WO2014202068A2 - Antriebsstrangtopologie und betätigungsvorrichtung hierfür - Google Patents

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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the invention relates to a drive train topology, in particular a hybrid powertrain topology, in particular for motor vehicles.
  • the invention also relates to an actuating device for this purpose.
  • the invention relates to a parallel hybrid (P2) powertrain topology for manual (MT) or automated manual transmissions (AMT).
  • P2 powertrain topology 1 for manual or automated manual transmissions 2
  • the starting clutch (K1) is arranged between traction machine 3 and transmission 2 in the drive train.
  • a starter 5 or belt starter generator can be present, so to speak as a small traction machine. But this small traction machine can also be omitted if the internal combustion engine 4 is started by means of the traction machine 3.
  • a damping element 6 may be provided in the drive train. In this case, the number of damping elements 6 may be different and these may also be arranged at different positions in the drive train, such as a disc damper of a clutch disc or as a dual mass flywheel.
  • the following main operating states of the clutches must be fulfilled in order to be able to represent the full functionality of the powertrain topology, see the table according to FIG. 2.
  • a 0 means that the clutch does not transmit torque and a 1 that the clutch transmits torque.
  • the two clutches KO and K1 are engaged, see state # 1.
  • both clutches KO and K1 are disengaged, see states # 4 and # 5.
  • the clutch KO may also be closed during gear changes in state # 5 of hybrid driving.
  • the invention had the object of finding a drive train topology for a vehicle with manual transmission (MT) or automated manual transmission (AMT), with full functionality, operated via an actuator, such as actuators, and with little additional axial space requirements to find.
  • MT manual transmission
  • AMT automated manual transmission
  • the inventive solution to the problem consists in a new drive train topology with a freewheel and possibly a coupling element, instead of the previous clutch between the engine and transmission.
  • This new topology can be operated with just one actuator to show full functionality.
  • An embodiment of the invention relates to a hybrid powertrain topology with an internal combustion engine and an electric traction machine and a downstream transmission in the torque flow, wherein in the torque flow between the engine and the traction machine, a freewheel and between the traction machine and the transmission, a clutch, in particular as a starting clutch, is arranged ,
  • a mechanical coupling element is provided in the torque flow parallel to the freewheel.
  • This mechanical coupling element is preferably mechanically actuated by means of an actuator. It is also advantageous if in the torque flow between the freewheel and the
  • the clutch may advantageously comprise a clutch disc, wherein a damper is arranged in the clutch disc.
  • the invention further relates to an actuator for clutch assemblies in which two clutches or clutch systems are to be actuated with an actuator.
  • the two clutch systems are designed as a friction clutch starting clutch and designed as a positive jaw clutch coupling element.
  • the actuating force that the actuator has to provide to actuate both clutches acts unidirectionally.
  • the clutches are advantageously a friction clutch and a dog clutch.
  • the friction clutch should be actively opened by the actuation system, wherein the clutch is closed in the unactuated state, that is engaged.
  • the contact force required for transmitting the acting moments is provided by means of an energy storage device, such as a disk spring.
  • the jaw clutch should only be closed and opened when the friction clutch is closed. About the jaw clutch only thrust moments of the engine should be transmitted. The moments to be transmitted therefore always work in the same direction.
  • the inventive solution of the problem is advantageous in an actuating system, which combines a lever system, spring systems and other functional parts so that a unidirectionally acting actuator / Ausgurersystem for sequential operation of friction and claw coupling can be used.
  • the actuating device is designed with an electric machine, a friction clutch and a dog clutch, wherein the friction clutch and the dog clutch are arranged radially inside the electric machine.
  • an actuator which exerts an actuating force on a release system, wherein depending on the position of the release system and thus the lever system, the friction and dog clutch are open or the friction clutch is closed and the dog clutch is open or friction and Claw clutch are closed.
  • Coupling systems such as friction and dog clutch, closed in the unactuated state, as are closed by a spring force.
  • both clutches are advantageously closed when no force is applied from the outside, ie from the actuator. This allows unidirectional operation.
  • the toothing of the dog clutch is designed as a sawtooth toothing. This advantageously only transmits moments in one direction.
  • the force-bearing flanks are made steep and thus the reaction forces can be kept low on the actuation system
  • Figure 1 is a schematic view of a drive train topology according to the prior
  • FIG. 2 shows a table for explaining the operating states of the couplings of the drive train topology according to FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a schematic view of a drive train topology according to the invention
  • FIG. 4 shows a table for explaining the operating states of the couplings of the drive train topology according to FIG. 3,
  • FIG. 5 shows a schematic view of a drive train topology according to the invention
  • FIG. 6 shows a table for explaining the operating states of the couplings of the drive train topology according to FIG. 5, FIG.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the actuator
  • FIG. 8 shows a sectional view of an actuating device
  • Figure 9 is a perspective view of an actuator
  • FIG. 10 is a perspective view of an actuator.
  • FIG. 3 shows a parallel hybrid (P2) powertrain topology for manual (MT) or automated manual transmissions (AMT).
  • P2 parallel hybrid
  • AMT automated manual transmissions
  • 1 1 is a freewheel 12 in Drehrmo- ment flow between the engine 14 and the traction engine 13.
  • the starting clutch (K1) is located between the traction machine 13 and gear 1 1 in the drive train.
  • a starter 15 or belt starter generator can be present, so to speak as a small traction machine.
  • this small traction machine 15 can also be omitted if by means of the traction engine 13 of the engine 14 is started.
  • a damping element 16 may be provided in the drive train.
  • the number of damping elements 16 may be different and these may also be arranged at different positions in the drive train, such as disc damper a clutch disc of the clutch K1 or as a dual mass flywheel.
  • the Antnebsstrangtopologie has various operating conditions of the freewheel 12 (FL) and the clutch (K1), see the table of Figure 4. In this case, six operating states are distinguished, which are shown in the table of Figure 4.
  • a 0 means that the freewheel or the clutch does not transmit torque and a 1 that the freewheel or the clutch transmit torque.
  • the vehicle When parking a vehicle with a manual gearbox without an electronic parking lock, the vehicle can roll away in one direction when parking with the gear engaged, see # 6. This can be avoided by an electronic parking brake or electric parking brake.
  • FIG. 5 shows a parallel hybrid (P2) powertrain topology for manual (MT) or automated manual transmissions (AMT).
  • P2 parallel hybrid
  • MT manual
  • AMT automated manual transmissions
  • the starting clutch (K1) is located between the traction engine 23 and transmission 21 in the drive train.
  • KE mechanical coupling element 25
  • a starter 26 or belt starter generator can continue to be present, so to speak as a small traction machine. However, this small traction machine 26 can also be omitted if the combustion engine 24 is started by means of the traction machine 23.
  • a damping element 27 may be provided in the drive train.
  • the number of damping elements 27 may be different and these may also be arranged at different positions in the drive train, such as disk damper a clutch disc of the clutch K1 or as a dual mass flywheel.
  • the Antnebsstrangtopologie has various operating states of the freewheel 22 (FL), the coupling element 25 and the clutch (K1), see the table of Figure 6. In this case, seven operating states are distinguished, which are shown in the table of Figure 6.
  • a 0 means that the one-way clutch, the coupling member, or the clutch does not transmit torque and that the one-way clutch, the coupling member or the clutch transmits torque.
  • the clutch K1 is engaged, while the freewheel FL locks in traction mode and does not lock in the overrun mode, see state # 1.
  • the coupling element 25 is disengaged.
  • This topology has the advantage that the drag torque of the internal combustion engine 24 at the output, with closed coupling element 25, is available and the disadvantages of the prior art are not present. In addition, only a very small amount of space is required for this topology.
  • the actuator for actuating the clutch (K1) and the coupling element (KE) can be operated in a manual transmission (MT) via a so-called clutch-by-wire system.
  • the Coupling element 25 can act positively or non-positively and be executed in any manner.
  • FIG. 7 shows schematically a mode of operation of an actuator in which, depending on the actuator position, the clutch and / or the coupling element 25 are actuated. In a first position, the clutch K1 and the coupling element 25 are closed, that is engaged. In a second position, the clutch K1 is engaged and the coupling element 25 is disengaged, so opened. In a third position, the clutch K1 and the coupling element 25 are opened, that is disengaged.
  • Figures 8 to 10 show an embodiment of an actuator 100 according to the invention for actuating two clutches, such as a friction clutch 1 1 1 and a jaw clutch 1 17 as a coupling element.
  • Lever system 103 on the inner pad, the actuating force of an actuator via a release system 150 acts.
  • the lever system 103 is supported on the cover 108 of the friction clutch 1 1 1.
  • the release system is fully disengaged or the friction clutch 1 1 1 closed and the jaw clutch 1 17 open, the release system is in center position or friction and jaw clutch 1 1 1, 1 17 are closed, the release system is fully engaged.
  • the lever system 1 13 is applied to its outer support on an intermediate plate 105 and transmits the Ausschweg and the disengaging force with the appropriate leverage on the intermediate plate.
  • the intermediate plate 105 is connected via a spring system 106 to a tie rod 107.
  • the spring system 106 may consist of any or various tension or compression springs depending on the connection side and thus effective direction. About the spring system 106 only forces are transmitted in the axial direction, no moments. In middle position, as shown, of Ausgurers is the spring system 106 under bias, so that the release system is not force-free in the center position and the actuator has a holding force must be applied.
  • the inner support of the plate spring 121 is in the clutch cover.
  • the plate spring 121 can be designed both as a simple force edge without tongues or as a force edge with tongues arranged around the outer diameter. A composite of several disc springs is conceivable.
  • the disc spring force must be applied to the release system according to the lever ratio. Upon further pivotal movement of the lever thus the friction clutch is opened. The contact pressure on the clutch disc decreases and pad suspension and a leaf spring 109 between pressure plate and clutch cover, optionally arranged inside or outside, ventilate the friction clutch 1 1 1.
  • the described dead path between intermediate plate and tie rod must be provided in a clutch without wear adjustment due to the wear of the friction surfaces over the clutch life. With increasing clutch wear decreases this dead path, since the tie rod 107 moves in the direction of the friction clutch 1 1 1. In clutch systems with wear adjustment, this dead path changes or may possibly completely disappear.
  • the release system is in mid-position due to the biased spring system between the intermediate plate 105 and tie rod 107 under preload, which must be applied by the clutch actuator.
  • the release system is pushed back by the lever, therefore continues to engage and the intermediate plate 105 moves in the direction of the dog clutch according to the pivotal movement of the lever.
  • the force of the spring system is supported on the one hand via the intermediate plate 105 on the lever, on the other hand via the tie rod 107 on the plate spring.
  • the tie rod 107 remains in its position due to the lower power level of the spring system compared to the plate spring.
  • the toothed ring 1 16 is in turn connected by means of leaf springs 1 14 with a co-rotating, axially fixedly positioned component, in this case a support wall 1 13.
  • the dog clutch 1 17 is closed and acted upon by the residual force of the spring system between the intermediate plate 105 and tie rod 107 minus the leaf spring force on the toothed ring.
  • the maximum acting release force is determined by the disc spring and the leverage.
  • the spring travel of the spring system is limited due to the introduction between tie rods and intermediate plate 105 on the dead path of the wear reserve and the closing path of the dog clutch 1 17. It does not have to be laid out the entire way the outer lever support.
  • the spring system for closing the jaw clutch 1 17 between the intermediate plate 105 and clutch cover can be arranged. In this case, in addition to the design of the spring system, the release stroke of the friction clutch 1 1 1 must be considered.
  • a toothing with conical teeth can be provided. This can be designed free of play.
  • a coupling can be provided in which two toothed carrier are connected by means of a sliding sleeve.
  • lever spring can be used with force margin, which can act depending on the size and installation supporting the closing spring system, or may be designed so that can be dispensed with the closing spring system, since all closing forces are applied by the lever spring.
  • the clutch cover is connected to the rotor carrier 102 of the electric machine, such as screwed, riveted or the like.
  • the coupling system with actuation system described allows a space-efficient and cost-effective design of P2 (parallel) hybrid head applications. Since only one unidirectional actuator system is used to operate two clutches, costs may be saved. Such an actuation system can also be used in other applications with two couplings.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hybrid-Antriebsstrangtopologie mit einem Verbrennungsmotor und einer elektrischen Traktionsmaschine und einem nachgelagerten Getriebe im Drehmomentfluss, wobei im Drehmomentfluss zwischen dem Verbrennungsmotor und der Traktionsmaschine ein Freilauf und zwischen der Traktionsmaschine und dem Getriebe eine Kupplung, insbesondere als Anfahrkupplung, angeordnet ist. Auch betrifft die Erfindung eine diesbezügliche Betätigungsvorrichtung.

Description

Antriebsstrangtopologie und Betätigungsvorrichtung hierfür
Die Erfindung betrifft eine Antriebsstrangtopologie, insbesondere eine Hybrid- Antriebsstrangtopologie, insbesondere für Kraftfahrzeuge. Auch betrifft die Erfindung eine Betätigungsvorrichtung hierfür.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Parallel-Hybrid(P2-)-Antriebsstrangtopologie für manuelle (MT) bzw. automatisierte manuelle Getriebe (AMT). In der typischen P2 Antriebsstrangtopologie 1 nach dem Stand der Technik gemäß Figur 1 für manuelle oder automatisierte manuelle Getriebe 2 befindet sich eine Trennkupplung (KO) zwischen der Traktionsmaschine 3 und dem Verbrennungsmotor 4 (VKM). Die Anfahrkupplung (K1 ) ist zwischen Traktionsmaschine 3 und Getriebe 2 im Antriebsstrang angeordnet. Weiterhin kann ein Anlasser 5 bzw. Riemenstartergenerator vorhanden sein, so zu sagen als kleine Traktionsmaschine. Diese kleine Traktionsmaschine kann aber auch entfallen, wenn mittels der Traktionsmaschine 3 der Verbrennungsmotor 4 gestartet wird. Ebenfalls kann ein Dämpfungselement 6 im Antriebsstrang vorgesehen sein. Dabei kann die Anzahl der Dämpfungselemente 6 unterschiedlich sein und diese können sich auch an verschiedenen Positionen im Antriebsstrang anordnen, wie beispielsweise als Scheibendämpfer einer Kupplungsscheibe oder als Zweimassenschwungrad.
Folgende Hauptbetriebszustände der Kupplungen (KO und K1 ) müssen erfüllt werden, um die volle Funktionalität der Antriebsstrangtopologie darstellen zu können, siehe die Tabelle gemäß Figur 2. Dabei werden sechs Betriebszustände unterschieden, die in der Tabelle dargestellt sind. In der Tabelle bedeutet eine 0, dass die Kupplung kein Drehmoment überträgt und eine 1 , dass die Kupplung ein Drehmoment überträgt. So sind beispielsweise für hybridisches Fahren mit Verbrennungsmotor und elektrische Traktionsmaschine die beiden KupplungenKO und K1 eingerückt, siehe Zustand #1. Gleiches gilt für den Betriebszustand #6 für das Parken. Bei Gangwechseln im Getriebe 2 sind beide Kupplungen KO und K1 ausgerückt, siehe die Zustände #4 und #5. Die Kupplung KO kann bei Gangwechseln im Zustand #5 des hybridischen Fahrens auch geschlossen sein. Bei elektrischem Fahren mittels der Traktionsmaschine 3 ist die Kupplung KO ausgerückt und die Kupplung K1 eingerückt, siehe Betriebszustand #2. Beim Laden im Stand ist die Kupplung KO eingerückt und die Kupplung K1 ausgerückt, siehe Betriebszustand #3. Nachteilig am Stand der Technik ist, dass im Falle, dass alle vier mögliche Schaltstellungen der Kupplungen KO und K1 darzustellen sind, die beide Kupplungen KO und K1 unabhängig voneinander über eine Aktuatorik zu betätigen sind. Bei Betätigung beider Kupplungen über einen Aktuator, also sequentiell, ist es nur möglich drei Schaltstellungen von K1 und KO darzustellen. Dies führt dazu, dass nicht die volle Funktionalität des Systems darstellbar ist.
Bedient man ein solches System mittels zweier Aktuatoren, so verlängert sich der axiale Bauraumbedarf und die Systemkosten steigen an. Unter der Annahme, dass ein solches System in erster Linie für untere Fahrzeugsegmentklassen und front-quer Anwendungen eingesetzt wird, sind die Punkte großer axialer Bauraumbedarf und hohe Systemkosten kritisch zu betrachten.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsstrangtopologie für ein Fahrzeug mit Handschaltgetriebe (MT) bzw. automatisiertem Handschaltgetriebe (AMT), mit voller Funktionalität, bedient über eine Betätigungsvorrichtung, wie Aktuatorik, und mit geringem zusätzlichem axialem Bauraumbedarf, zu finden.
Die erfinderische Lösung der Aufgabe besteht in einer neuen Antriebsstrangtopologie mit einem Freilauf und gegebenenfalls einem Koppelelement, anstelle der bisherigen Trennkupplung zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe. Diese neue Topologie kann mit nur einem Aktuator betätigt werden, um die volle Funktionalität darzustellen.
Die Aufgabe der Erfindung wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine Hybrid-Antriebsstrangtopologie mit einem Verbrennungsmotor und einer elektrischen Traktionsmaschine und einem nachgelagerten Getriebe im Drehmomentfluss, wobei im Drehmomentfluss zwischen dem Verbrennungsmotor und der Traktionsmaschine ein Freilauf und zwischen der Traktionsmaschine und dem Getriebe eine Kupplung, insbesondere als Anfahrkupplung, angeordnet ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn im Drehmomentfluss parallel zu dem Freilauf ein mechanisches Koppelelement vorgesehen ist. Dieses mechanische Koppelelement ist bevorzugt mechanisch betätigbar mittels eines Aktuators. Auch ist es vorteilhaft, wenn im Drehmomentfluss zwischen dem Freilauf und dem
Verbrennungsmotor und/oder nach dem Freilauf ein Dämpfer angeordnet ist.
Zusätzlich oder alternativ kann die Kupplung vorteilhafter weise eine Kupplungsscheibe aufweisen, wobei ein Dämpfer in der Kupplungsscheibe angeordnet ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Aktuator vorgesehen ist, mittels welchem die Kupplung und das Koppelelement betätigbar sind.
Bei der Erfindung handelt es sich weiterhin um eine Betätigungsvorrichtung für Kupplungsanordnungen, in welchen zwei Kupplungen oder Kupplungssysteme mit einem Aktuator betätigt werden sollen. Im Besonderen handelt es sich bei den beiden Kupplungssystemen um eine als Reibkupplung ausgeführte Anfahrkupplung und ein als formschlüssige Klauenkupplung ausgebildetes Koppelelement. Die Betätigungskraft, die der Aktuator bereitzustellen hat, um beide Kupplungen zu betätigen, wirkt hierbei unidirektional.
Eine Lösung nach dem Stand der Technik, um die oben beschriebenen zwei Kupplungssysteme zu bedienen, sieht zwei Aktuatoren und zwei unabhängige Betätigungssysteme für beide Kupplungen vor. Eine Betätigung beider Kupplungssysteme mit zwei Betätigungssystemen bringt erhöhte Kosten sowie einen erhöhten Bauraumbedarf mit sich.
Dabei ist es auch die Aufgabe der Erfindung eine einfache Betätigungsvorrichtung zu schaffen, die es erlaubt, zwei Kupplungen mit einem Aktuator zu betätigen.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 6 gelöst.
Bei den Kupplungen handelt es sich vorteilhaft um eine Reibkupplung und eine Klauenkupplung. Die Reibkupplung soll vom Betätigungssystem aktiv geöffnet werden, wobei die Kupplung im unbetätigten Zustand geschlossen, also eingerückt ist. Die zur Übertragung der wirkenden Momente benötigte Anpresskraft wird mittels eines Kraftspeichers, wie einer Tellerfeder, bereitgestellt. Die Klauenkupplung soll nur dann geschlossen und geöffnet werden, wenn die Reibkupplung geschlossen ist. Über die Klauenkupplung sollen nur Schubmomente des Verbrennungsmotors übertragen werden. Die zu übertragenden Momente wirken daher immer in dieselbe Richtung. Die erfinderische Lösung der Aufgabe besteht vorteilhaft in einem Betätigungssystem, welches ein Hebelsystem, Federsysteme und weitere Funktionsteile so kombiniert, dass ein unidirektional wirkendes Aktor-/Ausrückersystem zur sequentiellen Betätigung einer Rei- bungs- und Klauenkupplung eingesetzt werden kann.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Betätigungsvorrichtung mit einer elektrischen Maschine, einer Reibungskupplung und einer Klauenkupplung ausgebildet ist, wobei die Reibungskupplung und die Klauenkupplung radial innerhalb der elektrischen Maschine angeordnet sind.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Hebelsystem vorgesehen ist, mittels welchem die Betätigung der Reibkupplung und der Klauenkupplung erfolgt.
Dabei ist es zweckmäßig, wenn ein Aktuator vorgesehen ist, welcher eine Betätigungskraft auf ein Ausrücksystem ausübt, wobei je nach Stellung des Ausrücksystems und damit des Hebelsystems die Reib- und Klauenkupplung geöffnet sind oder die Reibkupplung geschlossen ist und die Klauenkupplung geöffnet ist oder Reib- und Klauenkupplung geschlossen sind.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Betätigung unidirektional erfolgt.
Erfindungsgemäß ist es besonders vorteilhaft, wenn beide Kupplungen bzw. beide
Kupplungssysteme, wie Reib- und Klauenkupplung, im unbetätigten Zustand geschlossen, wie mittels einer Federkraft geschlossen sind. Vorteilhaft sind somit beide Kupplungen geschlossen, wenn von außen, also vom Aktuator, keine Kraft beaufschlagt wird. Dies ermöglicht die unidirektionale Betätigung.
Dabei ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die Betätigung der Kupplungssysteme sequentiell erfolgt. Dabei erfolgt die Betätigung der Klauenkupplung über Druckfinger, die außerhalb der Reibkupplung geführt sind. Die Betätigung beider Kupplungssysteme erfolgt über einen Hebel, der im ersten Betätigungshub die Federvorlast von den Druckfingern nimmt, die Federn werden gegen den Zuganker gespannt, im weiteren Weg an einen Zuganker anschlägt und im folgenden Weg die Reibkupplung öffnet.
Auch ist es besonders vorteilhaft, wenn die Verzahnung der Klauenkupplung als Sägezahnverzahnung ausgeführt ist. Dadurch werden vorteilhaft nur Momente in eine Richtung übertra- gen. Wobei insbesondere die krafttragenden Flanken steil ausgeführt sind und damit die Reaktionskräfte auf das Betätigungssystem gering gehalten werden können
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den zugehörigen Figuren näher erläutert:
Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematische Ansicht einer Antriebsstrangtopologie nach dem Stand der
Technik,
Figur 2 eine Tabelle zur Erläuterung der Betriebszustände der Kupplungen der Antriebsstrangtopologie nach Figur 1 ,
Figur 3 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsstrangtopologie,
Figur 4 eine Tabelle zur Erläuterung der Betriebszustände der Kupplungen der Antriebsstrangtopologie nach Figur 3,
Figur 5 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsstrangtopologie,
Figur 6 eine Tabelle zur Erläuterung der Betriebszustände der Kupplungen der Antriebsstrangtopologie nach Figur 5,
Figur 7 ein Diagramm zur Erläuterung der Funktion der Betätigungsvorrichtung,
Figur 8 eine Schnittansicht einer Betätigungsvorrichtung,
Figur 9 eine perspektivische Ansicht einer Betätigungsvorrichtung, und
Figur 10 eine perspektivische Ansicht einer Betätigungsvorrichtung. Die Figur 3 zeigt eine Parallel-Hybrid(P2-)-Antriebsstrangtopologie für manuelle (MT) bzw. automatisierte manuelle Getriebe (AMT). In der Antnebsstrangtopologie 10 gemäß Figur 3 für manuelle oder automatisierte manuelle Getriebe 1 1 befindet sich ein Freilauf 12 im Drehrmo- mentfluss zwischen dem Verbrennungsmotor 14 und der Traktionsmaschine 13. Die Anfahrkupplung (K1 ) ist zwischen Traktionsmaschine 13 und Getriebe 1 1 im Antriebsstrang angeordnet. Weiterhin kann ein Anlasser 15 bzw. Riemenstartergenerator vorhanden sein, so zu sagen als kleine Traktionsmaschine. Diese kleine Traktionsmaschine 15 kann aber auch entfallen, wenn mittels der Traktionsmaschine 13 der Verbrennungsmotor 14 gestartet wird.
Ebenfalls kann ein Dämpfungselement 16 im Antriebsstrang vorgesehen sein. Dabei kann die Anzahl der Dämpfungselemente 16 unterschiedlich sein und diese können sich auch an verschiedenen Positionen im Antriebsstrang anordnen, wie beispielsweise als Scheibendämpfer einer Kupplungsscheibe der Kupplung K1 oder als Zweimassenschwungrad.
Die Antnebsstrangtopologie weist verschiedene Betriebszustände des Freilaufs 12 (FL) und der Kupplung (K1 ) auf, siehe die Tabelle gemäß Figur 4. Dabei werden sechs Betriebszustände unterschieden, die in der Tabelle der Figur 4 dargestellt sind.
In der Tabelle bedeutet eine 0, dass der Freilauf oder die Kupplung kein Drehmoment übertragen und eine 1 , dass der Freilauf oder die Kupplung ein Drehmoment übertragen.
So sind beispielsweise für hybridisches Fahren mit Verbrennungsmotor und elektrische Traktionsmaschine die Kupplung K1 eingerückt, während der Freilauf FL im Zugbetrieb sperrt und im Schubbetrieb nicht sperrt, siehe Zustand #1 . Gleiches gilt für den Betriebszustand #6 für das Parken.
Bei Gangwechseln im Getriebe 1 1 sind der Freilauf 12 und die Kupplung K1 ausgerückt, siehe die Zustände #4 und #5.
Beim elektrischen Fahren mittels der Traktionsmaschine 3 ist der Freilauf 12 nicht gesperrt und die Kupplung K1 ist eingerückt, siehe Betriebszustand #2.
Beim Laden im Stand des Fahrzeugs ist der Freilauf 12 gesperrt und die Kupplung K1 ist ausgerückt, siehe Betriebszustand #3. Da am Abtrieb keine Schleppmomente zur Verfügung stehen können, kann in manchen Situationen ein kritischer Zustand entstehen, siehe Blitze bei #1 und #6 in der Tabelle der Figur 4.
Im Schubbetrieb des Fahrzeugs und wenn die Batterie voll geladen ist, so dass keine
Rekuperation möglich ist, wird kein Schleppmoment dargestellt, siehe #1 . Vermieden werden kann dies durch Hinzuschalten eines zusätzlichen Verbrauchers vorteilhaft mit einer Verbrauchsleistung größer als die Rekuperationsleistung, wie einen Heizstab im Kühlwasser, einen Klimakompresser oder ähnliches. Auch kann ein entsprechendes Bremsenmanagement bzw. Dimensionierung der Bremse des Fahrzeuges dazu herangezogen werden.
Bei einem Parken bei einem Fahrzeug mit Handschaltgetriebe ohne elektronische Parksperre kann das Fahrzeug beim Abstellen mit eingelegtem Gang in einer Richtung wegrollen siehe #6. Vermieden werden kann dies durch eine elektronische Parksperre oder elektrische Parkbremse.
Die Figur 5 zeigt eine Parallel-Hybrid(P2-)-Antriebsstrangtopologie für manuelle (MT) bzw. automatisierte manuelle Getriebe (AMT). In der Antnebsstrangtopologie 20 gemäß Figur 3 für manuelle oder automatisierte manuelle Getriebe 21 befindet sich ein Freilauf 22 im Drehrmo- mentfluss zwischen dem Verbrennungsmotor 24 und der Traktionsmaschine 23. Die Anfahrkupplung (K1 ) ist zwischen Traktionsmaschine 23 und Getriebe 21 im Antriebsstrang angeordnet. Weiterhin ist ein mechanisches Koppelelement 25 (KE) im Drehmomentfluss parallel zu dem Freilauf 22 angeordnet. Auch kann weiterhin ein Anlasser 26 bzw. Riemenstartergenerator vorhanden sein, so zu sagen als kleine Traktionsmaschine. Diese kleine Traktionsmaschine 26 kann aber auch entfallen, wenn mittels der Traktionsmaschine 23 der Verbrennungsmotor 24 gestartet wird.
Ebenfalls kann ein Dämpfungselement 27 im Antriebsstrang vorgesehen sein. Dabei kann die Anzahl der Dämpfungselemente 27 unterschiedlich sein und diese können sich auch an verschiedenen Positionen im Antriebsstrang anordnen, wie beispielsweise als Scheibendämpfer einer Kupplungsscheibe der Kupplung K1 oder als Zweimassenschwungrad.
Die Antnebsstrangtopologie weist verschiedene Betriebszustände des Freilaufs 22 (FL), des Koppelelements 25 und der Kupplung (K1 ) auf, siehe die Tabelle gemäß Figur 6. Dabei werden sieben Betriebszustände unterschieden, die in der Tabelle der Figur 6 dargestellt sind. ln der Tabelle bedeutet eine 0, dass der Freilauf, das Koppelelement oder die Kupplung kein Drehmoment übertragen und eine 1 , dass der Freilauf, das Koppelelement oder die Kupplung ein Drehmoment übertragen.
So sind beispielsweise für hybridisches Fahren mit Verbrennungsmotor und elektrische Traktionsmaschine die Kupplung K1 eingerückt, während der Freilauf FL im Zugbetrieb sperrt und im Schubbetrieb nicht sperrt, siehe Zustand #1 .Dabei ist das Koppelelement 25 ausgerückt.
Bei hybridischem Fahren mit Verbrennungsmotor im Schubbetrieb und Schleppmoment und mit elektrischer Traktionsmaschine ist die Kupplung K1 und das Koppelelement 25 eingerückt, während der Freilauf nicht sperrt, siehe Zustand #2.
Für den Betriebszustand #7 für das Parken gilt vergleichbares für den Freilauf und die
Kupplung K1 , wobei das Koppelelement 25 eingerückt ist.
Bei Gangwechseln im Getriebe 21 sind das Koppelelement 25 und die Kupplung K1 ausgerückt, siehe die Zustände #5 und #6. Der Freilauf 22 ist gesperrt oder nicht, je nach Zug- oder Schubbetrieb.
Beim elektrischen Fahren mittels der Traktionsmaschine 23 ist der Freilauf 22 nicht gesperrt, das Koppelelement 25 ausgerückt und die Kupplung K1 ist eingerückt, siehe Betriebszustand #3.
Beim Laden im Stand des Fahrzeugs ist der Freilauf 12 gesperrt und die Kupplung K1 und das Koppelelement 25 sind ausgerückt, siehe Betriebszustand #4.
Diese Topologie hat den Vorteil, dass das Schleppmoment des Verbrennungsmotors 24 am Abtrieb, bei geschlossenem Koppelelement 25, zur Verfügung steht und die Nachteile des Standes der Technik nicht vorliegen. Zudem wird für diese Topologie nur ein sehr geringer a- xialer Bauraum benötigt.
Der Aktuator zur Betätigung der Kupplung (K1 ) und des Koppelelements (KE) kann bei einem Handschaltgetriebe (MT) über ein so genanntes Clutch-by-Wire-System bedient werden. Das Koppelelement 25 kann formschlüssig oder kraftschlüssig wirken und in beliebiger Art ausgeführt sein.
Zusätzlich zur Anfahrkupplung (K1 ) ist bei dieser Antriebsstrangtopologie 20 das Koppelelement 25 (KE) auch zu betätigen. Dies kann über einen sequentiell arbeitenden Aktuator realisiert werden, siehe Figur 7. Der Freilauf sperrt bzw. entsperrt sich von selbst, entsprechend ob sich das Fahrzeug im Zug- oder Schubbetrieb befindet. Mit einem solchen Konzept kann mit einem sequentiellen Aktuator volle Funktionalität ermöglicht werden. Die Figur 7 zeigt schematisch eine Wirkungsweise eines Aktuators, bei welchem abhängig von der Aktua- torstellung die Kupplung und/oder das Koppelelement 25 betätigt. Bei einer ersten Stellung sind die Kupplung K1 und das Koppelelement 25 geschlossen, also eingerückt. Bei einer zweiten Stellung ist die Kupplung K1 eingerückt und das Koppelelement 25 ausgerückt, also geöffnet. Bei einer dritten Stellung sind die Kupplung K1 und das Koppelelement 25 geöffnet, also ausgerückt.
Die Figuren 8 bis 10 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung 100 zur Betätigung zweier Kupplungen, wie einer Reibungskupplung 1 1 1 und einer Klauenkupplung 1 17 als Koppelelement.
Die Betätigung der Reibkupplung 1 1 1 sowie der Klauenkupplung 1 17 erfolgt über ein
Hebelsystem 103, an dessen innerer Auflage die Betätigungskraft eines Aktuators über ein Ausrücksystem 150 wirkt. Das Hebelsystem 103 stützt sich am Deckel 108 der Reibkupplung 1 1 1 ab. Diese Auflage 104 ist Schwenkpunkt des Hebels 103. Je nach Stellung des Ausrücksystems 150 und somit des Hebelsystems 103 sind Reib- und Klauenkupplung 1 1 1 , 1 17 geöffnet, das Ausrücksystem ist vollständig ausgerückt oder die Reibkupplung 1 1 1 geschlossen und die Klauenkupplung 1 17 geöffnet, das Ausrücksystem ist in Mittelstellung oder Reib- und Klauenkupplung 1 1 1 , 1 17 sind geschlossen, das Ausrücksystem ist vollständig eingerückt.
Das Hebelsystem 1 13 liegt an seiner äußeren Auflage an einem Zwischenblech 105 an und überträgt den Ausrückweg sowie die Ausrückkraft mit der entsprechenden Hebelübersetzung auf das Zwischenblech.
Das Zwischenblech 105 ist über ein Federsystem 106 an einen Zuganker 107 angebunden. Das Federsystem 106 kann je nach Anbindungsseite und damit Wirkrichtung aus beliebigen oder verschiedenen Zug- oder Druckfedern bestehen. Über das Federsystem 106 werden nur Kräfte in axialer Richtung übertragen, keine Momente. In Mittelstellung, wie dargestellt, des Ausrückers ist das Federsystem 106 unter Vorspannung, so dass das Ausrücksystem in der Mittelstellung nicht kraftfrei ist und vom Aktuator eine Haltekraft aufgebracht werden muss.
Rückt das Ausrücksystem aus der Mittelstellung weiter aus, siehe den durchgezogenen Pfeil, schwenkt das Hebelsystem 1 13 um seinen Auflagepunkt und verschiebt das Zwischenblech 105 in Richtung der Zugankerauflage. Das Federsystem 106 zwischen Zwischenblech 105 und Zuganker 107 wird hierbei weiter gespannt. Nach einem gewissen Totweg 1 19 liegt das Zwischenblech 105 am Zuganker 107 an. Rückt das Ausrücksystem weiter aus, so werden Zwischenblech und Zuganker gleichermaßen bewegt und das Federsystem somit nicht weiter gespannt. Die Gegenseite des Zugankers 107 liegt an einer Tellerfeder 121 an, welche somit an diesem Auflagepunkt der Zugankerbewegung folgt.
Die innere Auflage der Tellerfeder 121 ist im Kupplungsdeckel. Die äußere Auflage der Tellerfeder 121 ist an der Anpressplatte 1 10. Die Tellerfeder 121 kann je nach Design des Zugankers 107 sowohl als einfacher Kraftrand ohne Zungen oder als Kraftrand mit um den Außendurchmesser angeordneten Zungen ausgeführt werden. Auch ein Verbund mehrerer Tellerfedern ist denkbar. Zum Öffnen der Kupplung muss am Ausrücksystem die Tellerfederkraft entsprechend der Hebelübersetzung aufgebracht werden. Bei weiterer Schwenkbewegung des Hebels wird somit die Reibkupplung geöffnet. Die Anpresskraft an der Kupplungsscheibe sinkt und Belagfederung sowie eine Blattfederung 109 zwischen Anpressplatte und Kupplungsdeckel, wahlweise innen oder außen angeordnet, lüften die Reibkupplung 1 1 1.
Der beschriebene Totweg zwischen Zwischenblech und Zuganker muss bei einer Kupplung ohne Verschleißnachstellung aufgrund des Verschleißes der Reibflächen über der Kupplungslebensdauer vorgesehen werden. Mit steigendem Kupplungsverschleiß nimmt dieser Totweg ab, da der Zuganker 107 in Richtung der Reibkupplung 1 1 1 wandert. Bei Kupplungssystemen mit Verschleißnachstellung ändert sich dieser Totweg bzw. kann gegebenenfalls komplett wegfallen.
Wie oben beschrieben ist das Ausrücksystem in Mittelstellung aufgrund des vorgespannten Federsystems zwischen Zwischenblech 105 und Zuganker 107 unter Vorlast, welche durch den Kupplungsaktuator aufgebracht werden muss. Wird die Kraft am Aktuator reduziert, wird das Ausrücksystem vom Hebel zurückgedrückt, rückt daher weiter ein und das Zwischenblech 105 bewegt sich entsprechend der Schwenkbewegung des Hebels in Richtung der Klauenkupplung. Die Kraft des Federsystems stützt sich einerseits über das Zwischenblech 105 am Hebel, andererseits über den Zuganker 107 an der Tellerfeder ab. Der Zuganker 107 bleibt aufgrund des geringeren Kraftniveaus des Federsystems im Vergleich zur Tellerfeder in seiner Position stehen. Entweder das Zwischenblech 105 oder der Hebel stößt in seiner Bewegung in Richtung der Kupplung gegen Druckfinger 120, welche Teil eines Drucktopfes 1 15 sein können oder als Einzelteile ausgeführt werden können. Die Kraft des sich entspannenden Federsystems wird über diese Druckfinger auf einen Ring 1 16 übertragen, welcher die bewegliche Seite einer Klauenverzahnung bildet. Dieser Ring 1 16 wird demzufolge mit der Federkraft des sich entspannenden Federsystems belastet und entsprechend der Bewegung des Hebelsystems bzw. der Zwischenbleches 105 bewegt und die Klauenkupplung 1 17 geschlossen.
Der verzahnte Ring 1 16 ist wiederum mittels Blattfedern 1 14 mit einem mitdrehenden, axial fest positionierten Bauteil, in diesem Fall eine Trägerwand 1 13, verbunden. Im vollständig eingerückten Zustand ist die Klauenkupplung 1 17 geschlossen und mit der Restkraft des Federsystems zwischen Zwischenblech 105 und Zuganker 107 abzüglich der Blattfederkraft am Verzahnungsring beaufschlagt.
Die Blattfedern übertragen im Falle einer formschlüssigen axialen Verzahnung die über die Formschlusskupplung übertragenen Momente. Beim Öffnen der Klauenkupplung 1 17 ziehen diese Blattfedern den Verzahnungsring so weit zurück, bis dieser an einem festen Anschlag hängen bleibt, in diesem Fall ausgebildet durch die Trägerwand, und somit das Hebelsystem bzw. das Zwischenblech von den Druckfingern abheben.
Die maximal wirkende Ausrückkraft wird durch die Tellerfeder und die Hebelübersetzung bestimmt. Der Federweg des Federsystems wird aufgrund der Einbringung zwischen Zuganker und Zwischenblech 105 auf den Totweg der Verschleißreserve und den Schließweg der Klauenkupplung 1 17 begrenzt. Es muss nicht auf den gesamten Weg der äußeren Hebelauflage ausgelegt werden. Alternativ kann das Federsystem zum Schließen der Klauenkupplung 1 17 zwischen Zwischenblech 105 und Kupplungsdeckel angeordnet werden. In diesem Fall muss bei der Auslegung des Federsystems zusätzlich der Lüftweg der Reibkupplung 1 1 1 berücksichtigt werden.
Um die Kraft zum Zuhalten der Klauenkupplung 1 17 und somit die Kräfte in den Federsystemen möglichst gering zu halten, ist in der hier gezeigten Lösung eine Sägezahnverzahnung vorgesehen. Dies ist möglich da nur eine Momentenrichtung übertragen werden soll. Die Flanken über welche die Umfangskräfte übertragen werden, können somit steil ausgeführt werden und die axial wirkenden Reaktionskräfte in der Verzahnung gering gehalten werden.
Bei Momentenumkehr heben die steilen Flanken aufgrund der flachen Flanken in Gegenrichtung voneinander ab und ein Öffnen der Klauenkupplung 1 17 unter geringem Kraftniveau ist möglich. Als alternative axial wirkende Formschlusskupplung kann eine Verzahnung mit konischen Zähnen vorgesehen werden. Diese kann spielfrei gestaltet werden. Alternativ zu einer axialen Formschlusskupplung kann eine Kupplung vorgesehen werden, bei der zwei Verzahnungsträger mittels einer Schiebemuffe verbunden werden.
Bei der Gestaltung des Hebelsystems sind mehrere Varianten denkbar. So sind einzelne Hebel, welche am Kupplungsdeckel bzw. Auflagering eingehängt werden verwendbar. Alternativ kann eine Hebelfeder mit Kraftrand verwendet werden, welcher je nach Größe und Aufstellung unterstützend zum schließenden Federsystem wirken kann, bzw. unter Umständen so ausgelegt werden kann, dass auf das schließende Federsystem verzichtet werden kann, da sämtliche Schließkräfte von der Hebelfeder aufgebracht werden.
Der Kupplungsdeckel ist mit dem Rotorträger 102 der elektrischen Maschine verbunden, wie verschraubt, vernietet o.Ä.
Das beschriebene Kupplungssystem mit Betätigungssystem ermöglicht eine bauraumeffizien- te und kostengünstige Gestaltung von P2-(Parallel-)-Hybridkopfanwendungen. Da nur ein uni- direktional wirkendes Aktuatorsystem zur Betätigung zweier Kupplungen verwendet wird, können eventuell Kosten eingespart werden. Auch in anderen Anwendungen mit zwei Kupplungen ist ein solches Betätigungssystem einsetzbar.

Claims

Patentansprüche
1 . Hybrid-Antriebsstrangtopologie mit einem Verbrennungsmotor und einer elektrischen Traktionsmaschine und einem nachgelagerten Getriebe im Drehmomentfluss, dadurch gekennzeichnet, dass im Drehmomentfluss zwischen dem Verbrennungsmotor und der Traktionsmaschine ein Freilauf und zwischen der Traktionsmaschine und dem Getriebe eine Kupplung, insbesondere als Anfahrkupplung, angeordnet ist.
2. Antriebsstrangtopologie nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im Drehmomentfluss parallel zu dem Freilauf ein mechanisches Koppelelement vorgesehen ist.
3. Antriebsstrangtopologie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Drehmomentfluss zwischen dem Freilauf und dem Verbrennungsmotor und/oder nach dem Freilauf ein Dämpfer angeordnet ist.
4. Antriebsstrangtopologie nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung eine Kupplungsscheibe aufweist, wobei ein Dämpfer in der Kupplungsscheibe angeordnet ist.
5. Antriebsstrangtopologie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aktuator vorgesehen ist, mittels welchem die Kupplung und das Koppelelement betätigbar sind.
6. Betätigungsvorrichtung zur Betätigung zweier Kupplungen oder einer Kupplung und eines Koppelelements mit einem Aktuator insbesondere einer Antriebsstrangtopologie gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5.
7. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 6 mit einer elektrischen Maschine, einer Reibungskupplung und einer Klauenkupplung, wobei die Reibungskupplung und die Klauenkupplung radial innerhalb der elektrischen Maschine angeordnet sind.
8. Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hebelsystem vorgesehen ist, mittels welchem die Betätigung der Reibkupplung und der Klauenkupplung erfolgt.
9. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aktuator vorgesehen ist, welcher eine Betätigungskraft auf ein Ausrücksystem ausübt, wobei je nach Stellung des Ausrücksystems und damit des Hebelsystems die Reib- und Klauenkupplung geöffnet sind oder die Reibkupplung geschlossen ist und die Klauenkupplung geöffnet ist oder Reib- und Klauenkupplung geschlossen sind.
10. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigung unidirektional erfolgt.
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