DE102010052262A1 - Lastschaltgetriebe und Hybridanordnung mit Leistungsverzweigung - Google Patents

Abstract

Beschrieben wird ein klauenschaltbares Mehrganggetriebe mit systematischer Zugkraftüberbrückung. Der Kraftfluss erfolgt nach eingangsseitiger Leistungsverzweigung über zwei Nebenwellen, die anteilig über je eigene Übersetzungspfade Leistung auf die Ausgangswelle übertragen. Für den Lastschaltvorgang wird der Kraftfluss jeweils an einer Nebenwelle durch dosiertes Anlegen eines kompensierenden Verzögerungsmoments kurz getrennt und nach dem Prinzip des Waagebalkens über einen schnellen Regelkreis für den vorgewählten Übersetzungspfad aktiv synchronisiert. Eine passive Reibsynchronisierung entfällt. Der andere Strang überträgt in dieser Zeit weiterhin Leistung, wobei das Zweigmoment durch Überschussenergie aus dem Schwungrad dynamisch verbessert wird. Das Verzögerungsmoment kann vorteilhaft durch Regelbremsen oder elektromagnetisch erzeugt werden. Bei Anordnung eines elektrischen Motorgenerators an jeder Nebenwelle entsteht ohne weiteren mechanischen Aufwand eine symmetrische und hochgradig flexible Vollhybrid-Anordnung, die insbesondere auch alle mechanischen Übersetzungspfade wahlweise für einen Parallelbetrieb und einen Mischbetrieb (elektrisches CVT) vorteilhaft nutzen kann. Das erfindungsgemäße Getriebe erzielt nicht nur elektrisch, sondern auch mechanisch hohe Wirkungsgrade, da es ohne die verlustträchtigen Lamellensätze (Planetenautomaten), Reibkupplungen mit ständiger Axiallast (Doppelkupplungsgetriebe) und Zugmittel (CVT) vergleichbarer bekannter Ansätze auskommt.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein leistungsverzweigtes lastschaltbares Automatikgetriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit einem als Verbrennungsmotor (VM) ausgebildeten Antrieb, enthaltend ein Verteilergetriebe (D), das das durch den Antrieb auf die Eingangswelle (EW) übertragene Drehmoment (M) auf mindestens zwei über Nebenwellen (NW) führende Leistungszweige verteilt.
• Technisches Umfeld der Erfindung sind automatische Schaltgetriebe für Verbrennungsmaschinen (VM). Da unvermittelt auftretende Zugkraftunterbrechungen bei selbsttätig schaltenden Getrieben als unangenehm empfunden werden, stellt sich für Automatikgetriebe die Aufgabe, bei überschaubarem konstruktiven Aufwand und möglichst geringen Leistungseinbußen eine gleichmäßige Zugkraftüberbrückung während des Schaltvorgangs zu realisieren. Neben einem guten Fahrkomfort ergibt sich daraus auch ein verbessertes Beschleunigungsverhalten.
• Ein weiteres Aufgabenfeld für automatische Schaltgetriebe stellen hybride Antriebstechnologien dar. Grundlegende Aufgabe ist hier die Integration mindestens eines weiteren – in der Regel elektrischen – An- und Abtriebsstrangs unter der Vorgabe, mit vertretbarem Bauaufwand möglichst viele sogenannte Hybridfunktionen zu realisieren. Dabei wird in diesem Dokument zwischen einem „Mischbetrieb” und einem „Parallelbetrieb” unterschieden, wobei unter Mischbetrieb der gemeinsame Betrieb der VM mit einer generatorischen und einer motorischen Komponente zu verstehen ist, und unter Parallelbetrieb der gemeinsame Betrieb der VM mit mindestens einer motorisch oder generatorisch wirkenden Komponente. Übliche Anforderungen an ein Hybridkonzept mit E-Motor/Generator-Kombination, im Weiteren in diesem Dokument kurz als EMG bezeichnet, sind:
• – Anlassen des Verbrennungsmotors im Stand (Parallelbetrieb oder Mischbetrieb)
• – Rein elektrischer Vorwärts/Rückwärtsbetrieb (typisch: Parallelbetrieb)
• – Intervallbetrieb, Start-Stop-Betrieb und „Segeln” = An- und Abstellen der VM während der Fahrt (typisch: Parallelbetrieb)
• – Lastverbund = Boosten (Parallelbetrieb, auch Mischbetrieb)
• – Lastabnahme = Ladebetrieb (Parallelbetrieb, auch Mischbetrieb)
• – Rekuperation = Verwertung von Brems- und Schaltüberschussenergie (Parallelbetrieb, auch Mischbetrieb)
• – elektrisches CVT = EMG als Wandler (typisch: Mischbetrieb)
• Stand der Technik
• Hinsichtlich der Ausführung unterscheidet man bei Automatikgetrieben grob zwischen den älteren Planetenautomaten-(PAG) und den neueren Doppelkupplungsgetrieben (DKG).
• PAG eignen sich gut für die Übertragung hoher Leistungen, erzielen aber einen eher bescheidenen Wirkungsgrad, da die zahlreichen nassen Lamellenkupplungen und -bremsen im geöffneten Zustand erhebliche Planschverluste durch Scherung und Umwälzung des viskosen Schmiermittels mit sich bringen. Auch ist die Gangabstufung nicht beliebig wählbar, sondern durch die Schaltlogik der Planetensätze prinzipbedingt etwas eingeschränkt. Weitere systematische Verluste ergeben sich durch den üblicherweise zur Umsetzung der Anfahrfunktion verbauten hydrodynamischen Drehmomentwandler.
• Bei Doppelkupplungsgetrieben (DKG) sind die Übersetzungspfade für die Gangfolge abwechselnd auf zwei durch Kupplungen abtrennbare Antriebswellen verteilt, und die Zugkraftüberbrückung wird durch ineinander fließendes Umkuppeln zwischen den Wellen in Verbindung mit synchronisierten Schalträdern realisiert. DKG erzielen systematisch geringere Verlustleistungen als Planetenautomaten, da hier erstens kein Wandler verbaut wird und zweitens bei nasser Ausführung der Kupplungen jeweils nur eine Lamellenkupplung von den genannten Verlusten durch das viskose Schmiermittel betroffen ist, bei trockener Ausführung hingegen gar keine.
• Nachteilig bei DKG sind hingegen die verschleißanfälligen sowie bau- und raumaufwändigen passiven Synchronisiereinrichtungen und der enorme Regelaufwand, da drei aktive Stellelemente (zwei Kupplungen und der Verbrennungsmotor) sehr fein aufeinander abgestimmt werden müssen. Bei nasser Ausführung sind Scherverluste durch die offene Kupplung in Kauf zu nehmen, bei trockener Ausführung, die von einer Kupplung her ständig ausgehende Axialkraft und eine hohe Beanspruchung der Kupplungsbeläge.
• Einige dieser Probleme vermeidet das in DE 19952535 A1 (VW) beschriebene klauengeschaltete DKG, in dem die beiden Kupplungen jeweils nur die kleinste und größte Übersetzung direkt schalten und für alle anderen Übersetzungen durch partielles Schließen ein reibschlüssiges auf den Schaltstrang zurückwirkendes Zug- bzw. Schubmoment erzeugen, das eine aktive Synchronisierung aller Schaltvorgänge ermöglicht. Ein aktiv synchronisiertes DKG ist ferner aus US 5603242 A bekannt. Die Synchronisierfunktion wird hier durch einen zwischen die beiden Antriebswellen geschalteten E-Motor übernommen.
• Eine antriebsseitige Leistungsverzweigung wird gewöhnlich verwendet, um unterschiedliche Getriebearten (z. B. DE 10 2006 013 180 , LUK) oder Antriebe in Hybridanordnungen miteinander zu koppeln.
• Im Bereich der Integration hybrider Antriebe konkurrieren derzeit leistungsverzweigte Ansätze (Mischhybride) mit rein parallelen Ansätzen (Mildhybrid, Parallelhybrid). Dabei geht der Trend dahin, dass man versucht, die immanenten Verluste des elektrischen Strangs auf dem Wege der Übersetzungsanpassung zu minimieren. So beschreibt DE 10 2006 059 005 B4 (Hytrac) einen leistungsverzweigten Mischhybridantrieb mit zwei elektrischen Maschinen, bei dem auch eine Schaltfunktion zur besseren Anpassung an unterschiedliche Fahrbereiche integriert ist. Und WO 2006/048126 A1 (Daimler) beschreibt verschiedene Varianten eines auch mehrfach leistungsverzweigten Schaltgetriebes, das durch Schaltfunktionen eine ähnliche Bereichsaufteilung vornimmt.
• Es sind auch lastschaltbare Mehrganggetriebe mit abtriebsseitiger Leistungsverzweigung bekannt. In den Ansätzen DE 10 2005 018 978 A1 und DE 10 2006 015 661 A1 sind DKG beschrieben, die eine Leistungsverzweigung in Form eines verblockbaren Summierungsgetriebes verwenden, um die parallelen Momente in Kraftflussrichtung vorgeordneter Teilgetriebestränge mit passiver Synchronisation in lastschaltbarer Weise zusammenzuführen.
• Aufgabenstellung
• Wichtigstes Optimierungskriterium für lastschaltbare Automatikgetriebe ist die Eindämmung der Verlustleistung. Zudem wirkt sich ein Übergang von passiver zu aktiver Synchronisierung vereinfachend auf die Konstruktion aus. Ein großer Gewinn lässt sich daher durch eine Verlagerung der gesamten aktiven Lastschaltsynchronisierung in den Trockenraum erzielen. Eine derartige Synchronisierung kann grundsätzlich durch Kupplungen oder Bremsen auf dem Wege des Reibschlusses oder durch eine Zusatzmomentvorrichtung wie sie ein EMG darstellt (vgl. US 5603242 A ) bewerkstelligt werden.
• Für eine reibschlüssige Synchronisierung sind vom konstruktiven Standpunkt her Bremsen gegenüber Kupplungen zu bevorzugen, da diese einfacher und kostengünstiger ausführbar sind. In Trockenbauweise bietet zudem der unkomplizierte Austausch der Verschleißteile Vorteile.
• Der vorliegenden Erfindung liegt daher primär die Aufgabenstellung zugrunde, ein robustes, klauengeschaltetes und auch für hohe Leistungen dimensionierbares Mehrganggetriebe mit sehr hohem Wirkungsgrad zu schaffen, unter der Maßgabe, dass der Lastschaltvorgang durch herstellungs- und wartungsgünstige Trockenbremsen darstellbar und aktiv synchronisierbar ist.
• Bei aktiver Synchronisierung durch eine komplexere Zusatzmomentvorrichtung ist es hingegen wünschenswert, diese im Rahmen eines Hybridkonzepts weitergehend nutzen zu können.
• Eine zweite Aufgabenstellung für die Erfindung besteht demnach darin, eine ideale Hybridanordnung zu finden, die die Vorteile eines mehrgängigen Lastschaltgetriebes mit den Vorteilen sowohl eines Parallelhybrids als auch eines Mischhybrids verbindet und die eingangs genannten Hybridfunktionen bauraumgünstig und ohne reibende Schaltelemente darstellen kann.
• Lösungsbeschreibung
• Die Erfindung löst die genannten Aufgabenstellungen allgemein durch Ausbildung eines leistungsverzweigten, lastschaltbaren Automatikgetriebes mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Verfahrensweisen für die Erfindung sind durch die Unteransprüche beschrieben.
• Eine zentrale Rolle für den Lastschaltvorgang und dessen Synchronisation spielt die für jeden Leistungszweig auszubildende Zusatzmomentvorrichtung. Da sich in der erfindungsgemäßen Anordnung Lastschaltvorgänge aufgrund der eingangsseitig angeordneten differentiellen Leistungsverzweigung allein über Verzögerungsmomente darstellen und synchronisieren lassen, kann diese Vorrichtung im einfachsten Fall schlicht als Bremse ausgebildet werden, wobei für die durch die Unteransprüche 3 bis 6 beschriebenen Weiterbildungen eine trockene Ausführung gemäß Unteranspruch 7 möglich ist und auch bevorzugt wird.
• Bei Verwendung einer optimierten Regelkurve kann der Lastschaltvorgang gemäß Unteranspruch 9 wie beim DKG energetisch und zeitlich so abgestimmt werden, dass das Beschleunigungsmoment als kontinuierlich empfunden wird. Dabei ergibt sich gegenüber einem DKG der Vorteil, dass untergeordnet zum Verbrennungsmotor jeweils nur ein Stellglied durch den Regelkreis analog gesteuert werden muss. Jenseits des geringeren Bauaufwands erzielt die Erfindung daher auch ein höheres Maß an Robustheit gegenüber einer Fehlfunktion dieses Stellglieds. Ein zusätzlicher Vorteil ergibt sich durch die Art der Lastvermittlung im erfindungsgemäßen Aufbau: Das Stellglied muss bei einem Lastschaltvorgang aufgrund der Leistungsverzweigung nur einen Teil des Energieflusses und des Moments reibschlüssig verarbeiten und wird zudem bei zwei ausgebildeten Leistungszweigen im Schnitt nur bei jedem zweiten Schaltvorgang beansprucht. Ein herkömmliches DKG kuppelt hingegen den gesamten Energiefluss und das volle Moment bei jedem Schaltvorgang über beide Kupplungen um.
• Gemäß Unteranspruch 8 wird außerdem eine Ausbildung der Zusatzmomentvorrichtung als EMG bevorzugt, wodurch die erfindungsgemäße Anordnung eine Fülle an weitergehenden Möglichkeiten gewinnt. Da eine solche Vorrichtung sowohl ein Brems- als auch ein Antriebsmoment erzeugen kann und zudem eine ausgezeichnete Regelcharakteristik aufweist, lässt sich die Erfindung in Verbindung mit den üblichen Speichertechnologien für elektrische Energie zu einer sehr flexiblen Hybridanordnung weiterbilden.
• Mit Blick auf die zweite Aufgabenstellung deckt die beanspruchte Anordnung nicht nur alle eingangs angeführten Hybridfunktionen für den Parallel- und Mischbetrieb mühelos ab, sie hat mit ihrem ausgewogenen Design auch den Vorteil, dass die elektrischen Zweige alle mechanischen Übersetzungspfade in vollem Umfang nutzen und auch alle mechanischen Zweige von den elektrischen Zweigen ohne jeglichen weiteren mechanischen Bauaufwand profitieren können. Aufgrund dieser Flexibilität können die elektrischen Maschinen samt Steuerung anders als in bekannten Hybridkonzepten mit entsprechend schmalbandiger Moment- und Drehzahlcharakteristik ausgelegt werden, wodurch sich Leistungs-, Bauraum- und Wirkungsgradvorteile ergeben.
• Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausgestaltungen und Verfahrensweisen der Erfindung sind der nachfolgenden genaueren Beschreibung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele und der Zeichnung zu entnehmen.
• Zeichnungsbeschreibung
• Zum besseren Verständnis der Erfindung ist diese in beispielhafter, nicht beschränkender Auswahl und Kombination der bevorzugten Ausbildungsmerkmale in der Zeichnung dargestellt sowie anhand verschiedener Schemata und Funktionsdiagramme exemplarisch weiter charakterisiert oder ausgestaltet. Wichtige Bezugszeichen werden in der Zeichnung durchgängig verwendet.
• 1 zeigt das Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen leistungsverzweigten Lastschaltgetriebes mit einem eingangsseitigen Verteilergetriebe (D) für zwei Leistungszweige, Teilgetrieben (TG_i) mit Nebenwellen (NW_i) und Zusatzmomentvorrichtungen (ZMV_i) sowie Übersetzungspfaden (UP_i,j) zwischen den Nebenwellen und der Ausgangswelle (AW) und einem Verblockungspfad (VP) zwischen den Nebenwellen.
• 2 zeigt eine beispielhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Getriebes mit einem Planetensatz (6a, 6b, 6c) als Verteilergetriebe, wobei die Momentunterschiede der beiden Leistungszweige durch eine nachfolgende Übersetzung auf zwei parallele Nebenwellen (8, 9) ausgeglichen werden können. Die Übersetzungspfade nutzen (gemäß Unteranspruch 5) Zahnräder auf der Ausgangswelle (7) gemeinsam. Zahnrad 7a kann zudem auch mit dem räumlich versetzten Abtrieb (7b) kämmen. Die Zusatzmomentvorrichtungen sind gemäß Unteranspruch 7 als trockene Scheibenbremsen (B1, B2) ausgebildet. Die auf einen Quereinbau abzielende, sehr kurz bauende Anordnung ist in 2a als 5+R-Getriebe schematisiert und in 2b unter Ausführung eines Verblockungspfads (11a, 11b, 11c) als 7+R-Getriebe.
• 3 schematisiert die Schaltlogik der in 2 dargestellten Ausführungsbeispiele. Dabei zeigt 3a insbesondere einen Gang 3+, der als Ziel für einen mittleren Kickdown von Gang 5 in Frage kommt und 3b das erweiterte Schaltschema bei Nutzung des Verblockungspfads.
• 4 zeigt eine beispielhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Getriebes zu einer Hybridanordnung mit zwei zu einem erweiterten Stirnraddifferential (2) kombinierten Planetensätzen, deren Hohlräder (2f, 2g) gemäß Unteranspruch 4 die nass laufenden Rotoren der EMG (31, 41) tragen. Der Verbrennungsmotor kann hier durch eine Klauenkupplung (1a, 1b) zugeschaltet werden. Die auf einen Längseinbau abzielende Anordnung mit gleichachsiger Führung der Nebenwellen (3, 4) ist in 4a als 6-Gang-Getriebe und in 4b als 7-Gang-Getriebe mit Verblockungspfad (11) dargestellt.
• 5 zeigt eine beispielhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Getriebes zu einer Hybridanordnung mit einem gewöhnlichen Stirnraddifferential (2) gemäß Unteranspruch 3. Die Rotoren der EMG (31, 41) sind hier für einen trockenen Umlauf zu beiden Seiten der Hauptachse herausgeführt und stehen in festem Verbund mit den Nebenwellen (3, 4). Bei der sehr kurz bauenden und auf einen Quereinbau abzielenden Glockenläufer-Anordnung werden der Abtrieb (13) und das Gehäuse (10) zwischen den beiden EMG herausgeführt. Konkret schematisiert 5a eine Ausführung als 3-Gang-Getriebe. Bei Verwendung einer Verblockung (11) stehen hier bis zu sieben Gänge zur Verfügung. 5b zeigt ferner eine Ausführung, die ohne die nicht einfach im Ölraum auszuführende eingangsseitige Klauenkupplung (1a, 1b) auskommt. Dem ständig angekoppeltem VM stehen hier drei mechanische Vorwärtspfade und ein mechanischer Rückwärtspfad (3d, 5i, 5h) für einen andauernden Mischbetrieb (elektrisches CVT) zur Verfügung. Nach dem Anfahren kann der Antrieb unter Nutzung der Verblockung auch rein über den mechanischen Zweig erfolgen, wofür insgesamt 5 Gänge zur Verfügung stehen. Diese Ausführung ist zudem besonders gut für einen Start-Stop-Betrieb des Verbrennungsmotors in Stadtbereichen und Umweltzonen geeignet, da mit ihr auch ein rein elektrischer Betrieb realisiert werden kann, bei dem der Rückwärtspfad (3d, 5i, 5h) dem gleich übersetzten Vorwärtspfad (4a, 5a) parallel geschaltet wird und der Verbrennungsmotor differentiell stillgelegt ist. 5c zeigt einen radialen Schnitt der Anordnung.
• 6 schematisiert die Gangspreizung und Leistungsgewichtung der Übersetzungen bei Ausführung von zwei Leistungszweigen mit insgesamt sieben Übersetzungspfaden und einem Verblockungspfad für eine hypothetische Auslegung der Erfindung mit 13 Schaltstufen und einem Kickdown-Ziel.
• 7 schematisiert beispielhafte Auslegungen des Verteilergetriebes für eine Ausbildung der erfinderischen Anordnung mit mehr als zwei Leistungspfaden. In 7a ist ein Verteilergetriebe für drei gegeneinander ausbalancierte Leistungszweige gezeigt, das aus drei Differentialen und einem Summierungsgetriebe aufgebaut ist. 7b zeigt eine einfachere hierarchische Leistungsverzweigung in zwei mal zwei Leistungszweige durch drei Differentiale. Der Momentausgleich ist hier nicht streng symmetrisch.
• Ausführungsbeispiel
• Den Ausgangspunkt der Erfindung bildet die eingangsseitige Anordnung eines Verteilergetriebes, die das Moment des Verbrennungsmotors auf in der Regel zwei, mit Blick auf eine NKW-Anwendung (7) gegebenenfalls aber auch drei oder vier, über Nebenwellen geführte Leistungszweige aufteilt. Nimmt man die Kopplung dieser Leistungszweige mit der Ausgangswelle über Teilgetriebe mit schaltbaren Übersetzungspfaden vor, ergibt sich ein verteilter Leistungsfluss, dessen Gewichtung vom Verhältnis der Übersetzungen der geschalteten Übersetzungspfade abhängt. Eine gegebenenfalls unterschiedliche Vorgewichtung der Leistungszweige durch das Verteilergetriebe führt zu unterschiedlichen Momenten an den Nebenwellen und geht als Faktor in die relative Auslegung der Übersetzungspfade, nicht jedoch in die absolute Leistungsgewichtung ein.
• Die Gesamtübersetzung zwischen Eingangswelle und Ausgangswelle errechnet sich als harmonisches Mittel aus den Übersetzungen der Einzelzweige, die in der erfinderischen Anordnung grundsätzlich frei auslegbar sind. Einzig Unteranspruch 5, der eine bauraumverkürzte Variante mit parallelachsiger Anordnung der Nebenwellen und teils gemeinsamer Nutzung von Zahnrädern auf der Ausgangswelle durch mehrere Einzelzweige beschreibt, schränkt diese Freiheit geringfügig ein.
• Die Übersetzungspfade lassen sich mit Blick auf eine Folge von Gesamtübersetzungen so auslegen, dass sich eine reguläre Gangfolge üblicher Spreizung ergibt, wobei die geordneten Übersetzungspfade im Zickzack kombiniert und geschaltet werden (vgl. 3a, 6). Für spezielle Anwendungen, wie der Kickdown- oder Overdrive-Darstellung sind die Übersetzungspfade auch abweichend von dem genannten Schema zu Gesamtübersetzungen kombinierbar, die die Gangfolge erweitern.
• Auf Grundlage der gewählten Anordnung eröffnet sich die Möglichkeit, Schaltvorgänge, die als Wechsel des Übersetzungspfads in einem Leistungszweig dargestellt werden, als Lastschaltvorgänge mit aktiver Synchronisierung auszuführen, indem nur ein einziges Bremsmoment an einer der Nebenwellen eingebracht wird (vgl. Unteranspruch 9).
• Bei Verwendung von erfindungsgemäß bevorzugten trockenen Scheibenbremsen mit Zangengriff, lassen sich höchste Verzögerungen ohne axiale Lagerlasten darstellen. Generell sind natürlich auch andere Arten von Bremsen ausführbar, auch nasse Lamellenbremsen, dann unter Inkaufnahme von Scherverlusten durch das Fluid. Führt man die Verzögerungsvorrichtung im Rahmen einer besonders bevorzugten Ausgestaltung nach Unteranspruch 8 als EMG aus, kann die aus dem Bremsmoment gewinnbare elektrische Energie nicht nur aufgefangen, sondern dem anderen Leistungszweig in Form eines Gleichmoments direkt wieder zugeführt werden, wodurch sich in jeder Fahrsituation perfekte Lastschaltvorgänge realisieren lassen.
• Die folgende Beschreibung des Lastschaltvorgangs nimmt die eingeschränkte Perspektive einer Ausbildung von zwei Leistungszweigen und einer herkömmlichen Bremsung auf einem Leistungszweig ein. Dabei werden die erweiterten Möglichkeiten und Vorteile, die sich durch Einbringung eines Gleichmoments sowie Rekuperation in einem hybriden Aufbau generell ergeben, nicht extra benannt, da sie offensichtlich sind.
• Für den Lastschaltvorgang sind vier Fälle zu unterscheiden, die sich als Kombination der beiden Alternativen Beschleunigung/Verzögerung und Hochschalten/Herunterschalten ergeben.
• Der aus energetischer Sicht wichtigste Fall ist:
• 1. Hochschalten in einer Beschleunigungsphase.
• Die Steuerung des Lastschaltvorgangs hat hier in der erfindungsgemäßen Anordnung die Aufgabe, die Beschleunigung über einen Leistungszweig LZ₁ aufrechtzuerhalten, während sie in dem anderen Zweig LZ₂ auf einen länger übersetzten Pfad umschaltet. Übergeordnet wird in diesem Zeitraum die eingangsseitige Drehzahl (Verbrennungsmotor) reduziert und auf die resultierende Gesamtübersetzung angepasst. Dabei ist die in der Schwungmasse steckende Energie auf dynamischem Wege zur Aufrechterhaltung der Zugkraft nutzbar.
• Der Vorgang im Einzelnen: Die Steuerung beaufschlagt die Nebenwelle von LZ₂ mit einem schnell anwachsenden Bremsmoment. Sobald dieses Moment so groß ist wie das Zweigmoment, ist die Schaltklaue des zu verlassenden Übersetzungspfads kraftfrei und kann gelöst werden. Nächstes Steuerungsziel ist es, die Drehzahl der nun freien Welle auf die Synchrondrehzahl für den vorgewählten länger übersetzten Pfad zu reduzieren. Dazu wird ein Regelkreis eingesetzt, der die Ist-Drehzahl durch fortgesetztes Bremsen in Richtung Solldrehzahl führt und dieser angleicht. Dort angelangt, kann die Schaltklaue des vorgewählten Übersetzungspfads arretiert und das Bremsmoment abgebaut werden.
• Geht man beispielhaft von einer hälftigen Teilung des Eingangsmoments auf die Leistungszweige aus, macht bereits die statische Betrachtung deutlich, dass in der erfindungsgemäßen Anordnung für jeden Schaltvorgang eine Zugkraftüberbrückung in Höhe des halben Moments über LZ₁ zu erwarten ist und somit ein Lastschaltvorgang vorliegt.
• Für die tatsächlich erzielte Zugkraftüberbrückung spielt allerdings der zeitliche Verlauf dieses Vorgangs eine große Rolle. Da sich in einer differentiellen Leistungsverzweigung das Eingangsmoment immer in festem Verhältnis auf die Zweige verteilt, führt die Bremsung in LZ₂ aufgrund des eingangsseitig zum Antriebsmoment hinzukommenden Trägheitsmoments TM der Schwungmasse auf dynamischem Wege zu einer Erhöhung des Zweigmoments in LZ₁. Je höher das Bremsmoment bezogen auf ein festes TM ist, desto höher wird auch das resultierende Zweigmoment in LZ₁. Obwohl die Bremsung einen Teil der Schwungenergie verzehrt, kann der andere Teil mit der gewünschten zugkraftsteigernden Wirkung in LZ₁ genutzt werden. Ausgehend von einem festen Trägheitsmoment und einem geforderten Leistungsfluss über LZ₁ lässt sich unter der Vorgabe, dass die überschüssige Schwungenergie mit Abschluss der Drehzahlanpassung aufgebraucht ist, ein Bremsmomentverlauf berechnen, der den Lastschaltvorgang in der gewünschten Weise optimiert. Ein weiterer Freiheitsgrad ergibt sich, wenn auch das ständig Energie nachliefernde Antriebsmoment des Verbrennungsmotors variiert wird. Er kann dazu genutzt werden, den zeitlichen Rahmen des Vorgangs freier zu gestalten.
• Der dazu komplementäre Fall ist:
• 2. Herunterschalten in einer Verzögerungsphase (Schiebebetrieb).
• Die Aufgabe der Steuerung besteht hier darin, die Verzögerung über den einen Leistungszweig LZ₁ aufrechtzuerhalten, während sie in dem anderen Zweig LZ₂ auf einen kürzer übersetzten Pfad umschaltet. Um Kraftfreiheit für die in LZ₂ zu lösende Schaltklaue herzustellen, kann das im Schiebebetrieb von der Ausgangswelle zurückwirkende Moment über ein gleich hohes Antriebsmoment kompensiert werden. Auch die erforderliche Drehzahlanhebung kann nach Freischaltung der Welle durch die Motorsteuerung vorgenommen werden. Um zu verhindern, dass sich während dieses Vorgangs der (negative) Leistungsfluss an der Ausgangswelle aufgrund des zu überwindenden Trägheitsmoments umkehrt, wird LZ₁ mit einem passenden Bremsmoment beaufschlagt, das die Energiedifferenz aufzehrt. Der Verlauf dieses Bremsmoments lässt sich in ähnlicher Weise optimieren wie im vorgenannten Fall.
• 3. Herunterschalten in einer Beschleunigungsphase (Kickdown).
• Hier sollte die Zugkraft nach Möglichkeit auf die zu erwartende höhere Beschleunigung mit der kürzeren Übersetzung gesteigert werden. Ohne EMG kommt als Energiequelle für die Zugkraftüberbrückung allein der Antrieb (VM) in Betracht, der zudem gegen das Trägheitsmoment der Schwungmasse und den „Ausfall” des zu schaltenden Leistungszweiges arbeiten muss. Es ist jedoch davon auszugehen, dass eine Kickdown-Anforderung entweder aus einem Teillastbereich oder zumindest aus einem Lastbereich heraus erfolgt, der unterhalb des besten Drehmoments des Verbrennungsmotors liegt, sodass das für die Zugkraftüberbrückung in dem ungeschalteten Leistungszweig geforderte zusätzliche Moment aus der Reserve des Antriebs eingebracht werden kann.
• Im einfachsten Fall kann die Steuerung über mehrere Gänge führende Kickdownanforderungen sequenziell darstellen. In der erfindungsgemäßen Anordnung besteht über das „gemäßigte” Zurückschalten hinaus allerdings auch die Möglichkeit, ausgehend von einem höheren Gang (ab 4), einen „mittleren” oder einen „aggressiven” Kickdown auszuführen. Die Steuerung kann also anstatt in dem länger übersetzten Zweig auf die nächst kürzere Übersetzung (gemäßigter Kickdown) zu schalten, für einen aggressiven Kickdown auch die übernächst kürzere Übersetzung sowie für einen mittleren Kickdown auch in dem kürzer übersetzten Zweig die nächst kürzere Übersetzung wählen. Der gemäßigte Kickdown entspricht einem Zurückschalten um einen Gang in der regulären Gangfolge. Die anderen beiden Möglichkeiten führen zu Gesamtübersetzungen, die bezogen auf die reguläre Gangfolge Zwischengänge darstellen.
• Ausgehend von Gang 5 führt ein mittlerer Kickdown (Gang 3+ in 3a) zu einer Gesamtübersetzung, die etwas länger als Gang 3 ist (6), während ein aggressiver Kickdown mit einem etwas verlängerten Gang 2 ausgeführt wird. Der im Allgemeinen relativ schnell folgende, nächste Schaltvorgang nach oben oder (unwahrscheinlich) unten führt dann unmittelbar wieder zur regulären Gangfolge zurück und lässt sich in dem erfindungsgemäßen Aufbau allerdings nur partiell als Lastschaltvorgang realisieren. Da das statische Leistungsgewicht in diesem Fall aber ohnehin vermehrt auf dem nicht geschalteten Zweig liegt (vgl. 6), kann die Steuerung ggf. darauf verzichten, oder sie kalkuliert eine Reserve im Bereich des Antriebsmoments ein.
• Der Lastschaltvorgang an sich sieht mit LZ₂ als geschaltetem Zweig so aus: Der Antrieb maximiert seine Leistung, was sich in beiden Zweigen als erhebliche Verstärkung des Moments auswirkt. Dieses wird in LZ₂ umgehend über ein Bremsmoment kompensiert, bis die Welle frei ist, dann leicht unterkompensiert bis die Synchrondrehzahl für den vorgewählten Übersetzungspfad erreicht ist und dieser zugeschaltet werden kann und schließlich bei ggf. gleichzeitiger Drosselung der Motorleistung ganz abgebaut. Das Bremsmoment in LZ₂ ist zwingend erforderlich, da es das bei LZ₁ ankommende Moment „abstützt” und nur so die gewünschte Zugkraftüberbrückung und Synchronisierung erzielbar ist. Nach Zuschaltung von LZ₂ steht wieder das gesamte Moment des Antriebs zur Verfügung.
• 4. Das Hochschalten in einer Verzögerungsphase, ist an sich kein Lastschaltvorgang im Sinne von „Last”. Die Steuerung strebt hier eine geringere Verzögerung im Schiebebetrieb an und schaltet dafür in einen höheren Gang. Der Schaltvorgang wird bei gedrosseltem Antrieb durch moderates Bremsen im ungeschalten Leistungszweig vermittelt. Unterstützend kann auch eine Bremsung im geschalten Leistungszweig erfolgen.
• Zur weiteren Abstufung der Gangfolge und Erhöhung der erzielbaren Gesamtspreizung (6) lässt sich in einer gemäß Unteranspruch 2 bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ein Verblockungspfad VP (K, 1) zwischen je zwei Nebenwellen anordnen. Dieser kann bei ungleichachsiger Führung der Nebenwellen als klauengeschalteter Zahnradpfad (2b; 11a, 11b, 11c) und bei gleichachsiger Führung als Klauenkupplung (4b; 11) ausgebildet sein. Bei geschaltetem Verblockungspfad darf jeweils nur zwischen einer Nebenwelle und der Ausgangswelle ein Übersetzungspfad geschaltet sein, den dann beide Leistungszweige nutzen.
• Für die Erfindung ist es von wesentlicher Bedeutung, dass auch der Verblockungspfad in der bereits dargestellten Weise für die sequenzielle Gangfolge lastschaltbar ist. Dies wird unmittelbar einsichtig, wenn man sich den Verblockungspfad ersatzweise als zweiten gleichartigen Übersetzungspfad vorstellt, der von der freien Nebenwelle zur Ausgangswelle geschaltet ist. Ausgehend von einer verblockten Schaltstufe sind in der Gangfolge allerdings nur unverblockte Schaltstufen – Schaltstufen für die also nach Lösen der Verblockung auf der freien Nebenwelle ein Übersetzungspfad zugeschaltet wird –, lastschaltbar – im Allgemeinen also die nächst kleinere und die nächst größere Schaltstufe oder Kickdown-Ziele. Verblockte Schaltstufen können in der Gangfolge hingegen jederzeit übersprungen werden. Damit wird bei Ausführung des Verblockungspfads das Schaltschema etwas flexibler. In der erweiterten Gangfolge erfolgt die Synchronisation zwei Mal hintereinander über ein und dieselbe Nebenwelle und Verzögerungsvorrichtung.
• Jenseits einer Verblockung sind auch Sonderschaltungen möglich, bei denen eine Nebenwelle bis zum Stillstand abgebremst und die gesamte Leistung über den anderen Leistungszweig übertragen wird, wobei das Verteilergetriebe (D) als Übersetzungsstufe ins Lange fungiert. Auf diese Weise ließe sich beispielsweise in einem erfindungsgemäßen 6-Gang-Getriebe mit symmetrischer Momentteilung und einer Auslegung der Übersetzungspfade UP_i,j wie in 6, jedoch ohne Verblockungspfad, durch Bremsung von NW₁ und Verwendung des Übersetzungspfads UP_2,3 mit i = 1 ein siebter Gang als Overdrive mit i = 0,5 darstellen und auch gut lastschalten. Eine weitere Sonderschaltung nach diesem Muster wäre eine Darstellung des Rückwärtsgangs durch einen Rückwärtspfad (2a; 9e, 9f). Falls eine Verblockung möglich ist, bietet es sich allerdings an, diese zu nutzen, da dann das Zahnrad für den Rückwärtspfad größer ausgebildet werden kann.
• Für eine Ausbildung der Erfindung ohne EMG ist es dem Konstrukteur grundsätzlich freigestellt, ob er eine Anfahrkupplung in üblicher Ausführung vorsehen wird, oder das Getriebe direkt mit dem VM koppelt und von der Möglichkeit Gebrauch macht, den Anfahrvorgang als Lastschaltvorgang darzustellen. Dies ist grundsätzlich möglich und erfordert zweierlei: die leistungsgerechte Auslegung einer Bremse als Anfahrbremse (2; 8f, 10a) und eine vergrößerte Spreizung. Die größere Spreizung, entsprechend einem zusätzlichen vergleichsweise kurz übersetzten Gang, muss in Kauf genommen werden, da für den Anfahrvorgang nur das Moment eines Leistungszweigs zur Verfügung steht und dieser Umstand durch stärkere Übersetzung wettgemacht werden muss. Für diesen Fall bietet es sich an, das Verteilergetriebe als einfachen Planetensatz auszubilden und den Momentunterschied zwischen Sonnenrad und Hohlrad für die Leistungszweige dahingehend auszunutzen, dass der Anfahrzweig mit dem höheren Hohlradmoment vorgewichtet wird und der beim Anfahren gebremste Zweig mit dem geringeren Sonnenradmoment (in 2 so nicht dargestellt).
• Wird hingegen eine Anfahrkupplung vorgesehen, kann der Anfahrvorgang über beide Leistungszweige mit vollem Moment erfolgen. Da die beiden Bremsen dann nur für den weniger energieintensiven Lastschaltvorgang eingesetzt werden, wäre tendenziell eher eine annähernd symmetrische Vorgewichtung der Leistungszweige bei gleicher Auslegung der Bremsen zu bevorzugen.
• Bei Ausbildung der Erfindung entlang Unteranspruch 8 mit EMG in allen Zweigen erfüllt diese sämtliche Anforderungen sowohl einer parallelhybriden als auch einer mischhybriden Anordnung. Die Darstellung von Lastschaltvorgängen erfolgt dann im Mischbetrieb, während für andere Funktionen, je nach Anforderung und Zielsetzung der Steuerung, auch der leistungsstärkere Parallelbetrieb aller Antriebe oder allein des elektrisches Zweiges nutzbar ist.
• Im Zusammenspiel mit einer konventionellen Anfahrkupplung bietet die Anordnung allein für die Anfahrfunktion bereits eine enorme Funktionsvielfalt: Sie kann rein elektrisch, rein mechanisch, im Mischbetrieb und im Parallelbetrieb dargestellt werden. Darüber hinaus kann der Verbrennungsmotor je nach Fahrzyklus jederzeit ohne aufwendige aktive Synchronisation schnell zu- und abgeschaltet werden, wobei wiederum die Auswirkung der passiven Synchronisation auf die Zugkraft aktiv kompensierbar ist.
• Für eine hybride Ausbildung der Erfindung mit großer Batteriekapazität hat der Konstrukteur mit Blick auf einen länger periodischen Start-Stop-Betrieb des Verbrennungsmotors auch die Möglichkeit, eine einfache Klauenkupplung (1a, 1b) zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe anzuordnen und diese über einen EMG im Sinne eines Lastschaltvorgangs aktiv zu synchronisieren. Um den Verbrennungsmotor zuzuschalten, schaltet man unter Umgewichtung der Last eine Nebenwelle frei und benutzt den dortigen EMG, um die Wellendrehzahl unter Umkehrung der Drehrichtung so einzustellen, dass am Eingang des Verteilergetriebes die summierte Drehzahl Null resultiert. Dann schaltet man den VM zu und schleppt diesen über eine Bremsung (Generatorbetrieb) des EMG an. Im weiteren Verlauf kehrt sich die Drehrichtung der Welle schnell wieder um und es kann im Mischbetrieb (elektrisches CVT) oder Parallelbetrieb (VM + Laden oder Boosten) weitergefahren werden. Zum Abstellen des VM während der Fahrt, wird dieser kurz gedrosselt und die dann kraftfreie Schaltkupplung getrennt. Falls kein dezidierter Rückwärtspfad ausgeführt ist, wird der Rückwärtsgang in dieser Anordnung auf rein elektrischem Weg dargestellt.
• Bei einer besonderen Auslegung kann hingegen jegliche Kupplung zwischen Getriebe und Verbrennungsmotor entfallen. Die Erfindung wird dann mit einem Rückwärtspfad ausgebildet, der gemeinsam mit einem Vorwärtspfad auf die Ausgangswelle geschaltet werden kann und mit zueinander gegensinnig drehenden EMG für den rein elektrischen Vorwärts- und Rückwärtsbetrieb nutzbar ist. Bei bis auf das Vorzeichen symmetrischer Auslegung der Übersetzungen in den beiden Leistungspfaden resultiert in diesem Aufbau für den Verbrennungsmotor die summierte Drehzahl Null.
• Diese Betriebsart hat den Vorteil, dass der Verbrennungsmotor bei Bedarf ohne irgendeine Synchronisation und daher sehr schnell für einen Übergang zum Mischbetrieb (elektrisches CVT) aktiviert werden kann. Da man in mischhybriden Anordnungen tendenziell mit wenigen Schaltstufen auskommt, bietet sich in diesem Fall beispielsweise eine Auslegung an, mit der ein rein elektrischer Stadtbetrieb bis etwa 70 km/h in dieser Pfadkombination fahrbar ist und für höhere Geschwindigkeiten der VM schnell zugeschaltet wird. Bei niedrigem Batteriestand kann die Anfahrfunktion (vorwärts und rückwärts) jederzeit auch im Mischbetrieb und der sonstige Fahrbereich wahlweise im Mischbetrieb oder Parallelbetrieb bei gleichzeitiger Lademöglichkeit dargestellt werden. Das Abstellen des VM erfolgt durch Synchronisation des Rückwärtspfads im Mischbetrieb und nachfolgendem rein elektrischen Parallelbetrieb der EMG.
• Die Erfindung lässt sich für einen Quereinbau ebenso wie für einen Längseinbau ausführen.
• Für den Quereinbau mit Regelbremsen bietet sich eine kurz bauende Ausgestaltung gemäß Unteranspruch 5 mit ungleichachsiger Anordnung der Nebenwellen um die Ausgangswelle herum und gemeinsamer Nutzung von Zahnrädern auf der Ausgangswelle durch mehrere Übersetzungspfade an, wie in 2 schematisiert. Der Abtrieb erfolgt hier mittig und drehrichtungskorrigierend durch ein zweistufiges Getriebe in Nachgelegebauweise, was die Möglichkeit einer insgesamt schnelleren und damit leichteren Auslegung des Hauptgetriebes sowie auch unterschiedlichen Vorgewichtung der Nebenwellen über eine entsprechende Gestaltung des Axialversatzes beinhaltet. Die zu bremsenden Wellen lassen sich hier für eine trockene Ausbildung der Bremsen gemäß Unteranspruch 6 nebeneinander aus dem Gehäuse herausführen, wobei der Radius einer der Bremsscheiben bei möglicher Überlappung durch den Wellenabstand begrenzt ist. Bei Ausführung einer Anfahrbremse kann deren Bremsscheibe außen angeordnet und mit beliebigem Radius für eine bessere Wärmeabfuhr ausgebildet werden.
• Für den Quereinbau wird ferner eine kurz bauende Ausgestaltung entlang der Unteransprüche 3, 6 und 8 mit gleichachsiger Anordnung der Nebenwellen und trocken laufenden Bremsscheiben oder EMG in Umlaufbauweise besonders bevorzugt. Eine solche ist in 5 schematisiert. Das Gehäuse ist hier samt Abtrieb zum Achsgetriebe mittig zwischen den scheiben- oder glockenförmig ausgebildeten gut luftkühlbaren Rotoren herausgeführt. Bei EMG-Ausführung umbaut der Stator dann vorteilhaft den Ölraum. Als Verteilergetriebe bietet sich ein das Moment im gleichen Verhältnis teilendes Differential in Stirnradausführung an, bei der im Gegensatz zu der üblichen, für Achsdifferentiale verwendeten Kegelradausführung keine störenden Kreiselmomente auftreten. Werden die Nebenwellen mit den Sonnenrädern verbunden und gleichachsig herausgeführt, besteht die Möglichkeit, die Rotoren direkt auf die zu beiden Seiten des Getriebes herausgeführten Nebenwellen zu setzen.
• Für einen Längseinbau unterliegt die Anordnung der Rotoren der Problematik, dass der Abtrieb in axialer Richtung über die Ausgangswelle erfolgt (4). Obwohl auch andere Lösungen denkbar sind, erscheint aus konstruktiver Sicht eine gleichachsige Führung der Rotoren koaxial über der Eingangswelle am sinnvollsten. Für einen Trockenbetrieb müssen die Rotoren dann zum Verbrennungsmotor hin herausgeführt werden.
• Bei Ausbildung von zwei Leistungszweigen mit Bremsen oder EMG wird hierfür alternativ zur üblichen koaxialen Ausführung des Verteilergetriebes mit einfachem Planetensatz und ungleichen Zweigmomenten eine Ausgestaltung mit doppeltem Planetensatz und gleichen Zweigmomenten gemäß Unteranspruch 4 bevorzugt. Das Verteilergetriebe kann hier aus zwei axial aufgereihten Planetensätzen mit durchgezogenem Steg und wechselseitig kämmenden Planeten aufgebaut werden. In einem derart „verdoppelten” Stirnraddifferential lassen sich die Nebenwellen mit den Sonnenrädern und die Rotoren mit den Hohlrädern oder umgekehrt verbinden und gleichachsig zu beiden Seiten des Verteilergetriebes herausführen, wodurch sich unterschiedliche Möglichkeiten für die Weiterbildung eröffnen. Unter anderem auch die für einen Längseinbau bevorzugte Herausführung der Rotoren zum Verbrennungsmotor hin. In 4 ist eine nasslaufende hybride Ausführung nach diesem Muster mit direkt auf die Hohlräder aufgesetzten Rotoren beispielhaft schematisiert.
• Für sehr große Leistungen kann die Erfindung in der erläuterten Weise auch mit mehr als zwei Leistungszweigen ausgelegt werden, wodurch sich nicht nur die Lastschaltbarkeit weiter verbessert, sondern auch die schaltbare Gangfolge an Flexibilität gewinnt. In 7 sind zwei beispielhafte Auslegungen des Verteilergetriebes mit drei und vier Zweigen schematisch dargestellt. Ein direkter Momentausgleich ist bei drei Zweigen noch mit vertretbarem baulichem Aufwand darstellbar. Für vier (und mehr) Zweige wäre eine einfachere hierarchische Momentteilung zu bevorzugen, bei der der Momentausgleich lediglich von Zweiergruppe zu Zweiergruppe und innerhalb der Zweiergruppen erfolgt. Der Lastschaltvorgang und die Anfahrfunktion sind auch in solchen Anordnungen uneingeschränkt darstellbar.
• Anwendung
• Als wichtigster Anwendungsbereich der Erfindung wird die Hybridtechnologie für Straßenfahrzeuge angesehen. Bei Anordnung eines elektrischen Motorgenerators an jeder Nebenwelle entsteht ohne weiteren mechanischen Aufwand eine symmetrische und hochgradig flexible Vollhybrid-Anordnung, bei der die elektrischen Zweige insbesondere auch alle mechanischen Übersetzungspfade vorteilhaft zur Darstellung der wichtigsten Hybridfunktionen nutzen können. Der mögliche schnelle Wechsel zwischen dem leistungsstarken Parallelbetrieb und dem sparsamen Mischbetrieb (elektrisches CVT) auf allen mechanischen Übersetzungsstufen bietet maximalen Spielraum für eine bedarfsgerechte Optimierung der Verbrauchs- und Leistungswerte in allen Fahrzyklen.
• Obwohl die Ausführungsbeispiele im Wesentlichen auf einen breiten Einsatz der Erfindung im PKW mit herkömmlichem und hybridem Antrieb bezogen sind, ist ihre Anwendung lange nicht darauf beschränkt. In ihrer einfachsten Ausführung mit Regelbremsen kann sie auch im NKW- und LKW-Bereich, wo ein Getriebe neben sehr großen Leistungen auch hohe Spreizungen mit kleinen Gangabstufungen verarbeiten können muss, ihre wichtigsten Merkmale äußerst gewinnbringend entfalten: Leistungsverzweigung, Lastschaltbarkeit, aktive Synchronisation, große Flexibilität sowie Kombinationsvielfalt bei der Übersetzungsauslegung und hoher Wirkungsgrad.
• Bezugszeichenliste

A

Abtrieb

AW

Abtriebswelle

B_i

Bremse

D

Differential

EMG_i

Elektromotor/Generator

EW

Eingangswelle

K

Klauenkupplung/

M_i

Momentfluss

NW_i

Nebenwelle

LZ_i

Leistungszweig

TG_i

Teilgetriebe

UP_i,j

Übersetzungspfad

VM

Verbrennungsmaschine

VP

Verblockungspfad

ZMV_i

Zusatzmomentvorrichtung

1

Verbrennungsmaschine

2

Eingangswelle

2a

gemeinsamer Planetenträger

2b

Planet, 1. Planetensatz

2c

Planet, 2. Planetensatz

2d

Sonnenrad, 1. Planetensatz

2e

Sonnenrad, 2. Planetensatz

2f

Hohlrad, 1. Planetensatz

2g

Hohlrad, 2. Planetensatz

3

Nebenwelle koaxial

3a, 3c, 3d

Zahnrad, Übersetzungspfad

3b

Schaltklaue

4

Nebenwelle koaxial

4a ... 4c

Zahnrad, Übersetzungspfad

4d

Schaltklaue

4e

Zahnrad, Übersetzungspfad

5

Abtriebswelle

5a

Zahnrad, Übersetzungspfad

5b, 5i

Schaltklaue

5c ... 5h

Zahnrad, Übersetzungspfad

6

Eingangswelle

6a

Planetenträger

6b

Planet

6c

Sonnenrad

6d

Hohlrad

6f, 6g

Zahnrad, Übersetzungspfad

7

Abtriebswelle

7b,

Zahnrad, Abtrieb

7a, 7c, 7d

Zahnrad, Übersetzungspfad

7f, 7h

Zahnrad, Übersetzungspfad

7e, 7g

Schaltklaue

8

Nebenwelle

8a, 8c, 8d

Zahnrad, Übersetzungspfad

8b

Schaltklaue

8f

Bremsscheibe

9

Nebenwelle

9a

Zahnrad, Übersetzungspfad

9b

Schaltklaue

9a ... 9e

Zahnrad, Übersetzungspfad

9f

Zahnrad Rückwärtspfad

10

Gehäuse

10a, 10b

Stator ZMV

11

Verblockungsklaue

11a, 11c

Verblockungspfad

13, 14

Zahnrad Abtrieb

31

Rotor EMG₁

32

Rotor EMG₂

41

Stator EMG₁

42

Stator EMG₂

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 19952535 A1 [0008]
• US 5603242 A [0008, 0012]
• DE 102006013180 [0009]
• DE 102006059005 B4 [0010]
• WO 2006/048126 A1 [0010]
• DE 102005018978 A1 [0011]
• DE 102006015661 A1 [0011]

Claims (10)

1. Leistungsverzweigtes lastschaltbares Automatikgetriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit einem als Verbrennungsmotor (VM) ausgebildeten Antrieb, enthaltend ein Verteilergetriebe (D), das das durch den Antrieb auf die Eingangswelle (EW) übertragene Drehmoment (M) auf mindestens zwei über Nebenwellen (NW_i) führende Leistungszweige verteilt, dadurch gekennzeichnet, dass – zwischen jeder Nebenwelle und der Ausgangswelle (AW) ein Teilgetriebe (TG_i) mit mindestens einem durch Klauen schaltbaren Übersetzungspfad (UP_i,j) angeordnet ist, – in jedem Leistungszweig eine Zusatzmomentvorrichtung (ZMV_i) bestehend aus einem auf die Nebenwelle wirkenden Rotor und einem gehäusefesten Stator als Stellglied eines Regelkreises angeordnet ist, der Lastschaltvorgänge in diesem Leistungszweig aktiv synchronisiert, – zur Darstellung einer Gesamtübersetzung von jeder Nebenwelle entweder ein Übersetzungspfad zur Ausgangswelle geschaltet ist oder über die Zusatzmomentvorrichtung ein Gegenmoment einfließt.
2. Getriebeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass je zwei Leistungszweige durch einen von Nebenwelle (NW_i) zu Nebenwelle (NW_k, i < k) führenden, schaltbaren Verblockungspfad (VP) verblockbar sind und der Verblockungspfad zur Darstellung zusätzlicher Gesamtübersetzungen mit den Übersetzungspfaden (UP_i,j, UP_k,j) der Nebenwellen zur Ausgangswelle einzeln kombinierbar ist, wobei der Leistungsfluss bei zugeschaltetem Verblockungspfad jeweils nur über das Teilgetriebe eines Leistungszweigs zur Ausgangswelle erfolgt und der Lastschaltvorgang für den Verblockungspfad durch die Zusatzmomentvorrichtung des anderen Leistungszweigs aktiv synchronisiert wird.
3. Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Leistungszweige ausgeführt sind und das Verteilergetriebe als Stirnraddifferential ausgebildet ist, wobei der Planetenträger (2a) mit der Eingangswelle (2) und die Sonnenräder (2d, 2e) direkt oder über weitere Getriebepfade mit den Nebenwellen (3, 4) und den Rotoren (31, 41) der Zusatzmomentvorrichtungen verbunden sind.
4. Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilergetriebe als erweitertes Stirnraddifferential aus zwei axial aufgereihten Planetensätzen mit gemeinsamem Planetenträger (2a) ausgebildet ist, wobei die Planeten (2b, 2c) der beiden Planetensätze wechselseitig miteinander kämmen, der Planetenträger mit der Eingangswelle (2), die Hohlräder (2f, 2g) mit den Rotoren (31, 41) der Zusatzmomentvorrichtungen und die Sonnenräder (2d, 2e) direkt oder über weitere Getriebepfade mit den Nebenwellen (3, 4) verbunden sind.
5. Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenwellen (8, 9) und die Ausgangswelle auf je eigenen Achsen angeordnet sind und von den Nebenwellen ausgehende Übersetzungspfade Zahnräder auf der Ausgangswelle gemeinsam nutzen.
6. Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Nebenwelle direkt oder über einen weiteren Getriebepfad aus dem Gehäuse herausgeführt und dort mit dem Rotor einer trocken laufenden Zusatzmomentvorrichtung verbunden ist.
7. Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzmomentvorrichtung in mindestens einem Leistungszweig als Bremse ausgebildet ist.
8. Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzmomentvorrichtung in mindestens einem Leistungszweig als EMG ausgebildet ist.
9. Verfahren zum Lastschalten einer Getriebeanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass der Übersetzungspfad in einem Leistungszweig gewechselt wird, wobei man a) in den Leistungszweig durch die Zusatzmomentvorrichtung (ZMV₁) ein Gegenmoment (M₃) einbringt, das den derzeit zugeschalteten Pfad P_alt vollständig entlastet, wobei P_alt ein Übersetzungspfad des Teilgetriebes oder, wenn ausgeführt, ein Verblockungspfad (VP) sein kann, b) P_alt trennt, c) die Drehzahl der nun freien Nebenwelle in einem Regelkreis durch lastgerechte Anpassung des Gegenmoments an das Eingangsmoment aktiv in die Synchrondrehzahl des in diesem Leistungszweig vorgewählten Pfads P_neu überführt, wobei P_neu ein Übersetzungspfad im Teilgetriebe oder, wenn ausgeführt, ein Verblockungspfad sein kann, sofern P_alt kein Verblockungspfad ist, d) P_neu zuschaltet, e) das Gegenmoment im zeitlichen Verlauf lastgerecht zurücknimmt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzmomentvorrichtung in mindestens zwei Leistungszweigen als EMG ausgebildet ist und diese während des Lastschaltvorgangs elektrische Leistung austauschen können.

Images