DE102005030987A1

DE102005030987A1 - Antriebstrang eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102005030987A1
Application number: DE102005030987A
Authority: DE
Inventors: Carsten Dr.-Ing. Gitt
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2005-07-02
Filing date: 2005-07-02
Publication date: 2007-01-18
Also published as: US8584543B2; US20070000339A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang (1) eines Kraftfahrzeugs mit einem Antriebsmotor (5), einem Doppelkupplungsgetriebe (15) und angetriebenen Fahrzeugrädern (42). DOLLAR A Erfindungsgemäß ist zwischen dem Antriebsmotor (5) und den angetriebenen Fahrzeugrädern (42) ein zusätzliches Getriebe (50) mit mindestens zwei Schaltzuständen unterschiedlicher Übersetzung angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Antriebstrang eines Kraftfahrzeugs gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Ein derartiger Antriebstrang ist beispielsweise aus der DE 43 16 784 A1 bekannt. Dort ist eine Antriebseinheit für Kraftfahrzeuge offenbart, die einen Antriebsmotor, ein Doppelkupplungsgetriebe und angetriebene Fahrzeugräder aufweist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Antriebstrang eines Kraftfahrzeugs mit hohem mechanischen Wirkungsgrad anzugeben, der einen günstigen Kraftstoffverbrauch sowie einen hohen Fahrkomfort des Kraftfahrzeugs ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 erfüllt.

Der erfindungsgemäße, insbesondere für Nutzfahrzeuge geeignete Kraftfahrzeugantriebstrang ist dadurch gekennzeichnet, dass ein zusätzliches Getriebe mit mindestens zwei Schaltzuständen unterschiedlicher Übersetzung zwischen dem Antriebsmotor und den angetriebenen Fahrzeugrädern angeordnet ist. Der Kraft- und Momentenfluss kann auf dem Weg vom Antriebsmotor zu den angetriebenen Fahrzeugrädern somit sowohl im Doppelkupplungsgetriebe als auch im zusätzlichen Getriebe über- bzw. untersetzt (nachfolgend einheitlich: übersetzt) werden. Durch geeignete Wahl der Übersetzungen der Getriebestufen des zusätzlichen Getriebes können somit die Gänge des Doppelkupplungsgetriebes mehrfach genutzt werden, abhängig von der Gangzahl des zusätzlichen Getriebes. Somit ist es möglich, eine breite Übersetzungsspreizung des Gesamtgetriebes aus Doppelkupplungsgetriebe und zusätzlichem Getriebe zu erreichen, ohne die Teilgetriebe des Doppelkupplungsgetriebes konstruktiv zu verändert.

Das zusätzliche Getriebe kann zwei oder mehr Gangstufen aufweisen, die jeweils eine Übersetzung von i < 1 (Übersetzung ins Schnelle bei Momentenerniedrigung), i = 1 (Direktgang) oder i > 1 (Übersetzung ins Langsame bei Momentenerhöhung) aufweisen können. Entsprechend der Anzahl der Gangstufen vervielfacht sich die Nutzbarkeit der Gangstufen des Doppelkupplungsgetriebes. Durch die höhere Anzahl von Gangstufen kann der Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs stets im oder nahe seines Verbrauchsoptimums betrieben werden. Somit bewirkt die Erfindung eine Verbrauchsreduzierung gegenüber Fahrzeugen mit einem nicht erfindungsgemäßen Antriebstrang.

Prinzipiell kann das zusätzliche Getriebe im Kraft- und Momentenfluss vor oder nach dem Doppelkupplungsgetriebe angeordnet sein.

In einer Ausführungsform ist das zusätzliche Getriebe im Kraft- und Momentenfluss zwischen Doppelkupplungsgetriebe und angetriebenen Fahrzeugrädern, also nach dem Doppelkupplungsgetriebe als ein so genanntes Nachschaltgetriebe angeordnet. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass an der Getriebeeingangswelle des Nachschaltgetriebes zwar ein in der Regel bereits durch die Getriebestufen des Doppelkupplungsgetriebes erhöhtes Moment, jedoch eine gegenüber der Antriebsmotordrehzahl reduzierte Eingangsdrehzahl anliegt. Die im Nachschaltgetriebe verwendeten Lager werden durch relativ niedrige Drehzahlen somit nur gering beansprucht und können dementsprechend dimensioniert werden. Dies führt zu einer kostengünstigen Ausführung der entsprechenden Lagerung der Wellen im Nachschaltgetriebe. Zudem wird das Doppelkupplungsgetriebe nur mit dem vom Antriebsmotor abgegebenen Moment und nicht mit einem durch ein Vorschaltgetriebe erhöhten Moment beaufschlagt.

In einer weiteren Ausführungsform weist das zusätzliche Getriebe in einem Schaltzustand ein Übersetzungsverhältnis von i = 1 auf. Dieses als Direktgang bezeichnete Übersetzungsverhältnis hat den Vorteil, dass die Eingangs- und die Ausgangswelle des zusätzlichen Getriebes miteinander verblockt werden und damit ein Kraft- und Momentenfluss wirkungsgradgünstig erzielt werden kann. Die Übersetzungsspreizung des Gesamtgetriebes, bestehend aus Doppelkupplungsgetriebe und zusätzlichem Getriebe, entspricht bei einem Schaltzustand des zusätzlichen Getriebes mit dem Übersetzungsverhältnis i = 1 der Übersetzungsspreizung des Doppelkupplungsgetriebes.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das zusätzliche Getriebe in einem Schaltzustand ein Übersetzungsverhältnis von i > 1 auf. Obgleich auch – wie bereits erwähnt – eine Übersetzung ins Schnelle (i < 1) möglich ist, bietet eine Übersetzung ins Langsame (i > 1) den Vorteil einer Momentenerhöhung, welches insbesondere Anfahrvorgänge oder das Beschleunigungsverhalten von Kraftfahrzeugen maßgeblich positiv beeinflussen kann.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das zusätzliche Getriebe einen Schaltzustand mit einem Übersetzungsverhältnis auf, bei dem das Gesamtübersetzungsverhältnis aus Doppelkupplungsgetriebe und zusätzlichem Getriebe bei jedem beliebig gewählten Gang des Doppelkupplungsgetriebes größer ist, als die größte Übersetzung des Doppelkupplungsgetriebes (erster Gang) bei eine Übersetzung von i = 1 des zusätzlichen Getriebes. Bei dieser Ausführungsform ist somit stets folgenden Gleichung erfüllt: iDKGx·iZG > 1 > iDKGmax wobei:

i_DKGx:: Übersetzung des Doppelkupplungsgetriebes in Gang x,
i_{ZG > 1}:: Übersetzung des zusätzlichen Getriebes mit eine Übersetzung i > 1,
i_DKGmax:: maximale Übersetzung des Doppelkupplungsgetriebes (kleinster Gang).

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Spreizung des zusätzlichen Getriebes etwas größer als die Spreizung des Doppelkupplungsgetriebes. In diesem Fall dient das zusätzliche Getriebe als echte Range-Gruppe. Ist die Spreizung des zusätzlichen Getriebes kleiner als die Spreizung des Doppelkupplungsgetriebes, werden nicht alle Gänge des Doppelkupplungsgetriebes in allen Übersetzungsbereichen des zusätzlichen Getriebes genutzt.

Das zusätzliche Getriebe kann als ein Automatikgetriebe oder als ein automatisiertes Schaltgetriebe ausgeführt sein. Beide Arten von Getrieben bieten den Vorteil, ohne nennenswerten Kraftaufwand eines Fahrers des Kraftfahrzeugs betätigt werden zu können. Zudem ist eine automatisch durchgeführter Gangwechsel mit einer entsprechenden Regelung bzw. Steuerung besser kontrollierbar, so dass Fehl- oder Schlechtbedienungen regelmäßig vermieden werden können. Gleichwohl ist ein manueller Gangwechsel durch den Fahrer im Rahmen der Erfindung auch möglich.

Ein als Planetengetriebe ausgeführtes zusätzliches Getriebe bietet die Möglichkeit, einen Gangwechsel unter Last, d.h. bei fortwährender Momentenübertragung vornehmen zu können. Hierzu sind Planetengetriebe in der Regel mit Reibkupplungen und/oder Bremsen in Form von Lamellenpaketen ausgestattet, die nass, also ölumspült, oder trocken betrieben werden. Durch zeitgleiches Öffnen und Schließen von Lamellenpaketen kann ein Gangwechsel unter Last realisiert werden. Wirkungsgrad mindernd wirkt sich jedoch das Aufbringen und Aufrechterhalten der zum Zuspannen der Lamellenpakete benötigten, in der Regel hydraulisch übertragenen Kraft aus.

Vom mechanischen Wirkungsgrad günstiger ist eine nicht lastschaltbare Kupplung, beispielsweise eine Klauenkupplung oder eine Schaltmuffenkupplung jeweils mit Synchronisiereinrichtung.

Das zusätzliche Getriebe kann auch in Form eines Vorgelegewellengetriebes ausgeführt sein. Der Gangwechsel erfolgt entweder über eine manuell oder mittels eines hydraulischen bzw. elektromagnetischen Stelleantriebes betätigten Schalteinrichtung. Vorgelegewellengetriebe können kostengünstig evtl. mit Gleichteilen aus den Teilgetrieben des Doppelkupplungsgetriebes hergestellt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung liegen zumindest teilweise zwischen benachbarten Gangstufen des Doppelkupplungsgetriebes geometrische Stufensprünge vor. Dies bewirkt, dass vor und nach einem Gangwechsel des zusätzlichen Getriebes beim Durchschalten der Gänge des Doppelkupplungsgetriebes vom kleinsten bis zum größten Gang gleiche bzw. ähnliche Gangübersetzungsstufen vorliegen. Dies erhöht den Fahrkomfort des Fahrzeugs, da eine progressive Gangabstufung im Doppelkupplungsgetriebe zu einem Sprung in der Gangabstufung nach dem Gangwechsel im zusätzlichen Getriebe führen würde.

Nachfolgend werden zwei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Antriebstrangs anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:
1: einen schematisch dargestellten, erfindungsgemäßen Antriebstrang mit einem Nachschaltgetriebe in Planetenradbauweise und
2: ein schematisch dargestelltes Nachschaltgetriebe des erfindungsgemäßen Antriebstranges in Vorgelegewellenbauweise.
In 1 ist ein erfindungsgemäßer Antriebstrang 1 eines nicht weiter dargestellten Nutzfahrzeugs mit einem Doppelkupplungsgetriebe 15 und einem dem Doppelkupplungsgetriebe 15 nachgelagerten Nachschaltgetriebe 50 dargestellt.
Die Kurbelwelle 8 eines Verbrennungsmotors 5 ist mit einem Eingang 11 eines Getriebes 10 antriebsverbunden. Das in 1 getrennt vom Motor 5 dargestellten Getriebe 10 kann selbstverständlich auch mit dem Gehäuse des Motors 5 verblockt sein. Der Ausgang 12 des Getriebes 10 ist über eine Getriebeabtriebswelle 13 mit einem Achsdifferential 40 verbunden, von dem seitlich Gelenkwellen 41 abgehen, die mit Fahrzeugrädern 42 einer angetriebenen Fahrzeugachse verbunden sind.
Das Getriebe 10 weist ein Doppelkupplungsgetriebe 15 auf, welches in 1 schematisch als zwei parallel angeordnete Teilgetriebe 20, 30 mit je einer Kupplung 21; 31 dargestellt ist. Bei bauraumoptimierter Ausführung eines Doppelkupplungsgetriebes 15 werden die Kupplungen 21, 31 jedoch in der Regel koaxial mit von einander beabstandeten Vorgelegewellen 22, 32 ausgeführt werden.
Die beiden Teilgetriebe 20, 30 sind abtriebsseitig über eine Zentralwelle 35 miteinander verbunden. Diese Zentralwelle 35 ist zugleich die Eingangswelle 51 des Nachschaltgetriebes 50.
In 1 sind das Nachschaltgetriebe 50 und das Doppelkupplungsgetriebe 15 in einem gemeinsamen Gehäuse 57 angeordnet, wobei die beiden Getriebe 15, 50 durch eine Gehäusewand 58, in der die Eingangswelle 51 des Nachschaltgetriebes 50 gelagert ist, räumlich getrennt sind. Möglich ist jedoch auch eine Ausführung des Antriebstrangs 1 mit vollständig von einander getrennten Getrieben 15, 50. So könnte beispielsweise das Nachschaltgetriebe 50 gegenüber der in 1 dargestellten Anordnung infolge eines vorgegebenen engen Einbauraums oder einer speziellen erforderliche bzw. erwünschten Gewichtsverteilung im Fahrzeug in Richtung Achsdifferential 40 verschoben ausgeführt oder gar mit diesem verbunden sein.
Das Nachschaltgetriebe 50 ist in Form eines Planetengetriebes ausgeführt. Dabei trägt die koaxial zur Getriebeausgangswelle 13 angeordnete Eingangswelle 51 ein Sonnenrad 52. In üblicher Weise kämmt das Sonnenrad 52 mit mehreren um das Sonnenrad 52 verteilt angeordneten Planetenrädern 53, die wiederum radial außen mit einem Hohlrad 55 kämmen. Dabei sind die Planetenräder 53 drehbeweglich auf einem Planetenträger 54 gelagert. Dieser Planetenträger 54 ist kraftschlüssig und drehfest mit der Getriebeabtriebswelle 13 verbunden.
Der Planetenträger 54 ist zudem mit dem gegenüber dem Gehäuse 57 drehbar gelagerten Hohlrad 55 kraftschlüssig und drehbeweglich verbindbar. Über eine Schalteinrichtung 56 kann das Hohlrad 55 wahlweise entweder mit dem Planetenträger 54 und damit mit der Getriebeabtriebswelle 13 oder mit dem Gehäuse 57 des Nachschaltgetriebes 50 drehfeste verbunden werden. Die Schalteinrichtung 56 weist dazu in 1 nicht dargestellte Synchronisiereinrichtungen auf, die jeweils eine Anpassung der Drehzahlen der jeweils beteiligten Wellen 13, 55, 57 aneinander bewirken.
Eine drehfeste Verbindung zwischen Planetenträger 54 und Hohlrad 55 bewirkt, dass der Planetenträger 54 nicht mehr im Hohlrad 55 abrollen kann. Planetenträger 54 und Hohlrad 55 sind stattdessen miteinander verblockt. Dadurch rotieren Getriebeeingangswelle 51 und Getriebeabtriebswelle 13 mit der selben Drehzahl. Dadurch kann eine Übersetzung von i = 1 im Nachschaltgetriebe 50 realisiert werden.
Eine drehfeste Verbindung zwischen Hohlrad 55 und Gehäuse 57 des Nachschaltgetriebes 50 über eine in 1 nach rechts verschobene Stellung der Schaltmuffe 56 bewirkt, dass das Hohlrad 55 mit dem Gehäuse 57 des Nachschaltgetriebes 50 verblockt ist und sich somit nicht gegenüber diesem drehen kann. Damit rollen die Planetenräder 53 im Hohlrad 55 ab, sobald sie vom Sonnenrad 52 angetrieben werden. Der Planetenträger 54 wird über die Lagerung der Planetenräder 53 in Rotation versetzt, wodurch die Getriebeabtriebswelle 13 angetrieben wird und somit auch die Fahrzeugräder 42 angetrieben werden. Über die geometrische Gestaltung der Teilkreise von Sonnen-, Planeten- und Hohlrad 52, 53, 55 zueinander ist das Übersetzungsverhältnis des Nachschaltgetriebes 50 bestimmt.
In 2 ist ein Nachschaltgetriebe 50 in Form eines Vorgelegewellengetriebes 60 dargestellt. Die Eingangswelle 61 ist mit einem Stirnrad 62 drehfest verbunden. Dieses Stirnrad 62 kämmt mit einem Eingangszahnrad 63, welches drehfest mit einer parallel zur Eingangswelle 61 angeordneten und gegenüber dem Gehäuse 57 drehbar gelagerten Vorgelegewelle 64 verbunden ist. Ein mit der Vorgelegewelle 64 ebenfalls drehfest verbundenes Ausgangszahnrad 65 kämmt mit einem Losrad 66, welches koaxial zur Getriebeabtriebswelle 13 angeordnet und ebenfalls am Gehäuse 57 drehbeweglich abgestützt ist.
Über die in 2 dargestellte rechte Stellung der Schaltmuffe der Schalteinrichtung 56 ist das Losrad 66 mit der Getriebeabtriebswelle 13 verbindbar. Eine ggf. notwendige Synchronisiereinrichtung zur Anpassung der Drehzahlen der rotierenden Bauteile ist, wie auch in 1, nicht dargestellt. Über das Stirnrad 62, die Vorgelegewelle 64 und das Losrad 66 ist die Eingangswelle 61 mit der Getriebeabtriebswelle 13 unter Drehzahlerniedrigung und gleichzeitiger Momentenerhöhung (i > 1) verbunden.
Über eine linke Stellung der Schaltmuffe der Schalteinrichtung 56 ist das Stirnrad 62 und damit die Eingangswelle 61 mit der Getriebeabtriebswelle 13 verblockbar. Damit lässt sich auch mit dem Vorgelegewellengetriebe 60 eine Direktgang (i = 1) verwirklichen.
Zur Entlastung beispielsweise der Lagerung der Vorgelegewelle 64 können eine weitere oder mehrere zusätzliche Vorgelegewellen im Nachschaltgetriebe 60 vorgesehen sein.
Sowohl bei einem Nachschaltgetriebe 50 gem. Darstellung in 1 als auch bei einem in 2 dargestellten Nachschaltgetriebe 60 wird ein Schaltvorgang über die Schalteinrichtung 56 im Nachschaltgetriebe 50, 60 in der Regel dadurch eingeleitet, dass beide Kupplungen 21, 31 des Doppelkupplungsgetriebes 15 in eine geöffnete Stellung verbracht werden und somit keine Momentübertragung vom Antriebsmotor 5 zum Nachschaltgetriebe 50 mehr stattfinden kann. Sodann wird die Schaltmuffe 56 von der einen ausgelenkten Stellung über eine Neutralstellung in die andere ausgelenkte Stellung verbracht. Dieser Schaltvorgang kann manuell, pneumatisch oder hydraulisch unterstützt erfolgen. Auch eine über einen Elektromotor vorgenommene Verstellung der Schaltmuffe 56 ist möglich.

Claims

Antriebstrang (1) eines Kraftfahrzeugs mit einem Antriebsmotor (5), einem Doppelkupplungsgetriebe (15) und angetriebenen Fahrzeugrädern (42), gekennzeichnet durch ein zusätzliches, zwischen dem Antriebsmotor (5) und den angetriebenen Fahrzeugrädern (42) angeordnetes Getriebe (50) mit mindestens zwei Schaltzuständen unterschiedlicher Übersetzung.
Antriebstrang (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Getriebe (50) im Kraft- und Momentenfluss zwischen Doppelkupplungsgetriebe (15) und angetriebenen Fahrzeugrädern (42) angeordnet ist.
Antriebstrang (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Schaltzustand das zusätzliche Getriebe (50) ein Übersetzungsverhältnis von i = 1 aufweist.
Antriebstrang (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Schaltzustand das zusätzliche Getriebe (50) ein Übersetzungsverhältnis von i > 1 aufweist.
Antriebstrang (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Getriebe (50) ein Automatikgetriebe oder ein automatisiertes Schaltgetriebe ist.
Antriebstrang (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Getriebe (50) als Planetengetriebe ausgeführt ist.
Antriebstrang (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Getriebe (50) als Vorgelegewellengetriebe ausgeführt ist.
Antriebstrang (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorgelegewellengetriebe mehr als eine Vorgelegewelle aufweist.
Antriebstrang (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in Teilen zwischen benachbarten Gangstufen des Doppelkupplungsgetriebes (15) geometrische Stufensprünge vorliegen.
Antriebstrang (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizung des zusätzlichen Getriebes (50) größer ist als die Spreizung des Doppelkupplungsgetriebes (15).
Antriebstrang (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Doppelkupplungsgetriebe (15) und das zusätzliche Getriebe (50) zumindest teilweise von einem gemeinsamen Gehäuseteil (57) umgeben sind.