DE102012218367A1 - Gruppengetriebevorrichtung mit einer elektrischen Maschine - Google Patents

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Johannes Kaltenbach
Christian Mittelberger
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Abstract

Es wird eine Gruppengetriebevorrichtung (3) mit einer elektrischen Maschine (41), mit einem als Vorgelegegetriebe ausgeführten Hauptgetriebe (8), einer dem Hauptgetriebe vorgeschalteten Vorschaltgruppe (7) und einer dem Hauptgetriebe nachgeschalteten Nachschaltgruppe (9) beschrieben. Im Bereich des Hauptgetriebes (8), der Vorschaltgruppe (7) und der Nachschaltgruppe (9) ist eine Übersetzung über formschlüssige Schaltelemente (A bis H) in den Kraftfluss zuschaltbare und aus dem Kraftfluss abschaltbare Übersetzungsstufen (KV1 bis KV3, HV1, HV2, HVR) veränderbar. Ein Drehmoment der elektrischen Maschine (41) ist zumindest während eines Übersetzungswechsels im Bereich der Vorschaltgruppe (7) in den Kraftfluss einleitbar. Erfindungsgemäß umfasst die Vorschaltgruppe (7) wenigstens drei zu- und abschaltbare Übersetzungsstufen (KV1 bis KV3), das Hauptgetriebe (8) wenigstens zwei zu- und abschaltbare Übersetzungsstufen (HV1, HV2) und die Nachschaltgruppe (9) wenigstens zwei zu- und abschaltbare Übersetzungsstufen.

Description

  • Der Erfindung betrifft eine Gruppengetriebevorrichtung mit einer elektrischen Maschine gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
  • Aus der nicht veröffentlichten DE 10 2011 080 069.7 der Anmelderin ist eine als automatisiertes Gruppengetriebe eines Kraftfahrzeuges ausgeführte Gruppengetriebevorrichtung bekannt, die ein in Vorgelegebauweise ausgebildetes dreistufiges Hauptgetriebe aufweist. Dem Hauptgetriebe ist antriebstechnisch eine als Splitgruppe ausgeführte zweistufige Vorschaltgruppe vor- und eine zweistufige Nachschaltgruppe nachgeschaltet. Eine Eingangswelle des Gruppengetriebes ist mit einem Verbrennungsmotor eines Antriebsaggregates des Kraftfahrzeuges und eine Ausgangswelle des Gruppengetriebes ist mit einem Achsantrieb des Kraftfahrzeugs in Wirkverbindung bringbar. Eine elektrische Maschine des als Hybridantrieb ausgebildeten Antriebsaggregats ist an die Vorschaltgruppe über ein Planetengetriebe koppelbar. Die elektrische Maschine ist an ein erstes Element des Planetengetriebes angebunden. Ein zweites Element des Planetengetriebes ist mit einer Eingangswelle der Vorschaltgruppe und damit der Eingangswelle des Gruppengetriebes gekoppelt. Ein drittes Element des Planetengetriebes ist mit einer Ausgangswelle der Vorschaltgruppe und damit einer Eingangswelle des Hauptgetriebes verbunden.
  • Des Weiteren ist aus der DE 10 2009 054 752 A1 ein Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges mit einem einen Verbrennungsmotor und eine elektrische Maschine aufweisenden Hybridantrieb und einem zwischen dem Hybridantrieb und einem Achsantrieb geschalteten, automatisierten Gruppengetriebe bekannt. Das Gruppengetriebe weist zumindest ein in Vorgelegebauweise ausgeführtes dreistufiges Hauptgetriebe, eine dem Hauptgetriebe antriebstechnisch vorgeschaltete, insbesondere als Splitgruppe ausgeführte, zweistufige Vorschaltgruppe und/oder eine dem Hauptgetriebe antriebstechnisch nachgeschaltete, insbesondere als Bereichsgruppe ausgeführte, zweistufige Nachschaltgruppe auf. Eine Eingangswelle des Gruppengetriebes ist über eine steuerbare Anfahrkupplung mit dem Verbrennungsmotor verbindbar. Eine Ausgangswelle des Gruppengetriebes steht mit dem Achsabtrieb in Verbindung. Die elektrische Maschine des Hybridantriebs steht mit der oder jeder Vorgelegewelle in Verbindung.
  • In beiden Gruppengetrieben sind jeweils zwölf Übersetzungen für Vorwärtsfahrt einlegbar. Angeforderte Übersetzungswechsel in den Gruppengetrieben sind jeweils durch Zu- und Abschalten von Übersetzungsstufen im Bereich der Vorschaltgruppe, des Hauptgetriebes und/oder der Nachschaltgruppe über formschlüssige Schaltelemente mittels sogenannter Bereichs- oder Gruppenschaltungen umzusetzen. Während Bereichsschaltungen wird der angeforderte Übersetzungswechsel jeweils nur durch das Abschalten einer Übersetzungsstufe im Bereich einer Gruppe, d.h. nur im Bereich der Vorschaltgruppe, des Hauptgetriebes oder der Nachschaltgruppe, und das Zuschalten einer weiteren Übersetzungsstufe in derselben Gruppe durchgeführt. Im Unterschied hierzu werden während Gruppenschaltungen angeforderte Übersetzungswechsel durch Zu- und Abschalten von Übersetzungsstufen im Bereich von wenigstens zwei der drei Gruppen der Gruppengetriebe umgesetzt.
  • Nachteilhafterweise sind Übersetzungswechsel in den automatisierten Gruppengetrieben nur dann zugkraftunterbrechungsfrei realisierbar, wenn der jeweils angeforderte Übersetzungswechsel als Bereichsschaltung im Bereich der Vorschaltgruppe mit entsprechender Unterstützung der elektrischen Maschine durchführbar ist. Das bedeutet, dass Übersetzungswechsel jeweils nur zwischen zwei benachbarten Übersetzungen zugkraftunterbrechungsfrei möglich sind. Somit sind nur sechs der elf möglichen Übersetzungswechsel ohne Zugkraftunterbrechung durchführbar. Alle weiteren Übersetzungswechsel in den Gruppengetrieben, die über Bereichsschaltungen im Bereich der Hauptgetriebe und/oder im Bereich der Nachschaltgruppe oder über Gruppenschaltungen ausgeführt werden, sind nicht zugkraftunterbrechungsfrei darstellbar. Dies resultiert aus der Tatsache, dass die jeweils an der Schaltung beteiligten formschlüssigen Schaltelemente im Bereich der Hauptgetriebe und/oder der Nachschaltgruppen unter Last nicht öffen- oder schließbar sind und weder über die elektrische Maschine noch über andere Vorgehensweisen aktiv in einen zumindest wenigstens annähernd lastfreien Betriebszustand ohne Zugkraftunterbrechung überführbar sind.
  • Im Gegensatz zu Schaltungen im Bereich der Vorschaltgruppen, deren jeweils zu betätigende formschlüssige Schaltelemente über die elektrischen Maschinen ohne Zugkraftunterbrechung in einen für die Zu- oder Abschaltung erforderlichen zumindest wenigstens annähernd lastfreien Betriebszustand überführbar sind, sind die zu betätigenden Schaltelemente der Hauptgetriebe und/oder der Nachschaltgruppen im Betrieb der automatisierten Gruppengetriebe nur durch Lastwegnahme und damit eine vollständige Zugkraftunterbrechung in einen für die Betätigung erforderlichen und zumindest wenigstens annähernd lastfreien Betriebszustand überführbar. Dies hat jedoch eine zumindest kurzzeitige Unterbrechung der am Abtrieb anliegenden Zugkraft zur Folge. Zugkraftunterbrechungen sind insbesondere bei Nutzfahrzeugen, wie LKWs oder dergleichen, insbesondere während Bergauf- und Bergabfahrten aus bekannten Gründen nicht erwünscht.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine bauraum- und kostengünstige sowie konstruktiv einfache und mit geringem Aufwand betreibbare Gruppengetriebevorrichtung mit einer elektrischen Maschine zur Verfügung zu stellen, mittels der möglichst viele Übersetzungswechsel zugkraftunterbrechungsfrei darstellbar sind.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Gruppengetriebevorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
  • Die erfindungsgemäße Gruppengetriebevorrichtung weist eine elektrische Maschine, ein als Vorgelegegetriebe ausgeführtes Hauptgetriebe, eine dem Hauptgetriebe vorgeschaltete und vorzugsweise in Vorgelegebauweise ausgebildete Vorschaltgruppe und eine dem Hauptgetriebe nachgeschaltete Nachschaltgruppe auf. Im Bereich des Hauptgetriebes, der Vorschaltgruppe und der Nachschaltgruppe ist jeweils eine Übersetzung der Gruppengetriebevorrichtung über formschlüssige Schaltelemente in den Kraftfluss zuschaltbare und aus dem Kraftfluss abschaltbare Übersetzungsstufen veränderbar. Ein Drehmoment der elektrischen Maschine ist zumindest während eines Übersetzungswechsels der Gruppengetriebevorrichtung, der durch Zu- und Abschalten von Übersetzungsstufen im Bereich der Vorschaltgruppe vollzogen wird, in den Kraftfluss der Gruppengetriebevorrichtung einleitbar.
  • Erfindungsgemäß umfasst die Vorschaltgruppe wenigstens drei zu- und abschaltbare Übersetzungsstufen, das Hauptgetriebe wenigstens zwei zu- und abschaltbare Übersetzungsstufen und die Nachschaltgruppe wenigstens zwei zu- und abschaltbare Übersetzungsstufen.
  • Damit sind Übersetzungswechsel in der Gruppengetriebevorrichtung zwischen jeweils drei benachbart zueinander angeordneten Übersetzungen der Gruppengetriebevorrichtung, die lediglich durch Bereichsschaltungen im Bereich der mindestens dreistufig ausgebildeten Vorschaltgruppe umsetzbar sind, auf konstruktiv einfache sowie bauraum- und kostengünstige Art und Weise mittels der elektrischen Maschine bei gleichzeitig geringem Betätigungsaufwand zugkraftunterbrechungsfrei durchführbar. Bei der erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung ist ein Drehmoment der elektrischen Maschine zum Überführen der am Übersetzungswechsel beteiligten Schaltelemente der Vorschaltgruppe in einen für das Öffnen und Schließen der formschlüssigen Schaltelemente der Vorschaltgruppe erforderlichen und wenigstens annähernd lastfreien Betriebszustand in den Kraftfluss der Gruppengetriebevorrichtung einleitbar und der jeweils angeforderte Übersetzungswechsel während einer Schaltung lediglich im Bereich der Vorschaltgruppe zugkraftunterbrechungsfrei ausführbar. Der Betätigungsaufwand ist gering, da lediglich ein Schaltelement der Vorschaltgruppe geöffnet und ein weiteres Schaltelement im Bereich der Vorschaltgruppe während des Übersetzungswechsels geschlossen werden muss.
  • Die Gruppengetriebevorrichtung ist wenigstens als 3 × 2 × 2-Gruppengetriebe ausführbar, mittels dem zwölf Übersetzungen für Vorwärtsfahrt darstellbar sind und das die gleiche Anzahl an Radebenen wie die aus dem Stand der Technik bekannten Gruppengetriebe aufweist. Von den insgesamt elf möglichen Übersetzungswechseln zwischen den Übersetzungen für Vorwärtsfahrt sind acht ohne Zugkraftunterbrechung durchführbar. Lediglich die drei weiteren Übersetzungswechsel sind nur in lastfreiem Betriebszustand der Gruppengetriebevorrichtung möglich.
  • Sind im Bereich des auch drei- oder mehrstufig ausführbaren Hauptgetriebes mehr als zwei Übersetzungsstufen in den Kraftfluss der Gruppengetriebevorrichtung zuschaltbar oder aus dem Kraftfluss abschaltbar, sind über die Gruppengetriebevorrichtung entsprechend mehr als zwölf Übersetzungen für Vorwärtsfahrt zur Verfügung stellbar, wobei sich dadurch jedoch die Anzahl der lastschaltfähigen Übersetzungswechsel gegenüber einer 3 × 2 × 2-Ausführung der Gruppengetriebevorrichtung nicht erhöht.
  • In Abhängigkeit der jeweils vorliegenden Anbindung der elektrischen Maschine an die Vorschaltgruppe, das Hauptgetriebe und der Nachschaltgruppe ist die erfindungsgemäße Gruppengetriebevorrichtung entweder mit einer sogenannten EDA-Anordnung (Elektro-dynamisches-Anfahrelement) und/oder mit einer sogenannten ISG-Anordnung (Integrierter-Starter-Generator) ausgeführt.
  • Dann sind neben den im Bereich der Vorschaltgruppe lastschaltbaren Übersetzungswechseln über die erfindungsgemäße Gruppengetriebevorrichtung in Verbindung mit der elektrischen Maschine auch weitere bekannte Hybridfunktionen darstellbar. Beispielsweise sind ein rein elektrischer Fahrbetrieb eines mit der erfindungsgemäßen Gruppengetriebevorrichtung ausgeführten Fahrzeugantriebsstranges sowie ein Start einer mit der Getriebeeingangswelle der Gruppengetriebevorrichtung verbundenen und vorzugsweise als Brennkraftmaschine ausgeführten Antriebsmaschine eines Fahrzeugantriebsstranges über die elektrische Maschine möglich. Zusätzlich ist ein der elektrischen Maschine zugeordneter elektrischer Speicher im generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine von dieser auf einfache Art und Weise aufladbar sowie ein Boostbetrieb oder eine Lastpunktverschiebung realisierbar. Des Weiteren ist auch das Hauptgetriebe über die elektrische Maschine synchronisierbar und ein rein elektrischer Anfahrbetrieb sowie ein elektrodynamischer Anfahrvorgang darstellbar, während dem ein Antriebsmoment einer mit der Getriebeeingangswelle gekoppelten Antriebsmaschine im Bereich der elektrischen Maschine abgestützt wird.
  • Ist im Bereich des Hauptgetriebes und der Nachschaltgruppe jeweils eine als Anfahrübersetzung geeignete Übersetzung eingelegt und vorzugsweise im Bereich der Vorschaltgruppe während eines sogenannten Neutralbetriebszustandes der Vorschaltgruppe keine der Übersetzungsstufen der Vorschaltgruppe in den Kraftfluss der erfindungsgemäßen Gruppengetriebevorrichtung zugeschaltet, ist auch ein Antriebsmoment einer mit der Getriebeeingangswelle gekoppelten Antriebsmaschine während eines sogenannten elektrodynamischen Anfahrvorganges eines mit der Gruppengetriebevorrichtung ausgeführten Fahrzeugantriebsstranges im Bereich der elektrischen Maschine bei Vorliegen der EDA-Anordnung abstützbar und im Bereich eines mit der Nachschaltgruppe gekoppelten Abtriebes des Fahrzeugantriebsstranges ein gewünschtes Anfahrdrehmoment darstellbar.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gruppengetriebevorrichtung weist einen Planetenradsatz auf, der im Bereich einer ersten Welle mit einer Eingangswelle der Vorschaltgruppe bzw. einer Getriebeeingangswelle der Gruppengetriebevorrichtung verbunden ist oder über ein Schaltelement mit dieser in Wirkverbindung bringbar ist, der im Bereich einer zweiten Welle mit einer Ausgangswelle bzw. einer Übersetzungsstufe der Vorschaltgruppe und damit mit einer Eingangswelle des Hauptgetriebes gekoppelt ist oder über ein Schaltelement mit dieser verbindbar ist und der im Bereich einer dritten Welle mit der elektrischen Maschine verbunden ist oder über ein Schaltelement mit dieser in Wirkverbindung bringbar ist.
  • Die erste Welle des Planetenradsatzes ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gruppengetriebevorrichtung über ein weiteres Schaltelement mit einem gehäusefesten Bauteil in Wirkverbindung bringbar oder mit der Getriebeeingangswelle bzw. der Eingangswelle der Vorschaltgruppe koppelbar. In mit der Getriebeeingangswelle über das Schaltelement verbundenem Betriebszustand der ersten Welle des Planetenradsatzes liegt die zuschaltbare EDA-Anordnung vor und die elektrische Maschine ist als elektrodynamisches Anfahrelement betreibbar. Im Unterschied hierzu liegt die ebenfalls über das Schaltelement schaltbare ISG-Anordnung vor und die elektrische Maschine ist als integrierter Starter-Generator verwendbar, wenn die erste Welle der Planetengetriebeeinrichtung mit dem gehäusefesten Bauteil verbunden ist. Die elektrische Maschine ist in der ISG-Anordnung über die Übersetzung des Planentenradsatzes mit der Vorschaltgruppe verbunden.
  • Zusätzlich besteht auch die Möglichkeit, die elektrische Maschine in einer Neutralschaltstellung des Schaltelementes vollständig vom Kraftfluss der Gruppengetriebevorrichtung abzukoppeln.
  • In der Gruppengetriebevorrichtung ist auch entweder die EDA-Anordnung oder die ISG-Anordnung zuschaltbar, wenn die erste Welle des Planetenradsatzes über das Schaltelement mit der elektrischen Maschine oder mit der Getriebeeingangswelle koppelbar ist. Dabei ist die elektrische Maschine bei zugeschalteter ISG-Anordnung ohne Übersetzung mit der Vorschaltgruppe verbunden. Die ISG-Anordnung liegt dann vor, wenn die erste Welle des Planetenradsatzes über das Schaltelement mit der elektrischen Maschine verbunden ist. Im Unterschied dazu ist die EDA-Anordnung zugeschaltet, wenn die Getriebeeingangswelle mit der ersten Welle verbunden ist.
  • Die zweite Welle des Planetenradsatzes ist bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gruppengetriebevorrichtung mit einem auf der Getriebeeingangswelle drehbar gelagerten und über ein weiteres Schaltelement mit der Getriebeeingangswelle drehfest verbindbaren Losrad der Übersetzungsstufe der Vorschaltgruppe gekoppelt oder über das Schaltelement mit dem Losrad verbindbar, das mit wenigstens einem Zahnrad wenigstens einer Vorgelegewelle kämmt und über die Vorgelegewelle mit dem Hauptgetriebe in Verbindung steht. Dann ist die zweite Welle des Planentenradsatzes mit einer Ausgangswelle der Vorschaltgruppe und damit einer Eingangswelle des Hauptgetriebes verbunden.
  • Das die elektrische Maschine aufweisende elektrodynamische Antriebssystem der erfindungsgemäßen Gruppengetriebevorrichtung umgreift dann nicht die gesamte Gruppengetriebevorrichtung sondern ausschließlich die Vorschaltgruppe. Während eines elektrodynamischen Fahrbetriebes bzw. während eines elektrodynamischen Anfahrvorganges sind die Übersetzungen des Hauptgetriebes und der Nachschaltgruppe nutzbar. Des Weiteren sind während eines rein elektrischen Fahrbetriebes sowohl eine Übersetzung im Bereich des Hauptgetriebes sowie eine Übersetzung der Nachschaltgruppe verwendbar. Zusätzlich ist von Vorteil, dass die Drehzahl einer mit der Getriebeeingangswelle verbundenen Antriebsmaschine eines Fahrzeugantriebsstranges nahe einer Drehzahl der elektrischen Maschine liegt, da eine Spreizung der Vorschaltgruppe geringer ist als die Spreizung der gesamten Gruppengetriebevorrichtung. Zusätzlich besteht auf einfache Art und Weise die Möglichkeit, ein elektrodynamisches Anfahren bzw. ein elektrodynamisches Fahren auch im Rückwärtsfahrbetrieb darzustellen oder das Hauptgetriebe mittels der elektrischen Maschine zu synchronisieren. Aus diesem Grund sind konventionelle Synchronisiereinrichtungen oder Getriebebremsen für die Synchronisierung des Hauptgetriebes nicht erforderlich.
  • Auch ist ein Start einer mit der Getriebeeingangswelle verbundenen und vorzugsweise als Brennkraftmaschine ausgeführten Antriebsmaschine bei im Bereich der Gruppengetriebevorrichtung unterbrochenem Kraftfluss bzw. in neutral sowie ein Laden eines der elektrischen Maschine zugeordneten elektrischen Energiespeichers im Neutralbetriebszustand der Gruppengetriebevorrichtung unabhängig von einer Abtriebsgeschwindigkeit eines mit der erfindungsgemäßen Gruppengetriebevorrichtung ausgeführten Fahrzeugantriebsstranges möglich.
  • Ist das weitere Schaltelement zwischen der Planetengetriebeeinrichtung und der mit der zweiten Welle verbundenen oder verbindbaren Übersetzungsstufe der Vorschaltgruppe positioniert, ist das weitere Schaltelement außerhalb eines Getriebegehäuses anordenbar, in welchem die Vorschaltgruppe, das Hauptgetriebe und die Nachschaltgruppe vorgesehen sind. Dann besteht die Möglichkeit ein Getriebegehäuse eines Getriebes zu verwenden, bei dem die Vorschaltgruppe, das Hauptgetriebe und die Nachschaltgruppe mit einem Doppelkupplungssystem kombiniert sind. Das dann verwendbare Getriebegehäuse stellt ein kostengünstiges Baukasten-Gleichteil da.
  • Alternativ hierzu ist es bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gruppengetriebevorrichtung vorgesehen, dass das weitere Schaltelement auf der zu dem Planetenradsatz abgewandten Seite der mit der zweiten Welle verbundenen oder verbindbaren Übersetzungsstufe der Vorschaltgruppe angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform der Gruppengetriebevorrichtung ist das weitere Schaltelement in das Getriebegehäuse auf einfache Art und Weise integrierbar und die erfindungsgemäße Gruppengetriebevorrichtung mit geringem axialem Bauraumbedarf ausführbar.
  • Bei weiteren vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Gruppengetriebevorrichtung ist das weitere Schaltelement als kostengünstiges formschlüssiges Schaltelement oder als reibschlüssiges Schaltelement ausgebildet, wobei bei einer Ausführung als reibschlüssiges Schaltelement das weitere Schaltelement auch unter Last geöffnet oder geschlossen werden kann und beispielsweise während einer starken Verzögerung eines Fahrzeuges ein Abwürgen einer Brennkraftmaschine durch Öffnen des weiteren Schaltelementes auf einfache Art und Weise vermeidbar ist.
  • Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Gruppengetriebevorrichtung angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in beliebiger Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden. Die jeweiligen Merkmalskombinationen stellen hinsichtlich der Weiterbildung des Gegenstandes nach der Erfindung keine Einschränkung dar, sondern weisen im Wesentlichen lediglich beispielhaften Charakter auf.
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Gruppengetriebevorrichtung ergeben sich aus den Patentansprüchen und den nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen, wobei in der Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele zugunsten der Übersichtlichkeit für bau- und funktionsgleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
  • Es zeigt:
  • 1 eine stark schematisierte Darstellung eines Fahrzeugantriebsstranges mit einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gruppengetriebevorrichtung;
  • 2 eine 1 entsprechende Darstellung eines Fahrzeugantriebsstranges mit einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gruppengetriebevorrichtung;
  • 3 eine 1 entsprechende Darstellung eines Fahrzeugantriebsstranges mit einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gruppengetriebevorrichtung;
  • 4 eine 1 entsprechende Darstellung eines Fahrzeugantriebsstranges mit einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gruppengetriebevorrichtung;
  • 5 eine 1 entsprechende Darstellung eines Fahrzeugantriebsstranges mit einer fünften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gruppengetriebevorrichtung;
  • 6 eine 1 entsprechende Darstellung eines Fahrzeugantriebsstranges mit einer sechsten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gruppengetriebevorrichtung;
  • 7 eine 1 entsprechende Darstellung eines Fahrzeugantriebsstranges mit einer siebten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gruppengetriebevorrichtung;
  • 8 eine 1 entsprechende Darstellung eines Fahrzeugantriebsstranges mit einer achten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gruppengetriebevorrichtung;
  • 9 eine 1 entsprechende Darstellung eines Fahrzeugantriebsstranges mit einer neunten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gruppengetriebevorrichtung;
  • 10 eine 1 entsprechende Darstellung eines Fahrzeugantriebsstranges mit einer zehnten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gruppengetriebevorrichtung;
  • 11 eine 1 entsprechende Darstellung eines Fahrzeugantriebsstranges mit einer elften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gruppengetriebevorrichtung;
  • 12 eine 1 entsprechende Darstellung eines Fahrzeugantriebsstranges mit einer zwölften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gruppengetriebevorrichtung; und
  • 13 eine 1 entsprechende Darstellung eines Fahrzeugantriebsstranges mit einer dreizehnten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gruppengetriebevorrichtung.
  • In 1 ist ein Fahrzeugantriebsstrang 1 mit einer Antriebsmaschine 2, einer Gruppengetriebevorrichtung 3 und einem Abtrieb 4 dargestellt. Die Antriebsmaschine 2 ist vorliegend als Brennkraftmaschine ausgebildet und kann bei weiteren Ausführungen des Fahrzeugantriebsstranges 1 auch als elektrische Maschine oder als eine Kombination aus einer Brennkraftmaschine und einer elektrischen Maschine ausgeführt sein. Zwischen der Antriebsmaschine 2 und der Gruppengetriebevorrichtung 3 ist vorliegend eine als reibschlüssige Kupplung ausgeführte Anfahrkupplung 5 angeordnet, über die die Antriebsmaschine 2 in geschlossenem Betriebszustand drehfest mit einer Getriebeeingangswelle 6 verbunden ist.
  • Die Gruppengetriebevorrichtung 3 umfasst drei Getriebegruppen. Getriebeeingangsseitig ist eine vorliegend als Splitgruppe ausgeführte dreistufige Vorschaltgruppe 7 in Vorgelegebauweise vorgesehen. Des Weiteren ist die Gruppengetriebevorrichtung 3 mit einem im Kraftfluss zwischen der Antriebsmaschine 2 und dem Abtrieb 4 der Vorschaltgruppe 7 nachgeschalteten Hauptgetriebe 8 und einer getriebeausgangsseitig angeordneten und dem Hauptgetriebe 8 im Kraftfluss des Fahrzeugantriebsstranges 1 wiederum nachgeschalteten Nachschaltgruppe 9 ausgebildet. Die Nachschaltgruppe 9 ist als zweistufige Bereichsgruppe ausgeführt. Das Hauptgetriebe 8 ist ein zweistufiges Direktganggetriebe in Vorgelegebauweise.
  • Die Getriebeeingangswelle 6 stellt mit einer koaxial dazu angeordneten weiteren Getriebezentralwelle 10 eine Hauptwelle der Gruppengetriebevorrichtung 3 und eine Eingangswelle der Vorschaltgruppe 7 dar. Sowohl auf der Getriebeeingangswelle 6 als auch auf der Getriebezentralwelle 10 sind Losräder 11 bis 14 drehbar gelagert, die mit Festrädern 16 bis 19 einer ersten Vorgelegewelle 20 und mit Festrädern 21 bis 24 einer zweiten Vorgelegewelle 25 in Eingriff stehen und Übersetzungsstufen KV1, KV2, KV3, HV1, HV2 der Vorschaltgruppe und des Hauptgetriebes 8 für Vorwärtsfahrt darstellen. Das Losrad 11 ist über ein vorliegend als formschlüssiges Schaltelement ausgeführtes Schaltelement C drehfest mit der Getriebeeingangswelle 6 verbindbar und bildet gemeinsam mit den Festrädern 16 und 21 die Übersetzungsstufe KV2 der Vorschaltgruppe 7. Das weitere Losrad 12 ist über ein als formschlüssiges Schaltelement ausgeführtes Schaltelement A ebenfalls drehfest mit der Getriebeeingangswelle 6 koppelbar und bildet mit den Festrädern 17 und 22 der Vorgelegewellen 20 und 25 die weitere Übersetzungsstufe KV1 der Vorschaltgruppe 7. Das dritte Losrad 13 der Gruppengetriebevorrichtung 3 ist über ein formschlüssiges Schaltelement B mit der Getriebeeingangswelle 6 oder über ein weiteres formschlüssiges Schaltelement D mit der Getriebezentralwelle 10 in Wirkverbindung bringbar. Dabei bildet das Losrad 13 mit den Festrädern 18 und 23 in über das Schaltelement B mit der Getriebeeingangswelle 6 verbundenem Betriebszustand die Übersetzungsstufe KV3 der Vorschaltgruppe 7 und in mit der Getriebezentralwelle 10 über das Schaltelement D verbundenem Betriebszustand die Übersetzungsstufe HV2 des Hauptgetriebes 8.
  • Das weitere Losrad 14 ist über ein formschlüssiges Schaltelement E und ein Losrad 15 ist über ein formschlüssiges Schaltelement F mit der Getriebezentralwelle 10 verbindbar. Das Losrad 14 bildet mit den Festrädern 19 und 24 der Vorgelegewellen 20 und 25 die weitere Übersetzungsstufe HV1 des Hauptgetriebes 8. Das Losrad 15 kämmt über Zwischenräder 26, 27 mit weiteren Festrädern 28, 29 der Vorgelegewellen 20 und 25, womit in geschlossenem Betriebszustand des Schaltelementes F die Übersetzung HR1 für Rückwärtsfahrt in der Gruppengetriebevorrichtung 3 zugeschaltet ist. Die Schaltelemente A und B und die Schaltelemente E und F sind vorliegend zu in axialer Richtung bauraumgünstigen Doppelschaltelementen bzw. synchronisierten Klauenschaltelementen zusammengefasst, während die Schaltelemente C und D als Einzelschaltelemente bzw. synchronisierte Klauenschaltelemente ausgeführt sind.
  • Die zweistufige Nachschaltgruppe 9 umfasst vorliegend einen dreiwelligen Planetenradsatz 30 und zwei ebenfalls zu einem Doppelschaltelement zusammengefasste formschlüssige Schaltelemente G und H, die synchronisierte Klauenschaltelemente sind. Ein Sonnenrad 31 des Planetenradsatzes 30 ist vorliegend drehfest mit der Getriebezentralwelle 10 verbunden und kämmt mit Planetenrädern 32, die mit einem Hohlrad 33 in Eingriff stehen. Die Planetenräder 32 sind drehbar auf einem Planetenträger 34 gelagert, der mit einem Achsgetriebe 35 des Fahrzeugantriebsstranges 1 verbunden ist. Das Hohlrad 33 des Planetenradsatzes 30 ist vorliegend über das Schaltelement G mit einem gehäusefesten Bauteil 36 drehfest verbindbar oder über das Schaltelement H mit dem Planetenträger 34 drehfest koppelbar, wobei dann der Planetenradsatz 30 verblockt ist.
  • Über die als 3 × 2 × 2-Gruppengetriebe 7 ausgeführte Gruppengetriebevorrichtung 3, die im Bereich der Vorschaltgruppe und des Hauptgetriebes 8 insgesamt fünf Radebenen aufweist, sind zwölf Übersetzungen für Vorwärtsfahrt und drei Übersetzungen für Rückwärtsfahrt darstellbar. Hierfür sind die drei Übersetzungsstufen KV1 bis KV3 der Vorschaltgruppe, die beiden Übersetzungsstufen HV1 und HV2 für Vorwärtsfahrt des Hauptgetriebes 8, die beiden Übersetzungsstufen der Nachschaltgruppe 9 sowie die dritte Übersetzungsstufe HR1 des Hauptgetriebes 8, über die eine Übersetzung für Rückwärtsfahrt darstellbar ist, in der nachfolgend näher beschriebenen Art und Weise über die Schaltelemente A bis H in den Kraftfluss der Gruppengetriebevorrichtung 3 zuzuschalten oder aus diesem abzuschalten.
  • Zur Darstellung der ersten Übersetzung für Vorwärtsfahrt sind in der Gruppengetriebevorrichtung 3 die Schaltelemente A, E und G zu schließen und die weiteren Schaltelemente B, C, D, F und H in einen geöffneten Betriebszustand zu überführen oder zu halten. Für einen Übersetzungswechsel in der Gruppengetriebevorrichtung 3 ausgehend von der ersten Übersetzung für Vorwärtsfahrt in Richtung der zweiten Übersetzung für Vorwärtsfahrt ist das Schaltelement A zu öffnen und das Schaltelement C in geschlossenen Betriebszustand zu überführen, während die Schaltelemente E und G in geschlossenem Betriebszustand gehalten werden. Bei einem Übersetzungswechsel von der zweiten Übersetzung für Vorwärtsfahrt in Richtung der dritten Übersetzung für Vorwärtsfahrt wird das Schaltelement C geöffnet und das Schaltelement B geschlossen, während die Schaltelemente E und G wiederum in geschlossenem Betriebszustand belassen werden.
  • Liegt eine entsprechende Anforderung für einen Übersetzungswechsel von der dritten Übersetzung für Vorwärtsfahrt in Richtung der vierten Übersetzung für Vorwärtsfahrt vor, ist das Schaltelement B zu öffnen und das Schaltelement A im Bereich der Vorschaltgruppe 7 zu schließen. Gleichzeitig ist das Schaltelement E im Bereich des Hauptgetriebes 8 zu öffnen und das Schaltelement D zu schließen. Das Schaltelement G der Nachschaltgruppe 9 verbleibt in geschlossenem Betriebszustand. Zur Darstellung der fünften Übersetzung für Vorwärtsfahrt und der sechsten Übersetzung für Vorwärtsfahrt sind die Schaltelemente D und G in geschlossenem Betriebszustand zu halten, während jeweils das Schaltelement C oder das Schaltelement B im Bereich der Vorschaltgruppe 7 in geschlossenen Betriebszustand zu überführen sind und gleichzeitig die beiden weiteren Schaltelemente A, B oder A, C der Vorschaltgruppe zu öffnen sind.
  • Zur Einstellung der siebten Übersetzung für Vorwärtsfahrt ausgehend von der sechsten Übersetzung für Vorwärtsfahrt sind in allen drei Gruppen 7, 8 und 9 der Gruppengetriebevorrichtung 3 Schaltungen durchzuführen. Hierfür ist im Bereich der Vorschaltgruppe 7 das Schaltelement B zu öffnen und das Schaltelement A zu schließen. Zusätzlich ist im Bereich des Hauptgetriebes das Schaltelement D zu öffnen und das Schaltelement E zu schließen, während das Schaltelement G geöffnet und das Schaltelement H geschlossen wird. Das Schaltelement H wird zur Darstellung der siebten bis zwölften Übersetzung für Vorwärtsfahrt in geschlossenem Betriebszustand belassen, während das Schaltelement G zur Einlegung dieser Übersetzungen in der Gruppengetriebevorrichtung 3 in geöffnetem Betriebszustand gehalten wird. Das Schaltelement E ist während der Darstellung der siebten bis neunten Übersetzung für Vorwärtsfahrt geschlossen und bei eingelegter zehnter bis zwölfter Übersetzung für Vorwärtsfahrt geöffnet, während das Schaltelement D bei eingelegter zehnter bis zwölfter Übersetzung für Vorwärtsfahrt geschlossen und bei eingelegter siebter bis neunter Übersetzung geöffnet ist.
  • Zur Darstellung der siebten und der zehnten Übersetzung für Vorwärtsfahrt ist jeweils zusätzlich das Schaltelement A geschlossen, während die beiden Schaltelemente B und C im Bereich der Vorschaltgruppe 7 geöffnet sind. Bei eingelegter achter bzw. elfter Übersetzung für Vorwärtsfahrt ist jeweils das Schaltelement C geschlossen während zur Darstellung der neunten und der zwölften Übersetzung für Vorwärtsfahrt jeweils das Schaltelement B im Bereich der Vorschaltgruppe 7 in geschlossenem Betriebszustand gehalten wird, während die beiden Schaltelemente A und C zu öffnen sind oder in geöffnetem Betriebszustand zu halten sind.
  • Im Rückwärtsfahrbetrieb eines mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 ausgeführten Fahrzeuges ist im Bereich der Nachschaltgruppe 9 das Schaltelement G geschlossen. Gleichzeitig liegt das Schaltelement F in seinem geschlossenen Betriebszustand vor und die Übersetzungsstufe HR1 des Hauptgetriebes 8 ist in den Kraftfluss zugeschaltet, während die Schaltelemente D und E des Hauptgetriebes 8 geöffnet sind. Ist das Schaltelement A der Vorschaltgruppe 7 geschlossen, ist in der Gruppengetriebevorrichtung 3 die erste Übersetzung für Rückwärtsfahrt eingelegt. Die Schaltelemente B und C sind dann beide geöffnet. Um die zweite Übersetzung für Rückwärtsfahrt in der Gruppengetriebevorrichtung 3 ausgehend von der ersten Übersetzung für Rückwärtsfahrt einzulegen, ist das Schaltelement A zu öffnen und das Schaltelement C zu schließen. Die dritte Übersetzung für Rückwärtsfahrt ist in der Gruppengetriebevorrichtung 3 eingelegt, wenn das Schaltelement B zusätzlich zu den Schaltelementen F und G geschlossen ist und die Schaltelemente A, C, D und H sowie E in der Gruppengetriebevorrichtung 3 in geöffnetem Betriebszustand vorliegen.
  • Getriebeeingangsseitig ist zwischen der Anfahrkupplung 5 und der Vorschaltgruppe 7 ein weiterer Planetenradsatz 37 vorgesehen, dessen Hohlrad 38 drehfest mit der Getriebeeingangswelle 6 verbunden ist. Ein Sonnenrad 39 des weiteren Planetenradsatzes 37 ist mit einem Rotor 40 einer generatorisch und vorzugsweise auch motorisch betreibbaren elektrischen Maschine 41 drehfest verbunden. Das Hohlrad 38 und das Sonnenrad 39 kämmen mit Planetenrädern 42, die drehbar auf einem Planetensteg bzw. Planetenträger 43 gelagert sind. Der Planetenträger 43 ist vorliegend drehfest mit dem Hohlrad 11 der Vorschaltgruppe 7 verbunden. Die Vorschaltgruppe 7 ist mit geringer Spreizung ausgeführt, weshalb die elektrische Maschine 41 mit akzeptablem Drehzahlbereich betreibbar ist und nur eine geringe Blindleistung über den weiteren Planetenradsatz 37 geführt wird.
  • In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles besteht auch die Möglichkeit, dass der weitere Planetenradsatz 37 im Bereich des Planetenträgers oder des Hohlrades mit der elektrischen Maschine verbunden ist, während das Sonnenrad mit der Getriebeeingangswelle gekoppelt ist. Abweichend hierzu kann es auch vorgesehen sein, dass der Planetenträger mit der elektrischen Maschine verbunden ist. Auch kann es vorgesehen sein, dass das Sonnenrad oder der Planetenträger mit der Getriebeeingangswelle 6 in Wirkverbindung stehen. Zusätzlich besteht auch die Möglichkeit, dass der weitere Planetenradsatz 37 im Bereich des Hohlrades oder des Sonnenrades mit der eine Ausgangswelle der Vorschaltgruppe 7 darstellenden Welle bzw. dem Losrad 11 gekoppelt ist. Dabei kann es vorgesehen sein, dass das Hohlrad, der Planetenträger und das Sonnenrad des weiteren Planetenradsatzes einen Plusplanetenradsatz ausbilden.
  • Über die über den weiteren Planetenradsatz 37 an den Kraftfluss des Fahrzeugantriebsstranges 1 angebundene elektrische Maschine 41 sind bei zugeschalteter EDA-Anordnung sowohl ein elektrodynamisches Anfahren in Vorwärts- als auch in Rückwärtsfahrtrichtung realisierbar, wobei hierfür die Schaltelemente A bis C im Bereich der Vorschaltgruppe 7 zu öffnen und das Schaltelement E oder das Schaltelement F im Bereich des Hauptgetriebes 8 zu schließen ist. Während eines elektrodynamischen Anfahrvorganges ist zusätzlich das Schaltelement G im Bereich der Nachschaltgruppe 9 zu schließen und das Schaltelement H zu öffnen, um ein Antriebsmoment der elektrischen Maschine in akzeptabler Höhe am Abtrieb 4 anlegen zu können.
  • Des Weiteren sind die Schaltelemente D, E, und F über die elektrische Maschine 41 in einen wenigstens annähernd synchronen Betriebszustand überführbar und somit das Hauptgetriebe 8 über die elektrische Maschine 41 synchronisierbar.
  • Ist eines der Schaltelemente A, B oder C der Vorschaltgruppe 7 geschlossen, ist die elektrische Maschine 41 über den dann verblockten weiteren Planetenradsatz 37 bei zugeschalteter ISG-Anordnung mit fester Übersetzung an den Kraftfluss der Gruppengetriebevorrichtung 3 bzw. des Fahrzeugantriebsstranges 1 angebunden und kann als integrierter Starter-Generator (ISG) verwendet werden. Der zwischen die Antriebsmaschine 2 und den Schaltbereich der Gruppengetriebevorrichtung 3 montierte ISG wandelt im generatorischen Betrieb mechanische Leistung in elektrische um oder startet im motorischen Betrieb beispielsweise die Brennkraftmaschine 2.
  • Neben der schaltbaren EDA-Anordnung und auch der darstellbaren ISG-Funktion sind Übersetzungswechsel in der Gruppengetriebevorrichtung 3, während welchen lediglich im Bereich der Vorschaltgruppe 7 eine der Übersetzungsstufen KV1, KV2 oder KV3 aus dem Kraftfluss des Fahrzeugantriebsstranges 1 abgeschaltet und eine der Übersetzungsstufen KV1, KV2 oder KV3 im Bereich der Vorschaltgruppe 7 in den Kraftfluss zugeschaltet wird, über die elektrische Maschine 41 möglichst zugkraftunterbrechungsfrei durchführbar. Dies betrifft Übersetzungswechsel zwischen den Übersetzungen 1 bis 3, 4 bis 6, 7 bis 9 und 10 bis 12 für Vorwärtsfahrt sowie zwischen den drei Übersetzungen für Rückwärtsfahrt.
  • Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform des weiteren Planetenradsatzes 37 führt der Kraftfluss ausgehend vom weiteren Planetenradsatz 37 über das Losrad 11 direkt in Richtung des Hauptgetriebes 8 ohne dabei über die Schaltelemente A, B oder C geführt werden zu müssen. Die Anbindung des Planetensteges 43 an die das Losrad 11 und die beiden Festräder 16 und 21 umfassende Übersetzungsstufe KV2 der Vorschaltgruppe 7 bietet die Möglichkeit, die Schaltelemente A bis C der Vorschaltgruppe 7 zu umgehen und gleichzeitig die Übersetzungsstufe KV2 für einen elektrodynamischen Anfahrbetrieb zu nutzen. Abweichend hierzu besteht auch die Möglichkeit, die das Losrad 12 oder das Losrad 13 nutzende Übersetzungsstufen KV1 und KV3 der Vorschaltgruppe 7 anstatt der Übersetzungsstufe KV2 mit dem weiteren Planetenradsatz 37 zu koppeln.
  • Ist die elektrische Maschine 41, wie in 1 dargestellt, mit dem Sonnenrad 39, die Antriebsmaschine 2 mit dem Hohlrad 38 und das Losrad 11 der Vorschaltgruppe 7 mit dem Planetensteg 43 verbunden und weist der weitere Planetenradsatz 37 eine Standgetriebeübersetzung i0 gleich –2 auf, liegen im Bereich des weiteren Planetenradsatzes 37 folgende Drehmomentverhältnisse vor. So ist ein Verhältnis zwischen einem Drehmoment der Antriebsmaschine 2 und einem Drehmoment der elektrischen Maschine 41 gleich 2. Das im Bereich des Planetenstegs 43 wirkende Drehmoment ist um den Faktor 3 größer als das Drehmoment der elektrischen Maschine 41, während das Verhältnis zwischen dem im Bereich des Planetensteges 43 wirkenden Drehmoment und dem Drehmoment der Antriebsmaschine 2 gleich 1,5 ist. Die Vorzeichen der Drehmomente sind definitionsgemäß derart, dass ein positives Drehmoment jeweils im Zugbetrieb des Fahrzeugantriebsstranges 1 auftritt und die Vorzeichen der Drehmomente im Schubbetrieb negativ sind.
  • Die Drehzahl der elektrischen Maschine 41 entspricht der Differenz aus der dreifachen Drehzahl des Planetenträgers 43 und der zweifachen Drehzahl der Antriebsmaschine 2. Die Vorzeichen aller Drehzahlen im Bereich des weiteren Planetenträgers 37 werden vorliegend definitionsgemäß derart angenommen, dass positive Drehzahlen im Vorwärtsfahrtbetrieb bei eingelegter Übersetzung für Vorwärtsfahrt und im verblockten Betriebszustand des weiteren Planetenradsatzes 37 bei geschlossenem Betriebszustand des Schaltelementes A vorliegen.
  • Der Übersetzungswert der vom Losrad 12 und den beiden Festrädern 17 und 25 gebildeten Übersetzungsstufe KV1 der Vorschaltgruppe 7 ist gleich 1,66. Die Übersetzung der das Losrad 11 und die beiden Festräder 16 und 21 umfassenden Übersetzungsstufe KV2 der Vorschaltgruppe 7 ist gleich 1,29, während die Übersetzung der dritten Übersetzungsstufe KV3 der Vorschaltgruppe 7, die durch das Losrad 13 und die beiden Festräder 18 und 23 gebildet ist, gleich 1,0 ist und einen sogenannten Direktgang darstellt.
  • Ist das Schaltelement C geschaltet bzw. geschlossen, ist der weitere Planetenradsatz 37 direkt überbrückt und befindet sich im sogenannten Blockumlauf, zu dem alle drei Wellen des weiteren Planetenradsatzes 37 mit der gleichen Drehzahl drehen. Für die Antriebsmaschine 2 wirkt dann die Übersetzungsstufe KV2 der Vorschaltgruppe 7. Ebenso wirkt in diesem Fall für die elektrische Maschine 41 die Übersetzungsstufe KV2 der Vorschaltgruppe 7. In diesem Fall werden die von der Antriebsmaschine 2 und der elektrischen Maschine 41 bereitgestellten Momente durch den weiteren Planetenradsatz 37 nicht überhöht. In geschlossenem Betriebszustand des Schaltelementes A oder B der Vorschaltgruppe 7 ist der weitere Planetenradsatz 37 indirekt überbrückt und befindet sich nicht im Blockumlauf. Dann liegt zwischen den Wellen 38, 39 und 43 des weiteren Planetenradsatzes 37 jeweils eine Differenzdrehzahl vor.
  • Ist der weitere Planetenradsatz 37 direkt oder indirekt überbrückt, lässt sich die Übersetzung zwischen der elektrischen Maschine 41 und der Antriebsmaschine 2 anhand der so genannten Willis-Gleichung berechnen, da die Übersetzung zwischen der Antriebsmaschine 2 und der elektrischen Maschine 41 dann dem Verhältnis zwischen der Drehzahl des Sonnenrades 39 und der Drehzahl des Hohlrades 38 entspricht. Unter Berücksichtigung der Standgetriebeübersetzung i0 des weiteren Planetenradsatzes 37 ist die Übersetzung i41_2 zwischen der elektrischen Maschine 41 und der Antriebsmaschine 2 gemäß nachfolgendem formelmäßigen Zusammenhang bestimmbar: i_41_2 = (1 – i0) × i_43/i_38 + i0.
  • Dabei entspricht i_43 der Übersetzung der Vorschaltgruppe 7 für den Planetensteg 43, d.h. dem Übersetzungswert der Übersetzungsstufe KV2 der Vorschaltstufe, der gleich 1,29 ist. Die Übersetzung i_38 entspricht der Übersetzung der Vorschaltgruppe 7 für das Hohlrad 38 des weiteren Planetenradsatzes 37, die von der Schaltposition der Schaltelemente A, B und C abhängig ist.
  • Die Übersetzung i_41_2 ist gleich 0,33, wenn der Planetensteg 43 über das geschlossene Schaltelement A mit dem Hauptgetriebe 8 verbunden ist. Dann dreht die elektrische Maschine 41 langsamer als die Antriebsmaschine 2. Ist das Schaltelement C geschlossen, ist die Übersetzung i_41_2 zwischen der elektrischen Maschine 41 und der Antriebsmaschine 2 gleich 1 und die elektrische Maschine 41 dreht gleich schnell wie die Antriebsmaschine 2. Bei geschlossenem Schaltelement B ist die Übersetzung i_41_2 zwischen der elektrischen Maschine 41 und der Antriebsmaschine 2 gleich 1,87 und die elektrische Maschine 41 dreht schneller als die Antriebsmaschine 2.
  • Diese Ausführung der Gruppengetriebevorrichtung 3 stellt einen Kompromiss bezüglich eines maximal über die elektrische Maschine 41 darstellbaren elektrodynamischen Anfahrmomentes und einer maximalen Drehzahl der elektrischen Maschine 41 dar. Während eines elektrodynamischen Anfahrvorganges wird das Drehmoment der elektrischen Maschine 41 über die Übersetzungsstufe KV2 in Richtung des Hauptgetriebes 8 weitergeleitet.
  • Abweichend hierzu ist die Übersetzung i_41_2 zwischen der elektrischen Maschine 41 und der Antriebsmaschine 2 bei einer in der Zeichnung nicht näher dargestellten Ausführungsform der Gruppengetriebevorrichtung, bei der der Planetensteg des weiteren Planetenradsatzes abweichend zu der Darstellung gemäß 1 mit dem Losrad 12 der Übersetzungsstufe KV1 der Vorschaltgruppe 7 gekoppelt ist, gleich 1, wenn das Hohlrad des weiteren Planetenradsatzes ebenfalls über eines der Schaltelemente der Vorschaltgruppe mit dem Losrad der Übersetzungsstufe KV1 gekoppelt ist. Ist das Hohlrad des weiteren Planetenradsatzes abweichend hierzu über eines der Schaltelemente der Vorschaltgruppe mit dem Losrad 11 der Übersetzungsstufe KV2 verbunden, ist die Übersetzung zwischen der elektrischen Maschine 41 und der Antriebsmaschine 2 i_41_2 gleich 1,87. Die Übersetzung i_421_2 ist gleich 2,99, wenn das Hohlrad des weiteren Planetenradsatzes über eines der Schaltelemente der Vorschaltgruppe mit dem Losrad 13 der Übersetzungsstufe KV3 der Vorschaltgruppe 7 verbunden ist.
  • Bei der letztbeschriebenen Ausführung der Gruppengetriebevorrichtung dreht die elektrische Maschine 41 immer gleich schnell oder schneller als die Antriebsmaschine 2. Jedoch besteht die Möglichkeit, dass die Drehzahl der elektrischen Maschine in ungünstigen Betriebszustandsbereichen kritische Werte erreicht. Dennoch ist die letztbeschriebene Anbindung der elektrischen Maschine über den weiteren Planetenradsatz an den Schaltbereich der Gruppengetriebevorrichtung für einen elektrodynamischen Anfahrvorgang günstig, weil dieser bei in der Vorschaltgruppe eingelegter Übersetzungsstufe mit der größten Übersetzung durchgeführt werden kann.
  • Ist der Planetensteg in ebenfalls in der Zeichnung nicht näher dargestellter Art und Weise mit dem Losrad 13 der Übersetzungsstufe KV3 der Vorschaltgruppe 7 verbunden und das Hohlrad über eines der Schaltelemente der Vorschaltgruppe mit dem Losrad 12 der Übersetzungsstufe KV1 gekoppelt, ist die Übersetzung i_41_2 gleich –0,2. Dann dreht die elektrische Maschine 41 langsam rückwärts. Ist das Hohlrad über eines der Schaltelemente der Vorschaltgruppe mit dem Losrad 11 der Übersetzungsstufe KV2 verbunden, ist die Übersetzung i_41_2 gleich 0,33. Stellt eines der Schaltelemente der Vorschaltgruppe eine Verbindung zwischen dem Hohlrad des weiteren Planetenradsatzes 37 und dem Losrad 13 der Übersetzungsstufe KV3 her, ist die Übersetzung i_41_2 zwischen der elektrischen Maschine 41 und der Antriebsmaschine 2 gleich 1. Bei dieser Ausführung der Gruppengetriebevorrichtung dreht die elektrische Maschine immer gleich schnell oder langsamer als die Verbrennungsmaschine.
  • Ist in der Vorschaltgruppe 7 eine der drei Übersetzungsstufen KV1 bis KV3 über eines der Schaltelemente A bis C in den Kraftfluss der Gruppengetriebevorrichtung 3 zugeschaltet, ist eine Übersetzung i_41_8 zwischen der elektrischen Maschine 41 und dem Abtrieb der Vorschaltgruppe 7 gemäß nachfolgendem formelmäßigem Zusammenhang bestimmbar: i_41_8 = (1 – i0) × i_43 + i0 × i_38.
  • Ist der Planetensteg 43 wie in 1 dargestellt, mit dem Losrad 11 bzw. der Übersetzungsstufe KV2 der Vorschaltgruppe 7 verbunden und das Hohlrad 38 bei geschlossenem Schaltelement A mit der Übersetzungsstufe KV1 bzw. dessen Losrad 12 gekoppelt, beträgt die Übersetzung i_41_8 gleich 0,54. Bei geschlossenem Schaltelement C ist die Übersetzung i_41_8 gleich 1,29, während die Übersetzung i_41_8 bei geschlossenem Schaltelement B gleich 1,87 ist.
  • Während eines elektrodynamischen Anfahrbetriebes über die elektrische Maschine 41, d.h. bei Vorliegen der EDA-Anordnung, oder während einer zugkraftunterbrechungsfreien Lastschaltung im Bereich der Vorschaltgruppe 7, die in vorbeschriebenem Umfang über die elektrische Maschine 41 zum Erhalt der Zugkraft unterstützt wird, sind die Schaltelemente A bis C geöffnet. Dann wird das Drehmoment der Antriebsmaschine 2 um den Faktor 1,5 und das Drehmoment der elektrischen Maschine um den Faktor 3 überhöht. Gleichzeitig sind die Drehzahlen über die oben näher beschriebene Willis-Gleichung bestimmt.
  • Zur Darstellung eines rein elektrischen Fahrbetriebes über die elektrische Maschine 41 wird die Anfahrkupplung 5 geöffnet und im Bereich der Vorschaltgruppe 7 eines der Schaltelemente A bis C geschlossen. Im Hauptgetriebe 8 und in der Nachschaltgruppe 9 ist jeweils eine Übersetzungsstufe in den Kraftfluss der Gruppengetriebevorrichtung 3 zugeschaltet.
  • Während eines rein elektrischen Anfahrbetriebes oder eines rein elektrischen Rangierbetriebes eines mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 ausgeführten Fahrzeuges sind bevorzugt das Schaltelement B der Vorschaltgruppe 7, das Schaltelement E des Hauptgetriebes 8, das Schaltelement G der Nachschaltgruppe 9 zu schließen. In diesem Betriebszustand der Gruppengetriebevorrichtung 3 wird das Drehmoment der elektrischen Maschine 41 mit einer höheren Übersetzung als bei geöffneten Schaltelementen A bis C in Richtung des Abtriebs 4 übersetzt. Das Drehmoment der elektrischen Maschine 41 wird im Bereich des weiteren Planetenradsatzes 37 dann zusätzlich übersetzt und mit einer Übersetzung i_41_8 gleich 1,87 anstelle der Übersetzung i_41_8 gleich 1,66 bei geöffneten Schaltelementen A bis C in Richtung des Hauptgetriebes 8 weitergeleitet.
  • Soll die Antriebsmaschine 2 über die elektrische Maschine 41 bei im Bereich des Hauptgetriebes 8 unterbrochenem Kraftfluss des Fahrzeugantriebsstranges 1 gestartet werden, wird der weitere Planetenradsatz 37 durch Schließen des Schaltelementes B indirekt überbrückt. Damit wird ein von der elektrischen Maschine 41 zur Verfügung gestelltes Drehmoment in Richtung der Antriebsmaschine 2 in einem für den Startvorgang der Antriebsmaschine 2 günstigen Umfang übersetzt. Bei der in 1 gezeigten Ausführung der Gruppengetriebevorrichtung 3 ist von der elektrischen Maschine 41 zum Starten der Antriebsmaschine 2 ein um den Faktor 1,87 kleineres Drehmoment zu erzeugen als dies bei direkter Verbindung zwischen der elektrischen Maschine 41 und der Antriebsmaschine 2 erforderlich wäre. Aufgrund des im Bereich des Hauptgetriebes 8 unterbrochenen Kraftflusses ist der Start der Antriebsmaschine 2 unabhängig von der Abtriebsgeschwindigkeit möglich und es kann ein Bremseingriff im Bereich der Betriebsbremse eines mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 ausgeführten Fahrzeuges unterbleiben.
  • Um die elektrische Maschine 41 während eines Ladebetriebes eines der elektrischen Maschine 41 zugeordneten elektrischen Speichers mit einer für den Ladebetrieb günstigen Übersetzung an die Antriebsmaschine 2 anzubinden, wird ebenfalls das Schaltelement B geschlossen und der weitere Planetenradsatz 37 indirekt überbrückt. Die elektrische Maschine 41 dreht dann im generatorischen Betrieb um den Faktor 1,87 schneller als die Antriebsmaschine 2, weshalb auch bei Vorliegen einer Leerlaufdrehzahl der Antriebsmaschine 2 über die elektrische Maschine 41 eine ausreichend hohe generatorische Leistung darstellbar ist. Damit ist gegebenenfalls ein Anheben der Drehzahl der Antriebsmaschine 2 während eines Ladebetriebes des elektrischen Speichers vermeidbar und ein Verbrauch der als Brennkraftmaschine ausgeführten Antriebsmaschine 2 reduzierbar. Des Weiteren sind damit auch unerwünscht hohe Betriebsgeräusche der Antriebsmaschine 2 während eines Ladevorganges vermeidbar. Ist der Kraftfluss des Fahrzeugantriebsstranges 1 im Bereich des Hauptgetriebes 8 unterbrochen bzw. im Bereich des Hauptgetriebes 8 der Neutralbetriebszustand der Gruppengetriebevorrichtung 3 eingelegt, ist der Ladebetrieb des elektrischen Speichers unabhängig von der aktuell vorliegenden Fahrzeuggeschwindigkeit möglich bzw. durchführbar. Des Weiteren ist ein aktueller Betriebszustand des mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 ausgeführten Fahrzeuges während des Ladebetriebes ohne Bremseingriff im Bereich der Betriebsbremse erhaltbar.
  • Während eines elektrodynamischen Anfahrbetriebes des Fahrzeugantriebsstranges 1 ist die Anfahrkupplung 5 geschlossen und in der Vorschaltgruppe 7 sind alle Schaltelemente A bis C geöffnet. Sowohl im Hauptgetriebe 8 als auch in der Nachschaltgruppe 9 sind jeweils die Übersetzungsstufen HV1 zugeschaltet, über die jeweils ein Anfahrgang der Gruppengetriebevorrichtung 3 darstellbar ist. Im vorliegenden Fall sind hierfür im Bereich des Hauptgetriebes 8 das Schaltelement E bzw. das Schaltelement F und im Bereich der Nachschaltgruppe 9 ist das Schaltelement G zu schließen. Während des elektrodynamischen Anfahrvorganges wird ein von der Antriebsmaschine 2 zur Verfügung gestelltes Antriebsmoment im Bereich der elektrischen Maschine 41 abgestützt und dadurch im Bereich des Abtriebs 4 ein entsprechendes Anfahrmoment angelegt. Der elektrodynamische Anfahrvorgang ist beendet, wenn im Bereich der Vorschaltgruppe 7 eines der Schaltelemente A bis C geschlossen wird.
  • Ausgehend von einem Betriebszustand des Fahrzeugantriebsstranges 1, während dem die Anfahrkupplung 5 geschlossen ist und im Bereich der Vorschaltgruppe 7 eines der Schaltelement A bis C geschlossen ist sowie gleichzeitig im Bereich des Hauptgetriebes 8 und der Nachschaltgruppe 9 eines der Schaltelemente D bis F bzw. G oder H geschlossen ist, wird bei Vorliegen einer Anforderung für einen Übersetzungswechsel in der Gruppengetriebevorrichtung 3, der allein durch Abschalten einer Übersetzungsstufe KV1, KV2 oder KV3 der Vorschaltgruppe 7 und gleichzeitiges Zuschalten einer Übersetzungsstufe KV1, KV2 oder KV3 der Vorschaltgruppe 7 umsetzbar ist, folgende Vorgehensweise durchgeführt, um den Übersetzungswechsel in der Gruppengetriebevorrichtung 3 wenigstens annähernd zugkraftunterbrechungsfrei darstellen zu können.
  • Zunächst werden die von der Antriebsmaschine 2 und der elektrischen Maschine 41 zur Verfügung gestellten Drehmomente derart gesteuert eingestellt, dass das jeweils geschlossene Schaltelement A, B oder C in einen wenigstens annähernd lastfreien Betriebszustand überführt wird und sich im Bereich des Abtriebs 4 ein gewünschter Zugkraftverlauf einstellt. Dabei besteht die Möglichkeit, die Zugkraft bei Hochschaltungen in der Gruppengetriebevorrichtung 3 auf das Niveau des jeweils einzulegenden Zielganges abzusenken. Das jeweils geschlossene Schaltelement A, B oder C wird in einen wenigstens annähernd lastfreien Betriebszustand überführt, wenn das Verhältnis der Drehmomente der Antriebsmaschine 2 und der elektrischen Maschine 41 im Wesentlichen der Standgetriebeübersetzung i0 des weiteren Planetenradsatzes 37 entspricht.
  • Ist über die elektrische Maschine 41 ein hierfür zu kleines Drehmoment zur Verfügung stellbar, ist das Drehmoment der Antriebsmaschine 2 entsprechend zu reduzieren. Dann ist jedoch im Bereich des Abtriebs 4 eine Zugkrafteinbuße nicht vermeidbar, wobei die Zugkraft im Bereich des Abtriebs 4 jedoch nicht auf null absinkt.
  • Ist das jeweils geschlossene Schaltelement A, B oder C der Vorschaltgruppe 7 durch die vorbeschriebene Vorgehensweise im Wesentlichen lastfrei, wird dieses in seinen geöffneten Betriebszustand überführt. Anschließend wird das aufgrund des angeforderten Übersetzungswechsel in der Vorschaltgruppe 7 zu schließende Schaltelement A, B oder C durch entsprechendes Einstellen der Drehmomente der elektrischen Maschine 41 und der Antriebsmaschine 2 unter Beibehaltung der am Abtrieb 4 zur Verfügung zu stellenden Zugkraft in einen für die Zuschaltung des Schaltelementes A, B oder C vorteilhaften Betriebszustand überführt bzw. synchronisiert. Wird der für die Zuschaltung vorteilhafte Betriebszustand des zuzuschaltenden Schaltelementes A, B oder C erreicht, wird dieses in seinen geschlossenen Betriebszustand überführt und der angeforderte Übersetzungswechsel ist im Wesentlichen abgeschlossen. Wiederum anschließend ist eine Änderung der Last im Bereich der Antriebsmaschine 2 und auch der elektrischen Maschine 41 in Abhängigkeit der jeweils zugrunde liegenden Betriebsstrategie einstellbar. Übersetzungsänderungen durch Zu- und Abschalten der Übersetzungsstufen KV1 bis KV3 im Bereich der Vorschaltgruppe 7 sind auch mit Zugkraftunterbrechung durchführbar, wenn die Last im Bereich der Antriebsmaschine 2 vollständig abgebaut wird.
  • Ist im Bereich des Hauptgetriebes 8 und der Nachschaltgruppe 9 jeweils eine für einen elektrodynamischen Anfahrvorgang geeignete Anfahrübersetzung, beispielsweise durch Schließen der Schaltelement E und G, eingelegt, und befindet sich die Vorschaltgruppe 7 bei geschlossener Anfahrkupplung 5 im Neutralbetriebszustand, ist ein mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 ausgeführtes Fahrzeug durch entsprechende Betätigung der Antriebsmaschine 2 und der elektrischen Maschine 37 über die elektrische Maschine 41 beispielsweise aus einem Fahrzeugstillstand heraus anfahrbar.
  • Um während eines solchen bevorzugten elektrodynamischen Anfahrvorganges des Fahrzeugantriebsstranges 1, während dem ein Anfahrmoment der Antriebsmaschine 2 bei geschlossener Anfahrkupplung 5 im Bereich der elektrischen Maschine 41 abgestützt wird, unter Last in einen Betriebsmodus des Fahrzeugantriebsstranges 1 wechseln zu können, zu dem das Anfahrmoment der Antriebsmaschine über die dann schlupfend betriebene Anfahrkupplung 5 geführt und zu nur einem geringen Anteil im Bereich der elektrischen Maschine 41 oder überhaupt nicht abgestützt wird, wird der Fahrzeugantriebsstrang 1 vorzugsweise wie nachfolgend näher beschrieben betätigt. Ein solcher Betriebmoduswechsel ist beispielsweise dann erforderlich, wenn im Bereich der elektrischen Maschine 41 aufgrund eines zu vollen oder zu leeren Energiespeichers nicht mehr die gewünschte Fahrleistung zur Verfügung stellbar ist, da dann über die elektrische Maschine 41 nicht mehr genügend Drehmoment abstützbar ist.
  • Zunächst wird die Übertragungsfähigkeit der Anfahrkupplung 5 reduziert und diese in einen Schlupfbetrieb überführt. Durch Steuerung der Übertragungsfähigkeit der Anfahrkupplung 5 und des von der elektrischen Maschine 41 zur Verfügung gestellten Drehmomentes wird die Drehzahl im Bereich der Vorschaltgruppe 7 so verändert, dass eines der Schaltelemente A, B oder C in einen wenigstens annähernd synchronen Betriebszustand übergeht. Das zumindest wenigstens annähernd synchrone Schaltelement A, B oder C der Vorschaltgruppe 7 wird geschlossen, womit für die Antriebsmaschine 2 im Bereich der Gruppengetriebevorrichtung 3 ein fester Gang geschaltet ist und der Anfahrvorgang des Fahrzeugantriebsstranges 1 konventionell über die Antriebsmaschine 2 bei gleichzeitig schlupfender Anfahrkupplung 5 fortgesetzt werden kann. Die Anfahrkupplung 5 ist während des Anfahrvorganges durch einen entsprechenden Betrieb der elektrischen Maschine 41 während des Anfahrvorganges entlastbar.
  • Im Unterschied hierzu kann auch betriebszustandsabhängig oder von einer übergeordneten Betriebsstrategie die Anforderung generiert sein, dass von einem konventionellen Anfahrvorgang des Fahrzeugantriebsstranges über die Antriebsmaschine 2 und die schlupfende Anfahrkupplung 5 in einen elektrodynamischen Anfahrvorgang möglichst zugkraftunterbrechungsfrei gewechselt werden soll. Ausgehend von einem Betriebszustand des Fahrzeugantriebsstranges 1, zu dem die Anfahrkupplung 5 ein Drehmoment der Antriebsmaschine 2 rutschend überträgt und im Bereich der Vorschaltgruppe 7 das Schaltelement A, B oder C geschlossen ist und im Bereich des Hauptgetriebes 8 sowie im Bereich der Nachschaltgruppe 9 jeweils die zur Darstellung der Anfahrübersetzung erforderlichen Übersetzungsstufen über das Schaltelement E und das Schaltelement G in den Kraftfluss des Fahrzeugantriebsstranges 1 zugeschaltet sind, werden das Drehmoment der Antriebsmaschine 2 bzw. die Übertragungsfähigkeit der Anfahrkupplung 5 und gleichzeitig das Drehmoment der elektrischen Maschine 41 derart gesteuert eingestellt, dass das geschlossene Schaltelement A, B oder C der Vorschaltgruppe 7 in einen wenigstens annähernd lastfreien Betriebszustand überführt wird und sich im Bereich des Abtriebs 5 ein gewünschter Zugkraftverlauf einstellt. Dadurch wird eine Zugkraftunterbrechung möglichst vermieden. Das jeweils geschlossene Schaltelement A, B oder C ist im Wesentlichen lastfrei, wenn ein Verhältnis zwischen dem Drehmoment der Antriebsmaschine 2 und der elektrischen Maschine 41 in etwa der Standgetriebeübersetzung i0 des weiteren Planetenradsatzes 37 entspricht. Ist durch die elektrische Maschine 41 ein für den gewünschten Zugkraftverlauf erforderliches Drehmoment nicht zur Verfügung stellbar, wird die Last im Bereich der Antriebsmaschine 2 bzw. der Anfahrkupplung 5 entsprechend reduziert, wobei dann im Bereich des Abtriebs 4 ein geringer Zugkrafteinbruch auftritt. Die Zugkraft sinkt jedoch nicht auf null ab.
  • Im wenigstens annähernd lastfreien Betriebszustand wird das geschlossene Schaltelement A, B oder C geöffnet. Anschließend daran werden die Übertragungsfähigkeit der Anfahrkupplung 5 und vorzugsweise auch das Antriebsmoment der Antriebsmaschine 2 sowie das Antriebsmoment der elektrischen Maschine 41 gesteuert und eine Differenzdrehzahl im Bereich der Anfahrkupplung 5 in Richtung null geführt. Dadurch wird ein Schlupf im Bereich der Anfahrkupplung 5 reduziert und die Anfahrkupplung 5 geht in einen haftenden Betriebszustand über, von dem ausgehend diese vollständig geschlossen wird. Im geschlossenen Betriebszustand der Anfahrkupplung 5 wird der Anfahrvorgang des Fahrzeugantriebsstranges 1 im elektrodynamischen Betriebsmodus weiter fortgesetzt.
  • Des Weiteren ist das Hauptgetriebe 8 während eines Übersetzungswechsels in der Gruppengetriebevorrichtung 3, während dem eine Übersetzungsstufe HV1, HV2 des Hauptgetriebes abgeschaltet und eine Übersetzungsstufe HV1, HV2 des Hauptgetriebes zuzuschalten ist, über die elektrische Maschine 41 synchronisierbar.
  • Ausgehend von einem Betriebszustand des Fahrzeugantriebsstranges 1, zu dem die Anfahrkupplung 5 geschlossen ist und im Bereich der Vorschaltgruppe 7 eine der Übersetzungsstufen KV1, KV2 oder KV3 sowie im Bereich des Hauptgetriebes 8 eine Übersetzungsstufe HV1, HV2 in den Kraftfluss des Fahrzeugantriebsstranges 1 zugeschaltet ist, wird die zugeschaltete Übersetzungsstufe HV1, HV2 im Bereich des Hauptgetriebes 8 während einer zugkraftunterbrochenen Schaltung im Bereich des Hauptgetriebes 8 im lastfreien Betriebszustand ausgelegt. Anschließend wird das Hauptgetriebe 8 mit Hilfe der elektrischen Maschine 41 über eine Drehzahlregelung der elektrischen Maschine 41 synchronisiert. Die Anfahrkupplung 5 kann hierbei in geschlossenem Betriebszustand belassen werden oder in geöffneten Betriebszustand überführt werden. Im geschlossenen Betriebszustand der Anfahrkupplung 5 wird das Drehmoment der Antriebsmaschine 2 derart gesteuert, dass die Antriebsmaschine 2 die Synchronisation des Hauptgetriebes 8 unterstützt. Im geöffneten Betriebszustand der Anfahrkupplung 5 wird das Hauptgetriebe 8 über die elektrische Maschine 41 alleine synchronisiert.
  • Ist im Bereich der Vorschaltgruppe 7 keines der Schaltelemente A bis C geschlossen und gleichzeitig im Bereich des Hauptgetriebes 8 eine der Übersetzungsstufen HV1 oder HV2 des Hauptgetriebes 8 mit der Getriebezentralwelle 10 verbunden, wird bei Vorliegen einer Anforderung eines Übersetzungswechsels in der Gruppengetriebevorrichtung 3, der allein durch Umschalten zwischen den Übersetzungsstufen HV1 und HV2 im Bereich des Hauptgetriebe 8 durchführbar ist, die zugeschaltete Übersetzungsstufe des Hauptgetriebes 8 während einer zugkraftunterbrochenen Schaltung bei gleichzeitig geschlossener Anfahrkupplung 5 im lastfreien Betriebszustand aus dem Kraftfluss abgeschaltet. Um die zuzuschaltende Übersetzungsstufe HV1 oder HV2 des Hauptgetriebes 8 innerhalb kurzer Betriebszeiten einlegen zu können, soll das Hauptgetriebe 8 nach Auslegen des alten Ganges auf den neuen Gang synchronisiert werden. Das Synchronisieren des Hauptgetriebes 8 wird mit Hilfe einer entsprechenden Steuerung der Drehzahlen der Antriebsmaschine 2 und der elektrischen Maschine 41 durchgeführt. Die Anfahrkupplung 5 muss während dieses Vorganges geschlossen bleiben, da sonst die Drehzahl der Eingangswelle der Vorschaltgruppe 7, d. h. der Getriebeeingangswelle 6, undefiniert wäre.
  • Der in 2 dargestellte Fahrzeugantriebsstrang 1 unterscheidet sich von dem in 1 gezeigten Fahrzeugantriebsstrang 1 lediglich dadurch, dass der Fahrzeugantriebsstrang 1 gemäß 2 ohne die Anfahrkupplung ausgeführt ist und damit einen einfacheren Aufbau aufweist. Anfahrvorgänge des Fahrzeugantriebsstranges 1 gemäß 2 sind, wie zu 1 beschrieben, über die elektrische Maschine 41 im elektrodynamischen Anfahrbetriebsmodus ausführbar. Ein konventionelles Anfahren eines mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 gemäß 2 ausgeführten Fahrzeuges ist nicht möglich. Die Antriebsmaschine 2 ist damit permanent mit der Getriebeeingangswelle 6 verbunden. In diesem Fall sind die zu 1 beschriebenen Vorgehensweisen mit Ausnahme der Verfahren durchführbar, während welchen die Anfahrkupplung 5 teilweise in einen schlupfenden Betrieb zu überführen ist oder auch vollständig geöffnet werden muss.
  • Bei dem in 3 gezeigten Fahrzeugantriebsstrang 1, der im Wesentlichen dem Fahrzeugantriebsstrang 1 gemäß 1 entspricht, weicht die Position des Schaltelementes C von der Position des in 1 gezeigten Fahrzeugantriebsstrang 1 ab. Das Schaltelement C gemäß 3 ist zwischen dem Losrad 11 und der elektrischen Maschine 41 angeordnet und das Sonnenrad 39 des weiteren Planetenradsatzes 37 ist über das Schaltelement C mit dem Planetensteg 43 drehfest verbindbar. Das Schaltelement C ist im Kupplungsraum eines mit dem Schaltbereich der Gruppengetriebevorrichtung 3 kombinierbaren Doppelkupplungssystems und somit außerhalb des Getriebegehäuses angeordnet. Damit ist das Getriebegehäuse der Gruppengetriebevorrichtung 3 als kostengünstiges Baukasten-Gleichteil ausführbar. Des Weiteren ist auch der Schaltgetriebebereich der Gruppengetriebevorrichtung, d.h. der die Vorschaltgruppe 7, das Hauptgetriebe 8 und die Nachschaltgruppe 9 aufweisende Bereich der Gruppengetriebevorrichtung 3 in gleichem Umfang wie bei der Kombination mit einer Doppelkupplung modular aufbaubar und somit kostengünstiger herstellbar.
  • In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Fahrzeugantriebsstranges 1 gezeigt, der wiederum ohne die Anfahrkupplung 5 ausgebildet ist und bei dem das Sonnenrad 39 des weiteren Planetenradsatzes 37 mit dem Planetensteg 43 über das als reibschlüssiges Schaltelement ausgeführte Schaltelement C in Wirkverbindung bringbar ist. Das Schaltelement C ist wiederum zwischen der elektrischen Maschine 41 und dem Losrad 11 angeordnet, womit die zu 3 beschriebenen Vorteile erzielbar sind. Bei einer Notbremsung ist bei in der Gruppengetriebevorrichtung 3 eingelegter zweiter, fünfter, achter oder elfter Übersetzung für Vorwärtsfahrt bzw. bei eingelegter zweiter Übersetzung für Rückwärtsfahrt durch Öffnen des Schaltelementes C unter Last ein Abwürgen der Antriebsmaschine 2 vermeidbar. Ein konventionelles Anfahren des Fahrzeugantriebsstranges 1 wie über die Anfahrkupplung 5 ist über das Schaltelement C nicht durchführbar, jedoch ist die elektrische Maschine 41 während eines elektrodynamischen Anfahrbetriebes des Fahrzeugantriebsstranges 1 gemäß 4 durch entsprechendes Einstellen der Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes C unterstützbar.
  • Der in 5 dargestellte Fahrzeugantriebsstrang 1 unterscheidet sich von dem in 1 gezeigten Fahrzeugantriebsstrang 1 dadurch, dass der Fahrzeugantriebsstrang 1 gemäß 5 ohne die Anfahrkupplung 5 ausgebildet ist und das Sonnenrad 39 des weiteren Planetenradsatzes 37 über ein als reibschlüssige Bremse ausgeführtes Schaltelement 44 mit einem gehäusefesten Bauteil 45 in Wirkverbindung bringbar ist. Über das Schaltelement 44 ist die elektrische Maschine 41 während eines elektrodynamischen Anfahrbetriebes des Fahrzeugantriebsstranges 1 gemäß 5 unterstützbar. Des Weiteren ist über das Schaltelement 44 ein konventioneller Anfahrvorgang, beispielsweise wie über die Anfahrkupplung 5, realisierbar.
  • 6 bis 11 zeigen jeweils Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Gruppengetriebevorrichtung 3, die jeweils zusätzliche Schaltelemente I und J umfassen. Die Schaltelemente I und J sind vorliegend als synchronisierte Klauenschaltelemente ausgeführt und zu einem bauraumgünstigen Doppelschaltelement zusammengefasst. In geschlossenem Betriebszustand des Schaltelementes I ist in der Gruppengetriebevorrichtung 3 gemäß 6 bis 11 jeweils die EDA-Anordnung zugeschaltet, während bei geschlossenem Schaltelement J die ISG-Anordnung aktiviert ist. Sind beide Schaltelemente I und J geöffnet, ist die elektrische Maschine 37 vollständig vom Kraftfluss des Fahrzeugantriebsstranges 1 entkoppelt.
  • Die Abkopplung der elektrischen Maschine 41 kann zur Vermeidung von Nulllastverlusten oder im Fehlerfall, beispielsweise bei Vorliegen eines Defektes im elektrischen System, sinnvoll sein.
  • Bei weiteren in der Zeichnung nicht näher dargestellten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Gruppengetriebevorrichtung, die im Wesentlichen den Ausführungen gemäß 6 bis 11 entsprechen, ist jeweils nur das Schaltelement I vorgesehen. Dann ist jedoch die ISG-Anordnung nicht darstellbar und lediglich die EDA-Anordnung über das geschlossene Schaltelement I zuschaltbar. In geöffnetem Betriebszustand des Schaltelementes I ist die elektrische Maschine 41 wiederum vom Kraftfluss des Fahrzeugantriebsstranges 1 abgekoppelt.
  • Eine Umschaltung zwischen dem Schaltelement I und dem Schaltelement J unter Last erfolgt nur, wenn in der Vorschaltgruppe 7 eines der Schaltelemente A bis C geschlossen ist. Ist diese Voraussetzung erfüllt, erfolgt zunächst ein Lastabbau an der elektrischen Maschine 41 und die Lastübernahme durch die Antriebsmaschine 2. Falls die Drehzahl der Getriebeeingangswelle 6 bzw. der Eingangswelle der Vorschaltgruppe 7 zu gering ist, wird die Anfahrkupplung 5 schlupfend betrieben. Befinden sich die Schaltelemente I und J wenigstens annähernd in einem lastfreien Betriebszustand, wird zwischen diesen Schaltelementen umgeschaltet, wobei ein Synchronisieren der Schaltelemente I und J mittels einer Drehzahlregelung der elektrischen Maschine 41 erfolgt.
  • Bei den in 6 und 7 gezeigten Ausführungsbeispielen der Gruppengetriebevorrichtung 3 ist jeweils eine Welle des weiteren Planetenradsatzes 37, vorliegend entweder das Hohlrad 38 oder der Planetensteg 43, über das Schaltelement I mit der Eingangswelle 6 der Vorschaltgruppe 7 oder mit der Ausgangswelle 11 der Vorschaltgruppe 7 verbindbar. Die gleiche Welle 38 oder 43 des weiteren Planetenradsatzes 37 ist jeweils über das Schaltelement J mit einem gehäusefesten Bauteil 46 koppelbar, wobei die elektrische Maschine 41 dann über den als Konstantübersetzung für die elektrische Maschine 41 wirkenden weiteren Planetenradsatz 37 an den Kraftfluss des Fahrzeugantriebsstranges 1 angebunden ist. Dadurch ist die elektrische Maschine 41 für ein geringeres maximales Drehmoment und für höhere Drehzahlen auslegbar.
  • 8 und 9 zeigen jeweils Ausführungsbeispiele der Gruppengetriebevorrichtung 3, bei welchen jeweils eine Welle des weiteren Planetenradsatzes 37, vorliegend entweder das Hohlrad 38 oder der Planetensteg 43, über das Schaltelement I mit der Eingangswelle 6 der Vorschaltgruppe 7 oder mit der Ausgangswelle 11 der Vorschaltgruppe 7 verbindbar sind. Die gleiche Welle 38 oder 43 des weiteren Planetenradsatzes 37 ist jeweils über das Schaltelement J mit einer weiteren Welle des weiteren Planetenradsatzes 37, vorliegend mit dem Sonnenrad 39, koppelbar, wobei die elektrische Maschine 41 dann über den verblockten weiteren Planetenradsatz 37 mit der Übersetzung 1 ohne Verzahnungsverluste im Bereich des weiteren Planetenradsatzes 37 bei gleichzeitig gering wirkender Trägheitsmasse der elektrischen Maschine 41 an den Kraftfluss des Fahrzeugantriebsstranges 1 angebunden ist.
  • Abweichend zur Darstellung gemäß 8 kann es auch vorgesehen sein, dass das Hohlrad des weiteren Planetenradsatzes bei geschlossenem Schaltelement J anstatt mit dem Sonnenrad mit dem Planetensteg verbunden ist.
  • Bei den in 10 und 11 dargestellten Ausführungsbeispielen der Gruppengetriebevorrichtung 3 ist die elektrische Maschine 41 über das Schaltelement I jeweils mit einer Welle des weiteren Planetenradsatzes 37, entweder mit dem Sonnenrad 39 oder dem Hohlrad 38, koppelbar. Über das Schaltelement J ist die elektrische Maschine 41 entweder mit der Ausgangswelle 11 der Vorschaltgruppe 7 oder der Eingangswelle 6 der Vorschaltgruppe 7 verbindbar, wobei der weitere Planetenradsatz 37 bei geschlossenem Schaltelement J und gleichzeitig geöffnetem Schaltelement I leer bzw. momentfrei mitläuft. Die elektrische Maschine 41 ist dann wiederum ohne Verzahnungsverluste im Bereich des weiteren Planetenradsatzes 37 an den Kraftfluss des Fahrzeugantriebsstranges 1 angebunden und es wirkt gleichzeitig eine geringe Trägheitsmasse der elektrischen Maschine 41.
  • In 12 und 13 sind weitere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Gruppengetriebevorrichtung 3 dargestellt, die ohne den weiteren Planetenradsatz 37 ausgeführt sind und bei welchen die elektrische Maschine 41 direkt mit dem Losrad 11 bzw. der Ausgangswelle der Vorschaltgruppe 7 verbunden ist. Die beiden Ausführungsformen der Gruppengetriebevorrichtung 3 gemäß 12 und 13 unterscheiden sich lediglich in der Anordnung des Schaltelementes C voneinander, das bei der Ausführung gemäß 12 zwischen den Losrädern 11 und 12 und bei der Ausführung gemäß 13 zwischen der Anfahrkupplung 5 und der elektrischen Maschine 41 angeordnet ist.
  • Sowohl bei der Ausführung der Gruppengetriebevorrichtung 3 gemäß 12 als auch bei der Ausführung gemäß 13 ist ein elektrisches Anfahren eines mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 ausgeführten Fahrzeuges möglich, wobei das Antriebsmoment der Antriebsmaschine 2 im Bereich der elektrischen Maschine 41 über die Übersetzungsstufe KV2 der Vorschaltgruppe 7 abstützbar ist. Übersetzungswechsel in der Gruppengetriebevorrichtung 3, zu deren Durchführung lediglich im Bereich der Vorschaltgruppe 7 eine Übersetzungsstufe KV1, KV2 oder KV3 aus dem Kraftfluss des Fahrzeugantriebsstranges 1 abzuschalten und eine der Übersetzungsstufen KV1, KV2 oder KV3 der Vorschaltgruppe 7 in den Kraftfluss des Fahrzeugantriebsstranges 1 zuzuschalten ist, sind über die elektrische Maschine 41 unter Teilzugkrafterhalt zwischen den Übersetzungsstufen 1, 2 und 3, den Übersetzungsstufen 4, 5 und 6, den Übersetzungsstufen 7, 8, 9 sowie den Übersetzungsstufen 10, 11 und 12 für Vorwärtsfahrt möglich. Des Weiteren ist auch das Hauptgetriebe 8 über die elektrische Maschine 41 synchronisierbar. Zusätzlich sind ISG-Funktionen, wie ein Rekuperationsbetrieb und dergleichen, über die elektrische Maschine 41 darstellbar.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Fahrzeugantriebsstrang
    2
    Antriebsmaschine
    3
    Gruppengetriebevorrichtung
    4
    Abtrieb
    5
    Anfahrkupplung
    6
    Getriebeeingangswelle
    7
    Vorschaltgruppe
    8
    Hauptgetriebe
    9
    Nachschaltgruppe
    10
    Getriebezentralwelle
    11
    Losrad
    12
    Losrad
    13
    Losrad
    14
    Losrad
    15
    Losrad
    16
    Festrad
    17
    Festrad
    18
    Festrad
    19
    Festrad
    20
    erste Vorgelegewelle
    21
    Festrad
    22
    Festrad
    23
    Festrad
    24
    Festrad
    25
    zweite Vorgelegewelle
    26
    Zwischenrad
    27
    Zwischenrad
    28
    Festrad
    29
    Festrad
    30
    Planetenradsatz
    31
    Sonnenrad
    32
    Planetenrad
    33
    Hohlrad
    34
    Planetenträger
    35
    Achsgetriebe
    36
    gehäusefestes Bauteil
    37
    weiterer Planetenradsatz
    38
    Hohlrad
    39
    Sonnenrad
    40
    Rotor
    41
    elektrische Maschine
    42
    Planetenrad
    43
    Planetenträger
    44
    Schaltelement
    45
    gehäusefestes Bauteil
    46
    gehäusefestes Bauteil
    A bis J
    Schaltelement
    HV1, HV2
    Übersetzungsstufe
    HVR
    Übersetzungsstufe
    KV1 bis KV3
    Übersetzungsstufe
  • 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 102011080069 [0002]
    • DE 102009054752 A1 [0003]

Claims (12)

  1. Gruppengetriebevorrichtung (3) mit einer elektrischen Maschine (41), mit einem als Vorgelegegetriebe ausgeführten Hauptgetriebe (8), einer dem Hauptgetriebe (8) vorgeschalteten und vorzugsweise in Vorgelegebauweise ausgebildeten Vorschaltgruppe (7) und einer dem Hauptgetriebe (8) nachgeschalteten Nachschaltgruppe (9), wobei im Bereich des Hauptgetriebes (8), der Vorschaltgruppe (7) und der Nachschaltgruppe (9) eine Übersetzung über formschlüssige Schaltelemente (A bis H) in den Kraftfluss zuschaltbare und aus dem Kraftfluss abschaltbare Übersetzungsstufen (KV1 bis KV3, HV1, HV2, HVR) veränderbar ist und ein Drehmoment der elektrischen Maschine (41) zumindest während eines Übersetzungswechsels im Bereich der Vorschaltgruppe (7) in den Kraftfluss einleitbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschaltgruppe (7) wenigstens drei zu- und abschaltbare Übersetzungsstufen (KV1 bis KV3), das Hauptgetriebe (8) wenigstens zwei zu- und abschaltbare Übersetzungsstufen (HV1, HV2) und die Nachschaltgruppe (9) wenigstens zwei zu- und abschaltbare Übersetzungsstufen umfasst.
  2. Gruppengetriebevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Planetenradsatz (37) vorgesehen ist, der im Bereich einer ersten Welle (38) mit einer Eingangswelle der Vorschaltgruppe (7) oder einer Getriebeeingangswelle (6) verbunden ist oder über ein Schaltelement (I) mit dieser in Wirkverbindung bringbar ist, der im Bereich einer zweiten Welle (43) mit einer Ausgangswelle (11) der Vorschaltgruppe (7), vorzugsweise mit einer Übersetzungsstufe (KV2) der Vorschaltgruppe (7), und damit mit einer Eingangswelle des Hauptgetriebes (8) gekoppelt ist oder über ein Schaltelement (I) mit dieser verbindbar ist und der im Bereich einer dritten Welle (39) mit der elektrischen Maschine (41) verbunden ist oder über ein Schaltelement (I; J) mit dieser in Wirkverbindung bringbar ist.
  3. Gruppengetriebevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Welle (38) über ein Schaltelement (J) mit der elektrischen Maschine (41) oder einem gehäusefesten Bauteil (46) in Wirkverbindung bringbar ist.
  4. Gruppengetriebevorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Welle (43) mit einem auf der Getriebeeingangswelle (6) drehbar gelagerten und über ein weiteres Schaltelement (C) mit der Getriebeeingangswelle (6) drehfest verbindbaren Losrad (11) der Übersetzungsstufe (KV2) der Vorschaltgruppe (7) gekoppelt ist oder über ein Schaltelement (I) mit dem Losrad (11) verbindbar ist, das mit wenigstens einem Zahnrad (16, 21) wenigstens einer Vorgelegewelle (20, 25) kämmt und über die Vorgelegewelle (20, 25) mit dem Hauptgetriebe (8) in Verbindung steht.
  5. Gruppengetriebevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Schaltelement (C) zwischen dem Planetenradsatz (37) und der mit der zweiten Welle (43) verbundenen oder verbindbaren Übersetzungsstufe (KV2) der Vorschaltgruppe (7) angeordnet ist.
  6. Gruppengetriebevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Schaltelement (C) auf der dem Planetenradsatz (37) abgewandten Seite der mit der zweiten Welle (43) verbundenen oder verbindbaren Übersetzungsstufe (KV2) der Vorschaltgruppe (7) angeordnet ist.
  7. Gruppengetriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Schaltelement (C) als form- oder reibschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist.
  8. Gruppengetriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Welle (43) über ein Schaltelement (J) mit einem gehäusefesten Bauteil (46) oder der elektrischen Maschine (41) koppelbar ist.
  9. Gruppengetriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Welle (39) über ein Schaltelement (J) mit der ersten Welle (38) oder der zweiten Welle (43) des Planetenradsatzes (37) verbindbar ist.
  10. Gruppengetriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Welle (39) über ein zusätzliches Schaltele ment (44) mit einem gehäusefesten Bauteil (45) verbindbar ist, dass vorzugsweise als reibschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist.
  11. Gruppengetriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Welle (38) des Planetenradsatzes (37) ein Hohlrad, die zweite Welle (43) des Planetenradsatzes (37) ein Planetenträger und die dritte Welle (39) des Planetenradsatzes (37) ein Sonnenrad ist.
  12. Gruppengetriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeingangswelle (6) über ein reibschlüssiges Schaltelement (5) oder direkt mit einer Antriebsmaschine (2) eines Fahrzeugantriebsstranges (1) verbindbar ist.
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