WO2014140096A1 - Antriebsstrang für ein hybridfahrzeug - Google Patents

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WO2014140096A1
WO2014140096A1 PCT/EP2014/054833 EP2014054833W WO2014140096A1 WO 2014140096 A1 WO2014140096 A1 WO 2014140096A1 EP 2014054833 W EP2014054833 W EP 2014054833W WO 2014140096 A1 WO2014140096 A1 WO 2014140096A1
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transmission
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power
connection
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PCT/EP2014/054833
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Dieter Grillenberger
Stefan LICHTENEGGER
Achim REINBACHER
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AVL List GmbH
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    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the invention relates to a drive train for a hybrid vehicle having an internal combustion engine and at least one electric machine, having a power-split transmission having three connections, a first connection having at least one electric machine, a second connection to the internal combustion engine and one preferably formed by a sum shaft third terminal is drivingly connected to an output shaft of the vehicle.
  • the power supply from the power split of the required drive power, by the motor or generator operation of a be adapted to another electric machine.
  • a reactive power flow in the electric power path can therefore occur as a result of the principle.
  • DE 199 09 424 AI discloses a hybrid transmission for vehicles, consisting of a drive shaft, an output shaft, a continuously variable actuating gear and a mechanical superimposition change gear.
  • the superposition gear is a five-shaft planetary gear with a ridge shaft as the transmission output shaft.
  • the bridge carries several sets of intermeshing planets.
  • the planets mesh with two ring gears and two sun gears.
  • the two sun gears are connected to each other via a stepless electric control gear.
  • a first ring gear is fixedly connected to the internal combustion engine.
  • the second ring gear is connected via a brake with the transmission housing.
  • EP 1 279 545 A2 describes a hybrid drive train for a vehicle with a four-element and two-degree-of-freedom planetary gear with two sun gears, a planet carrier and at least one ring gear.
  • the ring gear and the planet carrier are connected to the drive shaft of an internal combustion engine.
  • the sun gears are each connected to electrical machines.
  • the object of the invention is to improve the efficiency and to reduce the control effort. According to the invention, this is achieved in that a torque-guiding module formed by a two-shaft four-shaft transmission is connected to the first connection.
  • the stand ratio of a planetary gear is negative, so it is a so-called minus gear, so are the two central shafts at the same time the difference waves and the land wave is the sum wave.
  • the stationary gear ratio of a planetary gearbox is positive, it is generally called a plus gearbox.
  • a central shaft and the bridge shaft are differential waves, the remaining central shaft is the sum wave.
  • the torque-guiding module has four connections, wherein a first module connection with a first electric machine, a second module connection with a second electrical machine and further module connections are drive-connected to the first and second connection of the power-branching transmission.
  • a particularly high efficiency and low control effort can be achieved if the torque-guiding module has two two-shaft three-shaft transmission, wherein the differential shafts of the two three-shaft gear are coupled together and wherein the sum of the first two-shaft three-shaft transmission, the first module connection and the sum of the second two-shaft three-shaft transmission the second Module connection forms.
  • two differential shafts of the first and second three-shaft transmission of the torque-guiding module are coupled directly to a positive differential shaft train and two further differential shafts of the first and second two-way three-shaft transmission via a reverse gear to a negative differential wave train.
  • the positive differential wave train forms a positive ratio
  • the negative differential wave train forms a negative ratio between the two partial transmissions.
  • the first partial transmission acts as an open differential, which distributes the drive torque of the first module connection in a certain ratio to the module connections coupled to the differential shaft sections.
  • a torque applied to the second connection ensures a redistribution of the drive torques of the connections coupled to the differential shaft sections.
  • the torque distribution can take place either on the drive side or on the output side by the torque-guiding module.
  • a differential shaft of a differential shaft train of the torque-guiding module is drive-connected to the first connection and a further differential shaft of the other differential-wave train is drive-connected to the second connection of the power-split transmission.
  • the first connection of the power split transmission is connected either to the module connection of the positive differential wave train or the negative differential wave train.
  • the second connection of the power-split transmission is connected to either the negative differential shaft train or the positive differential shaft train of the torque-guiding module.
  • a differential shaft of a differential shaft of the torque-torque steering module with the second terminal and a differential shaft of the other differential shaft is drivingly connected to the third terminal of the power-split transmission.
  • the third connection of the power-split transmission is connected to either the direct or the reverse differential shaft of the torque-guiding module.
  • the second connection of the power split transmission is either with the reverse or with the direct difference shaft train of the torque of the guide module connected.
  • the powertrain thus has two main assemblies with different functions:
  • the present invention provides not only all the advantages of hybrid drives with power-split transmissions, such as a mechanical power path for the internal combustion engine, optimal design of the engine to a few operating points and low vehicle mass by small-sized battery, but also low losses and thus relatively high efficiency by the mechanical power split, since the frequency of energy conversion can be reduced. In addition, a much lower regulatory burden is required.
  • FIG. 1 shows a drive train according to the invention in a first embodiment
  • Fig. 2 shows a first variant of the embodiment of Fig. 1;
  • Fig. 3 shows a second variant of the embodiment of Fig. 1;
  • FIG. 4 shows a drive train according to the invention in a second embodiment
  • Fig. 5 shows a first variant of the embodiment of Fig. 4;
  • Fig. 6 shows a second variant of the embodiment of Fig. 4;
  • FIG. 7 shows a drive train according to the invention in a third embodiment
  • Fig. 8 shows a first variant of the embodiment of Fig. 7;
  • FIG. 9 shows a first variant of the embodiment from FIG. 7;
  • FIG. 10 shows a drive train according to the invention in a fourth embodiment;
  • FIG. 11 shows a first variant of the embodiment from FIG. 10.
  • FIG. 12 shows a second variant of the embodiment from FIG. 10.
  • the figures each show the drive train 1 with the drive sources formed by the internal combustion engine ICE, the first electric machine EM I and the second electric machine EM2, wherein at least one drive wheel 3 of a vehicle is driven via the output shaft 2.
  • a power-splitting transmission 4 with three terminals 4a, 4b, 4c is arranged.
  • the first terminal 4a is connected to the first and second electric machines EM I, EM2 via a torque guide module 5 having four module terminals 5a, 5b, 5c, 5d.
  • the second terminal 4b is connected to the drive shaft 6 of the internal combustion engine ICE.
  • the power-split transmission 4 is designed as a two-speed transmission with two kinematic degrees of freedom.
  • Such three-shaft transmission which are formed by planetary gear or L, always have two waves, which have the same sign relative to the shaft torque, and a shaft with opposite signs.
  • the waves with the same sign are called difference waves, the wave with opposite sign is called the sum wave.
  • As a ridge wave wave is called, which can only transmit clutch power.
  • Shafts which can transmit both coupling performance and rolling power, are referred to as central shafts.
  • a three-shaft gearbox has a unique torque and speed behavior in relation to the difference and sum waves. To describe a three-shaft gear kinematically, one manages the so-called state translation.
  • Stand translation is defined as the ratio between the two central shafts when the bridge shaft is stationary. Stand translation can be positive or negative, which in turn makes it necessary to distinguish between so-called plus and minus transmissions.
  • a minus gear designates a three-shaft gearbox, in which both central shafts at the same time represent the differential shafts, the rest of the web shaft is here the sum shaft.
  • a plus gear refers to a three-shaft gearbox, in which the web shaft and one of the two central shafts represent the difference waves, the remaining central shaft is then the sum shaft.
  • the two central shafts sun gear and ring gear are the difference waves
  • the land wave is the sum wave.
  • This planetary gear set has the kinematics of a minus gearbox.
  • a planetary gear set with one or more pairs of planetary gears, wherein in each case the first planetary gear meshes with the sun gear and the second planetary gear, and the second planetary gear with the ring gear and the first planetary gear, they form web shaft and the sun gear as the first central shaft, the difference waves, the ring gear as second central shaft is the sum wave.
  • This planetary gear set thus has the kinematics of a plus gear.
  • a negative gear can be used.
  • the first and the second connection 4a, 4b of the power-split transmission 4 are formed by differential waves d and the third connection 4c by a sum wave s.
  • the torque-guiding module 5 is constituted by two two-shaft three-shaft transmissions (partial transmissions) Ti and T 2 , which together by a double coupling form a two-shaft four-shaft transmission with the module connections 5a, 5b, 5c and 5d.
  • the first module connection 5a connected to the first electric machine EM I is formed by the sum wave Si of the first three-shaft transmission Ti.
  • the second module connection 5b connected to the electric machine EM2 is formed by the sum shaft S 2 of the second three-shaft transmission T 2 .
  • the differential shafts di + of the first three-shaft transmission Ti and d 2 + of the second three-shaft transmission T 2 are coupled together to form a positive differential wave train D + .
  • the differential waves df and d 2 "of the first and second three-shaft transmissions TI and T2 are coupled via a reverse gear U to a negative differential shaft train D " .
  • the partial transmission Ti acts as an open differential, which distributes the drive torque of the first module connection 5a in a certain ratio to the module connections 5c and 5d.
  • a torque applied to the second module connection 5b ensures a redistribution of the output torques of the connections 5c and 5d.
  • FIGS. 1 to 6 deal with a first group of embodiments and variants with other embodiments. drive-side torque distribution by the torque-guiding module 5.
  • FIG. 7 to FIG. 12 show a second group of embodiments and variants with output-side torque distribution by the torque-guiding module 5, wherein FIG. 1 shows a first main embodiment, FIG. 4 shows a second main embodiment, FIG. 7 shows a third main embodiment and 10 shows a fourth main embodiment.
  • FIG. 1 shows a first main embodiment
  • FIG. 4 shows a second main embodiment
  • FIG. 7 shows a third main embodiment
  • 10 shows a fourth main embodiment.
  • sub-variants which are shown in Figs. 2 and FIG. 3, Fig. 5 and FIG. 6, Fig. 8 and FIG. 9 or FIG. 11 and FIG. 12 are shown.
  • FIG. 10 The representation of the in Figs. 1, Fig. 4, Fig. 7, and FIG.
  • the main embodiments shown in FIG. 10 are in the so-called wolf symbolism, wherein each planetary gear is represented by a circle for the housing and by three dashes for the three terminals.
  • the ridge waves are indicated by a line projecting into the circle, the sum waves characterized by a double line.
  • Reference numeral 7 indicates a drive ratio or a vehicle differential.
  • the first three-shaft gear drive Ti is designed as a plus transmission and the second three-shaft transmission T 2 as a minus transmission in the case of the torque-guiding module 5.
  • the Fig. 2 and FIG. 3, Fig. 5 and FIG. 6, Fig. 8 and FIG. 9, and Fig. 11 and FIG. 12 differ in each case in that the central shafts are reversed in the power-split transmission 4.
  • the sun gear L s of the planetary gear L of the power-split transmission 4 is connected to the drive shaft 6 of the internal combustion engine ICE.
  • the ring gear L H is connected to the web Tis t of the first three-shaft gear Ti of the torque-guiding module 5.
  • the drive shaft 6 of the internal combustion engine ICE is connected to the ring gear L H of the planetary gear L of the power- split transmission 4, the sun gear L s, however, with the web T 1St of the first three-shaft gear Ti.
  • the sun gears T 1S and T 2S of the first and second three-shaft transmission TI, T2 are connected to the drive shaft 6 of the internal combustion engine ICE.
  • the first electric machine EM I acts on the ring gear Ti H.
  • the second electric machine EM2 acts on the web T 2st of the second three-shaft transmission T 2 .
  • the ring gear T 2H of the second three-shaft gear T 2 and the web Ti St of the first three-shaft gear Ti is coupled to each other via the reverse gear U.
  • the web T st of the power-split transmission 4 is connected to the output shaft 2.
  • central shaft of the branched transmission 4 which is not connected to the drive shaft 6 of the internal combustion engine ICE, connected both to the sun gear T 1S of the first three-shaft gear Ti, as well as with the sun gear T 2 s of the second three-shaft transmission T 2 .
  • FIG. 8 and FIG. 9 show arrangements analogous to FIGS. 2 and FIG. 3, in which that central shaft of the power-split transmission 4, which is not connected to the drive shaft 6 of the internal combustion engine ICE, is connected to the first three-shaft transmission Ti.
  • the ring gear L s of the power- split transmission 4 is connected to the web T 1St of the first three-shaft transmission Ti.
  • the sun gear l_s of the planetary gear set L of the power-split transmission 4 is connected to the web Tis t of the first three-shaft drive Ti.
  • the ring gear Ti H of the first three-shaft gear Ti is connected to the first electric machine EM I.
  • the sun gears T 1S and T 2S of the first and second three-shaft transmission Ti, T 2 are fixedly connected to the output shaft 2.
  • the web T 1St is connected to the ring gear T 2H via the reversing stage U.
  • the second electric machine EM2 engages the web T 2st of the second three-shaft transmission T 2 .
  • FIG. 11 and FIG. 12 illustrated examples show variants of a torque-guiding module 5 coupled on the output side with respect to the power-split transmission 4 to the drive train 1, wherein in FIG. 11, the sun gear 4 S of the planetary gear set L of the power-split transmission 4 is coupled to the drive shaft 6 of the internal combustion engine ICE and the ring gear L H of the planetary gear set L with the sun gears T 1S and T 2S of the first and second three-shaft transmission Ti, T 2 is drivingly connected.
  • the web L ST of the power- split transmission 4 is connected to the web T 1St .
  • This web T 1St of the first three-shaft transmission Ti is coupled via the reverse gear U with the ring gear T 2H of the second three-shaft gear T 2 .
  • the first electric machine EM I attacks.
  • the second electric machine EM2 is connected to the web T 2st of the second three-shaft transmission T 2 . From the in Fig. 11 arrangement differs Fig. 12 only in that the central shafts of the power-split transmission 4 are reversed.
  • the drive shaft 6 of the internal combustion engine ICE is connected to the hollow shaft 1_H of the planetary gearset L of the power-split transmission 4, and the sun gear L s of the planetary gearset L is connected to the sun gears T 1S of the first three-shaft gear Ti and the sun gear T 2S of the second three-shaft gearbox T 2 .
  • the connections 4a, 4b, 4c of the power-split transmission 4 and the module connections 5a, 5b, 5c, 5d of the torque-guiding module 5 can be physically formed connections, such as connection shafts, between the transmission parts, or virtual connection points between transmission elements or act without component separation. The position of the connections is shown in FIGS. 2, Fig. 3, Fig. 5, Fig. 6, Fig. 8, Fig. 9, Fig. 11 and FIG. 12 thus shown only schematically.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang (1) für ein Hybridfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (ICE) und zumindest einer elektrischen Maschine (EM1, EM2), mit einem drei Anschlüsse (4a, 4b, 4c) aufweisenden leistungsverzweigten Getriebe (4), wobei ein erster Anschluss (4a) mit zumindest einer elektrischen Maschine (EM2), ein zweiter Anschluss (4b) mit der Brennkraftmaschine (ICE) und ein vorzugsweise durch eine Summenwelle (s) gebildeter dritter Anschluss (4c) mit einer Abtriebswelle (2) des Fahrzeugs antriebsverbunden ist. Desweiteren ist vorgesehen, dass mit dem ersten Anschluss (4a) ein durch ein zweiläufiges Vierwellengetriebe gebildetes Drehmoment-Führungsmodul (5) verbunden ist.

Description

Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug
Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und zumindest einer elektrischen Maschine, mit einem drei Anschlüsse aufweisenden leistungsverzweigten Getriebe, wobei ein erster An- schluss mit zumindest einer elektrischen Maschine, ein zweiter Anschluss mit der Brennkraftmaschine und ein vorzugsweise durch eine Summenwelle gebildeter dritter Anschluss mit einer Abtriebswelle des Fahrzeugs antriebsverbunden ist.
Aufgrund der geringeren gravimetrischen Energiedichte von Batterien im Vergleich zu fossilen Energieträgern und der vergleichsweise langen Ladedauer der Batterien haben Elektrofahrzeuge in der Regel kürzere Reichweiten als Fahrzeuge mit Brennkraftmaschinen. Um bei einem vergleichbaren Fahrzeuggesamtgewicht eine akzeptable Reichweite zu gewährleisten, kommt deshalb bei Fahrzeugen mit Elektroantrieb oft ein sogenannter Range-Extender zum Einsatz. Dabei treibt eine Brennkraftmaschine im Bedarfsfall direkt einen Generator an, welcher zusätzliche Energie in die Batterie einspeist. Bei diesen Baukonzepten ist kein mechanischer Leistungspfad zwischen der Brennkraftmaschine und den Antriebsrädern vorgesehen. Dies hat den Vorteil, dass eine optimale Auslegung der Brennkraftmaschine auf wenige Betriebspunkte und eine optimale Auslegung der Batteriegröße bei geringer Komplexität und geringem Aufwand erfolgen kann. Da keine mechanische Leistungsübertragung zwischen Brennkraftmaschine und Antriebsräder besteht, kommt es allerdings zu hohen Verlusten im Brennkraftmaschinen-Leistungspfad durch eine häufige Energiewandlung zwischen Brennkraftmaschine -> Generator -> Hochspannungssystem -> Batterie -> Hochspannungssystem -> Motor -> Getriebe. Die elektrische Maschine bildet den Antrieb und muss für größere Leistungen ausgelegt sein.
Bei leistungsverzweigten Hybridantrieben wird ein Teil der von der Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellten Leistung über ein zweiläufiges Getriebe zur Leistungsverzweigung direkt mechanisch an die Antriebsräder weitergeleitet. Um den statischen Anforderungen (Momentengleichgewicht-Stützmoment) des Systems gerecht zu werden, muss dem Getriebe je nach Betriebszustand noch Leistung zu- bzw. abgeführt werden. Dies geschieht durch motorischen bzw. generatorischen Betrieb einer Elektromaschine. Die Leistungsverzweigung erfolgt also über einen rein elektrischen Leistungspfad .
Um die Brennkraftmaschine stationär in einem Betriebspunkt betreiben zu können, muss das Leistungsangebot aus der Leistungsverzweigung der geforderten Antriebsleistung, durch den motorischen bzw. generatorischen Betrieb einer weiteren Elektromaschine angepasst werden. Prinzipbedingt kann es daher in Abhängigkeit von Betriebszustand und Leistungsanforderung zu einem Blind- leistungsfluss im elektrischen Leistungspfad kommen.
Möglicher Blindleistungsfluss:
• elektrische Maschine 1 -> Hochspannungssystem -> Batterie -> Hochspannungssystem -> Elektromotor 2.
• Elektromotor 2 -> Hochspannungssystem -> Batterie -> Hochspannungssystem -> elektrische Maschine 1.
Dadurch können die Vorteile eines mechanischen Leistungspfades für die Brennkraftmaschine und die optimale Auslegung der Brennkraftmaschine auf wenige Betriebspunkte, sowie eine geringere Fahrzeugmasse durch kleinere Batterien vereinigt werden. Nachteilig ist allerdings, dass die Leistungsverzweigung rein elektrisch erfolgt, wodurch hohe Verluste durch häufige Energiewandlung entstehen. Der mögliche Blindleistungsfluss im elektrischen Leistungspfad bewirkt einen geringen Wirkungsgrad. Darüber hinaus ergibt sich ein großer Regelaufwand durch das System.
Die DE 199 09 424 AI offenbart ein Hybridgetriebe für Fahrzeuge, bestehend aus einer Antriebswelle, einer Abtriebswelle, einem stufenlosen Stellgetriebe und einem mechanischen Überlagerungs-Umschaltgetriebe. Das Überlagerungsgetriebe ist ein fünf-welliges Planetengetriebe mit einer Stegwelle als Getriebeabtriebswelle. Der Steg trägt mehrere Sätze miteinander kämmender Planeten. Die Planeten kämmen mit zwei Hohlrädern und zwei Sonnenrädern. Die beiden Sonnenräder sind über ein stufenloses elektrisches Stellgetriebe miteinander verbunden. Ein erstes Hohlrad ist fest mit der Verbrennungskraftmaschine verbunden. Das zweite Hohlrad ist über eine Bremse mit dem Getriebegehäuse verbindbar.
Die EP 1 279 545 A2 beschreibt einen Hybridantriebsstrang für ein Fahrzeug mit einem vier Elemente und zwei Freiheitsgrade aufweisenden Planetengetriebe mit zwei Sonnenrädern, einem Planetenträger und zumindest einem Hohlrad . Das Hohlrad und der Planetenträger sind mit der Antriebswelle einer Brennkraftmaschine verbunden. Die Sonnenräder sind jeweils mit elektrischen Maschinen verbunden.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Wirkungsgrad zu verbessern und den Regelaufwand zu vermindern. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass mit dem ersten Anschluss ein durch ein zweiläufiges Vierwellengetriebe gebildetes Drehmoment-Führungsmodul verbunden ist.
Unter einem leistungsverzweigten zweiläufigen (Laufgrad = 2) Getriebe versteht man im Allgemeinen ein Getriebe mit zwei kinematischen Freiheitsgraden : Durch die Vorgabe der Drehzahlen an zwei Wellen ist das System kinematisch eindeutig bestimmt. Wird weiters ein Drehmoment einer Anschlusswelle vorgegeben, so ist das System auch statisch vollkommen definiert. Allgemein muss ein Getriebe/ Teilgetriebe zur Leistungsübertragung mindestens immer eine Anschlusswelle mehr aufweisen, als es kinematische Freiheitsgrade besitzt. Somit weist das einfachste zweiläufige Getriebe genau drei Anschlusswellen auf. Umlaufgetriebe/ Planetengetriebe bilden die einfachste Ausführung von zweiläufigen Dreiwellengetrieben. Aus der Bedingung, dass die Summe aller Momente=0 ergibt, folgt, dass die Anschlussmomente eines zweiläufigen Getriebes teils positiv und teils negativ sein müssen. Es gibt dabei stets zwei Momente mit gleichen Vorzeichen und eines mit entgegengesetztem Vorzeichen, wobei das einzelne Moment der Summe der beiden anderen Momente entspricht. Die Welle, die das einzelne Moment führt, wird als Summenwelle bezeichnet, die beiden anderen Wellen werden als Differenzwellen bezeichnet.
Ist die Standübersetzung eines Umlaufgetriebes negativ, handelt es sich also um ein sogenanntes Minusgetriebe, so sind die beiden Zentralwellen zugleich die Differenzwellen und die Stegwelle ist die Summenwelle. Ist die Standübersetzung eines Umlaufgetriebes hingegen positiv, so spricht man allgemein von einem Plusgetriebe. Eine Zentralwelle und die Stegwelle sind Differenzwellen, die übrige Zentralwelle ist die Summenwelle.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Drehmoment-Führungsmodul vier Anschlüsse aufweist, wobei ein erster Modulanschluss mit einer ersten elektrischen Maschine, ein zweiter Modulanschluss mit einer zweiten elektrischen Maschine und weitere Modulanschlüsse mit dem ersten bzw. zweiten Anschluss des leis- tungsverzweigenden Getriebes antriebsverbunden ist. Ein besonders hoher Wirkungsgrad und geringer Regelungsaufwand kann erreicht werden, wenn das Drehmoment-Führungsmodul zwei zweiläufige Dreiwellengetriebe aufweist, wobei die Differenzwellen der beiden Dreiwellengetriebe miteinander gekoppelt sind und wobei die Summenwelle des ersten zweiläufigen Dreiwellengetriebes den ersten Modulanschluss und die Summenwelle des zweiten zweiläufigen Dreiwellengetriebes den zweiten Modulanschluss ausbildet.
Zwei zweiläufige Dreiwellengetriebe bilden zusammen durch eine doppelte Koppelung ein zweiläufiges Vierwellengetriebe mit vier Anschlüssen, von denen einer die Summenwelle des ersten Teilgetriebes, ein weiterer die Summenwelle des zweiten Teilgetriebes, und die beiden restlichen Modulanschlüsse die gekoppelten Differenzwellenstränge der Teilgetriebe bilden.
Dabei kann vorgesehen sein, dass zwei Differenzwellen des ersten und zweiten Dreiwellengetriebes des Drehmoment-Führungsmoduls direkt zu einem positiven Differenzwellenstrang und zwei weitere Differenzwellen des ersten und zweiten zweiläufigen Dreiwellengetriebes über ein Umkehrgetriebe zu einem negativen Differenzwellenstrang miteinander gekoppelt sind . Somit bildet der positive Differenzwellenstrang eine positive Übersetzung und der negative Differenzwellenstrang eine negative Übersetzung zwischen den beiden Teilgetrieben aus.
Das erste Teilgetriebe wirkt als offenes Differential, welches das Antriebsmoment des ersten Modulanschlusses in einem gewissen Verhältnis auf die mit den Differenzwellensträngen gekoppelten Modulanschlüsse verteilt. Ein am zweiten Anschluss angelegtes Drehmoment sorgt für eine Umverteilung der Antriebsmomente der an die Differenzwellenstränge gekoppelten Anschlüsse.
Prinzipiell kann die Momentenverteilung entweder antriebsseitig oder abtriebs- seitig durch das Drehmoment-Führungsmodul erfolgen.
In einer ersten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Differenzwelle eines Differenzwellenstranges des Drehmoment-Führungsmoduls mit dem ersten Anschluss und eine weitere Differenzwelle des anderen Differenzwellenstranges mit dem zweiten Anschluss des leistungsverzweigten Getriebes antriebsverbunden ist. Der erste Anschluss des leistungsverzweigten Getriebes ist dabei entweder mit dem Modulanschluss des positiven Differenzwellenstranges oder des negativen Differenzwellenstranges verbunden . Der zweite Anschluss des leistungsverzweigten Getriebes ist umgekehrt entweder mit dem negativen Differenzwellenstrang oder dem positiven Differenzwellenstrang des Drehmoment- Führungsmoduls verbunden.
In einer zweiten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Differenzwelle des einen Differenzwellenstranges des Drehmoment-Führungsmoduls mit dem zweiten Anschluss und eine Differenzwelle des anderen Differenzwellenstranges mit dem dritten Anschluss des leistungsverzweigten Getriebes antriebsverbunden ist.
Der dritte Anschluss des leistungsverzweigenden Getriebes ist dabei entweder mit dem direkten oder mit dem umgekehrten Differenzwellenstrang des Drehmoment-Führungsmoduls verbunden. Umgekehrt ist der zweite Anschluss des leistungsverzweigenden Getriebes entweder mit dem umgekehrten oder mit dem direkten Differenzwellenstrang des Drehmoment des Führungsmoduls verbunden.
Der Antriebsstrang weist somit zwei Hauptbaugruppen mit unterschiedlichen Funktionen auf:
1) Leistungsverzweigtes zweiläufiges Getriebe für CVT-Funktionalität (CVT- Continuous Variable Transmission)
2) Drehmoment-Führungsmodul (TVM=Tork-Vectoring-Modul) für dynamische Leistungsverteilung im System.
Durch die vorliegende Erfindung ergeben sich nicht nur alle Vorteile von Hybridantrieben mit leistungsverzweigten Getrieben, wie ein mechanischer Leistungspfad für die Brennkraftmaschine, optimale Auslegung der Brennkraftmaschine auf wenige Betriebspunkte und geringer Fahrzeugmasse durch klein dimensionierte Batterie, sondern auch geringe Verluste und somit relativ hoher Wirkungsgrad durch die mechanische Leistungsverzweigung, da die Häufigkeit der Energiewandlung verringert werden kann. Zudem ist ein wesentlich geringerer Regelaufwand erforderlich.
Die Erfindungen wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen :
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Antriebsstrang in einer ersten Ausführung;
Fig. 2 eine erste Variante der Ausführung aus Fig. 1;
Fig. 3 eine zweite Variante der Ausführung aus Fig. 1;
Fig. 4 einen erfindungsgemäßen Antriebsstrang in einer zweiten Ausführung;
Fig. 5 eine erste Variante der Ausführung aus Fig. 4;
Fig. 6 eine zweite Variante der Ausführung aus Fig. 4;
Fig. 7 einen erfindungsgemäßen Antriebsstrang in einer dritten Ausführung;
Fig. 8 eine erste Variante der Ausführung aus Fig. 7;
Fig. 9 eine erste Variante der Ausführung aus Fig. 7; Fig. 10 einen erfindungsgemäßen Antriebsstranges in einer vierten Ausführung;
Fig. 11 eine erste Variante der Ausführung aus Fig. 10; und
Fig. 12 eine zweite Variante der Ausführung aus Fig. 10.
Funktionsgleiche Teile sind in den Ausführungen und Varianten mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Figuren zeigen jeweils den Antriebsstrang 1 mit den durch die Brennkraftmaschine ICE, die erste elektrische Maschine EM I und die zweite elektrische Maschine EM2 gebildeten Antriebsquellen, wobei über die Abtriebswelle 2 zumindest ein Antriebsrad 3 eines Fahrzeuges angetrieben wird . Im Antriebsstrang 1 ist ein leistungsverzweigendes Getriebe 4 mit drei Anschlüssen 4a, 4b, 4c angeordnet. Der erste Anschluss 4a ist mit der ersten und zweiten elektrischen Maschine EM I, EM2 über ein vier Modulanschlüsse 5a, 5b, 5c, 5d aufweisendes Drehmoment-Führungsmodul 5 verbunden. Der zweite Anschluss 4b ist mit der Antriebswelle 6 der Brennkraftmaschine ICE verbunden.
Das leistungsverzweigte Getriebe 4 ist als zweiläufiges Getriebe mit zwei kinematischen Freiheitsgraden ausgebildet. Derartige Dreiwellengetriebe, welche durch Umlauf- bzw. durch Planetengetriebe L gebildet werden, weisen immer zwei Wellen auf, welche bezogen auf das Wellenmoment das gleiche Vorzeichen besitzen, und eine Welle mit entgegengesetzten Vorzeichen. Die Wellen mit gleichen Vorzeichen werden als Differenzwellen bezeichnet, die Welle mit entgegengesetztem Vorzeichen wird als Summenwelle bezeichnet. Als Stegwelle wird jene Welle bezeichnet, welche nur Kupplungsleistung übertragen kann. Wellen, welche sowohl Kupplungsleistungen, als auch Wälzleistung übertragen können, werden als Zentralwellen bezeichnet. Ein Dreiwellengetriebe besitzt ein eindeutiges Moment- und Drehzahlverhalten im Bezug auf die Differenz- und Summenwellen. Um ein Dreiwellengetriebe kinematisch zu beschreiben, behilft man sich der sogenannten Standübersetzung. Die Standübersetzung ist definiert als die Übersetzung zwischen den beiden Zentralwellen bei stillstehender Stegwelle. Die Standübersetzung kann positiv oder negativ sein, und das wiederum macht eine Unterscheidung in sogenannte Plus- und Minusgetriebe notwendig . Ein Minusgetriebe bezeichnet ein Dreiwellengetriebe, bei dem beide Zentralwellen zugleich die Differenzwellen darstellen, die übrige Stegwelle ist hierbei die Summenwelle.
Ein Plusgetriebe bezeichnet ein Dreiwellengetriebe, bei dem die Stegwelle und eine der beiden Zentralwellen die Differenzwellen darstellen, die übrige Zentralwelle ist dann die Summenwelle. Bei einem einfachen Planetenradsatz mit nur einem Planetenrad, welches einerseits mit dem Sonnenrad kämmt und andererseits auch mit dem Hohlrad kämmt, sind die beiden Zentralwellen Sonnenrad und Hohlrad die Differenzwellen, die Stegwelle ist die Summenwelle. Dieser Planetensatz besitzt die Kinematik eines Minusgetriebes.
Bei einem Planetenradsatz mit einem oder mehreren Planetenradpaaren, wobei jeweils das erste Planetenrad mit dem Sonnenrad und dem zweiten Planetenrad, und das zweite Planetenrad mit dem Hohlrad und dem ersten Planetenrad kämmt, bilden sie Stegwelle und das Sonnenrad als erste Zentralwelle die Differenzwellen, das Hohlrad als zweite Zentralwelle ist die Summenwelle. Dieser Planetensatz besitzt also die Kinematik eines Plusgetriebes. Beim vorliegenden leistungsverzweigten zweiläufigen Getriebe 4 kann beispielsweise ein Minusgetriebe verwendet werden. Durch die Vorgabe der Drehzahlen an zwei Wellen ist das System kinematisch bestimmt. Wird weiters ein Drehmoment durch einen Anschluss vorgegeben, so ist das System auch statisch vollkommen definiert.
Im vorliegenden Fall werden der erste und der zweite Anschluss 4a, 4b des leistungsverzweigten Getriebes 4 durch Differenzwellen d und der dritte Anschluss 4c durch eine Summenwelle s gebildet.
Das Drehmoment-Führungsmodul 5 wird durch zwei zweiläufige Dreiwellengetriebe (Teilgetriebe) Ti und T2 gebildet, welche zusammen durch eine doppelte Koppelung ein zweiläufiges Vierwellengetriebe mit den Modulanschlüssen 5a, 5b, 5c und 5d bilden. Der mit der ersten elektrischen Maschine EM I verbundene erste Modulanschluss 5a wird durch die Summenwelle Si des ersten Dreiwellengetriebes Ti gebildet. Der mit der elektrischen Maschine EM2 verbundene zweite Modulanschluss 5b wird durch die Summenwelle S2 des zweiten Dreiwellengetriebes T2 gebildet. Die Differenzwellen di+ des ersten Dreiwellengetriebes Ti und d2 + des zweiten Dreiwellengetriebes T2 sind miteinander zu einem positiven Differenzwellenstrang D+ gekoppelt. Die Differenzwellen df und d2 " des ersten und zweiten Dreiwellengetriebes TI und T2 sind über ein Umkehrgetriebe U zu einem negativen Differenzwellenstrang D" gekoppelt.
Das Teilgetriebe Ti wirkt als offenes Differential, welches das Antriebsmoment des ersten Modulanschlusses 5a in einem gewissen Verhältnis auf die Modulanschlüsse 5c und 5d verteilt. Ein am zweiten Modulanschluss 5b angelegtes Drehmoment sorgt für eine Umverteilung der Abtriebsmomente der Anschlüsse 5c und 5d .
Grundsätzlich lassen sich die Figuren in zwei Gruppen gliedern. Die Fig. 1 bis Fig. 6 behandeln eine erste Gruppe von Ausführungen und Varianten mit an- triebsseitiger Momentenverteilung durch das Drehmoment-Führungsmodul 5. Die Fig . 7 bis Fig . 12 zeigen eine zweite Gruppe von Ausführungen und Varianten mit abtriebsseitiger Momentenverteilung durch das Drehmoment-Führungsmodul 5, wobei die Fig . 1 eine erste Hauptausführung, Fig . 4 eine zweite Hauptausführung, Fig . 7 eine dritte Hauptausführung und Fig . 10 eine vierte Hauptausführung zeigt. Zu jeder Hauptausführung gibt es Untervarianten, die in den Fig . 2 und Fig . 3, Fig . 5 und Fig . 6, Fig . 8 und Fig . 9 bzw. Fig . 11 und Fig . 12 dargestellt sind .
Die Darstellung der in den Fig . 1, Fig . 4, Fig . 7, und Fig . 10 gezeigten Hauptausführungen erfolgt in der sogenannten Wolfsymbolik, wobei jedes Umlaufgetriebe durch einen Kreis für das Gehäuse und durch drei Striche für die drei Anschlüsse dargestellt ist. Die Stegwellen sind durch einen in den Kreis hineinragenden Strich angedeutet, die Summenwellen durch einen Doppelstrich gekennzeichnet.
Mit Bezugszeichen 7 ist eine Antriebsübersetzung beziehungsweise ein Fahrzeug- differenzial angedeutet.
In allen Ausführungsvarianten ist beim Drehmoment-Führungsmodul 5 jeweils das erste Dreiwellengtriebe Ti als Plusgetriebe und das zweite Dreiwellengetriebe T2 als Minusgetriebe ausgeführt. Die Fig . 2 und Fig . 3, Fig . 5 und Fig . 6, Fig . 8 und Fig . 9, sowie Fig . 11 und Fig . 12 unterscheiden sich jeweils dadurch, dass die Zentralwellen beim leistungsverzweigten Getriebe 4 vertauscht sind . Bei den Varianten der Fig . 2, Fig . 5, Fig . 8 und Fig . 11 ist das Sonnenrad Ls des Planetengetriebes L des leistungsverzweigten Getriebes 4 mit der Antriebswelle 6 der Brennkraftmaschine ICE verbunden . Das Hohlrad LH hingegen ist mit dem Steg Tist des ersten Dreiwellengetriebes Ti des Drehmoment-Führungsmoduls 5 verbunden .
In den Varianten der Fig . 3, Fig . 6, Fig . 9 und Fig . 12 dagegen ist die Antriebswelle 6 der Brennkraftmaschine ICE mit dem Hohlrad LH des Planetengetriebes L des leistungsverzweigten Getriebes 4 verbunden, das Sonnenrad Ls hingegen mit dem Steg T1St des ersten Dreiwellengetriebes Ti .
Bei den in den Fig . 2 und Fig . 3 dargestellten Varianten sind die Sonnenräder T1S und T2S des ersten und zweiten Dreiwellengetriebes TI, T2 mit der Antriebswelle 6 der Brennkraftmaschine ICE verbunden . Auf das Hohlrad TiH wirkt die erste elektrische Maschine EM I ein . Die zweite elektrische Maschine EM2 wirkt auf den Steg T2st des zweiten Dreiwellengetriebes T2 ein . Das Hohlrad T2H des zweiten Dreiwellengtriebes T2 und der Steg TiSt des ersten Dreiwellengetriebes Ti ist über das Umkehrgetriebe U miteinander gekoppelt. Der Steg Tst des leistungsverzweigten Getriebes 4 ist mit der Abtriebswelle 2 verbunden . Zum Unterschied zu den Fig . 2 und Fig . 3 ist bei den Ausführungsbeispielen der Fig . 5 und Fig . 6 diejenige Zentralwelle des verzweigten Getriebes 4, welche nicht mit der Antriebswelle 6 der Brennkraftmaschine ICE verbunden ist, sowohl mit dem Sonnenrad T1S des ersten Dreiwellengetriebes Ti, als auch mit dem Sonnenrad T2s des zweiten Dreiwellengetriebes T2 verbunden .
Die Beispiele der Fig . 8 und Fig . 9 mit einem - bezüglich des leistungsverzweigten Getriebes 4 - abtriebseitig mit dem Antriebstrang 1 verbundenen gekoppelten positiven Differenzwellenstrang D+ zeigen Anordnungen analog zu den Fig . 2 und Fig . 3, bei denen diejenige Zentralwelle des leistungsverzweigten Getriebes 4, welche nicht mit der Antriebswelle 6 der Brennkraftmaschine ICE verbunden ist, mit dem ersten Dreiwellengetriebe Ti verbunden ist. In Fig . 8 ist dabei das Hohlrad Ls des leistungsverzweigten Getriebes 4 mit dem Steg T1St des ersten Dreiwellengetriebes Ti verbunden . Zum Unterschied dazu ist in Fig . 9 das Sonnenrad l_s des Planetensatzes L des leistungsverzweigten Getriebes 4 mit dem Steg Tist des ersten Dreiwellengtriebes Ti verbunden . Das Hohlrad TiH des ersten Dreiwellengetriebes Ti ist mit der ersten elektrischen Maschine EM I verbunden . Die Sonnenräder T1S und T2S des ersten und zweiten Dreiwellengetriebes Ti, T2 sind fest mit der Abtriebswelle 2 verbunden . Der Steg T1St ist mit dem Hohlrad T2H über die Umkehrstufe U verbunden . Die zweite elektrische Maschine EM2 greift am Steg T2st des zweiten Dreiwellengetriebes T2 an .
Die in den Fig . 11 und Fig . 12 dargestellten Beispiele zeigen Varianten eines bezüglich des leistungsverzweigten Getriebes 4 abtriebsseitig an den Antriebsstrang 1 gekoppelten Drehmoment-Führungsmoduls 5, wobei in Fig . 11 das Sonnenrad 4S des Planetensatzes L des leistungsverzweigten Getriebes 4 an die Antriebswelle 6 der Brennkraftmaschine ICE gekoppelt ist und das Hohlrad LH des Planetensatzes L mit den Sonnenrädern T1S und T2S des ersten und zweiten Dreiwellengetriebes Ti, T2 antriebsverbunden ist. Der Steg LST des leistungsverzweigten Getriebes 4 ist mit dem Steg T1St verbunden . Dieser Steg T1St des ersten Dreiwellegetriebes Ti ist über das Umkehrgetriebe U mit dem Hohlrad T2H des zweiten Dreiwellengetriebes T2 gekoppelt. Am Hohlrad TiH des ersten Dreiwellengetriebes Ti greift die erste elektrische Maschine EM I an . Die zweite elektrische Maschine EM2 ist mit dem Steg T2st des zweiten Dreiwellengetriebes T2 verbunden . Von der in Fig . 11 dargestellten Anordnung unterscheidet sich Fig . 12 nur dadurch, dass die Zentralwellen des leistungsverzweigten Getriebes 4 vertauscht sind . Im Detail ist die Antriebswelle 6 der Brennkraftmaschine ICE mit der Hohlwelle l_H des Planetensatzes L des leistungsverzweigten Getriebes 4 verbunden und das Sonnenrad Ls des Plantetensatzes L mit den Sonnenrädern T1S des ersten Dreiwellengtriebes Ti und dem Sonnenrad T2S des zweiten Dreiwellengetriebes T2 verbunden . Bei den Anschlüssen 4a, 4b, 4c des leistungsverzweigten Getriebes 4 und den Modulanschlüssen 5a, 5b, 5c, 5d des Drehmoment-Führungsmoduls 5 kann es sich um physikalisch ausgebildete Anschlüsse, wie Anschlusswellen, zwischen den Getriebeteilen, oder um virtuelle Anschlusspunkte zwischen Getriebeelementen, mit oder ohne Bauteiltrennung handeln. Die Lage der Anschlüsse ist in den Fig . 2, Fig . 3, Fig . 5, Fig . 6, Fig . 8, Fig . 9, Fig . 11 und Fig . 12 somit nur schematisch dargestellt.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
Antriebsstrang (1) für ein Hybridfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (ICE) und zumindest einer elektrischen Maschine (EM I, EM2), mit einem drei Anschlüsse (4a, 4b, 4c) aufweisenden leistungsverzweigten Getriebe (4), wobei ein erster Anschluss (4a) mit zumindest einer elektrischen Maschine (EM2), ein zweiter Anschluss (4b) mit der Brennkraftmaschine (ICE) und ein vorzugsweise durch eine Summenwelle (s) gebildeter dritter Anschluss (4c) mit einer Abtriebswelle (2) des Fahrzeugs antriebsverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem ersten Anschluss (4a) ein durch ein zweiläufiges Vierwellengetriebe gebildetes Drehmoment-Führungsmodul (5) verbunden ist.
Antriebsstrang (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment-Führungsmodul (5) vier Modulanschlüsse (5a, 5b, 5c, 5d ) aufweist, wobei ein erster Modulanschluss (5a) mit der ersten elektrischen Maschine (EM I), ein zweiter Modulanschluss (5b) mit der zweiten elektrischen Maschine (EM2) und weitere Modulanschlüsse (5c, 5d) mit dem ersten bzw. zweiten Anschluss (4a, 4b) des leistungsverzweigenden Getriebes (4) antriebsverbunden ist.
Antriebsstrang (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment-Führungsmodul (5) zwei zweiläufige Dreiwellengetriebe (Ti, T2) mit jeweils zwei Differenzwellen (df, di+; d2 ", d2 +) und einer Summenwelle (Si; S2) aufweist, wobei die Differenzwellen (df, di+; d2 ", d2 +) der beiden Dreiwellengetriebe (Ti, T2) miteinander gekoppelt sind und wobei die Summenwelle (Si) des ersten zweiläufigen Dreiwellengetriebes (Ti) den ersten Modulanschluss (5a) und die Summenwelle (S2) des zweiten zweiläufigen Dreiwellengetriebes (T2) den zweiten Modulanschluss (5b) ausbildet.
Antriebsstrang (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Dreiwellengetriebe (Ti) als Plusgetriebe und das zweite Dreiwellengetriebe (T2) als Minusgetriebe ausgebildet ist.
Antriebsstrang (1) nach einem Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Differenzwellen (di+, d2 +) des ersten und zweiten Dreiwellengetriebes (Ti, T2) des Drehmoment-Führungsmoduls (5) direkt zu einem positiven Differenzwellenstrang (D+) und zwei weitere Differenzwellen (df, d2 ") des ersten und zweiten zweiläufigen Dreiwellengetriebes (Ti, T2) über ein Umkehrgetriebe (U) zu einem negativen Differenzwellenstrang (D") miteinander gekoppelt sind .
6. Antriebsstrang (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Differenzwellenstrang (D+; D")des Drehmoment-Führungsmoduls (5) mit dem ersten Anschluss (4a) und der andere Differenzwellenstrang (D"; D+) mit dem zweiten Anschluss (4b) des leistungsverzweigten Getriebes (4) antriebsverbunden ist.
7. Antriebsstrang (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anschluss (4a) des leistungsverzweigten Getriebes (4) mit dem positiven Differenzwellenstrang (D+) und der zweite Anschluss (4b) des leistungsverzweigten Getriebes (4) mit dem negativen Differenzwellenstrang (D") des Drehmoment-Führungsmoduls (5) verbunden ist.
8. Antriebsstrang (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anschluss (4a) des leistungsverzweigten Getriebes (4) mit dem negativen Differenzwellenstrang (D")und der zweite Anschluss (4b) des leistungsverzweigten Getriebes (4) mit dem positiven Differenzwellenstrang (D+) des Drehmoment-Führungsmoduls (5) verbunden ist.
9. Antriebsstrang (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Differenzwellenstrang (D+; D") des Drehmoment-Führungsmoduls (5) mit dem ersten Anschluss (4a) und der andere Differenzwellenstrang (D"; D+) des Drehmoment-Führungsmoduls (5) mit dem dritten Anschluss (4c) des leistungsverzweigten Getriebes (4) antriebsverbunden ist.
10. Antriebsstrang (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anschluss (4a) des leistungsverzweigten Getriebes (4) mit dem negativen Differenzwellenstrang (D") des Drehmoment-Führungsmoduls (5) und der dritte Anschluss (4c) des leistungsverzweigten Getriebes (4) mit dem positiven Differenzwellenstrang (D+) des Drehmoment-Führungsmoduls (5) verbunden ist.
11. Antriebsstrang (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anschluss (4a) des leistungsverzweigten Getriebes (4) mit dem positiven Differenzwellenstrang (D+) des Drehmoment-Führungsmoduls (5) und der dritte Anschluss (4c) des leistungsverzweigten Getriebes (4) mit dem negativen Differenzwellenstrang (D") des Drehmoment-Führungsmoduls (5) verbunden ist.
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