DE102013227012B4 - Transmission for a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug mit einer Getriebe-Eingangswelle (GW1) und einer Getriebe-Ausgangswelle (GW2), einem Hauptradsatz (HRS), einem Zusatzradsatz (ZRS), und einer elektrischen Maschine (EM) mit einem Rotor (R) und einem Stator (S), wobei das Getriebe (G) zumindest einen Leistungspfad (L1, L2) zwischen der Getriebe-Eingangswelle (GW1) und dem Hauptradsatz (HRS) aufweist, wobei der Hauptradsatz (HRS) einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz (P1, P2) mit insgesamt vier in Drehzahlordnung als erste, zweite, dritte und vierte Welle bezeichnete Wellen (W1, W2, W3, W4) aufweist, wobei der zumindest eine Leistungspfad (L1, L2) über zumindest ein Schaltelement (A, B, D, E) mit zumindest einer der vier Wellen (W1, W2, W3, W4) des Hauptradsatzes (HRS) verbindbar ist, wobei die dritte Welle (W3) des Hauptradsatzes (HRS) mit der Getriebe-Ausgangswelle (GW2) verbunden ist, wobei der Zusatzradsatz (ZRS) einen Planetenradsatz (P4) mit einer ersten, zweiten und dritten Welle (W1P4, W2P4, W3P4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Welle (W1P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) über ein erstes Zusatzschaltelement (U) mit dem Rotor (R) verbindbar ist und die erste Welle (W1) des Hauptradsatzes (HRS) über ein zweites Zusatzschaltelement (V) mit dem Rotor (R) verbindbar ist, wobei entweder das erste Zusatzschaltelement (U) oder das zweite Zusatzschaltelement (V) geschlossen ist, wobei die Standgetriebeübersetzung des Planetenradsatzes (P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) so gewählt ist, dass die erste Welle (W1) des Hauptradsatzes (HRS) bei geschlossenem erstem Zusatzschaltelement (U) im Drehzahlplan zwischen der ersten Welle (W1P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) und der zweiten Welle (W2) des Hauptradsatzes (HRS) liegt, wobei entweder- die zweite Welle (W2P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ständig mit der zweiten Welle (W2) des Hauptradsatzes (HRS) verbunden ist, wobei die dritte Welle (W3P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) entweder mit der dritten Welle (W3) oder mit der vierten Welle (W4) des Hauptradsatzes (HRS) ständig verbunden ist, oder- die zweite Welle (W2P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) mit der dritten Welle (W3) des Hauptradsatzes (HRS) ständig verbunden ist, wobei die dritte Welle (W3P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) mit der vierten Welle (W4) des Hauptradsatzes (HRS) ständig verbunden ist.Transmission (G) for a motor vehicle with a transmission input shaft (GW1) and a transmission output shaft (GW2), a main gearset (HRS), a Zusatzradsatz (ZRS), and an electric machine (EM) with a rotor (R) and a stator (S), the transmission (G) having at least one power path (L1, L2) between the transmission input shaft (GW1) and the main gearset (HRS), the main gearset (HRS) including first and second planetary gear sets (P1 , P2) with a total of four in speed order as first, second, third and fourth wave designated waves (W1, W2, W3, W4), wherein the at least one power path (L1, L2) via at least one switching element (A, B, D , E) is connectable to at least one of the four shafts (W1, W2, W3, W4) of the main gearset (HRS), the third shaft (W3) of the main gearset (HRS) being connected to the transmission output shaft (GW2), the Zusatzradsatz (ZRS) a planetary gear set (P4) with a first, second and third wave (W1P4 , W2P4, W3P4), characterized in that the first shaft (W1P4) of Zusatzradsatzes (ZRS) via a first additional switching element (U) to the rotor (R) is connectable and the first wave (W1) of the main gearset (HRS) via a second additional switching element (V) is connectable to the rotor (R), wherein either the first additional switching element (U) or the second additional switching element (V) is closed, wherein the stationary gear ratio of the planetary gear set (P4) of the Zusatzradsatzes (ZRS) is selected such that the first shaft (W1) of the main gearset (HRS) is in the speed schedule between the first shaft (W1P4) of the Zusatzradsatzes (ZRS) and the second shaft (W2) of the main gearset (HRS) in the speed diagram, the second shaft (W2P4) of the Zusatzradsatzes (ZRS) is constantly connected to the second shaft (W2) of the main gearset (HRS), wherein the third shaft (W3P4) of Zusatzradsatzes (ZRS) either with the third wave (W3) or with the fourth the shaft (W4) of the main gearset (HRS) is permanently connected, or- the second shaft (W2P4) of the supplementary gearset (ZRS) is permanently connected to the third shaft (W3) of the main gearset (HRS), the third shaft (W3P4) of Zusatzradsatzes (ZRS) with the fourth wave (W4) of the main gearset (HRS) is constantly connected.
Description
Die Erfindung betrifft ein Getriebe mit einer Getriebe-Eingangswelle und einer Getriebe-Ausgangswelle, einem Hauptradsatz, einem Zusatzradsatz, und einer elektrischen Maschine mit einem Rotor und einem Stator, wobei das Getriebe zumindest einen Leistungspfad zwischen der Getriebe-Eingangswelle und dem Hauptradsatz aufweist, wobei der Hauptradsatz einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz mit insgesamt vier in Drehzahlordnung als erste, zweite, dritte und vierte Welle bezeichnete Wellen aufweist, wobei der zumindest eine Leistungspfad über zumindest ein Schaltelement mit zumindest einer der vier Wellen des Hauptradsatzes verbindbar ist, wobei die dritte Welle des Hauptradsatzes mit der Getriebe-Ausgangswelle verbunden ist, und wobei der Zusatzradsatz einen Planetenradsatz mit einer ersten, zweiten und dritten Welle aufweist. Die Erfindung betrifft außerdem einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem Getriebe.The invention relates to a transmission having a transmission input shaft and a transmission output shaft, a main gearset, a Zusatzradsatz, and an electric machine having a rotor and a stator, wherein the transmission has at least one power path between the transmission input shaft and the main gear, wherein the main gearset having a first and a second planetary gear set with a total of four in speed order as the first, second, third and fourth waves, the at least one power path via at least one switching element with at least one of the four shafts of the main gear is connectable, wherein the third shaft the main gear is connected to the transmission output shaft, and wherein the Zusatzradsatz has a planetary gear set with a first, second and third shaft. The invention also relates to a drive train for a motor vehicle with a transmission.
Ein Getriebe bezeichnet hier insbesondere ein mehrgängiges Getriebe, bei dem eine vordefinierte Anzahl an Gängen, also festen Übersetzungsverhältnissen zwischen einer Getriebe-Eingangswelle und einer Getriebe-Ausgangswelle, durch Schaltelemente automatisch schaltbar ist. Bei den Schaltelementen handelt es sich hier beispielsweise um Kupplungen oder Bremsen. Derartige Getriebe finden vor allem in Kraftfahrzeugen Anwendung, um das Drehzahl- und Drehmomentabgabevermögen der Antriebseinheit den Fahrwiderständen des Fahrzeugs in geeigneter Weise anzupassen.A transmission referred to here in particular a multi-speed transmission in which a predefined number of gears, ie fixed gear ratios between a transmission input shaft and a transmission output shaft, is automatically switched by switching elements. The switching elements are, for example, clutches or brakes here. Such transmissions are mainly used in motor vehicles to adjust the speed and torque output capability of the drive unit to the driving resistance of the vehicle in a suitable manner.
Aus der Patentanmeldung
Die Patentanmeldung
Aufgabe der Erfindung ist es, das Lastschaltverhalten des Getriebes in ausgewählten Gängen zu verbessern.The object of the invention is to improve the load switching behavior of the transmission in selected gears.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1, wobei sich vorteilhafte Ausgestaltungen aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie aus den Figuren ergeben.The object is solved by the features of
Das Getriebe umfasst wenigstens eine Getriebe-Eingangswelle und eine Getriebe-Ausgangswelle, einen Hauptradsatz, einen Zusatzradsatz, und eine elektrische Maschine mit einem Rotor und einem Stator.The transmission comprises at least a transmission input shaft and a transmission output shaft, a main gearset, a Zusatzradsatz, and an electric machine with a rotor and a stator.
Der Hauptradsatz weist einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz mit insgesamt vier in Drehzahlordnung als erste, zweite, dritte und vierte Welle bezeichnete Wellen auf. Der Hauptradsatz ist somit als ein Zwei-Steg-Vier-Wellen-Getriebe ausgebildet. Die dritte Welle des Hauptradsatzes ist mit der Getriebe-Ausgangswelle verbunden. Der Zusatzradsatz weist einen Planetenradsatz mit insgesamt drei als erste, zweite, und dritte Welle bezeichnete Wellen auf.The main gearset has a first and a second planetary gear set with a total of four designated in speed order as the first, second, third and fourth wave waves. The main gearset is thus designed as a two-bar four-shaft gearbox. The third shaft of the main gearset is connected to the transmission output shaft. The Zusatzradsatz has a planetary gear set with a total of three designated as first, second, and third wave waves.
Unter einem Zwei-Steg-Vier-Wellen-Getriebe ist ein Planetengetriebe zu verstehen, das aus zwei über genau zwei Koppelwellen kinematisch miteinander gekoppelten Einzel-Planetenradsätzen gebildet ist und bei dem vier seiner Elemente („Wellen“) für andere Getriebeelemente frei zugänglich sind. Eine Koppelwelle ist dabei als ständige mechanische Verbindung zwischen einem Element - also Sonnenrad oder Steg oder Hohlrad - des ersten Einzel-Planetenradsatzes mit einem Element - also Sonnenrad oder Steg oder Hohlrad - des zweiten Einzel-Planetenradsatzes definiert. Die Anzahl der Einzel-Planetenradsätze und die Anzahl der freien Wellen sind nicht über das optische Erscheinungsbild des Getriebes definiert, sondern über dessen Kinematik. In jedem Gang eines Zwei-Steg-Vier-Wellen-Getriebes müssen zwei der mit Elementen des Zwei-Steg-Vier-Wellen-Getriebes verbunden Schaltelemente des Getriebes geschlossen sein. Zur graphischen Darstellung der Kinematik des Getriebes wird üblicherweise ein Drehzahlplan des Getriebes verwendet, beispielsweise den aus der Getriebelehre bekannten Kutzbachplan. Bekannte Ausführungsbeispiele für ein solches Zwei-Steg-Vier-Wellen-Getriebe sind der so genannte Ravigneaux-Radsatz und der so genannte Simpson-Radsatz.Under a two-bridge four-shaft transmission is a planetary gear to understand that is formed of two over exactly two coupling shafts kinematically coupled to each other single planetary gear sets and in which four of its elements ("waves") are freely accessible to other transmission elements. A coupling shaft is defined as a permanent mechanical connection between an element - ie sun gear or web or ring gear - the first single planetary gear set with an element - ie sun gear or web or ring gear - the second single planetary gear set. The number of individual planetary gear sets and the number of free waves are not defined by the visual appearance of the transmission, but by its kinematics. In each gear of a two-land four-shaft transmission, two of the transmission shifting elements connected to elements of the two-land four-shaft transmission must be closed. For the graphical representation of the kinematics of the transmission usually a speed plan of the transmission is used, for example, the well-known from the Gauge Kutzbach plan. Known embodiments of such a two-bridge four-shaft transmission are the so-called Ravigneaux wheelset and the so-called Simpson wheelset.
Ein reduziertes Zwei-Steg-Vier-Wellen-Getriebe ist eine Bauform eines Zwei-Steg-Vier-Wellen-Getriebes, bei dem ein Element - also ein Sonnenrad, ein Steg oder ein Hohlrad - des Getriebes eingespart ist, da ein anderes Element des Getriebes dessen Aufgabe übernimmt, ohne die Kinematik dadurch zu verändern. Dasjenige Element, welches die Funktion des eingesparten Elementes übernimmt, ist damit gleichzeitig eine der Koppelwellen des Getriebes. Ein bekanntes Ausführungsbeispiel hierfür ist der Ravigneaux-Radsatz, der entweder zwei Sonnenräder und nur ein Hohlrad aufweist oder aber zwei Hohlräder und nur ein Sonnenrad.A reduced two-bridge four-shaft transmission is a design of a two-bridge four-shaft transmission, in which an element - ie a sun gear, a bridge or a ring gear - of the transmission is saved, as another element of the Getriebes takes over its task without changing the kinematics thereby. The element which takes over the function of the saved element is thus at the same time one of the coupling shafts of the transmission. A known embodiment of this is the Ravigneaux wheelset, which has either two sun gears and only one ring gear or two ring gears and only one sun gear.
Über zumindest einen Leistungspfad ist die Getriebe-Eingangswelle über zumindest ein Schaltelement mit zumindest einer der vier Wellen des Hauptradsatzes verbindbar. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der zumindest eine Leistungspfad über zwei Schaltelemente mit zwei der vier Wellen des Hauptradsatzes verbindbar. Durch Schließen eines der Schaltelemente wird somit eine drehfeste Verbindung zwischen dem zumindest einen Leistungspfad und einer der vier Wellen des Hauptradsatzes hergestellt, wodurch Drehmoment von der Getriebe-Eingangswelle auf den Hauptradsatz führbar ist. Unter zumindest einem Leistungspfad ist zu verstehen, dass das Getriebe einen oder mehrere Leistungspfade zwischen der Getriebe-Eingangswelle und dem Hauptradsatz aufweist.Via at least one power path, the transmission input shaft is over at least one Switching element with at least one of the four shafts of the main gearset connectable. In a preferred embodiment, the at least one power path can be connected via two switching elements to two of the four shafts of the main gearset. By closing one of the switching elements thus a rotationally fixed connection between the at least one power path and one of the four shafts of the main gear is made, whereby torque from the transmission input shaft to the main gear is feasible. By at least one power path is meant that the transmission has one or more power paths between the transmission input shaft and the main gearset.
Bei Anwendung in einem Kraftfahrzeug ist die Getriebe-Eingangswelle mit einer Welle eines Antriebsaggregates verbunden oder über eine Kupplung verbindbar, sodass mechanische Leistung des Antriebsaggregats der Getriebe-Eingangswelle zuführbar ist. Das Antriebsaggregat kann sowohl als Verbrennungskraftmaschine als auch als elektrische Maschine ausgebildet sein. Die Getriebe-Ausgangswelle dient als Schnittstelle zur Übertragung mechanischer Leistung zu den Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs.When used in a motor vehicle, the transmission input shaft is connected to a shaft of a drive unit or connectable via a coupling, so that mechanical power of the drive unit of the transmission input shaft can be fed. The drive unit can be designed both as an internal combustion engine and as an electrical machine. The transmission output shaft serves as an interface for transmitting mechanical power to the drive wheels of the motor vehicle.
Unter einer Welle ist nachfolgend nicht ausschließlich ein beispielsweise zylindrisches, drehbar gelagertes Maschinenelement zur Übertragung von Drehmomenten zu verstehen, sondern vielmehr sind hierunter auch allgemeine Verbindungselemente zu verstehen, die einzelne Bauteile oder Elemente miteinander verbinden, insbesondere Verbindungselemente, die mehrere Elemente drehfest miteinander verbinden.A shaft is not to be understood below exclusively as an example cylindrical, rotatably mounted machine element for transmitting torque, but these are also general fasteners to understand that connect individual components or elements together, in particular connecting elements that connect a plurality of elements rotatably together.
Ein Planetenradsatz umfasst ein Sonnenrad, einen Steg und ein Hohlrad. An dem Steg drehbar gelagert sind Planetenräder, welche mit der Verzahnung des Sonnenrades und/oder mit der Verzahnung des Hohlrads kämmen. Nachfolgend beschreibt ein Minus-Radsatz einen Planetenradsatz mit einem Steg, an dem die Planetenräder drehbar gelagert sind, mit einem Sonnenrad und mit einem Hohlrad, wobei die Verzahnung zumindest eines der Planetenräder sowohl mit der Verzahnung des Sonnenrades, als auch mit der Verzahnung des Hohlrades kämmt, wodurch das Hohlrad und das Sonnenrad in entgegengesetzte Drehrichtungen rotieren, wenn das Sonnenrad bei feststehendem Steg rotiert.A planetary gear set includes a sun gear, a land and a ring gear. Rotatably mounted on the web are planet gears, which mesh with the toothing of the sun gear and / or with the toothing of the ring gear. In the following, a negative gearset describes a planetary gear set with a web on which the planetary gears are rotatably mounted, with a sun gear and with a ring gear, wherein the toothing meshes with at least one of the planet gears both with the toothing of the sun gear and with the toothing of the ring gear whereby the ring gear and the sun gear rotate in opposite directions of rotation when the sun gear rotates at a stationary web.
Sowohl Sonnenrad als auch Hohlrad eines Planetenradsatzes können auch in mehrere Segmente aufgeteilt sein. Beispielsweise ist es denkbar, dass die Planetenräder mit zwei Sonnenräder kämmen, welche nicht miteinander verbunden sind. Die Drehzahlverhältnisse sind selbstverständlich an beiden Segmenten des Sonnenrads identisch, so als ob sie miteinander verbunden wären.Both sun gear and ring gear of a planetary gear set can also be divided into several segments. For example, it is conceivable that the planet gears mesh with two sun gears, which are not connected to each other. The speed ratios are of course identical on both segments of the sun gear, as if they were connected together.
Ein Plus-Radsatz unterscheidet sich zu dem gerade beschriebenen Minus-Planetenradsatz dahingehend, dass der Plus-Radsatz innere und äußere Planetenräder aufweist, welche drehbar an dem Steg gelagert sind. Die Verzahnung der inneren Planetenräder kämmt dabei einerseits mit der Verzahnung des Sonnenrads und andererseits mit der Verzahnung der äußeren Planetenräder. Die Verzahnung der äußeren Planetenräder kämmt darüber hinaus mit der Verzahnung des Hohlrades. Dies hat zur Folge, dass bei feststehendem Steg das Hohlrad und das Sonnenrad in die gleiche Drehrichtung rotieren.A plus gear set differs from the negative planetary gear set just described in that the plus gear set has inner and outer planet gears rotatably supported on the land. The toothing of the inner planet gears meshes on the one hand with the teeth of the sun gear and on the other hand with the teeth of the outer planetary gears. The toothing of the outer planetary gears also meshes with the teeth of the ring gear. This has the consequence that rotate at a fixed land, the ring gear and the sun gear in the same direction.
Die Standgetriebeübersetzung definiert das Drehzahlverhältnis zwischen Sonnenrad und Hohlrad eines Planetenradsatzes bei drehfestem Steg. Da sich bei einem Minus-Radsatz die Drehrichtung zwischen Sonnenrad und Hohlrad bei drehfestem Steg umkehrt, nimmt die Standgetriebeübersetzung bei einem Minus-Radsatz stets einen negativen Wert an.The stationary gear ratio defines the speed ratio between the sun gear and ring gear of a planetary gear set with non-rotatable web. Since the direction of rotation between the sun gear and the ring gear is reversed in the case of a negative gearset with a non-rotatable web, the stationary gear ratio always assumes a negative value for a negative gearset.
Im Drehzahlplan sind in vertikaler Richtung die Drehzahlverhältnisse der einzelnen Wellen aufgetragen. Die horizontalen Abstände zwischen den Wellen ergeben sich aus den Übersetzungsverhältnissen zwischen den Wellen, sodass sich zu einem bestimmten Betriebspunkt gehörende Drehzahlverhältnisse und Drehmomentverhältnisse der Wellen durch eine Gerade verbinden lassen. Die Übersetzungsverhältnisse zwischen den Wellen ergeben sich aus den Standgetriebeübersetzungen der beteiligten Planetenradsätze. Der Drehzahlplan ist beispielsweise in Form eines Kutzbachplans darstellbar.The speed diagram shows the speed ratios of the individual shafts in the vertical direction. The horizontal distances between the waves result from the ratios between the waves, so that can be connected to a specific operating point speed ratios and torque ratios of the waves by a straight line. The transmission ratios between the shafts result from the stationary gear ratios of the planetary gear sets involved. The speed plan can be displayed, for example, in the form of a Kutzbach plan.
Vier in Drehzahlordnung als erste, zweite, dritte und vierte Welle bezeichnete Wellen sind dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlen dieser Wellen in der genannten Reihenfolge linear ansteigen, abnehmen oder gleich sind. In anderen Worten ist die Drehzahl der ersten Welle kleiner gleich der Drehzahl der zweiten Welle. Die Drehzahl der zweiten Welle ist wiederum kleiner gleich der Drehzahl der dritten Welle. Die Drehzahl der dritten Welle ist kleiner gleich der Drehzahl der vierten Welle. Diese Reihenfolge ist auch reversibel, sodass die vierte Welle die größte Drehzahl aufweist, während die erste Welle eine Drehzahl annimmt die kleiner oder gleich groß wie die Drehzahl der vierten Welle ist. Zwischen den Drehzahlen aller vier Wellen besteht dabei stets ein linearer Zusammenhang.Four waves referred to as the first, second, third and fourth wave in the order of rotation are characterized in that the rotational speeds of these waves increase, decrease or become linear in the stated order. In other words, the rotational speed of the first shaft is less than or equal to the rotational speed of the second shaft. The speed of the second shaft is again less than or equal to the speed of the third shaft. The speed of the third shaft is less than or equal to the speed of the fourth shaft. This order is also reversible, so that the fourth shaft has the highest speed, while the first shaft assumes a speed which is less than or equal to the speed of the fourth shaft. There is always a linear relationship between the speeds of all four shafts.
Die Drehzahl einer oder mehrerer Wellen kann dabei auch negative Werte, oder auch den Wert Null annehmen. Die Drehzahlordnung ist daher stets auf den vorzeichen behafteten Wert der Drehzahlen zu beziehen, und nicht auf deren Betrag.The speed of one or more waves can also assume negative values, or even the value zero. The speed order is therefore always to refer to the signed value of the speeds, and not on the amount.
Die Drehzahlen der vier Wellen sind dann gleich, wenn von den Elementen Hohlrad, Steg und Sonne eines der Planetenradsätze zwei dieser Elemente miteinander verbunden sind.The speeds of the four shafts are then the same if of the elements ring gear, bridge and Sun of one of the planetary gear sets two of these elements are interconnected.
Eine elektrische Maschine besteht zumindest aus einem drehfesten Stator und einem drehbar gelagerten Rotor und ist in einem motorischen Betrieb dazu eingerichtet, elektrische Energie in mechanische Energie in Form von Drehzahl und Drehmoment zu wandeln, sowie in einem generatorischen Betrieb mechanische Energie in elektrische Energie in Form von Strom und Spannung zu wandeln.An electric machine consists at least of a non-rotatable stator and a rotatably mounted rotor and is configured in a motor operation to convert electrical energy into mechanical energy in the form of speed and torque, and in a regenerative operation mechanical energy into electrical energy in the form of To transform electricity and voltage.
Durch Schaltelemente wird, je nach Betätigungszustand, eine Relativbewegung zwischen zwei Bauteilen zugelassen oder eine Verbindung zur Übertragung eines Drehmoments zwischen den zwei Bauteilen hergestellt. Unter einer Relativbewegung ist beispielsweise eine Rotation zweier Bauteile zu verstehen, wobei die Drehzahl des ersten Bauteils und die Drehzahl des zweiten Bauteils voneinander abweichen. Darüber hinaus ist auch die Rotation nur eines der beiden Bauteile denkbar, während das andere Bauteil stillsteht oder in entgegengesetzter Richtung rotiert. Die Schaltelemente sind in der gegenständlichen Erfindung bevorzugt als Klauen-Schaltelemente ausgeführt, welche die Verbindung durch Formschluss herstellen.By switching elements, depending on the operating state, a relative movement between two components allowed or made a connection for transmitting a torque between the two components. Under a relative movement, for example, to understand a rotation of two components, wherein the rotational speed of the first component and the rotational speed of the second component differ from each other. In addition, the rotation of only one of the two components is conceivable while the other component is stationary or rotating in the opposite direction. The switching elements are preferably designed in the present invention as claw-switching elements, which produce the connection by positive locking.
Zwei Elemente werden insbesondere dann als miteinander verbunden bezeichnet, wenn zwischen den Elementen eine feste, insbesondere drehfeste Verbindung besteht. Derart verbundene Elemente drehen mit der gleichen Drehzahl. Die verschiedenen Bauteile und Elemente der genannten Erfindung können dabei über eine Welle beziehungsweise über ein geschlossenes Schaltelement oder ein Verbindungselement, aber auch direkt, beispielsweise mittels einer Schweiß-, Press- oder einer sonstigen Verbindung, miteinander verbunden sein.Two elements are referred to as being connected to one another, in particular, if a solid, in particular non-rotatable connection exists between the elements. Such connected elements rotate at the same speed. The various components and elements of said invention can be connected to one another via a shaft or via a closed switching element or a connecting element, but also directly, for example by means of a welding, pressing or other connection.
Zwei Elemente werden im Weiteren als verbindbar bezeichnet, wenn zwischen diesen Elementen eine lösbare drehfeste Verbindung besteht. Wenn die Verbindung besteht, so drehen solche Elemente mit der gleichen Drehzahl.Two elements are hereinafter referred to as connectable if there is a releasable rotationally fixed connection between these elements. If the connection is made, such elements rotate at the same speed.
Ein Schaltvorgang wird durch Schließen eines zuvor nicht im Leistungsfluss des Getriebes liegenden Schaltelements des Getriebes und Öffnen eines zuvor im Leistungsfluss des Getriebes liegenden Schaltelements des Getriebes bewirkt. Der Schaltvorgang kann auch unter Last, das heißt ohne vollständige Zurücknahme des Drehmoments an der Getriebe-Eingangswelle und der Getriebe-Ausgangswelle vorgenommen werden. Ein derartiger Schaltvorgang wird im Folgenden als Lastschaltung bezeichnet. Eine Voraussetzung für die Lastschaltung bei der Verwendung von Klauen-Schaltelementen ist, dass das zu lösende Schaltelement vor dem Lösen in einen zumindest nahezu lastlosen Zustand geführt wird. Die Führung in den nahezu lastlosen Zustand wird dadurch erreicht, dass das Schaltelement weitgehend drehmomentfrei gestellt wird, sodass über das Schaltelement kein oder nur ein geringes Drehmoment übertragen wird. Dazu wird durch die elektrische Maschine ein Drehmoment auf jene Welle aufgebracht, mit der das zu lösende Schaltelement eine Verbindung herstellt.A switching operation is effected by closing a previously not lying in the power flow of the transmission switching element of the transmission and opening a previously lying in the power flow of the transmission switching element of the transmission. The shift operation can also be performed under load, that is to say without complete withdrawal of the torque at the transmission input shaft and the transmission output shaft. Such a switching operation is referred to below as a load circuit. A prerequisite for the load circuit in the use of jaw switching elements is that the switching element to be dissolved is guided before releasing in an at least almost no-load condition. The leadership in the virtually no-load condition is achieved in that the switching element is made largely free of torque, so that no or only a small torque is transmitted via the switching element. For this purpose, a torque is applied by the electric machine to that shaft, with which the switching element to be released establishes a connection.
Erfindungsgemäß ist die erste Welle des Zusatzradsatzes über ein erstes Zusatzschaltelement mit dem Rotor verbindbar. Die erste Welle des Hauptradsatzes ist über ein zweites Zusatzschaltelement mit dem Rotor verbindbar. Die zweite Welle des Zusatzradsatzes ist entweder mit der zweiten oder mit der dritten Welle des Hauptradsatzes ständig verbunden. Ist die zweite Welle des Zusatzradsatzes mit der zweiten Welle des Hauptradsatzes verbunden, so ist die dritte Welle des Zusatzradsatzes mit der dritten oder vierten Welle des Hauptradsatzes ständig verbunden. Ist die zweite Welle des Zusatzradsatzes mit der dritten Welle des Hauptradsatzes verbunden, so ist die dritte Welle des Zusatzradsatzes mit der vierten Welle des Hauptradsatzes ständig verbunden.According to the invention, the first shaft of the additional wheel set can be connected to the rotor via a first additional switching element. The first shaft of the main gearset can be connected to the rotor via a second additional switching element. The second shaft of Zusatzradsatzes is connected to either the second or the third wave of the main gearset constantly. If the second shaft of Zusatzradsatzes connected to the second shaft of the main gearset, so the third wave of Zusatzradsatzes with the third or fourth wave of the main gearset is constantly connected. If the second shaft of Zusatzradsatzes connected to the third shaft of the main gearset, the third wave of Zusatzradsatzes is permanently connected to the fourth wave of the main gearset.
Dabei ist entweder das erste Zusatzschaltelement oder das zweite Zusatzschaltelement geschlossen. Während einer Umschaltphase zwischen erstem und zweitem Zusatzschaltelement wird zunächst eines der Zusatzschaltelemente geöffnet, und erst dann das andere Zusatzschaltelement geschlossen. Während dieser Umschaltphase ist daher kurzfristig keines der beiden Zusatzschaltelemente geschlossen.In this case, either the first additional switching element or the second additional switching element is closed. During a switching phase between the first and second auxiliary switching element, at first one of the additional switching elements is opened, and only then the other additional switching element is closed. During this switching phase, therefore, neither of the two additional switching elements is closed at short notice.
Sofern die Standgetriebeübersetzung des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes entsprechend gewählt ist, so befindet sich die erste Welle des Hauptradsatzes bei geschlossenem erstem Zusatzschaltelement im Drehzahlplan zwischen dem Rotor und der zweiten Welle des Hauptradsatzes.If the stationary gear ratio of the planetary gear set of Zusatzradsatzes is selected accordingly, so is the first wave of the main gear with closed first additional switching element in the speed plan between the rotor and the second shaft of the main gear.
Durch das erste und zweite Zusatzschaltelement ist die Lage des Rotors im Drehzahlplan gezielt beeinflussbar. Ist das erste Zusatzschaltelement geschlossen und ist das zweite Zusatzschaltelement geöffnet, so ist die erste Welle des Zusatzradsatzes mit dem Rotor verbunden. Dieser Fall wird im Folgenden als erster Betriebszustand bezeichnet. Ist das zweite Zusatzschaltelement geschlossen und ist das erste Zusatzschaltelement geöffnet, so ist der Rotor mit der ersten Welle des Hauptradsatzes verbunden. Dieser Fall wird im Folgenden als zweiter Betriebszustand bezeichnet. Im zweiten Betriebszustand verändert sich die Lage des Rotors im Drehzahlplan im Vergleich zum ersten Betriebszustand. Der Rotor und die erste Welle des Hauptradsatzes weisen im zweiten Betriebszustand dieselbe Drehzahl auf.By the first and second additional switching element, the position of the rotor in the speed plan is selectively influenced. If the first additional switching element is closed and the second additional switching element is open, the first shaft of the additional gearset is connected to the rotor. This case is referred to below as the first operating state. If the second additional switching element is closed and the first additional switching element is open, then the rotor is connected to the first shaft of the main gearset. This case is referred to below as the second operating state. In the second operating state, the position of the rotor changes in the speed plan compared to the first operating state. The rotor and the first shaft of the main gearset have the same speed in the second operating state.
Die Übersetzung von Rotor zur zweiten Welle des Hauptradsatzes ist im ersten Betriebszustand größer als im zweiten Betriebszustand, sofern die Standgetriebeübersetzung des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes entsprechend gewählt ist. Durch diese im ersten Betriebszustand vergrößerte Übersetzung wird das beim Schaltvorgang vom Rotor aufzubringende Drehmoment reduziert, wodurch die elektrische Maschine kleiner und leichter aufgebaut werden kann. Derart kann die verkleinerte elektrische Maschine bei einer Lastschaltung selbst bei einem hohen Drehmoment an der Getriebe-Eingangswelle das erforderliche Drehmoment aufbringen, ohne dass es zu einer unerwünscht hohen Drehmomentreduktion an der Getriebe-Ausgangswelle kommt. Die vergrößerte Übersetzung ist zudem auch dann von Nutzen, wenn das Drehmoment der elektrischen Maschine auf die Getriebe-Ausgangswelle übertragen werden soll, beispielsweise bei Verwendung des Getriebes in einem Kraftfahrzeug, wodurch ein elektrischer Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs ermöglicht wird. Durch die derart vergrößerte Übersetzung ist ein Anfahren des Kraftfahrzeugs in einer Steigung selbst bei verkleinerter elektrischer Maschine möglich. Die vergrößerte Übersetzung ist zusätzlich von Nutzen, wenn ausgehend von der elektrischen Maschine ein Drehmoment auf die Getriebe-Eingangswelle übertragen wird, beispielsweise bei Anwendung zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine, die mit der Getriebe-Eingangswelle verbunden ist. Auch hier führt die vergrößerte Übersetzung dazu, dass die elektrische Maschine kleiner und damit leichter aufgebaut werden kann. The ratio of rotor to the second shaft of the main gearset is greater in the first operating state than in the second operating state, provided that the stationary gear ratio of the planetary gear set of Zusatzradsatzes is selected accordingly. By this enlarged in the first operating state ratio, the torque to be applied during the switching operation of the rotor is reduced, whereby the electric machine can be made smaller and lighter. In this way, the reduced electric machine can apply the required torque to the transmission input shaft even at a high torque at a load circuit, without resulting in an undesirably high torque reduction at the transmission output shaft. The enlarged ratio is also useful when the torque of the electric machine to be transmitted to the transmission output shaft, for example when using the transmission in a motor vehicle, whereby an electric driving operation of the motor vehicle is made possible. By so magnified translation starting up of the motor vehicle in a slope even with miniaturized electrical machine is possible. The increased ratio is additionally useful when transmitting torque from the electric machine to the transmission input shaft, for example when used to start an internal combustion engine connected to the transmission input shaft. Again, the enlarged translation causes the electrical machine can be smaller and thus easier to build.
Im zweiten Betriebszustand wird der Rotor über das zweite Zusatzschaltelement direkt mit der ersten Welle des Hauptradsatzes verbunden. Die Übersetzung von Rotor zur zweiten Welle des Hauptradsatzes ist im zweiten Betriebszustand kleiner als im ersten Betriebszustand, sofern die Standgetriebeübersetzung des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes so gewählt ist, dass die bei geschlossenem erstem Zusatzschaltelement die erste Welle des Hauptradsatzes im Drehzahlplan zwischen der ersten Welle des Zusatzradsatzes und der zweiten Welle des Hauptradsatzes liegt. Dadurch kann die Drehzahl des Rotors in ausgewählten Gängen gezielt reduziert werden. In niedrigen Gängen, mit einem hohen Übersetzungsverhältnis zwischen Getriebe-Eingangswelle und Getriebe-Ausgangswelle, ist der Drehzahlunterschied zwischen den vier Wellen des Hauptradsatzes vergleichsweise gering. In hohen Gängen, mit einem niedrigen Übersetzungsverhältnis zwischen Getriebe-Eingangswelle und Getriebe-Ausgangswelle, ist der Drehzahlunterschied zwischen den vier Wellen des Hauptradsatzes deutlich höher. In hohen Gängen kann es im ersten Betriebszustand je nach Zuordnung der Schaltelemente zu den Wellen des Hauptradsatzes und je nach Standgetriebeübersetzung der Planetenradsätze dazu kommen, dass die Grenzdrehzahl des Rotors erreicht wird.In the second operating state, the rotor is connected via the second additional switching element directly to the first shaft of the main gearset. The ratio of rotor to the second shaft of the main gearset is smaller in the second operating state than in the first operating condition, if the stationary gear ratio of the planetary gear set of Zusatzradsatzes is selected so that the first shaft of the Hauptradsatzes in the speed diagram between the first shaft of the Zusatzradsatzes and the first closed switching element the second wave of the main gear is. As a result, the speed of the rotor can be selectively reduced in selected gears. In low gears, with a high transmission ratio between the transmission input shaft and the transmission output shaft, the speed difference between the four shafts of the main gearset is comparatively low. In high gears, with a low transmission ratio between the transmission input shaft and the transmission output shaft, the speed difference between the four shafts of the main gearset is significantly higher. In high gears, it may happen in the first operating state, depending on the assignment of the switching elements to the waves of the main gearset and depending on the stationary gear ratio of the planetary gear sets that the limit speed of the rotor is reached.
Durch die erfindungsgemäße Umschaltmöglichkeit mittels der beiden Zusatzschaltelemente kann die Übersetzung des Rotors zur zweiten Welle des Hauptradsatzes gezielt beeinflusst werden, sodass kein Kompromiss hinsichtlich des Vorteils des verbesserten Lastschaltverhaltens bei niedrigen Gängen und der Grenzdrehzahl des Rotors in hohen Gängen eingegangen werden muss.The switching possibility according to the invention by means of the two additional switching elements, the ratio of the rotor to the second shaft of the main gearset can be selectively influenced so that no compromise must be made in terms of the advantage of improved load switching behavior at low gears and the speed limit of the rotor in high gears.
Im Folgenden wird eine beispielhafte Ausführung zu einer Auslegung der Standgetriebeübersetzung des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes dargelegt. Beispielhaft ist ein Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes Bestandteil der ersten Welle des Hauptradsatzes. Ein Steg des ersten Planetenradsatzes und ein Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes ist Bestandteil der zweiten Welle des Hauptradsatzes. Ein Hohlrad des ersten Planetenradsatzes und ein Steg des zweiten Planetenradsatzes sind Bestandteile der dritten Welle des Hauptradsatzes. Ein Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes ist Bestandteil der vierten Welle des Hauptradsatzes. Ein Sonnenrad des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes sei beispielhaft Bestandteil der ersten Welle des Zusatzradsatzes. Ein Steg des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes ist Bestandteil der zweiten Welle des Zusatzradsatzes, und ein Hohlrad des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes ist Bestandteil der dritten Welle des Zusatzradsatzes. Alle Planetenradsätze seien als Minus-Radsätze ausgebildet.In the following, an exemplary embodiment is set forth for a design of the stationary gear ratio of the planetary gear set of Zusatzradsatzes. By way of example, a sun gear of the first planetary gearset of the main gearset is part of the first shaft of the main gearset. A web of the first planetary gear set and a ring gear of the second planetary gear set of the main gearset is part of the second shaft of the main gearset. A ring gear of the first planetary gear set and a web of the second planetary gear set are components of the third wave of the main gearset. A sun gear of the second planetary gear set of the main gearset is part of the fourth wave of the main gearset. A sun gear of the planetary gear set of Zusatzradsatzes is an example of part of the first wave of Zusatzradsatzes. A bridge of the planetary gear set of Zusatzradsatzes is part of the second shaft of the Zusatzradsatzes, and a ring gear of the planetary gear set of Zusatzradsatzes is part of the third wave of the Zusatzradsatzes. All planetary gear sets are designed as minus wheelsets.
Ist in dieser beispielhaften Ausführung die erste Welle des Zusatzradsatzes über das geschlossene erste Zusatzschaltelement mit dem Rotor verbunden, und ist die zweite Welle des Zusatzradsatzes mit der zweiten Welle des Hauptradsatzes verbunden, und ist die dritte Welle des Zusatzradsatzes mit der dritten Welle des Hauptradsatzes verbunden, so befindet sich die erste Welle des Hauptradsatzes im Drehzahlplan nur dann zwischen dem Rotor und der zweiten Welle des Hauptradsatzes, wenn der Betrag der Standgetriebeübersetzung des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes größer ist als der Betrag der Standgetriebeübersetzung des ersten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes.In this exemplary embodiment, the first shaft of the Zusatzradsatzes via the closed first auxiliary switching element is connected to the rotor, and the second shaft of the Zusatzradsatzes connected to the second shaft of the main gearset, and the third wave of the Zusatzradsatzes is connected to the third shaft of the main gearset, Thus, the first wave of the main gearset is only in the speed diagram between the rotor and the second shaft of the main gear when the amount of stationary gear ratio of the planetary gearset of Zusatzradsatzes is greater than the amount of stationary gear ratio of the first planetary gearset of the main gearset.
Ist in dieser beispielhaften Ausführung die dritte Welle des Zusatzradsatzes anstatt mit der dritten Welle des Hauptradsatzes nun mit der vierten Welle des Hauptradsatzes verbunden, so ist die Lage des Rotors im Drehzahlplan abhängig von der Standgetriebeübersetzung des Zusatzradsatzes und von den Standgetriebeübersetzungen der beiden Planentenradsätze des Hauptradsatzes. Soll die erste Welle des Hauptradsatzes in dieser Anordnung im ersten Betriebszustand im Drehzahlplan zwischen dem Rotor und der zweiten Welle des Hauptradsatzes liegen, so muss der Betrag der Standgetriebeübersetzung des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes größer sein als der um den Wert Eins erhöhte Betrag der Standgetriebeübersetzung des ersten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes, wobei diese Summe durch den Betrag der Standgetriebeübersetzung des zweiten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes geteilt werden muss.If in this exemplary embodiment, the third wave of Zusatzradsatzes instead of the third wave of the main gear now connected to the fourth wave of the main gear, so the position of the rotor in the speed plan depends on the stationary gear ratio of the Zusatzradsatzes and the stationary gear ratios of the two Planentenradsätze the main gear. If the first wave of the main gearset in this arrangement in first operating state in the speed plan between the rotor and the second shaft of the main gear, the amount of stationary gear ratio of the planetary gear set of Zusatzradsatzes must be greater than the value of one increased amount of stationary gear ratio of the first planetary gearset of the main gearset, this sum by the amount of Stand gear ratio of the second planetary gear set of the main gearset must be shared.
Vorzugsweise ist ein Sonnenrad des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes ein Bestandteil der ersten Welle des Zusatzradsatzes. Im Falle, dass der Planetenradsatz des Zusatzradsatzes als Minus-Radsatz ausgebildet ist, ist ein Steg des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes ein Bestandteil der zweiten Welle des Zusatzradsatzes, und ein Hohlrad des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes ein Bestandteil der dritten Welle des Zusatzradsatzes. Ist der Planetenradsatz des Zusatzradsatzes als Plus-Radsatz ausgebildet, so ist die Zuordnung von Hohlrad und Steg vertauscht, sodass das Hohlrad des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes ein Bestandteil der zweiten Welle des Zusatzradsatzes ist und der Steg des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes ein Bestandteil der dritten Welle des Zusatzradsatzes ist.Preferably, a sun gear of the planetary gear set of Zusatzradsatzes is a part of the first wave of the Zusatzradsatzes. In the case that the planetary gearset of Zusatzradsatzes is designed as minus wheelset, a bridge of the planetary gear set of Zusatzradsatzes is a part of the second shaft of the Zusatzradsatzes, and a ring gear of the planetary gear set of Zusatzradsatzes a part of the third wave of the Zusatzradsatzes. If the planetary gear set of Zusatzradsatzes designed as a plus-wheel, the assignment of ring gear and land is reversed, so that the ring gear of the planetary gearset Zusatzradsatzes is a part of the second shaft of the Zusatzradsatzes and the bridge of the planetary gear set of Zusatzradsatzes a part of the third wave of Zusatzradsatzes is.
Die Zuordnung des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes zum Hauptradsatz kann aber auch gespiegelt erfolgen, indem das Sonnenrad des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes ein Bestandteil der dritten Welle des Zusatzradsatzes ist. Ist dabei der Planetenradsatz des Zusatzradsatzes als Minus-Radsatz ausgebildet, so ist der Steg des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes Bestandteil der zweiten Welle des Zusatzradsatzes, und das Hohlrad des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes ist Bestandteil der ersten Welle des Zusatzradsatzes. Ist der Planetenradsatz des Zusatzradsatzes als Plus-Radsatz ausgebildet, so ist die Zuordnung von Hohlrad und Steg vertauscht, sodass das Hohlrad des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes ein Bestandteil der zweiten Welle des Zusatzradsatzes ist und der Steg des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes ein Bestandteil der ersten Welle des Zusatzradsatzes ist.The assignment of the Planetenradsatzes Zusatzradsatzes to Hauptradsatz but can also be mirrored by the sun gear of the planetary gear set of Zusatzradsatzes is a part of the third wave of the Zusatzradsatzes. If the planetary gear set of the additional gear set is designed as a minus wheel set, the web of the planetary gear set of the additional gear set is part of the second shaft of the Zusatzradsatzes, and the ring gear of the planetary gear set of Zusatzradsatzes is part of the first wave of the Zusatzradsatzes. If the planetary gearset of Zusatzradsatzes designed as a plus-wheel, the assignment of ring gear and land is reversed, so that the ring gear of the planetary gearset Zusatzradsatzes is a part of the second shaft of the Zusatzradsatzes and the bridge of the planetary gear set of Zusatzradsatzes a part of the first wave of the Zusatzradsatzes is.
Durch die oben beschriebene Zuordnung der Elemente des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes zu den Wellen des Zusatzradsatzes liegt die Drehzahl der zweiten Welle des Zusatzradsatzes stets zwischen der Drehzahl der ersten und dritten Welle des Zusatzradsatzes, sofern die genannten Elemente nicht mit derselben Drehzahl umlaufen.Due to the above-described assignment of the elements of the planetary gear set of Zusatzradsatzes to the waves of Zusatzradsatzes the speed of the second shaft of the Zusatzradsatzes always between the rotational speed of the first and third shaft of the Zusatzradsatzes, if the said elements do not rotate at the same speed.
Bei Verwendung eines Plus-Radsatzes ist zu berücksichtigen, dass der Betrag der Standgetriebeübersetzung um den Wert Eins erhöht werden muss um die gleiche Übersetzungswirkung zu erzielen wie bei einem Minus-Radsatz.When using a Plus wheel set, it must be taken into account that the amount of the stationary gear ratio must be increased by the value of one in order to achieve the same translation effect as with a minus wheel set.
Durch die Vielzahl an gebotenen Möglichkeiten der Anbindung zwischen Rotor, Zusatzradsatz und Hauptradsatz ist die Erfindung daher besonders einfach an verschiedene Getriebevarianten und zur Verfügung stehenden Bauraum-Verhältnisse anpassbar.Due to the large number of offered possibilities of connection between rotor, additional gear and main gear, the invention is therefore particularly easy to adapt to different transmission variants and available space conditions.
Die beiden Zusatzschaltelemente sind vorzugsweise von einem doppeltwirkenden Aktuator betätigbar. Dies reduziert sowohl den Montageaufwand als auch die Herstellungskosten des Getriebes.The two additional switching elements are preferably actuated by a double-acting actuator. This reduces both the assembly costs and the manufacturing cost of the transmission.
Die Reihenfolge der vier Wellen des Hauptradsatzes im Drehzahlplan ist abhängig von der Art und Weise, welche Wellen welchen Bestandteilen des ersten und zweiten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes zugeordnet sind, und welche der vier Wellen miteinander verbunden sind. Im Stand der Technik sind Beispiele dazu bekannt, jedoch haben sich bestimmte Varianten als besonders vorteilhaft für die Umsetzung in einem Getriebe hervorgetan. Diese sind insbesondere wegen einer geometrisch günstigen Anordnung, wegen einer verringerten Bauteilbelastung sowie wegen einer verbesserten Zugänglichkeit zu Schaltelementen vorteilhaft.The order of the four shafts of the main gearset in the speed diagram is dependent on the manner which waves are assigned to which components of the first and second planetary gearset of the main gearset, and which of the four shafts are interconnected. Examples are known in the prior art, but certain variants have been found to be particularly advantageous for the implementation in a transmission. These are particularly advantageous because of a geometrically favorable arrangement, because of a reduced component load and because of improved accessibility to switching elements.
Gemäß einer bevorzugten Variante ist die erste Welle des Hauptradsatzes mit einem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes verbunden. Die zweite Welle des Hauptradsatzes ist mit einem Steg des ersten Planetenradsatzes und mit einem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes verbunden. Die dritte Welle des Hauptradsatzes ist mit einem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes und mit einem Steg des zweiten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes verbunden. Die vierte Welle des Hauptradsatzes ist mit einem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes verbunden. Erster und zweiter Planetenradsatz sind dabei als Minus-Radsätze ausgebildet.According to a preferred variant, the first shaft of the main gearset is connected to a sun gear of the first planetary gear set of the main gearset. The second shaft of the main gearset is connected to a web of the first planetary gear set and a ring gear of the second planetary gear set of the main gearset. The third wave of the main gearset is connected to a ring gear of the first planetary gear set and to a land of the second planetary gear set of the main gearset. The fourth shaft of the main gearset is connected to a sun gear of the second planetary gear set of the main gearset. First and second planetary gear set are designed as minus wheelsets.
Weist das Getriebe acht Vorwärtsgänge zwischen der Getriebe-Eingangswelle und der Getriebe-Ausgangswelle auf, so ist vorzugsweise das zweite Zusatzschaltelement im vierten bis achten Vorwärtsgang geschlossen. Die Übersetzung zwischen Rotor und der zweiten Welle des Hauptradsatzes ist dabei reduziert. Bei Verwendung des Getriebes im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs ist bei diesen hohen Gängen ein geringfügiger Leistungseinbruch an der Getriebe-Ausgangswelle während der Lastschaltung hinzunehmen, da diese hohen Gänge in der Regel als Schongang bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten benutzt werden. Im ersten und zweiten Vorwärtsgang ist bevorzugt das erste Zusatzschaltelement geschlossen. Im ersten und zweiten Vorwärtsgang ist der Drehzahlunterschied zwischen den vier Wellen des Hauptradsatzes verhältnismäßig gering. Daher wird die Grenzdrehzahl des Rotors trotz der bei geschlossenem erstem Zusatzschaltelement vergrößerten Übersetzung zwischen dem Rotor und der zweiten Welle des Hauptradsatzes nicht erreicht. Der Vorteil der verbesserten Lastschaltung bei geschlossenem erstem Zusatzschaltelement kann ausgehend von diesen Gängen daher genutzt werden. Im eingelegten dritten Vorwärtsgang wird zwischen erstem und zweitem Zusatzschaltelement umgeschaltet.If the transmission has eight forward gears between the transmission input shaft and the transmission output shaft, the second additional shifting element is preferably closed in the fourth to eighth forward gear. The ratio between the rotor and the second shaft of the main gearset is reduced. When using the transmission in the drive train of a motor vehicle is to accept at these high gears a slight power dip at the transmission output shaft during the load circuit, since these high gears are usually used as a smooth response at high vehicle speeds. In the first and second forward gear, the first additional switching element is preferably closed. In the first and second Forward speed is the speed difference between the four shafts of the main gear relatively low. Therefore, the limit speed of the rotor despite the enlarged when the first auxiliary switching element enlarged ratio between the rotor and the second shaft of the main gearset is not reached. The advantage of the improved load circuit with closed first additional switching element can therefore be used starting from these gears. In the engaged third forward gear is switched between the first and second additional switching element.
Das erfindungsgemäße Getriebe ist vorzugsweise als ein lastschaltbares Acht-Gang-Getriebe ausgebildet. Dieses Acht-Gang-Getriebe weist einen ersten Leistungspfad und einen zweiten Leistungspfad zwischen der Getriebe-Eingangswelle und dem Hauptradsatz auf. Erster und zweiter Leistungspfad weisen dabei ein unterschiedliches Übersetzungsverhältnis zur Getriebe-Eingangswelle auf. Der erste Leistungspfad ist über ein erstes Schaltelement mit der vierten Welle des Hauptradsatzes und über ein zweites Schaltelement mit der zweiten Welle des Hauptradsatzes verbindbar. Der zweite Leistungspfad ist über ein drittes Schaltelement mit der ersten Welle des Hauptradsatzes und über ein viertes Schaltelement mit der zweiten Welle des Hauptradsatzes verbindbar. Die erste Welle des Hauptradsatzes ist durch ein fünftes Schaltelement drehfest festsetzbar. Die vierte Welle des Hauptradsatzes ist durch ein sechstes Schaltelement drehfest festsetzbar. Durch das fünfte und sechste Schaltelement ist demnach eine feste Verbindung mit einem Getriebegehäuse des Getriebes oder mit einem anderen drehfest fixierten Bauelement des Getriebes herstellbar. Diese Anordnung der ersten bis sechsten Schaltelemente bewirkt eine besonders vorteilhafte Aufteilung der einzelnen Gänge.The transmission according to the invention is preferably designed as a power shiftable eight-speed transmission. This eight-speed transmission has a first power path and a second power path between the transmission input shaft and the main gearset. First and second power path have a different gear ratio to the transmission input shaft. The first power path is connectable via a first switching element to the fourth shaft of the main gearset and via a second switching element to the second shaft of the main gearset. The second power path is connectable via a third switching element with the first shaft of the main gearset and a fourth switching element with the second shaft of the main gearset. The first wave of the main gearset is rotatably fixed by a fifth switching element. The fourth wave of the main gearset is rotationally fixed by a sixth switching element. By the fifth and sixth switching element is therefore a firm connection with a transmission housing of the transmission or with another rotatably fixed component of the transmission produced. This arrangement of the first to sixth switching elements causes a particularly advantageous division of the individual courses.
Durch selektives paarweises Eingreifen des ersten bis sechsten Schaltelements sind acht Vorwärtsgänge zwischen der Getriebe-Eingangswelle und der Getriebe-Ausgangswelle realisierbar. Ein erster Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des dritten Schaltelements und des sechsten Schaltelements. Ein zweiter Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des vierten Schaltelements und des sechsten Schaltelements. Ein dritter Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des dritten Schaltelements und des vierten Schaltelements. Ein vierter Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des vierten Schaltelements und des ersten Schaltelements. Ein fünfter Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des dritten Schaltelements und des ersten Schaltelements. Ein sechster Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des zweiten Schaltelements und des ersten Schaltelements. Ein siebenter Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des dritten Schaltelements und des zweiten Schaltelements. Ein achter Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des fünften Schaltelements und des zweiten Schaltelements.By selective pairwise engagement of the first to sixth switching element eight forward gears between the transmission input shaft and the transmission output shaft can be realized. A first forward speed results from closing the third switching element and the sixth switching element. A second forward speed results from closing the fourth switching element and the sixth switching element. A third forward speed results from closing the third switching element and the fourth switching element. A fourth forward speed is achieved by closing the fourth switching element and the first switching element. A fifth forward speed results from closing the third switching element and the first switching element. A sixth forward speed results from closing the second switching element and the first switching element. A seventh forward speed results from closing the third switching element and the second switching element. An eighth forward speed results from closing the fifth shift element and the second shift element.
Ein Umschalten zwischen erstem und zweitem Zusatzschaltelement ist besonders im dritten Vorwärtsgang vorteilhaft, da bei geschlossenem drittem und viertem Schaltelement die vier Wellen des Hauptradsatzes die gleiche Drehzahl aufweisen. Eine sonst beim Umschalten zwischen den beiden Zusatzschaltelementen erforderliche Synchronisation der beteiligten Wellen entfällt dabei auf einfache Weise.Switching between the first and second additional switching element is particularly advantageous in the third forward gear, since the four shafts of the main gearset have the same speed when the third and fourth switching element is closed. An otherwise required when switching between the two additional switching elements synchronization of the waves involved eliminates this in a simple way.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Acht-Gang-Getriebes sind jeweils zwei Schaltelemente durch einen doppeltwirkenden Aktuator betätigbar. Drittes und fünftes Schaltelement sind über einen ersten doppeltwirkenden Aktuator betätigbar. Zweites und viertes Schaltelement sind über einen zweiten doppeltwirkenden Aktuator betätigbar. Erstes und sechstes Schaltelement sind über einen dritten doppeltwirkenden Aktuator betätigbar. Jeder der drei doppeltwirkenden Aktuatoren kann dabei drei Zustände einnehmen. In einem ersten Schaltzustand des doppeltwirkenden Aktuators befindet sich das erste dem Aktuator zugeordnete Schaltelement in einer Geschlossen-Stellung, während das zweite dem Aktuator zugeordnete Schaltelement eine Offen-Stellung einnimmt. In einem zweiten Schaltzustand des Aktuators befindet sich das zweite dem Aktuator zugeordnete Schaltelement in einer GeschlossenStellung, während das erste dem Aktuator zugeordnete Schaltelement eine Offen-Stellung einnimmt. In einem dritten Schaltzustand nehmen beide dem Aktuator zugeordneten Schaltelemente die Offen-Stellung ein. Durch die Ausgestaltung des Hauptradsatzes und die Anbindung des Hauptradsatzes an die elektrische Maschine wird diese Zuordnung der ersten bis sechsten Schaltelemente zu lediglich drei doppeltwirkenden Aktuatoren ermöglicht. Diese verringerte Anzahl der Aktuatoren trägt zur Reduktion der Komplexität des Getriebes bei und reduziert die Herstellungskosten des Getriebes.According to a preferred embodiment of the eight-speed transmission two switching elements in each case can be actuated by a double-acting actuator. Third and fifth switching element can be actuated via a first double-acting actuator. Second and fourth switching element can be actuated via a second double-acting actuator. First and sixth switching element can be actuated via a third double-acting actuator. Each of the three double-acting actuators can assume three states. In a first switching state of the double-acting actuator, the first switching element assigned to the actuator is in a closed position, while the second switching element assigned to the actuator assumes an open position. In a second switching state of the actuator, the second switching element associated with the actuator is in a closed position, while the first switching element assigned to the actuator assumes an open position. In a third switching state, both switching elements assigned to the actuator assume the open position. Due to the design of the main gearset and the connection of the main gearset to the electric machine, this assignment of the first to sixth switching elements is made possible for only three double-acting actuators. This reduced number of actuators helps reduce the complexity of the transmission and reduces the manufacturing cost of the transmission.
Das Getriebe kann vorzugsweise Bestandteil eines Hybridantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs sein. Der Hybridantriebsstrang weist neben dem Getriebe auch eine Verbrennungskraftmaschine auf. Die Verbrennungskraftmaschine ist entweder direkt oder über eine Kupplung mit der Getriebe-Eingangswelle des Getriebes verbunden, bzw. verbindbar. Das Kraftfahrzeug kann dabei sowohl durch die Verbrennungskraftmaschine als auch durch die elektrische Maschine des Getriebes angetrieben werden. Optional weist der Hybridantriebsstrang eine Zusatz-Elektromaschine auf, die dazu eingerichtet ist über ihren Rotor ein Drehmoment auf die Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine abzugeben und derart die Verbrennungskraftmaschine zu starten. Dies hat den Vorteil, dass die Verbrennungskraftmaschine mittels der Zusatz-Elektromaschine gestartet werden kann, ohne Einfluss auf einen zeitgleichen elektrischen Fahrbetrieb zu nehmen, in dem das Kraftfahrzeug allein durch die elektrische Maschine des Getriebes angetrieben wird. Weist der Hybridantriebsstrang eine Kupplung zwischen Getriebe und Verbrennungskraftmaschine und eine Zusatz-Elektromaschine auf, so ist die Zusatz-Elektromaschine im Leistungsfluss vorzugsweise zwischen der Verbrennungskraftmaschine und der Kupplung angeordnet. Die Kupplung kann eine variierbare Drehmoment-Übertragungsfähigkeit aufweisen.The transmission may preferably be part of a hybrid drive train of a motor vehicle. The hybrid powertrain also has an internal combustion engine in addition to the transmission. The internal combustion engine is either directly or via a clutch connected to the transmission input shaft of the transmission, or connectable. The motor vehicle can be driven both by the internal combustion engine and by the electric machine of the transmission. Optionally, the hybrid powertrain on an additional electric machine, which is adapted to deliver a torque on the crankshaft of the internal combustion engine via its rotor and thus to start the internal combustion engine. This has the advantage that the internal combustion engine by means of the auxiliary electric machine can be started without taking influence on a simultaneous electric driving operation, in which the motor vehicle is driven solely by the electric machine of the transmission. If the hybrid drive train has a clutch between the transmission and the internal combustion engine and an additional electric machine, the auxiliary electric machine is preferably arranged in the power flow between the internal combustion engine and the clutch. The clutch may have a variable torque transmission capability.
Die elektrische Maschine ist mit einem Umformer verbunden, über den die elektrische Maschine mit einem Energiespeicher verbunden ist. Dazu ist jede Form von Energiespeicher geeignet, insbesondere elektrochemische, elektrostatische, hydraulische und mechanische Energiespeicher.The electric machine is connected to a converter, via which the electric machine is connected to an energy store. For this purpose, any form of energy storage is suitable, in particular electrochemical, electrostatic, hydraulic and mechanical energy storage.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Getriebe auch Bestandteil eines Antriebsstrangs eines Elektrofahrzeugs sein. Ein Elektrofahrzeug wird dabei allein durch eine oder mehrere Elektromaschinen angetrieben, und weist dementsprechend keine Verbrennungskraftmaschine auf. An der Getriebe-Eingangswelle ist in diesem Fall eine Traktions-Elektromaschine angebunden. Durch die verschiedenen Übersetzungsstufen des Getriebes kann die Traktions-Elektromaschine dabei stets in einem Betriebsbereich mit hohem Wirkungsgrad betrieben werden, wodurch die Energieeffizienz des gesamten Elektrofahrzeugs verbessert wird.In a further embodiment, the transmission may also be part of a drive train of an electric vehicle. An electric vehicle is driven solely by one or more electric machines, and accordingly has no internal combustion engine. At the transmission input shaft in this case, a traction electric machine is connected. Due to the different gear ratios of the transmission, the traction electric machine can always be operated in an operating range with high efficiency, whereby the energy efficiency of the entire electric vehicle is improved.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben.
-
1 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung. -
2 zeigt einen Drehzahlplan des Getriebes. -
3 zeigt ein Schaltschema des Getriebes. -
4 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. -
5 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend einer dritten Ausführungsform der Erfindung. -
6 zeigt einen Hybridantriebstrang eines Kraftfahrzeugs.
-
1 schematically shows a transmission according to a first embodiment of the invention. -
2 shows a speed plan of the transmission. -
3 shows a circuit diagram of the transmission. -
4 schematically shows a transmission according to a second embodiment of the invention. -
5 schematically shows a transmission according to a third embodiment of the invention. -
6 shows a hybrid powertrain of a motor vehicle.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können.By way of introduction, it should be noted that in the differently described embodiments, the same parts are provided with the same reference numerals or the same component names, wherein the disclosures contained in the entire description can be mutatis mutandis to the same parts with the same reference numerals or component names.
Die Darstellung des Getriebes
Eine Getriebe-Eingangswelle
Eine erste Welle
An dieser Stelle sei angemerkt, dass auch andere Verbindungs-Kombinationen der Bauelemente des ersten und zweiten Planetenradsatzes
Der erste Leistungspfad
Jeweils zwei Schaltelemente sind durch einen doppeltwirkenden Aktuator betätigbar. Drittes und fünftes Schaltelement
Das Getriebe
Werden zwei Wellen miteinander verbunden, so drehen diese miteinander verbundenen Wellen mit derselben Drehzahl. Der Übersichtlichkeit halber können derart verbundene Wellen im Drehzahlplan horizontal getrennt voneinander dargestellt sein, beispielsweise um die Drehzahl-Übertragung vom Vorschaltradsatz
Ist das erste Zusatzschaltelement
Werden zwei Wellen miteinander verbunden, so drehen diese miteinander verbundenen Wellen mit derselben Drehzahl. Der Übersichtlichkeit halber können derart verbundene Wellen im Drehzahlplan horizontal getrennt voneinander dargestellt sein, beispielsweise um die Drehzahl-Übertragung vom Vorschaltradsatz
Werden von Hohlrad, Steg und Sonne eines Planetenradsatzes zwei dieser Elemente miteinander verbunden, so rotieren Hohlrad, Steg und Sonne dieses Planetenradsatzes mit derselben Drehzahl. In diesem Zustand nimmt die Übersetzung zwischen den genannten Elementen den Wert Eins an. Der Übersichtlichkeit halber wird die horizontale Anordnung der mit diesen Elementen verbundenen Wellen im Drehzahlplan nicht verschoben. Infolgedessen ist dieser Zustand im Drehzahlplan durch eine horizontale Gerade zu erkennen, die die beteiligten Wellen miteinander verbindet.If two of these elements are connected to each other by ring gear, web and sun of a planetary gear set, the ring gear, land and sun of this planetary gear set rotate at the same speed. In this state, the translation between the named elements assumes the value one. For the sake of clarity, the horizontal arrangement of the waves connected to these elements is not shifted in the speed plan. As a result, this condition can be recognized in the speed diagram by a horizontal straight line connecting the shafts involved.
Ein erster Vorwärtsgang
Im ersten und zweiten Vorwärtsgang
In einem ersten elektrischer Gang
In einem ersten und zweiten Startmodus
Im Folgenden wird beispielhaft ein Lastschaltvorgang beschrieben. Im zweiten Vorwärtsgang bilden die zweite und die vierte Welle
Der Planetenradsatz
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- GG
- Getriebetransmission
- GW1LV1
- Getriebe-EingangswelleTransmission input shaft
- GW2GW2
- Getriebe-AusgangswelleTransmission output shaft
- nn
- Drehzahl der Getriebe-EingangswelleSpeed of the transmission input shaft
- HRSHRS
- Hauptradsatzmain gear
- ZRSZRS
- ZusatzradsatzZusatzradsatz
- VRSVRS
- Vorschaltradsatzgearset
- EMEM
- Elektrische MaschineElectric machine
- RR
- Rotor der elektrischen MaschineRotor of the electric machine
- SS
- Stator der elektrischen MaschineStator of the electric machine
- SGSG
- Zusatz-ElektromaschineAdditional electric machine
- R2R2
- Rotor der Zusatz-ElektromaschineRotor of auxiliary electric machine
- S2S2
- Stator der Zusatz-ElektromaschineStator of auxiliary electric machine
- RDRD
- Rotationsschwingungsdämpferrotational vibration
- VKMVKM
- VerbrennungskraftmaschineInternal combustion engine
- INVINV
- Wechselrichterinverter
- BATBAT
- Batteriebattery
- K0K0
- Kupplungclutch
- P1P1
- Erster Planetenradsatz des HauptradsatzesFirst planetary gear set of the main gearset
- P2P2
- Zweiter Planetenradsatz des HauptradsatzesSecond planetary gear set of the main gearset
- P3P3
- Planetenradsatz des VorschaltradsatzesPlanetary gear set of the transfer gearset
- P4P4
- Planetenradsatz des ZusatzradsatzesPlanetary wheel set of additional wheelset
- W1W1
- Erste Welle des HauptradsatzesFirst wave of the main gearset
- W2W2
- Zweite Welle des HauptradsatzesSecond wave of the main gearset
- W3W3
- Dritte Welle des HauptradsatzesThird wave of the main gearset
- W4W4
- Vierte Welle des HauptradsatzesFourth wave of the main gearset
- W1 P3W1 P3
- Erste Welle des VorschaltradsatzesFirst wave of the transfer gearset
- W2P3W2P3
- Zweite Welle des VorschaltradsatzesSecond wave of the transfer gearset
- W3P3W3P3
- Dritte Welle des VorschaltradsatzesThird wave of the transfer gearset
- W1P4W1P4
- Erste Welle des ZusatzradsatzesFirst wave of additional wheel set
- W2P4W2P4
- Zweite Welle des ZusatzradsatzesSecond wave of Zusatzradsatzes
- W3P4W3P4
- Dritte Welle des ZusatzradsatzesThird wave of Zusatzradsatzes
- AA
- Erstes SchaltelementFirst switching element
- Ee
- Zweites SchaltelementSecond switching element
- BB
- Drittes SchaltelementThird switching element
- DD
- Viertes SchaltelementFourth switching element
- CC
- Fünftes SchaltelementFifth switching element
- FF
- Sechstes SchaltelementSixth switching element
- UU
- Erstes ZusatzschaltelementFirst additional switching element
- VV
- Zweites ZusatzschaltelementSecond additional switching element
- So-P1So-P1
- Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes des HauptradsatzesSun gear of the first planetary gear set of the main gearset
- St-P1St-P1
- Steg des ersten Planetenradsatzes des HauptradsatzesBridge of the first planetary gear set of the main gearset
- Ho-P1Ho-P1
- Hohlrad des ersten Planetenradsatzes des HauptradsatzesRing gear of the first planetary gear set of the main gearset
- So-P2So-P2
- Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes des HauptradsatzesSun gear of the second planetary gear set of the main gearset
- St-P2St-P2
- Steg des zweiten Planetenradsatzes des HauptradsatzesBridge of the second planetary gear set of the main gearset
- Ho-P2Ho-P2
- Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes des HauptradsatzesRing gear of the second planetary gear set of the main gearset
- So-P3So-P3
- Sonnenrad des Planetenradsatzes des VorschaltradsatzesSun gear of the planetary gear set of the transfer gearset
- St-P3St-P3
- Steg des Planetenradsatzes des VorschaltradsatzesBridge of the planetary gear set of the transfer gearset
- Ho-P3Ho-P3
- Hohlrad des Planetenradsatzes des VorschaltradsatzesRing gear of the planetary gear set of the transfer gearset
- So-P4So-P4
- Sonnenrad des Planetenradsatzes des ZusatzradsatzesSun gear of the planetary gear set of additional wheelset
- St-P4St-P4
- Steg des Planetenradsatzes des ZusatzradsatzesBridge of the planetary gear set of Zusatzradsatzes
- Ho-P4Ho-P4
- Hohlrad des Planetenradsatzes des ZusatzradsatzesRing gear of the planetary gear set of Zusatzradsatzes
- L1L1
- Erster LeistungspfadFirst performance path
- L2L2
- Zweiter LeistungspfadSecond performance path
- 1VM-8VM1VM-8VM
- Erster bis achter VorwärtsgangFirst to eighth forward
- 1EM1EM
- Erster elektrischer GangFirst electric gear
- 2EM2em
- Zweiter elektrischer GangSecond electric gear
- 1S1S
- Erster StartmodusFirst startup mode
- 2S2S
- Zweiter StartmodusSecond start mode
- AGAG
- Achsgetriebetransaxles
- WW
- Radwheel
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