DE102019202967A1

DE102019202967A1 - Getriebeanordnung für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang und Verfahren zum Betreiben einer Getriebeanordnung

Info

Publication number: DE102019202967A1
Application number: DE102019202967.1A
Authority: DE
Inventors: Stefan Beck; Fabian Kutter; Matthias Horn; Thomas Martin; Johannes Kaltenbach; Max Bachmann; Michael Wechs; Martin Brehmer; Thomas Kroh; Peter Ziemer; Oliver BAYER
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-03-05
Filing date: 2019-03-05
Publication date: 2020-09-10
Also published as: CN113518725B; WO2020177894A1; US20220185093A1; CN113518725A

Abstract

Getriebeanordnung (17) für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang (10), mit einem ersten Eingangsglied (32) und einem zweiten Eingangsglied (34), mit einem ersten Teilgetriebe (26), das dem ersten Eingangsglied (32) zugeordnet ist und das eine erste Mehrzahl von schaltbaren Gang-Radsätzen (40, 42) zur Einrichtung einer Anzahl von Gangstufen aufweist, mit einem zweiten Teilgetriebe (28), das dem zweiten Eingangsglied (34) zugeordnet ist und das eine zweite Mehrzahl von schaltbaren Gang-Radsätzen (44, 46) zur Einrichtung einer Anzahl von Gangstufen aufweist, mit einer ersten elektrischen Maschine (22), die mit dem zweiten Eingangsglied (34) verbunden ist, mit einer zweiten elektrischen Maschine (24) und mit einer ersten Kupplung (K1), über die das erste und das zweite Eingangsglied (32, 34) miteinander verbindbar sind, wobei die zweite elektrische Maschine (24) über eine zweite Kupplung (K2) mit dem ersten Eingangsglied (22) verbindbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang, mit einem ersten Eingangsglied und einem zweiten Eingangsglied, mit einem ersten Teilgetriebe, das dem ersten Eingangsglied zugeordnet ist und das eine erste Mehrzahl von schaltbaren Gang-Radsätzen zur Einrichtung einer Anzahl von Gangstufen aufweist, und mit einem zweiten Teilgetriebe, das dem zweiten Eingangsglied zugeordnet ist und das eine zweite Mehrzahl von schaltbaren Gang-Radsätzen zur Einrichtung einer Anzahl von Gangstufen aufweist.
Ein eine derartige Geriebeanordnung aufweisender Hybrid-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug ist aus dem Dokument DE 10 2011 005 451 A1 bekannt geworden.
Der bekannte Hybridantrieb beinhaltet ein automatisiertes Schaltgetriebe mit zwei Eingangswellen und einer gemeinsamen Ausgangswelle. Die erste Eingangswelle ist über eine Trennkupplung mit der Triebwelle eines Verbrennungsmotors verbindbar und ist über eine erste Gruppe selektiv schaltbarer Gangradsätze mit der Ausgangswelle in Triebverbindung bringbar. Die zweite Eingangswelle steht mit dem Rotor einer als Motor und als Generator betreibbaren ersten Elektromaschine in Triebverbindung und ist über eine zweite Gruppe selektiv schaltbarer Gangradsätze mit der Ausgangswelle in Triebverbindung bringbar. Die Eingangswellen sind über ein einrückbares und ausrückbares Koppel-Schaltelement miteinander koppelbar. Zur Verbesserung der Betriebseigenschaften des Hybridantriebs ist eine als Motor und als Generator betreibbare zweite Elektromaschine vorgesehen, deren Rotor mit der ersten Eingangswelle in Triebverbindung steht. Mit dem Hybridantrieb sollen Gangwechsel in dem Schaltgetriebe auch im Elektrofahrbetrieb ohne Zugkraftunterbrechung durchführbar sein.
Dabei können Gangkupplungen der Gangradsätze der ersten Gruppe bei geöffneter Trennkupplung und ausgerücktem Koppel-Schaltelement synchronisiert werden, und zwar mittels der zweiten Elektromaschine, so dass die Gangkupplungen als kostengünstige Klauenkupplungen ausgeführt sein können. Durch Öffnen der Trennkupplung kann der Verbrennungsmotor abgekoppelt werden, wobei Gangwechsel in dem Schaltgetriebe während eines Elektrofahrbetriebes ohne Zugkraftunterbrechung durchführbar sind, indem die zweite Elektromaschine während des Gangwechsels ein Drehmoment abgibt und über einen geschalteten Gangradsatz auf die Ausgangswelle überträgt.
Die zweite Elektromaschine ist dabei bevorzugt als ein Starter-Generator ausgebildet, der leistungsschwächer als die erste Elektromaschine ausgelegt und nur kurzzeitig als Motor betreibbar ist. Ein mit diesem Antriebsstrang durchgeführtes Schaltverfahren kann bei einem Gangwechsel in einem Elektrofahrbetrieb zugkraftunterbrechungsfrei erfolgen, wobei die zweite Elektromaschine bei geöffnetem Kuppel-Schaltelement über einen eingelegten Gangradsatz der ersten Gruppe zumindest kurzzeitig ein Drehmoment auf die Ausgangswelle überträgt.
In dem Dokument DE 10 2011 005 451 A1 sind zwei unterschiedliche Getriebe gezeigt. Bei einem Getriebe sind fünf Gangradsätze für Vorwärtsgangstufen und ein separater Gangradsatz für eine Rückwärtsgangstufe vorgesehen. In einer Alternative sind drei Gangradsätze für Vorwärtsgangstufen vorgesehen.
Vor dem obigen Hintergrund ist es eine Aufgabe, eine verbesserte Getriebeanordnung und ein verbessertes Verfahren zum Ansteuern einer Getriebeanordnung anzugeben, wobei mittels der Getriebeanordnung eine höhere Spreizung erzielbar ist und/oder mehr unterschiedliche Fahrmodi realisierbar sind.
Die obige Aufgabe wird gelöst durch eine Getriebeanordnung für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang, mit einem ersten Eingangsglied und einem zweiten Eingangsglied, mit einem ersten Teilgetriebe, das dem ersten Eingangsglied zugeordnet ist und das eine erste Mehrzahl von schaltbaren Gang-Radsätzen zur Einrichtung einer Anzahl von Gangstufen aufweist, mit einem zweiten Teilgetriebe, das dem zweiten Eingangsglied zugeordnet ist und das eine zweite Mehrzahl von schaltbaren Gang-Radsätzen zur Einrichtung einer Anzahl von Gangstufen aufweist, mit einer ersten elektrischen Maschine, die mit dem zweiten Eingangsglied verbunden ist, mit einer zweiten elektrischen Maschine und mit einer ersten Kupplung, über die das erste und das zweite Eingangsglied miteinander verbindbar sind, wobei die zweite elektrische Maschine über eine zweite Kupplung mit dem ersten Eingangsglied verbindbar ist.
Ferner wird die obige Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Getriebeanordnung der erfindungsgemäßen Art, mit dem Schritt, die zweite Kupplung während eines Elektrofahrbetriebs mittels der ersten elektrischen Maschine in wenigstens einer Gangstufe zu öffnen.
Durch das Bereitstellen der zweiten Kupplung ist es möglich, in einem reinen Elektrofahrbetrieb mittels der ersten elektrischen Maschine das erste und das zweite Teilgetriebe miteinander zu koppeln, um alternative Gangstufen zu realisieren, insbesondere derart, dass eine größere Spreizung realisiert werden kann.
Die Eingangsglieder der Getriebeanordnung sind vorzugsweise Eingangswellen, die zudem vorzugsweise koaxial zueinander angeordnet sind.
Die Verbindung zwischen dem zweiten Eingangsglied und der ersten elektrischen Maschine ist vorzugsweise eine drehfeste Verbindung, so dass das zweite Eingangsglied immer von der ersten elektrischen Maschine antreibbar ist, ohne eine Kupplung schließen zu müssen. Vorzugsweise sind die Drehzahlen eines Rotors der ersten elektrischen Maschine und des zweiten Eingangsgliedes zu allen Betriebszeitpunkten proportional zueinander.
Vorzugsweise ist das eine Teilgetriebe ungeraden Vorwärtsgangstufen zugeordnet, und das andere Teilgetriebe geraden Vorwärtsgangstufen.
Von besonderem Vorzug ist es, wenn das erste Teilgetriebe den ungeraden Vorwärtsgangstufen zugeordnet ist. Ferner ist es bevorzugt, wenn das erste Teilgetriebe genau zwei schaltbare Radsätze zur Einrichtung von zwei regulären Vorwärtsgangstufen beinhaltet. Unter einer regulären Vorwärtsgangstufe wird vorliegend verstanden, dass Leistung über genau einen der schaltbaren Gang-Radsätze der Getriebeanordnung fließt, und nicht über zwei Radsätze. Demzufolge ist von sämtlichen Schaltkupplungen, die um Schalten der Gang-Radsätze dienen, bei Einrichtung einer regulären Vorwärtsgangstufe nur eine einzelne Schaltkupplung geschlossen.
Das zweite Teilgetriebe ist bei der obigen Ausführungsform vorzugsweise den geraden Vorwärtsgangstufen zugeordnet. Vorzugsweise weist das zweite Teilgetriebe genau zwei schaltbare Radsätze zur Einrichtung von zwei regulären Vorwärtsgangstufen auf.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Getriebeanordnung keinen Gang-Radsatz für eine Rückwärtsgangstufe beinhaltet, derart, dass ein verbrennungsmotorischer Betrieb keinen Rückfahrbetrieb ermöglicht.
Eine Ausgangswelle ist vorzugsweise parallel versetzt zu der ersten und/oder der zweiten Eingangswelle angeordnet, also als Vorgelegewelle ausgebildet. Vorzugsweise verbinden die schaltbaren Gang-Radsätze des ersten Teilgetriebes das erste Eingangsglied in Form einer ersten Eingangswelle mit der Ausgangswelle. Vorzugsweise verbinden die schaltbaren Gang-Radsätze des zweiten Teilgetriebes das zweite Eingangsglied, vorzugsweise eine zweite Eingangswelle, mit der Ausgangswelle.
Die erste elektrische Maschine und die zweite elektrische Maschine sind vorzugsweise beide jeweils als Motor oder als Generator betreibbar.
Vorzugsweise sind die erste elektrische Maschine und/oder die zweite elektrische Maschine parallel zu Wellen der Getriebeanordnung ausgerichtet und über Stirnradsätze oder Umschlingungsgetriebe wie Ketten oder Zahnriemen mit einer zugeordneten Welle verbunden.
Ein Elektrofahrbetrieb kann mittels der ersten elektrischen Maschine über das erste Teilgetriebe eingerichtet werden, aber auch über das zweite Teilgetriebe, mit den schaltbaren Radsätzen des zweiten Teilgetriebes.
Bei geöffneter zweiter Kupplung ist es zudem möglich, in einem Elektrofahrbetrieb gleichzeitig die zweite elektrische Maschine bspw. mitttels eines Verbrennungsmotors anzutreiben, die dann als Generator arbeitet. Hierdurch kann ein serieller Betrieb bzw. eine Art Range-Extender-Betrieb eingerichtet werden, und zwar sowohl während eines Elektrofahrbetriebs als auch im Stillstand.
Bei geöffneter zweiter Kupplung ist es ferner möglich, einen elektromotorischen Fahrbetrieb bei geschlossener erster Kupplung mittels der ersten elektrischen Maschine und den Gang-Radsätzen des ersten Teilgetriebes einzurichten.
Bereits hierdurch kann die Spreizung im elektrischen Fahrbetrieb ggf. erhöht werden.
Die erste Kupplung wird nachstehend auch als Wellenkupplung bezeichnet. Die zweite Kupplung wird nachstehend auch als Maschinenkupplung bezeichnet.
Ein mit der zweiten elektrischen Maschine verbundenes Eingangsglied der zweiten Kupplung (z.B eine Zwischenwelle) ist vorzugsweise über eine Trennkupplung mit einem Verbrennungsmotor verbindbar.
Die Getriebeanordnung ist insbesondere für einen Hybrid-Antriebsstrang realisierbar, wobei ein Eingangsglied der Trennkupplung mit dem Verbrennungsmotor verbunden wird.
Unter einer Verbindung von zwei Gliedern kann vorliegend verstanden werden, dass die Glieder über eine Kupplung miteinander verbunden oder drehfest miteinander verbunden sind; unter einer drehfesten Verbindung von zwei Gliedern wird verstanden dass diese in allen Betriebszuständen zueinander proportionale Drehzahlen haben.
Eine Verbindung kann also sowohl geschlossen als auch geöffnet sein, so lange es zumindest möglich ist, dass in einem Betriebszustand ein Leistungsfluss über die Verbindung stattfinden kann.
Bei der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung ist es bevorzugt, wenn ein Leistungsfluss zwischen dem ersten Eingangsglied und einem Verbrennungsmotor nur dann möglich ist, wenn sowohl die Trennkupplung als auch die Maschinenkupplung geschlossen sind.
Die Gang-Radsätze des ersten und des zweiten Teilgetriebes werden vorzugsweise mittels Schaltelementen wie Schaltkupplungen geschaltet. Vorzugsweise sind jeweils zwei Schaltelemente zu einem Schaltkupplungspaket zusammengefasst, das mittels eines einzelnen Aktuators betätigbar ist.
Von besonderem Vorzug ist es, wenn jedes Teilgetriebe genau ein derartiges Schaltkupplungspaket aufweist, mittels dessen die Gang-Radsätze des jeweiligen Teilgetriebes alternativ in den Leistungsfluss schaltbar sind. Die Schaltkupplungspakete sind dabei vorzugsweise an der Ausgangswelle angeordnet.
Die erfindungsgemäße Getriebeanordnung beinhaltet vorliegend immer zwei elektrische Maschinen, die vorzugsweise beide jeweils zur Einrichtung eines Elektrofahrbetriebes ausgelegt sind, also über eine hinreichende hohe Leistung verfügen.
Alternativ ist nur die erste elektrische Maschine zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges ausgelegt, und die zweite elektrische Maschine dient im Wesentlichen als Starter/Generator mit der Möglichkeit, Zugkraftunterstützung zu leisten, ähnlich wie bei dem Antriebsstrang aus dem Dokument DE 10 2011 005 451 A1 , auf dessen Offenbarungsgehalt vorliegend vollumfänglich Bezug genommen wird.
Generell ist bei einer Realisierung eines Hybrid-Antriebsstranges mittels der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung ein rein verbrennungsmotorischer Betrieb über sämtliche Gang-Radsätze des ersten und des zweiten Teilgetriebes realisierbar. Ein rein elektrischer Fahrbetrieb ist mittels der ersten elektrischen Maschine zumindest mittels der Gang-Radsätze des zweiten Teilgetriebes realisierbar. Ein elektromotorischer Fahrbetrieb ist mittels der zweiten elektrischen Maschine, sofern diese leistungsmäßig entsprechend ausgelegt ist, zumindest über sämtliche GangRadsätze des ersten und des zweiten Teilgetriebes realisierbar.
Es ist ein serieller bzw. Range-Extender-Betrieb möglich, bei dem während eines Elektrofahrbetriebes mittels der ersten elektrischen Maschine eine Batterie des Antriebsstranges geladen wird, indem der Verbrennungsmotor bei geöffneter Maschinenkupplung die zweite elektrische Maschine antreibt, die dann als Generator betrieben wird.
Ein Boost-Betrieb, bei dem elektromotorische Leistung zu Verbrennungsmotorleistung hinzugefügt wird, ist sowohl mittels der ersten elektrischen Maschine als auch mittels der zweiten elektrischen Maschine möglich.
Durch Öffnen der Trenn- und/oder der Maschinenkupplung ist auch ein Segelbetrieb realisierbar, bei dem eine Geschwindigkeit konstant gehalten wird, ausschließlich durch intermittierende Bereitstellung von elektromotorischer Leistung mittels der ersten nd/oder der zweiten elektrischen Maschine.
Vorzugsweise ist die erste elektrische Maschine auch als Generator betreibbar, um beispielsweise in einem Schubbetrieb Bremsleistung bereitzustellen und hierdurch Leistung zum Speisen einer Batterie zu rekuperieren.
Die Aufgabe wird somit vollkommen gelöst.
Vorzugsweise ist die zweite elektrische Maschine mit einem Zwischenglied verbunden ist, das über eine Trennkupplung mit einem Verbrennungsmotor verbindbar ist und das über die zweite Kupplung mit dem ersten Eingangsglied verbindbar ist.
Das Zwischenglied und die Eingangsglieder sind vorzugsweise als Wellen ausgebildet.
Von besonderem Vorzug ist es, wenn das das erste und das zweite Teilgetriebe über eine dritte Kupplung, die auch als Brückenkupplung bezeichnet wird, miteinander verbindbar sind, um wenigstens eine Windungsgangstufe einrichten zu können.
Hierdurch ist es insbesondere möglich, die Spreizung der Getriebeanordnung zu erhöhen, also das Verhältnis von maximaler zu minimaler Übersetzung im Vorwärtsfahrbetrieb.
Unter einer Windungsgangstufe wird verstanden, dass der Leistungsfluss hierbei sowohl über einen Gang-Radsatz des ersten Teilgetriebes als auch über einen Gang-Radsatz des zweiten Teilgetriebes fließt. Die Brückenkupplung ist bei Einrichtung einer Windungsgangstufe generell geschlossen, so dass eine drehfesteVerbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Teilgetriebe eingerichtet wird. Generell ist es ferner so, dass eine Windungsgangstufe nur dann eingerichtet werden kann, wenn sowohl die Brückenkupplung als auch eine Schaltkupplung zum Schalten von einem der Gang-Radsätze des ersten oder des zweiten Teilgetriebes geschaltet wird. Im Gegensatz zur Einrichtung einer regulären Vorwärtsgangstufe werden also zwei Schaltelemente geschlossen, um eine Windungsgangstufe einzurichten.
Vorzugsweise ist eine Windungsgangstufe eine elektrische Anfahrgangstufe, bei der im Elektrofahrbetrieb Leistung der ersten elektrischen Maschine von dem zweiten Teilgetriebe über die Brückenkupplung auf das erste Teilgetriebe übertragen wird, wobei in dem ersten Teilgetriebe einer der Radsätze geschlossen ist, vorzugsweise ein Radsatz einer Anfahrgangstufe, wie der Vorwärtsgangstufe 1.
Die Windungsübersetzung, die mittels einer Windungsgangstufe eingerichtet ist, kann dabei eine kürzere Übersetzung sein als die Übersetzung der regulären Vorwärtsgangstufe 1.
Zum anderen ist es bevorzugt, wenn wenigstens eine Windungsgangstufe im rein verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb oder in einem Fahrbetrieb unter Verwendung der zweiten elektrischen Maschine eingerichtet werden kann. Hierbei ist es bevorzugt, wenn eine Windungsgangstufe, bei der Leistung von dem ersten Teilgetriebe über die Brückenkupplung und über einen geschalteten Gang-Radsatz des zweiten Teilgetriebes fließt, eine höchste Vorwärtsgangstufe beinhaltet, deren Übersetzung länger ist als jene der höchsten regulären Vorwärtsgangstufe. Zum Einrichten dieser Windungsgangstufe wird vorzugsweise der Gang-Radsatz für die höchste Vorwärtsgangstufe in dem zweiten Teilgetriebe geschaltet.
Die Brückenkupplung wird vorzugsweise ausschließlich dann geschlossen, wenn die Wellenkupplung geöffnet ist, und umgekehrt. Ein gleichzeitiges Schließen dieser Kupplungen führt zu einem Blockieren des ersten Teilgetriebes und des zweiten Teilgetriebes.
Vorzugsweise ist dabei eine entsprechende Sicherheitseinrichtung vorgesehen, die dafür sorgt, dass entweder nur die Brückenkupplung oder nur die Wellenkupplung geschlossen ist, ähnlich wie mittels einer solchen Sicherheitseinrichtung dafür gesorgt wird, dass nicht gleichzeitig zwei Radsätze des ersten und des zweiten Teilgetriebes geschaltet werden, wenn die Wellenkupplung und die Brückenkupplung geöffnet sind.
Die Brückenkupplung kann an beliebiger Stelle in der Getriebeanordnung angeordnet werden.
Von besonderem Vorzug ist es jedoch, wenn die Brückenkupplung an einer Ausgangswelle angeordnet ist, die dem ersten und dem zweiten Teilgetriebe zugeordnet ist.
Ferner ist es bevorzugt, wenn die Brückenkupplung axial zwischen dem ersten Teilgetriebe und dem zweiten Teilgetriebe angeordnet ist.
Dabei ist es ebenfalls bevorzugt, wenn die Wellenkupplung axial zwischen dem ersten Teilgetriebe und dem zweiten Teilgetriebe angeordnet ist und/oder wenn die Wellenkupplung und die Brückenkupplung in einer Radialebene angeordnet sind bzw. axial miteinander ausgerichtet sind.
Generell ist eine Anbindung der elektrischen Maschinen an die Getriebeanordnung über beliebige Getriebemittel möglich, wie beispielsweise Umschlingungsgetriebe.
Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn die erste elektrische Maschine über einen ersten Radsatz, der auch als erster Maschinen-Radsatz bezeichnet wird, mit dem zweiten Eingangsglied verbunden ist und/oder wenn die zweite elektrische Maschine über einen zweiten Radsatz, der auch als zweiter Maschinen-Radsatz bezeichnet wird, mit einer Zwischenwelle verbunden ist.
Von besonderem Vorzug ist es, wenn die Zwischenwelle koaxial zu dem ersten und/oder dem zweiten Eingangsglied angeordnet ist.
Die Zwischenwelle ist vorzugsweise als Hohlwelle ausgebildet, und zwar zumindest abschnittsweise um die erste Eingangswelle und/oder um eine Antriebswelle herum, die mit einem Verbrennungsmotor drehfest verbunden ist.
Gemäß einer weiteren insgesamt bevorzugten Ausführungsform ist die Trennkupplung und/oder die zweite Kupplung und/oder die erste Kupplung koaxial zu dem ersten und/oder dem zweiten Eingangsglied angeordnet.
Durch diese Maßnahme kann eine axial und/oder radial kompakte Bauweise realisiert werden.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn eine Ausgangswelle über einen Abtriebsradsatz mit einem Differential verbunden ist, wobei der Abtriebsradsatz und die zweite Kupplung vorzugsweise in einer Radialebene angeordnet bzw. axial miteinander ausgerichtet sind.
Die Getriebeanordnung insbesondere für einen Front-Quer-Einbau in einem Kraftfahrzeug ausgelegt. Wenn die Getriebeanordnung beispielsweise vorne in einem Kraftfahrzeug eingebaut ist, und zwar in einer Ausrichtung quer zu der Längsrichtung des Kraftfahrzeugs, kann Antriebsleistung über das Differential direkt auf angetriebene Vorderräder übertragen werden. Das Gleiche gilt bei einem Heckantrieb entsprechend bei einem Einbau im Heck eines Fahrzeugs. Ferner ist es alternativ denkbar, die Ausgangswelle mit einer Kardanwelle zu verbinden, um bei einem Längseinbau der Getriebeanordnung beispielsweise ein Hinterachsdifferential anzutreiben.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das erste und/oder das zweite Teilgetriebe jeweils genau zwei Gang-Radsätze auf, die regulären Vorwärtsgangstufen zugeordnet sind.
Folglich kann beispielsweise ein Vorwärtsfahrbetrieb in vier, vorzugsweise fünf (davon eine Windungsgangstufe) oder sogar sechs (davon zwei Windungsgangstufen, einschließlich einer sehr kurzen Anfahrgangstufe bzw. „Crawler“-Gangstufe) realisiert werden.
Insgesamt ist es auch vorteilhaft, wenn Übersetzungen der Gang-Radsätze des ersten und/oder des zweiten Teilgetriebes so aufeinander abgestimmt sind, dass eine erste Vorwärts-Windungsgangstufe eine kürzere Übersetzung aufweist als alle Gang-Radsätze des ersten und des zweiten Teilgetriebes, die regulären Vorwärtsgangstufen zugeordnet sind, und/oder so, dass eine zweite Vorwärts-Windungsgangstufe eine längere Übersetzung aufweist als alle GangRadsätze des ersten und des zweiten Teilgetriebes, die regulären Vorwärtsgangstufen zugeordnet sind.
Insgesamt kann folglich die Spreizung der Getriebeanordnung deutlich erhöht werden.
Gemäß einer weiteren, insgesamt bevorzugten Ausführungsform ist bzw. sind die Trennkupplung, die zweite Kupplung, die erste Kupplung, die dritte Kupplung und/oder wenigstens eine Schaltkupplung zum Schalten eines Gang-Radsatzes der Gang-Radsätze des ersten und des zweiten Teilgetriebes als nicht-synchronisierte Kupplung bzw. als Klauenkupplung ausgebildet.
Eine Synchronisierung von Eingangsglied und Ausgangswelle der Kupplungen kann jeweils insbesondere durch die erste und/oder die zweite elektrische Maschine erfolgen.
Gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt wird die obige Aufgabe gelöst durch eine Getriebeanordnung für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang, mit einem ersten Eingangsglied und einem zweiten Eingangsglied, mit einem ersten Teilgetriebe, das dem ersten Eingangsglied zugeordnet ist und das eine erste Mehrzahl von schaltbaren Gang-Radsätzen zur Einrichtung einer Anzahl von Gangstufen aufweist, mit einem zweiten Teilgetriebe, das dem zweiten Eingangsglied zugeordnet ist und das eine zweite Mehrzahl von schaltbaren Gang-Radsätzen zur Einrichtung einer Anzahl von Gangstufen aufweist, mit einer ersten Kupplung, über die das erste und das zweite Eingangsglied miteinander verbindbar sind, mit einer ersten elektrischen Maschine, die mit dem zweiten Eingangsglied verbunden ist, mit einer zweiten elektrischen Maschine, die mit dem ersten Eingangsglied verbunden ist oder die über eine zweite Kupplung mit dem ersten Eingangsglied verbindbar ist, und mit einer dritten Kupplung, über die das erste und das zweite Teilgetriebe miteinander verbindbar sind, um wenigstens eine Windungsgangstufe einrichten zu können.
Dieser Aspekt der Erfindung ist unabhängig von dem o.g. ersten Aspekt, bei dem die zweite elektrische Maschine über eine zweite Kupplung (Maschinenkupplung) mit dem ersten Eingangsglied verbunden ist.
Bevorzugt wird der zweite Aspekt der Erfindung jedoch mit dem ersten Aspekt kombiniert.
Mit der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung, die vorzugsweise sowohl eine Maschinenkupplung als auch eine Brückenkupplung beinhaltet, kann ein sogenannter serieller Betrieb eingerichtet werden (der oben auch als Range-Extender-Betrieb bezeichnet wurde), bei dem ein Elektrofahrbetrieb mittels der ersten elektrischen Maschine eingerichtet ist, und zwar unter Nutzung sowohl der Radsätze des zweiten als auch des ersten Teilgetriebes und/oder unter Nutzung einer Windungsgangstufe, bei geschlossener Brückenkupplung. Bei dem seriellen Betrieb wird dabei eine zweite elektrische Maschine von den Teilgetrieben insgesamt abgekoppelt, so dass bei geschlossener Trennkupplung der Verbrennungsmotor betrieben werden kann, um die zweite elektrische Maschine im Generatorbetrieb betreiben zu können, um eine Batterie des Antriebsstranges zu laden.
Der serielle Betrieb kann insbesondere bei hohem Fahrwiderstand eingerichtet werden, wenn elektromotorisch mittels der ersten elektrischen Maschine gefahren werden soll.
Sofern in einem Elektrofahrbetrieb mittels der ersten elektrischen Maschine ein sehr kurzer Gang nach der Art eines Windungsganges eingerichtet ist, ist ein Übergang in einen verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb in der regulären Vorwärtsgangstufe 1 möglich, wenn die Maschinenkupplung geschlossen wird. Anschließend kann der Verbrennungsmotor zusammen mit der zweiten elektrischen Maschine die Zugkraft stützen, und die Brückenkupplung kann geöffnet werden, wobei die erste elektrische Maschine lastfrei wird. Anschließend kann die erste elektrische Maschine ein Schaltelement für die zweite Vorwärtsgangstufe synchronisieren und im dann inaktiven Teilgetriebe schalten, um ausgehend von dem verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb in der ersten Vorwärtsgangstufe anschließend direkt in die Vorwärtsgangstufe 2 schalten zu können. Dabei stützt die erste elektrische Maschine die Zugkraft und kann den Verbrennungsmotor zusammen mit der zweiten elektrischen Maschine lastfrei schalten.
Im Hybridbetrieb, bei dem der Verbrennungsmotor zum Antreiben des Kraftfahrzeuges verwendet wird und ggf. Antriebsleistung elektromotorischer Art nach Bedarf beigesteuert wird (zum Boosten oder zum Rekuperieren), kann die zweite elektrische Maschine Synchronisationen an den Schaltelementen unterstützen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Hybrid-Antriebsstranges für ein Kraftfahrzeug;
2 eine weitere Ausführungsform eines Hybrid-Antriebsstranges für ein Kraftfahrzeug;
3 eine Schalttabelle von Schaltelementen des Hybrid-Antriebsstranges der 2 in einem rein verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb;
4 eine Schalttabelle von Schaltelementen des Hybrid-Antriebsstranges der 2 in einem rein elektromotorischen Fahrbetrieb mittels der ersten elektrischen Maschine; und
5 eine Schalttabelle von Schaltelementen des Hybrid-Antriebsstranges der 2 in einem rein elektromotorischen Fahrbetrieb mittels der zweiten elektrischen Maschine.

In 1 ist eine Ausführungsform eines Hybrid-Antriebsstranges für ein Kraftfahrzeug schematisch dargestellt und generell mit 10 bezeichnet.
Der Antriebsstrang 10 weist einen Verbrennungsmotor 12 auf. Ferner beinhaltet der Antriebsstrang 10 eine Kupplungsanordnung 14 mit einer Reihe von Kupplungen K0, K1, K2. Der Antriebsstrang 10 weist ferner ein Getriebe 16 auf, das gemeinsam mit der Kupplungsanordnung 14 Teil einer Getriebeanordnung 17 ist. Ein Ausgang des Getriebes 16 ist mit einem Differential 18 verbunden (oder einer anderen Leistungsverzweigungseinrichtung), mittels dessen Antriebsleistung auf angetriebene Räder 20L, 20R des Kraftfahrzeuges verteilbar ist.
Die Getriebeanordnung 17 weist ferner eine erste elektrische Maschine 22 und eine zweite elektrische Maschine 24 auf.
Das Getriebe 16 beinhaltet ein erstes Teilgetriebe 26, das vorzugsweise den ungeraden Vorwärtsgangstufen zugeordnet ist, und ein zweites Teilgetriebe 28, das vorzugsweise den geraden Vorwärtsgangstufen zugeordnet ist.
Ein gemeinsames Ausgangsglied der zwei Teilgetriebe 26, 28 kann durch eine Ausgangswelle 30 gebildet sein.
Das Teilgetriebe 26 weist ein erstes Eingangsglied in Form einer ersten Eingangswelle 32 auf. Das zweite Teilgetriebe 28 weist ein zweites Eingangsglied in Form einer zweiten Eingangswelle 34 auf.
Die erste elektrische Maschine 22 ist mit der zweiten Eingangswelle 34 drehfest verbunden. Die zweite elektrische Maschine 24 ist mit einem Zwischenglied verbunden, das vorzugsweise als Zwischenwelle 36 implementiert ist.
Die Zwischenwelle 36 ist über eine Trennkupplung K0 der Kupplungsanordnung 14 mit dem Verbrennungsmotor 12 verbindbar. Ferner ist die Zwischenwelle 36 über eine Maschinenkupplung K2 der Kupplungsanordnung 14 mit der ersten Eingangswelle 32 verbindbar. Die erste Eingangswelle 32 und die zweite Eingangswelle 34 sind über eine Wellenkupplung K1 miteinander verbindbar. Ferner sind das erste Teilgetriebe 26 und das zweite Teilgetriebe 28 über eine Brückenkupplung E miteinander verbindbar.
Die Verbindung mittels der o.g. Kupplungen ist derart, dass die miteinander verbundenen Glieder bei jeweiliger geöffneter Kupplung voneinander entkoppelt sind. Bei geschlossener Kupplung sind die jeweiligen Glieder miteinander drehfest verbunden, derart, dass sie mit proportionalen Drehzahlen drehen.
Die Kupplungen K0, K1, K2 sind Teil der Kupplungsanordnung 14 und sind mittels jeweiliger Aktuatoren individuell und unabhängig voneinander schaltbar. Die Brückenkupplung E ist Teil des Getriebes 16 und ist ebenfalls mittels eines separaten Aktuators schaltbar.
Mit dem Hybrid-Antriebsstrang 10 lassen sich im Wesentlichen folgende Fahrmodi einrichten: ein rein verbrennungsmotorischer Fahrbetreb, ein rein elektromotorischer Fahrbetrieb,oder ein Hybridbetreb (Boost-Betrieb oder Rekuperationsbetrieb). Im verbrennungsmotorischen Fahrbetriebwird Antriebsleistung des Verbrennungsmotors 12 entweder über die Trennkupplung K0 und die Maschinenkupplung K2 sowie über die erste Eingangswelle 32 und das erste Teilgetriebe 26 auf die Ausgangswelle 30 übertragen wird. Oder die Antriebsleistung wird über die Trennkupplung K0, die Maschinenkupplung K2, über die Wellenkupplung K1, sowie über die zweite Eingangswelle 34 und das zweite Teilgetriebe 28 auf die Ausgangswelle 30 übertragen.
In einer bevorzugten Variante kann eine Vorwärtsgangstufe in dem verbrennungsmotorischen Betrieb durch eine sogenannte Windungsgangstufe eingerichtet werden, wobei Leistung beispielsweise über die erste Eingangswelle 32 zunächst in das erste Teilgetriebe 26 zugeführt wird, von dort über die geschlossene Brückenkupplung E in das zweite Teilgetriebe 28,und von dort auf die Ausgangswelle 30. Die Wellenkupplung K1 ist hierbei geöffnet.
Bei dem Hybrid-Fahrbetrieb wird Antriebsleistung der ersten elektrischen Maschine 22 und/oder der zweiten elektrischen Maschine 24 in einem sogenannten „Boost“-Fahrbetrieb bereit gestellt oder es wird Leistung durch Rekuperieren in diese eingespeist. Im ersteren Fall wird die jeweilige elektrische Maschine als Motor betrieben. Im zweitgenannten Fall wird die jeweilige elektrische Maschine als Generator betrieben.
Ferner ist ein rein elektromotorischer Fahrbetrieb mittels der ersten elektrischen Maschine 22 einrichtbar. Hierbei werden im Wesentlichen die Gangstufen des zweiten Teilgetriebes genutzt, so dass Antriebsleistung von der ersten elektrischen Maschine 22 über die zweite Eingangswelle 34 und das zweite Teilgetriebe 38 auf die Ausgangswelle 30 übertragen wird.
Bei geöffneter Maschinenkupplung K2 ist es jedoch auch möglich, Antriebsleistung der ersten elektrischen Maschine 22 über die geschlossene Wellenkupplung K1 und die erste Eingangswelle 32 auf das erste Teilgetriebe 26 und dann auf die Ausgangswelle 30 zu führen.
Ferner ist auch in diesem rein elektromotorischen Fahrbetrieb eine Windungsgangstufe einrichtbar, wobei bei geöffneter Wellenkupplung K1 Antriebsleistung der ersten elektrischen Maschine 22 über die zweite Eingangswelle 34 in das zweite Teilgetriebe 28 eingeleitet wird, von dort über die Brückenkupplung E in das erste Teilgetriebe 26 und von dort auf die Ausgangswelle 30.
Schließlich ist bei geeigneter Auslegung der zweiten elektrischen Maschine 24 auch ein rein elektromotorischer Fahrbetrieb mittels der zweiten elektrischen Maschine 24 einrichtbar. Hierbei können sämtliche Gangstufen eingelegt werden wie beim verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb. Die Trennkupplung K0 ist hierbei jedoch geschlossen, um den Verbrennungsmotor 12 nicht mitschleppen zu müssen.
Antriebsleistung der ersten elektrischen Maschine 22 und der zweiten elektrischen Maschine 24 kann auch in bestimmten Fahrmodis aufaddiert werden, um einen elektromotorischen Fahrbetrieb mit maximaler Leistung einzurichten.
Ferner ist mittels des Antriebsstranges 10 auch ein sogenannter serieller Betrieb bzw. ein Range-Extender-Betrieb einrichtbar.
Hierbei wird mittels der ersten elektrischen Maschine 22 ein rein elektrischer Fahrbetrieb eingerichtet, wie oben beschrieben. Die Maschinenkupplung K2 wird geöffnet. In diesem Fall kann bei geschlossener Trennkupplung K0 Antriebsleistung des Verbrennungsmotors auf die zweite elektrische Maschine 24 geführt werden, um diese im Generatorbetrieb zu betreiben und eine Batterie zu laden. Vorzugsweise entnimmt die erste elektrische Maschine 22 während dieses seriellen Betriebs elektrische Leistung aus derselben Batterie, in die die zweite elektrische Maschine 24 elektrische Energie einspeist.
Nachstehend wird ein weiterer Hybrid-Antriebsstrang 10' für ein Kraftfahrzeug beschrieben, der hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise generell dem Antriebsstrang 10 der 1 entspricht. Gleiche Elemente sind daher durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. Im Folgenden werden im Wesentlichen die Unterschiede erläutert.
Die Darstellung des Hybrid-Antriebsstranges 10' der 2 ist als Getriebeschema (im Gegensatz zu dem Leistungsfluss-Schema der 1) ausgeführt. Es ist zunächst zu erkennen, dass die erste Eingangswelle 32 und die zweite Eingangswelle 34 als konzentrische Wellen angeordnet sind, wobei die zweite Eingangswelle 34 als Hohlwelle um die erste Eingangswelle 32 herum ausgebildet ist. Die Wellenkupplung K1 ist in axialer Richtung zwischen dem ersten Teilgetriebe 26 und dem zweiten Teilgetriebe 28 konzentrisch zu den Eingangswellen 26. 28 angeordnet.
Auf der axial gegenüberliegenden Seite des ersten Teilgetriebes 26 (Eingangsseite) ist die erste Eingangswelle 32 über die Maschinenkupplung K2 mit der Zwischenwelle 36 verbunden, die als Hohlwelle um die erste Eingangswelle 32 herum ausgebildet ist. Die Zwischenwelle 36 ist ferner koaxial zu einem Antriebsglied der Trennkupplung K0 angeordnet, das eingangsseitig mit dem Verbrennungsmotor verbunden ist. Vorzugsweise sind die Antriebswelle (Kurbelwelle) des Verbrennungsmotors 12, die Trennkupplung K0, die Zwischenwelle 36 und die Maschinenkupplung K2 konzentrisch zu der ersten Eingangswelle 32 angeordnet.
Die Brückenkupplung E ist in axialer Richtung zwischen dem ersten Teilgetriebe 26 und dem zweiten Teilgetriebe 28 angeordnet, und zwar konzentrisch zu der Ausgangswelle 30. Die Brückenkupplung E ist folglich axial mit der Wellenkupplung K1 ausgerichtet. Mit anderen Worten liegen die Kupplungen E und K1 in einer Radialebene.
Das erste Teilgetriebe 26 weist einen Radsatz 40 für die reguläre Vorwärtsgangstufe 1 sowie einen Radsatz 42 für die reguläre Vorwärtsgangstufe 3 auf. Die Radsätze 40, 42 beinhalten jeweils ein Festrad, das mit der ersten Eingangswelle 32 verbunden ist, sowie ein Losrad, das an der Ausgangswelle 30 drehbar gelagert ist.
In entsprechender Weise weist das zweite Teilgetriebe 28 einen Radsatz 44 für die reguläre Vorwärtsgangstufe 2 auf, sowie einen Radsatz 46 für die reguläre Vorwärtsgangstufe 4.
Auch die Radsätze 44, 46 weisen jeweils ein Festrad auf, das in diesem Fall drehfest mit der zweiten Eingangswelle 34 verbunden ist, sowie ein Losrad, das drehbar an der Ausgangswelle 30 gelagert ist.
Das erste Teilgetriebe 26 weist ein erstes Schaltkupplungspaket 48 mit einer ersten Schaltkupplung A und einer zweiten Schaltkupplung C auf, die alternativ mittels eines Aktuators des ersten Schaltkupplungspaketes 48 schaltbar sind. Die Schaltkupplung A dient zum Schalten des Radsatzes 40, folglich zum Einlegen der regulären Vorwärtsgangstufe 1. Die Schaltkupplung C dient zum Schalten des Radsatzes 42, mithin zum Einlegen der regulären Vorwärtsgangstufe 3.
In entsprechender Weise weist das zweite Teilgetriebe 28 ein zweites Schaltkupplungspaket 50 mit einer Schaltkupplung B und einer Schaltkupplung D auf, die alternativ mittles eines weiteren Aktuators schaltbar sind. Die Schaltkupplung E dient zum Schalten des Radsatzes 44 und mithin zum Einlegen der regulären Vorwärtsgangstufe 2. Die Schaltkupplung D dient zum Schalten des Radsatzes 46 und mithin zum Einlegen der regulären Vorwärtsgangstufe 4.
Das erste Schaltkupplungspaket 48 und das zweite Schaltkupplungspaket 50 sind vorzugsweise koaxial zu der Ausgangswelle 30 angeordnet. Das erste Schaltkupplungspaket 48 ist in axialer Richtung zwischen den Radsätzen 40, 42 angeordnet. Das zweite Schaltkupplungspaket 50 ist axial zwischen den Radsätzen 44, 46 angeordnet.
Die erste elektrische Maschine 32 ist achsparallel zu den Wellen der Teilgetriebe 26, 28 angeordnet und ist über einen ersten Maschinenradsatz 54 mit der zweiten Eingangswelle 34 drehfest verbunden. Der erste Maschinenradsatz 54 weist ein erstes Maschinenritzel 56 auf, das drehfest mit einem Rotor der ersten elektrischen Maschine 22 verbunden ist und das direkt, oder über ein Zwischenzahnrad, mit dem Festrad des Radsatzes 46 für die reguläre Vorwärtsgangstufe 4 in Eingriff steht. Der erste Maschinenradsatz 54 ist folglich gebildet durch das Maschinenritzel 56, ggf. ein Zwischenrad, und das Festrad des Radsatzes 46. Alternativ könnte das erste Maschinenritzel 56 auch an den Radsatz 44 angebunden werden, auf die gleiche Art und Weise.
Der Radsatz 46 für die Vorwärtsgangstufe 4 ist an einem axialen Ende des Getriebes 16 angeordnet, genauer an dem dem Verbrennungsmotor 12 axial gegenüberliegenden Ende. Die erste elektrische Maschine 22 erstreckt sich in axialer Richtung vorzugsweise ausgehend von dem ersten Maschinenradsatz 54 in Richtung hin zu der Eingangsseite des Getriebes 16. Die erste elektrische Maschine 22 ist folglich axial überschneidend mit den Teilgetrieben 26, 28 angeordnet.
Die zweite elektrische Maschine 24 ist über einen zweiten Maschinenradsatz 58 mit der Zwischenwelle 36 drehfest verbunden. Der zweite Maschinenradsatz 58 weist ein zweites Maschinenritzel 60 auf, das drehfest mit einem Rotor der zweiten elektrischen Maschine 24 verbunden ist. Das zweite Maschinenritzel 60 steht direkt oder über ein Zwischenzahnrad mit einem Festrad 62 des zweiten Maschinenradsatzes 58 in Eingriff. Das Festrad 62 ist drehfest mit der Zwischenwelle 36 verbunden.
Die zweite elektrische Maschine 24 erstreckt sich in axialer Richtung ausgehend von dem zweiten Maschinenradsatz 58 in Richtung hin zu dem Ende des Getriebes 16, an dem der Radsatz 46 für die Vorwärtsgangstufe 4 angeordnet ist, also vorzugsweise hin zu dem dem Verbrennungsmotor 12 axial gegenüberliegenden Ende des Getriebes 16. Dabei ist die zweite elektrische Maschine 24 vorzugsweise axial überschneidend zumindest mit dem ersten Teilgetriebe 26, ggf. auch mit dem zweiten Teilgetriebe 28 angeordnet.
Die elektrischen Maschinen 22, 24 überschneiden sich vorzugsweise in axialer Richtung.
Die Brückenkupplung E verbindet die Teilgetriebe 26, 28, indem sie die Losräder der Radsätze 42, 44 miteinander verbindet.
Auf der dem Verbrennungsmotor 12 zugewandten Seite des ersten Teilgetriebes 26 ist die Ausgangswelle 30 mit einem Abtriebsritzel 64 verbunden, das Teil eines Abtriebsradsatzes 66 ist. Über den Abtriebsradsatz 66 wird das Differential 18 angetrieben, mittels dessen Antriebsleistung auf die angetriebenen Räder 20L, 20R verteilbar ist.
Der Antriebsstrang 10' ist vorzugsweise für den Front-Quer-Einbau in einem Kraftfahrzeug ausgelegt. Der Antriebsstrang 10' baut axial kompakt und stellt eine hohe Variabilität hinsichtlich verbrennungsmotorischer und elektromotorischer Fahrmodi bereit. Dies wird unter Bezugnahme auf die 3, 4 und 5 erläutert.
Die 3, 4 und 5 sind jeweils Schalttabellen, die den Zustand von Schaltelementen des Antriebsstranges 10' der 2 in verschiedenen Zuständen bzw. Gangstufen darstellen. Die betroffenen Schaltelemente sind dabei die Trennkupplung K0, die Wellenkupplung K1, die Maschinenkupplung K2, die Schaltkupplungen A, B, C und D, sowie die Brückenkupplung E.
3 zeigt dabei den Zustand dieser Schaltelemente in fünf unterschiedlichen Gangstufen V1 bis V5 im verbrennungsmotorischen Betrieb.
Für die ersten vier Vorwärtsgangstufen V1-V4 ist jeweils die zugehörige Schaltkupplung A, B, C bzw. D geschaltet. Die Brückenkupplung E ist hierbei jeweils nicht geschlossen. In sämtlichen dieser ersten vier Vorwärtsgangstufen V1 bis V4 sind zudem die Trennkupplung K0 und die Maschinenkupplung K2 geschlossen, um verbrennungsmotorische Antriebsleistung von dem Verbrennungsmotor 12 auf die erste Eingangswelle 32 übertragen zu können.
In den Vorwärtsgangstufen V2, V4 des zweiten Teilgetriebes 28 ist zudem die Wellenkupplung K1 geschlossen, um verbrennungsmotorische Antriebsleistung auf die zweite Eingangswelle 34 übertragen zu können.
Eine fünfte Vorwärtsgangstufe V5 ist als Windungsgangstufe eingerichtet. Hierbei sind die Kupplungen K0, K2 geschlossen, und Antriebsleistung wird auf die erste Eingangswelle 32 übertragen. Ferner sind ist die Schaltkupplung D für die Vorwärtsgangstufe 4 geschlossen, sowie die Brückenkupplung E. Die Wellenkupplung K1 ist geöffnet. Hierbei fließt Antriebsleistung (i) von dem Verbrennungsmotor über die Kupplungen K0, K2 auf die erste Eingangswelle 32, (ii) von dort über den Radsatz 42 und die Brückenkupplung E auf den Radsatz 44, und (iii) von dem Radsatz 44 über die zweite Eingangswelle 34 auf den Radsatz 46, der durch die geschlossene Schaltkupplung D geschaltet ist, so dass die Antriebsleistung von dem Radsatz 46 auf die Ausgangswelle 30 übertragen wird, und (iv) von dort auf das Differential 18.
Die Vorwärtsgangstufe V5 weist eine höhere (also eine längere) Übersetzung auf als die reguläre Vorwärtsgangstufe V4.
In den verbrennungsmotorischen Gangstufen V1 bis V5 kann jeweils Antriebsleistung über die elektrischen Maschinen 22, 24 hinzugefügt oder abgezogen werden, je nach Fahrzustand, wobei die Maschinen 22, 24 insoweit entweder als Motor oder als Generator arbeiten können.
In 4 ist eine Schalttabelle der Schaltelemente gezeigt, und zwar für drei elektromotorische Gangstufen E1.1, E1.2 und E1.3 für einen elektromotorischen Fahrbetrieb mittels der ersten elektrischen Maschine 22.
In der Gangstufe E1.2 ist nur die Schaltkupplung B geschlossen, so dass Antriebsleistung von der ersten elektrischen Maschine 22 über den Maschinenradsatz 54 auf die zweite Eingangswelle 34 übertragen wird, und von dort über den geschalteten Radsatz 44 auf die Ausgangswelle 30. Entsprechend ist in der Gangstufe E1.3 die Schaltkupplung D geschaltet, so dass Antriebsleistung von der ersten elektrischen Maschine 22 über den Maschinenradsatz 54 und den Radsatz 46 für die reguläre Vorwärtsgangstufe 4 auf die Ausgangswelle 30 übertragen wird.
Die Gangstufe E1.1 ist als Windungsgangstufe ausgebildet. Hierbei sind die Schaltkupplung A und die Brückenkupplung E geschlossen.
In der Gangstufe E1.1 fließt Leistung von der elektrischen Maschine 22 und dem ersten Maschinenradsatz 54 auf die zweite Eingangswelle 34, und von dort über den Radsatz 44 und die Brückenkupplung E auf den Radsatz 42. Von dem Radsatz 42 fließt die Antriebsleistung über die erste Eingangswelle 32 auf den Radsatz 40, der mittels der Schaltkupplung A geschaltet ist, so dass die Antriebsleistung dann auf die Ausgangswelle 30 übertragen wird.
In sämtlichen dieser drei elektromotorischen Gangstufen E1.1-E1.3 ist die Maschinenkupplung K2 geöffnet. In diesem Zustand kann der Verbrennungsmotor 12 ausgeschaltet sein. In diesem Fall ist die Stellung der Trennkupplung K0 im Wesentlichen egal. Alternativ hierzu kann die Trennkupplung K0 geschlossen werden und der Verbrennungsmotor 12 kann, beispielsweise mittels der zweiten elektrischen Maschine 24, gestartet werden, um anschließend im verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb die zweite elektrische Maschine 24 anzutreiben, damit diese im Generatorbetrieb elektrische Leistung zum Laden einer Batterie erzeugt. Dieser sogenannte serielle Betrieb ermöglicht folglich ein Speisen der Batterie mittels der zweiten elektrischen Maschine 24, während gleichzeitig ein rein elektromotorischer Fahrbetrieb mittels der ersten elektrischen Maschine 22 eingerichtet wird.
In 5 ist eine Schalttabelle gezeigt, und zwar für einen rein elektromotorischen Fahrbetrieb unter Nutzung der zweiten elektrischen Maschine 24, die in diesem Fall als Motor arbeitet.
Die Schalttabelle der 5 ist, wie es leicht zu erkennen ist, identisch zu der Schalttabelle der 3, mit der Ausnahme, dass die Trennkupplung K0 in sämtlichen diesen Gangstufen E2.1 (entsprechend V1) bis E2.5 (entsprechend V5) geöffnet ist und nicht geschlossen wie beim verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb. In den Gangstufen E2.1 bis E2.5 kann zusätzliche Antriebsleistung von der ersten elektrischen Maschine bereitgestellt werden.
Die Kupplungen K0, K1, K2 und E sowie die Schaltkupplungen A, B, C, D sind jeweils vorzugsweise als nicht-synchronisierte bzw. Klauenkupplungen ausgebildet. Ein Synchronisieren kann, je nach Betriebsweise, durch die erste elektrische Maschine 22 und/oder die zweite elektrische Maschine 24 erfolgen.
Bei Gangwechseln im verbrennungsmotorischen Betrieb kann zudem eine Zugkraftunterstützung bereitgestellt werden, um eine Zugkraftunterbrechung zu verhindern. Das hierfür erforderliche Antriebsdrehmoment kann je nach Bedarf von der ersten elektrischen Maschine 22 oder von der zweiten elektrischen Maschine 24 bereitgestellt werden.
Bei einem Gangwechsel von V1 nach V2 wird in der Regel folgendes Prozedere durchgeführt. Zunächst wird vorbereitend die Schaltkupplung B in dem noch inaktiven zweiten Teilgetriebe 28 geschaltet, ggf. mittels Synchronisierung durch die erste elektrische Maschine 22.
Anschließend kann die Wellenkupplung K1 synchronisiert und geschlossen werden, was im Idealfall überschneidend mit dem Öffnen der Schaltkupplung A erfolgt, während die Antriebsleistung des Verbrennungsmotors 12 abgesenkt wird. Das erforderliche Drehmoment kann dann bereits über die erste elektrische Maschine 22 bereitgestellt werden. Anschließend wird die Leistung des Verbrennungsmotors 12 wieder hochgefahren und über die Wellenkupplung K1 auf den geschalteten Radsatz 44 für die Vorwärtsgangstufe 2 geführt. In entsprechender Weise kann die Leistung der ersten elektrischen Maschine 22 zurückgefahren werden.
Aus dem oben beschriebenen seriellen Betrieb, bei dem ein Fahrbetrieb in der elektrischen Vorwärtsgangstufe E1.1 unter Verwendung der Brückenkupplung E durchgeführt wird, ist ein Übergang in die Gangstufe V1 möglich, wenn man zunächst die Kupplung K2 schließt. Dann kann der Verbrennungsmotor zusammen mit der zweiten elektrischen Maschine 24 die Zugkraft stützen, und es kann die Brückenkupplung E geschlossen werden, wobei die erste elektrische Maschine 22 lastfrei ist. Die erste elektrische Maschine 22 kann dann das Schaltelement B synchronisieren, so dass die Schaltkupplung B geschlossen werden kann. Hierdurch wird für die erste elektrische Maschine der Gang E1.2 wirksam geschaltet. Hierdurch kann die erste elektrische Maschine die Zugkraft stützen und den Verbrennungsmotor zusammen mit der zweiten elektrischen Maschine 24 lastfrei schalten, z.B. in die Vorwärtsgangstufe V2 (durch Öffnen von der Schaltkupplung A und Schließen von der Wellenkupplung K1). Dabei bleibt die Maschinenkupplung K2 stets geschlossen.
Bezugszeichenliste

10: Antriebsstrang
12: Verbrennungsmotor
14: Kupplungsanordnung
16: Getriebe
17: Getriebeanordnung
18: Differential
20L, 20R: angetriebene Räder
22: erste elektrische Maschine
24: zweite elektrische Maschine
26: erstes Teilgetriebe
28: zweites Teilgetriebe
30: Ausgangswelle
32: erstes Eingangsglied (erste Eingangswelle)
34: zweites Eingangsglied (zweite Eingangswelle)
36: Zwischenglied (Zwischenwelle)
40: Gang-Radsatz für V1
42: Gang-Radsatz für V3
44: Gang-Radsatz für V2
46: Gang-Radsatz für V4
48: erstes Schaltkupplungspaket
50: zweites Schaltkupplungspaket
54: erster Radsatz (erster Maschinenradsatz)
56: erstes Maschinenritzel
58: zweiter Radsatz (zweiter Maschinenradsatz)
60: zweites Maschinenritzel
62: Festrad von 58
64: Abtriebsritzel
66: Abtriebsradsatz
A, C: Schaltkupplungen von 48
B, D: Schaltkupplungen von 50
K0: Trennkupplung
K1: erste Kupplung (Wellenkupplung)
K2: zweite Kupplung (Maschinenkupplung)
E: dritte Kupplung (Brückenkupplung)

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

DE 102011005451 A1 [0002, 0006, 0033]

Claims

Getriebeanordnung (17) für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang (10), mit - einem ersten Eingangsglied (32) und einem zweiten Eingangsglied (34), - einem ersten Teilgetriebe (26), das dem ersten Eingangsglied (32) zugeordnet ist und das eine erste Mehrzahl von schaltbaren Gang-Radsätzen (40, 42) zur Einrichtung einer Anzahl von Gangstufen aufweist, - einem zweiten Teilgetriebe (28), das dem zweiten Eingangsglied (34) zugeordnet ist und das eine zweite Mehrzahl von schaltbaren Gang-Radsätzen (44, 46) zur Einrichtung einer Anzahl von Gangstufen aufweist, - einer ersten elektrischen Maschine (22), die mit dem zweiten Eingangsglied (34) verbunden ist, - einer zweiten elektrischen Maschine (24), und - einer ersten Kupplung (K1), über die das erste und das zweite Eingangsglied (32, 34) miteinander verbindbar sind, wobei die zweite elektrische Maschine (24) über eine zweite Kupplung (K2) mit dem ersten Eingangsglied (22) verbindbar ist.
Getriebeanordnung nach Anspruch 1, wobei die zweite elektrische Maschine (24) mit einem Zwischenglied (36) verbunden ist, das über eine Trennkupplung (K0) mit einem Verbrennungsmotor (12) verbindbar ist und das über die zweite Kupplung (K2) mit dem ersten Eingangsglied (22) verbindbar ist.
Getriebeanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste und das zweite Teilgetriebe (26, 28) über eine dritte Kupplung (E) miteinander verbindbar sind, um wenigstens eine Windungsgangstufe (V5, E1.1, E2.5) einrichten zu können.
Getriebeanordnung nach Anspruch 3, wobei die dritte Kupplung (E) an einer Ausgangswelle (30) angeordnet ist, die dem ersten und dem zweiten Teilgetriebe (26, 28) zugeordnet ist.
Getriebeanordnung nach Anspruch 3 oder 4, wobei die dritte Kupplung (E) axial zwischen dem ersten Teilgetriebe (26) und dem zweiten Teilgetriebe (28) angeordnet ist.
Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die erste Kupplung (K1) axial zwischen dem ersten Teilgetriebe (26) und dem zweiten Teilgetriebe (28) angeordnet ist und/oder wobei die erste Kupplung (K1) und die dritte Kupplung (E) in einer Ebene angeordnet sind.
Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste elektrische Maschine (22) über einen ersten Radsatz (54) mit dem zweiten Eingangsglied (34) verbunden ist und/oder wobei die zweite elektrische Maschine (24) über einen zweiten Radsatz (58) mit einer Zwischenwelle (36) verbunden ist.
Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 2-7, wobei die Zwischenwelle (36) koaxial zu dem ersten und/oder dem zweiten Eingangsglied (32, 34) angeordnet ist.
Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Trennkupplung (K0) und/oder die zweite Kupplung (K2) und oder die erste Kupplung (K1) koaxial zu dem ersten und/oder dem zweiten Eingangsglied (32, 34) angeordnet ist.
Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei eine Ausgangswelle (30) über einen Abtriebsradsatz (66) mit einem Differential (18) verbunden ist, wobei der Abtriebsradsatz (66) und die zweite Kupplung (K2) vorzugsweise in einer Ebene angeordnet sind.
Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das erste und/oder das zweite Teilgetriebe (26, 28) jeweils genau zwei Gang-Radsätze aufweist, die regulären Vorwärtsgangstufen zugeordnet sind.
Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Übersetzungen der Gang-Radsätze des ersten und/oder des zweiten Teilgetriebes (26, 28) so aufeinander abgestimmt sind, dass eine erste Vorwärts-Windungsgangstufe (E1.1) eine kürzere Übersetzung aufweist als alle Gang-Radsätze (40-44) des ersten und des zweiten Teilgetriebes (26, 28), die regulären Vorwärtsgangstufen zugeordnet sind, und/oder so, dass eine zweite Vorwärts-Windungsgangstufe (V5) eine längere Übersetzung aufweist als alle Gang-Radsätze (40-44) des ersten und des zweiten Teilgetriebes.
Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Trennkupplung (K0), die zweite Kupplung (K2), die erste Kupplung (K1), die dritte Kupplung (KK; E) und/oder wenigstens eine Schaltkupplung (A, B, C, D) zum Schalten eines Gang-Radsatzes der Gang-Radsätze des ersten und des zweiten Teilgetriebes als nicht-synchronisierte Kupplung bzw. als Klauenkupplung ausgebildet ist bzw. sind.
Getriebeanordnung (16) für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang (10) mit - einem ersten Eingangsglied (32) und einem zweiten Eingangsglied (34), - einem ersten Teilgetriebe (26), das dem ersten Eingangsglied (32) zugeordnet ist und das eine erste Mehrzahl von schaltbaren Gang-Radsätzen (40, 42) zur Einrichtung einer Anzahl von Gangstufen aufweist, - einem zweiten Teilgetriebe (28), das dem zweiten Eingangsglied (34) zugeordnet ist und das eine zweite Mehrzahl von schaltbaren Gang-Radsätzen (44, 46) zur Einrichtung einer Anzahl von Gangstufen aufweist, - einer ersten Kupplung (K1), über die das erste und das zweite Eingangsglied (32, 34) miteinander verbindbar sind, - einer ersten elektrischen Maschine (22), die mit dem zweiten Eingangsglied (34) verbunden ist, - einer zweiten elektrischen Maschine (24), die mit dem ersten Eingangsglied (32) verbunden ist oder die über eine zweite Kupplung (K2) mit dem ersten Eingangsglied (32) verbindbar ist, und - einer dritten Kupplung (E), über die das erste und das zweite Teilgetriebe miteinander verbindbar sind, um wenigstens eine Windungsgangstufe (V1, V6) einrichten zu können.
Verfahren zum Betreiben einer Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, mit dem Schritt, die zweite Kupplung (K2) während eines Elektrofahrbetriebs mittels der ersten elektrischen Maschine (22) in wenigstens einer Gangstufe zu öffnen.