AT511150A1 - Antriebsstrang für ein kraftfahrzeug - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Doppelkupplungsgetriebe (11) für einen Antriebsstrang (10) eines Kraftfahrzeug mit einer ersten Kupplung (12) und einer zweiten Kupplung (13), wobei die erste Kupplung (12) auf eine erste Primärwelle (14) und die zweite Kupplung (13) auf eine zweite Primärwelle (15) einwirkt, mit einem im Antriebsstrang angeordneten Planetengetriebe (20), welches ein erstes, ein zweites und ein drittes Element, jeweils aus der Gruppe Sonnenrad (21), Planetenträger (22) und Hohlrad (23) aufweist, wobei auf zumindest ein Element des Planetengetriebes (20) eine Maschine (24) einwirkt. Um Bauraum und Komponenten einzusparen, ist vorgesehen, dass die erste Primärwelle (14) direkt mit einem ersten Element, die zweite Primärwelle (15) direkt mit einem zweiten Element und die Maschine (24) mit einem dritten Element des Planetengetriebe (20) antriebsverbunden ist.

Description

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Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem Doppelkupplungsgetriebe mit einer ersten Kupplung und einer zweiten Kupplung, wobei die erste Kupplung auf eine erste Primärwelfe und die zweite Kupplung auf eine zweite Primärwelle einwirkt, mit einem im Antriebsstrang angeordneten Planetengetriebe, wobei auf ein Element des Planetengetriebes eine Maschine einwirkt. Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Doppelkupplungsgetriebes.

Die EP 2 189 318 Al beschreibt einen Antriebsstrang mit einem Doppelkupplungsgetriebe, wobei im Antriebsstrang zwischen der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und den Antriebswellen des Fahrzeuges eine Doppelkupplung, ein Schaltgetriebe und ein Planetengetriebe angeordnet ist. Das Planetengetriebe ist dabei zwischen einer der Primärwellen und der Ausgangswelle des Getriebes angeordnet, wobei ein Elektromotor auf ein Hohlrad des Planetengetriebes einwirkt. Durch diese Anordnung kann ein sich aus dem Drehmoment der Brennkraftmaschine und der elektrischen Maschine zusammensetzendes kombiniertes Drehmoment an die Antriebswellen des Fahrzeuges geleitet werden. Für ein Wechseln der Gänge sind Synchronisiereinrichtungen erforderlich.

Nachteilig ist, dass die erforderlichen Synchronisiereinrichtungen den Bauraum und die Teileanzahl erhöhen.

Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu vermeiden und die Anzahl der Teile und den erforderlichen Bauraum zu verringern.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die erste Prlmärwelle direkt mit einem ersten Element, die zweite Primärwelle direkt mit einem zweiten Element und die Maschine mit einem dritten Element des Planetengetriebe antriebsverbunden ist.

Um den Bau- und Fertigungsaufwand zu verringern, ist es vorteilhaft, wenn die erste Primärwelle über eine vorzugsweise unsynchronisierte erste Klauenkupplung mit einer Sekundärwelle, vorzugsweise einer ersten Sekundärwelle, oder einer Antriebswelle drehverbindbar ist, wobei vorzugsweise die zweite Primärwelle über eine vorzugsweise unsynchronisierte zweite Klauenkupplung mit einer Sekundärwelle, vorzugsweise einer zweiten Sekundärwelle, oder einer Antriebswelle drehverbindbar ist.

Zumindest eine Primärwelle kann zumindest ein treibendes Zahnrad aufweisen, welches mit einem angetriebenen Zahnrad im Eingriff steht, wobei vorzugsweise zumindest das treibende Zahnrad fest mit der Primärwelle drehverbunden ist, « ♦ • h.

wobei das mit dem treibenden Zahnrad im Eingriff stehende angetriebene Zahnrad über eine zugeordnete Klauenkupplung mit einer Sekundärwelle und/oder einer Antriebswelle antriebsverbindbar ist. Weiters kann vorgesehen sein, dass zumindest eine Klauenkupplung fest mit einer Primärwelle drehverbunden ist, wobei das mit dem angetriebenen Zahnrad im Eingriff stehende treibende Zahnrad über die Klauenkupplung mit der Primärwelle antriebsverbindbar ist.

Das erste Element kann durch ein Sonnenrad oder einen Planetenträger des Planetengetriebes gebildet sein, wobei vorzugsweise das zweite Element durch den Planetenträger oder das Sonnenrad des Planetengetriebes gebildet ist.

Das dritte Element kann durch das Hohlrad des Planetengetriebes gebildet sein.

In einer äußerst kompakten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass der Rotor der Maschine fest mit dem Hohlrad verbunden ist. Alternativ dazu kann auch vorgesehen sein, dass das Hohlrad eine äußere Verzahnung aufweist, wobei ein Antriebsritzel der Maschine in die äußere Verzahnung eingreift.

Die beschriebene Anordnung ermöglicht den Einsatz einer Maschine für die Synchronisation der Drehzahlen der Primärwellen, wenn eine Gangvorwahl benötigt wird. Für die Synchronisation wird durch die Maschine die jeweils deaktivierte Primärwelle beschleunigt oder verzögert, bis das durch die Primärwelle angetriebene Zahnrad die gleiche Drehzahl aufweist, wie die Antriebswelle. Bei Synchronisation der Drehzahlen der Antriebswelle und des angetriebenen Zahnrades wird über eine einfache Klauenkupplung eine starre Drehverbindung zwischen dem angetriebenen Zahnrad und der Antriebswelle hergestellt, wodurch die Gangvorwahl beendet ist. Durch gegensinniges Betätigen der ersten und der zweiten Kupplung wird der eigentliche Gangwechsel durchgeführt.

Dadurch, dass für die Synchronisation die Maschine verwendet wird, kann auf Synchronisiereinrichtungen verzichtet werden und stattdessen einfache Klauenkupplungen eingesetzt werden. Dadurch kann der Fertigungsaufwand verringert und das Doppelkupplungsgetriebe sehr kompakt ausgeführt werden.

Die Maschine kann elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch betrieben und sowohl zur Generierung eines Antriebsmomentes, als auch eines Bremsmomentes eingesetzt werden. Neben der Synchronisation kann die Maschine auch zum Starten einer mit dem Doppelkupplungsgetriebe über eine Einganswelle drehverbundenen Brennkraftmaschine, zum Aufbringen eines zusätzlichen Antriebsmoment für die Antriebswellen und zum Rekuperieren unter Speicherung der zurückgewonnenen Energie in einem Energiespeicher eingesetzt werden. - 3 -

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Es zeigen schematisch Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Doppelkupplungsgetriebe in einer ersten Ausführungsvariante und Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Doppelkupplungsgetriebe in einer zweiten Ausführungsvariante.

Funktionsgleiche Teile sind in den Ausführungsvarianten mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt einen Antriebsstrang 10 mit einem erfindungsgemäßen Doppelkupplungsgetriebe 11, wobei das Doppelkupplungsgetriebe 11 eine erste Kupplung 12 und eine zweite Kupplung 13 aufweist, wobei die erste Kupplung 12 eine erste Primärwelle 14 und die zweite Kupplung 13 eine zweite Primärwelle 15 antreibt. Die erste und die zweite Kupplung 12, 13 können durch Scheiben- oder Lamellenkupplungen gebildet und im Bereich des Eingangs des Doppelkupplungsschaltgetriebes 11 angeordnet sein. Sie werden über eine Eingangswelle 16 durch eine Brennkraftmaschine 17 angetrieben. Ausgangseitig weist das Doppelkupplungsschaltgetriebe 11 eine Ausgangwelle 18 auf, welche mit Antriebswellen 19 eines Fahrzeuges drehverbunden sind.

Zwischen den Kupplungen 12, 13 und den Schaltstufen 1, 3, 5, 7 bzw. 2, 4, 6 und R des Doppelkupplungsschaltgetriebes 11 ist ein Planetengetriebe 20 angeordnet, wobei das Planetengetriebe 20 die Elemente Sonnenrad 21, Planetenträger 22 und Hohlrad 23 aufweist. Zwei dieser Elemente stehen jeweils mit einer Primärwelle 14, 15, und ein drittes Element mit einer Maschine 24 in starrer Antriebsverbindung, welche im Ausführungsbeispiel durch eine elektrische Maschine gebildet ist. Im in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die erste Primärwelle 14 mit dem Planetenträger 22 und die zweite Primärwelle 15 mit dem Sonnenrad 21 des Planetengetriebes 20 starr verbunden. Die Maschine 24 wirkt direkt auf das Hohlrad 23 des Planetenträgers 20 ein. Im vorliegenden Fall ist dabei das Hohlrad 23 mit einem Rotor 24a der Maschine 24 fest verbunden. Mit 24b ist der Stator der Maschine 24 bezeichnet.

Drehfest auf der ersten Welle 14 sind erste treibende Zahnräder 25 angeordnet, welche mit angetriebenen Zahnrädern 26 der ungeraden Gangstufen 1, 3, 5, 7 im Eingriff stehen.

Analog dazu ist die zweite Primärwelle 15 mit zweiten treibenden Zahnrädern 27 drehverbunden, welche mit zweiten angetriebenen Zahnrädern 28 der geraden Getriebestufen 2, 4, 6 und des Retourganges R in Eingriff stehen. Die zweiten angetriebenen Zahnräder 26, 28 sind auf Sekundärwellen 29, 30 drehbar gelagert und können jeweils über erste und zweite unsynchronisierte Klauenkupplungen 31, 32 mit der jeweiligen Sekundärwelle 29, 30 antriebsverbunden werden. - 4 -

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die erste Primärwelle 14 mit dem Sonnenrad 21 und die zweite Primärwelle 15 mit dem Planetenträger 22 des Planetengetriebes 20 verbunden. Auf eine äußere Verzahnung 23a wirkt das Antriebsritzel 24c der Maschine 24 ein. Mit der ersten Primärwelle 14 sind erste treibende Zahnräder 25 drehverbunden, welche mit ersten angetriebenen Zahnrädern 26 im Eingriff stehen. Die angetriebenen Zahnräder 26 sind drehbar auf einer Sekundärwelle 29 gelagert. Über eine erste Klauenkupplung 31 können die ersten angetriebenen Zahnräder 26 mit der Sekundärwelle 29 drehverbunden werden. Die Sekundärwelle 29 steht über eine Untersetzung K mit der Aus-gangswelle 18 in Antriebsverbindung.

Weiters ist mit der zweiten Primärwelle 15 eine Klauenkupplung 32 verbunden, welche die zweite Primärwelle 15 mit einem der ersten treibenden Zahnräder 27 drehverbindet. Die ersten treibenden Zahnräder 27 sind in diesem Ausführungsbeispiel drehbar um die zweite Primärwelle 15 gelagert.

Mit den beschriebenen Doppelkupplungsgetrieben 11 kann ein Gangwechsel mit elektrischer Synchronisation durch die elektrische Maschine durchgeführt werden, wie im folgenden anhand eines Gangwechsels aus einer ungeraden in eine gerade Gangstufe beschrieben ist:

Wird das Fahrzeug in einer ungeraden Gangstufen 1, 3 oder 5 betrieben, so ist die erste Kupplung 12 geschlossen und die zweite Kupplung 13 geöffnet. Im Zweig mit den geraden Gangstufen 2, 4, 6 des Doppelkupplungsgetriebes 11 wird eine gerade Gangstufe gewählt. Dabei wird über das Gangwählsystem eine höhere oder eine niedrigere gerade Gangstufe für das nächste Schaltereignis vorgewählt. Die zweiten Klauenkupplungen 32 der geraden Gangstufen 2, 4, 6 werden von der Ausgangswelle 18 getrennt. Das Planetengetriebe 20 ist sowohl mit der ersten Primärwelle 14, als auch mit der zweiten Primärwelle 15 verbunden, wobei ein Element des Planetengetriebes 20 - im vorliegenden Fall der Planetenträger 22 - mit der ersten Primärwelle 14 verbunden ist und die Drehzahl dieses Elementes von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängt. Ein weiteres Element - im vorliegenden Fall das Hohlrad 23 - des Planetengetriebes 20 ist mit der Maschine 24 verbunden und daher kann die Drehzahl dieses Elementes gesteuert werden.

Generell gilt, wenn die Drehzahlen von zwei Elementen eines Planetengetriebes bekannt ist, so stellt sich die Drehzahl des dritten Elementes automatisch ein. Daher kann die Drehzahl der zweiten Primärwelle 15, welche in diesem Moment eine freirotierende Masse ist, durch Steuerung der Drehzahl der Maschine 24 geregelt werden. Das Regelsystem wird die Drehzahl der zweiten Primärwelle 15 auf einen Wert einstellen, bei dem die Drehzahlen der miteinander zu kuppeln- - 5 - den Zahnräder sich angleichen. Sobald die Drehzahlangleichung erreicht wird, kann die vorgewählte Gangstufe über die entsprechende Klauenkupplung 32 eingelegt werden.

Die beschriebene elektrische Synchronisation hat den Vorteil, dass keine weitere Synchronisiereinrichtungen für jede Schaltstufe erforderlich sind. Die Komponenten des Doppeikupplungsschaltgetriebes 11 können vereinfacht werden, da auf Synchronisiereinrichtungen und Aktuatoren verzichtet werden kann. Die Klauenkupplung erlauben zudem eine geringere Baugröße und vereinfachen die Herstellung.

Die Klauenkupplungen 31, 32 können elektromechanisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigt werden.

Darüber hinaus ist es auch möglich, die elektrische Maschine für "Mild hybrid"-oder Vollhybrid-Funktionen, also zur Bereitstellung von zusätzlichem Antriebsmoment, zur Bremsenergierückgewinnung, für einen elektrischen Antrieb oder zum Starten der Brennkraftmaschine, einzusetzen.

Claims (18)

1. 4 « 0 i · 4 * i » «»· * * * » * · »··· * * * , ) r * » . * · < - 6 - PATENTANSPRÜCHE 1. Antriebsstrang (10) für ein Kraftfahrzeug mit einem Doppelkupplungsgetriebe (11) mit einer ersten Kupplung (12) und einer zweiten Kupplung (13), wobei die erste Kupplung (12) auf eine erste Primärwelle (14) und die zweite Kupplung (13) auf eine zweite Primärwelle (15) einwirkt, mit einem im Antriebsstrang angeordneten Planetengetriebe (20), wobei auf zumindest ein Element des Planetengetriebes (20) eine Maschine (24) einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Primärwelle (14) direkt mit einem ersten Element, die zweite Primärwelle (15) direkt mit einem zweiten Element und die Maschine (24) mit einem dritten Element des Planetenge-triebe (20) antriebsverbunden ist.
2. 2. Antriebsstrang (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Primärwelle (14) über eine vorzugsweise unsynchronisierte erste Klauenkupplung (31) mit einer Sekundärwelle (29, 30), vorzugsweise einer ersten Sekundärwelle (29), oder einer Ausgangswelle (18) drehverbindbar ist.
3. 3. Antriebsstrang (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Primärwelle (15) über eine vorzugsweise unsynchronisierte zweite Klauenkupplung (32) mit einer Sekundärwelle (29, 30), vorzugsweise einer zweiten Sekundärwelle (30), oder einer Ausgangswelle (18) drehverbindbar ist.
4. 4. Antriebsstrang (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Primärwelle (14, 15) zumindest ein treibendes Zahnrad (25, 27) aufweist, welches mit einem angetriebenen Zahnrad (26, 28) im Eingriff steht.
5. 5. Antriebsstrang (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein treibendes Zahnrad (25, 27) fest mit einer Primärwelle (14, 15) drehverbunden ist, wobei das mit dem treibenden Zahnrad (25, 27) im Eingriff stehende angetriebene Zahnrad (26, 28) über eine zugeordnete Klauenkupplung (31, 32) mit einer Sekundärwelle (29. 30) und/oder einer Antriebswelle (18) antriebsverbindbar ist.
6. 6. Antriebsstrang (10) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein treibendes Zahnrad (25, 27) fest mit einer Primärwelle (14, 15) drehverbunden ist, wobei das mit dem treibenden Zahnrad (25, 27) im Eingriff stehende angetriebene Zahnrad (26, 28) über eine zugeord- I i c + * r « . Λ * ♦ - 7 - nete Klauenkupplung (31, 32) mit einer Sekundärwelle (29, 30) und/oder einer Antriebswelle (18) antriebsverbindbar ist.
7. 7. Antriebsstrang (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Klauenkupplung (32) fest mit einer Primärwelle (14) drehverbunden ist, wobei das mit dem angetriebenen Zahnrad (28) im Eingriff stehende treibende Zahnrad (27) über die Klauenkupplung (32) mit der Primärwelle (14) antriebsverbindbar ist, wobei vorzugsweise das treibende Zahnrad (27) drehbar auf der Primärwelle (14) gelagert ist.
8. 8. Antriebsstrang (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element durch das Sonnenrad (21) oder den Planetenträger (22) gebildet ist.
9. 9. Antriebsstrang (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Element durch einen Planetenträger (22) oder ein Sonnenrad (21) des Planetengetriebes (20) gebildet ist.
10. 10. Antriebsstrang (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Element durch ein Hohlrad (23) des Planetengetriebes (20) gebildet ist.
11. 11. Antriebsstrang (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor der Maschine (24) fest mit dem Hohlrad (23) verbunden ist.
12. 12. Antriebsstrang (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (23) eine äußere Verzahnung (23a) aufweist, wobei ein Antriebsritzel (24c) der Maschine (24) in die äußere Verzahnung (23a) eingreift.
13. 13. Antriebsstrang (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine (24) eine elektrische Maschine, eine pneumatische Maschine oder eine hydraulische Maschine ist.
14. 14. Verfahren (10) zum Betreiben eines Doppelkupplungsgetriebes (11) für ein Fahrzeug, mit einer erste Kupplung (12) und einer zweiten Kupplung (13), wobei die erste Kupplung (12) auf eine erste Primärwelle (14) und die zweite Kupplung (13) auf eine zweite Primärwelle (15) einwirkt, mit einem Planetengetriebe (20), wobei auf ein Element des Planetengetriebes (20) eine (24) einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Primärwelle (14) mit einem ersten Element und die zweite Primärwelle (15) mit einem zweiten Element und die Maschine (24) mit einem dritten Element des Planetengetriebes (20) antriebsverbunden ist, und jede der Primärwellen (14, 15) über zumindest eine einen antreibenden und einen getriebenen Teil miteinander drehverbindende, vorzugsweise unsynchronisierte, Klauenkupplung (31, 32) mit einer Sekundärwelle (29, 30) und/oder einer Antriebswelle (18) antriebsverbindbar ist, wobei vor einem Gangwechsel die erste oder die zweite Kupplung (12, 13) geschlossen und die jeweils andere zweite bzw. erste Kupplung (13, 12) geöffnet ist und die Primärwelle (15, 14) der jeweils geöffneten Kupplung (13, 12) durch die Maschine (24) beschleunigt oder verzögert wird, bis die Drehzahl des jeweiligen treibenden Teiles der Drehzahl des angetriebenen Teiles angeglichen ist, und dass bei Angleichung der Drehzahlen der treibende Teil mit dem getriebenen Teil durch die Klauenkupplung (31, 32) formschlüssig drehverbunden wird.
15. 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine (24) auf das Hohlrad (23) des Planetengetriebes (20) einwirkt.
16. 16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine (17) zum Starten einer mit dem Doppelkupplungsgetriebe (11) über eine Einganswelle (16) drehverbundenen Brennkraftmaschine (17) aktiviert wird.
17. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Betriebsbereich des Fahrzeuges die Maschine (17) zum Aufbringen eines Antriebsmomentes, vorzugsweise zusätzlich zu einem Primärantriebsmoment, auf zumindest eine Ausgangswelle (18) des Fahrzeuges aktiviert wird.
18. 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Betriebsbereich des Fahrzeuges über die Maschine (17) ein Bremsmoment auf zumindest eine Primärwelle (14, 15) und/oder zumindest eine Ausgangswelle (18) aufgebracht wird, wobei die Bremsenergie in einem elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen Energiespeicher gespeichert wird.

    2011 02 17 Fu/St