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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Getriebes mit einer Getriebe-Eingangswelle, einer Getriebe-Ausgangswelle, einem Radsatz und einer elektrischen Maschine, wobei durch Schaltelemente eine Vielzahl von Gängen zwischen der Getriebe-Eingangswelle und der Getriebe-Ausgangswelle unter Last schaltbar sind, und wobei in einem eingelegten Gang zumindest zwei der Schaltelemente geschlossen sind.
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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 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.
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Aus der Patentanmeldung
DE 10 2012 201 377 A1 der Anmelderin ist ein lastschaltbares Getriebe mit einer Getriebeeingangswelle und einer Getriebeausgangswelle und zwei Leistungspfaden zwischen der Getriebeeingangswelle und einem Hauptradsatz mit zwei Einzelplanetenradsätzen mit vier in Drehzahlordnung als erste, zweite, dritte und vierte Welle bezeichneten Wellen bekannt, wobei an der ersten Welle des Hauptradsatzes eine elektrische Maschine angebunden ist.
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Das im Stand der Technik bekannte lastschaltbare Getriebe ist jedoch nicht so zu verstehen, dass ausgehend von einem beliebigen Gang ein Lastschaltvorgang in einen beliebig anderen Gang stattfinden kann. Vielmehr ist die Schaltlogik des Getriebes derart aufgebaut, dass insbesondere benachbarte Gänge unter Last geschaltet werden können.
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Bei der Verwendung des Getriebes im Kraftfahrzeug ist es jedoch wünschenswert, ausgehend von einem eingelegten Gang einen Schaltvorgang unter Last durchzuführen, welcher über einen zum eingelegten Gang benachbarten Gang hinausgeht. Beispielsweise soll ausgehend von einem hohen Gang unmittelbar und unter Last in einen niedrigen Gang geschaltet werden können, um das Beschleunigungsvermögen eines Kraftfahrzeugs mit einem solchen Getriebe zu verbessern.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Getriebes bereitzustellen, durch das die Anzahl der lastschaltbaren Gangwechsel erhöht wird.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1, wobei sich vorteilhafte Ausgestaltungen aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie aus den Figuren ergeben.
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Das Getriebe umfasst wenigstens eine Getriebe-Eingangswelle, eine Getriebe-Ausgangswelle, einen Radsatz und eine elektrische Maschine mit einem Rotor und einem Stator. Durch gezielte Betätigung von Schaltelementen sind eine Vielzahl von Gängen zwischen der Getriebe-Eingangswelle und der Getriebe-Ausgangswelle unter Last schaltbar. Derartige Lastschaltvorgänge können sowohl bei Hochschaltungen als auch bei Rückschaltungen in beiden Lastrichtungen erfolgen, also bei Zug-Hoch-Schaltungen, Zug-Rückschaltungen, Schub-Hoch-Schaltungen und Schub-Rückschaltungen.
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Der Radsatz weist zumindest zwei Planetenradsätze auf, welche eine Vielzahl von Wellen umfassen. Durch gezieltes Schließen und Offenhalten ausgewählter Schaltelemente sind bei einer entsprechenden Zuordnung der Schaltelemente zu den Wellen des Radsatzes eine Vielzahl von Gängen zwischen der Getriebe-Eingangswelle und der Getriebe-Ausgangswelle darstellbar. Die Schaltelemente sind dabei so angeordnet, dass bei einem Schaltvorgang zwischen benachbarten Gängen stets zumindest ein Schaltelement geschlossen bleibt, und nur ein Schaltelement geöffnet und nur ein Schaltelement geschlossen werden muss.
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Bei einem Schaltvorgang von einem ursprünglichen Gang zu einem Zielgang wird in einem ersten Schritt mittels der Elektromaschine eines der zu diesem Zeitpunkt im Leistungsfluss des Getriebes liegenden Schaltelemente im Wesentlichen lastfrei gestellt. Unter im Wesentlichen lastfrei wird dabei ein Zustand des Schaltelements verstanden, bei dem ein Öffnen des Schaltelements ohne Schädigung und Komforteinbuße vonstattengehen kann. Das Schaltelement überträgt im lastfreien Zustand kein oder nur ein sehr geringes Drehmoment. Die elektrische Maschine wirkt dabei derart auf das zu öffnende Schaltelement, dass dieses im Wesentlichen lastfrei wird. Durch eine Überlagerung des an der Getriebe-Eingangswelle wirkenden Moments und des ausgehend von der elektrischen Maschine wirkenden Moments kann der Leistungsfluss zwischen der Getriebe-Eingangswelle und der Getriebe-Ausgangswelle bei manchen Schaltvorgängen derart zumindest teilweise aufrechterhalten werden. In anderen Worten ausgedrückt bleibt das Getriebe derart unter Last.
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Ist das zu lösende Schaltelement im Wesentlichen lastfrei gestellt, wird dieses in einem zweiten Schritt geöffnet. Dabei bleibt das Moment der elektrischen Maschine entsprechend aufrecht, um den lastfreien Zustand des Schaltelements während des Öffnens beizubehalten.
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Nach dem Öffnen des Schaltelements ist das Übersetzungsverhältnis zwischen Getriebe-Eingangswelle und Getriebe-Ausgangswelle abhängig von der Rotordrehzahl, da keine kinematische Zwangsbedingung mehr besteht. Die elektrische Maschine übernimmt nun anstelle des geöffneten Schaltelements jene Last, die zuvor von dem nun geöffneten Schaltelement übertragen oder abgestützt wurde. Durch die Anbindung der elektrischen Maschine an den Radsatz kann die Höhe der Last entsprechend den Übersetzungsverhältnissen anders sein. In einem dritten Schritt wird mittels der elektrischen Maschine und/oder mittels eines Moments an der Getriebe-Eingangswelle eine Drehzahl-Synchronisation zwischen zwei Wellen des Getriebes vorgenommen. Die zu synchronisierenden Wellen sind jene Wellen, die im Zielgang durch ein Schaltelement verbunden werden sollen. Das von der elektrischen Maschine aufgebrachte Moment wird dabei entsprechend angepasst. Die Drehzahlsynchronisation kann durch die elektrische Maschine allein, oder durch das Drehmoment an der Getriebe-Eingangswelle unterstützt werden, welches beispielsweise durch eine mit der Getriebe-Eingangswelle wirkverbundene Verbrennungskraftmaschine oder einer weiteren elektrischen Maschine erzeugt wird. Auch eine Drehzahlsynchronisation allein durch das an der Getriebe-Eingangswelle wirkende Moment ist möglich.
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Eine erste der im dritten Schritt synchronisierten Wellen ist entweder mit der Getriebe-Eingangswelle verbunden oder weist zumindest während des Schaltvorgangs ein festes Übersetzungsverhältnis zu dieser auf oder ist drehfest festgesetzt oder ist eine Welle des Radsatzes. Eine zweite der im dritten Schritt synchronisierten Wellen ist eine Welle des Radsatzes. Ist die erste Welle der im dritten Schritt synchronisierten Wellen eine Welle des Radsatzes, so handelt es sich dabei um eine andere Welle als die zweite Welle der im dritten Schritt synchronisierten Wellen.
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In einem vierten Schritt wird, nach erfolgreicher Synchronisation der im dritten Schritt zu synchronisierenden Wellen, das im Zielgang zu schließende Schaltelement geschlossen. Durch das Schließen des Schaltelements wird eine kinematische Zwangsbedingung des Radsatzes hergestellt. Anschließend kann das Moment der elektrischen Maschine abgebaut werden. Der Lastschaltvorgang ist damit abgeschlossen.
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Der Rotor der elektrischen Maschine ist über zumindest einen Zusatz-Planetenradsatz an den Radsatz angebunden. Der Zusatz-Planetenradsatz weist dabei eine erste, zweite und dritte Welle auf. Die erste Welle des Zusatz-Planetenradsatzes ist mit dem Rotor verbunden. Die zweite Welle des Zusatz-Planetenradsatzes ist mit einer Welle des Radsatzes verbunden. Die dritte Welle des Zusatz-Planetenradsatzes ist mit einer anderen Welle des Radsatzes verbunden. Durch diese Anbindung der elektrischen Maschine an den Radsatz wird erreicht, dass die elektrische Maschine nach dem Öffnen des Schaltelements bei jedem Schaltvorgang, abhängig vom Schaltungstyp, allein durch Vorgabe der Rotordrehzahl oder durch Vorgabe der Rotordrehzahl im Verhältnis zur Drehzahl der Getriebe-Eingangswelle eine kinematische Zwangsbedingung des Radsatzes bewirken kann. Wäre die elektrische Maschine unmittelbar an einer Radsatz-Welle angebunden, der zumindest ein Schaltelement zugeordnet ist, und würde dieses Schaltelement beim Schaltvorgang geschlossen bleiben, so wäre der Radsatz nach Öffnen des beim Schaltvorgang zu öffnenden Schaltelements kinematisch unbestimmt, falls das geöffnete Schaltelement sich vor dem gegenständlichen Schaltvorgang im Leistungsfluss des Getriebes befunden hat. Dies hätte einen im Wesentlichen vollständigen Einbruch des Leistungsflusses von der Getriebe-Eingangswelle zur Getriebe-Ausgangswelle zur Folge.
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Vorzugsweise sind sämtliche Schaltelemente als Schwarz/Weiß-Schaltelemente ausgebildet, welche keine stufenlos variable Drehmomentübertragungsfähigkeit aufweisen. Insbesondere sind sämtliche Schaltelemente als Klauen-Schaltelemente ausgebildet, welche die Verbindung durch Formschluss herstellen. Dies verbessert den mechanischen Wirkungsgrad des Getriebes, da derartige Schaltelemente im offenen Zustand keine oder nur sehr geringe Schleppverluste erzeugen.
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Vorzugweise weist der Radsatz zwei Planetenradsätze mit insgesamt vier in Drehzahlordnung als erste, zweite, dritte und vierte Welle bezeichneten Wellen auf. In einem solchen Fall ist der Zusatz-Planetenradsatz vorzugsweise derart an den Radsatz angebunden, dass die erste Welle des Radsatzes im Drehzahlplan zwischen der ersten Welle des Zusatz-Planetenradsatzes und der zweiten Welle des Radsatzes liegt. Dabei ist auch die Standgetriebeübersetzung des Zusatz-Planetenradsatzes zu beachten. Dadurch kann eine vergrößerte Übersetzung des Rotors zu den Wellen des Radsatzes erzielt werden, wodurch die elektrische Maschine bei gleicher Leistungsfähigkeit zum Erzeugen des Moments kleiner und damit leichter und kostengünstiger ausgeführt werden kann.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform ist die zweite Welle des Zusatz-Planetenradsatzes mit der ersten Welle des Radsatzes verbunden. Die dritte Welle des Zusatz-Planetenradsatzes ist in diesem Fall mit der zweiten, dritten oder vierten Welle des Radsatzes verbunden.
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Gemäß einer zweiten Ausführungsform ist die zweite Welle des Zusatz-Planetenradsatzes mit der zweiten Welle des Radsatzes verbunden. Die dritte Welle des Zusatz-Planetenradsatzes ist in diesem Fall mit der dritten oder vierten Welle des Radsatzes verbunden.
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Gemäß einer dritten Ausführungsform ist die zweite Welle des Zusatz-Planetenradsatzes mit der dritten Welle des Radsatzes verbunden. Die dritte Welle des Zusatz-Planetenradsatzes ist in diesem Fall mit der vierten Welle des Radsatzes verbunden.
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Vorzugsweise ist ein Sonnenrad des Zusatz-Planetenradsatzes ein Bestandteil der ersten Welle des Zusatz-Planetenradsatzes. Im Falle, dass der Zusatz-Planetenradsatz als Minus-Radsatz ausgebildet ist, ist ein Steg des Zusatz-Planetenradsatzes ein Bestandteil der zweiten Welle des Zusatz-Planetenradsatzes, und ein Hohlrad des Zusatz-Planetenradsatzes ein Bestandteil der dritten Welle des Zusatz-Planetenradsatzes. Ist der Zusatz-Planetenradsatz als Plus-Radsatz ausgebildet, so ist die Zuordnung von Hohlrad und Steg vertauscht, sodass das Hohlrad des Zusatz-Planetenradsatzes ein Bestandteil der zweiten Welle des Zusatz-Planetenradsatzes ist und der Steg des Zusatz-Planetenradsatzes ein Bestandteil der dritten Welle des Zusatz-Planetenradsatzes ist. Dadurch liegt die Drehzahl der zweiten Welle des Zusatz-Planetenradsatzes stets zwischen der Drehzahl der ersten und dritten Welle des Zusatz-Planetenradsatzes, sofern die genannten Elemente des Zusatz-Planetenradsatzes nicht mit derselben Drehzahl umlaufen.
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Alternativ dazu kann der Zusatz-Planetenradsatz auch derart an den Radsatz angebunden sein, dass die vierte Welle des Radsatzes im Drehzahlplan zwischen der dritten Welle des Radsatzes und der ersten Welle des Zusatz-Planetenradsatz liegt.
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Gemäß einer weiteren Alternative kann der Zusatz-Planetenradsatz auch derart an den Radsatz angebunden sein, dass die erste Welle des Zusatz-Planetenradsatzes im Drehzahlplan zwischen der ersten und vierten Welle des Radsatzes liegt. Dabei ist durch geeignete Wahl der Standgetriebeübersetzungen darauf zu achten, dass sich die Lage der ersten Welle des Zusatzradsatzes im Drehzahlplan nicht mit der zweiten und dritten Welle des Radsatzes deckt.
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Vorzugsweise werden bei einem Schaltvorgang vom ursprünglichen Gang in den Zielgang Gänge mit gleicher oder ähnlicher Übersetzung mit berücksichtigt. Gänge mit identischer Übersetzung können beispielsweise dann auftreten, wenn verschiedene Kombinationsmöglichkeiten von geschlossenen und offenen Schaltelementen zur selben kinematischen Zwangsbedingung führen, oder wenn die kinematische Zwangsbedingung zwischen Getriebe-Eingangswelle und Getriebe-Ausgangswelle bereits durch Schließen von zwei Schaltelementen fixiert ist, und ein drittes Schaltelement geschlossen wird welches, keinen Einfluss auf die Zwangsbedingung zwischen Getriebe-Eingangswelle und Getriebe-Ausgangswelle hat, da es sich zum Beispiel nicht im Leistungsfluss des Getriebes befindet. Gänge mit ähnlicher Übersetzung können dann auftreten, wenn verschiedene Kombinationsmöglichkeiten von geschlossenen und offenen Schaltelementen verschiedene kinematische Zwangsbedingungen der Planetenradsätze erzeugen, jedoch eine ähnliche Übersetzung zwischen Getriebe-Eingangswelle und Getriebe-Ausgangswelle aufweisen. Das Übersetzungsverhältnis zwischen den Gängen wird in diesem Zusammenhang dann als ähnlich angesehen, wenn der Quotient von größerem zu kleinerem Übersetzungsverhältnis weniger als 1,1 beträgt, besonders bevorzugt weniger als 1,05. Derartige Gänge werden üblicherweise nicht in die Schaltlogik mit aufgenommen. Stattdessen wird üblicherweise abhängig von Randbedingungen wie Bauteilbelastung, Schaltlogik, Wirkungsgrad oder Akustik nur einer dieser Gänge ausgewählt. Durch die Mit-Einbeziehung derartiger Gänge in die Schaltlogik kann die zur Verfügung stehende Anzahl an Lastschaltvorgängen, welche über den benachbarten Gang hinausgehen, weiter erhöht werden.
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Das Getriebe kann 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 oder über einen Drehmomentwandler 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 das Getriebe eine Zusatz-Elektromaschine auf, die dazu eingerichtet ist über ihren Rotor ein Drehmoment auf die Getriebe-Eingangswelle 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.
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Unter einer Welle ist 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.
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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.
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Sowohl Sonnenrad als auch Hohlrad eines Planetenradsatzes können auch in mehrere Segmente aufgeteilt sein. Beispielsweise ist es denkbar, dass die Planetenräder mit zwei Sonnenrädern kämmen, welche nicht miteinander verbunden sind. Die Drehzahlverhältnisse sind selbstverständlich an beiden Segmenten des Sonnenrads identisch, so als ob sie miteinander verbunden wären.
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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.
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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.
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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.
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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 kleinste Drehzahl aufweist, während die erste Welle eine Drehzahl annimmt die größer oder gleich groß wie die Drehzahl der vierten Welle ist. Zwischen den Drehzahlen aller vier Wellen besteht dabei stets ein linearer Zusammenhang.
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Die Drehzahl einer oder mehrerer Wellen kann dabei auch negative Werte, oder auch den Wert Null annehmen. Die Drehzahlordnung ist daher stets auf den vorzeichenbehafteten Wert der Drehzahlen zu beziehen, und nicht auf deren Betrag.
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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.
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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.
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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, wobei über das Schaltelement ein Drehmoment zwischen den Elementen übertragbar ist. 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.
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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.
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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.
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Ein reduziertes Zwei-Steg-Vier-Wellen-Getriebe ist eine Bauform eines Zwei-Steg-Vier-Wellen-Getriebes, bei dem zumindest 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, sowie über einen gemeinsamen Steg verfügt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben.
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1 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend einer beispielhaften ersten Ausführungsform der Erfindung.
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2 zeigt einen Drehzahlplan des Getriebes gemäß der ersten Ausführungsform.
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3 zeigt ein Schaltschema des Getriebes gemäß der ersten Ausführungsform.
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4 zeigt einen alternativen Drehzahlplan des Getriebes gemäß der ersten Ausführungsform
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5 zeigt ein alternatives Schaltschema des Getriebes gemäß der ersten Ausführungsform.
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6 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend einer beispielhaften zweiten Ausführungsform der Erfindung.
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7 zeigt einen Drehzahlplan des ersten und zweiten Planetenradsatzes gemäß der zweiten Ausführungsform.
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8 zeigt ein Schaltschema des Getriebes gemäß der zweiten Ausführungsform.
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9 zeigt einen Verfahrensablauf bei einem Schaltvorgang.
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1 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. Das Getriebe G weist eine Getriebe-Eingangswelle GW1, eine Getriebe-Ausgangswelle GW2, einen Vorschaltradsatz VRS, einen Zusatz-Planetenradsatz P4 und einen Radsatz RS auf. Der Vorschaltradsatz VRS weist einen Planetenradsatz P3 auf. Der Radsatz RS weist einen ersten Planetenradsatz P1 und einen zweiten Planetenradsatz P2 auf. Sämtliche Planetenradsätze P1, P2, P3, P4, sind als Minus-Radsätze ausgebildet.
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Die Darstellung des Getriebes zeigt im Wesentlichen die verbindbaren und verbundenen Elemente des Getriebes G. Durch die in der Darstellung des Getriebes gewählten Abstände kann nicht auf die Übersetzungsverhältnisse rückgeschlossen werden.
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Die Getriebe-Eingangswelle GW1 ist mit einem Sonnenrad So-P3 des Planetenradsatzes P3 des Vorschaltradsatzes VRS verbunden. Ein Hohlrad Ho-P3 des Planetenradsatzes P3 des Vorschaltradsatzes VRS ist drehfest mit dem Getriebegehäuse GG des Getriebes G, oder mit einem anderen drehfest fixierten Bauelement des Getriebes G verbunden. Derart wird ein erster und ein zweiter Leistungspfad L1, L2 gebildet, wobei sowohl durch den ersten Leistungspfad L1 als auch durch den zweiten Leistungspfad L2 Leistung von der Getriebe-Eingangswelle GW1 zum Radsatz RS übertragen werden kann. Der zweite Leistungspfad L2 leitet dabei eine im Vergleich zur Drehzahl der Getriebe-Eingangswelle GW1 veränderte Drehzahl an den Radsatz RS weiter, indem die Drehzahl an der Getriebeeingangswelle GW1 durch die Übersetzung zwischen dem Sonnenrad So-P3 und einem Steg St-P3 des Planetenradsatzes P3 des Vorschaltradsatzes VRS übersetzt wird. Der erste Leistungspfad L1 leitet die Drehzahl der Getriebe-Eingangswelle GW1 ohne Übersetzung an den Radsatz RS weiter. Das Sonnenrad So-P3 des Planetenradsatzes P3 des Vorschaltradsatzes VRS ist dabei Bestandteil einer ersten Welle W1VS des Vorschaltradsatzes VRS, welche mit der Getriebe-Eingangswelle GW1 verbunden ist. Der Steg St-P3 des Planetenradsatzes P3 des Vorschaltradsatzes VRS ist Bestandteil einer zweiten Welle W2VS des Vorschaltradsatzes VRS. Jenes Bauelement, an dem sich das Hohlrad Ho-P3 des Planetenradsatzes P3 des Vorschaltradsatzes VRS abstützt, wird im Folgenden als dritte Welle W3VS des Vorschaltradsatzes VRS bezeichnet.
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Eine erste Welle W1 des Radsatzes RS ist mit einem Sonnenrad So-P1 des ersten Planetenradsatzes P1 des Radsatzes RS verbunden. Eine zweite Welle W2 des Radsatzes RS ist mit einem Steg St-P1 des ersten Planetenradsatzes P1 und mit einem Hohlrad Ho-P2 des zweiten Planetenradsatzes P2 des Radsatzes RS verbunden. Eine dritte Welle W3 des Radsatzes RS ist mit einem Hohlrad Ho-P1 des ersten Planetenradsatzes P1 und mit einem Steg St-P2 des zweiten Planetenradsatzes P2 des Radsatzes RS verbunden. Eine vierte Welle W4 des Radsatzes RS ist mit einem Sonnenrad So-P2 des zweiten Planetenradsatzes P2 des Radsatzes RS verbunden. Durch diese Verbindung zwischen den einzelnen Bauelementen des ersten und zweiten Planetenradsatzes P1, P2 des Radsatzes RS wird die Anordnung der ersten, zweiten, dritten und vierten Welle W1, W2, W3, W4 des Radsatzes RS im Drehzahlplan bestimmt, wobei die Reihenfolge erste, zweite, dritte, vierte Welle W1, W2, W3, W4 deren Reihenfolge im Drehzahlplan entspricht. Die dritte Welle W3 des Radsatzes RS ist mit der Getriebe-Ausgangswelle GW2 verbunden. Alternativ dazu kann die dritte Welle W3 des Radsatzes RS auch über ein zusätzliches Übersetzungsgetriebe mit der Getriebe-Ausgangswelle GW2 verbunden sein. Das Sonnenrad So-P2 des zweiten Planetenradsatzes P2 des Radsatzes RS weist zwei voneinander getrennte Teile auf. Dies ermöglicht die Verbindung der Getriebe-Ausgangswelle GW2 mit der dritten Welle W3 des Radsatzes RS, welche zwischen den beiden Teilen des Sonnenrads So-P2 angeordnet ist. Die Drehzahlverhältnisse sind selbstverständlich an beiden Teilen des Sonnenrads So-P2 gleich. Infolgedessen werden im Folgenden beide Teile des Sonnenrads So-P2 als Bestandteil derselben Welle, konkret der vierten Welle W4 des Radsatzes RS bezeichnet.
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Der erste Leistungspfad L1 ist über ein Schaltelement A mit der vierten Welle W4 des Radsatzes RS und über ein Schaltelement E mit der zweiten Welle W2 des Radsatzes RS verbindbar. Der zweite Leistungspfad L2 ist über ein Schaltelement B mit der ersten Welle W1 des Radsatzes RS und über ein Schaltelement D mit der zweiten Welle W2 des Radsatzes RS verbindbar. Die erste Welle W1 des Radsatzes RS ist durch ein Schaltelement C mit dem Getriebegehäuse GG des Getriebes G, oder mit einem anderen drehfesten Bauelement des Getriebes G verbindbar, sodass die erste Welle W1 des Radsatzes RS bei geschlossenem Schaltelement C keine Drehzahl annehmen kann. Die vierte Welle W4 des Radsatzes RS ist in gleicher Weise durch ein Schaltelement F drehfest festsetzbar, indem die vierte Welle W4 durch das Schaltelement F mit dem Getriebegehäuse GG verbunden wird.
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Das Getriebe G weist eine elektrische Maschine EM auf, wobei ein Stator S der elektrischen Maschine EM drehfest mit dem Getriebegehäuse GG des Getriebes G oder mit einem anderen drehfesten Bauelement des Getriebes G verbunden ist, sodass der Stator S keine Drehzahl annehmen kann. Ein drehbar gelagerter Rotor R der elektrischen Maschine EM ist mit einem Sonnenrad So-P4 des Zusatz-Planetenradsatzes P4 verbunden. Das Sonnenrad So-P4 des Zusatz-Planetenradsatzes P4 ist Bestandteil einer ersten Welle W1P4 des Zusatz-Planetenradsatzes P4. Ein Steg St-P4 des Zusatz-Planetenradsatzes P4 ist Bestandteil einer zweiten Welle W2P4 des Zusatz-Planetenradsatzes P4 und ist mit der ersten Welle W1 des Radsatzes RS verbunden. Ein Hohlrad Ho-P4 des Zusatz-Planetenradsatzes P4 ist Bestandteil einer dritten Welle W3P4 des Zusatz-Planetenradsatzes P4 und ist mit der dritten Welle W3 des Radsatzes RS verbunden.
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2 zeigt einen Drehzahlplan der beispielhaften Ausführungsform des Getriebes G, während in 3 ein Schaltschema der beispielhaften Ausführungsform des Getriebes G dargestellt ist. In 2 sind in vertikaler Richtung die Drehzahlen der vier Wellen W1, W2, W3, W4 des Radsatzes RS und des Rotors R im Verhältnis zur Drehzahl der Getriebe-Eingangswelle GW1 aufgetragen. Die maximal auftretende Drehzahl der Getriebe-Eingangswelle GW1 ist auf den Wert Eins normiert. Die Abstände zwischen den vier Wellen W1, W2, W3, W4 des Radsatzes RS und dem Rotor R ergeben sich durch die Standgetriebeübersetzungen des ersten und zweiten Planetenradsatzes P1, P2 des Radsatzes RS und der Standgetriebeübersetzung des Zusatz-Planetenradsatzes P4, wobei die Darstellung nur zur Anschauung dient und nicht maßstäblich ist. Zu einem bestimmten Betriebspunkt gehörende Drehzahlverhältnisse lassen sich durch eine Gerade verbinden.
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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 VRS über den ersten oder zweiten Leistungspfad L1, L2 zum Radsatz RS besser zu verdeutlichen. Der dabei im Drehzahlplan gewählte horizontale Abstand zwischen den derart verbundenen Wellen ist willkürlich. Die Übersetzung zwischen derart verbundenen Wellen beträgt selbstverständlich den Wert Eins, unabhängig vom im Drehzahlplan gewählten horizontalen Abstand.
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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.
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Durch das Schaltschema in 3 und den Drehzahlplan in 2 wird die Funktionsweise des Getriebes G deutlich. Die geschlossenen Schaltelemente A, B, C, D, E, F sind in 3 durch Kreise gekennzeichnet. Dem Schaltschema können die jeweiligen Übersetzungen der einzelnen Gangstufen und die daraus zu bestimmenden Gangsprünge zum nächst höheren Gang beispielhaft entnommen werden, wobei das Getriebe G derart eine Spreizung von 10,1 aufweist. Die Übersetzungen ergeben sich aus den Standgetriebeübersetzungen der Planetenradsätze P1, P2, P3, und P4. Bei sequentieller Schaltweise können Doppelschaltungen bzw. Gruppenschaltungen vermieden werden, da zwei benachbarte Gangstufen ein Schaltelement gemeinsam benutzen. Die Gänge des Getriebes G sind in den verschiedenen Zeilen des Schaltschemas dargestellt
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Ein erster Vorwärtsgang 1VM zwischen der Getriebe-Eingangswelle GW1 und der Getriebe-Ausgangswelle GW2 ergibt sich durch Schließen des Schaltelements B und des Schaltelements F, ein zweiter Vorwärtsgang 2VM durch Schließen des Schaltelements D und des Schaltelements F, ein dritter Vorwärtsgang 3VM durch Schließen des Schaltelements B und des Schaltelements D, ein vierter Vorwärtsgang 4VM durch Schließen des Schaltelements D und des Schaltelements A, ein fünfter Vorwärtsgang 5VM durch Schließen des Schaltelementes B und des Schaltelements A, ein sechster Vorwärtsgang 6VM durch Schließen des Schaltelements E und des Schaltelements A, ein siebenter Vorwärtsgang 7VM durch Schließen des Schaltelements B und des Schaltelements E, und ein achter Vorwärtsgang 8VM durch Schließen des Schaltelements C und des Schaltelements E.
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Im Folgenden wird beispielhaft ein Lastschaltvorgang beschrieben. Im zweiten Vorwärtsgang 2VM sind die Schaltelemente D und F geschlossen. Die zweite und die vierte Welle W2, W4 des Radsatzes RS bilden je eine Differenzwelle, während die dritte Welle W3 des Radsatzes RS eine Summenwelle darstellt. Gibt die elektrische Maschine EM kein Moment ab, bzw. nimmt sie kein Moment auf, so befinden sich der Zusatzplanetenradsatz P4 und der erste Planetenradsatz P1 des Radsatzes RS im zweiten Vorwärtsgang 2VM nicht im Leistungsfluss des Getriebes G. Bei einem Schaltvorgang vom zweiten Vorwärtsgang 2VM in den dritten Vorwärtsgang 3VM bleibt das Schaltelement D geschlossen. Das Schaltelement F wird geöffnet, anschließend wird das Schaltelement B geschlossen. Da das Schaltelement F als Klauen-Schaltelement ausgebildet ist, muss das Schaltelement F vor dem Öffnen im Wesentlichen lastfrei gestellt werden, sodass das Schaltelement F kein oder nur mehr ein sehr geringes Drehmoment überträgt. Diese Lastfreistellung des Schaltelements F wird durch ein generatorisches Moment der elektrischen Maschine EM bewirkt. Durch die Überlagerung des von der Getriebe-Eingangswelle GW1 ausgehenden Moments und des von der elektrischen Maschine EM ausgehenden Moments wird das vom Schaltelement F übertragene Moment im Wesentlichen auf Null reduziert. Dabei bleibt zumindest ein Anteil des zuvor an der dritten Welle W3 des Radsatzes RS anliegenden Drehmoments erhalten, wodurch es an der Getriebe-Ausgangswelle GW2 zu keinem vollständigen Drehmomenteinbruch kommt. Ist das Schaltelement F geöffnet, so wird die zweite Welle W2 des Radsatzes RS zur Summenwelle, während die erste Welle W1P4 des Zusatz-Planetenradsatzes P4 und die dritte Welle W3 des Radsatzes RS je eine Differenzwelle bilden. Zumindest durch die elektrische Maschine EM wird nun ein generatorisches Drehmoment aufgebracht, um eine Drehzahlsynchronisation zwischen der zweiten Welle W2VS des Vorschaltradsatzes VRS und der ersten Welle W1 des Radsatzes RS zu erreichen. Die Drehzahlsynchronisation kann durch ein Drehmoment an der Getriebe-Eingangswelle GW1 unterstützt werden, welches beispielsweise durch eine mit der Getriebe-Eingangswelle GW1 wirkverbundene Verbrennungskraftmaschine VKM erzeugt wird. Die Synchronisation kann auch nur durch ein an der Getriebe-Eingangswelle GW1 wirkendes Moment erfolgen Dadurch wird ein Schließen des Schaltelements B ermöglicht, wobei zumindest ein Anteil des zuvor an der dritten Welle W3 des Radsatzes RS anliegenden Drehmoments erhalten bleibt. Ist das Schaltelement B geschlossen, so wird die erste Welle W1 des Radsatzes RS zur Differenzwelle, der Schaltvorgang ist somit abgeschlossen. Derartige Lastschaltvorgänge können bei diesem beispielhaften Getriebe sowohl zwischen benachbarten Vorwärtsgängen, als auch zwischen dem achten und dem sechsten Vorwärtsgang 8VM–6VM, zwischen dem siebenten und dem fünften Vorwärtsgang 7VM–5VM, zwischen dem siebenten und dem dritten Vorwärtsgang 7VM–3VM, zwischen dem siebenten und dem ersten Vorwärtsgang 7VM–1VM, zwischen dem sechsten und dem vierten Vorwärtsgang 6VM–4VM, zwischen dem fünften und dem dritten Vorwärtsgang 5VM–3VM, zwischen dem fünften und dem ersten Vorwärtsgang 5VM–1VM, zwischen dem vierten und dem zweiten Vorwärtsgang 4VM–2VM, und zwischen dem dritten und dem ersten Vorwärtsgang 3VM–1VM vorgenommen werden.
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4 zeigt einen alternativen Drehzahlplan des Getriebes G gemäß der ersten Ausführungsform, wobei die Standgetriebeübersetzung des zweiten Planetenradsatzes P2 geringfügig reduziert wurde. Im Gegensatz zum Drehzahlplan in 2 weist das Getriebe G zehn Vorwärtsgänge 1VM2–10VM2 auf. Ein erster Vorwärtsgang 1VM2 zwischen der Getriebe-Eingangswelle GW1 und der Getriebe-Ausgangswelle GW2 ergibt sich durch Schließen des Schaltelements B und des Schaltelements F, ein zweiter Vorwärtsgang 2VM2 durch Schließen des Schaltelements D und des Schaltelements F, ein dritter Vorwärtsgang 3VM2 durch Schließen des Schaltelements B und des Schaltelements D, ein vierter Vorwärtsgang 4VM2 durch Schließen des Schaltelements C und des Schaltelements D, ein fünfter Vorwärtsgang 5VM2 durch Schließen des Schaltelements D und des Schaltelements A, ein sechster Vorwärtsgang 6VM2 durch Schließen des Schaltelements C und des Schaltelements A, ein siebenter Vorwärtsgang 7VM2 durch Schließen des Schaltelements B und des Schaltelements A, ein achter Vorwärtsgang 8VM2 durch Schließen des Schaltelements E und des Schaltelements A, ein neunter Vorwärtsgang 9VM2 durch Schließen des Schaltelements B und des Schaltelements E und ein zehnter Vorwärtsgang 10VM2 durch Schließen des Schaltelements C und des Schaltelements E.
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In 4 ist deutlich zu erkennen, dass die Gangabstufung der zehn Vorwärtsgänge 1VM2–10VM2 nicht harmonisch ist. Insbesondere der Übersetzungs-Unterschied zwischen den vierten bis sechsten Vorwärtsgängen 4VM2–6VM2 ist im Vergleich zu den übrigen Gängen gering. 5 zeigt das Schaltschema zu dem in 4 dargestelltem Drehzahlplan, wobei die Übersetzungen sowie der Übersetzungssprung zwischen den Gängen dargestellt sind. Die Gänge 4VM2, 5VM2 und 6VM2 sind Gänge mit ähnlicher Übersetzung.
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Bei einer beispielhaften Standgetriebeübersetzung des dritten Planetenradsatzes P3 von minus 1,55 und einer beispielhaften Standgetriebeübersetzung des ersten Planetenradsatzes P1 von minus 1,80 und des zweiten Planetenradsatzes P2 von minus 1,60 sind damit zusätzlich Lastschaltungen vom zehnten Vorwärtsgang 10VM2 in den vierten Vorwärtsgang 4VM2 oder in den sechsten Vorwärtsgang 6VM2, vom sechsten Vorwärtsgang 6VM2 in den vierten Vorwärtsgang 4VM2, vom vierten Vorwärtsgang 4VM2 in den zweiten Vorwärtsgang 2VM möglich, und umgekehrt. Sämtliche benachbarten Vorwärtsgänge sind ebenfalls lastschaltbar, darunter auch die neu hinzugekommenen Vorwärtsgänge.
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6 zeigt schematisch ein Getriebe G2 entsprechend einer beispielhaften zweiten Ausführungsform der Erfindung. Der Radsatz RS2 dieser zweiten Ausführungsform weist einen anderen Aufbau als der Radsatz RS der ersten Ausführungsform auf. Der Radsatz RS2 weist einen ersten, zweiten, dritten und vierten Planetenradsatz P21, P22, P23, P25 auf. Erster und zweiter Planetenradsatz P21, P22 weisen zusammen vier in Drehzahlordnung angeordnete Wellen W21, W22, W23, W24 auf. Ein Sonnenrad So-P21 des ersten Planetenradsatzes P21 ist Bestandteil der ersten Welle W21. Ein Hohlrad Ho-P22 des zweiten Planetenradsatzes P22 ist Bestandteil der zweiten Welle W22. Ein Steg St-P21 des ersten Planetenradsatzes P21 und ein Steg St-P22 des zweiten Planetenradsatzes P22 sind miteinander verbunden und bilden derart die dritte Welle W23. Ein Hohlrad Ho-P21 des ersten Planetenradsatzes P21 und ein Sonnenrad So-P22 des zweiten Planetenradsatzes P22 sind miteinander verbunden und bilden derart die vierte Welle W24. Diese Ausführungsform des Radsatzes RS2 ist lediglich beispielhaft anzusehen. Dem Fachmann sind alternative Ausführungsformen für ein derartiges Zwei-Steg-Vier-Wellen-Getriebe bekannt, die bei geeigneter Zugänglichkeit ebenso verwendet werden könnten.
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Der Rotor R der elektrischen Maschine EM ist mit dem Sonnenrad So-P4 des Zusatz-Planetenradsatzes P4 verbunden, wobei das Sonnenrad So-P4 Bestandteil der ersten Welle W1P4 des Zusatz-Planetenradsatzes P4 ist. Der Steg St-P4 des Zusatz-Planetenradsatzes P4 ist Bestandteil der zweiten Welle W2P4 des Zusatz-Planetenradsatzes P4 und ist mit der ersten Welle W21 des Radsatzes RS2 verbunden. Das Hohlrad Ho-P4 des Zusatz-Planetenradsatzes P4 ist Bestandteil der dritten Welle W3P4 des Zusatz-Planetenradsatzes P4 und ist mit der dritten Welle W23 des Radsatzes RS2 verbunden.
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Dem Radsatz RS2 sind sechs Schaltelemente A2, B2, C2, D2, E2, F2 zugeordnet, welche allesamt als Klauen-Schaltelemente ausgebildet sind. Durch das Schaltelement A2 ist eine drehfeste Verbindung zwischen der Getriebe-Eingangswelle GW1 und der vierten Welle W24 des Radsatzes RS2 herstellbar. Durch das Schaltelement B2 ist eine drehfeste Verbindung zwischen der Getriebe-Eingangswelle GW1 und der ersten Welle W21 des Radsatzes RS2 herstellbar. Durch das Schaltelement C2 ist die erste Welle W21 des Radsatzes RS2 drehfest festsetzbar, indem die erste Welle W21 durch das Schaltelement C2 mit dem Gehäuse GG des Getriebes G2 oder einem anderen drehfesten Bauelement des Getriebes G2 verbunden wird. In gleicher Weise ist die zweite Welle W22 des Radsatzes RS2 durch das Schaltelement D2 drehfest festsetzbar.
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Ein Sonnenrad So-P23 des dritten Planetenradsatzes P23 und ein Sonnenrad So-P25 des vierten Planetenradsatzes P25 sind miteinander verbunden, und über das Schaltelement F2 drehfest festsetzbar. Ein Steg St-P23 des dritten Planetenradsatzes P23 ist mit der Getriebe-Ausgangswelle GW2 verbunden. Ein Hohlrad Ho-P23 des dritten Planetenradsatzes P23 und ein Steg St-P25 des vierten Planetenradsatzes P25 sind miteinander verbunden, und sind über das Schaltelement E2 mit der Getriebe-Eingangswelle GW1 verbindbar. Das Schaltelement E2 ist wie das Schaltelement F2 als Klauenschaltelement ausgebildet. Ein Hohlrad Ho-P25 des vierten Planetenradsatzes P25 ist mit der dritten Welle W23 des Radsatzes RS2 ständig verbunden.
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7 zeigt einen Drehzahlplan des ersten und zweiten Planetenradsatzes P21, P22 des Radsatzes RS2 gemäß der zweiten Ausführungsform, während in 8 ein Schaltschema des Getriebes G2 gemäß der zweiten Ausführungsform dargestellt ist. In 7 sind in vertikaler Richtung die Drehzahlen der vier Wellen W21, W22, W23, W24 des Radsatzes RS2 und der drei Wellen W1P4, W2P4, W3P4 des Zusatz-Planetenradsatzes P4 im Verhältnis zur Drehzahl der Getriebe-Eingangswelle GW1 aufgetragen.
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Durch das Schaltschema in 8 wird die Funktionsweise der zweiten Ausführungsform des Getriebes G2 deutlich. Die geschlossenen Schaltelemente A2, B2, C2, D2, E2, F2 sind durch Kreise gekennzeichnet. Dem Schaltschema können die jeweiligen Übersetzungen der einzelnen Gangstufen und die daraus zu bestimmenden Gangsprünge zum nächst höheren Gang beispielhaft entnommen werden, wobei das Getriebe G2 derart eine Spreizung von 9,81 aufweist. Die Übersetzungen ergeben sich aus den Standgetriebeübersetzungen der Planetenradsätze P21, P22, P23, P4 und P25. Die Vorwärtsgange 1VM3–9VM3 und der Rückwärtsgang RE des Getriebes G2 sind in den verschiedenen Zeilen des Schaltschemas dargestellt.
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Derart kann bei dem vorliegenden beispielhaften Getriebe G2 ein Lastschaltvorgang außer zwischen den zueinander benachbarten Gängen auch zwischen dem ersten Vorwärtsgang 1VM3 und dritten Vorwärtsgang 3VM3, zwischen dem zweiten Vorwärtsgang 2VM3 und vierten Vorwärtsgang 4VM3, zwischen dem fünften Vorwärtsgang 5VM3 und siebenten Vorwärtsgang 7VM3, zwischen dem sechsten Vorwärtsgang 6VM3 und achten Vorwärtsgang 8VM3, zwischen dem neunten Vorwärtsgang 9VM3 und dem fünften Vorwärtsgang 5VM3, zwischen dem siebenten Vorwärtsgang 7VM3 und dem vierten Vorwärtsgang 4VM3, zwischen dem vierten Vorwärtsgang 4VM3 und dem ersten Vorwärtsgang 1VM3, zwischen dem sechsten Vorwärtsgang 6VM3 und dem vierten Vorwärtsgang 4VM3, zwischen dem siebenten Vorwärtsgang 7VM3 und neunten Vorwärtsgang 9VM3, und umgekehrt vorgenommen werden.
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9 zeigt einen Verfahrensablauf bei einem Schaltvorgang des Getriebes. In einem ersten Schritt S1 wird eines der Schaltelemente A–F, A2–F2 mittels der elektrischen Maschine EM weitgehend lastfrei gestellt. In einem zweiten Schritt S2 wird das im ersten Schritt S1 weitgehend lastfrei gestellte Schaltelement geöffnet. In einem dritten Schritt S3 wird eine Drehzahlsynchronisation zwischen denjenigen Wellen des Getriebes vorgenommen, welche im Zielgang durch ein Schaltelement verbunden werden sollen. In einem vierten Schritt S4 wird das zur Erreichung des Zielgangs zu schließende Schaltelement geschlossen.
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Bezugszeichen
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- G/G2
- Getriebe
- GW1
- Getriebe-Eingangswelle
- GW2
- Getriebe-Ausgangswelle
- RS/RS2
- Radsatz
- VRS
- Vorschaltradsatz
- EM
- Elektrische Maschine
- R
- Rotor der elektrischen Maschine
- S
- Stator der elektrischen Maschine
- P1/P21
- Erster Planetenradsatz des Radsatzes
- P2/P22
- Zweiter Planetenradsatz des Radsatzes
- P23
- Dritter Planetenradsatz des Radsatzes
- P25
- Vierter Planetenradsatz des Radsatzes
- P3
- Planetenradsatz des Vorschaltradsatzes
- P4
- Zusatz-Planetenradsatz
- W1/W21
- Erste Welle des Radsatzes
- W2/W22
- Zweite Welle des Radsatzes
- W3/W23
- Dritte Welle des Radsatzes
- W4/W24
- Vierte Welle des Radsatzes
- W1VS
- Erste Welle des Vorschaltradsatzes
- W2VS
- Zweite Welle des Vorschaltradsatzes
- W3VS
- Dritte Welle des Vorschaltradsatzes
- W1P4
- Erste Welle des Zusatz-Planetenradsatzes
- W2P4
- Zweite Welle des Zusatz-Planetenradsatzes
- W3P4
- Dritte Welle des Zusatz-Planetenradsatzes
- A/A2
- Schaltelement
- E/E2
- Schaltelement
- B/B2
- Schaltelement
- D/D2
- Schaltelement
- C/C2
- Schaltelement
- F/F2
- Schaltelement
- So-P1/21
- Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes
- St-P1/21
- Steg des ersten Planetenradsatzes
- Ho-P1/21
- Hohlrad des ersten Planetenradsatzes
- So-P2/22
- Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes
- St-P2/22
- Steg des zweiten Planetenradsatzes
- Ho-P2/22
- Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes
- So-P3
- Sonnenrad des Planetenradsatzes des Vorschaltradsatzes
- St-P3
- Steg des Planetenradsatzes des Vorschaltradsatzes
- Ho-P3
- Hohlrad des Planetenradsatzes des Vorschaltradsatzes
- So-P23
- Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes
- St-P23
- Steg des dritten Planetenradsatzes
- Ho-P23
- Hohlrad des dritten Planetenradsatzes
- So-P25
- Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes
- St-P25
- Steg des vierten Planetenradsatzes
- Ho-P25
- Hohlrad des vierten Planetenradsatzes
- So-P4
- Sonnenrad des Zusatz-Planetenradsatzes
- St-P4
- Steg des Zusatz-Planetenradsatzes
- Ho-P4
- Hohlrad des Zusatz-Planetenradsatzes
- L1
- Erster Leistungspfad
- L2
- Zweiter Leistungspfad
- 1VM–8VM
- Erster bis achter Vorwärtsgang
- 1VM2–10VM2
- Erster bis zehnter Vorwärtsgang
- 1VM3–9VM3
- Erster bis neunter Vorwärtsgang
- RE
- Rückwärtsgang
- GG
- Getriebegehäuse
- S1
- Erster Schritt
- S2
- Zweiter Schritt
- S3
- Dritter Schritt
- S4
- Vierter Schritt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012201377 A1 [0003]
