DE102015226195A1 - Automatisierte Getriebeanordnung und Verfahren - Google Patents

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Johannes Kaltenbach
Stefan Renner
Johannes GLÜCKLER
Rayk GERSTEN
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Abstract

Es wird eine automatisierte Getriebeanordnung mit einer verbrennungsmotorisch antreibbaren Antriebswelle (1) und einer elektrisch antreibbaren Antriebswelle (5) sowie einer Abtriebswelle (2), mit einem Hauptgetriebe (HG) mit einer ersten Getriebeeingangswelle (4) eines ersten Teilgetriebes und mit einer zweiten Getriebeeingangswelle eines zweiten Teilgetriebes, und mit einem ersten Planetenradsatz (PS1) als Vorschaltgruppe für eines der Teilgetriebe vorgeschlagen, wobei ein zweiter Planetenradsatz (PS2) als Vorübersetzung für eine elektrische Maschine (EM) und/oder als Überlagerungsgetriebe vorgesehen ist.Ferner werden Verfahren für die Getriebeanordnung vorgeschlagen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine automatisierte Getriebeanordnung und Verfahren gemäß der jeweils in den Oberbegriffen der Patentansprüche 1, 9, 12 bzw. 13 näher definierten Art.
  • Beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2013 200 158 A1 ist ein Hybridantrieb für ein Kraftfahrzeug bekannt. Das Getriebe umfasst zwei Teilgetriebe, die mit jeweils einer Eingangswelle verbunden sind. Eine Teilgetriebekopplung wird über einen vorgeschalteten Planetenradsatz mit zwei Übersetzungen realisiert.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Getriebeanordnung der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, bei der eine zugkraftunterbrechungsfreie Zugkraftunterstützung im Hybridbetrieb in sämtlichen Übersetzungsstufen mit geringem Bauaufwand und verbessertem Wirkungsgrad realisiert wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst, wobei sich vorteilhafte Ausgestaltungen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen ergeben.
  • Somit wird eine automatisierte Getriebeanordnung mit zumindest einer verbrennungsmotorisch antreibbaren Antriebswelle, welche direkt oder indirekt mit einem Verbrennungsmotor oder dergleichen verbindbar ist, und zumindest einer elektrisch antreibbaren Antriebswelle vorgeschlagen, welche mit zumindest einer elektrischen Maschine oder dergleichen direkt oder indirekt verbindbar ist. Ferner umfasst die Getriebeanordnung eine Abtriebswelle und ein Hauptgetriebe mit einer ersten Getriebeeingangswelle eines ersten Teilgetriebes und mit einer zweiten Getriebeeingangswelle eines zweiten Teilgetriebes. Dem Hauptgetriebe ist ein erster Planetenradsatz als Vorschaltgruppe für zumindest eines der Teilgetriebe vorgeschaltet.
  • Ein zugkraftunterbrechungsfreier Hybridbetrieb bei sämtlichen Übersetzungsstufen des Hauptgetriebes wird dadurch realisiert, dass ein zweiter Planetenradsatz als Vorübersetzung für eine elektrische Maschine und/oder als Überlagerungsgetriebe vorgesehen ist, wobei die verbrennungsmotorisch antreibbare Antriebswelle, welche gleichzeitig die zweite Getriebeeingangswelle des zweiten Teilgetriebes bildet, mit dem zweiten Element des ersten Planentenradsatzes verbunden ist. Das zweite Element des ersten Planentenradsatzes ist über ein erstes Schaltelement des zweiten Planentenradsatzes mit dem dritten Element des zweiten Planentenradsatzes verbindbar, sodass die zweite Getriebeeingangswelle durch den ersten Planetenradsatz mit dem zweiten Planetenradsatz koppelbar ist. Das dritte Element des zweiten Planentenradsatzes ist über ein zweites Schaltelement des zweiten Planentenradsatzes mit dem Gehäuse verbindbar. Die verbrennungsmotorisch antreibbare Antriebswelle ist über ein erstes Schaltelement des ersten Planetenradsatzes mit dem ersten Element des ersten Planentenradsatzes zum Verblocken des ersten Planentenradsatzes verbindbar, wobei das erste Element des ersten Planentenradsatzes über ein zweites Schaltelement des ersten Planetenradsatzes mit dem Gehäuse verbindbar ist. Das dritte Element des ersten Planentenradsatzes ist mit der ersten Getriebeeingangswelle des ersten Teilgetriebes des Hauptgetriebes verbunden, wobei das zweite Element des zweiten Planentenradsatzes auch mit der ersten Getriebeeingangswelle verbunden ist und wobei das erste Element des zweiten Planentenradsatzes mit der elektrisch antreibbaren Antriebswelle zur Anbindung der elektrischen Maschine verbunden ist.
  • Auf diese Weise wird bei der vorgeschlagenen Getriebeanordnung neben der Teilgetriebekopplung zudem durch den zweiten Planetenradsatz eine feste Vorübersetzung im sogenannten ISG-Modus und ein Überlagerungsgetriebe im sogenannten EDA-Modus bzw. EDS-Modus realisiert, wodurch eine konventionelle Trenn- bzw. Anfahrkupplung entfallen kann. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Verschaltung der der beiden Planetenradsatz ergibt sich die Möglichkeit, dass die Schaltelemente des ersten Planentenradsatzes als unsynchronisierte Klauenschaltelemente ausführbar sind. Beispielsweise bei Schaltungen im ISG-Modus erfolgt die Synchronisation der Schaltelemente des ersten Planentenradsatzes durch eine Drehzahlregelung des Verbrennungsmotors, während bei Schaltungen im EDA-Modus die Synchronisation der Schaltelemente des ersten Planentenradsatzes über sogenannte EDS-Schaltungen durchgeführt werden, bei denen eine Drehzahlüberlagerung von dem Verbrennungsmotor und elektrische Maschine an dem zweiten Planetenradsatz durchgeführt wird.
  • Neben der zugkraftunterbrechungsfreien Zugkraftunterstützung im Hybridbetrieb bezogen auf sämtliche Übersetzungsstufen ergibt sich ein hoher Wirkungsgrad mit geeigneter Spreizung und Stufung für den Einsatz als Gruppengetriebe für einen Fern-Lkw. Mit der erfindungsgemäßen Verschaltung der beiden Planetenradsätze können die Übersetzungsstufen des ersten Teilgetriebes mit der ersten Getriebeeingangswelle durch die möglichen Schaltstellungen der Schaltelemente des ersten Planentenradsatzes für den Verbrennungsmotor doppelt genutzt werden. Die Schaltelemente des ersten Planentenradsatzes können trotz der vorbeschriebenen Gruppenbauweise als unsynchronisierte formschlüssige Schaltelemente ausgeführt werden, welches einen geringen Bauaufwand ergibt. Dies ist möglich, weil die auf den ersten Planetenradsatz folgenden Gänge bzw. Übersetzungsstufen des ersten Teilgetriebes der beiden ersten Stirnradstufen bzw. Radebenen des Hauptgetriebes im Hauptgetriebe lastfrei vorgewählt werden können. Bei einer derartigen Vorwahl werden die betreffenden Schaltelemente des Hauptgetriebes mit der elektrischen Maschine synchronisiert. Demzufolge können die Schaltelemente des ersten Planentenradsatzes nie zum gleichen Zeitpunkt wie die beiden ersten Schaltelemente des Hauptgetriebes geschaltet werden. Die Lastschaltungen für sämtliche Übersetzungswechsel der Getriebeanordnung können sowohl im EDA-Modus als auch im ISG-Modus ausgeführt werden.
  • Den beiden Planetenradsätzen ist vorzugsweise ein Hauptgetriebe mit vier Radebenen nachgeschaltet, dem vorzugsweise vier Schaltelemente zugeordnet sind. Es sind auch andere Hauptgetriebe einsetzbar, um die Anzahl der zu realisierenden Übersetzungsstufen zu variieren, wobei die vorbeschriebenen Vorteile erhalten bleiben.
  • Dem Hauptgetriebe kann zum Verdoppeln der Übersetzungsstufe des Hauptgetriebes eine Bereichsgruppe in Planetenbauweise nachgeschaltet werden. Auf diese Weise wird ein Gruppengetriebe mit mindestens 12 Vorwärtsgängen realisiert, welche unterbrechungsfrei schaltbar sind. Die Anbindung des Hauptgetriebes an die Bereichsgruppe kann über eine schaltbare oder auch nicht schaltbare Abtriebskonstante realisiert werden. Bei einer schaltbaren bzw. umkoppelbaren Abtriebskonstante ergibt sich der Vorteil, dass die Drehzahl der Vorgelegewelle im Hauptgetriebe beim Fahren im Direktgang abgesenkt werden kann, um Schleppverluste an Lagern und Dichtungen zu reduzieren.
  • Um auch mechanische Rückwärtsgänge realisieren zu können, kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass zumindest eine zusätzliche Radebene zum Realisieren der Rückwärtsgangübersetzungen vorgesehen ist. Diese Radebene kann entweder als zusätzliche Stirnradebene im Hauptgetriebe mit einem zusätzlichen Schaltelement realisiert werden. Es ist auch denkbar, dass zur Realisierung der Rückwärtsgänge ein Planeten-Wendesatz mit zwei zusätzlichen Schaltelementen eingesetzt wird. Ferner ist es möglich, dass als zusätzliche Radebene eine sogenannte GPR-Bereichsgruppe verwendet wird, welche eine Bereichsgruppe mit integriertem Rückwärtsgang ist.
  • Ferner ist es denkbar, dass für den Verbrennungsmotor eine Trennkupplung oder Anfahrkupplung vorgesehen wird. Die im Weiteren genannten Zahlenwerte und Übersetzungsreihen sind beispielhaft und können variiert werden. Demzufolge ist es auch möglich, die Gangzuordnung im Hauptgetriebe, beispielsweise die Zuordnung der Radebenen zu den Gangstufen zu verändern.
  • Unabhängig von den verschiedenen Weiterbildungen und Ausführungen der vorliegenden Erfindung sind bevorzugt Minus-Planetenradsätze vorgesehen. Es ist jedoch möglich, an Stellen, wo es die Bindbarkeit zulässt, einzelne oder mehrere der Minus-Planetenradsätze in Plus-Planetenradsätze umzuwandeln, wenn gleichzeitig die Steg- und die Hohlradanbindung getauscht und der Betrag der Standardübersetzung um den Wert 1 erhöht wird. Ein Minus-Planetenradsatz weist bekanntlich an dem Planetenradträger verdrehbar gelagerte Planetenräder auf, die mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad dieses Planetenradsatzes kämmen, so dass sich das Hohlrad bei festgehaltenem Planetenradträger und drehendem Sonnenrad in zur Sonnenraddrehrichtung entgegengesetzter Richtung dreht. Ein Plus-Planetenradsatz weist bekanntlich an seinem Planetenradträger verdrehbar gelagerte und miteinander in Zahneingriff stehende innere und äußere Planetenräder auf, wobei das Sonnenrad dieses Planetenradsatzes mit den inneren Planetenrädern und das Hohlrad dieses Planetenradsatzes mit den äußeren Planetenrädern kämmen, so dass sich das Hohlrad bei festgehaltenem Planetenradträger und drehendem Sonnenrad in zur Sonnenraddrehrichtung gleicher Richtung dreht.
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch Verfahren zum zugkraftunterbrechungsfreien Umschalten der Bereichsgruppe und auch durch Verfahren zum Verbinden von elektrischer Maschine und Verbrennungsmotor über die ersten beiden Planetenradsätze gelöst.
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Ansicht einer möglichen Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Getriebeanordnung;
  • 2 eine Tabelle mit den den Radebenen der Getriebeanordnung zugeordneten Übersetzungen;
  • 3 eine beispielhaft dargestellte Schaltmatrix für mögliche Übersetzungsstufen der Getriebeanordnung im ISG-Modus aus Sicht des Verbrennungsmotors; und
  • 4 eine beispielhaft dargestellte Schaltmatrix von möglichen Vorwärtsgangübersetzungsstufen der Getriebeanordnung im sogenannten EDA-Modus aus Sicht des Verbrennungsmotors.
  • In 1 ist eine mögliche Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen automatisierten Getriebeanordnung lediglich beispielhaft dargestellt. Die automatisierte Getriebeanordnung umfasst eine mit einem Verbrennungsmotor VM gekoppelte oder koppelbare Antriebswelle 1 und eine mit einer elektrischen Maschine EM gekoppelten bzw. koppelbaren Antriebswelle 5 sowie eine Abtriebswelle 2, die mit dem Abtrieb eines Fahrzeuges, zum Beispiel einem Fern-Lkw gekoppelt ist.
  • Die vorgeschlagene Getriebeanordnung umfasst ein Hauptgetriebe HG mit einer ersten Getriebeeingangswelle 4 eines ersten Teilgetriebes und mit einer zweiten Getriebeeingangswelle eines zweiten Teilgetriebes, welches bei der Ausführungsvariante als die verbrennungsmotorisch antreibbare Antriebswelle 1 ausgeführt ist. Ferner umfasst das Hauptgetriebe HG eine Vorgelegewelle 8. Dem Hauptgetriebe HG ist ein erster Planetenradsatz PS1 als Vorschaltgruppe für eines der Teilgetriebe und zur Teilgetriebekopplung vorgeschaltet. Ferner ist dem Hauptgetriebe HG ein zweiter Planetenradsatz PS2 als Vorübersetzung für die elektrische Maschine EM und/oder als Überlagerungsgetriebe vorgeschaltet.
  • Zum Schalten der beiden Planetenradsätze PS1 und PS2 ist vorgesehen, dass die verbrennungsmotorisch antreibbare Antriebswelle 1 mit dem zweiten Element des ersten Planentenradsatzes PS1 verbunden ist, welches bei dem hier dargestellten Minus-Planetenradsatz als Steg oder Planetenträger ausgeführt ist. Das zweite Element des ersten Planentenradsatzes PS1 ist zudem über ein erstes Schaltelement I des zweiten Planetenradsatzes PS2 mit dem dritten Element 6 des zweiten Planentenradsatzes PS2 verbindbar, welches bei dem hier dargestellten Minus-Planetenradsatz als Hohlrad ausgeführt ist. Das dritte Element 6 des zweiten Planentenradsatzes PS2 ist über ein zweites Schaltelement J des zweiten Planentenradsatzes PS2 mit dem Gehäuse verbindbar, wobei die verbrennungsmotorisch antreibbare Antriebswelle 1 über ein erstes Schaltelement A des ersten Planentenradsatzes PS1 mit dem ersten Element 3, bzw. mit dem Sonnenrad des ersten Planentenradsatzes PS1 zum Verblocken des ersten Planentenradsatzes PS1 verbindbar ist. Das erste Element 3 des ersten Planentenradsatzes PS1 ist ferner über ein zweites Schaltelement B des ersten Planentenradsatzes PS1 mit dem Gehäuse verbindbar, wobei das dritte Element bzw. das Hohlrad des ersten Planentenradsatzes PS1 mit der ersten Getriebeeingangswelle 4 des ersten Teilgetriebes des Hauptgetriebes HG verbunden ist. Das zweite Element bzw. der Steg des zweiten Planetenradsatzes PS2 ist mit der ersten Getriebeeingangswelle verbunden, wobei das erste Element bzw. das Sonnenrad des zweiten Planentenradsatzes PS2 mit der elektrisch antreibbaren Antriebswelle 5 und damit mit der elektrischen Maschine EM verbunden ist.
  • Dargestellt ist in 1 nur die obere Hälfte des zur Achse der Welle 1, 11 und 2 symmetrischen Radsatzes. Die Spiegelung an dieser Achse führt zu einer weiteren Variante mit 2 Vorgelegewellen, die zur Leistungsteilung dienen. Dieser alternative Radsatz ist aber funktional identisch zu der vorbeschriebenen Ausführung. Die Vorgelegewelle 8 mit den dazugehörigen Festrädern wird dabei nicht gespiegelt.
  • Der erste Planetenradsatz PS1 dient der Teilgetriebekopplung, indem das erste Schaltelement A des ersten Planentenradsatzes PS1 geschlossen ist. Bei geschlossenem zweiten Schaltelement B des ersten Planentenradsatzes PS1 wird eine Vorübersetzung für das erste Teilgetriebe realisiert. Der zweite Planetenradsatz PS2 dient in der Schaltposition J, also bei geschlossenem zweiten Schaltelemente J des zweiten Planetenradsatzes PS2, als feste Vorübersetzung für die elektrische Maschine EM, welches als ISG-Modus bezeichnet wird. Hierbei ergibt sich der Vorteil, dass die elektrische Maschine kostengünstig mit weniger Drehmoment jedoch mit höherer Drehzahl ausgelegt werden kann. In der Schaltposition I, also wenn das erste Schaltelement I des zweiten Planentenradsatzes PS2 geschlossen ist, wirkt der zweite Planetenradsatz PS2 als Überlagerungsgetriebe und realisiert den sogenannten EDA-Modus und den EDS-Modus. Hierbei ist die elektrisch angetriebene Antriebswelle 1 über das zweite Element des ersten Planentenradsatzes PS1 mit dem dritten Element 6 des zweiten Planetenradsatzes PS2 verbunden, während die elektrische Maschine EM über die elektrisch antreibbare Welle 5 mit dem ersten Element des zweiten Planentenradsatzes PS2 verbunden ist und das zweite Element des zweiten Planentenradsatzes PS2 ist mit der ersten Getriebeeingangswelle 4 des ersten Teilgetriebes verbunden.
  • Das nachgeschaltete Hauptgetriebe HG ist ein 4-Gang Radsatz mit zwei Teilgetrieben sowie vier Radebenen III bis VI, denen vier Schaltelemente C, D, E, F zugeordnet sind, wobei die erste und die zweite Radebene III, IV des Hauptgetriebes HG mit der ersten Getriebeeingangswelle 4 verbindbar sind und wobei die dritte Radebene V des Hauptgetriebes HG mit der verbrennungsmotorisch antreibbaren Antriebswelle 1 bzw. der zweiten Getriebeeingangswelle verbindbar ist. Im Einzelnen wird die erste Getriebeeingangswelle 4 mit dem Losrad 7 der ersten Stirnradstufe bzw. der Radebene III bei geschlossenem ersten Schaltelement C des Hauptgetriebes HG verbunden, während die erste Getriebeeingangswelle 4 bei geschlossenem zweiten Schaltelement D des Hauptgetriebes HG mit dem Losrad 9 der zweiten Stirnradstufe als Radebene IV des Hauptgetriebes HG verbunden wird. Die verbrennungsmotorisch antreibbare Antriebswelle 1 als zweite Getriebeeingangswelle wird bei geschlossenem dritten Schaltelements E des Hauptgetriebes HG mit dem Losrad 10 der dritten Stirnradstufe als Radebene V des Hauptgetriebes HG verbunden. Des Weiteren wird die verbrennungsmotorisch antreibbare Antriebswelle 1 bei geschlossenem vierten Schaltelement F des Hauptgetriebes HG mit einer Hauptwelle 11 verbunden, die mit dem ersten Element der Bereichsgruppe GP verbunden ist.
  • Der ersten Stirnradstufe als Radebene III des Hauptgetriebes HG sind die vierte und fünfte Übersetzungsstufe 4., 5. des Hauptgetriebes HG, der zweiten Stirnradstufe als Radebene IV des Hauptgetriebes HG die erste und die zweite Übersetzungsstufe 1., 2. des Hauptgetriebes HG und der dritten Stirnradstufe als Radebene V des Hauptgetriebes HG ist die dritte Übersetzungsstufe 3. des Hauptgetriebes HG zugeordnet. Die vierte Radebene VI ist eine schaltbare Abtriebskonstante des Hauptgetriebes HG.
  • Der ersten beiden Stirnradstufen als Radebenen III und IV des Hauptgetriebes sind dem ersten Teilgetriebe zugeordnet, während dem zweiten Teilgetriebe die dritte Stirnradstufe als Radebene V des Hauptgetriebes HG zugeordnet ist. Die Radebene VI des Hauptgetriebes HG ist die schaltbare Abtriebskonstante. Der Abtriebskonstante sind ein erstes Schaltelement G und ein zweites Schaltelement H zugeordnet, wobei bei geschlossenem Schaltelement G das Losrad 12 der Abtriebskonstante mit der Hauptwelle 11 und damit mit dem ersten Element der nachgeschalteten Bereichsgruppe GP in Planentenbauweise verbunden ist. Bei geschlossenem Schaltelement H ist das Losrad 12 der Abtriebskonstante mit dem zweiten Element der Bereichsgruppe GP verbunden. Das dritte Element 13 der Bereichsgruppe GP ist über einen erstes Bereichsumschaltelement L mit dem Gehäuse verbindbar oder mit einem zweiten Bereichsumschaltelement S mit der Abtriebswelle 2 verbindbar.
  • Zum rein elektrischen Fahren sind die beiden der elektrisch antreibbaren Antriebswelle 4 bzw. der Hohlwelle zugeordneten Übersetzungsstufen durch Drehrichtungsumkehr der elektrischen Maschine EM auch als Rückwärtsgangübersetzungen realisierbar. Durch die nachgeschaltete Bereichsgruppe GP entstehen daraus vier elektrisch fahrbare Übersetzungsstufen. Eine Trennkupplung für den Verbrennungsmotor VM ist zum rein elektrischen Fahren nicht erforderlich, da die verbrennungsmotorisch antreibbare Antriebswelle 1 durch geöffnete Schaltelemente A, B des ersten Planetenradsatzes PS1 und durch geöffnete Schaltelemente E und F im Hauptgetriebe HG abgekoppelt wird.
  • Durch die zwei Teilgetriebe können der Verbrennungsmotor VM und die elektrische Maschine mit unterschiedlichen Übersetzungen betrieben werden. Hierbei ergibt sich der Vorteil, dass bei dem Verbrennungsmotor VM und bei der elektrischen Maschine EM fahrsituationsabhängig jeweils geeignete Betriebspunkte gewählt werden können. Die elektrische Maschine EM kann teilweise auch ganz abgekoppelt werden und stillstehen, um Nulllastverluste zu vermeiden.
  • Lastschaltungen im Hybridbetrieb können beim ISG-Modus realisiert werden, wobei bei einem Gangwechsel eines Ganges, welcher der verbrennungsmotorisch antreibbaren Antriebswelle 1 zugeordnet ist, die elektrische Maschine EM die Zugkraft an der ersten Getriebeeingangswelle 4 abstützt, während bei einem Gangwechsel eines Ganges, welcher der ersten Getriebeeingangswelle 4 zugeordnet ist, der Verbrennungsmotor VM die Zugkraft über die zweite Getriebeeingangswelle bzw. Antriebswelle 1 abstützt.
  • Die dem Hauptgetriebe HG nachgeschaltete Bereichsgruppe GP als siebente Radebene VII realisiert eine Verdopplung der Gangzahl des Hauptgetriebes HG. Hierbei ergibt sich ein langsamer Bereich durch das Bereichsumschaltelement L und ein schneller Bereich durch das Bereichsumschaltelement S. Bei der der Bereichsgruppe GP nachgeschalteten umkoppelbaren bzw. umschaltbaren Abtriebskonstante ergibt sich bei der Ankopplung an das zweite Element der Bereichsgruppe GP der Vorteil, dass die elektrische Maschine EM über die Vorgelegewelle 8 die Zugkraft stützen kann, während die Bereichsumschaltelement L und S lastfrei umgeschaltet werden. Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass die Drehzahl der Vorgelegewelle 8 beim Fahren im Direktgang abgesenkt werden kann, um Schleppverluste an Lagern und Dichtungen zu reduzieren.
  • Bei aktiviertem ersten Schaltelement I des zweiten Planentenradsatzes PS2 wird die EDA-Funktion und die IDS-Funktion realisiert. Im EDA-Modus wird ein elektrodynamisches Anfahren realisiert, wobei das zweite Element bzw. der Steg des zweiten Planentenradsatzes PS2 als EDA-Abtrieb dient und in dem ersten Gang wirkt. Der Verbrennungsmotor VM ist mit dem dritten Element 6 bzw. dem Hohlrad des zweiten Planentenradsatzes PS2 verbunden, während die elektrische Maschine EM über die elektrisch antreibbare Welle 5 mit dem ersten Element bzw. mit dem Sonnenrad des zweiten Planentenradsatzes PS2 verbunden ist. Bei Fahrzeugstillstand dreht das zweite Element des zweiten Planentenradsatzes PS2. Der Verbrennungsmotor VM bzw. die verbrennungsmotorisch antreibbare Antriebswelle 1 dreht zum Beispiel mit Leerlaufdrehzahl, während die elektrische Maschine EM bzw. die elektrisch antreibbare Welle 5 rückwärts dreht. Die Drehmomentverhältnisse an dem zweiten Planetenradsatz PS2 sind konstant bzw. drehzahlunabhängig. Das Drehmoment des Verbrennungsmotors VM und das Drehmoment der elektrischen Maschine EM addieren sich an dem zweiten Element des zweiten Planentenradsatzes PS2. Auf diese Weise ist das elektrodynamische Anfahren möglich. Während des Anfahrvorganges ändert sich die Drehzahl der elektrischen Maschine EM bis hin zum Blockumlauf des zweiten Planentenradsatzes PS2. Das Anfahren kann beendet werden, indem der zweite Planetenradsatz PS2 durch ein geeignetes Schaltelement verblockt wird.
  • Die Lastschaltfunktion bzw. das elektrodynamische Schalten im EDS-Modus erfolgt, wenn ein dem ersten Teilgetriebe und damit der ersten Getriebeeingangswelle 4 zugeordneter Gang eingelegt ist. Dieser dient als Stützgang, über den der Kraftfluss während der Lastschaltung geleitet wird. Der Stützgang kann identisch mit dem Istgang oder dem Zielgang sein. Während der Lastübernahmephase werden die Drehmomente an dem Verbrennungsmotor VM und der elektrischen Maschine EM derart eingestellt, dass diese der Standübersetzung des zweiten Planentenradsatzes PS2 entsprechen. Dadurch gibt es nur noch Kraftfluss über das zweite Element des zweiten Planentenradsatzes PS2 und den Stützgang. Alle anderen Gangschaltelemente werden lastfrei. Das lastfrei gewordene Schaltelement des Istganges wird ausgelegt und die Drehzahlen von Verbrennungsmotor VM und elektrischer Maschine EM werden derart geregelt, dass das einzulegende Schaltelement des Zielganges synchronisiert wird. Das synchron gewordene Schaltelement des Zielganges wird eingelegt. Die Schaltung ist abgeschlossen und die Last an der elektrischen Maschine EM kann bedarfsweise abgebaut werden.
  • Das EDS-Schaltverfahren hat den Vorteil, dass das zuschaltende Schaltelement im Zusammenspiel von elektrischer Maschine EM und Verbrennungsmotor VM synchronisiert wird. Die regelbare elektrische Maschine EM hat einen Einfluss auf die Differenzdrehzahl am Schaltelement. Ein weiterer Vorteil des EDS-Schaltverfahrens ist, dass eine hohe Zugkraft erreicht werden kann, da sich die Drehmomente von Verbrennungsmotor VM und der elektrischen Maschine EM an dem zweiten Planetenradsatz PS2 summieren.
  • Insgesamt ergibt sich bei der Ausführungsvariante gemäß 1 ein Radsatzaufbau mit sieben Radebenen I bis VII, die koaxial bzw. axial hintereinander angeordnet sind. Ferner sind sechs Doppelschaltelemente A/B, I/J, C/D, E/F, G/H, L/S vorgesehen. Zudem kann der zweite Planetenradsatz PS2 baumraumneutral radial innerhalb der elektrischen Maschine EM angeordnet und somit mit dieser verschaltet werden.
  • Bei der vorgeschlagenen Getriebeanordnung sind beispielsweise die Planetenradsätze jeweils als Minus-Planetenradsätze ausgeführt. Dann gilt für das Vorbeschriebene, dass das erste Element des Minus-Planetenradsatzes das Sonnenrad ist, das zweite Element des Minus-Planetenradsatzes der Planetenradträger bzw. der Steg ist und das dritte Element des Minus-Planetenradsatzes das Hohlrad ist. Es ist auch denkbar, dass einer oder mehrere der Planetenradsätze als Plus-Planetenradsätze ausgeführt sind. Dann gilt für das Vorbeschriebene, dass das erste Element des Plus-Planetenradsatzes das Sonnenrad ist, das zweite Element des Plus-Planetenradsatzes das Hohlrad ist und das dritte Element des Plus-Planetenradsatzes der Planetenradträger bzw. der Steg ist.
  • Wenn beispielsweise der erste Planetenradsatz PS1 als Plus-Getriebe mit positiver Standübersetzung ausgeführt ist, wären die Zuordnung des Sonnenrades, des Stegs und des Hohlrades trotzdem gleich, da beim Plus-Planetenradsatz nicht der Steg, sondern das Hohlrad als zweites Element die Summenwelle bildet. Wenn der erste Planetenradsatz PS1 keine OD-Gruppe (Übersetzung ins Schnelle) ist, sondern eine DD-Gruppe (Übersetzung ins langsame) ist, werden in beiden Fällen die Teilgetriebe einerseits direkt gekoppelt, wenn das Schaltelement A geschlossen ist und damit der erste Planetenradsatz PS1 verblockt ist. Bei dem Schaltelement B wirkt der Planetenradsatz PS1 als Vorübersetzung für das erste Teilgetriebe (bei einem Minus-Planetenradsatz eine Vorübersetzung ins Schnelle, beim Plus-Planetenradsatz eine Übersetzung ins Langsame).
  • Nicht weiter beschriebene Verschaltungen und Verbindungen sowie Bauteile bei dem Radsatz sind der schematischen Ansicht des Radsatzes entnehmbar. Ebenso sind der jeweiligen Schaltmatrix die beispielhaft angegebenen nicht weiter beschriebenen Übersetzungsstufen mit den jeweils zu betätigenden Schaltelementen zu entnehmen.
  • In 2 sind beispielhaft Zahlenwerte für die einzelnen Übersetzungen i der jeweiligen Radebenen I bis VII angegeben. Die angegebenen Übersetzung i entspricht dem jeweiligen Zähnezahlverhältnis der Stirnräder bzw. bei den Planetenradsätzen der Standübersetzung (Zähnezahlverhältnis zwischen dem dritten Element und dem ersten Element). Das negative Vorzeichen bezieht sich auf eine Drehrichtungsumkehr. Die Übersetzungen i der Stirnradpaare sind in folgender Kraftflussrichtung angegeben. Bei den Radebenen III, IV, V ergibt sich ein Kraftfluss von den Antriebswellen 1, 4 zur Vorgelegewelle 8 und bei der Radebene VI von der Vorgelegewelle 8 zur Hauptwelle 11.
  • In 3 ist beispielhaft eine Schaltmatrix im ISG-Modus aus Sicht des Verbrennungsmotors VM dargestellt. Die Schaltmatrix gibt die jeweiligen Gang-Übersetzungen i und die jeweiligen Gangsprünge phi an, wobei das jeweils aktivierte bzw. geschlossene Schaltelement für die jeweilige Übersetzungsstufe durch ein X in der Schaltmatrix markiert ist.
  • Wenn der Kraftfluss des Verbrennungsmotors VM über das zweite Teilgetriebe also über die verbrennungsmotorisch antreibbare Antriebswelle 1 führt, kann im kraftflussfreien ersten Teilgetriebe an der ersten Getriebeeingangswelle 4 vorgewählt werden oder die Teilgetriebe können miteinander gekoppelt werden. Der Vorwahlgang ist bei der Gangnummer in Klammern angegeben. Zum Beispiel ist bei der Angabe 2 (1) der zweite Gang für den Verbrennungsmotor VM aktiv, wobei der erste Gang für den Verbrennungsmotor VM vorgewählt und gleichzeitig für die elektrische Maschine EM aktiv ist. Der Schaltzustand 7 (L) beschreibt den siebenten Gang, wobei sich die Bereichsgruppe GP in der vorgewählten langsamen Gruppe befindet. Der Schaltzustand 7 (S) beschreibt den siebenten Gang, wobei die Bereichsgruppe GP sich in der vorgewählten schnellen Gruppe befindet. Die Schaltelemente L bzw. S sind dabei lastfrei, weil der Kraftfluss über das zweite Schaltelement H der Abtriebskonstante direkt auf die Abtriebswelle 2 geleitet wird.
  • Der Schaltzustand 12 (AD) dient dazu, die Vorgelegewellendrehzahl bei Nutzung des Direktganges im Hauptgetriebe HG abzusenken, in dem die Abtriebskonstante bzw. die Radebene VI durch die geöffneten Schaltelemente G, H gelöst wird und das Gangschaltelement des ersten Ganges, nämlich D, geschlossen wird. Hierbei ergibt sich der Vorteil, dass weniger Verluste an Lagern und Dichtungen auftreten.
  • Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren zur zugkraftunterbrechungsfreien Umschaltung der Bereichsgruppe GP bei einer Schaltung bzw. bei einem Übersetzungsstufenwechsel vom 6. Gang in den 7. Gang im ISG-Modus beschrieben. Die Getriebeanordnung befindet sich beim verbrennungsmotorischen bzw. hybridischen Fahren in der sechsten Übersetzungsstufe (Direktgang, in der langsamen Gruppe, Schaltelemente F und L geschlossen), welches in der Schaltmatrixzeile 6 (4) beschrieben wird. Des Weiteren wirkt die elektrische Maschine EM aufgrund der Vorwahl noch im vierten Gang. Dies bedeutet, dass das Schaltelement C und G geschlossen sind. Dies wird in der Schaltmatrixzeile 6 (4) beschrieben.
  • Um im Rahmen des Verfahrens vom sechsten in den siebenten Gang zu schalten, werden sowohl das Doppel-Schaltelement G/H als auch das Doppel-Schaltelement C/D umgeschaltet. Erfindungsgemäß wird nun vorgesehen, dass zuerst das Schaltelement G/H gewechselt und erst danach das Schaltelement C/D. Hierbei ergibt sich der Vorteil, dass die Drehzahl der elektrischen Maschine EM zuerst abgesenkt. Anschließend kann mit hohem Drehmoment synchronisiert werden. Es wird weniger Energie zur Drehzahländerung der Trägheitsmasse des Rotors benötigt. Andernfalls ergibt sich die Gefahr von Überdrehzahl und ein unnötiger Energieverbrauch bei der Synchronisierung.
  • Im Einzelnen wird bei dem Verfahren zunächst ein Lastabbau an der elektrischen Maschine EM vorgenommen, sofern Last vorhanden ist. Dies bedeutet der Verbrennungsmotor VM übernimmt die Last. Danach erfolgt das lastfreie Öffnen des ersten Schaltelements G der Abtriebskonstante. Anschließend wird aktiv das zweite Schaltelement H der Abtriebskonstante über eine Drehzahlregelung des Elektromotors EM synchronisiert. Dazu wird die Drehzahl der elektrischen Maschine EM abgesenkt. Die Drehzahlabsenkung erfolgt um den Faktor der Bereichsgruppen-Übersetzung. Danach kann das zweite Schaltelement H der Abtriebskonstante lastfrei geschlossen werden. Dies entspricht der Schaltmatrixzeile 6 (10). Übergangsweise ist in diesem Zustand der zehnte Gang vorgewählt, weil das erste Schaltelement C des Hauptgetriebes HG noch geschlossen ist. Danach wird das Schaltelement C des Hauptgetriebes HG lastfrei geöffnet und das zweite Schaltelement D des Hauptgetriebes HG aktiv über die Drehzahlregelung der elektrischen Maschine EM synchronisiert. Dazu wird die Drehzahl der elektrischen Maschine auf das Zieldrehzahlniveau des siebenten Ganges angehoben. Anschließend erfolgt ein lastfreies Schließen des zweiten Schaltelements D des Hauptgetriebes HG. Dies entspricht der Schaltmatrixzeile 6 (7). Nun ist der richtige Anschlussgang (siebenter Gang) vorgewählt. Es folgt der Lastübergang von dem Verbrennungsmotor VM auf die elektrische Maschine EM, d.h. die elektrische Maschine EM stützt die Zugkraft im Zielgang (siebenter Gang). Nach dem der Verbrennungsmotor lastfrei ist, wird das vierte Schaltelement F des Hauptgetriebes HG geöffnet. Der Verbrennungsmotor VM synchronisiert auf die Zieldrehzahl, d.h. das erste Schaltelements A des ersten Planetenradsatzes PS1 wird mit dem Verbrennungsmotor VM synchronisiert. Es folgt das lastfreie Schließen des ersten Schaltelementes A des ersten Planetenradsatzes PS1. Dies bedeutet der siebente Gang ist eingelegt und die Schaltung ist abgeschlossen, welches die Zustände der Schaltelemente betrifft. Dies ist in Schaltmatrixzeile 7 (L) angegeben. Der Lastübergang kann je nach Betriebsstrategie von der elektrischen Maschine EM auf den Verbrennungsmotor VM erfolgen. Anschließend kann der Wechsel von dem Bereichsumschaltelement L zum Bereichsumschaltelement S der Bereichsgruppe GP erfolgen (Synchronisation durch synchronisiertes Schaltelement S) bei offenem Schaltelement F des Hauptgetriebes HG. Hierbei ergibt sich der Vorteil, dass geringe Trägheitsmassen an dem ersten Element der Bereichsgruppe GP anliegen, welches der Hauptwelle 11 entspricht. Das Bereichsumschaltelement S kann geschlossen werden.
  • Der Wechsel vom Bereichsumschaltelement L zum Bereichsumschaltelement S im Zuge der 6–7 Schaltung ist vorteilhaft, weil an der Bereichsgruppe GP keine Zahnabwälzung mehr stattfindet. Dies führt zur Verlustoptimierung. Dies ist aber nicht unbedingt erforderlich. Der Wechsel könnte auch zu einem späteren Zeitpunkt beim Wechsel in einen höheren Gang erfolgen. Das Bereichsumschaltelement L könnte dann vorerst geschlossen bleiben. Erst für den zwölften Gang ist es zwingend erforderlich, dass das das Bereichsumschaltelement S geschlossen ist, weil der Kraftfluss über das erste Element der Bereichsgruppe GP eingeleitet wird und nicht mehr direkt auf das zweite Element der Bereichsgruppe GP über das zweite Schaltelement H der Abtriebskonstante.
  • In 4 ist eine Schaltmatrix im EDA-Modus aus Sicht des Verbrennungsmotors VM beispielhaft dargestellt. Die Schaltmatrix ist identisch zum ISG-Modus, nur mit dem Unterschied, dass anstelle des zweiten Schaltelements J des zweiten Planetenradsatzes PS2 das erste Schaltelement I geschlossen ist. Es ergeben sich jedoch andere Drehzahlverhältnisse an der elektrischen Maschine EM und am zweiten Planetenradsatz PS2.
  • Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nun die zugkraftunterbrechungsfreie Umschaltung der Bereichsgruppe GP bei einer 6–7 Schaltung im EDA-Modus (EDS-Schaltung 6–7) beschrieben. Die Getriebeanordnung befindet sich in dem Zustand, dass das erste Schaltelement I des zweiten Planetenradsatzes PS2 geschlossen ist. Ferner liegt ein verbrennungsmotorisches bzw. hybridisches Fahren im sechsten Gang vor, also im Direktgang in der langsamen Gruppe, Schaltelemente F und L geschlossen). Dies entspricht der Schaltmatrixzeile 6 (4). Die elektrische Maschine EM wirkt über den zweiten Planetenradsatz PS2 und die Getriebeanordnung befindet sich im vierten Gang. Dies bedeutet, dass die Schaltelemente C und G geschlossen sind und entspricht der Schaltmatrixzeile 6 (4).
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zuerst die Schaltelemente G/H gewechselt werden und danach erst die Schaltelemente C/D. Dies hat den Vorteil, dass die Drehzahl der elektrischen Maschine EM abgesenkt wird und somit mit hohem Drehmoment synchronisiert werden kann. Demzufolge wird weniger Energie zur Drehzahländerung der Trägheitsmasse des Rotors benötigt.
  • Im Einzelnen wird bei dem vorgeschlagenen Verfahren vorgesehen, dass zunächst ein Lastabbau an der elektrischen Maschine EM erfolgt, wenn dieser vorhanden ist, so dass der Verbrennungsmotor VM die Last übernimmt. Anschließend wird das erste Schaltelement G der Abtriebskonstante lastfrei geöffnet. Es folgt ein aktives Synchronisieren des zweiten Schaltelement H der Abtriebskonstante mit der Drehzahlregelung der elektrischen Maschine EM. Dazu wird die Drehzahl des zweiten Elements des zweiten Planetenradsatzes PS2 abgesenkt. Dies geschieht wiederum durch Absenken der Drehzahl der elektrischen Maschine EM. Die Drehzahlabsenkung an dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes PS2 erfolgt um den Faktor der Übersetzung der Bereichsgruppe GP. Danach wird das zweite Schaltelement H der Abtriebskonstante lastfrei geschlossen. Dies entspricht der Schaltmatrixzeile 6 (10). Übergangsweise ist in diesem Zustand der zehnte Gang vorgewählt, weil das erste Schaltelement C des Hauptgetriebes HG noch geschlossen ist. Anschließend erfolgte das lastfrei Öffnen des Schaltelements C. Danach kann ein aktives Synchronisieren des zweiten Schaltelement D des Hauptgetriebes HG mit der Drehzahlregelung der elektrischen Maschine EM erfolgen. Dazu wird die Drehzahl des zweiten Elements des zweiten Planetenradsatzes PS2 angehoben, bis zum Zieldrehzahlniveau des siebenten Ganges. Dies geschieht wiederum durch Anhebung der Drehzahl der elektrischen Maschine EM. Anschließend wird das Schaltelement D lastfrei geschlossen. Dies entspricht der Schaltmatrixzeile 6 (7). Nun ist der richtige Anschlussgang (siebenter Gang) vorgewählt. Die Drehmomente des Verbrennungsmotors VM und der elektrischen Maschine EM werden so eingestellt, dass diese im Verhältnis der Standübersetzung von dem zweiten Planetenradsatz PS2 stehen, damit das auszulegende Schaltelement F lastfrei wird. Der Kraftfluss läuft dann ausschließlich über das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes PS2 über den Zielgang (siebenter Gang) und über die Schaltelemente D und H. Gleichzeitig werden die Drehmomente des Verbrennungsmotors VM und der elektrischen Maschine EM im Rahmen der Grenzen der beiden Antriebsmaschinen so eingestellt, dass die Zugkraft möglichst nahe des vom Fahrer oder einer Fahrstrategiefunktion gewünschten Sollwertes kommt. Wenn der lastfrei Zustand erreicht ist, wird das Schaltelement F geöffnet. Die Drehmomente von Verbrennungsmotor VM und elektrischer Maschine EM werden so gesteuert bzw. geregelt, dass die Drehzahl des Verbrennungsmotors VM auf die Zieldrehzahl sinkt, d.h. das Schaltelement A wird synchronisiert. Anschließend erfolgt ein lastfreies Schließen des Schaltelementes A, sodass der siebente Gang eingelegt ist und die Schaltung abgeschlossen ist, welches die Zustände der Schaltelemente betrifft. Dies entspricht der Schaltmatrix Zeile 7 (L). Je nach Betriebsstrategie erfolgt ein Lastübergang von der elektrischen Maschine EM auf den Verbrennungsmotor VM. Anschließend kann ein Wechsel von dem Bereichsumschaltelement L zum Bereichsumschaltelement S durchgeführt werden (Synchronisation durch synchronisiertes Schaltelement S), während das Schaltelement F geöffnet ist. Das offene Schaltelement F hat den Vorteil, dass geringe Trägheitsmassen an dem ersten Element der Bereichsgruppe GP und damit an der Hauptwelle 11 anliegen. Anschließend kann das Bereichsumschaltelement S geschlossen werden. Der Wechsel von dem Bereichsumschaltelement L zum Bereichsumschaltelement S im Zuge der 6–7 Schaltung ist vorteilhaft, weil dann an der Bereichsgruppe GP keine Zahnabwälzung mehr stattfindet (Verlustoptimierung). Eine spätere Umschaltung ist auch möglich.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein Verfahren zur Verbindung von elektrischer Maschine EM und Verbrennungsmotor VM über den ersten Planetenradsatz PS1 und den zweiten Planetenradsatz PS2 beschrieben und beansprucht. Hierbei wird vorgesehen, dass zum Starten des Verbrennungsmotors VM und/oder zum Laden durch die elektrische Maschine EM das zweite Schaltelement J des zweiten Planetenradsatzes PS2 und das zweite Schaltelement B des ersten Planetenradsatzes PS1 geschlossen werden, um eine hohe Übersetzung von der elektrischen Maschine EM zum Verbrennungsmotor VM vorzusehen. Um den Verbrennungsmotor VM mit der elektrischen Maschine EM starten zu können, wird eine mechanische Verbindung von der elektrischen Maschine EM zum Verbrennungsmotor VM benötigt, die unabhängig von der Abtriebswelle 2 ist, damit sich das Fahrzeug beim Start des Verbrennungsmotors VM nicht bewegt. Ebenso wird eine solche Verbindung zwischen Verbrennungsmotor VM und elektrischer Maschine EM benötigt, um unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit mit der elektrischen Maschine EM eine generatorische Leistung zu erzeugen, um zum Beispiel die Fahrzeugbatterie aufladen zu können (Laden im Stillstand).
  • Hierzu werden die Schaltelemente J und B geschlossen, um eine möglichst hohe Übersetzung von der elektrischen Maschine EM zum Verbrennungsmotor VM zu erhalten. Die beiden Planetenradsätze PS1 und PS2 wirken als Vorübersetzung für die elektrische Maschine EM bezüglich des Verbrennungsmotors VM, so dass der Verbrennungsmotor VM mit sehr wenig Drehmoment von der elektrischen Maschine EM gestartet werden kann. Hierbei ergibt sich der Vorteil, dass die elektrische Maschine EM weniger Leistung benötigt und die Leistungselektronik weniger belastet wird. Das Laden in Neutral hat den Vorteil, dass die elektrische Maschine trotz niedriger Drehzahl des Verbrennungsmotors VM (zum Beispiel Leerlaufdrehzahl) eine hohe Drehzahl aufweist, welches günstig für den Wirkungsgrad der elektrischen Maschine ist.
  • Ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren zum Koppeln der elektrischen Maschine EM beim Fahren im Direktgang bei der beschriebenen Getriebeanordnung kann vorsehen, dass die elektrische Maschine EM über den zweiten Planetenradsatz PS2 und den ersten Planetenradsatz PS1 an die verbrennungsmotorisch antreibbare Antriebswelle 1 angekoppelt wird und dass das erste Teilgetriebe in Neutral geschaltet wird.
  • Wenn der Verbrennungsmotor VM im Direktgang betrieben wird, wird der Kraftfluss des Verbrennungsmotors VM ausschließlich über das zweite Teilgetriebe über die Schaltelemente F und S geleitet, wobei bekannt ist, dass die elektrische Maschine EM über das lastfreie erste Teilgetriebe mit verschiedenen Übersetzungen angekoppelt werden kann. Hierbei stehen viele Übersetzungen zur Verfügung, welche den Schaltkombinationen A/I, A/J, B/I und B/J entsprechen. Es wird für die jeweilige Fahrsituation und die benötigte elektrische Leistung aus diesen eine passende Übersetzung für die elektrische Maschine EM ausgewählt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    verbrennungsmotorisch antreibbare Antriebswelle bzw. zweite Getriebeeingangswelle des zweiten Teilgetriebes
    2
    Abtriebswelle
    3
    erstes Element (Sonnenrad) des ersten Planetenradsatzes
    4
    erste Getriebeeingangswelle des ersten Teilgetriebes
    5
    elektrisch antreibbare Antriebswelle
    6
    drittes Element (Hohlrad) des zweiten Planetenradsatzes
    7
    Losrad der ersten Stirnradstufe des Hauptgetriebes
    8
    Vorgelegewelle
    9
    Losrad der zweiten Stirnradstufe des Hauptgetriebes
    10
    Losrad der dritten Stirnradstufe des Hauptgetriebes
    11
    Hauptwelle
    12
    Losrad der vierten Stirnradstufe des Hauptgetriebes
    13
    drittes Element (Hohlrad) der Bereichsgruppe
    HG
    Hauptgetriebe
    PS1
    erster Planetenradsatz
    PS2
    zweiter Planetenradsatz
    GP
    Bereichsgruppe
    1.
    erste Übersetzungsstufe des Hauptgetriebes
    2.
    zweite Übersetzungsstufe des Hauptgetriebes
    3.
    dritte Übersetzungsstufe des Hauptgetriebes
    4.
    vierte Übersetzungsstufe des Hauptgetriebes
    5.
    fünfte Übersetzungsstufe des Hauptgetriebes
    6.
    sechste Übersetzungsstufe des Hauptgetriebes
    I
    erste Radebene
    II
    zweite Radebene
    III
    dritte Radebene bzw. erste Stirnradstufe des Hauptgetriebes
    IV
    vierte Radebene bzw. zweite Stirnradstufe des Hauptgetriebes
    V
    fünfte Radebene bzw. dritte Stirnradstufe des Hauptgetriebes
    VI
    sechste Radebene bzw. vierte Stirnradstufe (Abtriebskonstante) des Hauptgetriebes
    VII
    siebente Radebene
    A
    erstes Schaltelement des ersten Planetenradsatzes
    B
    zweites Schaltelement des ersten Planetenradsatzes
    C
    erstes Schaltelement des Hauptgetriebes
    D
    zweites Schaltelement des Hauptgetriebes
    E
    drittes Schaltelement des Hauptgetriebes
    F
    viertes Schaltelement des Hauptgetriebes
    G
    erstes Schaltelement der Abtriebskonstante
    H
    zweites Schaltelement der Abtriebskonstante
    L
    Bereichsumschaltelement ins Langsame
    S
    Bereichsumschaltelement ins Schnelle
    I
    erstes Schaltelement des zweiten Planetenradsatzes EDA- und EDS-Modus
    J
    zweites Schaltelement des zweiten Planetenradsatzes ISG-Modus
    VM
    Verbrennungsmotor
    EM
    Elektrische Maschine
    phi
    Gangsprung
    i
    Übersetzung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102013200158 A1 [0002]

Claims (13)

  1. Automatisierte Getriebeanordnung mit einer verbrennungsmotorisch antreibbaren Antriebswelle (1) und einer elektrisch antreibbaren Antriebswelle (5) sowie einer Abtriebswelle (2), mit einem Hauptgetriebe (HG) mit einer ersten Getriebeeingangswelle (4) eines ersten Teilgetriebes und mit einer zweiten Getriebeeingangswelle eines zweiten Teilgetriebes, und mit einem ersten Planetenradsatz (PS1) als Vorschaltgruppe für eines der Teilgetriebe, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Planetenradsatz (PS2) als Vorübersetzung für eine elektrische Maschine (EM) und/oder als Überlagerungsgetriebe vorgesehen ist, wobei die verbrennungsmotorisch antreibbare Antriebswelle (1) mit einem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes (PS1) verbunden ist, wobei das zweite Element des ersten Planetenradsatzes (PS1) über ein erstes Schaltelement (I) des zweiten Planetenradsatzes (PS2) mit einem dritten Element (6) des zweiten Planetenradsatzes (PS2) verbindbar ist, wobei das dritte Element (6) des zweiten Planetenradsatzes (PS2) über ein zweites Schaltelement (J) des zweiten Planetenradsatzes (PS2) mit einem Gehäuse verbindbar ist, wobei die verbrennungsmotorisch antreibbare Antriebswelle (1) über ein erstes Schaltelement (A) des ersten Planetenradsatzes (PS1) mit einem ersten Element (3) des ersten Planetenradsatzes (PS1) zum Verblocken des ersten Planetenradsatzes (PS1) verbindbar ist, wobei das erste Element (3) des ersten Planetenradsatzes (PS1) über ein zweites Schaltelement (B) des ersten Planetenradsatzes (PS1) mit dem Gehäuse verbindbar ist, wobei ein drittes Element des ersten Planetenradsatzes (PS1) mit der ersten Getriebeeingangswelle (4) des ersten Teilgetriebes des Hauptgetriebes (HG) verbunden ist, wobei ein zweites Element des zweiten Planetenradsatzes (PS2) mit der ersten Getriebeeingangswelle (4) verbunden ist, und wobei ein erstes Element des zweiten Planetenradsatzes (PS2) mit der elektrisch antreibbaren Antriebswelle (5) verbunden ist.
  2. Getriebeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptgetriebe vier Radebenen (III, IV, V, VI) umfasst, denen vier Schaltelemente (C, D, E, F) zugeordnet sind, wobei die erste und die zweite Radebene (III, IV) des Hauptgetriebes (HG) mit der ersten Getriebeeingangswelle (4) verbindbar sind und wobei die dritte Radebene (V) des Hauptgetriebes (HG) mit der verbrennungsmotorisch antreibbaren Antriebswelle (1) als zweite Getriebeeingangswelle verbindbar ist.
  3. Getriebeanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten Radebene (III) des Hauptgetriebes (HG) eine vierte und fünfte Übersetzungsstufe (4., 5.) des Hauptgetriebes (HG), der zweiten Radebene (IV) eine erste und eine zweite Übersetzungsstufe (1., 2.) des Hauptgetriebes (HG) und der dritten Radebene (V) eine dritte Übersetzungsstufe (3.) des Hauptgetriebes (HG) zugeordnet sind und die vierte Radebene (VI) als Abtriebskonstante dient.
  4. Getriebeanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Hauptgetriebe (HG) eine Bereichsgruppe (GP) in Planetenbauweise nachgeschaltet ist, wobei die vierte Radebene (VI) des Hauptgetriebes (HG) als schaltbare Abtriebskonstante mit der Bereichsgruppe (GP) koppelbar ist.
  5. Getriebeanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbare Abtriebskonstante (VI) über ein erstes Schaltelement (G) der Abtriebskonstante mit einem ersten Element der Bereichsgruppe (GP) oder über ein zweites Schaltelement (H) der Abtriebskonstante mit einem zweiten Element der Bereichsgruppe (GP) verbindbar ist, welches mit der Abtriebswelle (2) verbunden ist, wobei ein drittes Element (13) der Bereichsgruppe (GP) über ein erstes Bereichsumschaltelement (L) mit dem Gehäuse oder über ein zweites Bereichsumschaltelement (S) mit der Abtriebswelle (2) verbindbar ist.
  6. Getriebeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine zusätzliche Radebene zum Realisieren von Rückwärtsgangübersetzungen vorgesehen ist.
  7. Getriebeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element eines der Planetenradsätze (PS1, PS2, GP) ein Sonnenrad ist, wenn der Planetenradsatz (PS1, PS2, GP) als Minus-Planetenradsatz ausgeführt ist, dass das zweite Element eines der Planetenradsätze (PS1, PS2, GP) ein Planetenradträger ist, wenn der Planetenradsatz (PS1, PS2, GP) als Minus-Planetenradsatz ausgeführt ist und dass das dritte Element eines der Planetenradsätze (PS1, PS2, GP) ein Hohlrad ist, wenn der Planetenradsatz (PS1, PS2, GP) als Minus-Planetenradsatz ausgeführt ist.
  8. Getriebeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element eines der Planetenradsätze (PS1, PS2, GP) ein Sonnenrad ist, wenn der Planetenradsatz (PS1, PS2, GP) als Plus-Planetenradsatz ausgeführt ist, dass das zweite Element eines der Planetenradsätze (PS1, PS2, GP) ein Hohlrad ist, wenn der Planetenradsatz (PS1, PS2, GP) als Plus-Planetenradsatz ausgeführt ist, und dass das dritte Element eines der Planetenradsätze (PS1, PS2, GP) ein Planetenradträger ist, wenn der Planetenradsatz (PS1, PS2, GP) als Plus-Planetenradsatz ausgeführt ist.
  9. Verfahren zum Durchführen eines zugkraftunterbrechungsfreien Übersetzungswechsels bei einer Getriebeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zum Wechsel von einer sechsten Übersetzungsstufe in eine siebente Übersetzungsstufe zuerst ein Wechsel zwischen den Schaltelementen (G, H) der Abtriebskonstante des Hauptgetriebes (HG) durchgeführt wird und danach ein Wechsel zwischen den Schaltelementen (C, D) des Hauptgetriebes (HG) durchgeführt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass beim ISG-Modus ein Lastabbau an der elektrischen Maschine (EM) durchgeführt wird, dass das erste Schaltelement (G) der Abtriebskonstante lastfrei geöffnet wird, dass das zweite Schaltelement (H) der Abtriebskonstante aktiv über die Drehzahlregelung der elektrischen Maschine (EM) synchronisiert wird, dass das zweite Schaltelement (H) der Abtriebskonstante lastfrei geschlossen wird, dass ein erstes Schaltelement (C) des Hauptgetriebes (HG) lastfrei geöffnet wird, dass ein zweites Schaltelement (D) des Hauptgetriebes (HG) über die Drehzahlregelung der elektrischen Maschine (EM) aktiv synchronisiert wird, dass das zweite Schaltelement (D) des Hauptgetriebes (HG) lastfrei geschlossen wird, dass ein Lastübergang von dem Verbrennungsmotor (VM) auf die elektrische Maschine (EM) durchgeführt wird, dass nach dem Lastwechsel ein viertes Schaltelements (F) des Hauptgetriebes (HG) geöffnet wird, dass der Verbrennungsmotor (VM) auf die Zieldrehzahl synchronisiert wird, dass das erste Schaltelemente (A) des ersten Planetenradsatzes (PS1) mit dem Verbrennungsmotor (VM) synchronisiert wird, dass das erste Schaltelement (A) des ersten Planetenradsatzes (PS1) lastfrei geschlossen wird und die siebente Übersetzungsstufe geschaltet wird (7 (L)), dass ein Lastübergang von der elektrischen Maschine (EM) auf den Verbrennungsmotor (VM) je nach Betriebsstrategie durchgeführt wird, und dass ein Wechsel von dem ersten Bereichsumschaltelement (L) zu dem zweiten Bereichsumschaltelement (S) durchgeführt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass beim EDA- und EDS-Modus ein Lastabbau an der elektrischen Maschine (EM) durchgeführt wird, dass das erste Schaltelement (G) der Abtriebskonstante lastfrei geöffnet wird, dass das zweite Schaltelement (H) der Abtriebskonstante aktiv über die Drehzahlregelung der elektrischen Maschine (EM) synchronisiert wird, dass das zweite Schaltelement (H) der Abtriebskonstante lastfrei geschlossen wird, dass ein erstes Schaltelement (C) des Hauptgetriebes (HG) lastfrei geöffnet wird, dass ein zweites Schaltelement (D) des Hauptgetriebes (HG) über die Drehzahlregelung der elektrischen Maschine (EM) aktiv synchronisiert wird, dass das zweite Schaltelement (D) des Hauptgetriebes (HG) lastfrei geschlossen wird, dass die Drehmomente von dem Verbrennungsmotor (VM) und der elektrischen Maschine (EM) derart eingestellt werden, dass diese im Verhältnis einer Standübersetzung des zweiten Planentenradsatzes (PS2) stehen und ein auszulegendes viertes Schaltelement (F) des Hauptgetriebes lastfrei wird, dass das vierte Schaltelement (F) des Hauptgetriebes (HG) geöffnet wird, dass die Drehmomente des Verbrennungsmotors (VM) und der elektrischen Maschine (EM) derart geregelt werden, dass die Drehzahl des Verbrennungsmotors (VM) auf die Zieldrehzahl abgesenkt wird und das erste Schaltelement (A) des ersten Planentenradsatzes (PS1) synchronisiert wird, dass das erste Schaltelement (A) des ersten Planentenradsatzes (PS1) lastfrei geschlossen wird und die siebente Übersetzungsstufe (7 (L) geschaltet wird, dass ein Lastübergang von der elektrischen Maschine (EM) auf den Verbrennungsmotor (VM) je nach Betriebsstrategie durchgeführt wird, und dass ein Wechsel von dem ersten Bereichsumschaltelement (L) auf das zweite Bereichsumschaltelement (S) durchgeführt wird.
  12. Verfahren zum Verbinden von elektrischer Maschine (EM) und Verbrennungsmotor (VM) über den ersten Planetenradsatz (PS1) und den zweiten Planetenradsatz PS2) bei einer Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zum Starten des Verbrennungsmotors (VM) und/oder zum Laden durch die elektrische Maschine (EM) das zweite Schaltelement (J) des zweiten Planentenradsatzes (PS2) und das zweite Schaltelement (B) des ersten Planentenradsatzes (PS1) geschlossen werden, um eine hohe Übersetzung von der elektrischen Maschine (EM) zum Verbrennungsmotor (VM) vorzusehen.
  13. Verfahren zum Ankoppeln der elektrischen Maschine (EM) beim Fahren in einem Direktgang bei einer Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (EM) über den zweiten Planetenradsatz (PS2) und den ersten Planetenradsatz (PS1) an die verbrennungsmotorisch antreibbare Antriebswelle (1) angekoppelt wird und dass das erste Teilgetriebe in Neutral geschaltet wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE112007001230T5 (de) * 2006-05-25 2009-03-12 GM Global Technology Operations, Inc., Detroit Elektrisch verstellbares Getriebe mit zwei Planetenradsätzen und mehreren festen Verhältnissen
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