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Die Erfindung betrifft ein Getriebe für eine Hybridantriebsanordnung. Ferner betrifft die Erfindung eine Hybridantriebsanordnung mit einem Getriebe, ein Fahrzeug mit einer Hybridantriebsanordnung und ein Verfahren zum Betrieb der Hybridantriebsanordnung sowie ein Computerprogramm und ein maschinenlesbares Speichermedium.
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Stand der Technik
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Getriebe für Hybridantriebsanordnungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise zeigt die
WO2010/009943 A1 ein Doppelkupplungsgetriebe, welches den Betrieb eines Hybridfahrzeugs verbrennungsmotorisch, elektromotorisch und mit beiden Antriebsaggregaten zusammen ermöglicht. Derartige Getriebe sind komplex, schwer und teuer. Es besteht Bedarf an Getriebetopologien mit reduzierter mechanischer Komplexität, verringertem Raumbedarf und verringertem Gewicht.
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Der Begriff „gekoppelt“ bzw. „angekoppelt“ wird im Folgenden im Sinne einer festen Verbindung benutzt. Im Gegensatz dazu umfasst der Begriff „koppelbar“ im Rahmen der vorliegenden Beschreibung sowohl feste als auch schaltbare Verbindungen. Ist konkret eine schaltbare Verbindung gemeint, wird in der Regel das entsprechende Schaltelement, insbesondere eine Bremse oder eine Kupplung, explizit angegeben. Ist hingegen konkret eine feste, starre oder drehfeste Verbindung gemeint, wird in der Regel der Begriff „gekoppelt“ bzw. „angekoppelt“ verwendet und auf die Verwendung des Begriffs „koppelbar“ verzichtet. Die Verwendung des Begriffs „koppelbar“ ohne Angabe eines konkreten Schaltelementes deutet somit auf den beabsichtigten Einschluss beider Fälle hin. Diese Unterscheidung erfolgt allein zugunsten der besseren Verständlichkeit und insbesondere zur Verdeutlichung, wo das Vorsehen einer schaltbaren Verbindung anstelle einer in der Regel leichter realisierbaren festen Verbindung beziehungsweise Koppelung zwingend erforderlich ist. Die obige Definition des Begriffs „gekoppelt“ bzw. „angekoppelt“ ist daher keinesfalls so eng auszulegen, dass willkürlich zu Umgehungszwecken eingefügte Kupplungen aus seinem Wortsinn herausführten.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird ein Getriebe für eine Hybridantriebsanordnung bereitgestellt, welches mit zwei Antriebsaggregaten koppelbar ist, mit einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle, mindestens einem ersten und einem zweiten Schaltelement und einem ersten und einem zweiten Planetengetriebe, wobei die Eingangswelle gekoppelt ist mit dem Sonnenrad des ersten Planetengetriebes, und die Eingangswelle mittels dem ersten Schaltelement koppelbar ist mit dem Planetenträger des zweiten Planetengetriebes, und der Planetenträger des ersten Planetengetriebes mittels dem zweiten Schaltelement koppelbar ist mit dem Planetenträger des zweiten Planetengetriebes, wobei das Hohlrad des ersten Planetengetriebes mit dem Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes gekoppelt ist, und wobei die Ausgangswelle mit dem Hohlrad des zweiten Planetengetriebes gekoppelt ist.
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Es wird ein Getriebe für eine Hybridantriebsanordnung bereitgestellt. Für den Betrieb der Hybridantriebsanordnung sind zwei Antriebsaggregate an das Getriebe koppelbar. Das Getriebe umfasst eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle, mindestens ein erstes und ein zweites Schaltelement und ein erstes und ein zweites Planetengetriebe. Die Eingangswelle ist fest mit dem ersten Schaltelement gekoppelt und somit drehfest damit verbunden. Im Rahmen der Beschreibung ist eine Koppelung somit eine Verbindung, welche starr, beispielsweise einstückig, beispielsweise mittels einer Welle, oder mit einer festen Übersetzung oder Getriebestufe ausgeführt ist. Weiter ist die Eingangswelle mittels Schließen des ersten Schaltelementes mit dem Planetenträger des zweiten Planetengetriebes koppelbar. Die Eingangswelle ist fest mit dem Sonnenrad des ersten Planetengetriebes gekoppelt und somit drehfest damit verbunden. Der Planetenträger des ersten Planetengetriebes ist fest mit dem zweiten Schaltelement gekoppelt. Weiter ist der Planetenträger des ersten Planetengetriebes mittels Schließen des zweiten Schaltelements mit dem Planetenträger des zweiten Planetengetriebes koppelbar. Das Hohlrad des ersten Planetengetriebes ist fest mit dem Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes gekoppelt und somit drehfest damit verbunden. Die Ausgangswelle ist mit dem Hohlrad des zweiten Planetengetriebes gekoppelt. Insbesondere ist die Ausgangswelle mit einem Abtrieb koppelbar. Der Abtrieb ist insbesondere eine Welle oder eine Achse, die die Bewegung der Ausgangswelle auf den mechanischen Antriebsstrang eines Fahrzeugs, beispielsweise auf ein Differenzial oder auf ein Antriebsrad überträgt. Vorteilhaft wird ein Getriebe bereitgestellt, welches die Drehzahl und das Drehmoment, welches an der Eingangswelle anliegt, bei geschlossenem ersten und geschlossenem zweiten Schaltelement entsprechend der Übersetzungsverhältnisse in dem Getriebe auf die Ausgangswelle überträgt. Das erfindungsgemäße Getriebe ist insbesondere sowohl für ein Antriebssystem, das mit einer Spannung von 48V betrieben wird, als auch für Antriebssysteme, die eine höhere Spannung als 48V nutzen.
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In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Getriebe ein drittes Schaltelement, welches dazu eingerichtet ist, dass Hohlrad des ersten Planetengetriebes und/oder das Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes abzubremsen oder freizugeben.
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Für das Getriebe ist ein drittes Schaltelement vorgesehen, welches ein Freigeben oder Bremsen des Hohlrades des ersten Planetengetriebes ermöglicht, insbesondere ein Verbinden des Hohlrades oder ein Abstützen des Hohlrades an einem Fixpunkt oder an einem Gehäuse des Getriebes. Zusätzlich oder alternative kann durch das dritte Schaltelement auch das Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes abgebremst oder freigegeben werden. Das Abbremsen des Hohlrades bzw. des Sonnenrads umfasst das Reduzieren der Drehzahl des Hohlrades bzw. des Sonnenrads, insbesondere bis zum Stillstand des Hohlrades bzw. des Sonnenrads. Das Freigeben des Hohlrades bzw. des Sonnenrads umfasst das Lösen der Bremse, so dass das Hohlrad bzw. das Sonnenrad entsprechend der auf das Hohlrad bzw. das Sonnenrad wirkenden Kräfte beschleunigt. Vorteilhaft lassen sich mit der bisher beschriebenen Topologie des Getriebes mit den ersten, zweiten und dritten Schaltelementen, neben den bereits erwähnten, weitere Betriebsmodi einstellen. So ergibt sich bei geschlossenem ersten und geöffneten zweiten Schaltelement sowie geschlossenem dritten Schaltelement ein weiteres Übersetzungsverhältnis zwischen Eingangswelle und Ausgangswelle. Bei geöffnetem ersten, geschlossenem zweiten und geschlossenem dritten Schaltelement ergibt sich eine dritte Übersetzung für den Betrieb des Getriebes. Bei geöffnetem ersten und zweiten Schaltelement ist die Eingangswelle von der Ausgangswelle abgekoppelt.
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In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Getriebe ein viertes Schaltelement, welches dazu eingerichtet ist, den Planetenträger des ersten Planetengetriebes abzubremsen oder freizugeben.
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Es ist ein viertes Schaltelement vorgesehen, welches den Planetenträger des ersten Planetengetriebes freigeben oder abbremsen kann, insbesondere den Planetenträger mit einem Fixpunkt oder dem Gehäuse verbinden, koppeln oder den Planetenträger am Gehäuse abstützen. Das Abbremsen des Planetenträgers umfasst das Reduzieren der Drehzahl des Planetenträgers, insbesondere bis zum Stillstand des Planetenträgers. Das Freigeben des Planetenträgers umfasst das Lösen der Bremse, so dass der Planetenträger entsprechend der auf den Planetenträger wirkenden Kräfte beschleunigt. Vorteilhaft lassen sich mit der bisher beschriebenen Topologie des Getriebes mit dem ersten, zweiten, dritten und vierten Schaltelement, neben den bereits erwähnten, weitere Betriebsmodi einstellen. So ergibt sich vorteilhaft bei Schließen des ersten und des vierten Schaltelements und Öffnen des zweiten und des dritten Schaltelements eine vierte Übersetzung zwischen der Eingangs- und der Ausgangswelle. Weiter ergibt sich durch Schließen des zweiten und des vierten Schaltelements und Öffnen des ersten und des dritten Schaltelements eine fünfte Übersetzung zwischen der Eingangs- und der Ausgangswelle.
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In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Getriebe ein fünftes Schaltelement, welches dazu eingerichtet ist, das Hohlrad des ersten Planetengetriebes mit dem Planetenträger des zweiten Planetengetriebes koppelbar zu verbinden und/oder das Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes mit dem Planetenträger des zweiten Planetengetriebes koppelbar zu verbinden.
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Es ist ein fünftes Schaltelement vorgesehen, welches eine koppelbare Verbindung das Hohlrad des ersten Planetengetriebes mit dem Planetenträger des zweiten Planetengetriebes ermöglicht. Zusätzlich oder alternative kann das fünfte Schaltelement auch das Sonnenrad und den Planetenträger des zweiten Planetengetriebes miteinander verbinden. Vorteilhaft lassen sich mit der bisher beschriebenen Topologie des Getriebes mit den ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Schaltelementen, neben den bereits erwähnten, weitere Betriebsmodi einstellen. So ergibt sich bei geschlossenem vierten und fünften Schaltelement und geöffneten ersten, zweiten und dritten Schaltelement ein weiteres Übersetzungsverhältnis zwischen Eingangswelle und Ausgangswelle. Bei diesem Übersetzungsverhältnis dreht die Ausgangswelle in die entgegengesetzte Richtung als bei den anderen Übersetzungen. Dieses Übersetzungsverhältnis entspricht einem Rückwärtsgang beim Getriebe.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst das erste und/oder das zweite und/oder das fünfte Schaltelement eine Kupplung. Zur Verbindung der Eingangswelle mit den genannten Komponenten der Planetengetriebe sind das erste und/oder das zweite Schaltelement als Kupplung ausgeführt. Weiter ist das fünfte Schaltelement ebenfalls als Kupplung ausgeführt um das Hohlrad des ersten Planetengetriebes mit dem Planetenträger des zweiten Planetengetriebes zu verbinden. Bei einer derartigen Kupplung kann es sich insbesondere um eine Trockenkupplung, Nasskupplung oder Klauenkupplung handeln. Vorteilhaft werden Möglichkeiten für eine steuerbare Verbindung der Eingangswelle mit den Komponenten der Planetengetriebe bzw. der Komponenten der Planetengetriebe miteinander bereitgestellt.
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In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das dritte und/oder das vierte Schaltelement eine Bremse.
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Das dritte und/oder vierte Schaltelement sind als Bremse, insbesondere eine Trocken- oder Nassbremse oder als Klauenkupplung ausgeführt. Vorteilhaft wird eine Möglichkeit zur steuerbaren Freigabe und Abbremsung des Hohlrads und des Planetenträgers des ersten Planetengetriebes sowie des Sonnenrads des zweiten Planetengetriebes bereitgestellt.
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In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist ein erstes Antriebsaggregat, insbesondere eine Verbrennungskraftmaschine, mit der Eingangswelle gekoppelt und/ oder ein zweites Antriebsaggregat, insbesondere eine elektrische Maschine, ist mit dem Planetenträger des zweiten Planetengetriebes gekoppelt und dem Hohlrad des ersten Planetengetriebes und/oder dem Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes mittels des fünften Schaltelements koppelbar.
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An der Eingangswelle ist eingangsseitig das erste Antriebsaggregat ankoppelbar. Das zweite Antriebsaggregat ist mit dem Planetenträger des zweiten Planetengetriebes gekoppelt. Weiter ist das zweite Antriebsaggregat mittels des fünften Schaltelements mit dem Hohlrad des ersten Planetengetriebes koppelbar.
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Vorteilhaft kann für einen generatorischen Betrieb des zweiten Antriebsaggregates, beispielsweise einer elektrischen Maschine, beispielsweise zum Laden einer Batterie, das erste Antriebsaggregat oder der Verbrennungsmotor mittels Schließen des ersten Schaltelements und Öffnen des zweiten, dritten, vierten und fünften Schaltelements mit der elektrischen Maschine verbunden werden. Da dabei beide Antriebsaggregate von der Ausgangswelle abgekoppelt sind und somit kein Drehmoment auf die Ausgangswelle übertragen wird, kann dieses Laden bei beispielsweise stillstehender Ausgangswelle, also beispielsweise während des Stillstands eines Fahrzeugs, erfolgen. Bei beispielsweise stillstehender Ausgangswelle wird eine direkte Übertragung der rotatorischen Energie des ersten Antriebsaggregates zum zweiten Antriebsaggregat oder umgekehrt ermöglicht.
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Ein leistungsverzweigter Betrieb des Getriebes (eCVT-Modus) wird durch Schließen des vierten Schaltelements und Öffnen des ersten, zweiten, dritten und fünften Schaltelements ermöglicht. Dabei wirken das erste Antriebsaggregat auf das Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes und das zweite Antriebsaggregat, insbesondere eine elektrische Maschine, auf den Planetenträger des zweiten Planetengetriebes, welches über dessen Hohlrad mit der Ausgangswelle verbunden ist. Dabei lässt sich das Übersetzungsverhältnis zwischen Eingangswelle und Ausgangswelle über einen weiten Bereich mittels Vorgabe einer Drehzahl oder eines Drehmomentes des zweiten Antriebaggregates kontinuierlich variieren. Vorteilhaft wird ein leistungsverzweigter Betrieb, oder auch eCVT-Modus genannt, ermöglicht, bei dem sowohl die Vortriebsleistung an der Ausgangswelle, als auch die Ladeleistung für den generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine unabhängig voneinander einstellbar sind. Vorteilhaft wird ein Laden im Stand oder im Kriechen (>0km/h bis ca. 10KM/h) und ein sanfter komfortabler Übergang vom Modus Standladen in den Modus Kriechladen und den Modus Fahren mit fester Übersetzung, bzw. im festem Gang ermöglicht.
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Bei geöffneten ersten und zweiten Schaltelement ist die Eingangswelle, und somit das erste Antriebsaggregat, von der Ausgangswelle abgekoppelt. Bei zusätzlich geschlossenem fünften Schaltelement ist das zweite Antriebsaggregat über eine erste Übersetzung mit der Ausgangswelle verbunden, so dass ein Antreiben der Ausgangswelle nur mittels des zweiten Antriebsaggregates erfolgen kann. Bei geöffnetem fünften und geschlossenem dritten Schaltelement ist das zweite Antriebsaggregat über eine zweite Übersetzung mit der Ausgangswelle gekoppelt. Dies ist eine zweite Übersetzung für einen alleinigen Antrieb mittels des zweiten Antriebsaggregates. Mittels, insbesondere dosiertem, Schließen des zweiten oder des ersten Schaltelements kann aus dem Fahren mittels dem zweiten Antriebsaggregat mit der zweiten Übersetzung das erste Antriebsaggregat angetrieben und beispielsweise gestartet werden, falls das erste Antriebsaggregat ein Verbrennungsmotor ist. Je nachdem ob das zweite oder das erste Schaltelement geschlossen wird ergibt sich im Getriebe unterschiedliche Übersetzungen für den Antrieb mit dem ersten Antriebsaggregat.
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Es besteht auch die Möglichkeit, dass das erste Antriebsaggregat beispielsweise als elektrische Maschine ausgestaltet ist und das zweite Antriebsaggregat beispielsweise als Verbrennungskraftmaschine ausgestaltet ist. In einer solchen Konfiguration können sich mittels des Getriebes andere Funktionalitäten und Betriebsmodi für das Zusammenwirken der Komponenten ergeben, die hier nicht weiter ausgeführt werden.
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In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Ändern der Übersetzungsverhältnisse des Getriebes zugkraftunterbrechungsfrei.
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Ein Ändern der Übersetzungsverhältnisse des Getriebes, insbesondere ein Schalten in einen anderen Gang oder in einen anderen Betriebsmodus des Getriebes erfolgt zugkraftunterbrechungsfrei, wenn insbesondere für den Wechsel aus einem Betriebsmodus des Getriebes in einen anderen eines der Schaltelement seinen Zustand beibehält, ein zweites der Schaltelemente aus einem geschlossenen Zustand in einen geöffneten Zustand überführt wird und ein drittes der Schaltelemente aus einem geöffneten in einen geschlossenen Zustand überführt wird. Vorteilhaft wird ein Getriebe bereitgestellt, bei dem das Wechseln der Gangstufen ohne eine Unterbrechung der Zugkraft ermöglicht wird.
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In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Getriebe eine Ansteuerung zur Ansteuerung mindestens eines der Schaltelemente in Abhängigkeit eines vorgegebenen Betriebsvorgabesignals.
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Es ist eine Ansteuerung vorgesehen welche in Abhängigkeit eines vorgegebenen Betriebsvorgabesignals, beispielsweise ein angefordertes Drehmoment, eine vorgegebene Drehzahl, oder ein bestimmter Betriebspunkt der Antriebsaggregate, mindestens eines der Schaltelemente ansteuert. Die genannten Parameter des Betriebsvorgabesignals können auf die Ausgangswelle des Getriebes, auf die Eingangswelle oder auf die mit den Antriebsaggregaten zu verbindenden Wellen bezogen sein. Vorteilhaft wird eine Steuerung des Getriebes ermöglicht.
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Ferner betrifft die Erfindung eine Hybrid-Antriebsanordnung mit einem Getriebe, wobei die Hybridantriebsanordnung ein erstes Antriebsaggregat und ein zweites Antriebsaggregat und/ oder einen Pulswechselrichter und/oder elektrische Energiequelle umfasst.
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Es wird eine Hybridantriebsanordnung mit einem bisher beschriebenen Getriebe bereitgestellt. Die Hybridantriebsanordnung umfasst ein zweites Antriebsaggregat. Insbesondere umfasst die Hybridantriebsanordnung einen Pulswechselrichter, eine elektrische Energiequelle und oder ein erstes Antriebsaggregat. Das zweite Antriebsaggregat ist insbesondere mit den Sonnenrädern der Planetengetriebe gekoppelt oder verbunden. Der Pulswechselrichter ist insbesondere zur Versorgung des zweiten Antriebsaggregates, insbesondere einer elektrischen Maschine, vorgesehen. Hierzu wandelt er insbesondere die elektrische Energie einer elektrischen Energiequelle, beispielsweise einer Batterie und/oder einer Brennstoffzelle um. Das erste Antriebsaggregat ist insbesondere mit der Eingangswelle gekoppelt oder verbunden. Vorteilhaft wird eine Hybridantriebsanordnung, welche für den Einsatz in einem Fahrzeug eingerichtet ist, bereitgestellt.
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Ferner umfasst die Erfindung ein Fahrzeug mit einer beschriebenen Hybridantriebsanordnung. Vorteilhaft wird ein Fahrzeug bereitgestellt, welches eine Hybridantriebsanordnung umfasst.
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Ferner umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Hybridantriebsanordnung mit einem Getriebe. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
- Ermitteln eines Betriebsvorgabesignals;
- Ansteuern mindestens eines der Schaltelemente zur Einstellung der Funktionalität des Getriebes in Abhängigkeit des Betriebsvorgabesignals (BV).
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Es wird ein Verfahren zum Betrieb einer Hybridantriebsanordnung mit einem Getriebe bereitgestellt. Dabei wird ein Betriebsvorgabesignal ermittelt. Mindestens eines der Schaltelemente wird zur Einstellung der Funktionalität des Getriebes oder eines entsprechenden Betriebsmodus in Abhängigkeit des Betriebsvorgabesignals geschlossen oder geöffnet. Das Betriebsvorgabesignal wird in Abhängigkeit einer Betriebsstrategie, eines Fahrerwunsches oder Fahrpedals, eines Batteriemanagementsystems oder anderer beispielsweise in einem Fahrzeug verfügbaren Systemen vorgegeben. In Abhängigkeit dieses Betriebsvorgabesignals werden die Schaltelemente zur Einstellung der entsprechenden Funktionalität oder des Betriebsmodus des Getriebes angesteuert, insbesondere die Kupplungen oder Bremsen geschlossen oder geöffnet. Die Funktionalität des Getriebes oder der Betriebsmodus sind insbesondere die unterschiedlichen Übersetzungsverhältnisse der verschiedenen Gangstufen, oder die verschiedenen Modi oder Betriebsmodi, beispielsweise ein generatorischer Betrieb des zweiten Antriebsaggregates bei stillstehender Ausgangswelle oder der eCVT-Modus. Vorteilhaft wird ein Verfahren für den Betrieb der Hybridantriebsanordnung bereitgestellt.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, das eingerichtet ist, das beschriebene Verfahren auszuführen.
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Ferner betrifft die Erfindung ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das beschriebene Computerprogramm gespeichert ist.
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Es versteht sich, dass die Merkmale, Eigenschaften und Vorteile des Getriebes entsprechend auf die Hybridantriebsanordnung, das Fahrzeug bzw. das Verfahren und umgekehrt zutreffen bzw. anwendbar sind. Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
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Figurenliste
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren näher erläutert werden, dazu zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung der Hybridantriebsstranganordnung mit einem Getriebe.
- 2: eine Schaltmatrix des Getriebes.
- 3: eine graphische Darstellung der Schaltbarkeitsmatrix der zugkraftunterbrechungsfrei schaltbaren Gänge
- 4: ein schematisch dargestelltes Fahrzeug mit einer Hybridantriebstranganordnung.
- 5: ein schematisch dargestelltes Verfahren zum Betrieb einer Hybridantriebstranganordnung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die 1 zeigt eine Hybridantriebstranganordnung 200 mit einem ersten Antriebsaggregat 7, insbesondere einem Verbrennungsmotor, und einem zweiten Antriebsaggregat 8, insbesondere einer elektrischen Maschine und einem Getriebe 100. Insbesondere umfasst die Hybridantriebstranganordnung einen Pulswechselrichter 60 zur Versorgung des zweiten Antriebsaggregates 8 mit elektrischer Energie. Weiter umfasst die Hybridantriebstranganordnung 200 insbesondere eine elektrische Energiequelle 70, welche mit dem Pulswechselrichter 60 verbunden ist. Das Getriebe 100 umfasst die Eingangswelle 10 und die Ausgangswelle 11. Weiter umfasst das Getriebe 100 ein erstes Planetengetriebe 5 und ein zweites Planetengetriebe 6. Weiter umfasst das Getriebe 100 ein erstes Schaltelement SE1 und ein zweites Schaltelement SE2. Die Eingangswelle 10 ist mit dem Sonnenrad S1 des ersten Planetengetriebes 5 gekoppelt. Das erste Schaltelement SE1, insbesondere eine Kupplung, ist dazu eingerichtet, die Eingangswelle 10 mit den Planetenträger P2 des zweiten Planetengetriebes 6 zu verbinden oder zu trennen. Das zweite Schaltelement SE2, insbesondere eine Kupplung, ist dazu eingerichtet, den Planetenträger P1 des ersten Planetengetriebes 5 mit dem Planetenträger P2 des zweiten Planetengetriebes 6 zu verbinden oder zu trennen. Weiter ist das Hohlrad H1 des ersten Planetengetriebes 5 mit dem Sonnenrad S2 des zweiten Planetengetriebes 6 gekoppelt. Die Ausgangswelle 11 ist mit dem Hohlrad H2 des zweiten Planetengetriebes 6 gekoppelt oder verbunden. Weiter kann das Getriebe 100 ein drittes Schaltelement SE3 und ein viertes Schaltelement SE4 umfassen. Das dritte Schaltelement SE3, insbesondere eine Bremse, ist dazu eingerichtet, das Hohlrad H1 des ersten Planetengetriebes 5 und das Sonnenrad S2 des zweiten Planetengetriebes 6 freizugeben oder abzubremsen, insbesondere in dem die Bremse das Hohlrad mit einem Fixpunkt verbindet oder beispielsweise am Gehäuse (nicht dargestellt) des Getriebes 100 abstützt. Das Schaltelement SE4, insbesondere eine Bremse, ist dazu eingerichtet, den Planetenträger P1 des ersten Planetengetriebes 5 freizugeben oder abzubremsen, insbesondere in dem die Bremse das Hohlrad mit einem Fixpunkt verbindet oder beispielsweise am Gehäuse (nicht dargestellt) des Getriebes 100 abstützt. Das Getriebe ist weiter dazu eingerichtet, für den Betrieb mit einem ersten Antriebsaggregat 7 über die Eingangswelle 10 gekoppelt oder verbunden zu werden. Das zweite Antriebsaggregat 8, insbesondere eine elektrische Maschine, wird für den Betrieb des Getriebes 100 wie in der 1 dargestellt mit dem Planetenträger P2 des zweiten Planetengetriebes 6 und dem fünften Schaltelement SE5 gekoppelt oder verbunden. In der 1 ist dazu dargestellt, dass die Welle des zweiten Antriebsaggregates 8 über ein Stirnradsatz 15 mit einer Welle verbunden wird. Auf dieser Welle ist das fünfte Schaltelement SE5 und der Planetenträger P2 des zweiten Planetengetriebes angeordnet. Für eine Optimierung der Übersetzungsverhältnisse ist die Ausgangswelle 11 beispielsweise über einen Abtrieb, insbesondere einen Stirnradsatz, beispielsweise mit einem Differential verbunden, über welches die Bewegungen auf die Räder 310 übertragen werden. Für die Ansteuerung der Schaltelemente ist eine Ansteuerung 50 vorgesehen, die das Verfahren zum Betrieb der Hybridantriebsanordnung mit dem Getriebe ausführt. Mittels der Pfeile an der Ansteuerung 50 sind die Steuerleitungen zwischen der Ansteuerung 50 und den Schaltelementen SE1...SE5 angedeutet. Diese Steuerleitungen sind für eine verbesserte Darstellung nicht vollständig eingezeichnet. Die Kommunikation zwischen den Schaltelementen und der Vorrichtung kann jedoch auch mittels eines BUS-Systems oder kabellos erfolgen.
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2 zeigt eine Schaltmatrix des Getriebes. In den Spalten sind die einzelnen Schaltelemente SE1...SE5 angegeben und in der letzten Spalte beispielhaft ein sich zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle ergebendes ungefähres Übersetzungsverhältnis. In den Zeilen sind die unterschiedlichen Gangstufen, Gänge oder Betriebsmodi des Getriebes angegeben. Mittels Kreuzen ist in der Schaltmatrix dargestellt, welches der Schaltelemente aktiviert sein muss, damit sich der entsprechende Gang oder Betriebsmodus einstellt. Mit Aktivierung der Schaltelemente ist hierbei insbesondere gemeint, dass eine Kupplung geschlossen wird oder eine Bremse betätigt wird, sodass über die Kupplung eine Kraft von einer Welle auf eine weitere Welle übertragen werden kann und mittels der Bremse eine Kraft auf einen Fixpunkt, insbesondere das Getriebegehäuse, übertragen werden kann. Aus der Schaltmatrix ist ersichtlich, dass sich je nach Kombination der fünf Schaltelemente sechs Gänge G1...G5, R einstellen lassen, wobei der erste Gang G1 das höchste Übersetzungsverhältnis und der fünfte Gang G5 das niedrigste Übersetzungsverhältnis aufweist. Bei diesen Gängen liegt zwischen Eingangs- und Ausgangswelle in festes Drehzahlverhältnis entsprechend der Übersetzung an und ein erstes und zweites Antriebsaggregat treiben entweder jeweils einzeln oder zusammen die Ausgangswelle 11 an. Insbesondere sind dies verbrennungsmotorische oder hybridische Gänge, beispielsweise wenn das Antriebsaggregat ein Verbrennungsmotor ist und das zweite Antriebsaggregat eine elektrische Maschine ist. Diese Gänge ermöglichen auch eine Lastpunktanhebung des Verbrennungsmotors, so dass die elektrische Maschine generatorisch betrieben werden kann und ein Laden einer Batterie während des Betriebs, insbesondere Fahrbetrieb eines Fahrzeugs, erfolgen kann. In den folgenden Zeilen der Matrix schließen sich die Gänge E1 und E2 oder Betriebsmodi an, in denen nur das zweite Antriebsaggregat mit der Ausgangswelle 11 verbunden ist. Hierzu müssen insbesondere das erste und das zweite Schaltelement geöffnet sein, damit keine Verbindung zum ersten Antriebsaggregat besteht. Dies sind insbesondere elektromotorische Gänge, beispielsweise wenn das zweite Antriebsaggregat eine elektrische Maschine ist. Vorteilhaft kann in diesen Gängen ein Fahrzeug lokal emissionsfrei betrieben werden. Je nachdem, ob das zweite Antriebsaggregat über das zweite Planetengetriebe 6 und mit geschlossenem fünften Schaltelement SE5 mit der Ausgangswelle 11 gekoppelt wird, ergibt sich eine hohe Übersetzung oder bei Verbindung des zweiten Antriebsaggregates über das zweite Planetengetriebe 5 mit geschlossenem Schaltelement SE3 ergibt sich eine niedrigere Übersetzung, wie in der letzten Spalte der Schaltmatrix dargestellt.
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Durch Öffnen des ersten, zweiten, dritten und fünften Schaltelementes SE1, SE2, SE3, SE5 und Schließen des vierten Schaltelementes SE4 ergibt sich ein leistungsverzweigter Betrieb, der eCVT-Modus, welcher eine voneinander unabhängige Vortriebsleistung an der Ausgangswelle 11 und Ladeleistung des zweiten Antriebsaggregates 8 ermöglicht. Insbesondere eignet sich dieser Betriebsmodus zum hybridischen Anfahren bei niedrigem Batterieladezustand, da ein stufenloses Verändern der Übersetzungsverhältnisse und damit insbesondere stufenloses Beschleunigen bei gleichzeitigem generatorischen Betrieb des zweiten Antriebsaggregates 8 möglich ist.
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Ein weiterer Modus CH, oder auch Standladen genannt, ergibt sich, wenn nur das erste Schaltelement SE1 geschlossen ist und alle weiteren vier Schaltelemente SE2...SE5 geöffnet sind. Die Antriebsaggregate 7 und 8 werden dabei miteinander gekoppelt, wobei keine Verbindung zur Ausgangswelle 11 besteht. In diesem Betriebsmodus kann während des Stillstands der Ausgangswelle, insbesondere eines Fahrzeugs, mittels des ersten Antriebsaggregates 7 das zweite 8 angetrieben werden, beispielsweise generatorisch zum Laden einer elektrischen Energiequelle 70, beispielsweise eine Batterie, verwendet werden. Alternativ kann mittels des zweiten Antriebsaggregates 8 auch das erste 7 angetrieben werden und beispielsweise ein Verbrennungsmotorstart oder eine Diagnose des Verbrennungsmotors durchgeführt werden, falls das erste Antriebsaggregat 7 ein Verbrennungsmotor ist und das zweite Antriebsaggregat 8 eine elektrische Maschine ist.
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3 zeigt eine graphische Darstellung der Schaltbarkeitsmatrix der zugkraftunterbrechungsfrei schaltbaren Gänge. Auf der linken Seite sind die zwei elektromotorischen Gänge E1... E2, in der Mitte die sechs verbrennungsmotorischen Gänge G1...G5, R und auf der rechten Seite der eCVT Modus dargestellt. Dabei symbolisiert der durchgezogene Pfeil zugkraftunterbrechungsfreie Übergänge zwischen zwei Gängen. So ist es bei den verbrennungsmotorischen Gänge G1 bis R es immer möglich in den nächsthöheren Gang zu schalten. Des Weiteren kann vom ersten Gang G1 in den dritten Gang G3 und in den fünften Gang G5 sowie vom dritten Gang G3 in den fünften Gang G5 und vom zweiten Gang G2 in den vierten Gang G4 zugkraftunterbrechungsfrei gewechselt werden. Vom ersten Gang G1 kann auch zugkraftunterbrechungsfrei in den sechsten Gang R, den Rückwärtsgang, geschalten werden. Zwischen dem ersten elektromotorischen Gang E1 kann zugkraftunterbrechungsfrei in den zweiten elektromotorischen Gang E2 gewechselt werden.
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Weiter kann vom ersten elektromotorischen Gang E1 der Verbrennungsmotor im sechsten Gang R gestartet werden, ohne dass ein zusätzlicher Anlasser notwendig ist. Vom zweiten elektromotorischen Gang E2 aus ist ein Start des Verbrennungsmotors im zweiten oder vierten Gang G2, G4 möglich.
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Zusätzlich kann vom eCVT Modus in den fünften Gang G5 des Verbrennungsmotors gewechselt werden.
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4 zeigt ein Fahrzeug 300 mit Rädern 310, wobei das Fahrzeug eine Hybridantriebsanordnung 200, wie oben beschrieben, umfasst.
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5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 400 zum Betrieb einer Hybridantriebsanordnung 200 mit einem Getriebe 100. Mit Schritt 405 startet das Verfahren. In Schritt 410 wird ein Betriebsvorgabesignal BV ermittelt und in Schritt 420 mindestens eines der Schaltelemente SE1...SE5 zur Einstellung der Funktionalität des Getriebes 100 in Abhängigkeit des Betriebsvorgabesignals BV angesteuert. Mit Schritt 425 endet das Verfahren. Das Betriebsvorgabesignal BV ist hierbei entweder ein Parameter für eine physikalische Größe im Getriebe 100 wie z.B. ein Drehmoment oder eine Drehzahl oder eine zu übertragende Leistung, welche an einer Komponente des Getriebes 100 anliegen oder übertragen werden soll. Diese Komponenten sind insbesondere Eingangswelle 10, Ausgangswelle 11 aber auch die Parameter an den Antriebsaggregaten 7, 8 oder den Schaltelementen SE1...SE5. Darüber hinaus kann das Betriebsvorgabesignal BV auch einen bestimmten Betriebsmodus wie einen der vier Gänge G1...G5, R oder der zwei Gänge E1... E2, welche nur mit dem zweiten Antriebsaggregat betrieben werden, oder auch die besonderen Funktionen eCVT oder Standladen CH darstellen. In Abhängigkeit dieses Betriebsvorgabesignals BV werden die Schaltelemente SE1 bis SE5 entsprechend der Schaltmatrix angesteuert, um das Getriebe 100 in den entsprechenden Gang oder Betriebsmodus zu schalten. Für eine zugkraftunterbrechungsfreie Umschaltung zwischen den einzelnen Gängen oder Betriebsmodi ist es notwendig, dass eines der Schaltelemente SE1...SE5 seinen Zustand vor und nach der Schaltung beibehält, wobei ein weiteres Schaltelement während des Schaltens aus dem geöffneten in den geschlossenen Zustand übergeht, während ein anderes aus dem geschlossenen in den geöffneten Zustand übergeht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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