DE102015007440B3 - Drive train for a vehicle and method for switching the drive train - Google Patents
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- F16H3/725—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously using external powered electric machines with means to change ratio in the mechanical gearing
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- B60K6/48—Parallel type
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Abstract
Mehrgangautomatikgetriebe weisen mittlerweile eine Vielzahl von Gängen auf, um den Fahrbetrieb auf der einen Seite möglichst komfortabel und auf der anderen Seite energieeffizient durchführen zu können. Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Antriebsstrang für ein Fahrzeug vorzuschlagen, welcher für einen Hybridbetrieb geeignet ist. Es wird eine Weiterbildung eines Automatikgetriebes zu einem Hybridantriebsstrang vorgeschlagen, wobei der Elektromotor besonders vorteilhaft integriert ist.Multi-speed automatic transmissions meanwhile have a large number of gears in order to be able to carry out the driving operation as comfortably as possible on the one hand and energy-efficiently on the other hand on the other hand. It is an object of the invention to propose a drive train for a vehicle which is suitable for hybrid operation. It is proposed a development of an automatic transmission to a hybrid powertrain, wherein the electric motor is particularly advantageous integrated.
Description
Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Fahrzeug. Die Erfindung betrifft im Weiteren ein Verfahren zum Schalten des Antriebsstrangs.The invention relates to a drive train for a vehicle. The invention further relates to a method for switching the drive train.
Mehrgangautomatikgetriebe weisen mittlerweile eine Vielzahl von Gängen auf, um den Fahrbetrieb auf der einen Seite möglichst komfortabel und auf der anderen Seite energieeffizient durchführen zu können. Derartige Automatikgetriebe sind beispielsweise in den Druckschriften
Aus der Marktbeobachtung ist das Neun-Gang-Automatikgetriebe NAG3 der Daimler AG bekannt, welches als ein Neun-Gang-Automatikgetriebe ausgebildet ist. Ein derartiges Automatikgetriebe bildet wohl den nächstkommenden Stand der Technik.From the market observation, the NAG3 nine-speed automatic transmission of Daimler AG is known, which is designed as a nine-speed automatic transmission. Such an automatic transmission is probably the closest prior art.
Ferner beschreibt die
Ferner beschreibt die
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Antriebsstrang für ein Fahrzeug vorzuschlagen, welcher für einen Hybridbetrieb geeignet ist. Diese Aufgabe wird durch einen Antriebsstrang mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.It is an object of the invention to propose a drive train for a vehicle which is suitable for hybrid operation. This object is achieved by a drive train with the features of
Der Gegenstand der Erfindung ist somit ein Antriebsstrang, welcher für ein Fahrzeug geeignet und/oder ausgebildet ist. Das Fahrzeug ist insbesondere als ein Personenkraftwagen, Bus, Lastkraftwagen, etc. ausgebildet. Der Antriebsstrang dient zur Überleitung eines Antriebsdrehmoments von mindestens zwei Traktionsmotoren zu den angetriebenen Rädern des Fahrzeugs.The subject of the invention is thus a drive train which is suitable and / or designed for a vehicle. The vehicle is designed in particular as a passenger car, bus, truck, etc. The drive train is used to transfer a driving torque of at least two traction motors to the driven wheels of the vehicle.
Der Antriebsstrang weist einen A-, B-, C- und D-Planetengetriebeabschnitt auf. Jeder der Planetengetriebeabschnitte ist vorzugsweise als ein Stirnradplanetengetriebeabschnitt ausgebildet. Die Bezeichnung der Planetengetriebeabschnitte mit A, B, C, D dient der vereinfachten Zuordnung.The powertrain has an A, B, C and D planetary gear section. Each of the planetary gear portions is preferably formed as a Stirnradplanetengetriebeabschnitt. The designation of the planetary gear sections with A, B, C, D is used for simplified assignment.
Der A-Planetengetriebeabschnitt weist eine AS-Welle, eine AH-Welle und eine AT-Welle auf. Der B-Planetengetriebeabschnitt weist eine BS-Welle, eine BH-Welle und eine BT-Welle auf. Der C-Planetengetriebeabschnitt weist eine CS-Welle, eine CH-Welle und eine CT-Welle auf. Der D-Planetengetriebeabschnitt weist eine DS-Welle, eine DH-Welle und eine DT-Welle auf.The A-planetary gear section has an AS-wave, an AH-wave and an AT-wave. The B planetary gear section has a BS shaft, a BH shaft, and a BT shaft. The C planetary gear section has a CS wave, a CH wave, and a CT wave. The D planetary gear section has a DS wave, a DH wave, and a DT wave.
In der allgemeinsten Ausführungsform der Erfindung haben die Bezeichnungen AS, AH, AT, BS, BH, BT, etc. nur die Bedeutung der Zuordnung zu dem jeweiligen, gleich bezeichneten Planetengetriebeabschnitt. Insbesondere kann es sich bei der XH-Welle, wobei X wahlweise für A, B, C, D steht, um ein Sonnenrad, ein Hohlrad oder ein Planetenradträgerrad handeln. Die gleiche Auswahl ergibt sich für die XT-Wellen und für die XS-Wellen. Der Begriff Welle kann auch durch den Begriff Organ ersetzt werden, insbesondere setzt der Begriff Welle im Rahmen der Offenbarung nicht zwingend voraus, dass sich das jeweilige Bauteil im Betrieb dreht.In the most general embodiment of the invention, the designations AS, AH, AT, BS, BH, BT, etc. have only the meaning of the assignment to the respective, identically designated planetary gear section. In particular, the XH-wave, where X is optionally A, B, C, D, may be a sun gear, a ring gear, or a planet gear carrier wheel. The same selection applies to the XT waves and to the XS waves. The term wave can also be replaced by the term organ, in particular the term wave in the context of the disclosure does not necessarily presuppose that the respective component rotates during operation.
Der Antriebsstrang weist eine Eingangswelle auf, welche eine Kopplung mit einem Verbrennungsmotor ermöglicht. Optional bildet der Verbrennungsmotor einen Teil des Antriebsstrangs und ist mit der Eingangswelle gekoppelt. Beispielsweise kann eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotors drehfest mit der Eingangswelle verbunden sein, alternativ ist eine Kopplung auch über andere Getriebeelemente, wie zum Beispiel Wandler, Lock-Up-Wandler oder Freiläufe möglich.The drive train has an input shaft which allows coupling with an internal combustion engine. Optionally, the engine forms part of the powertrain and is coupled to the input shaft. For example, a crankshaft of the internal combustion engine can be non-rotatably connected to the input shaft, alternatively, a coupling via other transmission elements, such as transducers, lock-up converter or freewheels is possible.
Ferner weist der Antriebsstrang eine Ausgangswelle zur Kopplung mit einem Abtrieb auf. Beispielsweise kann die Ausgangswelle mit einer Differentialeinrichtung zur Verteilung des Antriebsdrehmoments auf verschiedene Räder einer Achse oder auf verschiedene Achsen des Fahrzeugs gekoppelt sein.Furthermore, the drive train has an output shaft for coupling to an output. For example, the output shaft may be coupled to a differential device for distributing drive torque to different wheels of an axle or to different axles of the vehicle.
Der Antriebsstrang umfasst mindestens oder genau eine erste, eine zweite und eine dritte Kupplungseinrichtung. Die Kupplungseinrichtungen sind vorzugsweise ausgebildet, zwei drehende Komponenten des Antriebsstrangs drehfest zueinander zu setzen. Insbesondere können die Kupplungseinrichtungen im Betrieb rotieren. Vorzugsweise sind die Kupplungseinrichtungen als reibschlüssige Kupplungseinrichtungen ausgebildet. Die Kupplungseinrichtungen weisen jeweils einen Kupplungseingang und einen Kupplungsausgang auf. Es ist darauf hinzuweisen, dass ein Momentenfluss oder Leistungsfluss nicht unbedingt von dem Kupplungseingang zu dem Kupplungsausgang verlaufen muss, sondern es ist auch möglich, dass dieser in Gegenrichtung verläuft. Die Bezeichnung Eingang und Ausgang dient vorliegend zur Beschreibung der zwei Seiten der Kupplungseinrichtungen. The drive train comprises at least or exactly a first, a second and a third clutch device. The coupling devices are preferably designed to set two rotating components of the drive train rotationally fixed to each other. In particular, the coupling devices can rotate during operation. Preferably, the coupling devices are designed as frictional coupling devices. The coupling devices each have a coupling input and a coupling output. It should be noted that a torque flow or power flow does not necessarily have to run from the clutch input to the clutch output, but it is also possible that it runs in the opposite direction. The term input and output is used in this case to describe the two sides of the coupling devices.
Ferner weist der Antriebsstrang eine erste, eine zweite und eine dritte Feststelleinrichtung auf. Vorzugsweise ist eine Seite der Feststelleinrichtung jeweils gestellfest, insbesondere mit einem Gehäuse des Antriebsstrangs drehfest, verbunden. Die andere Seite der Feststelleinrichtung wird jeweils als Laufseite bezeichnet. Die Feststelleinrichtungen sind funktional vorzugsweise so ausgebildet, dass diese die Laufseite der Feststelleinrichtung drehfest mit dem Gestell beziehungsweise dem Gehäuse setzen können. Optional weist der Antriebsstrang eine Steuereinrichtung auf, welche die erste, zweite und dritte Kupplungseirichtung sowie die erste, die zweite und die dritte Feststelleinrichtung steuern kann.Furthermore, the drive train has a first, a second and a third locking device. Preferably, one side of the locking device is fixed to the frame in each case, in particular rotatably connected, in particular with a housing of the drive train. The other side of the locking device is referred to as the running side. The locking devices are functionally preferably designed so that they can set the running side of the locking device rotationally fixed to the frame or the housing. Optionally, the drive train has a control device which can control the first, second and third clutch devices as well as the first, second and third locking devices.
Die einzelnen Komponenten des Antriebsstrangs sind wie folgt miteinander gekoppelt: Die Eingangswelle ist mit der AS-Welle und mit der DT-Welle drehfest verbunden. Die erste Kupplungseinrichtung weist einen Kupplungseingang auf, welcher ebenfalls mit der Eingangswelle drehfest verbunden ist. Die Ausgangswelle ist mit der CT-Welle und mit einem Kupplungsausgang der zweiten Kupplungseinrichtung (K2) drehfest verbunden. Die zweite Kupplungseinrichtung weist einen Kupplungseingang auf, welcher mit der DH-Welle drehfest verbunden ist. Die dritte Kupplungseinrichtung weist einen Kupplungseingang, welcher mit der AT-Welle drehfest verbunden ist, und einen Kupplungsausgang auf, welcher mit der BH-Welle und/oder mit der CS-Welle und/oder mit der DS-Welle drehfest verbunden ist. Die erste Feststelleinrichtung weist eine Laufseite auf, welche mit der BS-Welle drehfest verbunden ist. Die zweite Feststelleinrichtung weist eine Laufseite auf, wobei die Laufseite mit der CH-Welle drehfest verbunden ist. Die dritte Feststelleinrichtung weist eine Laufseite auf, wobei die Laufseite mit der AT-Welle und/oder mit einem Kupplungseingang der dritten Kupplungseinrichtung drehfest verbunden ist. Ferner ist die Laufseite der dritten Feststelleinrichtung mit dem Kupplungsausgang der ersten Kupplungseinrichtung drehfest verbunden.The individual components of the powertrain are coupled together as follows: The input shaft is non-rotatably connected to the AS shaft and to the DT shaft. The first clutch device has a clutch input, which is also rotatably connected to the input shaft. The output shaft is rotatably connected to the CT shaft and to a clutch output of the second clutch device (K2). The second clutch device has a clutch input, which is rotatably connected to the DH shaft. The third clutch device has a clutch input, which is rotatably connected to the AT shaft, and a clutch output, which is rotatably connected to the BH shaft and / or with the CS shaft and / or with the DS shaft. The first locking device has a running side, which is rotatably connected to the BS shaft. The second locking device has a running side, wherein the running side is rotatably connected to the CH-shaft. The third locking device has a running side, wherein the running side is rotatably connected to the AT-shaft and / or with a coupling input of the third coupling device. Further, the running side of the third locking device is rotatably connected to the clutch output of the first clutch device.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Antriebsstrang einen Elektromotor aufweist, wobei der Elektromotor einen der Traktionsmotoren zur Erzeugung eines Traktionsmoments zum Antrieb des Fahrzeugs darstellt. Der Elektromotor weist einen Rotor bzw. eine Abtriebsseite auf, wobei die Abtriebsseite mit der AH-Welle und/oder mit der BT-Welle drehfest verbunden ist.In the context of the invention, it is proposed that the drive train has an electric motor, wherein the electric motor represents one of the traction motors for generating a traction torque for driving the vehicle. The electric motor has a rotor or an output side, wherein the output side is rotatably connected to the AH shaft and / or with the BT shaft.
Durch die Integration des Elektromotors in der beschriebenen Weise wird das durch den Antriebsstrang gebildete Automatikgetriebe zu einem Hybridgetriebe erweitert, wobei besonders vorteilhaft hervorzuheben ist, dass die Anzahl der Kupplungseinrichtungen beziehungsweise der Feststelleinrichtungen gegenüber dem Ausbau des Antriebsstrangs ohne den Elektromotor nicht erhöht werden muss. Somit kann der Elektromotor mit Bezug auf die Anzahl der Kupplungseinrichtungen und der Feststelleinrichtungen aufwandsneutral in den Antriebsstrang integriert werden. Wie später noch erläutert wird, ergeben sich aus der konstruktiven Ausgestaltung des Antriebsstrangs neben den ohnehin vorhandenen mehreren Gängen für einen Hybridbetriebszustand, mehrere zusätzliche Betriebszustände, die durch den Elektromotor ermöglicht werden.The integration of the electric motor in the manner described, the automatic transmission formed by the drive train is extended to a hybrid transmission, which is particularly advantageous to emphasize that the number of coupling devices or the locking devices against the expansion of the drive train without the electric motor does not need to be increased. Thus, the electric motor with respect to the number of coupling devices and the locking devices can be integrated effort-neutral in the drive train. As will be explained later, resulting from the structural design of the powertrain in addition to the already existing multiple gears for a hybrid operating state, several additional operating conditions that are made possible by the electric motor.
Bei einer bevorzugten konstruktiven Realisierung der Erfindung ist in dem A-Planetengetriebeabschnitt die AS-Welle als ein Sonnenrad, die AH-Welle als ein Hohlrad und die AT-Welle als ein Planetenradträger ausgebildet. Alternativ oder ergänzend ist in dem B-Planetengetriebeabschnitt die BS-Welle als ein Sonnenrad, die BH-Welle als ein Hohlrad und die BT-Welle als ein Planetenradträger ausgebildet. Alternativ oder ergänzend ist in dem C-Planetengetriebeabschnitt die CS-Welle als ein Sonnenrad, die CH-Welle als ein Hohlrad und die CT-Welle als ein Planetenradträger ausgebildet. Alternativ oder ergänzend ist in dem D-Planetengetriebeabschnitt die DS-Welle als ein Sonnenrad, die DH-Welle als ein Hohlrad und die DT-Welle als ein Planetenradträger ausgebildet.In a preferred constructional realization of the invention, in the A planetary gear section, the AS shaft is formed as a sun gear, the AH shaft as a ring gear, and the AT shaft as a planet gear carrier. Alternatively or additionally, in the B planetary gear section, the BS shaft is formed as a sun gear, the BH shaft as a ring gear, and the BT shaft as a planet carrier. Alternatively or additionally, in the C-type planetary gear section, the CS shaft is formed as a sun gear, the CH shaft as a ring gear, and the CT shaft as a planet gear carrier. Alternatively or additionally, in the D planetary gear section, the DS shaft is formed as a sun gear, the DH shaft as a ring gear, and the DT shaft as a planet carrier.
Insbesondere weist der A-Planetengetriebeabschnitt eine Standübersetzung zwischen –2 und –2.2, vorzugsweise von –2.130, der B-Planetengetriebeabschnitt eine Standübersetzung zwischen –2.15 und –2.35, vorzugsweise von –2.273, der C-Planetengetriebeabschnitt eine Standübersetzung zwischen –2.15 und –2.35, vorzugsweise von –2.333 und der D-Planetengetriebeabschnitt eine Standübersetzung zwischen –2.4 und –2.6, vorzugsweise von –2.528 auf. In dieser konstruktiven Ausgestaltung ergibt sich eine vorteilhafte Abstimmung der einzelnen Gänge und Betriebszustände des Antriebsstrangs.In particular, the A-planetary gear section has a stand ratio between -2 and -2.2, preferably from -2.130, the B-planetary gear section a stand ratio between -2.15 and -2.35, preferably from -2.273, the C-planetary gear section a state ratio between -2.15 and -2.35 , preferably from -2,333 and the D-planetary gear section a stand translation between -2.4 and - 2.6, preferably from -2,528. In this constructive configuration, an advantageous tuning of the individual gears and operating states of the drive train results.
Es ist besonders bevorzugt, dass die Planetengetriebeabschnitte jeweils koaxial zueinander und zu einer Hauptdrehachse des Antriebsstrangs angeordnet sind. Insbesondere wird durch die koaxiale Anordnung der Planetengetriebeabschnitte die Hauptdrehachse des Antriebsstrangs definiert. Ferner sind die Eingangswelle, die Ausgangswelle und/oder der Elektromotor koaxial zu der Hauptdrehachse angeordnet. Durch diese koaxiale Anordnung insbesondere im Bereich des Getriebeausgangs ergibt sich ein kompakter Aufbau, der gut im Mitteltunnel eines Fahrzeuges integrierbar ist. Im Bereich des Getriebeeingangs sind auch andere Bauformen gut im Fahrzeug integrierbar, was bezüglich der E-Maschine dort auch eine achsversetzte Lage möglich macht.It is particularly preferred that the planetary gear portions are each arranged coaxially with each other and to a main axis of rotation of the drive train. In particular, the main axis of rotation of the drive train is defined by the coaxial arrangement of the planetary gear sections. Further, the input shaft, the output shaft and / or the electric motor are arranged coaxially with the main axis of rotation. As a result of this coaxial arrangement, in particular in the area of the gearbox output, a compact construction results, which can be easily integrated in the center tunnel of a vehicle. In the area of the transmission input, other designs can also be easily integrated in the vehicle, which also makes possible an off-axis position with respect to the electric motor.
In einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung ist der Elektromotor koaxial und in Bezug auf eine axiale Richtung des Antriebsstrangs insbesondere in Richtung der Hauptdrehachse zwischen der dritten und der ersten Feststelleinrichtung angeordnet. Die Feststelleinrichtungen stützen sich vorzugsweise gegen das Gehäuse oder gestellfest ab, wobei ein Stator des Elektromotors zwischen den Abstützpunkten angeordnet ist. In dieser Ausgestaltung ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Elektromotor in einem Ölraum des Antriebsstrangs angeordnet ist. Optional kann der Elektromotor in radialer Richtung Planetensätze der Planetengetriebeabschnitte oder Kupplungseinrichtungen umschließen. In einer bevorzugten Ausführung überragt die E-Maschine die erste Feststelleinrichtung und/oder die dritte Feststelleinrichtung. Die nicht-drehende Seite dieser Feststelleinrichtungen kann vorteilhaft eine Baueinheit mit der Rotorlagerung des Elektromotors bilden. Besonders bei der dritten Feststelleinrichtung ist denkbar, dass diese radial innerhalb der ersten Kupplungseinrichtung an der lagertragenden Wand platziert ist, insbesondere wenn die dritte Feststelleinrichtung wie bevorzugt formschlüssig ausgeführt ist. Durch vorzugsweise nach innen gezogene Wände, welche Lager und ggf. Feststelleinrichtungen und ggf. Druckölübergaben tragen, ist es zudem möglich, Dichtungen vorzusehen um den Magnetspalt des Elektromotors ölfrei in einem Trockenraum zu halten (Vorteil geringes Schleppmoment).In a preferred structural embodiment of the invention, the electric motor is arranged coaxially and with respect to an axial direction of the drive train, in particular in the direction of the main axis of rotation between the third and the first locking device. The locking devices are preferably supported against the housing or fixed to the frame, wherein a stator of the electric motor is arranged between the support points. In this embodiment, it is preferably provided that the electric motor is arranged in an oil chamber of the drive train. Optionally, the electric motor can enclose planetary gear sets of the planetary gear sections or coupling devices in the radial direction. In a preferred embodiment, the electric motor projects beyond the first locking device and / or the third locking device. The non-rotating side of this locking devices can advantageously form a structural unit with the rotor bearing of the electric motor. Particularly in the case of the third locking device, it is conceivable that it is placed radially within the first coupling device on the bearing wall, in particular if the third locking device is designed as positively as possible. By preferably drawn inward walls bearing bearings and possibly locking devices and possibly Druckölübergaben, it is also possible to provide seals to keep the magnetic gap of the electric motor oil-free in a dry room (advantage low drag torque).
Im Rahmen der Erfindung kann die dritte Feststelleinrichtung als eine reibschlüssig, vorzugsweise ausschließlich reibschlüssig wirkende Feststelleinrichtung, insbesondere als eine Reibbremse ausgebildet sein. Es ist jedoch besonders bevorzugt, dass die dritte Feststelleinrichtung als eine formschlüssig wirkende Feststelleinrichtung ausgebildet ist. Die formschlüssige Ausgestaltung hat den Vorteil, dass diese typischerweise weniger Bauraum benötigt im Vergleich zu einer Reibbremse. Es ist auch möglich, dass die dritte Feststelleinrichtung als eine Kombination aus einer reibschlüssigen und formschlüssigen Bremse, wie zum Beispiel als eine synchronisierte Klauenkupplung, ausgebildet ist. Ferner ist es möglich, dass die dritte Feststelleinrichtung als schaltbarer Freilauf realisiert ist. Der dadurch freigewordene Bauraum erlaubt es, einen größeren und leistungsstärkeren Elektromotor zu integrieren, wodurch der Nutzwert des Antriebssystems bei elektrischem Fahrbetrieb steigt.In the context of the invention, the third locking device can be designed as a friction-locking, preferably exclusively friction-locking locking device, in particular as a friction brake. However, it is particularly preferred that the third locking device is designed as a positive-locking locking device. The form-fitting design has the advantage that it typically requires less space compared to a friction brake. It is also possible that the third locking device is designed as a combination of a frictional and positive brake, such as a synchronized dog clutch. Furthermore, it is possible that the third locking device is realized as a switchable freewheel. The space available thereby makes it possible to integrate a larger and more powerful electric motor, whereby the utility of the drive system increases in electric driving.
Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens oder genau neun Hybrid-Betriebszustände mit konstanter Übersetzung zwischen den jeweiligen Traktionsmotoren und der Ausgangswelle geschaltet werden können. Die Hybrid-Betriebszustände können auch als übersetzungsfixierte Gänge bezeichnet werden, da diese teilweise ohne Beteiligung des Elektromotors dargestellt sind. Die Hybridbetriebszustände werden nachfolgend kurz als Gänge oder als Betriebszustände bezeichnet. Die Hybrid-Betriebszustände 1–9 (Gänge 1–9/Betriebszustände 1–9) werden gemäß der nachfolgenden Tabelle geschaltet: In a preferred realization of the invention, it is provided that at least or exactly nine hybrid operating states can be switched with constant transmission between the respective traction motors and the output shaft. The hybrid operating states can also be referred to as gear trains fixed in translation, since these are partially represented without involvement of the electric motor. The hybrid operating states are referred to below as gears or operating states. The hybrid operating states 1-9 (gears 1-9 / operating states 1-9) are switched according to the following table:
Neben den neun Hybridbetriebszuständen 1–9 können eine beliebige Auswahl von den weiteren Betriebszuständen R, Eneu, CVT1, CVT2, CVT3, L1, L2, L3 geschaltet werden.In addition to the nine hybrid operating states 1-9, any selection of the further operating states R, Eneu, CVT1, CVT2, CVT3, L1, L2, L3 can be switched.
In dem Betriebszustand Eneu ermöglicht der Antriebsstrang ein elektrisches Vorwärts- und Rückwärtsfahren, mit einer mittleren Übersetzung zwischen dem Elektromotor und der Ausgangswelle. Insbesondere ist in dem Betriebszustand Eneu der Verbrennungsmotor freilaufend. In dem Betriebszustand Eneu kann der Verbrennungsmotor auch gestoppt sein und jederzeit gestartet werden. Zum einen ist ein Starten des Verbrennungsmotors mit einem eigenen Startermotor, wie z. B. einer Riemenantriebsmaschine möglich. Alternativ oder ergänzend ist ein Starten des Verbrennungsmotors durch Betätigung der dritten Kupplungseinrichtung K3 möglich, wobei von dem Betriebszustand Eneu in den Betriebszustand 1 geschaltet wird. Alternativ oder ergänzend ist das Starten des Verbrennungsmotors möglich, indem die erste Kupplungseinrichtung K1 geschlossen wird, wobei von dem Betriebszustand Eneu in den Betriebszustand 3 gewechselt wird. Im Vergleich zu der vorhergehenden Alternative ist hier aufgrund der geringeren Übersetzung ein leichterer Start möglich. Alternativ oder ergänzend kann der Verbrennungsmotor durch Betätigung der zweiten Kupplungseinrichtung K2 gestartet werden, wobei der Antriebsstrang von dem Betriebszustand Eneu in einen Betriebszustand 4 wechselt. Auch hier ist ein leichter Start aufgrund des niedrigen Übersetzungsverhältnisses möglich. In the Eneu mode, the powertrain allows electric forward and reverse travel with a medium ratio between the electric motor and the output shaft. In particular, in the operating state Eneu the internal combustion engine is free-running. In the operating state Eneu the internal combustion engine can also be stopped and started at any time. On the one hand, starting the internal combustion engine with its own starter motor, such. B. a belt drive machine possible. Alternatively or additionally, it is possible to start the internal combustion engine by actuating the third clutch device K3, switching from the operating state Eneu to the
Vorzugsweise wird bei der Betätigung der zweiten Feststelleinrichtung und/oder bei der Betätigung der ersten Kupplungseinrichtung und/oder bei der Betätigung der zweiten Kupplungseinrichtung der Elektromotor so angesteuert, dass dieser eine Momentenerhöhung zur Verfügung stellt, damit die Zugkraft am angetriebenen Rad beim Starten des Verbrennungsmotors nicht einbricht. Bei den genannten Möglichkeiten zum Starten muss jeweils nur eine Komponente, also Feststelleinrichtung oder Kupplungseinrichtung, des Antriebsstrangs zur Änderung der Betriebszustände geändert werden. Prinzipiell wäre es möglich, von dem Betriebszustand Eneu in den Betriebszustand 2 zu wechseln. Hierfür müssten jedoch zugleich zwei Komponenten, nämlich die erste Kupplungseinrichtung und die dritte Kupplungseinrichtung betätigt werden, sodass diese Möglichkeit gegenüber den anderen Möglichkeiten Nachteile bietet.Preferably, upon actuation of the second locking device and / or upon actuation of the first clutch device and / or upon actuation of the second clutch device, the electric motor is controlled so that it provides an increase in torque, so that the tensile force on the driven wheel when starting the internal combustion engine is not breaks. In each case, only one component, ie locking device or coupling device, of the drive train for changing the operating states must be changed in each case. In principle, it would be possible to change from the operating state Eneu to operating
Die Betriebszustände L1, L2 und L3 stellen Ladebetriebszustände oder Ladegänge dar. Jeder der drei Betriebszustände L1, L2 oder L3 kann bei Fahrzeugstillstand oder im Fahrbetrieb als Segelgang verwendet werden. In den Betriebszuständen L1, L2 und L3 sind der Elektromotor und der Verbrennungsmotor wirkverbunden, sodass über den Verbrennungsmotor der Elektromotor gedreht und als Generator verwendet werden kann. Alternativ oder ergänzend kann der Elektromotor in den Betriebszuständen L1, L2 und L3 zum Starten des Verbrennungsmotors eingesetzt werden.The operating states L1, L2 and L3 represent charging operating states or charging paths. Each of the three operating states L1, L2 or L3 can be used as a sailing gear when the vehicle is stationary or when driving. In the operating states L1, L2 and L3, the electric motor and the internal combustion engine are operatively connected, so that via the internal combustion engine, the electric motor can be rotated and used as a generator. Alternatively or additionally, the electric motor can be used in the operating states L1, L2 and L3 for starting the internal combustion engine.
Insbesondere kann der Betriebszustand L1 bei Fahrzeugstillstand und ggf. Bremsbetätigung der Fahrzeugbremse verwendet werden, um den Elektromotor mit dem Verbrennungsmotor zu koppeln, um die Batterie aufzuladen, bei ansonsten abgekoppeltem Abtrieb. Für ein Anfahren ist aus dem Betriebszustand L1 heraus lediglich die zweite Feststelleinrichtung B6 zu betätigen, um Zugkraft an den Rädern aufzubauen. Insbesondere wird zugleich von dem Elektromotor Last weggenommen, um den Verbrennungsmotor nicht abzuwürgen. Auch vom Betriebszustand 7 kann durch Öffnen der zweiten Kupplungseinrichtung K2 der Betriebszustand L1 als Segelgang angesteuert werden.In particular, the operating state L1 can be used when the vehicle is at a standstill and, if necessary, brake actuation of the vehicle brake, in order to couple the electric motor to the internal combustion engine in order to charge the battery, otherwise the output is decoupled. For starting, only the second locking device B6 is to be actuated from the operating state L1 in order to build up tensile force on the wheels. In particular, load is taken away from the electric motor at the same time so as not to stall the internal combustion engine. Also, the operating
Der Betriebszustand L2 kann ebenso wie der Betriebszustand L1 als Segelgang verwendet werden, wobei dieser jedoch einfacher aus den Betriebszuständen 2–6 erreichbar ist, als der Ladegang L1, da die erste Kupplungseinrichtung K1 bei dem Übergang des Betriebszustands geschlossen bleibt.The operating state L2 can be used as well as the operating state L1 as a sailing gear, but this is easier to reach from the operating states 2-6, as the load L1, since the first clutch device K1 remains closed at the transition of the operating state.
Der Betriebszustand L3 kann ebenso wie die Betriebszustände L1 und L2 als Segelgang verwendet werden, wobei die Ansteuerung aus dem Betriebszustand 8 oder 9 kommend besonders einfach ist.The operating state L3 can be used as well as the operating states L1 and L2 as a sailing gear, the control of the operating
Die Betriebszustände CVT1, CVT2 und CVT3 sind jeweils als Getriebestufen mit stufenlos einstellbarer Drehzahl-Übersetzung ausgebildet. CVT steht für Continuously Variable Transmission. In diesen Getriebestufen liegen definierte Momenten-Wandlungsverhältnisse vor.The operating states CVT1, CVT2 and CVT3 are each designed as gear stages with infinitely variable speed ratio. CVT stands for Continuously Variable Transmission. In these gear stages are defined torque conversion ratios.
Vorzugsweise wird der Betriebszustand CVT1 als Stützgang bei einem Betriebszustandswechsel von Betriebszustand 1 in den Betriebszustand 2 verwendet, um komfortabler, insbesondere zugkraftunterbrechungsfrei zu schalten. Bei dem Übergang wird im Betriebszustand 1 zeitgleich das Moment des Verbrennungsmotors reduziert und das Moment des Elektromotors derart angesteuert, dass dieses ein Mehrfaches, insbesondere ca. 213% bei den in der Tabelle aufgeführten Parametern, des Verbrennungsmotormoments beträgt. Diese Ansteuerung führt dazu, dass die erste Feststelleinrichtung B5 momentenfrei wird und geöffnet werden kann, wobei die dritte Kupplungseinrichtung K3 und die zweite Feststelleinrichtung B6 geschlossen bleiben. Durch Erhöhung des Moments des Elektromotors wird nachfolgend die Drehzahl des Verbrennungsmotors reduziert, bis sie das Niveau erreicht, dass ein Einrücken der ersten Kupplungseinrichtung K1 erlaubt, um in den Betriebszustand 2 zu schalten. Idealerweise erfolgt das Einrücken der ersten Kupplungseinrichtung K1 bei gleicher Drehzahl des Kupplungseingangs und des Kupplungsausgangs. Der Elektromotor kann in dem Betriebszustand 2 in Abhängigkeit nach Ladezustand der Batterie und/oder Fahrerwunsch zum Boosten, Laden oder Rekuperieren eingesetzt werden.Preferably, the operating state CVT1 is used as a support gear in an operating state change from operating
Der Betriebszustand CVT2 kann vorzugsweise auf mindestens eine, einige oder alle der nachfolgenden Arten genutzt werden:
- – zur Komfortverbesserung beim Betriebszustandswechsel 4–5 als Stützgang
- – zur Komfortverbesserung beim Betriebszustandswechsel 5–7 als Stützgang und/oder
- – zur Komfortverbesserung beim Betriebszustandswechsel 7–9 als Stützgang.
- - To improve comfort when changing operating state 4-5 as a support gear
- - To improve comfort in the operating state change 5-7 as a support gear and / or
- - to improve comfort when changing operating state 7-9 as a support gear.
Zudem erlaubt der Betriebszustand CVT2 eine stufenlose oder übersetzungsgestufte Fahrt mit Drehzahlverhältnissen jenseits des Betriebszustands 9. Hierzu wird im Betriebszustand 9 zunächst der Elektromotor mit einem Gegenmoment angesteuert, das mit z. B. 43% des Verbrennungsmotormoments bei den in der Tabelle aufgeführten Parametern etwa dem an den Feststelleinrichtungen anliegenden Moment entspricht, wodurch die dritte Feststelleinrichtung B8 momentenfrei wird und ausgerückt werden kann. Dabei bleiben die zweite Kupplungseinrichtung K2 und die erste Feststelleinrichtung B5 geschlossen. Durch Vergrößerung des negativen Moments des Elektromotors wird dann die bereits negative Drehzahl der Elektromaschine vergrößert und geregelt, wobei sich die Drehzahl des Verbrennungsmotors reduziert, bis sie ein Niveau erreicht, das beispielsweise einem Betriebszustand 10 und/oder einem 10. Gang entspräche. Bei Gaswegnahme wird das Moment des Verbrennungsmotors negativ und das anzusteuernde Moment des Elektromotors positiv, bei gleichem (negativem) Momentenverhältnis zwischen Verbrennungsmotor und Elektromotor.In addition, the operating state allows CVT2 a stepless or translation graded ride with speed ratios beyond the operating
Der Betriebszustand CVT3 kann auf mindestens eine oder beide nachfolgenden Arten genutzt werden:
- – zur Komfortverbesserung beim Betriebszustandswechsel 6–7 als Stützgang und/oder
- – zur Komfortverbesserung beim Betriebszustandswechsel 7–8 als Stützgang.
- - To improve comfort when operating state change 6-7 as a support gear and / or
- - to improve comfort when changing operating state 7-8 as a support gear.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren zum Schalten des Antriebsstrangs nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei von einem Betriebszustand in einen anderen Betriebszustand geschaltet wird. Insbesondere wird von einem Betriebszustand der zuvor dargestellten Tabelle in einen anderen Betriebszustand der zuvor dargestellten Tabelle geschaltet.Another object of the invention is a method for switching the drive train according to one of the preceding claims, wherein is switched from one operating state to another operating state. In particular, is switched from an operating state of the table shown above in a different operating state of the table shown above.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie den beigefügten Figuren. Dabei zeigen:Further features, advantages and effects of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment of the invention and the accompanying drawings. Showing:
Die
Der Antriebsstrang
Der Antriebsstrang
Der Antriebsstrang
Für das funktionale Zusammenwirken der Komponenten des Antriebsstrangs
Die
Wie sich aus der
Ein Kupplungseingang der Kupplungseinrichtung K1 ist mit der Eingangswelle
Geometrisch und konstruktiv betrachtet ist der Elektromotor EM in axialer Richtung zu der Hauptdrehachse H zwischen der dritten Feststelleinrichtung B8 und der ersten Feststelleinrichtung B5 angeordnet. Die zweite Feststelleinrichtung B6 ist neben der ersten Feststelleinrichtung B5 auf der Seite der Ausgangswelle
Zu den verschiedenen möglichen Betriebszuständen des Antriebsstrangs
In den
Die
Der Betriebszustand CVT1 erlaubt – wie in der
In einem Übergangsbereich zwischen dem Betriebszustand CVT1 und dem Betriebszustand 1 wird zum einen die erste Feststelleinrichtung B5 schlupfend oder reibend geschlossen. Als Folge darauf erhöht sich das an der ersten Feststelleinrichtung B5 anliegende Moment B5/MIST. Dadurch reduziert sich die Drehzahl der Laufseite der ersten Feststelleinrichtung rpm/B5. Ferner wird der Elektromotor EM so angesteuert, dass die Ladeintensität reduziert wird, indem das Moment EM/MIST sich dem Wert Null nähert oder sogar das Vorzeichen ändert. Ferner wird die Drehzahl n_ICE des Verbrennungsmotors angehoben. Durch das Zusammenspiel erfolgt ein Anfahren des Fahrzeugs mit schlupfender erster Feststelleinrichtung B5. Sobald die erste Feststelleinrichtung B5 vollständig geschlossen ist, ist der Übergang zu dem Betriebszustand 1 abgeschlossen. Die dritte Kupplungseinrichtung K3 und die zweite Feststelleinrichtung B6 bleiben durchgängig geschlossen.In a transition region between the operating state CVT1 and the operating
Die
Die
Bei dem Übergang von dem Betriebszustand 7 zu dem dritten CVT-Betriebszustand CVT3 wird durch den Elektromotor EM ein negatives Drehmoment EM/MIST aufgebracht. Dadurch wird das an der ersten Feststelleinrichtung B5 anliegende Drehmoment B5/MIST reduziert. Sobald die erste Feststelleinrichtung B5 lastfrei ist, wird diese gemäß der Linie Status B5 vollständig geöffnet und so der Übergang von dem Betriebszustand 7 zu dem dritten CVT-Betriebszustand CVT3 durchgeführt.In the transition from the operating
In dem dritten CVT-Betriebszustand CVT3 wird das negative Drehmoment des Elektromotors betragsmäßig weiter erhöht. Dies führt dazu, dass die Drehzahl an der dritten Feststelleinrichtung B8 (rpm/B8) sinkt, wohingegen die Drehzahl an der ersten Feststelleinrichtung B5 (rpm/B5) steigt. Die hier nicht dargestellte Drehzahl des Elektromotors reduziert sich dabei bis ins Negative. Sobald die Drehzahl an der Laufseite der dritten Feststelleinrichtung B8 auf 0 gefallen ist, kann die dritte Feststelleinrichtung B8 lastfrei geschaltet, insbesondere geschlossen werden.In the third CVT operating state CVT3, the negative torque of the electric motor is further increased in terms of amount. As a result, the rotational speed at the third locking device B8 (rpm / B8) decreases, whereas the rotational speed at the first locking device B5 (rpm / B5) increases. The speed of the electric motor not shown here is reduced to the negative. As soon as the rotational speed on the running side of the third locking device B8 has fallen to 0, the third locking device B8 can be switched without load, in particular closed.
Dadurch ist es möglich, die dritte Feststelleinrichtung B8 als eine formschlüssige Feststelleinrichtung auszubilden. Durch das Betätigen der dritten Feststelleinrichtung B8 erfolgt der Übergang von dem dritten CVT-Betriebszustand CVT3 zu dem Betriebszustand 8. Sobald die dritte Feststelleinrichtung B8 geschlossen ist, kann das Drehmoment des Elektromotors EM/MIST wieder auf 0 oder auf einen beliebigen Wert gefahren werden. Gegebenenfalls sind auch Momenteneingriffe am Verbrennungsmotor überlagert um den Zugkraftübergang zu glätten.This makes it possible to form the third locking device B8 as a form-locking locking device. By the operation of the third locking device B8, the transition from the third CVT operating state CVT3 to the
In der
Ausgehend von dem Betriebszustand 9 wird ein negatives Moment durch den Elektromotor EM/MIST aufgebracht, wodurch die dritte Feststelleinrichtung B8 gemäß der Linie B8/MIST entlastet wird. In dieser Phase bleibt die Drehzahl des Verbrennungsmotors n_ICE konstant. Sobald die Feststelleinrichtung B8 lastfrei ist, kann diese gemäß der Linie Status B8 geöffnet werden. Diese kann somit als eine formschlüssige Feststelleinrichtung ausgeführt sein. Durch das Öffnen der Feststelleinrichtung B8 ist der zweite CVT-Betriebszustand CVT2 geschaltet. In dem zweiten CVT-Betriebszustand CVT2 kann durch eine betragsmäßige Erhöhung des Moments des Elektromotors EM zum einen als Nebeneffekt die Drehzahl rpm/B8 der Laufseite der dritten Feststelleinrichtung negativ werden. Als Haupteffekt wird jedoch die benötigte Drehzahl des Verbrennungsmotors n_ICE herabgesetzt, die für die gleiche Ausgangsdrehzahl benötigt wird. Die in dem zweiten CVT-Betriebszustand CVT2 anliegende Drehzahl des Verbrennungsmotors n_ICE entspricht somit der Drehzahl eines 10. oder 11. Ganges. Diese Drehzahl bzw. die Übersetzung, die zu dieser Drehzahl führt, kann durch einen Steuer- und Regelkreis aufrechterhalten werden, der bei positiver Abweichung der Drehzahl eine negative Erhöhung des Moments des Elektromotors bewirkt und anders herum. Der Elektromotor besitzt in diesen Betriebszuständen eine negative Drehzahl, gibt also durch das ebenfalls negative Drehmoment Leistung in den Triebstrang ab und fungiert als zweite Antriebsquelle neben dem Verbrennungsmotor. Bei Verzögerungswunsch durch den Fahrer wechseln die Momente sowohl des Verbrennungsmotors als auch des E-Motors die Vorzeichen, womit beide Aggregate als Bremseinrichtung wirken und der Elektromotor nunmehr Energie rekuperiert.Starting from the operating
In der
Die weiteren Beschriftungen sind wie folgt zu lesen: Wenn zwei Betriebszustände über einen Pfeil verbunden sind (x --> y), so wird der Betriebszustandswechsel von dem Betriebszustand x zu dem Betriebszustand y beschrieben. Wenn zwei oder mehr Komponenten (Feststelleinrichtungen oder Kupplungseinrichtungen) über einen Pfeil verbunden sind (Kx --> Ky), so wird die Komponente(n) vor dem Pfeil geöffnet und die Komponente(n) nach dem Pfeil bei dem Betriebszustandswechsel geschlossen. Wenn die Komponenten über einen Pfeil zu einer 0 geführt werden (Kx, Ky --> 0) bedeutet dies, dass die Komponenten geöffnet werden. Kx & Ky bedeutet, dass beide Komponenten (AND) geöffnet werden, Kx v Ky bedeutet, dass eine der beiden Komponenten (OR oder XOR) geöffnet werden. Bei allen Betriebszustandswechseln, bei denen der Status von mehr als einer Komponente geändert werden muss, kann einer der neuen Betriebszustände eingesetzt werden.The further labels are read as follows: If two operating states are connected via an arrow (x -> y), the operating state change from the operating state x to the operating state y is described. If two or more components (locking devices or coupling devices) are connected by an arrow (Kx -> Ky), the component (s) is opened in front of the arrow and the component (s) after the arrow in the operating state change is closed. If the components are led to a 0 by an arrow (Kx, Ky -> 0), this means that the components are being opened. Kx & Ky means that both components (AND) are opened, Kx v Ky means that one of the two components (OR or XOR) is opened. For all operating state changes in which the status of more than one component must be changed, one of the new operating states can be used.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Antriebsstrangpowertrain
- 22
- Eingangswelleinput shaft
- 33
- Ausgangswelleoutput shaft
- 44
- Wandwall
- A, B, C, DA, B, C, D
- PlanetengetriebeabschnittePlanetary gear sections
- AS, AH, ATAS, AH, AT
- Wellenwaves
- BS, BH, BTBS, BH, BT
- Wellenwaves
- CS, CH, CTCS, CH, CT
- Wellenwaves
- DS, DH, DTDS, DH, DT
- Wellenwaves
- B5, B6, B8B5, B6, B8
- FeststelleinrichtungenParking facilities
- EMEM
- Elektromotorelectric motor
- HH
- HauptdrehachseMain axis of rotation
- K1, K2, K3K1, K2, K3
- Kupplungseinrichtungencoupling devices
- tt
- ZeitTime
Claims (13)
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-
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