DE102017214905A1 - Verfahren zum Betreiben einer Getriebeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie entsprechende Getriebeeinrichtung - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Getriebeeinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug (2), die eine mit einer Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs (2) wirkverbindbare Eingangswelle (6) sowie eine erste Ausgangswelle (7) und eine zweite Ausgangswelle (8) aufweist und über ein als Planetengetriebe ausgestaltetes Stirnraddifferentialgetriebe (15) verfügt, über das die Eingangswelle (6) und eine Zwischenwelle (24) mit der ersten Ausgangswelle (7) und der zweiten Ausgangswelle (8) gekoppelt sind. Dabei ist vorgesehen, dass eine elektrische Maschine (25) in einer ersten Schaltstellung einer Schalteinrichtung (26) mit der Eingangswelle (6) und in einer zweiten Schaltstellung der Schalteinrichtung (26) mit der Zwischenwelle (24) gekoppelt ist, und dass die elektrische Maschine (25) bei Vorliegen der ersten Schaltstellung zum Beaufschlagen der Eingangswelle (6) mit einem Drehmoment und bei Vorliegen der zweiten Schaltstellung zum Bereitstellen eines Differenzdrehmoments und/oder einer Differenzdrehzahl zwischen der ersten Ausgangswelle (7) und der zweiten Ausgangswelle (8) betrieben wird, wobei die elektrische Maschine (25) bei einem Differenzdrehmoment von null und/oder einer Differenzdrehzahl von null mit einer von null verschiedenen Drehzahl betrieben wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Getriebeeinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug (2).
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Getriebeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug, die eine mit einer Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs wirkverbindbare Eingangswelle sowie eine erste Ausgangswelle und eine zweite Ausgangswelle aufweist und über ein als Planetengetriebe ausgestaltetes Stirnraddifferentialgetriebe verfügt, über das die Eingangswelle und eine Zwischenwelle mit der ersten Ausgangswelle und der zweiten Ausgangswelle gekoppelt sind. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Getriebeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug.
- Die Getriebeeinrichtung dient beispielsweise dem Übertragen eines Drehmoments zwischen einer Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs einerseits sowie einer Radachse des Fahrzeugs andererseits. Über die Getriebeeinrichtung ist die Radachse mit der Antriebseinrichtung wirkverbunden beziehungsweise zumindest wirkverbindbar. Die Radachse liegt entsprechend als angetriebene Radachse vor. Sie kann als Vorderradachse oder als Hinterradachse des Kraftfahrzeugs ausgestaltet sein. Die Getriebeeinrichtung weist die Eingangswelle sowie die erste Ausgangswelle und die zweite Ausgangswelle auf.
- Die Eingangswelle der Getriebeeinrichtung ist an die Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs angeschlossen, vorzugsweise über ein Schaltgetriebe und/oder eine Kupplung, insbesondere eine Anfahrkupplung. Mittels des Schaltgetriebes kann eine aus mehreren Übersetzungen ausgewählte Übersetzung zwischen der Antriebseinrichtung und der Eingangswelle der Getriebeeinrichtung eingestellt werden. Die Kupplung ist bevorzugt als Schaltkupplung und besonders bevorzugt als Anfahrkupplung ausgestaltet. Mithilfe der Kupplung kann insoweit die Wirkverbindung zwischen der Antriebseinrichtung und der Eingangswelle der Getriebeeinrichtung wahlweise hergestellt oder unterbrochen werden.
- Die Antriebseinrichtung verfügt über zumindest ein Antriebsaggregat, welches beispielsweise als Brennkraftmaschine oder als elektrische Maschine ausgestaltet ist. Selbstverständlich kann die Antriebseinrichtung auch als Hybridantriebseinrichtung vorliegen und insoweit mehrere Antriebsaggregate aufweisen, welche bevorzugt unterschiedlichen Typs sind. In diesem Fall liegt eins der Antriebsaggregate beispielsweise als Brennkraftmaschine oder ein anderes der Antriebsaggregate als elektrische Maschine vor. Verfügt die Antriebseinrichtung über mehrere Antriebsaggregate, so ist sie bevorzugt derart ausgestaltet, dass die Antriebsaggregate zumindest zeitweise ein auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichtetes Antriebsdrehmoment gemeinsam bereitstellen.
- Die Eingangswelle der Getriebeeinrichtung ist über das Planetengetriebe sowohl mit der ersten Ausgangswelle als auch mit der zweiten Ausgangswelle gekoppelt, insbesondere permanent. Das Planetengetriebe stellt ein Stirnraddifferentialgetriebe dar, also insoweit ein Differentialgetriebe, welches mehrere miteinander kämmende Stirnräder aufweist. Ganz allgemein arbeitet das Stirnraddifferentialgetriebe als Differentialgetriebe beziehungsweise Ausgleichsgetriebe.
- Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift
WO 2016/066732 A1 - Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Getriebeeinrichtung vorzustellen, welches gegenüber bekannten Verfahren Vorteile aufweist, insbesondere eine hohe Antriebsleistung bei gleichzeitig hoher Fahrstabilität bereitstellt.
- Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass eine elektrische Maschine in einer ersten Schaltstellung einer Schalteinrichtung mit der Eingangswelle und in einer zweiten Schaltstellung der Schalteinrichtung mit der Zwischenwelle gekoppelt ist, und dass die elektrische Maschine bei Vorliegen der ersten Schaltstellung zum Beaufschlagen der Eingangswelle mit einem Drehmoment und bei Vorliegen der zweiten Schaltstellung zum Bereitstellen eines Differenzdrehmoments und/oder einer Differenzdrehzahl zwischen der ersten Ausgangswelle und der zweiten Ausgangswelle betrieben wird, wobei die elektrische Maschine bei einem Differenzdrehmoment von null und/oder einer Differenzdrehzahl von null mit einer von null verschiedenen Drehzahl betrieben wird.
- Die elektrische Maschine kann in Abhängigkeit von der Schaltstellung der Schalteinrichtung sowohl zum Bereitstellen eines zusätzlichen Drehmoments an der Eingangswelle als auch zur Realisierung einer „Torque-Vectoring“-Funktionalität herangezogen werden. Ersteres ist der Fall, sofern die elektrische Maschine mit der Eingangswelle gekoppelt ist, letzteres im Falle der Kopplung mit der Zwischenwelle. Im Falle des Bereitstellens des zusätzlichen Drehmoments an der Eingangswelle wird dieses mit dem von der Antriebseinrichtung bereitgestellten Antriebsdrehmoment überlagert. Das von der elektrischen Maschine bereitgestellte Drehmoment kann hierbei positiv oder negativ sein, sodass schlussendlich die elektrische Maschine entweder als Elektromotor oder als Generator betrieben wird.
- Mittels der Schalteinrichtung kann die elektrische Maschine wahlweise mit der Eingangswelle oder der Zwischenwelle gekoppelt werden. Besonders bevorzugt dient die Schalteinrichtung wahlweise dazu, die elektrische Maschine sowohl von der Eingangswelle als auch der Zwischenwelle zu entkoppeln, sie mit der Eingangswelle zu verbinden, während sie von der Zwischenwelle entkoppelt ist, oder sie mit der Zwischenwelle zu verbinden, während sie von der Eingangswelle entkoppelt ist. Eine derartige Ausgestaltung der Schalteinrichtung ermöglicht einen besonders flexiblen Einsatz der elektrischen Maschine. Die Schalteinrichtung ist beispielsweise formschlüssig ausgebildet. Auch eine kraftschlüssig arbeitende Schalteinrichtung kann jedoch realisiert sein.
- Die Schalteinrichtung ermöglicht das Einstellen wenigstens zweier Schaltstellungen, nämlich der ersten Schaltstellung und der zweiten Schaltstellung. In der ersten Schaltstellung ist die elektrische Maschine mit der Eingangswelle drehfest gekoppelt und in der zweiten Schaltstellung mit der Zwischenwelle. Besonders bevorzugt ist zudem eine dritte Schaltstellung vorgesehen, in welcher die elektrische Maschine sowohl von der Eingangswelle als auch von der Zwischenwelle entkoppelt ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht die vorstehend beschriebene flexible Verwendung der elektrischen Maschine. Die dritte Schaltstellung kann auch als Zwischenstellung bezeichnet werden.
- Liegt die erste Schaltstellung der Schalteinrichtung vor, so wird die elektrische Maschine zum Beaufschlagen der Eingangswelle mit dem Drehmoment betrieben. Liegt hingegen die zweite Schaltstellung vor, so soll mittels der elektrischen Maschine das Differenzdrehmoment und/oder die Differenzdrehzahl zwischen der ersten Ausgangswelle und der zweiten Ausgangswelle eingestellt werden, insbesondere auf ein Solldifferenzdrehmoment. Es ist dabei bevorzugt vorgesehen, dass auch in der zweiten Schaltstellung mittels der elektrischen Maschine ein auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichtetes Drehmoment bereitstellbar ist. Die elektrische Maschine soll also auch bei Vorliegen der zweiten Schaltstellung nicht allein dem Bereitstellen des Differenzdrehmoments und/oder der Differenzdrehzahl dienen, sondern zusätzlich das Kraftfahrzeug antreiben. Hierzu wird die elektrische Maschine bei Vorliegen der zweiten Schaltstellung (auch) bei einem Differenzdrehmoment von null und/oder einer Differenzdrehzahl von null mit einer von null verschiedenen Drehzahl betrieben.
- Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass vor einem Umschalten von der ersten Schaltstellung zu der zweiten Schaltstellung die elektrische Maschine mit einer zu der Drehzahl der Eingangswelle proportionalen Drehzahl in einer bestimmten Drehrichtung betrieben wird. In der ersten Schaltstellung dient die elektrische Maschine dem Beaufschlagen der Eingangswelle mit dem Drehmoment. Hierbei wird sie drehzahlangepasst zu der Eingangswelle betrieben, entsprechend also mit einer zu der Drehzahl der Eingangswelle proportionalen Drehzahl. Zudem liegt die bestimmte Drehrichtung der elektrischen Maschine vor, welche ebenfalls von der Drehrichtung der Eingangswelle abhängt. In anderen Worten liegt bei einer bestimmten ersten Drehrichtung der Eingangswelle eine bestimmte erste Drehrichtung der elektrischen Maschine und bei einer der ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung der Eingangswelle eine zweite Drehrichtung der elektrischen Maschine vor, welche von der ersten Drehrichtung der elektrischen Maschine verschieden ist.
- Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass bei dem Umschalten von der ersten Schaltstellung zu der zweiten Schaltstellung oder umgekehrt die elektrische Maschine lastfrei eingestellt wird. Darunter ist zu verstehen, dass die elektrische Maschine kein Drehmoment bereitstellt, sondern leer mitdreht. Insbesondere wird die elektrische Maschine also derart eingestellt, dass sie eine Drehzahl aufweist, die weiterhin proportional zu der Drehzahl der Eingangswelle ist. Durch das Lastfreischalten der elektrischen Maschine ist ein leichtgängiges Schalten der Schalteinrichtung möglich.
- Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass bei dem Umschalten von der ersten Schaltstellung zu der zweiten Schaltstellung oder umgekehrt eine Zwischenstellung an der Schalteinrichtung eingestellt wird, in welcher die elektrische Maschine von der Eingangswelle und der Zwischenwelle entkoppelt ist, und eine Drehzahlsynchronisierung vorgenommen wird. In der Zwischenstellung ist die elektrische Maschine sowohl von der Eingangswelle als auch von der Zwischenwelle vollständig entkoppelt. Entsprechend kann die Drehzahl der elektrischen Maschine grundsätzlich frei gewählt werden, nämlich insbesondere unabhängig von der Drehzahl der Eingangswelle und der Drehzahl der Zwischenwelle. In der Zwischenstellung der Schalteinrichtung kann daher ohne weiteres die Drehzahlsynchronisierung der elektrischen Maschine vorgenommen werden, während welcher die Drehzahl der elektrische Maschinen derart eingestellt wird, dass das Wechseln in die erste Schaltstellung beziehungsweise die zweite Schaltstellung ohne Drehzahldifferenz und daher ruckfrei möglich ist.
- Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass bei dem Umschalten von der ersten Schaltstellung zu der zweiten Schaltstellung oder umgekehrt ein Absolutwert der Drehzahl der elektrischen Maschine stets größer als eine Mindestdrehzahl gehalten wird. Vorstehend wurde erläutert, dass in der ersten Schaltstellung die elektrische Maschine stets mit der zu der Drehzahl der Eingangswelle proportionalen Drehzahl betrieben wird. In der zweiten Schaltstellung liegt hingegen eine Drehzahl der elektrischen Maschine vor, die proportional zu der Drehzahl der Zwischenwelle ist. Während des Umschaltens zwischen den beiden Schaltstellungen soll keine oder allenfalls eine geringe Änderung der Drehzahl der elektrischen Maschine auftreten. Insbesondere unterbleibt eine deutliche Veränderung der Drehzahl der elektrischen Maschine, insbesondere in Form einer Drehrichtungsumkehr, bei welcher die Drehzahl der elektrischen Maschine einen Nulldurchgang aufweist.
- Entsprechend ist es vorgesehen, dass die Drehzahl der elektrischen Maschine oder genauer gesagt ihr Absolutwert stets größer ist als die Mindestdrehzahl, welche einen positiven Wert aufweist. Beispielsweise beträgt die Mindestdrehzahl bezogen auf die vor dem Umschalten vorliegende Drehzahl der elektrischen Maschine mindestens 50 %, mindestens 60 %, mindestens 70 %, mindestens 75 %, mindestens 80 % oder mindestens 90 %. In anderen Worten ist allenfalls eine geringe Drehzahlanpassung der elektrischen Maschine notwendig, welche ansonsten zeitaufwändig durchzuführen wäre. Nachteilig wäre es insbesondere, die Drehzahl der elektrischen Maschine während des Umschaltens zunächst auf null abzusenken und anschließend wieder zu erhöhen, unabhängig davon, ob dabei ein Nulldurchgang der Drehzahl auftritt oder nicht.
- Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass nach dem Umschalten von der ersten Schaltstellung zu der zweiten Schaltstellung die elektrische Maschine mit einer zu der Drehzahl der Zwischenwelle proportionalen Drehzahl in der bestimmten Drehrichtung betrieben wird. Insoweit gilt für den Betrieb der elektrischen Maschine in der zweiten Schaltstellung das für die erste Schaltstellung Gesagte analog, jedoch bezogen auf die Drehzahl der Zwischenwelle anstelle der Drehzahl der Eingangswelle. Auf die vorstehenden Ausführungen hierzu wird hingewiesen. Diese können analog herangezogen werden.
- Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass vor dem Umschalten von der ersten Schaltstellung zu der zweiten Schaltstellung ein auf die Eingangswelle wirkendes Drehmoment der elektrischen Maschine um eine Drehmomentdifferenz reduziert und die Antriebseinrichtung zum Ausgleichen der Drehmomentdifferenz eingestellt wird. In der ersten Schaltstellung wird das von der elektrischen Maschine bereitgestellte Drehmoment dem an der Eingangswelle anliegenden Antriebsdrehmoment der Antriebseinrichtung überlagert, sodass die elektrische Maschine zum Antreiben des Kraftfahrzeugs beiträgt. Dies ist in der zweiten Schaltstellung nicht mehr der Fall, sodass das von der elektrischen Maschine an der Eingangswelle zusätzlich bereitgestellte Drehmoment zumindest teilweise entfällt und sich um die Drehmomentdifferenz reduziert. Diese Drehmomentdifferenz soll mittels der Antriebseinrichtung ausgeglichen werden, wozu sie entsprechend eingestellt wird.
- Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass nach einem Umschalten von der zweiten Schaltstellung zu der ersten Schaltstellung ein auf die Eingangswelle wirkendes Drehmoment der elektrischen Maschine um eine Drehmomentdifferenz erhöht und die Antriebseinrichtung zum Ausgleichen der Drehmomentdifferenz eingestellt wird. Insoweit gilt für das Umschalten von der zweiten Schaltstellung zu der ersten Schaltstellung das zu dem Umschalten von der ersten Schaltstellung zu der zweiten Schaltstellung Gesagte umgekehrt, sodass auf die entsprechenden Ausführungen Bezug genommen wird. Im Falle des Umschaltens von der zweiten Schaltstellung zu der ersten Schaltstellung kann die elektrisch Maschine nunmehr wieder einen Drehmomentbeitrag zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen. Das auf die Eingangswelle wirkende Drehmoment der elektrischen Maschine erhöht sich hierbei um die Drehmomentdifferenz. Die Antriebseinrichtung wird nun derart eingestellt, dass diese Drehmomentdifferenz ausgeglichen wird.
- Schließlich kann im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass als elektrische Maschine eine Niedervoltmaschine verwendet wird. Unter einer Niedervoltmaschine ist insbesondere eine elektrische Maschine zu verstehen, welche an ein Niedervoltbordnetz des Kraftfahrzeugs angeschlossen ist. Beispielsweise wird die Niedervoltmaschine mit einer Betriebsspannung von höchstens 100 V, vorzugsweise höchstens 50 V, insbesondere höchstens 48 V, betrieben, jedoch mindestens 24 V, mindestens 32 V oder mindestens 40 V. Um einen nennenswerten Beitrag zu dem Antreiben des Kraftfahrzeugs in der ersten Schaltstellung leisten zu können, beträgt die Nennleistung der Niedervoltmaschine bezogen auf die Nennleistung der Antriebseinrichtung vorzugsweise wenigstens 20 %, wenigstens 30 %, wenigstens 40 % oder wenigstens 50 %. Beispielsweise weist die Niedervoltmaschine eine Nennleistung von mindestens 5 kW auf.
- Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, welche eine Getriebeeinrichtung, nämlich vorzugsweise eine Getriebeeinrichtung der vorstehend beschriebenen Art aufweist. Das Kraftfahrzeug, die Getriebeeinrichtung sowie das Verfahren zum Betreiben des Kraftfahrzeugs können gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
- Die Erfindung betrifft zudem eine Getriebeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß den vorstehenden Ausführungen, die eine mit einer Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs wirkverbindbare Eingangswelle sowie eine erste Ausgangswelle und eine zweite Ausgangswelle aufweist und über ein als Planetengetriebe ausgestaltetes Stirnraddifferentialgetriebe verfügt, über das die Eingangswelle und eine Zwischenwelle mit der ersten Ausgangswelle und der zweiten Ausgangswelle gekoppelt sind.
- Dabei ist vorgesehen, dass eine elektrische Maschine in einer ersten Schaltstellung einer Schalteinrichtung mit der Eingangswelle und in einer zweiten Schaltstellung der Schalteinrichtung mit der Zwischenwelle gekoppelt ist, und dass die elektrische Maschine bei Vorliegen der ersten Schaltstellung zum Beaufschlagen der Eingangswelle mit einem Drehmoment und bei Vorliegen der zweiten Schaltstellung zum Bereitstellen eines Differenzdrehmoments und/oder einer Differenzdrehzahl zwischen der ersten Ausgangswelle und der zweiten Ausgangswelle betrieben wird, wobei die elektrische Maschine bei einem Differenzdrehmoment von null und/oder einer Differenzdrehzahl von null mit einer von null verschiedenen Drehzahl betrieben wird.
- Hinsichtlich der Vorteile einer derartigen Vorgehensweise beziehungsweise einer derartigen Ausgestaltung der Getriebeeinrichtung wird erneut auf Vorstehendes hingewiesen. Die Getriebeeinrichtung sowie das Verfahren zu ihrem Betreiben können wiederum gemäß diesen weitergebildet sein. Die Erfindung betrifft analog zudem ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Getriebeeinrichtung.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung einer Getriebeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug in einer ersten Ausführungsform, -
2 eine schematische Darstellung der Getriebeeinrichtung in einer zweiten Ausführungsform, sowie -
3 eine schematische Darstellung der Getriebeeinrichtung in einer dritten Ausführungsform. - Die
1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Getriebeeinrichtung1 , die hier beispielsweise als Bestandteil eines nicht im Detail dargestellten Kraftfahrzeugs2 vorgesehen ist. Das Kraftfahrzeug2 weist eine Radachse3 mit einer ersten Teilwelle4 und einer zweiten Teilwelle5 auf. Die Radachse3 beziehungsweise die Teilwellen4 und5 sind über die Getriebeeinrichtung1 mittels einer Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs2 antreibbar. Die Antriebseinrichtung ist dabei mit einer Eingangswelle6 der Getriebeeinrichtung1 wirkverbunden oder zumindest wirkverbindbar. Die erste Teilwelle4 ist dagegen an eine erste Ausgangswelle7 , die zweite Teilwelle5 eine zweite Ausgangswelle8 der Getriebeeinrichtung1 angeschlossen beziehungsweise mit der jeweiligen Ausgangswelle7 beziehungsweise8 wirkverbunden. - Die Wirkverbindung zwischen ersten Teilwelle
4 und der ersten Ausgangswelle7 ist über ein erstes Getriebe9 , die Wirkverbindung zwischen der zweiten Teilwelle5 und der zweiten Ausgangswelle8 über ein zweites Getriebe10 hergestellt. Die Getriebe9 und10 können in Form von Winkelgetrieben vorliegen. Dabei sind sie vorzugweise als Kegelradgetriebe ausgestaltet und verfügen insoweit jeweils über ein erstes Kegelrad11 beziehungsweise12 und ein zweites Kegelrad13 beziehungsweise14 . Es kann gemäß der hier vorliegenden Ausführungsform der Getriebeeinrichtung1 vorgesehen sein, dass die Teilwellen4 und5 beziehungsweise ihre Drehachsen in lateraler beziehungsweise radialer Richtung bezüglich der Drehachsen gegeneinander versetzt sind. Die Teilwellen4 und5 können jedoch alternativ auch koaxial zueinander angeordnet sein, also zumindest in Draufsicht miteinander fluchten. - Die Ausgangswellen
7 und8 können gegenüber den Teilwellen4 und5 beziehungsweise der Radachse3 angewinkelt sein, also unter einem Winkel von größer als 0° und kleiner als 180°, beispielsweise unter einem Winkel von 90°, zu diesen vorliegen. Die entsprechende Umlenkung wird mithilfe der Getriebe9 und10 , die in Form der Winkelgetriebe vorliegen, realisiert. Selbstverständlich können die Getriebe9 und10 alternativ als Stirnradgetriebe ausgeführt sein. Beispielsweise sind hierbei die Ausgangswellen7 und8 parallel zu den Teilwellen4 und5 angeordnet. - Die Getriebeeinrichtung
1 weist ein Stirnraddifferentialgetriebe15 auf, über welches die erste Ausgangswelle7 und die zweite Ausgangswelle8 permanent mit der Eingangswelle6 wirkverbunden beziehungsweise gekoppelt sind. Zu diesem Zweck ist das Stirnraddifferentialgetriebe15 als Planetengetriebe ausgestaltet, das ein erstes Sonnenrad16 , ein zweites Sonnenrad17 sowie einen Planetenradträger18 aufweist, an welchem ein erstes Planetenrad19 und ein zweites Planetenrad20 jeweils drehbar gelagert sind. Hierbei ist der Planetenradträger18 mit der Eingangswelle6 der Getriebeeinrichtung1 gekoppelt, insbesondere starr und/oder permanent. Das erste Sonnenrad16 ist hingegen mit der ersten Ausgangswelle7 und das zweite Sonnenrad17 mit der zweiten Ausgangswelle8 gekoppelt, jeweils bevorzugt starr und/oder permanent. Das erste Planetenrad19 kämmt mit dem zweiten Planetenrad20 , nämlich vorzugsweise permanent. Das erste Planetenrad19 kämmt zudem mit dem ersten Sonnenrad16 , nicht jedoch mit dem zweiten Sonnenrad17 . Das zweite Planetenrad20 kämmt hingegen mit dem zweiten Sonnenrad17 , nicht jedoch mit dem ersten Sonnenrad16 . - Das erste Planetenrad
19 ist als erstes Stufenplanetenrad21 ausgestaltet, das mit einem zweiten Stufenplanetenrad22 drehfest gekoppelt ist. Die beiden Stufenplanetenräder21 und22 sind gemeinsam an dem Planetenradträger18 drehbar gelagert, wobei sie vorzugsweise auf gegenüberliegenden Seiten einer Lagerstelle23 an dem Planetenradträger18 vorliegen. Das zweite Stufenplanetenrad22 ist mit einer Zwischenwelle24 drehfest gekoppelt, insbesondere starr und/oder permanent. Es ist deutlich zu erkennen, dass die beiden Ausgangswellen7 und8 sowie die Eingangswelle6 und die Zwischenwelle24 koaxial zueinander angeordnet sind, also dieselbe Drehachse aufweisen. Dabei nimmt die zweite Ausgangswelle8 die erste Ausgangswelle7 zumindest bereichsweise auf, ebenso nimmt die Zwischenwelle24 die Eingangswelle6 zumindest bereichsweise auf. Besonders hervorzuheben ist zudem, dass das Stirnraddifferentialgetriebe15 hohlradlos ausgestaltet ist, also nicht über ein Hohlrad verfügt. - Die Getriebeeinrichtung
1 verfügt über eine elektrische Maschine25 , die mittels einer Schalteinrichtung26 mit der Eingangswelle6 und/oder der Zwischenwelle24 koppelbar ist. Hierbei verfügt die Schalteinrichtung26 über ein Koppelelement27 , das gemäß dem Doppelpfeil28 in axialer Richtung verlagerbar ist. In der hier dargestellten Ausführungsform weist die Schalteinrichtung26 ein Eingangszahnrad29 , ein erstes Ausgangszahnrad30 sowie ein zweites Ausgangszahnrad31 auf. Weiterhin kann ein Hilfszahnrad32 vorgesehen sein. - Das Koppelelement
27 ist nun derart ausgestaltet, dass es permanent mit dem Eingangszahnrad29 der Schalteinrichtung26 kämmt. In einer ersten Schaltstellung kämmt es zusätzlich mit dem ersten Ausgangszahnrad30 , nicht jedoch mit dem zweiten Ausgangszahnrad31 und dem Hilfszahnrad32 . In einer zweiten Schaltstellung kämmt es hingegen zusätzlich mit dem zweiten Ausgangszahnrad31 , nicht jedoch mit dem ersten Ausgangszahnrad30 und dem Hilfszahnrad32 . In einer dritten Schaltstellung kämmt es zusätzlich mit dem Hilfszahnrad32 , nicht jedoch mit den beiden Ausgangszahnrädern30 und31 . - Das Eingangszahnrad
29 ist mit der elektrischen Maschine25 gekoppelt, vorzugsweise starr und/oder permanent. Das erste Ausgangszahnrad30 ist fest mit der Eingangswelle6 und das zweite Ausgangszahnrad31 fest mit der Zwischenwelle24 gekoppelt, vorzugsweise ebenfalls starr und/oder permanent. Das Hilfszahnrad32 ist dagegen sowohl von der Eingangswelle6 als auch von der Zwischenwelle24 entkoppelt und insoweit frei drehbar gelagert. - Die Verbindung zwischen der elektrischen Maschine
25 und der Schalteinrichtung26 beziehungsweise dem Eingangszahnrad29 liegt über ein Koppelplanetengetriebe33 vor. Dieses weist ein Sonnenrad34 , einen Planetenradträger35 mit drehbar an ihm gelagerten Planetenrad36 sowie ein Hohlrad37 auf. Das Sonnenrad ist mit der elektrischen Maschine25 gekoppelt, vorzugsweise starr und/oder permanent. Das Hohlrad37 ist hingegen feststehend angeordnet. Das Planetenrad36 kämmt nun sowohl mit dem Sonnenrad34 als auch mit dem Hohlrad37 . Der Planetenradträger35 ist mit der Schalteinrichtung26 , insbesondere dem Eingangszahnrad29 gekoppelt, insbesondere starr und/oder permanent. - Mithilfe der Schalteinrichtung
26 kann die elektrische Maschine25 entweder mit der Eingangswelle6 oder mit der Zwischenwelle24 gekoppelt werden. In ersterem Fall kann die elektrische Maschine25 ein Drehmoment bereitstellen, welches mit einem von der Antriebseinrichtung bereitgestellten Drehmoment auf der Eingangswelle6 überlagert wird. Mithilfe der elektrischen Maschine25 kann in diesem Fall also das Antriebsdrehmoment vergrößert oder verkleinert werden. - In der zweiten Schaltstellung der Schalteinrichtung
26 kann die elektrische Maschine25 hingegen zur Bereitstellung einer „Torque Vectoring“-Funktionalität herangezogen werden. In dieser kann das an der Eingangswelle6 anliegende Antriebsdrehmoment durch Bereitstellen eines zusätzlichen Drehmoments mittels der elektrischen Maschine25 auf die beiden Teilwellen4 und5 aufgeteilt werden, nämlich derart, dass sich eine gewünschte Drehmomentverteilung zwischen ihnen einstellt. Das bedeutet, dass mithilfe der elektrischen Maschine25 das Antriebsdrehmoment frei auf die Ausgangswellen7 und8 und mithin auf die Teilwellen4 und5 aufteilbar ist. - Die
2 zeigt eine schematische Darstellung der Getriebeeinrichtung1 in einer zweiten Ausführungsform. Diese ist grundsätzlich ähnlich aufgebaut wie die erste Ausführungsform, sodass nachfolgend lediglich auf die Unterschiede eingegangen und ansonsten auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen wird. Die Unterschiede liegen in der Ausgestaltung der Schalteinrichtung26 . Während im Falle der ersten Ausführungsform das Eingangszahnrad29 als Hohlrad ausgestaltet war, liegt es nun als Stirnrad vor und ist in axialer Richtung gesehen zwischen dem ersten Ausgangszahnrad30 und dem zweiten Ausgangszahnrad31 angeordnet. Die Funktionalität ist jedoch identisch zu der Schalteinrichtung26 der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform. Im Vergleich zu dieser kann das Hilfszahnrad32 entfallen, was hier der Fall ist. - Die
3 zeigt eine dritte Ausführungsform der Getriebeeinrichtung1 in einer schematischen Darstellung. Wiederum wird auf die vorstehenden Ausführungen, insbesondere zu der ersten Ausführungsform, Bezug genommen und nachfolgend auf die Unterschiede hingewiesen. Diese liegen darin, dass das Koppelplanetengetriebe33 zweistufig ist, sodass die elektrische Maschine25 über das Koppelplanetengetriebe33 sowohl mit dem Eingangszahnrad29 als auch einem weiteren Eingangszahnrad38 gekoppelt ist, vorzugsweise starr und/oder permanent. Hierzu weist das Koppelplanetengetriebe33 ein weiteres Sonnenrad39 , ein weiteres Planetenrad40 und ein weiteres Hohlrad41 auf. - Das Sonnenrad
39 ist mit dem Sonnenrad34 und mithin mit der elektrischen Maschine25 gekoppelt, vorzugsweise starr und/oder permanent. Das Planetenrad40 ist an dem Planetenradträger35 drehbar gelagert, jedoch unabhängig von dem Planetenrad36 . Das Planetenrad40 kämmt einerseits mit dem Sonnenrad39 und andererseits mit dem Hohlrad41 . Das Hohlrad ist drehbar gelagert und mit dem Eingangszahnrad38 gekoppelt, vorzugsweise starr und/oder permanent. Die Planetenräder36 und40 weisen bevorzugt unterschiedliche Zähnezahlen auf, sodass sich zwischen der elektrischen Maschine25 und dem Eingangszahnrad29 eine erste Übersetzung und zwischen der elektrischen Maschine25 und dem weiteren Eingangszahnrad38 eine zweite Übersetzung einstellt, wobei die beiden Übersetzungen voneinander verschieden sind. - In Ergänzung zu den vorstehend bereits beschriebenen Schaltstellungen kann nun eine vierte Schaltstellung der Schalteinrichtung
26 vorliegen, in welcher das Koppelelement27 mit dem Eingangszahnrad38 anstelle des Eingangszahnrad29 kämmt, während es gleichzeitig mit dem ersten Ausgangszahnrad30 kämmt. Entsprechend ist zwischen der elektrischen Maschine25 und der Eingangswelle6 eine andere Übersetzung eingestellt als in der ersten Schaltstellung. - Die beschriebene Getriebeeinrichtung
1 weist insbesondere den Vorteil auf, dass das Stirnraddifferentialgetriebe15 hohlradlos ausgestaltet ist und insoweit mit geringem axialen Bauraum realisierbar ist. Zudem ermöglicht die Schalteinrichtung26 eine flexible Anbindung der elektrischen Maschine25 , entweder zum Antreiben der Eingangswelle6 oder zur Bereitstellung der „Torque Vectoring“-Funktionalität durch Antreiben der Zwischenwelle24 . - Mithilfe der beschriebenen Getriebeeinrichtung
1 wird ein Verfahren umgesetzt, bei welchem die elektrische Maschine25 bei Vorliegen der ersten Schaltstellung zum Beaufschlagen der Eingangswelle6 mit einem Drehmoment und bei Vorliegen der zweiten Schaltstellung zum Bereitstellen eines Differenzdrehmoments und/oder einer Differenzdrehzahl zwischen der ersten Ausgangswelle7 und der zweiten Ausgangswelle8 betrieben wird, wobei die elektrische Maschine25 bei einem Differenzdrehmoment von null und/oder einer Differenzdrehzahl von null mit einer von null verschiedenen Drehzahl betrieben wird. Dies ermöglicht zum einen einen verbesserten Vortrieb des Kraftfahrzeugs2 auch in der zweiten Schaltstellung und zum anderen ein schnelleres Umschalten zwischen den Schaltstellungen. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- WO 2016/066732 A1 [0006]
Claims (10)
- Verfahren zum Betreiben einer Getriebeeinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug (2), die eine mit einer Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs (2) wirkverbindbare Eingangswelle (6) sowie eine erste Ausgangswelle (7) und eine zweite Ausgangswelle (8) aufweist und über ein als Planetengetriebe ausgestaltetes Stirnraddifferentialgetriebe (15) verfügt, über das die Eingangswelle (6) und eine Zwischenwelle (24) mit der ersten Ausgangswelle (7) und der zweiten Ausgangswelle (8) gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Maschine (25) in einer ersten Schaltstellung einer Schalteinrichtung (26) mit der Eingangswelle (6) und in einer zweiten Schaltstellung der Schalteinrichtung (26) mit der Zwischenwelle (24) gekoppelt ist, und dass die elektrische Maschine (25) bei Vorliegen der ersten Schaltstellung zum Beaufschlagen der Eingangswelle (6) mit einem Drehmoment und bei Vorliegen der zweiten Schaltstellung zum Bereitstellen eines Differenzdrehmoments und/oder einer Differenzdrehzahl zwischen der ersten Ausgangswelle (7) und der zweiten Ausgangswelle (8) betrieben wird, wobei die elektrische Maschine (25) bei einem Differenzdrehmoment von null und/oder einer Differenzdrehzahl von null mit einer von null verschiedenen Drehzahl betrieben wird.
- Verfahren nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass vor einem Umschalten von der ersten Schaltstellung zu der zweiten Schaltstellung die elektrische Maschine (25) mit einer zu der Drehzahl der Eingangswelle (6) proportionalen Drehzahl in einer bestimmten Drehrichtung betrieben wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Umschalten von der ersten Schaltstellung zu der zweiten Schaltstellung oder umgekehrt die elektrische Maschine (25) lastfrei eingestellt wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Umschalten von der ersten Schaltstellung zu der zweiten Schaltstellung oder umgekehrt eine Zwischenstellung an der Schalteinrichtung (25) eingestellt wird, in welcher die elektrische Maschine (25) von der Eingangswelle (6) und der Zwischenwelle (24) entkoppelt ist, und eine Drehzahlsynchronisierung vorgenommen wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Umschalten von der ersten Schaltstellung zu der zweiten Schaltstellung oder umgekehrt ein Absolutwert der Drehzahl der elektrischen Maschine (25) stets größer als eine Mindestdrehzahl gehalten wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Umschalten von der ersten Schaltstellung zu der zweiten Schaltstellung die elektrische Maschine (25) mit einer zu der Drehzahl der Zwischenwelle (24) proportionalen Drehzahl in der bestimmten Drehrichtung betrieben wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Umschalten von der ersten Schaltstellung zu der zweiten Schaltstellung ein auf die Eingangswelle (6) wirkendes Drehmoment der elektrischen Maschine (25) um eine Drehmomentdifferenz reduziert und die Antriebseinrichtung zum Ausgleichen der Drehmomentdifferenz eingestellt wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Umschalten von der zweiten Schaltstellung zu der ersten Schaltstellung ein auf die Eingangswelle (6) wirkendes Drehmoment der elektrischen Maschine (25) um eine Drehmomentdifferenz erhöht und die Antriebseinrichtung zum Ausgleichen der Drehmomentdifferenz eingestellt wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als elektrische Maschine (25) eine Niedervoltmaschine verwendet wird.
- Getriebeeinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, die eine mit einer Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs (2) wirkverbindbare Eingangswelle (6) sowie eine erste Ausgangswelle (7) und eine zweite Ausgangswelle (8) aufweist und über ein als Planetengetriebe ausgestaltetes Stirnraddifferentialgetriebe (15) verfügt, über das die Eingangswelle (6) und eine Zwischenwelle (24) mit der ersten Ausgangswelle (7) und der zweiten Ausgangswelle (8) gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Maschine (25) in einer ersten Schaltstellung einer Schalteinrichtung (26) mit der Eingangswelle (6) und in einer zweiten Schaltstellung der Schalteinrichtung (26) mit der Zwischenwelle (24) gekoppelt ist, und dass die elektrische Maschine (25) bei Vorliegen der ersten Schaltstellung zum Beaufschlagen der Eingangswelle (6) mit einem Drehmoment und bei Vorliegen der zweiten Schaltstellung zum Bereitstellen eines Differenzdrehmoments und/oder die Differenzdrehzahl zwischen der ersten Ausgangswelle (7) und der zweiten Ausgangswelle (8) betrieben wird, wobei die elektrische Maschine (25) bei einem Differenzdrehmoment von null und/oder einer Differenzdrehzahl von null mit einer von null verschiedenen Drehzahl betrieben wird.
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