DE102019003004A1 - Transmission for the drive train of an electric or hybrid vehicle, drive train and method for operating such a drive train - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Getriebe (6) für den Antriebsstrang (2) eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs mit einer ersten Welle (8), die mit einer elektrischen Maschine (4) drehmitnahmeverbindbar ist, und einer zweiten Welle (10), wobei das Getriebe (6) von einem ersten Gang (14), in dem die erste Welle (8) mit einem ersten Übersetzungsverhältnis mit der zweiten Welle (10) drehmitnahmeverbunden oder drehmitnahmeverbindbar ist, in einen zweiten Gang (16) schaltbar ist, in dem die erste Welle (8) mit einem zweiten Übersetzungsverhältnis, das kleiner als das erste Übersetzungsverhältnis ist, mit der zweiten Welle (10) drehmitnahmeverbunden oder drehmitnahmeverbindbar ist. Die erste Welle (8) ist im ersten Gang (14) über eine Freilaufkupplung (30) und im zweiten Gang (16) über eine reibschlüssige Kupplung (32) mit der zweiten Welle (10) drehmitnahmeverbunden oder drehmitnahmeverbindbar. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung einen Antriebsstrang (2) mit einem solchen Getriebe (6) sowie ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Antriebsstrangs (2).The present invention relates to a transmission (6) for the drive train (2) of an electric or hybrid vehicle with a first shaft (8), which can be rotationally connected to an electric machine (4), and a second shaft (10) (6) from a first gear (14), in which the first shaft (8) is rotationally connected or rotationally connectable to the second shaft (10) with a first transmission ratio, into a second gear (16) in which the first shaft (8) with a second transmission ratio which is smaller than the first transmission ratio, is rotationally driving-connected to the second shaft (10) or can be rotationally driving-connected. The first shaft (8) is rotationally driven or rotationally connected to the second shaft (10) in the first gear (14) via an overrunning clutch (30) and in the second gear (16) via a frictional coupling (32). The present invention also relates to a drive train (2) with such a transmission (6) and a method for operating such a drive train (2).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Getriebe für den Antriebsstrang eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs mit einer ersten Welle, die mit einer elektrischen Maschine drehmitnahmeverbindbar ist, und einer zweiten Welle, wobei das Getriebe von einem ersten Gang, in dem die erste Welle mit einem ersten Übersetzungsverhältnis mit der zweiten Welle drehmitnahmeverbunden oder drehmitnahmeverbindbar ist, in einen zweiten Gang schaltbar ist, in dem die erste Welle mit einem zweiten Übersetzungsverhältnis, das kleiner als das erste Übersetzungsverhältnis ist, mit der zweiten Welle drehmitnahmeverbunden oder drehmitnahmeverbindbar ist. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung einen Antriebsstrang für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug mit einer elektrischen Maschine und einem solchen Getriebe. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Antriebsstrangs für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug.The present invention relates to a transmission for the drive train of an electric or hybrid vehicle with a first shaft, which can be rotationally connected to an electric machine, and a second shaft, the transmission having a first gear in which the first shaft has a first gear ratio the second shaft is rotationally connected or rotationally connected, can be shifted into a second gear in which the first shaft is rotationally connected or rotationally connected to the second shaft with a second transmission ratio that is smaller than the first transmission ratio. The present invention also relates to a drive train for an electric or hybrid vehicle with an electric machine and such a transmission. The present invention also relates to a method for operating such a drive train for an electric or hybrid vehicle.
Aus der Praxis sind Antriebsstränge für Elektro- oder Hybridfahrzeuge bekannt, die eine elektrische Maschine aufweisen, wobei die elektrische Maschine innerhalb des Antriebsstrangs als Motor oder Generator betrieben werden kann, weshalb auch vom Motorbetrieb bzw. Generatorbetrieb der elektrischen Maschine gesprochen werden kann. Dabei ist die elektrische Maschine bzw. deren Ausgangswelle, insbesondere bei paralleler Anordnung der elektrischen Maschine, zumeist über ein Getriebe mit einer weiteren Welle verbunden, die beispielsweise im Drehmomentübertragungsweg des Antriebsstrangs angeordnet sein kann und auch - im Falle eines Hybridfahrzeugs - durch einen Verbrennungsmotor angetrieben werden kann. Mithin ist bei einem solchen Getriebe eine erste Welle, die mit der elektrischen Maschine drehmitnahmeverbindbar ist, und eine zweite Welle vorgesehen, die über eine Gangstufe miteinander in Drehmitnahmeverbindung stehen. Zum Schalten dieser Gangstufe ist dabei beispielsweise ein Freilauf bekannt, der ein Antreiben der zweiten Welle durch die erste Welle über eine Freilaufkupplung ermöglicht, wobei die hier als Starter fungierende elektrische Maschine nach dem Starten von dem Verbrennungsmotor innerhalb des Hybridfahrzeugs überholt werden kann. Derartige Freilaufkupplungen haben hierbei eine große Effizienz, können aber den Komfortansprüchen an moderne Antriebsstränge nicht genügen. Überdies ist es bekannt, die Ausgangsseite der elektrischen Maschine über eine reibschlüssige Kupplung, wie beispielsweise eine nasslaufende Lamellenkupplung, an den Drehmomentpfad anzubinden, wodurch ein besonders gleichmäßiges Schalten möglich ist, das überdies hohen Komfortansprüchen gerecht wird. Die Effizienz derartiger Schaltelemente bei der Anbindung der elektrischen Maschine innerhalb des Antriebsstrangs ist aber deutlich reduziert, was beispielsweise auf die Schleppmomente bei nasslaufenden reibschlüssigen Kupplungen zurückzuführen ist.In practice, drive trains for electric or hybrid vehicles are known which have an electric machine, wherein the electric machine can be operated as a motor or generator within the drive train, which is why the electric machine can also be referred to as motor operation or generator operation. The electric machine or its output shaft, especially when the electric machine is arranged in parallel, is usually connected via a transmission to a further shaft which can be arranged, for example, in the torque transmission path of the drive train and, in the case of a hybrid vehicle, is also driven by an internal combustion engine can. Thus, in such a transmission, a first shaft, which can be rotationally connected to the electric machine, and a second shaft are provided, which are rotationally connected to one another via a gear stage. For shifting this gear step, a freewheel is known, for example, which enables the second shaft to be driven by the first shaft via a freewheel clutch, with the electric machine functioning here as a starter being able to be overtaken by the internal combustion engine within the hybrid vehicle after it has been started. Such overrunning clutches are highly efficient, but cannot meet the comfort requirements of modern drive trains. In addition, it is known to connect the output side of the electrical machine to the torque path via a frictional coupling, such as a wet-running multi-plate clutch, which enables particularly smooth switching that also meets high comfort requirements. The efficiency of such switching elements when connecting the electric machine within the drive train is, however, significantly reduced, which is due, for example, to the drag torques in wet-running frictional clutches.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Getriebe für den Antriebsstrang eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs zu schaffen, das eine kleinbauende elektrische Maschine gewährleistet, besonders flexibel an unterschiedliche Fahrsituationen anpassbar ist und eine hohe Effizienz mit hohem Fahrkomfort verbindet. Der vorliegenden Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, einen Antriebsstrang für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug mit einem solchen vorteilhaften Getriebe zu schaffen. Darüber hinaus liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein vorteilhaftes Verfahren zum Betrieb eines solchen Antriebsstrangs anzugeben.It is therefore an object of the present invention to create a transmission for the drive train of an electric or hybrid vehicle which ensures a compact electric machine, can be adapted particularly flexibly to different driving situations and combines high efficiency with high driving comfort. The present invention is also based on the object of creating a drive train for an electric or hybrid vehicle with such an advantageous transmission. In addition, the present invention is based on the object of specifying an advantageous method for operating such a drive train.
Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1, 8 bzw. 9 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by the features specified in
Das erfindungsgemäße Getriebe ist für den Antriebsstrang eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs konzipiert und weist eine erste Welle und eine zweite Welle auf. Die erste Welle ist mit einer elektrischen Maschine drehmitnahmeverbindbar oder drehmitnahmeverbunden. Grundsätzlich kann die erste Welle des Getriebes auch von der Ausgangswelle der elektrischen Maschine gebildet sein. Das Getriebe ist als Zweiganggetriebe ausgebildet, wobei es bevorzugt ist, wenn das Getriebe ausschließlich zwei Gänge aufweist. So kann das Getriebe von einem ersten Gang, in dem die erste Welle mit einem ersten Übersetzungsverhältnis mit der zweiten Welle drehmitnahmeverbunden oder drehmitnahmeverbindbar ist, in einen zweiten Gang geschaltet werden, in dem die erste Welle mit einem zweiten Übersetzungsverhältnis, das kleiner als das erste Übersetzungsverhältnis ist, mit der zweiten Welle drehmitnahmeverbunden oder drehmitnahmeverbindbar ist. Bei den hier wie auch nachstehend genannten Übersetzungsverhältnissen wurde davon ausgegangen, dass es sich bei der ersten Welle um die treibende Welle und bei der zweiten Welle um die getriebene Welle handelt. Mit anderen Worten wird bei der Angabe der Übersetzungsverhältnisse hier wie auch nachstehend von einem Motorbetrieb der elektrischen Maschine ausgegangen, wenngleich die elektrische Maschine auch als Generator betreibbar ist, wenn die zweite Welle die treibende Welle bildet. Während die erste Welle im ersten Gang über eine Freilaufkupplung mit der zweiten Welle drehmitnahmeverbunden oder drehmitnahmeverbindbar ist, ist die erste Welle im zweiten Gang über eine reibschlüssige Kupplung, beispielsweise eine Lamellenkupplung, mit der zweiten Welle drehmitnahmeverbunden oder drehmitnahmeverbindbar. Bei der Freilaufkupplung kann es sich beispielsweise um einen Rollenfreilauf oder einen Klemmkörperfreilauf der einen Klinkenfreilauf handeln, wobei bei einer Freilaufkupplung auch von einer sogenannten Überholkupplung gesprochen werden kann.The transmission according to the invention is designed for the drive train of an electric or hybrid vehicle and has a first shaft and a second shaft. The first shaft can be rotationally driven or connected to an electrical machine. In principle, the first shaft of the transmission can also be formed by the output shaft of the electrical machine. The transmission is designed as a two-speed transmission, it being preferred if the transmission has only two gears. Thus, the transmission can be shifted from a first gear in which the first shaft with a first gear ratio to the second shaft is rotationally driven or rotatably connected to a second gear in which the first shaft with a second gear ratio that is smaller than the first gear ratio is, rotatably connected to the second shaft or is rotatably connectable. In the case of the gear ratios mentioned here and below, it was assumed that the first shaft is the driving shaft and the second shaft is the driven shaft. In other words, when specifying the transmission ratios, it is assumed here and below that the electrical machine is operating as a motor, although the electrical machine can also be operated as a generator if the second shaft forms the driving shaft. While the first shaft in the first gear is rotationally driven or rotatably connected to the second shaft via an overrunning clutch, the first shaft in the second gear is rotationally driven or rotatably connected to the second shaft via a frictional coupling, for example a multi-plate clutch. The overrunning clutch can be, for example, a roller freewheel or a clamping body freewheel of the one pawl freewheel act, with an overrunning clutch also being referred to as a so-called overrunning clutch.
Das erfindungsgemäße Getriebe für den Antriebsstrang eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs hat den Vorteil, dass aufgrund des schaltbaren Getriebes zunächst eine möglichst kleinbauende elektrische Maschine zum Einsatz kommen kann. Überdies kann durch entsprechende Schaltung des Getriebes eine flexible Anpassung an extreme Fahrmanöver, wie beispielsweise das Anfahren am Bordstein, das Beschleunigen oder Ähnliches erzielt werden. So kann insbesondere der erste Gang, bei dem die Drehmitnahmeverbindung über eine Freilaufkupplung erfolgt, für das Anfahren, insbesondere am Bordstein, und die maximale Beschleunigung eingesetzt werden, wobei hier eine besonders hohe Effizienz des Getriebes erzielt wird. Der zweite Gang kann hingegen für die meiste Zeit des Fahrens verwendet werden, wobei eine reibschlüssige Kupplung, insbesondere eine nasslaufende Lamellenkupplung, hier den hohen Komfortansprüchen gerecht wird, die an den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs gestellt werden.The transmission according to the invention for the drive train of an electric or hybrid vehicle has the advantage that, due to the switchable transmission, an electric machine that is as small as possible can be used. In addition, by appropriately shifting the transmission, flexible adaptation to extreme driving maneuvers, such as starting off the curb, accelerating or the like, can be achieved. In particular, the first gear, in which the rotary drive connection is made via an overrunning clutch, can be used for starting, in particular on the curb, and for maximum acceleration, with a particularly high efficiency of the transmission being achieved here. The second gear, on the other hand, can be used for most of the driving time, with a frictional clutch, in particular a wet multi-plate clutch, meeting the high comfort requirements that are placed on the drive train of a motor vehicle.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes weist die Freilaufkupplung mehrere bewegliche erste Klemmelemente auf, die zwischen einem drehfest mit der ersten Welle verbundenen ersten Laufring einerseits und einem drehfest mit der zweiten Welle verbundenen zweiten Laufring andererseits angeordnet sind. Wie bereits vorangehend angedeutet, kann es sich bei der Freilaufkupplung beispielsweise um einen Rollenfreilauf, einen Klemmkörperfreilauf oder einen Sperrklinkenfreilauf handeln. Dabei muss der erste Laufring nicht zwangsläufig unmittelbar drehfest mit der ersten Welle verbunden sein, während der zweite Laufring ebenfalls nicht unmittelbar drehfest mit der zweiten Welle verbunden sein muss, wie dies später nochmals eingehender erläutert wird.In a preferred embodiment of the transmission according to the invention, the overrunning clutch has several movable first clamping elements, which are arranged between a first raceway connected in a rotationally fixed manner to the first shaft and a second raceway connected in a rotationally fixed manner to the second shaft. As already indicated above, the overrunning clutch can be, for example, a roller freewheel, a clamping body freewheel or a pawl freewheel. The first race does not necessarily have to be connected directly to the first shaft in a rotationally fixed manner, while the second race also does not have to be directly connected to the second shaft in a rotationally fixed manner, as will be explained in more detail later.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes können die ersten Klemmelemente der Freilaufkupplung von einer Öffnungsposition, in der der erste Laufring in einer ersten Relativdrehrichtung und einer der ersten Relativdrehrichtung entgegengesetzten zweiten Relativdrehrichtung gegenüber dem zweiten Laufring verdreht werden kann, in eine Schließposition bewegt werden, in der der erste Laufring in der ersten Relativdrehrichtung über die ersten Klemmelemente mit dem zweiten Laufring drehmitnahmegekoppelt und in der zweiten Relativdrehrichtung gegenüber dem zweiten Laufring verdrehbar ist.In a further preferred embodiment of the transmission according to the invention, the first clamping elements of the overrunning clutch can be moved from an open position, in which the first raceway can be rotated in a first relative direction of rotation and a second relative rotation direction opposite to the first relative direction of rotation with respect to the second raceway, into a closed position which the first raceway is rotationally coupled to the second raceway in the first relative direction of rotation via the first clamping elements and can be rotated in the second relative rotation direction with respect to the second raceway.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes sind die ersten Klemmelemente durch Verdrehen des ersten Laufrings in der zweiten Relativdrehrichtung gegenüber der zweiten Laufrichtung in die Öffnungsposition bewegbar oder verdrängbar, so dass diese nicht zwangsläufig direkt betätigt werden müssen, um in die Öffnungsposition bewegt zu werden, vielmehr erfolgt das Bewegen oder Verdrängen in die Öffnungsposition zwangsläufig beim Verdrehen des ersten Laufrings in der zweiten Relativdrehrichtung gegenüber dem zweiten Laufring.In a further preferred embodiment of the transmission according to the invention, the first clamping elements can be moved or displaced into the open position by rotating the first race ring in the second relative direction of rotation with respect to the second running direction, so that they do not necessarily have to be actuated directly in order to be moved into the open position. rather, the movement or displacement into the open position inevitably occurs when the first raceway is rotated in the second relative direction of rotation with respect to the second raceway.
Aus der vorangehenden Beschreibung ist ersichtlich, dass die zuvor erwähnten ersten Klemmelemente in deren Schließposition lediglich eine Drehmitnahmekopplung in der ersten Relativdrehrichtung zwischen dem ersten Laufring und dem zweiten Laufring bewirken. Um jedoch ein Getriebe zu schaffen, das besonders flexibel einsetzbar ist und den unterschiedlichen Fahrsituationen eines Fahrzeugs gerecht wird, weist die Freilaufkupplung in einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemä-ßen Getriebes ferner mehrere bewegliche zweite Klemmelemente auf, die zwischen dem ersten Laufring einerseits und dem zweiten Laufring andererseits angeordnet sind, wobei die zweiten Klemmelemente von einer Öffnungsposition, in der der erste Laufring in der ersten Relativdrehrichtung und der zweiten Relativdrehrichtung gegenüber dem zweiten Laufring verdrehbar ist, in eine Schließposition bewegbar sind, in der der erste Laufring in der ersten Relativdrehrichtung gegenüber dem zweiten Laufring verdrehbar und in der zweiten Relativdrehrichtung über die zweiten Klemmelemente mit dem zweiten Laufring drehmitnahmegekoppelt ist. Mithin ist durch Kombination der ersten und zweiten Klemmelemente nicht nur eine Drehmitnahmekopplung der Laufringe auch in der entgegengesetzten Relativdrehrichtung möglich, vielmehr kann auch ein gleichzeitiges Koppeln bzw. Blockieren in beiden einander entgegengesetzten Relativdrehrichtungen erfolgen, wodurch unter anderem eine Rekuperation oder Einleitung eines Bremsmomentes im ersten Gang durch die elektrische Maschine möglich ist. Auch hat dies den Vorteil, dass eine drehmomentunterbrechungsfreie Rückschaltung vom ersten in den zweiten Gang ebenfalls ermöglicht ist, wodurch der Komfort und der Funktionsumfang des Antriebsstrangs mit einem solchen Getriebe deutlich gesteigert ist.It can be seen from the preceding description that the aforementioned first clamping elements, in their closed position, only bring about a rotational driving coupling in the first relative direction of rotation between the first race and the second race. However, in order to create a transmission that can be used particularly flexibly and does justice to the different driving situations of a vehicle, the overrunning clutch in a particularly preferred embodiment of the transmission according to the invention also has several movable second clamping elements that are positioned between the first race on the one hand and the second On the other hand, the raceway are arranged, the second clamping elements from an open position in which the first raceway is rotatable in the first relative direction of rotation and the second relative direction of rotation with respect to the second raceway, into a closed position in which the first raceway in the first relative direction of rotation with respect to the the second raceway is rotatable and rotationally coupled to the second raceway in the second relative direction of rotation via the second clamping elements. Thus, by combining the first and second clamping elements, not only a rotational drive coupling of the races is also possible in the opposite relative direction of rotation, rather a simultaneous coupling or blocking can also take place in both opposite relative directions of rotation, whereby, among other things, a recuperation or introduction of a braking torque in first gear is possible by the electric machine. This also has the advantage that a torque-free downshift from first to second gear is also made possible, as a result of which the comfort and functional scope of the drive train with such a transmission is significantly increased.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes sind mindestens ein erstes Klemmelement und mindestens ein zweites Klemmelement unter Erzielung eine Drehmitnahmekopplung zwischen dem ersten und dem zweiten Laufring in der ersten und zweiten Relativdrehrichtung in die jeweilige Schließposition bewegbar.In an advantageous embodiment of the transmission according to the invention, at least one first clamping element and at least one second clamping element can be moved into the respective closed position in the first and second relative direction of rotation, achieving a rotational drive coupling between the first and the second race.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes ist die Freilaufkupplung als schaltbare Freilaufkupplung ausgebildet. Mithin sind bei dieser Ausführungsform vorzugsweise entsprechende Betätigungseinrichtungen zum gezielten Schalten der Freilaufkupplung in die verschiedenen Betriebsarten vorgesehen, ohne dass die Freilaufkupplung ausschließlich auf die Drehzahlunterschiede zwischen den Laufringen derselben reagiert.In a particularly advantageous embodiment of the transmission according to the invention, the overrunning clutch is designed as a switchable overrunning clutch. Accordingly, in this embodiment, corresponding Actuating devices are provided for the targeted switching of the overrunning clutch into the various operating modes without the overrunning clutch reacting exclusively to the differences in speed between the races of the same.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes sind die ersten Klemmelemente oder/und die zweiten Klemmelemente in der Öffnungsposition oder Schließposition arretierbar, wobei es bei dieser Ausführungsform überdies bevorzugt ist, wenn die ersten Klemmelemente oder/und die zweiten Klemmelemente in die jeweils andere Position vorgespannt sind.In a further advantageous embodiment of the transmission according to the invention, the first clamping elements and / or the second clamping elements can be locked in the open position or closed position, it being moreover preferred in this embodiment if the first clamping elements and / or the second clamping elements are preloaded in the other position are.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes ist das Getriebe als Stirnradgetriebe ausgebildet, um eine besonders sichere und zuverlässige Übertragung des Drehmoments zu gewährleisten. Auch sind die erste und die zweite Welle dabei vorzugsweise parallel versetzt zueinander angeordnet.According to a further preferred embodiment of the transmission according to the invention, the transmission is designed as a spur gear in order to ensure a particularly safe and reliable transmission of the torque. The first and the second shaft are also preferably arranged offset parallel to one another.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes ist die reibschlüssige Kupplung zwischen einem Stirnrad des Getriebes und der ersten oder zweiten Welle angeordnet. Bei dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, wenn das Stirnrad auch auf dieser ersten oder zweiten Welle drehbar gelagert ist, wobei dies beispielsweise über ein Wälzlager erfolgen kann.According to a further preferred embodiment of the transmission according to the invention, the frictional coupling is arranged between a spur gear of the transmission and the first or second shaft. In this embodiment, it is preferred if the spur gear is also rotatably mounted on this first or second shaft, it being possible for this to take place, for example, via a roller bearing.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes ist die Freilaufkupplung zwischen einem Stirnrad des Getriebes und der ersten oder zweiten Welle angeordnet. Dabei ist das genannte Stirnrad vorzugsweise auch auf dieser ersten oder zweiten Welle drehbar gelagert, wobei dies wiederum vorzugsweise über ein Wälzlager erfolgt.In a further advantageous embodiment of the transmission according to the invention, the overrunning clutch is arranged between a spur gear of the transmission and the first or second shaft. The said spur gear is preferably also rotatably mounted on this first or second shaft, this in turn preferably taking place via a roller bearing.
Beide vorangehend beschriebenen Ausführungsformen haben den Vorteil eines besonders kompakten Aufbaus des Getriebes. Dabei ist es bevorzugt, wenn die reibschlüssige Kupplung und die Freilaufkupplung zwischen derselben Welle und dem jeweils zugeordneten Stirnrad angeordnet sind, wobei dieselbe Welle vorzugsweise von der ersten Welle gebildet ist, die mit der elektrischen Maschine drehmitnahmeverbindbar ist oder gar deren Ausgangswelle ausbildet.Both embodiments described above have the advantage of a particularly compact construction of the transmission. It is preferred if the frictional clutch and the overrunning clutch are arranged between the same shaft and the respective associated spur gear, the same shaft preferably being formed by the first shaft, which can be rotationally connected to the electrical machine or even forms its output shaft.
Um die eingangs erwähnten Ansprüche an Komfort und Effektivität in besonders hohem Maße zu erzielen, beträgt das erste Übersetzungsverhältnis in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes mindestens 1, wobei das erste Übersetzungsverhältnis vorzugsweise größer als 1,3, besonders bevorzugt größer als 1,4 ist, während das zweite Übersetzungsverhältnis weniger als 1 beträgt, vorzugsweise kleiner als 0,9, besonders bevorzugt kleiner als 0,8, ist.In order to achieve the above-mentioned demands on comfort and effectiveness to a particularly high degree, the first gear ratio in a further preferred embodiment of the transmission according to the invention is at least 1, the first gear ratio preferably being greater than 1.3, particularly preferably greater than 1.4 , while the second transmission ratio is less than 1, preferably less than 0.9, particularly preferably less than 0.8.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes ist die reibschlüssige Kupplung eine Lamellenkupplung, vorzugsweise eine nasslaufende Lamellenkupplung. So ist bei einer nasslaufenden Lamellenkupplung zwar aufgrund eventuell auftretender Schleppmomente eine geringere Effizienz als bei einer formschlüssigen Kupplung - wie beispielsweise dem Freilauf - erzielbar, jedoch gewährt eine solche reibschlüssige Kupplung einen hohen Fahrtkomfort.In a further advantageous embodiment of the transmission according to the invention, the frictional clutch is a multi-disc clutch, preferably a wet-running multi-disc clutch. With a wet multi-plate clutch, a lower efficiency than with a form-fit clutch - such as freewheeling - can be achieved due to drag torques that may occur, but such a friction-fit clutch ensures a high level of driving comfort.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes ist die reibschlüssige Kupplung als eine normalerweise geschlossene Kupplung ausgebildet.In a further preferred embodiment of the transmission according to the invention, the frictional coupling is designed as a normally closed coupling.
Der erfindungsgemäße Antriebsstrang für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug weist eine elektrische Maschine und ein Getriebe der vorangehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Art auf, wobei die erste Welle des Getriebes mit der elektrischen Maschine in Drehmitnahmeverbindung steht. Wie bereits vorangehend dargelegt, kann es sich bei der ersten Welle gleichermaßen um die Ausgangswelle der elektrischen Maschine handeln. Hinsichtlich der Vorteile des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs sei auf die Vorteile des vorangehend beschriebenen Getriebes verwiesen, die in entsprechender Weise für den Antriebsstrang gelten.The drive train according to the invention for an electric or hybrid vehicle has an electric machine and a transmission of the type according to the invention described above, the first shaft of the transmission being in rotary driving connection with the electric machine. As already explained above, the first shaft can equally be the output shaft of the electrical machine. With regard to the advantages of the drive train according to the invention, reference is made to the advantages of the transmission described above, which apply in a corresponding manner to the drive train.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs weist der Antriebsstrang ferner einen Verbrennungsmotor auf, mittels dessen die zweite Welle des Getriebes wahlweise antreibbar ist. Mithin ist hiermit ein Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug geschaffen.In a preferred embodiment of the drive train according to the invention, the drive train also has an internal combustion engine, by means of which the second shaft of the transmission can be optionally driven. A drive train for a hybrid vehicle is thus created.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstrangs der erfindungsgemäßen Art weist die nachstehend näher beschriebenen Verfahrensschritte auf. The method according to the invention for operating a drive train of the type according to the invention has the method steps described in more detail below.
Zunächst wird die erste Welle durch die elektrische Maschine im Motorbetrieb angetrieben, wobei die zweite Welle durch die erste Welle im ersten Gang des Getriebes über die Freilaufkupplung angetrieben wird. Mithin erfolgt das Antreiben hier vorzugsweise über die ersten Klemmelemente der Freilaufkupplung in deren Schließpositionen. Während des Antreibens der ersten Welle sowie der zweiten Welle im ersten Gang ist die reibschlüssige Kupplung zunächst geöffnet. Ist ein Fahrmanöver, wie beispielsweise das Anfahren am Bordstein oder das anfängliche Beschleunigen, abgeschlossen, so erfolgt ein Schalten in den zweiten Gang durch Schließen der reibschlüssigen Kupplung unter Überholung der Freilaufkupplung, so dass durch ein Überholen des ersten Laufrings durch den zweiten Laufring der Freilaufkupplung die Drehmomentübertragung im zweiten Gang über die reibschlüssige Kupplung erfolgt. Mithin ist ein sanfter Übergang aus der geschalteten Freilaufkupplung und mithin von dem ersten Gang in den höheren zweiten Gang erzielt. Die vorstehend genannte Überholung der Freilaufkupplung erfolgt dabei vorzugsweise unter Bewegung oder Verdrängung der ersten Klemmelemente in die Öffnungsposition, wie dies bereits vorangehend unter Bezugnahme auf das Getriebe beschrieben wurde. Überdies ist es bei dieser Ausführungsform bevorzugt, wenn die ersten Klemmelemente nach deren Bewegung oder Verdrängung in die Öffnungsposition in selbiger arretiert werden, um eine unnötige Bewegung der ersten Klemmelemente beim Fahren im zweiten Gang zu unterbinden.First, the first shaft is driven by the electric machine in motor operation, the second shaft being driven by the first shaft in the first gear of the transmission via the overrunning clutch. Thus, the driving takes place here preferably via the first clamping elements of the overrunning clutch in their closed positions. While the first shaft and the second shaft are being driven in first gear, the frictional coupling is initially open. When a driving maneuver, such as starting off at the curb or the initial acceleration, is completed, shifting to second gear takes place by engaging the frictional clutch while overhauling the overrunning clutch, so that by overtaking the first race the second race of the overrunning clutch, the torque is transmitted in second gear via the frictional clutch. A smooth transition from the engaged overrunning clutch and therefore from the first gear to the higher second gear is achieved. The above-mentioned overhaul of the overrunning clutch takes place preferably with movement or displacement of the first clamping elements into the open position, as was already described above with reference to the transmission. In addition, it is preferred in this embodiment if the first clamping elements are locked in the same after their movement or displacement into the opening position in order to prevent unnecessary movement of the first clamping elements when driving in second gear.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt nach dem Schalten in den zweiten Gang ein Rückschalten in den ersten Gang durch Öffnen der reibschlüssigen Kupplung und Bewegen der ersten Klemmelemente von der Öffnungsposition in die Schließposition. Das Bewegen der ersten Klemmelemente von der Öffnungsposition in die Schließposition erfolgt hierbei vorzugsweise durch Lösen der vorangehend beschriebenen Arretierung der ersten Klemmelemente in deren Öffnungsposition.In a preferred embodiment of the method according to the invention, after shifting into second gear, downshifting into first gear takes place by opening the frictional clutch and moving the first clamping elements from the open position to the closed position. The first clamping elements are moved from the open position into the closed position by releasing the previously described locking of the first clamping elements in their open position.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Antreiben der elektrischen Maschine im Generatorbetrieb über die erste Welle und das Antreiben der ersten Welle durch die zweite Welle im ersten Gang des Getriebes über die Freilaufkupplung, während die reibschlüssige Kupplung geöffnet ist. Hierbei erfolgt das Antreiben der ersten Welle durch die zweite Welle im ersten Gang des Getriebes über die Freilaufkupplung vorzugsweise über die zweiten Klemmelemente der Freilaufkupplung in deren Schließposition. Im nächsten Verfahrensschritt wird die zweite Welle abgebremst, wobei diese vorzugsweise durch vorhandene Kraftfahrzeugbremsen innerhalb eines Kraftfahrzeugs erfolgen kann. Anschließend wird in den zweiten Gang geschaltet, wobei dies durch Lösen der Freilaufkupplung erfolgt, vorzugsweise durch Bewegen der zweiten Klemmelemente in deren Offnungsposition, wobei die reibschlüssige Kupplung anschließend geschlossen wird, um den Schaltvorgang in den zweiten Gang abzuschließen.In a further preferred embodiment of the method according to the invention, the electric machine is driven in generator mode via the first shaft and the first shaft is driven by the second shaft in the first gear of the transmission via the overrunning clutch while the frictional clutch is open. The first shaft is driven by the second shaft in the first gear of the transmission via the overrunning clutch, preferably via the second clamping elements of the overrunning clutch in their closed position. In the next method step, the second shaft is braked, and this can preferably be done by existing motor vehicle brakes within a motor vehicle. The second gear is then shifted, this being done by releasing the overrunning clutch, preferably by moving the second clamping elements into their open position, the frictional clutch then being closed to complete the shifting process into second gear.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt ein Rückschalten in den ersten Gang durch Abbremsen der zweiten Welle, vorzugsweise durch Kraftfahrzeugbremsen, Schließen der Freilaufkupplung, vorzugsweise Bewegen der zweiten Klemmelemente in deren Schließposition, und anschließendes Öffnen der reibschlüssigen Kupplung.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention, a downshift into first gear takes place by braking the second shaft, preferably by braking the vehicle, closing the overrunning clutch, preferably moving the second clamping elements into their closed position, and then opening the frictional clutch.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer beispielhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.
-
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Antriebsstrangs für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug und -
1 bis -
5 eine teilweise Darstellung der schaltbaren Freilaufkupplung aus1 in verschiedenen Positionen bzw. Schaltstellungen.
-
1 a schematic representation of an embodiment of a drive train for an electric or hybrid vehicle and -
1 to -
5 a partial representation of the switchable overrunning clutch1 in different positions or switch positions.
Das Getriebe
Das Getriebe kann von einem ersten Gang
Trotz der drehbaren Lagerung der Zahnräder
Wird das Zahnrad
Die zuvor erwähnte reibschlüssige Kupplung
Die detailliert und ausschnittsweise in den
Die ersten Klemmelemente können von einer in
Dank der hier gezeigten Kombination aus ersten und zweiten Klemmelementen
Wie bereits angedeutet, ist die Freilaufkupplung
Nachstehend werden weitere Merkmale des Antriebsstrangs
In einem ersten Verfahrensschritt wird die elektrische Maschine
Bei der Weiterfahrt wird anschließend in den zweiten Gang
Da die zweite Welle
Darüber hinaus kann von dem zweiten Gang auch wieder in den ersten Gang zurückgeschaltet werden, wobei dies durch einfaches Öffnen der reibschlüssigen Kupplung
Auch beim Betrieb des Antriebsstrangs
Auch im Generatorbetrieb der elektrischen Maschine
Die in
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 22
- AntriebsstrangPowertrain
- 44th
- elektrische Maschineelectric machine
- 66th
- Getriebetransmission
- 88th
- erste Wellefirst wave
- 1010
- zweite Wellesecond wave
- 1212
- Aus-/EingangsseiteOutput / input side
- 1414th
- erster Gangfirst course
- 1616
- zweiter Gangsecond gear
- 1818th
- Zahnradgear
- 2020th
- Zahnradgear
- 2222nd
- Zahnradgear
- 2424
- Zahnradgear
- 2626th
- Wälzlagerroller bearing
- 2828
- Wälzlagerroller bearing
- 3030th
- FreilaufkupplungOne-way clutch
- 3232
- reibschlüssige Kupplungfrictional coupling
- 3434
- erste Seitefirst page
- 3636
- zweite Seitesecond page
- 3838
- LamellenpaketDisk pack
- 4040
- erster Laufringfirst race
- 4242
- zweiter Laufringsecond race
- 4444
- UmfangsrichtungCircumferential direction
- 4646
- UmfangsrichtungCircumferential direction
- 4848
- radiale Richtungradial direction
- 5050
- radiale Richtungradial direction
- 5252
- erste Klemmelementefirst clamping elements
- 5454
- zweite Klemmelementesecond clamping elements
- 5656
- erste Relativdrehrichtungfirst relative direction of rotation
- 5858
- zweite Relativdrehrichtungsecond relative direction of rotation
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