DE102011089712A1 - Getriebe und Antriebstrang mit einem Getriebe - Google Patents

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Abstract

Getriebe (GT) eines Kraftfahrzeugs, mit einer Getriebeeingangswelle (WGE), an die ein Antriebsaggregat (AG) des Kraftfahrzeugs koppelbar ist, mit einer Getriebeausgangswelle (WGA), an die ein Achsantrieb (AB) des Kraftfahrzeugs koppelbar ist, mit mehreren koaxial hintereinander angeordneten Stirnradstufen (SR1, SR2), mit einem koaxial zu den Stirnradstufen (SR1, SR2) angeordneten Planetensatz (PG) und mit zumindest einem ersten formschlüssigen Schaltelement (A), einem zweiten formschlüssigen Schaltelement (B), einem dritten formschlüssigen Schaltelement (C) und einem vierten formschlüssigen Schaltelement (D), wobei an ein erstes Element (PH) des Planetensatzes (PG) eine elektrische Maschine (EM1) permanent gekoppelt ist, wobei dann, wenn das dritte formschlüssige Schaltelement (C) geschlossen ist, die elektrische Maschine (EM1) über eine erste Stirnradstufe (SR1) an die Getriebeausgangswelle (WGA) gekoppelt ist, wobei dann, wenn das vierte formschlüssige Schaltelement (D) geschlossen ist, die elektrische Maschine (EM1) über eine zweite Stirnradstufe (SR2) an die Getriebeausgangswelle (WGA) gekoppelt ist, wobei dann, wenn das erste formschlüssige Schaltelement (A) geschlossen ist, die Getriebeeingangswelle (WGE) über die zweite Stirnradstufe (SR2) an die Getriebeausgangswelle (WGA) gekoppelt ist, und wobei dann, wenn ein zweites formschlüssiges Schaltelement (B) geschlossen ist, die Getriebeeingangswelle (WGE) an ein zweites Element (ST) des Planetensatzes (PG) gekoppelt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Antriebstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem solchen Getriebe.
  • Aus der Praxis sind eine Vielzahl unterschiedlicher Getriebe für Kraftfahrzeuge bekannt, so zum Beispiel automatische Schaltgetriebe und automatisierte Schaltgetriebe, die in der Regel über eine Vielzahl von als Kupplungen oder Bremsen ausgebildete, reibschlüssige Schaltelemente und/oder als Klauen ausgebildete, formschlüssige Schaltelemente aufweisen. Derartige Getriebe verfügen bedingt durch die Vielzahl der verbauten Schaltelemente über einen relativ komplexen Aufbau. Es besteht Bedarf an einfacheren Getrieben, die insbesondere in sogenannten Plug-In Hybridfahrzeugen oder sogenannten Plug-In Elektrofahrzeugen zum Einsatz kommen können.
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Getriebe eines Kraftfahrzeugs und einen Antriebstrang mit einem solchen Getriebe zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch ein Getriebe gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
  • Das erfindungsgemäße Getriebe verfügt im einfachsten Fall über ausschließlich einen Planetensatz bzw. eine Planetenstufe, zwei Stirnradsätze bzw. Stirnradstufen und vier Schaltelemente. An eine Getriebeeingangswelle ist ein Antriebsaggregat und an eine Getriebeausgangswelle ist ein Achsantrieb des Kraftfahrzeugs koppelbar ist. An ein erstes Element des Planetensatzes ist eine elektrische Maschine permanent gekoppelt. Dann, wenn das dritte formschlüssige Schaltelement geschlossen ist, ist die elektrische Maschine über eine erste Stirnradstufe an die Getriebeausgangswelle gekoppelt. Dann, wenn das vierte formschlüssige Schaltelement geschlossen ist, die elektrische Maschine über eine zweite Stirnradstufe an die Getriebeausgangswelle gekoppelt. Dann, wenn das erste formschlüssige Schaltelement geschlossen ist, ist die Getriebeeingangswelle über die zweite Stirnradstufe an die Getriebeausgangswelle gekoppelt. Dann, wenn das zweite formschlüssige Schaltelement geschlossen ist, ist die Getriebeeingangswelle an ein zweites Element des Planetensatzes gekoppelt.
  • Mit einem solchen Getriebe können für die elektrische Maschine, die permanent an den Planetensatz gekoppelt ist, zwei Gänge und für ein separates Antriebsaggregat, welches einen Verbrennungsmotor und/oder eine weitere elektrische Maschine umfasst, mindestens drei Gänge bereitgestellt werden. Ein solches Getriebe eignet sich zur Verwendung in Plug-In Hybridfahrzeugen sowie Plug-In Elektrofahrzeugen.
  • Nach einer ersten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist ein drittes Element des Planetensatzes permanent gehäusefest angebunden, sodass das Getriebe für die permanent an den Planetensatz gekoppelte elektrische Maschine zwei Gänge und für das Antriebsaggregat drei Gänge bereitstellt. Nach dieser Weiterbildung der Erfindung sind lediglich vier formschlüssige Schaltelemente erforderlich, wodurch sich ein besonders einfacher Aufbau des Getriebes ergibt.
  • Nach einer zweiten, alternativen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst das Getriebe weiterhin ein fünftes formschlüssiges Schaltelement und ein sechstes formschlüssiges Schaltelement, wobei dann, wenn das sechste formschlüssige Schaltelement geschlossen ist, ein drittes Element des Planetensatzes gehäusefest angebunden ist, und wobei dann, wenn das fünfte formschlüssige Schaltelement geschlossen ist, das dritte Element des Planetensatzes an das zweite Element des Planetensatzes oder an das erste Element des Planetensatzes gekoppelt und demnach der Planetensatz im Blockumlauf überbrückt ist, sodass das Getriebe für die permanent an den Planetensatz gekoppelte elektrische Maschine zwei Gänge und für das Antriebsaggregat vier Gänge bereitstellt. Nach dieser Weiterbildung der Erfindung verfügt das Getriebe über sechs formschlüssige Schaltelemente, wodurch für das Antriebsaggregat gegenüber der Weiterbildung, in welcher das Getriebe vier formschlüssige Schaltelemente aufweist, eine höhere Anzahl von Gängen bereitgestellt werden kann.
  • Der erfindungsgemäße Antriebstrang eines Kraftfahrzeugs in Patentanspruch 11 definiert.
  • Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
  • 1 ein Schema eines ersten erfindungsgemäßen Getriebes zusammen mit einem Verbrennungsmotor und zwei elektrischen Maschinen;
  • 2 ein Schema eines zweiten erfindungsgemäßen Getriebes zusammen mit einem Verbrennungsmotor und zwei elektrischen Maschinen;
  • 3 ein Schema eines dritten erfindungsgemäßen Getriebes zusammen mit einem Verbrennungsmotor und einer elektrischen Maschine;
  • 4 ein Schema eines vierten erfindungsgemäßen Getriebes zusammen mit einem Verbrennungsmotor und zwei elektrischen Maschinen;
  • 5 ein Schema eines fünften erfindungsgemäßen Getriebes zusammen mit einem Verbrennungsmotor und zwei elektrischen Maschinen;
  • 6 ein Schema eines sechsten erfindungsgemäßen Getriebes zusammen mit einem Verbrennungsmotor und zwei elektrischen Maschinen;
  • 7 ein Schema eines siebten erfindungsgemäßen Getriebes zusammen mit einem Verbrennungsmotor und zwei elektrischen Maschinen; und
  • 8 ein Schema eines achten erfindungsgemäßen Getriebes zusammen mit zwei elektrischen Maschinen.
  • Die hier vorliegende Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Plug-In Hybridfahrzeug oder ein Plug-In Elektrofahrzeug. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem solchen Getriebe.
  • 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Getriebes GT, wobei das Getriebe GT eine Getriebeeingangswelle WGE und eine Getriebeausgangswelle WGA aufweist. An die Getriebeeingangswelle WGE ist ein Antriebsaggregat AG koppelbar, an die Getriebeausgangswelle WGA ist ein Achsantrieb AB koppelbar. Im Ausführungsbeispiel der 1 umfasst das Antriebsaggregat AG einen Verbrennungsmotor VM und eine elektrische Maschine EM2.
  • Das Getriebe GT der 1 umfasst zwei koaxial hintereinander angeordnete Stirnradstufen SR1, SR2 und einen hinter den Stirnradstufen SR1 und SR2 koaxial zu denselben angeordneten Planetensatz PG. Darüber hinaus sind vier formschlüssige Schaltelemente vorgesehen, nämlich ein erstes formschlüssiges Schaltelement A, ein zweites formschlüssiges Schaltelement B, ein drittes formschlüssiges Schaltelement C und ein viertes formschlüssiges Schaltelement D.
  • An ein erstes Element des Planetensatzes PG, nämlich in 1 an das Hohlrad PH desselben, ist eine elektrische Maschine EM1 permanent gekoppelt. Dann, wenn das dritte formschlüssige Schaltelement C geschlossen ist, ist die permanent an den Planetensatz PG gekoppelte elektrische Maschine EM1 und damit das erste Element des Planetensatzes PG, also das Hohlrad PH desselben, über die erste Stirnradstufe SR1 an die Getriebeausgangswelle WGA gekoppelt, wohingegen dann, wenn das vierte formschlüssige Schaltelement D geschlossen ist, die die permanent an den Planetensatz PG gekoppelte elektrische Maschine EM1 und damit das erste Element des Planetensatzes PG, also das Hohlrad PH desselben, über die zweite Stirnradstufe SR2 an die Getriebeausgangswelle WGA gekoppelt ist.
  • Über das dritte und vierte Schaltelement C und D ist demnach die die permanent an den Planetensatz PG gekoppelte elektrische Maschine EM1 zwischen den Übersetzungen i1, i2 der Stirnradstufen SR1 und SR2 umschaltbar.
  • Wie 1 entnommen werden kann, ist die Getriebeausgangswelle WGA als Vorgelegewelle ausgebildet, wobei der Achsantrieb AB über eine weitere Stirnradstufe SR3 an die Getriebeausgangswelle WGA gekoppelt ist, wobei diese Stirnradstufe SR3 mit einem Achsdifferenzial AD des Achsantriebs AB gekoppelt ist.
  • Dann, wenn das erste formschlüssige Schaltelement A geschlossen ist, ist die Getriebeeingangswelle WGE über die zweite Stirnradstufe SR2 an die Getriebeausgangswelle WGA gekoppelt. Dann hingegen, wenn das zweite formschlüssige Schaltelement B geschlossen ist, ist die Getriebeeingangswelle WGE an ein zweites Element des Planetensatzes PG, nämlich im Ausführungsbeispiel der 1 an den Steg ST desselben, gekoppelt, nämlich gemäß 1 über eine Zwischenwelle ZW.
  • Im Ausführungsbeispiel der 1 ist ein drittes Element des Planetensatzes PG, nämlich in 1 das Sonnenrad PS desselben, gehäusefest angebunden, wobei dann das Getriebe GT für die permanent an den Planetensatz PG gekoppelte elektrische Maschine EM1 zwei Gänge und für das Antriebsaggregat AG, also für den Verbrennungsmotor VM und die elektrische Maschine EM2, drei Gänge bereitstellt.
  • Im Ausführungsbeispiel der 1 ist zwischen die Getriebeeingangswelle WGE und den Verbrennungsmotor VM des Antriebsaggregats AG eine reibschlüssige Kupplung RK geschaltet, wobei bei geöffneter reibschlüssiger Kupplung RK der Verbrennungsmotor VM von der Getriebeeingangswelle WGE abgekoppelt ist, wohingegen bei geschlossener reibschlüssiger Kupplung RK der Verbrennungsmotor VM des Antriebsaggregats AG an die Getriebeeingangswelle WGE angekoppelt ist. Die elektrische Maschine EM2 des Antriebsaggregats AG ist im Ausführungsbeispiel der 1 permanent an die Getriebeeingangswelle WGE gekoppelt. Es sei an dieser Stelle drauf hingewiesen, dass im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 1 auch die elektrische Maschine EM2 des Antriebsaggregats AG über die reibschlüssige Kupplung RK an die Getriebeeingangswelle WGE angebunden sein kann, wobei dann bei geöffneter Reibkupplung RK sowohl der Verbrennungsmotor VM als auch die elektrische Maschine EM2 des Antriebsaggregats AG von der Getriebeeingangswelle WGE abgekoppelt sind.
  • Im Ausführungsbeispiel der 1, in welchem für das Antriebsaggregat AG über das Getriebe GT drei Gänge und für die permanent an den Planetensatz PG gekoppelte elektrische Maschine EM1 zwei Gänge bereitgestellt werden, sind die beiden Schaltelemente A und B zu einem Doppelschaltelement DS1 und die beiden Schaltelemente D und C zu einem weiteren Doppelschaltelement DS2 zusammengefasst. Dabei verfügen die beiden Schaltelemente DS1 und DS2 jeweils über drei Schaltstellungen, nämlich derart, dass in einer ersten und einer zweiten Schaltstellung jeweils ausschließlich eines der formschlüssigen Schaltelemente A und B bzw. C und D geschlossen ist, und dass in einer dritten Schaltstellung des jeweiligen Doppelschaltelements beide formschlüssigen Schaltelemente geöffnet sind. Durch das Zusammenfassen der Schaltelemente A und B bzw. C und D zu Doppelschaltelementen kann der konstruktive Aufwand des Getriebes GT reduziert werden, da dann für die Doppelschaltelemente und damit für jeweils zwei formschlüssige Schaltelemente jeweils ein Aktuator ausreichend ist.
  • Bevorzugte Schaltstellungskombinationen der formschlüssigen Schaltelemente A, B, C und D sind in der nachfolgenden Schalttabelle wiedergegeben, wobei die Schalttabelle weiterhin die beiden Übersetzungen i-AG und i-EM1 für das Antriebsaggregat AG und die elektrische Maschine EM1 wiedergibt, nämlich für ein Zahlenbeispiel, in welchem die Planetenstufe PG eine Standgetriebeübersetzung i0 von –2.5, die erste Stirnradstufe SR1 eine Übersetzung i1 von 2.2 und die zweite Stirnradstufe SR2 eine Übersetzung i2 von 1.0 aufweist.
    A B C D i-AG i-EM1
    - x x - 1.57 2.2 Gang 1 für VM/EM2. EM1 stützt Zugkraft während Schaltung B-A für Gangwechsel 1–2.
    x - x - 1.0 2.2 Gang 2 für VM/EM2. EM1 synchronisiert lastfreie Schaltung C-D.
    x - - x 1.0 1.0 Gang 2 für VM/EM2. EM1 stützt Zugkraft während Schaltung A-B für Gangwechsel 2–3.
    - x - x 0.71 1.0 Gang 3 für VM/EM2.
    - x - - Neutral. VM Start über EM1 möglich. Laden in Neut ral möglich.
  • In der obigen Tabelle bedeutet das Symbol ″x″, dass die jeweilige Schaltstellung geschlossen ist, wohingegen das Symbol ″-″ bedeutet, dass die jeweilige Schaltstellung geöffnet ist.
  • Aus der obigen Tabelle folgt, dass die drei Gänge für das Antriebsaggregat AG mit Stützung durch die permanent an den Planetensatz PG gekoppelte elektrische Maschine EM1 lastschaltbar sind.
  • So kann die permanent an den Planetensatz PG gekoppelte elektrische Maschine EM1 sowohl einen Gangwechsel vom Gang 1 in den Gang 2 für das Antriebsaggregat AG als auch einen Gangwechsel vom Gang 2 in den Gang 3 für das Antriebsaggregat AG stützen, um so an der Getriebeausgangswelle WGA während der Ausführung des jeweiligen Gangwechsels für das Antriebsaggregat AG Zugkraft am Achsantrieb AB aufrechtzuerhalten. Bei geöffneter Reibkupplung RK sind rein elektrische Lastschaltungen möglich.
  • Eine Schaltung an den ersten und zweiten Schaltelementen A und B bzw. ein Wechsel der Schaltstellungen an den formschlüssigen Schaltelementen A und B erfolgt zur Gewährleistung eines zugkraftunterbrechungsfreien Schaltens demnach dann, wenn die permanent an die Planetenstufe PG gekoppelte, elektrische Maschine EM1 entweder bei geschlossenem Schaltelement C oder bei geschlossenem Schaltelement D an der Getriebeausgangswelle WGA Zugkraft bereitstellt.
  • Dann, wenn das erste Schaltelement A geschlossen und das zweite Schaltelement B geöffnet ist, kann für die permanent an den Planetensatz PG gekoppelte elektrische Maschine EM1 ein Gangwechsel durchgeführt werden, in dem zwischen den dritten und vierten Schaltelementen C und D hinsichtlich ihrer geschlossenen bzw. geöffneten Schaltstellungen ein Wechsel erfolgt, wobei dann die permanent an den Planetensatz PG gekoppelte elektrische Maschine EM1 eine Synchronisierung für diese Schaltung an dem dritten und vierten Schaltelement C und D übernimmt. Eine Schaltung zwischen den Schaltelementen C und D zur Bereitstellung eines Gangwechsels für die elektrische Maschine EM1 erfolgt vorzugsweise dann, wenn das Antriebsaggregat AG an der Getriebeausgangswelle WGA Zugkraft bereitstellt, also bei geschlossenem ersten formschlüssigen Schaltelement A.
  • Dann, wenn das zweite formschlüssige Schaltelement B geschlossen ist und das erste formschlüssige Schaltelement A ebenso wie die beiden anderen formschlüssigen Schaltelemente C und D jeweils geöffnet sind, kann der Verbrennungsmotor VM des Antriebsaggregats AG über die elektrische Maschine EM1, die permanent an den Planetensatz PG gekoppelt ist, gestartet werden. Weiterhin kann dann ein Ladebetrieb über die elektrische Maschine EM1 gewährleistet werden.
  • Bei einer rückwärtsdrehenden, elektrischen Maschine EM1 kann eine Rückwärtsfahrt realisiert werden.
  • Dann, wenn im Ausführungsbeispiel der 1 die reibschlüssige Kupplung RK geöffnet ist, kann ein rein elektrisches Fahren über beide elektrischen Maschinen EM1 und EM2 realisiert werden, wobei dann beide elektrischen Maschinen EM1 und EM2 an der Getriebeausgangswelle WGA ein Antriebsmoment bereitstellen können.
  • Ferner sind beim Getriebe GT der 1 bei rein elektrischer Fahrt bei geöffneter reibschlüssiger Kupplung RK Lastschaltungen möglich, nämlich Lastschaltungen zwischen den Schaltelementen C und D, wobei dann die elektrische Maschine EM2 des Antriebsaggregats AG bei geschlossenem ersten Schaltelement A an der Getriebeausgangswelle WGA wiederum ein Antriebsmoment bereit stellt. In diesem Fall wird dann für die permanent an den Planetensatz PG gekoppelte, elektrische Maschine EM1 der Gang gewechselt.
  • Das Getriebe GT weist für die permanent an den Planetensatz PG gekoppelte, elektrische Maschine EM1 einen kürzeren ersten Gang auf als für den Verbrennungsmotor VM des Antriebsaggregats AG. Dadurch kann die elektrische Maschine EM1 als Anfahrelement dienen und ein ausreichend hohes Anfahrmoment bereitstellen.
  • Der Verbrennungsmotor VM wird in erster Linie bei höheren Fahrgeschwindigkeiten bzw. höheren Fahrleistungen benötigt, weshalb längere Getriebeübersetzungen für den Verbrennungsmotor VM vorteilhaft sind. Im Bereich geringer Fahrgeschwindigkeiten, die unterhalb des Fahrbereichs des ersten Gangs für den Verbrennungsmotor VM liegen, kann rein elektrisch mit der elektrischen Maschine EM1, die permanent an den Planetensatz PG gekoppelt ist, abgedeckt werden. Die hierzu benötigte elektrische Leistung wird entweder von einem elektrischen Energiespeicher bereitgestellt oder durch eine vom Verbrennungsmotor VM generatorisch betriebene elektrische Maschine EM2 des Antriebsaggregats AG.
  • Die Schaltelemente C und D werden vorzugsweise in einem drehzahlgeregelten Betrieb über die elektrische Maschine EM1, die permanent an die Planetenstufe PG gekoppelt ist, aktiv synchronisiert. Die Schaltelemente A und B können auf verschiedene Weise synchronisiert werden. So ist es möglich, die Synchronisierung der Schaltelemente A und B über eine Drehzahlregelung der Getriebeeingangswelle WGE vorzunehmen und zwar über das Antriebsaggregat AG, nämlich in 1 über den Verbrennungsmotor VM und/oder die elektrische Maschine EM2. Dann, wenn, wie in 1 gezeigt, der Getriebeeingangswelle WGE eine reibschlüssige Kupplung RK zugeordnet ist, kann diese Synchronisierung auch über einen schlupfenden Betrieb der Reibkupplung RK erfolgen.
  • 2 zeigt eine Variante des Getriebes GT der 1, in welcher die Getriebeeingangswelle WGE keine Reibkupplung RK aufweist. Bei der Reibkupplung RK, die in 1 zwischen den Verbrennungsmotor VM des Antriebsaggregats AG und die Getriebeeingangswelle WGE geschaltet ist, handelt es sich demnach um eine optionale Baugruppe. In 2 ist demnach nicht nur die elektrische Maschine EM2 des Antriebsaggregats AG sondern auch der Verbrennungsmotor VM des Antriebsaggregats AG fest an die Getriebeeingangswelle WGE angebunden. In diesem Fall kann das Antriebsaggregat AG über das Doppelschaltelement DS1 von der Getriebeausgangswelle WGA abgekoppelt bzw. an dieselbe angekoppelt werden.
  • In 2 ist in einem rein elektrischen Betrieb ein Gangwechsel der elektrischen Maschine EM2 zugkraftunterbrochen. Ferner kann in der Variante der 2 bei geringen Fahrgeschwindigkeiten ein serieller Fahrbetrieb bereitgestellt werden, in welchem die elektrische Maschine EM2 des Antriebsaggregats AG elektrischen Strom zum Antreiben der elektrischen Maschine EM1 generiert.
  • In der Variante der 3 ist im Vergleich zur Variante der 1 nicht nur die Reibkupplung RK sondern auch die elektrische Maschine EM2 des Antriebsaggregats AG nicht vorhanden, sondern ausschließlich der Verbrennungsmotor VM. Bei einem rein elektrischen Betrieb ist dann ein Gangwechsel für die elektrische Maschine EM1 zugkraftunterbrochen. Bei geringen Fahrgeschwindigkeiten, bei welchen der erste Gang am Verbrennungsmotor VM nicht eingelegt werden kann, ist dann nur ein batterieelektrisches Fahren über die elektrische Maschine EM1 möglich. Sollte der elektrische Energiespeicher leer sein, ist in der Variante der 3 ein Laden desselben beim Getriebe GT in Neutral erforderlich.
  • 4 zeigt eine Variante des Getriebes GT der 1, in welcher die reibschlüssige Kupplung RK, die zwischen den Verbrennungsmotor VM und die Getriebeeingangswelle WGE geschaltet ist, durch eine formschlüssige Kupplung bzw. ein formschlüssiges Schaltelement FK ersetzt ist.
  • 5 zeigt eine Variante des Getriebes GT der 1, in welcher die beiden Stirnradstufen SR1 und SR2 direkt nebeneinander liegen, was dadurch gewährleistet werden kann, dass die Anordnung der Schaltelemente C und D abweichend ist.
  • In der Variante der 5 ist im Unterschied zu den Varianten der 1 bis 4 die Anordnung des dritten Schaltelements C und des vierten Schaltelements D vertauscht bzw. gedreht. Dadurch, dass dann beide Stirnradstufen SR1 und SR2 direkt nebeneinander liegen können, können Bauraumvorteile für das Getriebe GT realisiert werden.
  • Die Verschaltung der einzelnen Elemente des Planetensatzes PG, der Stirnradstufen SR1 und SR2 sowie der formschlüssigen Schaltelemente A, B, C und D ist bei den Ausführungsbeispielen der 1 bis 5 identisch, sodass hinsichtlich dieser Details für die Ausführungsbeispiele der 2 bis 5 auf die Ausführungen zum Ausführungsbeispiel der 1 verwiesen wird.
  • Wie bereits ausgeführt, sind bei den Ausführungsbeispielen der 1 bis 5 das erste Schaltelement A und das zweite Schaltelement B zum Doppelschaltelement DS1 und das dritte Schaltelement C mit dem vierten Schaltelement D zum Doppelschaltelement DS2 zusammen gefasst.
  • Demgegenüber zeigt 6 eine Variante für das Getriebe GT, in welcher ausschließlich das erste Schaltelement A und das zweite Schaltelement B zum Doppelschaltelement DS1 zusammengefasst sind, bei welcher jedoch das dritte Schaltelement C und das vierte Schaltelement D jeweils als Einzelschaltelemente ausgeführt sind. Ferner ist in der Variante der 6 das dritte Schaltelement C in den Bereich der Getriebeausgangswelle WGA verlagert.
  • Dadurch, dass im Ausführungsbeispiel der 6 das dritte Schaltelement C in den Bereich der Getriebeausgangswelle WGA verlagert ist, kann die erste Stirnradstufe SR1 besser konstruktiv umgesetzt werden, da das dritte Schaltelement C in der Variante der 6 am größeren der beiden Zahnräder der Stirnradstufe SR1 sitzt und das kleinere dieser Zahnräder nur noch eine Hohlradebene aufweist.
  • Dann, wenn die Schaltelemente C und D, also das dritte Schaltelement C und das vierte Schaltelement D, jeweils als Einzelschaltelemente ausgeführt sind, kann mithilfe derselben im Stillstand des Kraftfahrzeugs eine Parksperrenfunktion realisiert werden, nämlich dadurch, dass sowohl das dritte Schaltelement C als auch das vierte Schaltelement D beide gleichzeitig geschlossen sind.
  • In diesem Fall ist dann die Ausgangswelle WGA des Getriebes GT blockiert. Diese Parksperrenfunktion ist nur dann möglich, wenn wie in 6 die beiden Schaltelemente C und D nicht zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst sondern vielmehr als Einzelschaltelemente ausgelegt sind, die dann beide gleichzeitig über jeweils einen separaten Aktuator geschlossen werden können. Um das dritte Schaltelement C und das vierte Schaltelement D zur Realisierung der Parksperrenfunktion zu schließen, werden die beiden Schaltelemente C und D typischerweise nacheinander geschlossen, wobei vorzugsweise zuerst das dritte Schaltelement C und anschließend das vierte Schaltelement D geschlossen wird. Zum Einlegen bzw. Schließen des letzten dieser beiden formschlüssigen Schaltelemente C und D ist gegebenenfalls eine minimale Fahrzeugbewegung erforderlich, damit das letztere der beiden Schaltelemente einspuren kann.
  • 7 zeigt eine Variante eine erfindungsgemäßen Getriebes GT, in welchem nicht nur die vier formschlüssigen Schaltelemente A, B, C und D vorhanden sind, sondern zwei weitere formschlüssige Schaltelemente, nämlich ein fünftes formschlüssiges Schaltelement E und ein sechstes formschlüssiges Schaltelement F, die vorzugsweise gemäß 7 wiederum zu einem Doppelschaltelement DS3 zusammengefasst sind, und zwar derart, dass entweder ausschließlich eines dieser beiden Schaltelemente E oder F geschlossen ist oder dass beide Schaltelemente E und F gleichzeitig geöffnet sind. Dann, wenn das sechste formschlüssige Schaltelemente F geschlossen ist, ist das dritte Element des Planetensatzes PG, nämlich in 7 das Sonnenrad PS des Planetensatzes PG, gehäusefest angebunden. Dann hingegen, wenn das fünfte formschlüssige Schaltelement E geschlossen ist, ist das dritte Element des Planetensatzes PG, also in 7 das Sonnenrad PS desselben, an ein anderes Element des Planetensatzes PG angebunden, sodass sich der Planetensatz PG in Blockumlauf befindet und überbrückt ist. In 7 ist bei geschlossenem fünftem Schaltelement E das dritte Element, also das Sonnenrad PS, des Planetensatzes PG an das zweite Element des Planetensatzes PG, also an den Steg ST, gekoppelt. Im Unterschied hierzu ist es auch möglich, dass bei geschlossenem fünften Schaltelement E das dritte Element des Planetensatzes PG an das erste Element desselben gekoppelt ist, wobei dann in 7 das Sonnenrad PS an das Hohlrad PH gekoppelt wäre.
  • In der Variante der 7 kann für das Antriebsaggregat AG eine höhere Anzahl von Gängen bereitgestellt werden, nämlich insgesamt vier Gänge für das Antriebsaggregat AG, also für den Verbrennungsmotor VM und die elektrische Maschine EM2. Für die permanent an den Planetensatz PG gekoppelte elektrische Maschine EM1 stellt das Getriebe GT der 7 wiederum zwei Gänge bereit.
  • Vorteilhafte Schaltstellungskombinationen der formschlüssigen Schaltelemente A, B, C, D, E und F sind in der nachfolgenden Schalttabelle zusammengefasst, ebenso wie die sich für das Antriebsaggregat AG und die elektrische Maschine EM1 ergebenden Übersetzungen iAG und iEM1, und zwar für ein Zahlenbeispiel, in welchem die Planetenstufe PG eine Standgetriebeübersetzung i0 von –2.5, die erste Stirnradstufe SR1 eine Übersetzung i1 von 2.2 und die zweite Stirnradstufe SR2 eine Übersetzung i2 von 1.0 aufweist.
    A B C D E F i-EM1 i-AG
    - x x - x - 2.0 2.0 Gang 1 für VM/EM2. EM1 stützt Zugkraft während Schaltung E-F für Gangwech sel 1–2.
    - x x - - x 2.0 1.43 Gang 2 für VM/EM2. EM1 stützt Zugkraft während Schaltung B-A für Gangwech sel 2–3.
    x - x - - x 2.0 1.0 Gang 3 für VM/EM2. F bleibt vorzugs weise geschlossen, ist jedoch lastfrei. EM1 synchronisiert lastfreie Schaltung C-D.
    x - - x - x 1.0 1.0 Gang 3 für VM/EM2. F bleibt vorzugs weise geschlossen, ist jedoch lastfrei. EM1 stützt Zugkraft während Schaltung A-B für Gangwechsel 3–4.
    - x - x - x 1.0 0.71 Gang 4 für VM/EM2.
    - x - - - x Neutral. VM Start über EM1 möglich. Laden in Neutral möglich.
  • In der obigen Tabelle bedeutet das Symbol ″x″, dass die jeweilige Schaltstellung geschlossen ist, wohingegen das Symbol ″-″ bedeutet, dass die jeweilige Schaltstellung geöffnet ist.
  • Auch bei der Variante der 7 kann anstelle der reibschlüssigen Kupplung RK, wie in 4 gezeigt, ein formschlüssiges Schaltelement FK zum Einsatz kommen. Ebenso kann in der Variante der 7 auf die reibschlüssige Kupplung RK in Übereinstimmung zum Ausführungsbeispiel der 2 verzichtet werden. Ebenfalls ist es im Ausführungsbeispiel der 7 möglich, dass das Antriebsaggregat AG ausschließlich den Verbrennungsmotor VM umfasst, dass also auf die elektrische Maschine EM2 des Antriebsaggregats AG verzichtet wird. Ebenso kann in der Variante der 7 die Anordnung von Reibkupplung RK und elektrischer Maschine EM2 vertauscht sein, wobei dann bei geöffneter Kupplung RK sowohl der Verbrennungsmotor VM als auch die elektrische Maschine EM2 des Antriebsaggregats AG von der Getriebeeingangswelle WGE abgekoppelt ist. Ebenso kann in der Variante der 7 in Übereinstimmung zu 5 die Anordnung der Schaltelemente C und D vertauscht sein.
  • Bei den Ausführungsbeispielen der 1 bis 7 ist das erfindungsgemäße Getriebe GT jeweils in Verbindung mit einem Verbrennungsmotor VM und mindestens einer elektrischen Maschine EM1 und gegebenenfalls EM2 gezeigt.
  • Im Unterschied hierzu ist es auch möglich, wie 8 entnommen werden kann, das erfindungsgemäße Getriebe GT für ausschließlich elektromotorisch angetriebene Kraftfahrzeuge zu verwenden, wobei in 8 das Getriebe GT mit den vier Schaltelementen A, B, C und D zusammen mit den beiden elektrischen Maschinen EM1 und EM2 gezeigt ist.
  • Da das Ausführungsbeispiel der 8 jedoch hinsichtlich aller übrigen Details mit dem Ausführungsbeispiel der 1 übereinstimmt, wird zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen. Auch das Getriebe GT der 7 kann bei einem rein elektrisch betriebenen Kraftfahrzeug zum Einsatz kommen, wobei dann in 7 der Verbrennungsmotor VM und die Reibkupplung RK entfallen.
  • Das Getriebe GT ist in den Ausführungsbeispielen der 1 bis 8 jeweils im Zusammenhang mit einer sogenannten Front-Quer-Antriebsstrangkonfiguration gezeigt.
  • In der Variante der 7 sind die Schaltelemente E und F, die zum Doppelschaltelement DS3 zusammengefasst sind, am Ende des Getriebes GT angeordnet, wodurch das Getriebe GT der 1 im Sinne einer Baukastenkonstruktion einfach zum Getriebe GT der 7 abgewandelt werden kann.
  • Die Planetenstufe PG der 1 bis 8 kann auch jeweils als Plus-Planetenstufe ausgeführt sein.
  • Die elektrische Maschine EM1 und/oder elektrische Maschine EM2 kann seitlich angeordnet sein und/oder über eine Stirnradstufe bzw. eine Konstantübersetzung an die Planetenstufe PG oder an die Getriebeeingangswelle WEG angebunden sein.
  • Zwischen den Verbrennungsmotor VM und die Getriebeeingangswelle WEG kann jeweils ein Torsionsdämpfer geschaltet sein.
    • A
    Schaltelement
    AB
    Achsantrieb
    AD
    Achsdifferenzial
    AG
    Antriebsaggregat
    B
    Schaltelement
    C
    Schaltelement
    D
    Schaltelement
    DS1
    erstes Doppelschaltelement
    DS2
    zweites Doppelschaltelement
    DS3
    drittes Doppelschaltelement
    E
    Schaltelement
    EM1
    erste elektrische Maschine
    EM2
    zweite elektrische Maschine
    F
    Schaltelement
    FK
    formschlüssiges Schaltelement
    GT
    Getriebe
    PG
    Planetensatz
    PH
    Hohlrad des Planetensatzes
    PS
    Sonnenrad des Planetensatzes
    RK
    reibschlüssige Kupplung
    SR1
    Stirnradstufe
    SR2
    Stirnradstufe
    SR3
    Stirnradstufe
    ST
    Steg des Planetensatzes
    WGE
    Getriebeeingangswelle
    WGA
    Getriebeausgangswelle
    VM
    Verbrennungsmotor
    ZW
    Zwischenwelle

Claims (11)

  1. Getriebe (GT) eines Kraftfahrzeugs, mit einer Getriebeeingangswelle (WGE), an die ein Antriebsaggregat (AG) des Kraftfahrzeugs koppelbar ist, mit einer Getriebeausgangswelle (WGA), an die ein Achsantrieb (AB) des Kraftfahrzeugs koppelbar ist, mit mehreren koaxial hintereinander angeordneten Stirnradstufen (SR1, SR2), mit einem koaxial zu den Stirnradstufen (SR1, SR2) angeordneten Planetensatz (PG) und mit zumindest einem ersten formschlüssigen Schaltelement (A), einem zweiten formschlüssigen Schaltelement (B), einem dritten formschlüssigen Schaltelement (C) und einem vierten formschlüssigen Schaltelement (D), wobei an ein erstes Element (PH) des Planetensatzes (PG) eine elektrische Maschine (EM1) permanent gekoppelt ist, wobei dann, wenn das dritte formschlüssige Schaltelement (C) geschlossen ist, die elektrische Maschine (EM1) über eine erste Stirnradstufe (SR1) an die Getriebeausgangswelle (WGA) gekoppelt ist, wobei dann, wenn das vierte formschlüssige Schaltelement (D) geschlossen ist, die elektrische Maschine (EM1) über eine zweite Stirnradstufe (SR2) an die Getriebeausgangswelle (WGA) gekoppelt ist, wobei dann, wenn das erste formschlüssige Schaltelement (A) geschlossen ist, die Getriebeeingangswelle (WGE) über die zweite Stirnradstufe (SR2) an die Getriebeausgangswelle (WGA) gekoppelt ist, und wobei dann, wenn ein zweites formschlüssiges Schaltelement (B) geschlossen ist, die Getriebeeingangswelle (WGE) an ein zweites Element (ST) des Planetensatzes (PG) gekoppelt ist.
  2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an die Getriebeeingangswelle (WGE) als Antriebsaggregat (AG) des Kraftfahrzeugs ein Verbrennungsmotor (VM) und/oder eine zweite elektrische Maschine (EM2) koppelbar ist.
  3. Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Verbrennungsmotor (VM) und die Getriebeeingangswelle (WGE) eine reibschlüssige Kupplung (RK) oder ein formschlüssiges Schaltelement (FK) geschaltet ist.
  4. Getriebe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektrische Maschine (EM2) entweder mit der Getriebeeingangswelle (WGE) permanent gekoppelt ist oder an die Getriebeeingangswelle (WGE) über eine reibschlüssige Kupplung (RK) oder ein formschlüssiges Schaltelement (FK) koppelbar ist.
  5. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein drittes Element (PS) des Planetensatzes (PG) permanent gehäusefest angebunden ist, sodass das Getriebe für die permanent an den Planetensatz (PG) gekoppelte elektrische Maschine (EM1) zwei Gänge und für das Antriebsaggregat (AG) drei Gänge bereitstellt.
  6. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein fünftes formschlüssiges Schaltelement (E) und ein sechstes formschlüssiges Schaltelement (F), wobei dann, wenn das sechste formschlüssige Schaltelement (F) geschlossen ist, ein drittes Element (PS) des Planetensatzes (PG) gehäusefest angebunden ist, und wobei dann, wenn das fünfte formschlüssige Schaltelement (E) geschlossen ist, das dritte Element (PS) des Planetensatzes (PG) an das zweite Element (ST) des Planetensatzes (PG) oder an das erste Element (PH) des Planetensatzes (PG) gekoppelt und demnach der Planetensatz (PG) im Blockumlauf überbrückt ist, sodass das Getriebe für die permanent an den Planetensatz (PG) gekoppelte elektrische Maschine (EM1) zwei Gänge und für das Antriebsaggregat (AG) vier Gänge bereitstellt.
  7. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste formschlüssige Schaltelement (A) und das zweite formschlüssige Schaltelement (B) zu einem Doppelschaltelement (DS1) mit drei Schaltstellungen zusammengefasst sind, wobei in einer ersten Schaltstellung ausschließlich das erste formschlüssige Schaltelement (A) geschlossen ist, wobei in einer zweiten Schaltstellung ausschließlich das zweite formschlüssige Schaltelement (B) geschlossen ist, und wobei in einer dritten Schaltstellung das erste formschlüssige Schaltelement (A) und das zweite formschlüssige Schaltelement (B) beide geöffnet sind.
  8. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das fünfte formschlüssige Schaltelement (E) und das sechste formschlüssige Schaltelement (F) zu einem Doppelschaltelement (DS3) mit drei Schaltstellungen zusammengefasst sind, wobei in einer ersten Schaltstellung ausschließlich das fünfte formschlüssige Schaltelement (E) geschlossen ist, wobei in einer zweiten Schaltstellung ausschließlich das sechste formschlüssige Schaltelement (F) geschlossen ist, und wobei in einer dritten Schaltstellung das fünfte formschlüssige Schaltelement (E) und das sechste formschlüssige Schaltelement (F) beide geöffnet sind.
  9. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte formschlüssige Schaltelement (C) und das vierte formschlüssige Schaltelement (D) zu einem Doppelschaltelement (DS2) mit drei Schaltstellungen zusammengefasst sind, wobei in einer ersten Schaltstellung ausschließlich das dritte formschlüssige Schaltelement (C) geschlossen ist, wobei in einer zweiten Schaltstellung ausschließlich das vierte formschlüssige Schaltelement (D) geschlossen ist, und wobei in einer dritten Schaltstellung das dritte formschlüssige Schaltelement (C) und das vierte formschlüssige Schaltelement (D) beide geöffnet sind.
  10. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte formschlüssige Schaltelement (C) und das vierte formschlüssige Schaltelement (D) jeweils als Einzelschaltelemente mit einer geöffneten und geschlossenen Schaltstellung ausgebildet sind, wobei dann, wenn das dritte formschlüssige Schaltelement (C) und das vierte formschlüssige Schaltelement (D) beide geschlossen sind, im Stillstand des Kraftfahrzeugs eine Parksperrenfunktion bereitstellbar ist.
  11. Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem Antriebsaggregat (AG) und mit einem Getriebe (GT), dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (GT) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist.
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