DE102014016305B3 - Lastschaltbares Getriebe für ein Fahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe (1) für ein Fahrzeug. Eine erste Eingangswelle (2) ist mit einer Elektromaschine (3) verbunden. Eine zweite Eingangswelle (4) ist mit einer Verbrennungskraftmaschine (5) verbunden. Eine Ausgangswelle (6) ist mit einem Abtrieb (7) des Fahrzeugs verbunden. Eine Zwischenwelle (8) ist mittels eines reibschlüssigen Schaltelements (E) mit der zweiten Eingangswelle (4) verbindbar. Das Getriebe (1) umfasst drei Übersetzungsstufen (Ü1, Ü2, Ü3), wobei jede Übersetzungsstufe (Ü1, Ü2, Ü3) ein Festrad (F1, F2, F3), welches mit der Ausgangswelle (6) verbunden ist, und ein Losrad (L1, L2, L3) umfasst. Das Losrad (L1) der ersten Übersetzungsstufe (Ü1) und das Losrad (L2) der zweiten Übersetzungsstufe (Ü2) sind mittels eines ersten beidseitig wirkenden formschlüssigen Schaltelements (A, B) mit der ersten Eingangswelle (2) verbindbar. Das Losrad (L2) der zweiten Übersetzungsstufe (Ü2) und das Losrad (L3) der dritten Übersetzungsstufe (Ü3) sind mittels eines zweiten beidseitig wirkenden formschlüssigen Schaltelements (C, D) mit der Zwischenwelle (8) verbindbar. Weiterhin betrifft die Erfindung Verfahren zur Realisierung von drei Gängen.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft ein lastschaltbares Getriebe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung Verfahren zur Realisierung von Gängen des Getriebes gemäß den Ansprüchen 2 bis 5.
  • Stand der Technik
  • Aus der DE 10 2006 059 664 A1 ist ein Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einer Verbrennungsmaschine, einem Elektromotor und einem Doppelkupplungsgetriebe bekannt, wobei die Verbrennungsmaschine mittels einer Doppelkupplungsanordnung mit einer ersten Eingangswelle und / oder mit einer zweiten Eingangswelle des Doppelkupplungsgetriebes verbindbar ist. Weiter ist der Elektromotor mit der zweiten Eingangswelle verbunden. Das Doppelkupplungsgetriebe umfasst mehrere Übersetzungsstufen mit jeweils einem Festrad auf einer Ausgangswelle des Doppelkupplungsgetriebes und jeweils einem Losrad, wobei das jeweilige Losrad einer Übersetzungsstufe im Sinne eines Doppelkupplungsgetriebes entweder der ersten oder der zweiten Eingangswelle zugeordnet ist. Aus der DE 10 2010 030 567 A1 ist ein Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs, der einen Verbrennungsmotor mit einer Triebwelle, eine als Motor und Generator betreibbare Elektromaschine mit einem Rotor und ein mehrstufiges Schaltgetriebe mit zwei Eingangswellen sowie einer gemeinsamen Ausgangswelle umfasst, bekannt. Die erste Eingangswelle ist über eine Triebwelle mit dem Verbrennungsmotor verbunden. Die zweite Eingangswelle ist von dem Rotor der Elektromaschine antreibbar. Die beiden Eingangswellen sind über in der Reihenfolge ihrer Übersetzungen wechselweise zugeordnete Gangradsätze selektiv mit der Ausgangswelle in Triebverbindung bringbar. Die beiden Eingangswellen sind koaxial und axial benachbart zueinander angeordnet sowie über eine ein- und ausrückbare Schaltkupplung unmittelbar miteinander koppelbar. In einem in der 3 gezeigten Ausführungsbeispiel werden für einen rein verbrennungsmotorischen Betrieb in zwei Gängen drei geschlossene Schaltelemente benötigt. Weiterhin ist die Elektromaschine in den Gängen eins und drei permanent an den Radsatz gekoppelt, so dass im rein verbrennungsmotorischen Betrieb die Massenträgheit des Triebstrangs erhöht wird und zu erhöhten elektrischen Leerlaufverlusten der Elektromaschine führen kann. Aus der DE 10 2011 117 853 A1 ist ein elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug mit mindestens zwei E-Maschinen bekannt. Weiter umfasst der Antrieb zwei Teilgetriebe, welche durch eine gemeinsame Steuerung für eine Lastschaltung mit unterbrechungsfreier Drehmomentabgabe zu einem Gesamtgetriebe zusammengefasst sind. Die Teilgetriebe zeichnen sich dabei durch eine Losradanordnung aus, bei welcher das Losrad mittels eines beidseitig wirkenden, formschlüssigen Schaltelementes mit zwei unterschiedlichen Wellen verbindbar ist.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein lastschaltbares Getriebe bereitzustellen, welches zur Realisierung von reinen verbrennungsmotorischen Gängen eine minimale Anzahl von Schaltelementen gewährleistet.
  • Lösung der Aufgabe
  • Die Erfindung wird durch ein lastschaltbares Getriebe nach Anspruch 1 und vier Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 5 gelöst.
  • Vorteile der Erfindung
  • Erfindungsgemäß umfasst jede Übersetzungsstufe ein Festrad, welches mit der Ausgangswelle verbunden ist, und ein Losrad. Das Losrad der ersten Übersetzungsstufe und das Losrad der zweiten Übersetzungsstufe sind mittels eines ersten beidseitig wirkenden formschlüssigen Schaltelements mit der ersten Eingangswelle verbindbar. Das Losrad der zweiten Übersetzungsstufe und das Losrad der dritten Übersetzungsstufe sind mittels eines zweiten beidseitig wirkenden formschlüssigen Schaltelements mit der Zwischenwelle verbindbar.
  • Zur Realisierung der ersten und der zweiten Übersetzungsstufe ist nur das erste beidseitig wirkende formschlüssige Schaltelement geschlossen. Zur Realisierung der dritten Übersetzungsstufe sind das reibschlüssige Schaltelement und das zweite beidseitig wirkende Schaltelement geschlossen. Zudem besteht die Möglichkeit, die zweite Übersetzungsstufe durch Schließen des reibschlüssigen Schaltelements und des zweiten beidseitig wirkenden formschlüssigen Schaltelements zu realisieren.
  • Zeichnung
  • In der Figur ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen lastschaltbaren Getriebes 1 dargestellt. Das Getriebe 1 umfasst eine erste Eingangswelle 2, die mit einer Elektromaschine 3 verbunden ist. Weiterhin besteht die Möglichkeit, mehrere Elektromaschinen 3 an die Eingangswelle 2 anzubinden.
  • Zudem umfasst das Getriebe 1 eine zweite Eingangswelle 4, die mit einer Verbrennungskraftmaschine 5 verbunden ist. Weiterhin umfasst das Getriebe 1 eine Ausgangswelle 6, die mit einem Abtrieb 7 eines nicht dargestellten Fahrzeugs verbunden ist. Die zweite Eingangswelle 4 ist mittels eines reibschlüssigen Schaltelements E mit einer Zwischenwelle 8 verbindbar. Das reibschlüssige Schaltelement E ist beispielsweise eine Lamellenkupplung. In der gezeigten Ausführungsform ist ein Ende der zweiten Eingangswelle 4 mit der Verbrennungskraftmaschine 5 verbunden und an dem gegenüberliegenden Ende ist das reibschlüssige Schaltelement E angeordnet.
  • Eine erste Übersetzungsstufe Ü1 umfasst ein Festrad F1, welches mit der Ausgangswelle 6 verbunden ist, und ein mit dem Festrad F1 kämmendes Losrad L1. Eine zweite Übersetzungsstufe Ü2 umfasst ein Festrad F2, welches mit der Ausgangswelle 6 verbunden ist, und ein mit dem Festrad F2 kämmendes Losrad L2. Eine dritte Übersetzungsstufe Ü3 umfasst ein Festrad F3, welches mit der Ausgangswelle 6 verbunden ist, und ein mit dem Festrad F3 kämmendes Losrad L3. Das Losrad L1 der ersten Übersetzungsstufe Ü1 und das Losrad L2 der zweiten Übersetzungsstufe Ü2 sind mittels eines ersten beidseitig wirkenden formschlüssigen Schaltelements A, B, beispielsweise eine reibsynchronisierte formschlüssige Kupplung, mit der ersten Eingangswelle 2 verbindbar. Das Losrad L2 der zweiten Übersetzungsstufe Ü2 und das Losrad L3 der dritten Übersetzungsstufe Ü3 sind mittels eines zweiten beidseitig wirkenden formschlüssigen Schaltelements C, D, beispielsweise eine reibsynchronisierte formschlüssige Kupplung, mit der Zwischenwelle 8 verbindbar. Die Reihenfolge der Übersetzungen von einem hohen Übersetzungsverhältnis zu einem niedrigen Übersetzungsverhältnis ist Ü1, Ü2 und Ü3.
  • Je nach Drehrichtung der Elektromaschine 3 sind die beiden Übersetzungsstufen Ü1 und Ü2 als Vorwärts- oder Rückwärtsgänge realisierbar.
  • Zur Realisierung eines ersten Ganges ist das Losrad L1 der ersten Übersetzungsstufe Ü1 mittels des ersten in Richtung des Losrades L1 der ersten Übersetzungsstufe Ü1 wirkenden formschlüssigen Schaltelements A mit der ersten Eingangswelle 2 verbunden. Der Drehmomentpfad für den ersten Gang verläuft von der Elektromaschine 3 über die erste Eingangswelle 2, die erste Übersetzungsstufe Ü1, die Ausgangswelle 6 zum Abtrieb 7.
  • Der erste Gang kann beispielsweise für ein elektrisch effizientes Anfahren oder für ein elektrisch effizientes Fahren bei geringen Geschwindigkeiten eingesetzt werden.
  • Zur Realisierung eines zweiten Ganges ist das Losrad L2 der zweiten Übersetzungsstufe Ü2 mittels des ersten in Richtung des Losrades L2 der zweiten Übersetzungsstufe Ü2 wirkenden formschlüssigen Schaltelements B mit der ersten Eingangswelle 2 verbunden. Der Drehmomentpfad für den zweiten Gang verläuft von der Elektromaschine 3 über die erste Eingangswelle 2, die zweite Übersetzungsstufe Ü2, die Ausgangswelle 6 zum Abtrieb 7. Der zweite Gang kann beispielsweise für ein elektrisch effizientes Anfahren oder für ein elektrisch effizientes Fahren bei mittleren Geschwindigkeiten eingesetzt werden.
  • Eine Rekuperation kann in den beiden Übersetzungsstufen Ü1 und Ü2 erfolgen.
  • Weiterhin kann der zweite Gang als Vorwärtsgang wie folgt realisiert werden: das Losrad L2 der zweiten Übersetzungsstufe Ü2 wird mittels des zweiten in Richtung des Losrades L2 der zweiten Übersetzungsstufe Ü2 wirkenden formschlüssigen Schaltelements C mit der Zwischenwelle 8 verbunden. Die Zwischenwelle 8 wird mittels des reibschlüssigen Schaltelements E mit der zweiten Eingangswelle 4 verbunden. Der Drehmomentpfad für diesen zweiten Vorwärtsgang verläuft von der Verbrennungskraftmaschine 5 über die zweite Eingangswelle 4, die Zwischenwelle 8, die zweite Übersetzungsstufe Ü2, die Ausgangswelle 6 zum Abtrieb 7.
  • Zur Realisierung eines dritten Vorwärtsganges wird das Losrad L3 der dritten Übersetzungsstufe Ü3 mittels des zweiten in Richtung des Losrades L3 der dritten Übersetzungsstufe Ü3 wirkenden formschlüssigen Schaltelements D mit der Zwischenwelle 8 verbunden. Die Zwischenwelle 8 wird mittels des reibschlüssigen Schaltelements E mit der zweiten Eingangswelle 4 verbunden. Der Drehmomentpfad für den dritten Vorwärtsgang verläuft von der Verbrennungskraftmaschine 5 über die zweite Eingangswelle 4, die Zwischenwelle 8, die dritte Übersetzungsstufe Ü3, die Ausgangswelle 6 zum Abtrieb 7.
  • Für einen Hybridbetrieb können folgende Varianten ausgeführt werden:
    Die Elektromaschine 3 realisiert den ersten Vorwärtsgang und die Verbrennungskraftmaschine 5 den zweiten Vorwärtsgang. Diese Variante kann beispielsweise für Anfahr- und Beschleunigungsvorgänge eingesetzt werden.
  • Die Elektromaschine 3 realisiert den ersten Vorwärtsgang und die Verbrennungskraftmaschine 5 realisiert den dritten Vorwärtsgang. Diese Variante kann beispielsweise zur Volllastbeschleunigung mit einem sog. Boosten der Elektromaschine 3 eingesetzt werden.
  • Die Elektromaschine 3 und die Verbrennungskraftmaschine 5 realisieren den zweiten Vorwärtsgang. Diese Variante kann beispielsweise als Hauptfahrgang für mittlere Geschwindigkeiten (70–80 km/h) eingesetzt werden.
  • Die Elektromaschine 3 realisiert den zweiten Vorwärtsgang und die Verbrennungskraftmaschine 5 realisiert den dritten Vorwärtsgang. Diese Variante kann beispielsweise als Hauptfahrgang für höhere Geschwindigkeiten oder Effizienzgang für mittlere Geschwindigkeiten und mittlere Lasten eingesetzt werden.
  • Zur Realisierung einer Zug-Lastschaltung vom ersten Gang zum zweiten Vorwärtsgang wird das Losrad L2 der zweiten Übersetzungsstufe Ü2 mittels des zweiten in Richtung des Losrades L2 der zweiten Übersetzungsstufe Ü2 wirkenden formschlüssigen Schaltelements C mit der Zwischenwelle 8 verbunden. Die Zwischenwelle 8 wird mittels des reibschlüssigen Schaltelements E mit der zweiten Eingangswelle 4 verbunden. Der Pfad zur Drehmomentübergabe verläuft von der Verbrennungskraftmaschine 5 über die zweite Eingangswelle 4, die Zwischenwelle 8, die zweite Übersetzungsstufe Ü2, die Ausgangswelle 4 zum Abtrieb 5. Danach wird das in Richtung des Losrades L1 der ersten Übersetzungsstufe Ü1 wirkende formschlüssige Schaltelement A geöffnet. Anschließend erfolgt eine Drehzahlsynchronisierung. Diese Zug-Lastschaltung kann beispielsweise zum Starten der Verbrennungskraftmaschine 5 eingesetzt werden.
  • Zur Realisierung einer Zug-Lastschaltung vom ersten Gang zum dritten Vorwärtsgang wird die Zwischenwelle 8 mittels des reibschlüssigen Schaltelements E mit der zweiten Eingangswelle 4 verbunden. Das Losrad L3 der dritten Übersetzungsstufe Ü3 wird mittels des zweiten in Richtung des Losrades L3 der dritten Übersetzungsstufe Ü3 wirkenden formschlüssigen Schaltelements D mit der Zwischenwelle 8 verbunden. Der Pfad zur Drehmomentübergabe verläuft von der Verbrennungskraftmaschine 5 über die zweite Eingangswelle 4, die Zwischenwelle 8, die dritte Übersetzungsstufe Ü3, die Ausgangswelle 6 zum Abtrieb 7.
  • Danach wird das in Richtung des Losrades L1 der ersten Übersetzungsstufe Ü1 wirkende formschlüssige Schaltelement A geöffnet. Anschließend erfolgt eine Drehzahlsynchronisierung. Diese Zug-Lastschaltung kann beispielsweise zum Starten der Verbrennungskraftmaschine 5 eingesetzt werden.
  • Zur Realisierung einer Zug-Lastschaltung vom zweiten Gang zum dritten Vorwärtsgang wird die Zwischenwelle 8 mittels des reibschlüssigen Schaltelements E mit der zweiten Eingangswelle 4 verbunden. Das Losrad L3 der dritten Übersetzungsstufe Ü3 wird mittels des zweiten in Richtung des Losrades L3 der dritten Übersetzungsstufe Ü3 wirkenden formschlüssigen Schaltelements D mit der Zwischenwelle 8 verbunden. Der Pfad zur Drehmomentübergabe verläuft von der Verbrennungskraftmaschine 5 über die zweite Eingangswelle 4, die Zwischenwelle 8, die dritte Übersetzungsstufe Ü3 die Ausgangswelle 6 zum Abtrieb 7. Danach wird das in Richtung des Losrades L2 der zweiten Übersetzungsstufe Ü2 wirkende formschlüssige Schaltelement B geöffnet. Anschließend erfolgt eine Drehzahlsynchronisierung. Diese Zug-Lastschaltung kann beispielsweise zum Starten der Verbrennungskraftmaschine 5 eingesetzt werden.
  • Neben den zuvor beschriebenen Zug-Hoch-Lastschaltungen können mittels des erfindungsgemäßen Getriebes 1 entsprechende Zug-Rück-Lastschaltungen realisiert werden.
  • Weiterhin besteht die Möglichkeit, zwischen beiden Varianten des zweiten Ganges Zug-Lastschaltungen durchzuführen.
  • Zur Realisierung einer Zug-Lastschaltung vom zweiten Vorwärtsgang zum zweiten Gang wird das Losrad L2 der zweiten Übersetzungsstufe Ü2 mittels des ersten in Richtung des Losrades L2 der zweiten Übersetzungsstufe Ü2 wirkenden formschlüssigen Schaltelements B mit der ersten Eingangswelle 2 verbunden. Der Pfad zur Drehmomentübergabe verläuft von der Elektromaschine 3 über die erste Eingangswelle 2, die zweite Übersetzungsstufe Ü2, die Ausgangswelle 6 zu dem Abtrieb 7. Danach wird das reibschlüssige Schaltelement E und das zweite in Richtung des Losrades L2 der zweiten Übersetzungsstufe Ü2 wirkende formschlüssige Schaltelement C geöffnet. Anschließend erfolgt eine Drehzahlsynchronisierung.
  • Zur Realisierung einer Zug-Lastschaltung vom zweiten Gang zum zweiten Vorwärtsgang wird die Zwischenwelle 8 mittels des reibschlüssigen Schaltelements E mit der zweiten Eingangswelle 4 verbunden. Das Losrad L2 der zweiten Übersetzungsstufe Ü2 wird mittels des zweiten in Richtung des Losrades L2 der zweiten Übersetzungsstufe Ü2 wirkenden formschlüssigen Schaltelements C mit der Zwischenwelle 8 verbunden. Der Pfad zur Drehmomentübergabe verläuft von der Verbrennungskraftmaschine 5 über die zweite Eingangswelle 4, die Zwischenwelle 8, die zweite Übersetzungsstufe Ü2 die Ausgangswelle 6 zum Abtrieb 7. Danach wird das in Richtung des Losrades L2 der zweiten Übersetzungsstufe Ü2 wirkende formschlüssige Schaltelement B geöffnet. Anschließend erfolgt eine Drehzahlsynchronisierung.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Getriebe
    2
    erste Eingangswelle
    3
    Elektromaschine
    4
    zweite Eingangswelle
    5
    Verbrennungskraftmaschine
    6
    Ausgangswelle
    7
    Abtrieb
    8
    Zwischenwelle
    A
    Schaltelement
    B
    Schaltelement
    C
    Schaltelement
    D
    Schaltelement
    E
    Schaltelement
    F1
    Festrad
    F2
    Festrad
    F3
    Festrad
    L1
    Losrad
    L2
    Losrad
    L3
    Losrad
    Ü1
    Übersetzungsstufe
    Ü2
    Übersetzungsstufe
    Ü3
    Übersetzungsstufe

Claims (5)

  1. Lastschaltbares Getriebe (1) für ein Fahrzeug, mit einer ersten Eingangswelle (2), die mit mindestens einer Elektromaschine (3) verbunden ist, mit einer zweiten Eingangswelle (4), die mit einer Verbrennungskraftmaschine (5) verbunden ist, mit einer Ausgangswelle (6), die mit einem Abtrieb (7) des Fahrzeugs verbunden ist, mit einer Zwischenwelle (8), die mittels eines reibschlüssigen Schaltelements (E) mit der zweiten Eingangswelle (4) verbindbar ist, mit drei Übersetzungsstufen (Ü1, Ü2, Ü3), jede Übersetzungsstufe (Ü1, Ü2, Ü3) ein Festrad (F1, F2, F3), welches mit der Ausgangswelle (6) verbunden ist, und ein Losrad (L1, L2, L3) umfasst, und wobei das Losrad (L1) der ersten Übersetzungsstufe (Ü1) und das Losrad (L2) der zweiten Übersetzungsstufe (Ü2) mittels eines ersten beidseitig wirkenden formschlüssigen Schaltelements (A, B) mit der ersten Eingangswelle (2) verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Losrad (L2) der zweiten Übersetzungsstufe (Ü2) und das Losrad (L3) der dritten Übersetzungsstufe (Ü3) mittels eines zweiten beidseitig wirkenden formschlüssigen Schaltelements (C, D) mit der Zwischenwelle (8) verbindbar sind.
  2. Verfahren zur Realisierung eines ersten Gangs bei einem Getriebe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Losrad (L1) der ersten Übersetzungsstufe (Ü1) mittels des ersten in Richtung des Losrades (L1) der ersten Übersetzungsstufe (Ü1) wirkenden formschlüssigen Schaltelements (A) mit der ersten Eingangswelle (2) verbunden wird, und der Drehmomentpfad von der Elektromaschine (3) über die erste Eingangswelle (2), die erste Übersetzungsstufe (Ü1), die Ausgangswelle (6) zu dem Abtrieb (7) verläuft.
  3. Verfahren zur Realisierung eines zweiten Gangs bei einem Getriebe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Losrad (L2) der zweiten Übersetzungsstufe (Ü2) mittels des ersten in Richtung des Losrades (L2) der zweiten Übersetzungsstufe (Ü2) wirkenden formschlüssigen Schaltelements (B) mit der ersten Eingangswelle (2) verbunden wird, und der Drehmomentpfad von der Elektromaschine (3) über die erste Eingangswelle (2), die zweite Übersetzungsstufe (Ü2), die Ausgangswelle (6) zu dem Abtrieb (7) verläuft.
  4. Verfahren zur Realisierung eines zweiten Vorwärtsgangs bei einem Getriebe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Losrad (L2) der zweiten Übersetzungsstufe (Ü2) mittels des zweiten in Richtung des Losrades (L2) der zweiten Übersetzungsstufe (Ü2) wirkenden formschlüssigen Schaltelements (C) mit der Zwischenwelle (8) verbunden wird, und die Zwischenwelle (8) mittels des reibschlüssigen Schaltelements (E) mit der zweiten Eingangswelle (4) verbunden wird, der Drehmomentpfad von der Verbrennungskraftmaschine (5) über die zweite Eingangswelle (4), die Zwischenwelle (8), die zweite Übersetzungsstufe (Ü2), die Ausgangswelle (6) zu dem Abtrieb (7) verläuft.
  5. Verfahren zur Realisierung eines dritten Vorwärtsgangs bei einem Getriebe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Losrad (L3) der dritten Übersetzungsstufe (Ü3) mittels des zweiten in Richtung des Losrades (L3) der dritten Übersetzungsstufe (Ü3) wirkenden formschlüssigen Schaltelements (D) mit der Zwischenwelle (8) verbunden wird, und die Zwischenwelle (8) mittels des reibschlüssigen Schaltelements (E) mit der zweiten Eingangswelle (4) verbunden wird, und der Drehmomentpfad von der Verbrennungskraftmaschine (5) über die zweite Eingangswelle (4), die Zwischenwelle (8), die dritte Übersetzungsstufe (Ü3), die Ausgangswelle (6) zu dem Abtrieb (7) verläuft.
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