetary gear, and that the third planetary gear via a fifth switching element is lockable.
Durch die Anordnung des zusätzlichen Planetengetriebes lässt sich eine verschleißfreie Anfahrregelung ohne Kupplung realisieren, wie sie beispielsweise als ein elektrodynamisches Anfahrelement aus der eingangs erwähnten DE 199 34 696 A1 bekannt ist. Insbesondere dadurch kann auch bei leerem elektrischen Energiespeicher unter Einsparung einer Reibungskupplung ein komfortables Anfahren in einem Anfahrgang sichergestellt werden, indem der Verbrennungsmotor und die Elektroma- schine in einem drehzahlüberlagerten Betrieb, bei zunächst generatorisch laufender Elektromaschine, genutzt werden. The arrangement of the additional planetary gear can be a wear-free starting control realize without coupling, as it is known for example as an electrodynamic starting element from the aforementioned DE 199 34 696 A1. In particular, this makes it possible to ensure comfortable starting in a starting gear even when the electric energy store is empty, while saving a friction clutch, by using the internal combustion engine and the electric machine in a superimposed-speed operation, with the electric machine initially operating as a generator.
Bei der Anordnung mit einem zusätzlichen dritten Planetengetriebe kann zusätzlich eine separate Startereinrichtung für den Verbrennungsmotor vorgesehen sein, um den Verbrennungsmotor ohne zusätzlich zu drehende Massen dieses Planetengetriebes leicht und drehzahlgünstig starten zu können. In the arrangement with an additional third planetary gear may be provided in addition to a separate starter device for the internal combustion engine to start the engine easily and speed favorable without additional rotating masses of this planetary gear.
Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung eines Ausführungsbeispiels beigefügt. In dieser zeigt To clarify the invention, the description is accompanied by a drawing of an embodiment. In this shows
Fig. 1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hybridantriebs in einer schematischen Darstellung, 1 shows a first embodiment of the hybrid drive according to the invention in a schematic representation,
Fig. 1 a ein Schaltschema mit Betriebsmodi und Übersetzungsbeispiel des Fig. 1a is a circuit diagram with operating modes and translation example of
Hybridantriebs nach Fig. 1 in einer tabellarischen Darstellung,  Hybrid drive of Figure 1 in a tabular representation,
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hybridantriebs in einer schematischen Darstellung, Fig. 3 eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hybridantriebs in einer schematischen Darstellung, 2 shows a second embodiment of the hybrid drive according to the invention in a schematic representation, 3 shows a third embodiment of the hybrid drive according to the invention in a schematic representation,
Fig. 4 eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hybridantriebs in einer schematischen Darstellung, und 4 shows a fourth embodiment of the hybrid drive according to the invention in a schematic representation, and
Fig. 5 eine fünfte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hybridantriebs in einer schematischen Darstellung. Fig. 5 shows a fifth embodiment of the hybrid drive according to the invention in a schematic representation.
Demnach umfasst ein vorzugsweise als Range-Extender-Antrieb ausgebildeter Hybridantrieb 1 a eines Kraftfahrzeuges einen Verbrennungsmotor VM mit einer Triebwelle 2, eine motorisch und generatorisch betreibbare Elektromaschine EM mit einem Rotor 3a und einem Stator 3b, eine optionale zweite Elektromaschine EM2, sowie ein Schaltgetriebe 4 mit zwei Planetengetrieben PG1 , PG2. Das Schaltgetriebe 4 weist zwei koaxial hintereinander angeordnete Eingangswellen GE1 , GE2 und eine als Hohlwelle ausgebildete gemeinsame Ausgangswelle GA auf, wobei letztere koaxial über der längeren, zweiten Eingangswelle GE2 angeordnet ist. Die zweite Elektromaschine EM2 ist mit der Treibwelle 2 des Verbrennungsmotors VM antriebsverbunden. Die erste Eingangswelle GE1 ist radial über eine optionale steuerbare Reibungskupplung K1 und die zweite Elektromaschine EM2 mit der Triebwelle 2 des Verbrennungsmotors VM verbindbar. Die zweite Eingangswelle GE2 ist mit dem Rotor 3a der Elektromaschine EM drehfest verbunden. Accordingly, a preferably designed as a range extender drive hybrid drive 1 a of a motor vehicle comprises an internal combustion engine VM with a drive shaft 2, a motor and generator operable electric machine EM with a rotor 3a and a stator 3b, an optional second electric machine EM2, and a transmission 4th with two planetary gears PG1, PG2. The manual transmission 4 has two coaxially successively arranged input shafts GE1, GE2 and designed as a hollow shaft common output shaft GA, the latter being arranged coaxially over the longer, second input shaft GE2. The second electric machine EM2 is drive-connected to the drive shaft 2 of the internal combustion engine VM. The first input shaft GE1 is radially connectable via an optional controllable friction clutch K1 and the second electric machine EM2 with the drive shaft 2 of the internal combustion engine VM. The second input shaft GE2 is rotatably connected to the rotor 3a of the electric machine EM.
Das erste Planetengetriebe PG1 umfasst ein zentrales Sonnenrad 8a, welches radial über der Ausgangswelle GA angeordnet ist und an einem Maschinenteil festgestellt oder festgebremst ist, ein radial äußeres Hohlrad 8b, welches drehbar auf der zweiten Eingangswelle GE2 angeordnet ist, und einen Planetenträger 8c, welcher drehfest mit der Ausgangswelle GA verbunden ist. Der Planetenträger 8c trägt mehrere Planetenräder 8d, die mit dem Sonnenrad 8a und dem Hohlrad 8b im Zahneingriff sind. Der Planetenträger 8c dient als Ausgangs- bzw. Abtriebselement des Planetengetriebes PG1 . Das Hohlrad 8b dient als Eingangselement bzw. Antriebsrad. Es ist über ein zweites Schaltelement B drehfest mit der ersten Eingangswelle GE1 verbindbar. Die beiden Eingangswellen GE1 und GE2 sind über ein erstes Schaltelement A miteinander koppelbar, wobei die beiden Schaltelemente A und B als ein- und ausrückbare Klauenkupplungen ausgebildet sowie in einem Schaltpaket S1 zusammengefasst sind. The first planetary gear PG1 comprises a central sun gear 8a, which is arranged radially over the output shaft GA and is fixed or braked on a machine part, a radially outer ring gear 8b, which is rotatably mounted on the second input shaft GE2, and a planet carrier 8c, which rotatably is connected to the output shaft GA. The planetary carrier 8c carries a plurality of planetary gears 8d, which are in meshing engagement with the sun gear 8a and the ring gear 8b. The planet carrier 8c serves as the output or output element of the planetary gear PG1. The ring gear 8b serves as an input element or drive wheel. It is rotatably connected via a second switching element B with the first input shaft GE1 connectable. The two input shafts GE1 and GE2 have a first one Switching element A coupled to each other, wherein the two switching elements A and B formed as engageable and disengageable jaw clutches and combined in a switching package S1.
Das zweite Planetengetriebe PG2 umfasst ein zentrales Sonnenrad 9a, welches drehfest mit der zweiten Eingangswelle GE2 verbunden ist und als Eingangselement bzw. Antriebsrad dient, ein äußeres Hohlrad 9b, und einen Planetenträger 9c, der drehfest mit der Ausgangswelle GA verbunden ist und als Ausgangs- bzw. Abtriebselement dient. Der Planetenträger 9c trägt mehrere Planetenräder 9d, die mit dem Sonnenrad 9a und dem Hohlrad 9b im Zahneingriff sind. Der Planetenträger 9c und das Hohlrad 9b stehen über Hohlwellenabschnitte mit einem zweiten Schaltpaket S2 in Verbindung, welches ein drittes Schaltelement C und ein viertes Schaltelement D aufweist, die als ein- und ausrückbare Klauenkupplungen ausgebildet sind. Über das dritte Schaltelement C ist das Hohlrad 9b an einem Maschinenteil feststellbar bzw. festbremsbar. Über das vierte Schaltelement D ist das Hohlrad 9b mit dem Planetenträger 9b koppelbar, wodurch das Planetengetriebe PG2 überbrückbar bzw. in sich sperrbar ist. The second planetary gear PG2 comprises a central sun gear 9a, which is rotatably connected to the second input shaft GE2 and serves as input element or drive wheel, an outer ring gear 9b, and a planet carrier 9c, which is rotatably connected to the output shaft GA and as output or Output element is used. The planet carrier 9c carries a plurality of planetary gears 9d, which are in meshing engagement with the sun gear 9a and the ring gear 9b. The planet carrier 9c and the ring gear 9b are connected via hollow shaft sections to a second shift package S2, which has a third shift element C and a fourth shift element D, which are designed as engagement and disengageable jaw clutches. About the third switching element C, the ring gear 9b can be detected or braked on a machine part. About the fourth switching element D, the ring gear 9b can be coupled to the planet carrier 9b, whereby the planetary gear PG2 can be bridged or locked in itself.
Die gemeinsame Ausgangswelle GA steht über einen Ausgangsradsatz Z1 mit einem Achsdifferenzial 5 in Triebverbindung. Der Ausgangsradsatz Z1 umfasst ein mit der Ausgangswelle GA drehfest verbundenes Antriebsrad z1 1 , das im Eingriff mit einem Abtriebsrad z21 steht, welches mit dem Achsdifferenzial 5 zusammenwirkt. Über das Achsdifferenzial 5 werden zwei Achswellen 7a, 7b einer Fahrzeugachse 7 angetrieben, die mit jeweils einem Fahrzeugrad 6a, 6b verbunden sind. The common output shaft GA is connected via a Ausgangsradsatz Z1 with an axle differential 5 in drive connection. The output gear set Z1 comprises a drive wheel z1 1, which is connected in a rotationally fixed manner to the output shaft GA and which is in engagement with a driven gear z21 which interacts with the axle differential 5. About the axle differential 5, two axle shafts 7a, 7b of a vehicle axle 7 are driven, which are each connected to a vehicle wheel 6a, 6b.
Der Hybridantrieb weist nach der Tabelle in Fig. 1 a für den reinen Elektrofahr- betrieb zwei Vorwärtsgänge G1 und G3, für den Verbrennungsfahrbetrieb mit optionalem Boostbetrieb und Rekuperationsbetrieb drei Vorwärtsgänge G1 , G2 und G3 sowie für den reinen Verbrennungsfahrbetrieb einen Vorwärtsgang G2 auf. In der Tabelle ist beispielhaft eine Übersetzung von i0_PG1 , 2 = -1 ,6 sowohl für das erste Planetengetriebe PG1 als auch für das zweite Planetengetriebe PG2 angenommen. Je nach Betriebsart ergeben sich daraus die angegebenen Antriebsübersetzungen i_EM bzw. i_VM. Die Abtriebsübersetzung des Ausgangsradsatzes Z1 ist in der Ta- belle nicht berücksichtigt. Für die dargestellten Betriebsarten sind die jeweils eingerückten Schaltelemente A, B, C, D der Schaltpakete S1 , S2 bzw. deren Neutralstellung N angegeben. According to the table in FIG. 1a, the hybrid drive has two forward gears G1 and G3 for the electric drive mode, three forward gears G1, G2 and G3 for the internal combustion mode with optional boost mode and recuperation mode and one forward gear G2 for the pure combustion mode of operation. By way of example, the table assumes a ratio of i0_PG1, 2 = -1, 6 for both the first planetary gear PG1 and the second planetary gear PG2. Depending on the operating mode, this results in the specified drive ratios i_EM or i_VM. The output ratio of the output gear set Z1 is shown in the table not taken into account. For the illustrated operating modes, the respectively engaged switching elements A, B, C, D of the switching packets S1, S2 or their neutral position N are indicated.
Sind beide Schaltpakete S1 , S2 in Neutral N, so ist sowohl der Verbrennungsmotor VM als auch die Elektromaschine EM abgekoppelt, so dass die Fahrzeugachse 7 vollständig vom Antrieb getrennt ist. Bei eingerücktem Schaltelement A sind die beiden Eingangswellen GE1 , GE2 miteinander gekoppelt. Dies kann als ein neutraler Lademodus genutzt werden, wenn das zweite Schaltpaket S2 in Neutralstellung ist. In diesem Lademodus kann ein mit der Elektromaschine EM verbundener elektrischer Energiespeicher bei Fahrzeugstillstand durch den laufenden If both switching packages S1, S2 are in neutral N, both the internal combustion engine VM and the electric machine EM are disconnected, so that the vehicle axle 7 is completely separated from the drive. When switching element A is engaged, the two input shafts GE1, GE2 are coupled together. This can be used as a neutral charging mode when the second shift pack S2 is in neutral. In this charging mode, a connected to the electric machine EM electrical energy storage in vehicle standstill by the current
Verbrennungsmotor VM im Generatorbetrieb der Elektromaschine EM geladen werden. Alternativ dazu kann, wenn nur die Schaltposition A geschaltet ist, der Verbrennungsmotor VM durch die Elektromaschine EM gestartet werden. Internal combustion engine VM in generator operation of the electric machine EM are loaded. Alternatively, when only the shift position A is switched, the engine VM may be started by the electric machine EM.
Das zweite Planetengetriebe PG2 erzeugt bei eingerücktem Schaltelement C den ersten Gang G1 über das Sonnenrad 9a als Antrieb und den Planetenträger 9c als Abtrieb. Die Elektromaschine EM kann diesen Fahrgang als ersten reinen elektromotorischen Fahrgang nutzen. In der Schaltposition D, d.h. bei eingerücktem Schaltelement D, ist das zweite Planetengetriebe PG2 überbrückt. Dadurch wird ein dritter Gang G3 mit einer direkten Antriebsübersetzung nutzbar. Diesen Gang G3 kann die Elektromaschine EM als zweiten reinen elektromotorischen Fahrgang nutzen. Der Verbrennungsmotor VM kann bei den beiden elektromotorischen Fahrgängen vom Antrieb abgekoppelt sein. Durch eine Ansteuerung der Elektromaschine EM in umgekehrter Drehrichtung ist der erste Gang G1 als ein Rückwärtsgang nutzbar. When the switching element C is engaged, the second planetary gear PG2 generates the first gear G1 via the sun gear 9a as the drive and the planet carrier 9c as the output. The electric machine EM can use this drive as the first pure electromotive drive. In the shift position D, i. with engaged switching element D, the second planetary gear PG2 is bridged. As a result, a third gear G3 with a direct drive ratio can be used. This gear G3 can use the electric machine EM as a second pure electromotive driving gear. The internal combustion engine VM can be decoupled from the drive in the two electromotive driving gears. By controlling the electric machine EM in the reverse direction of rotation, the first gear G1 can be used as a reverse gear.
Wenn die Elektromaschine EM als Anfahrelement genutzt wird, kann die Reibungskupplung K1 entfallen und die An- und Abkopplung des Verbrennungsmotors VM durch die Schaltelemente A bzw. B des ersten Schaltpakets S1 erfolgen. If the electric machine EM is used as a starting element, the friction clutch K1 can be omitted and the coupling and uncoupling of the engine VM by the switching elements A and B of the first switching package S1 done.
Während mit der Elektromaschine EM über das zweite Planetengetriebe PG2 im ersten oder dritten Gang G1 bzw. G3 elektrisch gefahren wird, kann das erste Planetengetriebe PG1 im Hintergrund lastfrei geschaltet werden. Die Synchronisation des ersten Planetengetriebes PG1 kann dabei durch eine aktive Drehzahlregelung mit dem Verbrennungsmotor VM erfolgen, oder bei vorhandener Reibungskupplung K1 alternativ, bei geöffneter Reibungskupplung K1 , mittels synchronisierten Schaltelementen A, B eines als Synchronisiervorrichtung ausgebildeten ersten Schaltpakets S1 . While the electric machine EM is electrically driven via the second planetary gear PG2 in the first or third gear G1 or G3, the first planetary gear PG1 can be switched in the background without load. The synchronization of the first planetary gear PG1 can be done by an active speed control with the engine VM, or alternatively with existing friction clutch K1, with open friction clutch K1, by means of synchronized switching elements A, B designed as a synchronizing first switching packet S1.
Der Verbrennungsmotor VM kann über das erste Schaltelement A mit dem Sonnenrad bzw. Eingangselement 9a des zweiten Planetengetriebes PG2 gekoppelt werden. Bei eingerücktem Schaltelement C kann der Verbrennungsmotor VM so den ersten Gang G1 , und bei überbrücktem Planetengetriebe PG2 in Schaltposition D den dritten Gang G3 als verbrennungsmotorische Fahrgänge nutzen. Gleichzeitig ist der Verbrennungsmotor VM mit der Elektromaschine EM wirkverbunden. Die Elekt- romaschine EM kann dabei im Boostbetrieb, Rekuperationsbetrieb oder bei Nulllast betrieben werden. The internal combustion engine VM can be coupled via the first switching element A to the sun gear or input element 9a of the second planetary gear PG2. When the switching element C is engaged, the internal combustion engine VM can thus use the first gear G1 and, when the planetary gear PG2 is bridged in the gearshift position D, the third gear G3 as internal combustion engine driving gears. At the same time, the internal combustion engine VM is operatively connected to the electric machine EM. The electric machine EM can be operated in boost mode, recuperation mode or at zero load.
Der Verbrennungsmotor VM kann durch Einrücken des zweiten Schaltelementes B an das Hohlrad bzw. Eingangselement 8b des ersten Planetengetriebes PG1 gekoppelt werden. Dadurch ergibt sich ein zwischen dem ersten Gang G1 und dem dritten Gang G3 liegender zweiter Gang G2 für den Verbrennungsmotor VM. Der Planetenträger 8c wirkt dabei als Abtrieb, das Sonnenrad 8a ist festgebremst. Der zweite Gang G2 ist für den Verbrennungsmotor VM in drei Varianten nutzbar. In der ersten Variante ist das Schaltelement C eingerückt. Geschaltet wird dieser Gang nur über den Verbrennungsmotor VM. In der zweiten Variante befindet sich das zweite Schaltpaket S2 in Neutral. Die Elektromaschine EM ist vollständig vom Antrieb abgekoppelt. Das erste Planetengetriebe PG1 erzeugt somit einen zweiten Gang G2 für den Verbrennungsmotor VM, der unabhängig vom zweiten Planetengetriebe PG2 ist. In der dritten Variante ist das Schaltelement D eingerückt. The internal combustion engine VM can be coupled by engagement of the second switching element B to the ring gear or input element 8b of the first planetary gear PG1. This results in a lying between the first gear G1 and the third gear G3 second gear G2 for the engine VM. The planet carrier 8c acts as an output, the sun gear 8a is stalled. The second gear G2 can be used for the internal combustion engine VM in three variants. In the first variant, the switching element C is engaged. This gear is switched only via the internal combustion engine VM. In the second variant, the second switching package S2 is in neutral. The electric machine EM is completely decoupled from the drive. The first planetary gear PG1 thus generates a second gear G2 for the internal combustion engine VM, which is independent of the second planetary gear PG2. In the third variant, the switching element D is engaged.
Während mit dem Verbrennungsmotor VM über das erste Planetengetriebe PG1 im zweiten Gang G2 gefahren wird, kann das zweite Planetengetriebe PG2 im Hintergrund lastfrei geschaltet werden. Die Synchronisation des zweiten Planetengetriebes PG2 kann durch eine aktive Drehzahlregelung mit der Elektromaschine EM erfolgen. Die optionale zweite Elektromaschine EM2 kann als Starter für den Verbrennungsmotor VM sowie als über den Verbrennungsmotor VM angetriebener Generator zur Versorgung der ersten Elektromaschine EM für einen seriellen Fahrbetrieb im niedrigen Geschwindigkeitsbereich unterhalb des ersten Ganges G1 genutzt werden. While driving with the internal combustion engine VM via the first planetary gear PG1 in the second gear G2, the second planetary gear PG2 can be switched in the background load. The synchronization of the second planetary gear PG2 can be done by an active speed control with the electric machine EM. The optional second electric machine EM2 can be used as a starter for the internal combustion engine VM as well as a generator driven by the internal combustion engine VM for supplying the first electric machine EM for a serial driving operation in the low speed range below the first gear G1.
Fig. 2 zeigt einen Hybridantrieb 1 b, bei dem die Elektromaschine EM über einen als Stirnradpaar ausgebildeten Eingangsradsatz Z2 seitlich an den Antriebsstrang angebunden ist. Der Eingangsradsatz Z2 besteht aus einem von der Elektromaschine EM angetriebenen Antriebsrad z12, das im Zahneingriff mit einem auf der zweiten Eingangswelle GE2 drehfest angeordneten Abtriebsrad z22 ist. Der Eingangsradsatz Z2 liefert eine konstante Eingangsübersetzung der Elektromaschine EM. Ansonsten ist der Hybridantrieb 1 b bau- und funktionsgleich mit dem in Fig. 1 gezeigten Hybridantrieb 1 a. 2 shows a hybrid drive 1 b, in which the electric machine EM is connected laterally to the drive train via a pair of input gears Z2 designed as a pair of spur gears. The input gear set Z2 consists of a driven by the electric machine EM drive wheel z12, which is in meshing engagement with a rotatably mounted on the second input shaft GE2 output gear z22. The input gear set Z2 provides a constant input ratio of the electric machine EM. Otherwise, the hybrid drive 1 b construction and functionally identical to the hybrid drive shown in Fig. 1 1 a.
Fig. 3 zeigt einen Hybridantrieb 1 c, bei dem der Ausgangsradsatz Z1 in Richtung zu der Elektromaschine EM seitlich versetzt angeordnet ist, wozu die Ausgangswelle GA über den Planetenträger 9c des zweiten Planetengetriebes PG2 rückwärtig verlängert ist. Die beiden Planetengetriebe PG1 , PG2 sind dadurch axial näher zusammengerückt. Fig. 3 shows a hybrid drive 1 c, in which the output gear Z1 is laterally offset in the direction of the electric machine EM, to which the output shaft GA is extended rearwardly over the planet carrier 9c of the second planetary gear PG2. The two planetary gear PG1, PG2 are thereby moved axially closer together.
Fig. 4 zeigt einen weiteren Hybridantrieb 1 d, bei dem fern vom Verbrennungsmotor VM zusätzlich ein drittes Planetengetriebe PG3 angeordnet ist, das als ein elektrodynamisches Anfahrelement wirksam ist. Es umfasst ein Sonnenrad 10a, das mit einem äußeren Wellenabschnitt GE2a der zweiten Eingangswelle drehfest verbunden ist, ein Hohlrad 10b, das mit einem inneren Wellenabschnitt GE2b der zweiten Eingangswelle drehfest verbunden ist, und einen Planetenträger 10c, der über eine Hohlwelle 1 1 mit dem Eingangselement bzw. Sonnenrad 9a des zweiten Planetengetriebes PG2 drehfest verbunden ist, sowie mehrere mit dem Sonnenrad 10a und dem Hohlrad 10b im Zahneingriff stehende, von dem Planetenträger 10c geführte Planetenräder 10d. Weiterhin ist auf dem axial äußeren Wellenabschnitt GE2a der zweiten Eingangswelle ein fünftes Schaltelement E angeordnet, mittels dem der Planetenträger 10c mit dem äußeren Wellenabschnitt GE2a und damit mit dem Sonnenrad 10a koppelbar ist, wodurch das Planetengetriebe PG3 in sich sperrbar bzw. überbrückbar ist. Fig. 4 shows a further hybrid drive 1 d, in which remote from the engine VM additionally a third planetary gear PG3 is arranged, which is effective as an electrodynamic starting element. It comprises a sun gear 10a, which is non-rotatably connected to an outer shaft portion GE2a of the second input shaft, a ring gear 10b, which is rotatably connected to an inner shaft portion GE2b of the second input shaft, and a planetary carrier 10c, via a hollow shaft 1 1 with the input member or sun gear 9a of the second planetary gear PG2 rotatably connected, as well as several with the sun gear 10a and the ring gear 10b in meshing, guided by the planet carrier 10c planet gears 10d. Furthermore, a fifth switching element E is arranged on the axially outer shaft portion GE2a of the second input shaft, by means of which the planet carrier 10c with the outer shaft portion GE2a and thus with the sun gear 10a is coupled, whereby the planetary gear PG3 is lockable or bridged.
Bei eingerücktem Schaltelement E ist das Planetengetriebe PG3 überbrückt und somit funktionslos. Bei ausgerücktem Schaltelement E ist hingegen die Übersetzung des Planetengetriebes PG3, beispielsweise iO_PG2 = -2, wirksam. Diese Übersetzung kann durch einen überlagerten Betrieb des Verbrennungsmotors VM und der Elektromaschine EM, wobei die Elektromaschine EM zumindest anfänglich generatorisch arbeitet, zum verschleißfreien Anfahren im ersten Gang G1 genutzt werden, wobei die entsprechenden Schaltelemente A und C eingerückt sind. Diese Funktion entspricht einem elektrischen Anfahrelement, wie beispielsweise in der eingangs erwähnten DE 199 34 696 A1 beschrieben. Die Reibungskupplung K1 und die zweite elektrische Maschine EM2 entfallen bei dem Hybridantrieb 1 d gemäß Fig. 4 ersichtlich. When engaged switching element E, the planetary gear PG3 is bridged and thus functionless. When disengaged switching element E, however, the translation of the planetary gear PG3, for example, iO_PG2 = -2, effective. This translation can be exploited by a superimposed operation of the internal combustion engine VM and the electric machine EM, wherein the electric machine EM operates at least initially as a generator, for wear-free starting in the first gear G1, wherein the corresponding switching elements A and C are engaged. This function corresponds to an electrical starting element, as described for example in the aforementioned DE 199 34 696 A1. The friction clutch K1 and the second electric machine EM2 omitted in the hybrid drive 1 d of FIG. 4 can be seen.
Fig. 5 zeigt schließlich noch einen Hybridantrieb 1 e, bei dem ein zweistufiger Ausgangsradsatz Z1 a vorgesehen ist. Der Ausgangsradsatz Z1 a weist zusätzlich eine Zwischenwelle ZW auf, auf der ein Zwischenrad z31 a/z31 b drehfest angeordnet ist. Das Zwischenrad z31 a/z31 b ist als ein Doppelrad ausgebildet. Es umfasst ein erstes Zahnrad z31 a, das mit dem Antriebsrad z1 1 im Eingriff ist und ein zweites Zahnrad z31 b, das mit dem Abtriebsrad z21 im Eingriff ist. Durch das Zwischenrad z31 wird eine Drehrichtungsumkehr des Antriebstranges zum Abtrieb realisiert. Fig. 5 finally shows a hybrid drive 1 e, in which a two-stage output gear Z1 a is provided. The output gear set Z1a additionally has an intermediate shaft ZW, on which an intermediate gear z31a / z31b is arranged non-rotatably. The intermediate gear z31 a / z31 b is formed as a double wheel. It comprises a first gear z31 a, which is in engagement with the drive wheel z1 1 and a second gear z31 b, which is in engagement with the output gear z21. By the idler z31 a reversal of the drive train to the output is realized.
Bezuqszeichenliste LIST OF REFERENCES
1 a Hybridantrieb 1 a hybrid drive
1 b Hybridantrieb  1 b hybrid drive
1 c Hybridantrieb 1 c hybrid drive
1 d Hybridantrieb 1 d hybrid drive
1 e Hybridantrieb 1 e hybrid drive
2 Triebwelle des Verbrennungsmotors  2 drive shaft of the internal combustion engine
3a Rotor der Elektromaschine 3a rotor of the electric machine
3b Stator der Elektromaschine  3b stator of the electric machine
4 Schaltgetriebe  4 manual transmission
5 Achsdifferenzial  5 axle differential
6a, 6b Fahrzeugrad 6a, 6b vehicle wheel
7 Fahrzeugachse  7 vehicle axle
7a, 7b Achswelle  7a, 7b axle shaft
8a Sonnenrad des ersten Planetengetriebes  8a sun gear of the first planetary gear
8b Eingangselement, Hohlrad des ersten Planetengetriebes  8b input element, ring gear of the first planetary gear
8c Ausgangselement, Planetenträger des ersten Planetengetriebes 8c output element, planet carrier of the first planetary gear
8d Planetenrad des ersten Planetengetriebes 8d planet gear of the first planetary gear
9a Eingangselement, Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes 9a input element, sun gear of the second planetary gear
9b Hohlrad des zweiten Planetengetriebes 9b ring gear of the second planetary gear
9c Ausgangselement, Planetenträger des zweiten Planetengetriebes 9c output element, planet carrier of the second planetary gear
9d Planetenrad des zweiten Planetengetriebes 9d planet gear of the second planetary gear
10a Eingangselement, Sonnenrad des dritten Planetengetriebes 10a input element, sun gear of the third planetary gear
10b Hohlrad des dritten Planetengetriebes 10b ring gear of the third planetary gear
10c Ausgangselement, Planetenträger des dritten Planetengetriebes 10c output element, planet carrier of the third planetary gear
10d Planetenrad des dritten Planetengetriebes 10d planet gear of the third planetary gear
1 1 Hohlwelle  1 1 hollow shaft
A Erstes Schaltelement  A first switching element
B Zweites Schaltelement  B second switching element
C Drittes Schaltelement  C Third switching element
D Viertes Schaltelement  D Fourth switching element
E Fünftes Schaltelement EM Elektromaschine E Fifth switching element EM electric machine
EM2 Zweite Elektromaschine  EM2 second electric machine
GA Ausgangswelle  GA output shaft
GE1 Erste Eingangswelle  GE1 First input shaft
GE2 Zweite Eingangswelle  GE2 Second input shaft
GE2a Äußerer Wellenabschnitt der zweiten Eingangswelle GE2a Outer shaft portion of the second input shaft
GE2b Innerer Wellenabschnitt der zweiten EingangswelleGE2b Inner shaft portion of the second input shaft
K1 Reibungskupplung K1 friction clutch
PG1 Erstes Planetengetriebe  PG1 First planetary gear
PG2 Zweites Planetengetriebe  PG2 second planetary gear
PG3 Drittes Planetengetriebe  PG3 Third planetary gear
S1 Schaltpaket  S1 switching package
S2 Schaltpaket  S2 switching package
VM Verbrennungsmotor  VM internal combustion engine
Z1 , Z1 a Ausgangsradsatz  Z1, Z1 a output gearset
Z2 Eingangsradsatz  Z2 input gear set
ZW Zwischenwelle  ZW intermediate shaft
i_VM Antriebsübersetzung des Verbrennungsmotors i_EM Antriebsübersetzung der Elektromaschine z1 1 Antriebsrad von Z1 i_VM Drive ratio of the internal combustion engine i_EM Drive ratio of the electric machine z1 1 Drive wheel of Z1
z21 Abtriebsrad von Z1 z21 output gear from Z1
z31 a Erstes Zwischenrad von Z1 a z31 a First intermediate gear of Z1 a
z31 b Zweites Zwischenrad von Z1 a z31 b Second intermediate gear of Z1 a
z12 Antriebsrad von Z2 z12 drive wheel of Z2
z22 Abtriebsrad von Z2 z22 output gear from Z2

Claims

Patentansprüche claims
1 . Hybridantrieb eines Kraftfahrzeuges, der einen Verbrennungsmotor (VM) mit einer Triebwelle (2), mindestens eine Elektromaschine (EM) mit einem Rotor (3a), ein Schaltgetriebe (4) mit zwei Eingangswellen (GE1 , GE2) sowie eine gemeinsamen Ausgangswelle (GA) aufweist, wobei die erste Eingangswelle (GE1 ) mit der Triebwelle (2) des Verbrennungsmotors (VM) verbunden oder verbindbar ist und die zweite Eingangswelle (GE2) von dem Rotor (3a) der Elektromaschine (EM) unmittelbar oder mittelbar antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Eingangswellen (GE1 , GE2) koaxial hintereinander angeordnet sind, dass die Ausgangswelle (GA) koaxial über einer der beiden Eingangswellen (GE1 , GE2) angeordnet ist, und dass mindestens zwei Planetengetriebe (PG1 , PG2) mit jeweils zumindest einem Eingangselement (8b, 9a) und einem Ausgangselement (8c, 9c) koaxial hintereinander angeordnet sind, wobei der Verbrennungsmotor (VM) wechselseitig über ein erstes Schaltelement (A) mit der zweiten Eingangswelle (GE2) koppelbar ist oder über ein zweites Schaltelement (B) mit dem Eingangselement (8b) des ersten Planetengetriebes (PG1 ) koppelbar ist, und wobei die Ausgangselemente (8c, 9c) der beiden Planetengetriebe (PG1 , PG2) mit der Ausgangswelle (GA) verbunden sind. 1 . Hybrid drive of a motor vehicle having an internal combustion engine (VM) with a drive shaft (2), at least one electric machine (EM) with a rotor (3a), a manual transmission (4) with two input shafts (GE1, GE2) and a common output shaft (GA) wherein the first input shaft (GE1) is connected or connectable to the drive shaft (2) of the internal combustion engine (VM) and the second input shaft (GE2) can be driven directly or indirectly by the rotor (3a) of the electric machine (EM), characterized in that the two input shafts (GE1, GE2) are arranged coaxially behind one another, in that the output shaft (GA) is arranged coaxially over one of the two input shafts (GE1, GE2) and in that at least two planetary gears (PG1, PG2) each have at least one input element (8 b, 9 a) and an output element (8 c, 9 c) are arranged coaxially one behind the other, wherein the internal combustion engine (VM) mutually via a first switching element (A) with the second input (GE2) is coupled or via a second switching element (B) with the input element (8b) of the first planetary gear (PG1) is coupled, and wherein the output elements (8c, 9c) of the two planetary gear (PG1, PG2) with the output shaft ( GA) are connected.
2. Hybridantrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Planetengetriebe (PG1 , PG2) und die Ausgangswelle (GA) über der zweiten Eingangswelle (GE2) angeordnet sind, wobei das erste Planetengetriebe (PG1 ) ein Hohlrad (8b) als Eingangselement, ein feststehendes Sonnenrad (8a), und als Ausgangselement einen Planetenträger (8c) mit mehreren mit dem Sonnenrad (8a) und dem Hohlrad (8b) kämmenden Planetenrädern (8d) umfasst, wobei das zweite Planetengetriebe (PG2) ein Sonnenrad (9a) als Eingangselement, ein über ein drittes Schaltelement (C) feststellbares Hohlrad (9b), und einen Planetenträger (9c) mit mehreren mit dem Sonnenrad (9a) und dem Hohlrad (9b) kämmenden Planetenrädern (9d) als Ausgangselement umfasst, und wobei das zweite Planetengetriebe (PG2) mittels eines vierten Schaltelementes (D) in sich sperrbar ist. 2. hybrid drive according to claim 1, characterized in that the two planetary gear (PG1, PG2) and the output shaft (GA) over the second input shaft (GE2) are arranged, wherein the first planetary gear (PG1) a ring gear (8b) as input element, a fixed sun gear (8a), and as an output element a planetary carrier (8c) with a plurality of the sun gear (8a) and the ring gear (8b) meshing planetary gears (8d), wherein the second planetary gear (PG2) a sun gear (9a) as an input element , a ring gear (9b) which can be detected via a third shifting element (C), and a planet carrier (9c) with a plurality of planetary gears (9d) meshing with the sun gear (9a) and the ring gear (9b) as output element, and wherein the second planetary gear ( PG2) by means of a fourth switching element (D) is lockable.
3. Hybridantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Planetengetriebe (PG1 , PG2) die gleiche Übersetzung aufweisen. 3. Hybrid drive according to claim 1 or 2, characterized in that the two planetary gear (PG1, PG2) have the same translation.
4. Hybridantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangswelle (GA) über einen Ausgangsradsatz (Z1 , Z1 a) mit einem Achsdifferenzial (5) einer Fahrzeugachse (7) in Triebverbindung steht, der axial zwischen den Planetengetrieben (PG1 , PG2) oder axial vor oder hinter den Planetengetrieben (PG1 , PG2) positioniert ist. 4. Hybrid drive according to one of claims 1 to 3, characterized in that the output shaft (GA) via a Ausgangsradsatz (Z1, Z1 a) with an axle differential (5) of a vehicle axle (7) is drivingly connected, the axially between the planetary gears ( PG1, PG2) or axially in front of or behind the planetary gears (PG1, PG2).
5. Hybridantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangsradsatz (Z1 a) als ein zweistufiger Abtrieb ausgebildet ist, mit einem Antriebsrad (z1 1 ), welches mit der Ausgangswelle (GA) drehfest verbunden ist, mit einem Abtriebsrad (z21 ), welches mit dem Achsdifferenzial (5) antriebsverbunden ist, und mit einem als Einzelrad oder als Doppelrad (z31 a, z31 b) ausgebildeten, auf einer Zwischenwelle (ZW) gelagerten Zwischenrad, welches mit dem Antriebsrad (z1 1 ) und dem Abtriebsrad (z21 ) im Verzahnungseingriff ist. 5. hybrid drive according to claim 4, characterized in that the Ausgangsradsatz (Z1 a) is designed as a two-stage output, with a drive wheel (z1 1) which is rotatably connected to the output shaft (GA), with a driven gear (Z21), which is drive-connected to the axle differential (5), and with a single wheel or as a double wheel (z31 a, z31 b) formed on an intermediate shaft (ZW) mounted intermediate wheel, which with the drive wheel (z1 1) and the output gear (z21) is in meshing engagement.
6. Hybridantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Schaltelement (A, B) sowie das dritte und vierte Schaltelement (C, D) jeweils als doppelseitig betätigbare Schaltpakete (S1 , S2) zusam- mengefasst sind. 6. hybrid drive according to one of claims 1 to 5, characterized in that the first and second switching element (A, B) and the third and fourth switching element (C, D) are summarized in each case as double-sided operable switching packets (S1, S2) ,
7. Hybridantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor der Elektromaschine (EM) über einen als Stirnradübersetzung ausgebildeten Eingangsradsatz (Z2) mit der zweiten Eingangswelle (GE2) triebverbunden ist. 7. Hybrid drive according to one of claims 1 to 6, characterized in that the rotor of the electric machine (EM) via a trained as a spur gear input gear (Z2) with the second input shaft (GE2) is drive-connected.
8. Hybridantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Eingangswelle (GE1 ) über eine steuerbare Reibungskupplung (K1 ) und/oder über eine zweite Elektromaschine (EM2) mit der Triebwelle (2) des Verbrennungsmotors (VM) antriebsverbindbar oder antriebsverbunden ist. 8. Hybrid drive according to one of claims 1 to 7, characterized in that the first input shaft (GE1) via a controllable friction clutch (K1) and / or via a second electric machine (EM2) with the drive shaft (2) of the internal combustion engine (VM) drive-connected or drive connected.
9. Hybridantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zweiten Planetengetriebe (PG2) und der Elektromaschine (EM) ein drittes Planetengetriebe (PG3) angeordnet ist, welches ein Sonnenrad (10a) als Eingangselement, ein Hohlrad (10b), und als Ausgangselement einen Planetenträger (10c) mit mehreren mit dem Sonnenrad (10a) und dem Hohlrad (10b) kämmenden Planetenrädern (10d) umfasst, dass die zweite Eingangswelle (GE2) einen axial inneren Wellenabschnitt (GE2b) und einen axial äußeren Wellenabschnitt (GE2a) aufweist, wobei das Eingangselement (10a) des dritten Planetengetriebes (PG3) über den äußeren Wellenabschnitt (GE2a) der zweiten Eingangswelle mit dem Rotor (3a) der Elektromaschine (EM) antriebsverbunden ist, wobei das Hohlrad (10b) mit dem inneren Wellenabschnitt (GE2b) der zweiten Eingangswelle drehfest verbunden ist und wobei der Planetenträger (10c) über einen Hohlwelle (1 1 ) mit dem Eingangselement (9a) des zweiten Planetengetriebes (PG2) drehfest verbunden ist, und dass das dritte Planetengetriebe (PG3) mittels eines fünften Schaltelementes (E) in sich sperrbar ist. 9. Hybrid drive according to one of claims 1 to 8, characterized in that between the second planetary gear (PG2) and the electric machine (EM), a third planetary gear (PG3) is arranged, which a sun gear (10a) as input element, a ring gear (10b ), and as a starting element a planet carrier (10c) having a plurality of planetary gears (10d) meshing with the sun gear (10a) and the ring gear (10b), the second input shaft (GE2) has an axially inner shaft portion (GE2b) and an axially outer shaft portion (GE2a) Input member (10a) of the third planetary gear (PG3) via the outer shaft portion (GE2a) of the second input shaft to the rotor (3a) of the electric machine (EM) is drivingly connected, wherein the ring gear (10b) with the inner shaft portion (GE2b) of the second input shaft is rotatably connected and wherein the planet carrier (10c) via a hollow shaft (1 1) with the input element (9a) of the second planetary gear (PG2) is rotatably connected, and that the third planetary gear (PG3) by means of a fifth switching element (E) in itself is lockable.
10. Hybridantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine separate Startereinrichtung für den Verbrennungsmotor (VM) vorgesehen ist. 10. Hybrid drive according to one of claims 1 to 9, characterized in that a separate starter device for the internal combustion engine (VM) is provided.
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