DE102014220959A1

DE102014220959A1 - Getriebe für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102014220959A1
Application number: DE102014220959.5A
Authority: DE
Inventors: Stefan Beck; Johannes Kaltenbach; Uwe Griesmeier
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2014-10-16
Filing date: 2014-10-16
Publication date: 2016-04-21

Abstract

Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Eingangswelle (GW1), einer Abtriebswelle (GW2), einer Anschlusswelle (AN), einem ersten und einem zweiten Planetenradsatz (P1, P2), einer elektrischen Maschine (EM) mit einem Stator (S) und einem mit der Eingangswelle (GW1) wirkverbundenen Rotor (R), einem ersten Schaltelement (K2), einem zweiten Schaltelement (B2), einem dritten Schaltelement (K1), einem vierten Schaltelement (B1), und einer Trennkupplung (K0), wobei der erste und der zweite Planetenradsatz (P1, P2) je ein erstes Element (E11, E12) ein zweites Element (E21, E22) und ein drittes Element (E31, E32) aufweisen, wobei die Anschlusswelle (AN) über die Trennkupplung (K0) mit der Eingangswelle (GW1) verbindbar ist, wobei das erste Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) ständig mit der Eingangswelle (GW1) verbunden ist, wobei das zweite Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) ständig mit dem dritten Element (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) verbunden ist, wobei das zweite Element (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) ständig mit der Abtriebswelle (GW2) verbunden ist, wobei durch Schließen des ersten Schaltelements (K2) die Abtriebswelle (GW2) mit dem dritten Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbindbar ist, wobei durch Schließen des zweiten Schaltelements (B2) das erste Element (E11) des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest festsetzbar ist, wobei durch Schließen des dritten Schaltelements (K1) zwei der drei Elemente (E12, E22, E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) miteinander verbindbar sind, und wobei durch Schließen des vierten Schaltelements (B1) das dritte Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) drehfest festsetzbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe mit einer Eingangswelle, einer Abtriebswelle, einer Anschlusswelle, einem ersten und einem zweiten Planetenradsatz, einer elektrischen Maschine mit einem Rotor und einem Stator, vier Schaltelementen, und einer Trennkupplung. Die Erfindung betrifft ferner einen Hybridantriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, sowie ein Verfahren zur Steuerung eines solchen Hybridantriebsstranges.
Ein Getriebe bezeichnet hier insbesondere ein mehrgängiges Getriebe, bei dem insgesamt vier Gänge, also vier feste Übersetzungsverhältnisse zwischen der Eingangswelle und der Abtriebswelle, durch Schaltelemente vorzugsweise automatisch schaltbar sind. Bei den Schaltelementen handelt es sich hier beispielsweise um Kupplungen oder Bremsen. Derartige Getriebe finden vor allem in Kraftfahrzeugen Anwendung, um die Drehzahl- und Drehmomentabgabecharakteristik der Antriebseinheit den Fahrwiderständen des Fahrzeugs in geeigneter Weise anzupassen.
Aus dem Fachbuch LOOMAN Johannes, Zahnradgetriebe, 3. Auflage: Springer, 1996, ISBN 3-540-60336-0, Seite 236–239 ist ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug bekannt, welches eine Eingangswelle, eine Abtriebswelle, zwei Planetenradsätze und insgesamt fünf Schaltelemente aufweist. Durch selektive Betätigung der Schaltelemente sind vier schaltbare Vorwärtsgänge und ein Rückwärtsgang zwischen der Eingangswelle und der Abtriebswelle herstellbar.
Die Patentanmeldungen DE 10 2013 002 586 A1 und DE 10 2013 002 587 A1 beschreiben je eine Hybridantriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einer Brennkraftmaschine, einer Elektromaschine und mit zumindest zwei durch Schaltelemente in unterschiedliche Übersetzungsstufen umschaltbaren Planetengetrieben, die über Eingangselemente und Ausgangselemente mit einer angetriebenen Eingangswelle und einer Abtriebswelle verbindbar sind und deren Reaktionselemente kuppelbar oder festbremsbar sind, sowie mit einer zwischen der Brennkraftmaschine und der Eingangswelle angeordneten Trennkupplung.
Aufgabe der Erfindung ist es, alternative Ausführungsformen für ein Getriebe mit vier Vorwärtsgängen bereitzustellen, welche für die Anwendung im Antriebsstrang eines Hybridfahrzeuges geeignet sind. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, geeignete Verfahren zum Betrieb eines solchen Getriebes in einem Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs anzugeben.
Die erste Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Die weitere Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie aus den Figuren.
Erfindungsgemäß weist das Getriebe eine Eingangswelle, eine Abtriebswelle, eine Anschlusswelle, einen ersten und zweiten Planetenradsatz, eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor, ein erstes Schaltelement, ein zweites Schaltelement, ein drittes Schaltelement, ein viertes Schaltelement und eine Trennkupplung auf. Der Rotor der elektrischen Maschine ist mit der Eingangswelle wirkverbunden. Die Wirkverbindung kann durch eine unmittelbare Verbindung zwischen dem Rotor und der Eingangswelle, oder auch durch ein geeignetes Übersetzungsgetriebe ausgebildet sein. Die Anschlusswelle ist über die Trennkupplung mit der Eingangswelle verbindbar.
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. Ein Minus-Radsatz bezeichnet 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. 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.
Sowohl der erste als auch der zweite Planetenradsatz weisen je ein erstes, zweites und drittes Element auf. Das erste Element wird durch ein Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes gebildet. Ist der Planetenradsatz als ein Minus-Radsatz ausgebildet, so wird das zweite Element durch einen Steg des Planetenradsatzes gebildet, und das dritte Element durch ein Hohlrad des Planetenradsatzes. Ist der Planetenradsatz als ein Plus-Radsatz ausgebildet, so wird das zweite Element durch das Hohlrad des Planetenradsatzes gebildet, und das dritte Element durch den Steg des Planetenradsatzes.
Das erste Element des zweiten Planetenradsatzes ist ständig mit der Eingangswelle verbunden. Das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes ist ständig mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes verbunden. Das zweite Element des ersten Planetenradsatzes ist ständig mit der Abtriebswelle verbunden.
Durch Schließen des ersten Schaltelements wird eine drehfeste Verbindung zwischen der Abtriebswelle und dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes hergestellt. Durch Schließen des zweiten Schaltelements wird das erste Element des ersten Planetenradsatzes drehfest festgesetzt, indem es über das zweite Schaltelement mit einem Gehäuse oder mit einem anderen drehfesten Bauelement des Getriebes drehfest verbunden wird. Durch Schließen des dritten Schaltelements werden zwei der drei Elemente des zweiten Planetenradsatzes miteinander verbunden. In anderen Worten wird durch Schließen des dritten Schaltelements entweder das Sonnenrad mit dem Steg, oder das Sonnenrad mit dem Hohlrad, oder der Steg mit dem Hohlrad verbunden. Durch Schließen des vierten Schaltelements wird das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes drehfest festgesetzt, indem es über das vierte Schaltelement mit dem Gehäuse oder mit einem anderen drehfesten Bauelement des Getriebes drehfest verbunden wird.
Ein derartiges Getriebe zeichnet sich durch einen guten Verzahnungswirkungsgrad, einen einfachen Aufbau, eine kompakte Bauweise sowie durch geringe Bauteilbelastungen aus.
Darüber hinaus vereinfacht eine direkte Verbindung zwischen dem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes und dem Rotor der elektrischen Maschine insbesondere den Lageraufbau des Getriebes. Üblicherweise ist der Rotor einer elektrischen Maschine besonders starr zu lagern, um den Luftspalt zwischen Rotor und Stator unter allen Betriebsbedingungen möglichst konstant zu halten. Durch die erfindungsgemäße Lösung kann die dafür ohnehin erforderliche Rotorlagerung auch die Lagerung des Sonnenrads des zweiten Planetenradsatzes übernehmen.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sind durch selektives Betätigen des ersten, zweiten, dritten und vierten Schaltelements vier Vorwärtsgänge zwischen der Eingangswelle und der Abtriebswelle vorzugsweise automatisiert schaltbar. Der erste Vorwärtsgang wird durch Schließen des vierten Schaltelements und des zweiten Schaltelements gebildet. Der zweite Vorwärtsgang wird durch Schließen des ersten Schaltelements und des zweiten Schaltelements gebildet. Der dritte Vorwärtsgang wird durch Schließen des dritten Schaltelements und des zweiten Schaltelements gebildet. Der vierte Vorwärtsgang wird durch Schließen des dritten Schaltelements und des ersten Schaltelements gebildet. Dadurch wird, bei geeigneter Wahl der Standgetriebeübersetzung des ersten und zweiten Planetenradsatzes, eine für die Anwendung im Kraftfahrzeug gut geeignete Übersetzungsreihe erzielt. Zudem weisen zwei benachbarte Gänge stets ein Schaltelement auf, das in beiden diesen Gängen geschlossen ist. Bei einem Schaltvorgang in einen benachbarten Gang muss daher nur ein Schaltelement geöffnet und ein Schaltelement geschlossen werden. Dies vereinfacht den Schaltvorgang und verkürzt die Schaltdauer.
Vorzugsweise ist das vierte Schaltelement als hydraulisch betätigte Bandbremse oder Lamellenbremse ausgebildet. Durch eine gehäusenahe Anordnung ist das vierte Schaltelement gut mit Hydraulikfluid erreichbar. Dies vereinfacht die Hydraulikfluidführung des Getriebes.
Gemäß einer alternativen Ausbildung ist das vierte Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet. Formschlüssige Schaltelemente stellen im geschlossenen Zustand die Verbindung durch Formschluss her, und zeichnen sich im geöffneten Zustand durch geringere Schleppverluste als kraftschlüssige Schaltelemente aus. Durch die im geöffneten Zustand geringen Schleppverluste wird der Wirkungsgrad des Getriebes verbessert, besonders da das vierte Schaltelement lediglich im ersten Vorwärtsgang geschlossen ist. Das vierte Schaltelement ist daher bei Betrieb des Getriebes im Kraftfahrzeug überwiegend geöffnet. Da das vierte Schaltelement lediglich im ersten Vorwärtsgang geschlossen ist, wird das vierte Schaltelement bei Schaltvorgängen in einen höheren Gang stets geöffnet, aber nicht geschlossen. Ein Öffnen eines Klauen-Schaltelements ist erheblich einfacher als der Schließ-Vorgang, da beim Schließen die Klauen erst in die dafür vorgesehen Lücken einrücken müssen, während beim Öffnen die Klauen lediglich lastfrei gestellt werden müssen. Beide Vorgänge benötigen Zeit, wobei besonders bei Schaltvorgängen von einem niedrigen Gang in einen höheren Gang die Schaltzeit aus fahrdynamischen Gründen möglichst kurz sein soll. Da das vierte Schaltelement bei Schaltvorgängen in einen höheren Gang jedoch nie geschlossen, sondern lediglich geöffnet werden muss, besteht durch die Ausbildung des vierten Schaltelements als formschlüssiges Schaltelement keine Einschränkung hinsichtlich der Schaltdauer.
Vorzugsweise ist das zweite Schaltelement als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet. Da das zweite Schaltelement lediglich im vierten und damit höchsten Gang geöffnet ist, muss das zweite Schaltelement bei einem Schaltvorgang in einen höheren Gang nie geschlossen werden. Daher besteht auch beim zweiten Schaltelement durch die Ausbildung als formschlüssiges Schaltelement keine Einschränkung hinsichtlich der Schaltdauer. Zudem verbessert die Ausbildung als formschlüssiges Schaltelement den Wirkungsgrad des Getriebes im vierten Vorwärtsgang.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Rückwärtsgang des Getriebes durch Rückwärtsdrehung des Rotors der elektrischen Maschine gebildet, wobei die Trennkupplung geöffnet ist und einer der vier Vorwärtsgänge eingelegt ist. In anderen Worten weist das Getriebe keinen durch eine selektive Betätigung des ersten, zweiten, dritten und vierten Schaltelements gebildeten Rückwärtsgang auf. Stattdessen wird die elektrische Maschine so betrieben, dass der Rotor entgegen einer Vorzugsdrehrichtung der Eingangswelle rotiert. Bei einem eingelegten Gang rotiert die Abtriebswelle in dieselbe Drehrichtung wie der Rotor. Durch diese Ausgestaltung kann im Vergleich zum Stand der Technik ein Schaltelement eingespart werden, wodurch die Komplexität des Getriebes und auch dessen Gewicht reduziert wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Trennkupplung als eine trockene oder nasse Lamellenkupplung ausgebildet. Eine Lamellenkupplung besteht aus einem Innenlamellenträger und einem Außenlamellenträger, wobei eine Vielzahl von Innenlamellen mit dem Innenlamellenträger verbunden ist, und eine Vielzahl von Außenlamellen mit dem Außenlamellenträger verbunden ist. Die Innenlamellen und Außenlamellen sind alternierend angeordnet und überlappen einander. Wird normal zur Lamellenfläche der Lamellen eine Kraft auf die Lamellen aufgebracht, so wird ein Drehmoment von einem Lamellenträger zum anderen Lamellenträger durch Reibung zwischen Innenlamellen und Außenlamellen übertragen. Das von einem Lamellenträger zum anderen Lamellenträger übertragene Drehmoment hängt dabei von der aufgebrachten Kraft ab. Ist die Kraft groß genug um durch Kraftschluss eine Differenzdrehzahl zwischen Innenlamellen und Außenlamellen zu unterbinden, so wird das gesamte Drehmoment übertragen. Reicht die Kraft dazu nicht aus, so wird nur ein Teil des Drehmoments übertragen, wobei es zu einer Differenzdrehzahl zwischen Innenlamellen und Außenlamellen kommt. Dieser Zustand wird auch als Schlupfbetrieb bezeichnet. Durch Variation der auf die Lamellen aufgebrachten Kraft ist die Drehmomentübertragungsfähigkeit des ersten Schaltelements einstellbar.
In einer alternativen Ausführungsform ist die Trennkupplung als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet. Dadurch kann der Wirkungsgrad des Getriebes verbessert werden, da die Trennkupplung im geöffneten Zustand wesentlich geringere Schleppverluste erzeugt als ein kraftschlüssiges Schaltelement, wie beispielsweise eine Lamellenkupplung.
Das Getriebe kann Bestandteil eines Hybridantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs sein. Der Hybridantriebsstrang weist neben dem Getriebe auch eine Verbrennungskraftmaschine auf, welche über einen Torsionsschwingungsdämpfer mit der Anschlusswelle des Getriebes verbunden ist. Die Abtriebswelle des Getriebes ist mit einem Achsgetriebe antriebswirkverbunden, welches das Drehmoment auf Räder des Kraftfahrzeugs verteilt. Der Hybridantriebsstrang ermöglicht mehrere Antriebsmodi des Kraftfahrzeugs. In einem elektrischen Fahrbetrieb wird das Kraftfahrzeug von der elektrischen Maschine des Getriebes angetrieben, wobei die Trennkupplung geöffnet ist. In einem verbrennungsmotorischen Betrieb wird das Kraftfahrzeug von der Verbrennungskraftmaschine angetrieben, wobei die Trennkupplung geschlossen ist. In einem hybridischen Betrieb wird das Kraftfahrzeug sowohl von der Verbrennungskraftmaschine als auch von der elektrischen Maschine des Getriebes angetrieben.
In manchen Betriebszuständen des Kraftfahrzeugs ist ein generatorischer Betrieb der elektrischen Maschine erforderlich, wobei der Rotor durch die Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird. Dazu ist die Trennkupplung geschlossen. Sind beide oder eines der beiden Schaltelemente, durch die ein Gang gebildet wird, nicht geschlossen, so wird dabei kein Drehmoment von der Eingangswelle zur Abtriebswelle übertragen. Soll das Kraftfahrzeug in diesem Betriebszustand unmittelbar anfahren, so wird eines der im ersten Vorwärtsgang geschlossenen Schaltelemente vom geöffneten Zustand in einen Schlupfbetrieb überführt, während das andere der im ersten Vorwärtsgang geschlossenen Schaltelemente geschlossen bleibt oder geschlossen wird. Durch das im Schlupfbetrieb befindliche Schaltelement wird Drehmoment von der Eingangswelle zur Abtriebswelle übertragen, wobei die Drehzahl der Abtriebswelle durch Steuerung des Schlupfbetriebs stetig verändert werden kann. Das im Schlupfbetrieb betriebene Schaltelement ist dabei als kraftschlüssiges Schaltelement ausgebildet.
Soll aus dem elektrischen Fahrbetrieb in den verbrennungsmotorischen oder hybridischen Betrieb gewechselt werden, so muss die Verbrennungskraftmaschine gestartet werden. Dies wird bevorzugt durch einen Schleppstart realisiert, bei dem die Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine durch die Eingangswelle angetrieben wird. Dazu wird in einem ersten Verfahrensschritt bei eingelegtem Gang und geöffneter Trennkupplung eines der ersten, zweiten, dritten oder vierten Schaltelemente, welches zu diesem Zeitpunkt geschlossen ist, in einen Schlupfbetrieb überführt. Das in den Schlupfbetrieb überführte Schaltelement ist dazu als ein kraftschlüssiges Schaltelement ausgebildet, welches mit einer variablen Drehmomentübertragungsfähigkeit ausgestattet ist. In einem zweiten Verfahrensschritt wird die Drehmomentübertragungsfähigkeit der Trennkupplung erhöht. Die Trennkupplung ist dazu ebenfalls als kraftschlüssiges Schaltelement mit einer variablen Drehmomentübertragungsfähigkeit ausgebildet. Das vom geschlossenen Zustand in den Schlupfbetrieb überführte Schaltelement dient dazu, die notwendige Startdrehzahl der Kurbelwelle im Falle einer geringen Fahrzeuggeschwindigkeit zu erreichen und etwaige aus dem Startvorgang resultierende Drehmomentstörungen von der Abtriebswelle weitgehend zu entkoppeln.
Vorzugsweise wird beim oben beschriebenen Schleppstart das zweite Schaltelement in den Schlupfbetrieb überführt. Da das zweite Schaltelement im ersten, zweiten und dritten Vorwärtsgang geschlossen ist, kann der Schleppstart in all diesen Gängen durchgeführt werden. Zudem überträgt das zweite Schaltelement im ersten Vorwärtsgang den gesamten Kraftfluss zur Abtriebswelle. In anderen Worten besteht im ersten Vorwärtsgang kein Leistungspfad zur Abtriebswelle, welcher nicht über das zweite Schaltelement führt. Dadurch wird die Entkopplung der Drehmomentstörungen, die durch den Start der Verbrennungskraftmaschine hervorgerufen werden, zur Abtriebswelle verbessert.
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.
Zwei Elemente werden in der gegenständlichen Anmeldung 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.
Zwei Elemente werden als verbindbar bezeichnet, wenn zwischen diesen Elementen eine durch ein Schaltelement lösbare drehfeste Verbindung besteht. Wenn die Verbindung besteht, so drehen solche Elemente mit der gleichen Drehzahl.
Ein Leistungspfad ist eine Wirkverbindung zwischen zwei Elementen, über die Drehmoment und Drehzahl zwischen den zwei Elementen übertragen werden können. Die Wirkverbindung kann die zwei Elemente über mehrere Elemente verbinden, wobei Drehmoment, Drehzahl und Drehrichtung zwischen den zwei Elementen durch geeignete Übersetzungsgetriebe, beispielsweise durch einen oder mehrere Planetenradsätze oder Stirnradstufen geändert werden können. Der Leistungspfad kann über geschlossene Schaltelemente führen. Die über den Leistungspfad übertragene Leistung bleibt dabei abgesehen von Reibungs- oder Strömungsverluste des Leistungspfads erhalten.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben.
1 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
2 zeigt ein Schaltschema des Getriebes.
3 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
4 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
5 zeigt einen Hybridantriebstrang eines Kraftfahrzeugs.
1 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Das Getriebe G weist eine Eingangswelle GW1, eine Abtriebswelle GW2, eine Anschlusswelle AN, einen ersten Planetenradsatz P1, einen zweiten Planetenradsatz P2 und eine elektrische Maschine EM auf, welche einen Stator S und einen Rotor R umfasst. Erster und zweiter Planetenradsatz P1, P2 sind als Minus-Radsätze ausgebildet, und weisen je ein erstes Element E11, E12, ein zweites Element E21, E22 und ein drittes Element E31, E32 auf. Das erste Element E11, E12 ist einem Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes P1, P2 zugeordnet. Das zweite Element E21, E22 ist einem Steg des jeweiligen Planetenradsatzes P1, P2 zugeordnet. Das dritte Element E31, E32 ist einem Hohlrad des jeweiligen Planetenradsatzes P1, P2 zugeordnet.
Das Getriebe G weist insgesamt vier Schaltelemente K2, B2, K1, B1 und eine Trennkupplung K0 auf. Durch Schließen des ersten Schaltelements K2 wird eine drehfeste Verbindung zwischen der Abtriebswelle GW2 und dem dritten Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 hergestellt. Durch Schließen des zweiten Schaltelements B2 wird das erste Element E11 des ersten Planetenradsatzes P1 drehfest festgesetzt, indem es über das zweite Schaltelement B2 mit einem Gehäuse GG oder mit einem anderen drehfesten Bauelement des Getriebes G verbunden wird. Durch Schließen des dritten Schaltelements K1 wird eine drehfeste Verbindung zwischen dem ersten Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 und dem dritten Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 hergestellt. Durch Schließen des vierten Schaltelements B1 wird das dritte Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 drehfest festgesetzt, indem es über das vierte Schaltelement B1 mit dem Gehäuse GG oder mit einem anderen drehfesten Bauelement des Getriebes G verbunden wird. Durch Schließen der Trennkupplung K0 wird eine drehfeste Verbindung zwischen der Anschlusswelle AN und der Eingangswelle GW1 hergestellt.
Die gewählte Darstellung der Schaltelemente K2, B2, K1, B1 und der Trennkupplung K0 ist lediglich schematisch anzusehen, und soll keinen Rückschluss auf die Bauart des Schaltelements geben. Beispielsweise können sämtliche Schaltelemente K2, B2, K1, B1 und die Trennkupplung K0 als kraftschlüssige Schaltelemente ausgebildet sein. Insbesondere das zweite Schaltelement K3, und/oder das vierte Schaltelement B1, und/oder die Trennkupplung K0 können als formschlüssige Schaltelemente ausgebildet sein, beispielsweise als Klauen-Schaltelement.
Das erste Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist ständig mit der Eingangswelle GW1 verbunden. Das zweite Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 ist ständig mit dem dritten Element E31 des ersten Planetenradsatzes P1 verbunden. Das zweite Element E21 des ersten Planetenradsatzes P1 ist ständig mit der Abtriebswelle GW2 verbunden. Der Rotor R der elektrischen Maschine EM ist ständig mit der Eingangswelle GW1 verbunden.
Die Abtriebswelle GW2 bildet eine Schnittstelle, an der die an der Abtriebswelle GW2 anliegende Leistung radial nach außen führbar ist. Dies wird durch einen nicht dargestellten Stirnradsatz realisiert. Dazu ist die Abtriebswelle GW2 mit einem Zahnrad des Stirnradsatzes verbunden, welches mit einem anderen Zahnrad des Stirnradsatzes kämmt, dessen Drehachse achsparallel zur Drehachse der Abtriebswelle GW2 ist. Diese Anordnung ist besonders für die Anwendung des Getriebes G in einem Front-Quer-Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs geeignet.
2 zeigt ein Schaltschema des Getriebes G. Das Getriebe G weist vier Vorwärtsgänge 1 bis 4 auf, welche in den Zeilen des Schaltschemas angeführt sind. In den Spalten des Schaltschemas ist durch ein X dargestellt, welche der Schaltelemente K2, B2, K1, B1 in welchem Gang geschlossen sind. In einem ersten Vorwärtsgang 1 sind das vierte Schaltelement B1 und das zweite Schaltelement B2 geschlossen. In einem zweiten Vorwärtsgang 2 sind das erste Schaltelement K2 und das zweite Schaltelement B2 geschlossen. In einem dritten Vorwärtsgang 3 sind das dritte Schaltelement K1 und das zweite Schaltelement B2 geschlossen. In einem vierten Vorwärtsgang 4 sind das dritte Schaltelement K1 und das erste Schaltelement K2 geschlossen. Dieses Schaltschema gilt für sämtliche Ausführungsformen.
3 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel wird durch Schließen des dritten Schaltelements K1 eine drehfeste Verbindung zwischen dem ersten Element E12 des zweiten Planetenradsatzes P2 und dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 hergestellt. Damit wird die gleiche technische Wirkung erzielt wie im ersten Ausführungsbeispiel.
4 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Im Unterschied zum ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel wird durch Schließen des dritten Schaltelements K1 eine drehfeste Verbindung zwischen dem zweiten Element E22 des zweiten Planetenradsatzes P2 und dem dritten Element E32 des zweiten Planetenradsatzes P2 hergestellt. Damit wird die gleiche technische Wirkung erzielt wie im ersten und zweiten Ausführungsbeispiel.
5 zeigt schematisch einen Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Der Hybridantriebsstrang weist eine Verbrennungskraftmaschine VKM auf, die über einen Torsionsschwingungsdämpfer TS mit der Anschlusswelle AN des Getriebes G verbunden ist. Die Abtriebswelle GW2 ist mit einem Achsgetriebe AG antriebswirkverbunden. Vom Achsgetriebe AG ausgehend wird die Leistung, die an der Abtriebswelle GW2 anliegt, auf Räder DW des Kraftfahrzeugs verteilt. Im motorischen Betrieb der elektrischen Maschine EM wird dem Stator S über einen nicht dargestellten Wechselrichter elektrische Leistung zugeführt. Im generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine EM führt der Stator S dem Wechselrichter elektrische Leistung zu. Der Wechselrichter wandelt dabei die Gleichspannung einer nicht dargestellten Batterie in eine für die elektrische Maschine EM geeignete Wechselspannung, und umgekehrt.
Bezugszeichenliste

G: Getriebe
GW1: Eingangswelle
GW2: Abtriebswelle
AN: Anschlusswelle
GG: Gehäuse
P1: Erster Planetenradsatz
P2: Zweiter Planetenradsatz
EM: Elektrische Maschine
R: Rotor
S: Stator
E11: Erstes Element des ersten Planetenradsatzes
E21: Zweites Element des ersten Planetenradsatzes
E31: Drittes Element des ersten Planetenradsatzes
E12: Erstes Element des zweiten Planetenradsatzes
E22: Zweites Element des zweiten Planetenradsatzes
E32: Drittes Element des zweiten Planetenradsatzes
K2: Erstes Schaltelement
B2: Zweites Schaltelement
K1: Drittes Schaltelement
B1: Viertes Schaltelement
K0: Trennkupplung
1: Erster Vorwärtsgang
2: Zweiter Vorwärtsgang
3: Dritter Vorwärtsgang
4: Vierter Vorwärtsgang
VKM: Verbrennungskraftmaschine
DW: Räder
AG: Achsgetriebe
TS: Torsionsschwingungsdämpfer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013002586 A1 [0004]
DE 102013002587 A1 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

LOOMAN Johannes, Zahnradgetriebe, 3. Auflage: Springer, 1996, ISBN 3-540-60336-0, Seite 236–239 [0003]

Claims

Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Eingangswelle (GW1), einer Abtriebswelle (GW2), einer Anschlusswelle (AN), einem ersten und einem zweiten Planetenradsatz (P1, P2), einer elektrischen Maschine (EM) mit einem Stator (S) und einem mit der Eingangswelle (GW1) wirkverbundenen Rotor (R), einem ersten Schaltelement (K2), einem zweiten Schaltelement (B2), einem dritten Schaltelement (K1), einem vierten Schaltelement (B1), und einer Trennkupplung (K0), wobei der erste und der zweite Planetenradsatz (P1, P2) je ein erstes Element (E11, E12) ein zweites Element (E21, E22) und ein drittes Element (E31, E32) aufweisen, wobei das erste Element (E11, E12) durch ein Sonnenrad des Planetenradsatzes (P1, P2) gebildet ist, wobei das zweite Element (E21, E22) im Falle eines Minus-Radsatzes durch einen Steg und im Falle eines Plus-Radsatzes durch ein Hohlrad des Planetenradsatzes (P1, P2) gebildet ist, wobei das dritte Element (E31, E32) im Falle eines Minus-Radsatzes durch das Hohlrad und im Falle eines Plus-Radsatzes durch den Steg des Planetenradsatzes (P1, P2) gebildet ist, wobei die Anschlusswelle (AN) über die Trennkupplung (K0) mit der Eingangswelle (GW1) verbindbar ist, wobei das erste Element (E12) des zweiten Planetenradsatzes (P2) ständig mit der Eingangswelle (GW1) verbunden ist, wobei das zweite Element (E22) des zweiten Planetenradsatzes (P2) ständig mit dem dritten Element (E31) des ersten Planetenradsatzes (P1) verbunden ist, wobei das zweite Element (E21) des ersten Planetenradsatzes (P1) ständig mit der Abtriebswelle (GW2) verbunden ist, wobei durch Schließen des ersten Schaltelements (K2) die Abtriebswelle (GW2) mit dem dritten Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) verbindbar ist, wobei durch Schließen des zweiten Schaltelements (B2) das erste Element (E11) des ersten Planetenradsatzes (P1) drehfest festsetzbar ist, wobei durch Schließen des dritten Schaltelements (K1) zwei der drei Elemente (E12, E22, E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) miteinander verbindbar sind, und wobei durch Schließen des vierten Schaltelements (B1) das dritte Element (E32) des zweiten Planetenradsatzes (P2) drehfest festsetzbar ist.
Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch selektives Betätigen des ersten, zweiten, dritten und vierten Schaltelements (K2, B2, K1, B1) vier Vorwärtsgänge (1, 2, 3, 4) zwischen der Eingangswelle (GW1) und der Abtriebswelle (GW2) schaltbar sind, wobei der erste Vorwärtsgang (1) durch Schließen des vierten Schaltelements (B1) und des zweiten Schaltelements (B2) gebildet wird, wobei der zweite Vorwärtsgang (2) durch Schließen des zweiten Schaltelements (B2) und des ersten Schaltelements (K2) gebildet wird, wobei der dritte Vorwärtsgang (3) durch Schließen des dritten Schaltelements (K1) und des zweiten Schaltelements (B2) gebildet wird, und wobei der vierte Vorwärtsgang (4) durch Schließen des dritten Schaltelements (K1) und des ersten Schaltelements (K2) gebildet wird.
Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das vierte Schaltelement (B1) als Bandbremse ausgeführt ist.
Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das vierte Schaltelement (B1) als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist.
Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schaltelement (B2) als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist.
Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückwärtsgang des Getriebes (G) durch Rückwärtsdrehung des Rotors (R) bei geöffneter Trennkupplung (K0) und Betrieb in einem der vier Vorwärtsgänge (1, 2, 3, 4) gebildet wird.
Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkupplung (K0) als trockene oder nasse Lamellenkupplung ausgebildet ist.
Getriebe (G) für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkupplung (K0) als formschlüssiges Schaltelement ausgebildet ist.
Hybridantriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, wobei der Hybridantriebsstrang eine Verbrennungskraftmaschine (VKM), ein Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 sowie ein mit Rädern (DW) des Kraftfahrzeugs verbundenes Achsgetriebe (AG) aufweist, wobei die Anschlusswelle (AN) des Getriebes (G) über einen Torsionsschwingungsdämpfer (TS) mit der Verbrennungskraftmaschine (VKM) verbunden ist und die Abtriebswelle (GW2) des Getriebes (G) mit dem Achsgetriebe (AG) antriebswirkverbunden ist, wobei das Kraftfahrzeug bei geöffneter Trennkupplung (K0) in einem elektrischen Fahrbetrieb von der elektrischen Maschine (EM) antreibbar ist, wobei das Kraftfahrzeug bei geschlossener Trennkupplung (K0) in einem verbrennungsmotorischen Betrieb von der Verbrennungskraftmaschine (VKM) allein antreibbar ist, und wobei das Kraftfahrzeug in einem hybridischen Betrieb von der Verbrennungskraftmaschine (VKM) und von der elektrischen Maschine (EM) antreibbar ist.
Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebsstranges nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zum Anfahren des Kraftfahrzeugs bei geschlossener Trennkupplung (K0) eines der im ersten Vorwärtsgang (1) geschlossenen Schaltelemente (B1, B2) vom geöffneten Zustand in einen Schlupfbetrieb überführt wird und das andere der im ersten Vorwärtsgang (1) geschlossenen Schaltelemente (B1, B2) geschlossen ist, wodurch bei gegebener Drehzahl der Eingangswelle (GW1) eine Drehzahl der Abtriebswelle (GW2) stetig verändert werden kann, wobei das in den Schlupfbetrieb überführte Schaltelement (B1, B2) durch ein kraftschlüssiges Schaltelement gebildet ist, welches mit einer variablen Drehmomentübertragungsfähigkeit ausgestattet ist.
Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebsstrangs nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkupplung (K0) als kraftschlüssiges Schaltelement mit variabler Drehmomentübertragungsfähigkeit ausgebildet ist, wobei im elektrischen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs in einem ersten Verfahrensschritt bei eingelegtem Vorwärtsgang (1, 2, 3, 4) das erste, zweite, dritte oder vierte Schaltelement (K2, B2, K1, B1), welches zu diesem Zeitpunkt geschlossen ist, in einen Schlupfbetrieb überführt wird, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt die Drehmomentübertragungsfähigkeit der Trennkupplung (K0) erhöht wird, wodurch die Verbrennungskraftmaschine (VKM) gestartet wird, wobei das im ersten Verfahrensschritt in den Schlupfbetrieb überführte Schaltelement (K2, B2, K1, B1) durch ein kraftschlüssiges Schaltelement gebildet ist, welches mit einer variablen Drehmomentübertragungsfähigkeit ausgestattet ist.
Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebsstrangs nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das im ersten Verfahrensschritt in den Schlupfbetrieb überführte Schaltelement das zweite Schaltelement (B2) ist.