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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 Schaltelement, einem zweiten Schaltelement, einem dritten Schaltelement und einem vierten Schaltelement, einem doppelten Planetengetriebe, insbesondere ein Ravigneaux-Satz, mit einem ersten und einem zweiten Sonnenrad, einem Planetenträger und einem Hohlrad, und einem einfachen Planetengetriebe,
wobei die Eingangswelle mit dem Planetenträger des doppelten Planetengetriebes gekoppelt ist,
wobei das erste Sonnenrad des doppelten Planetengetriebes mittels des ersten Schaltelements koppelbar ist mit dem Hohlrad des einfachen Planetengetriebes,
wobei das zweite Sonnenrad des doppelten Planetengetriebes mittels des zweiten Schaltelements koppelbar ist mit dem Sonnenrad des einfachen Planetengetriebes,
wobei das Hohlrad des doppelten Planetengetriebes mit dem dritten Schaltelement gekoppelt ist und das dritte Schaltelement mit dem vierten Schaltelement gekoppelt ist und das vierte Schaltelement mit dem Sonnenrad des einfachen Planetengetriebes gekoppelt ist, so dass das Hohlrad des doppelten Planetengetriebes mittels des dritten Schaltelements und des vierten Schaltelementes koppelbar ist mit dem Sonnenrad des einfachen Planetengetriebes,
und wobei die Ausgangswelle mit dem Planetenträger des einfachen 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, ein zweites, ein drittes und ein viertes Schaltelement und einfaches Planetengetriebe sowie ein doppeltes Planetengetriebe, welches auch als Ravigneaux-Satz bekannt ist. Dieses doppelte Planetengetriebe weist zwei Sonnenräder auf, einen gemeinsamen Planetenträger und ein Hohlrad. Der gemeinsame Planetenträger umfasst einen ersten Planetensatz und einen zweiten Planetensatz. Insbesondere umkreist der erste Planetensatz des doppelten Planetengetriebes erste Sonnenrad umkreist und kämmt mit dem ersten Sonnenrad und mit dem Hohlrad. Insbesondere umkreist der zweiten Planetensatz des doppelten Planetengetriebes das zweite Sonnenrad und kämmt mit dem zweiten Sonnenrad und dem ersten Planetensatz. Insbesondere fixiert der Planetenträger die Abstände des ersten und des zweiten Planetensatzes zueinander sowie jeweils der Planeten untereinander. Das einfache Planetengetriebe weist ein Sonnenrad, einen Planetenträger mit einem Planetensatz und ein Hohlrad auf. Der Planetensatz umkreist das Sonnenrad und kämmt mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad. Das einfache Planetengetriebe wird nur zur besseren Unterscheidbarkeit mit dem doppelten Planetengetriebe als einfaches Planetengetriebe bezeichnet, dabei handelt es sich um ein normales Planetengetriebe.
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Die Eingangswelle ist fest mit dem Planetenträger des doppelten Planetengetriebes, insbesondere mit dem ersten Planetensatz des doppelten Planetengetriebes, gekoppelt und somit drehfest damit verbunden. Im Rahmen der Beschreibung ist eine Koppelung als eine Verbindung zu verstehen, welche starr, beispielsweise einstückig, beispielsweise mittels einer Welle, oder mit einer festen Übersetzung oder Getriebestufe ausgeführt ist.
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Das erste Sonnenrad des doppelten Planetengetriebes kann mittels des ersten Schaltelements mit dem Hohlrad des einfachen Planetengetriebes verbunden oder getrennt werden. Weiter kann das zweite Sonnenrad des doppelten Planetengetriebes mittels des zweiten Schaltelements mit dem Sonnenrad des einfachen Planetengetriebes verbunden oder getrennt werden. Das Hohlrad des doppelten Planetengetriebes ist mit dem dritten Schaltelement gekoppelt und somit drehfest damit verbunden. Weiter ist das dritte Schaltelement mit dem vierten Schaltelement gekoppelt und drehtfest damit verbunden. Insbesondere können das dritte und vierte Schaltelement auf einer gemeinsamen Welle liegen. Weiter ist das vierte Schaltelement mit dem Sonnenrad des einfachen Planetengetriebes gekoppelt und somit drehfest damit verbunden. Es ergibt sich, dass das Hohlrad des doppelten Planetengetriebes mittels des dritten Schaltelements und des vierten Schaltelementes mit dem Sonnenrad des einfachen Planetengetriebes getrennt oder verbunden werden kann.
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Die Ausgangswelle ist mit dem Planetenträger des einfachen Planetengetriebes gekoppelt und somit drehtfest damit verbunden. 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/oder zweiten und/oder dritten und/oder vierten Schaltelement entsprechend der Übersetzungsverhältnisse in dem Getriebe auf die Ausgangswelle überträgt. Bei gleichzeitig geschlossenem ersten, zweiten, dritten und vierten Schaltelement ergibt sich eine Übersetzung zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle. Das erfindungsgemäße Getriebe ist insbesondere besonders geeignet 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 fünftes Schaltelement, welches dazu eingerichtet ist, das Hohlrad des einfachen Planetengetriebes abzubremsen oder freizugeben.
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Für das Getriebe ist ein fünftes Schaltelement vorgesehen. Das Hohlrad des einfachen Planetenträgers kann mittels Schließen oder Öffnen des fünften Schaltelements abgebremst oder freigegen werden, insbesondere ein Verbinden des Hohlrades oder ein Abstützen des Hohlrades an einem Fixpunkt oder an einem Gehäuse des Getriebes. Das Abbremsen des Hohlrades umfasst das Reduzieren der Drehzahl des Hohlrades, insbesondere bis zum Stillstand des Hohlrades. Das Freigeben des Hohlrades umfasst das Lösen der Bremse, so dass das Hohlrad entsprechend der auf das Hohlrad wirkenden Kräfte beschleunigt. 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 beispielsweise bei geschlossenem zweiten, dritten, vierten und fünften Schaltelement und geöffneten ersten Schaltelement ein erstes Übersetzungsverhältnis zwischen Eingangswelle und Ausgangswelle, eine erste Übersetzung im Getriebe. Bei geschlossenem ersten, dritten, vierten und fünften Schaltelement und geöffnetem zweiten Schaltelement ergibt sich eine zweite Übersetzung im Getriebe. Bei geschlossenem ersten, zweiten und fünften Schaltelement sowie geöffnetem vierten Schaltelement ergibt sich eine dritte Übersetzung. Eine vierte Übersetzung ergibt sich, wie bereits oben erwähnt, bei geschlossenem ersten, zweiten, dritten und vierten Schaltelement und geöffnetem fünften Schaltelement.
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In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Getriebe ein sechstes Schaltelement, welches dazu eingerichtet ist, dass Hohlrad des doppelten Planetengetriebes über das dritte Schaltelement abzubremsen oder freizugeben.
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Für das Getriebe ist ein sechstes Schaltelement vorgesehen, welches zusammen mit dem dritte Schaltelement ein Freigeben oder Bremsen des Hohlrades des doppelten Planetengetriebes ermöglicht, insbesondere ein Verbinden des Hohlrades oder ein Abstützen des Hohlrades an einem Fixpukt oder an einem Gehäuse des Getriebes. Das Abbremsen des Hohlrades umfasst das Reduzieren der Drehzahl des Hohlrades, insbesondere bis zum Stillstand des Hohlrades. Das Freigeben des Hohlrades umfasst das Lösen der Bremse, so dass das Hohlrad entsprechend der auf das Hohlrad wirkenden Kräfte beschleunigt. Vorteilhaft lassen sich mit der bisher beschriebenen Topologie des Getriebes mit den ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften und sechsten Schaltelementen, neben den bereits erwähnten, weitere Betriebsmodi einstellen. So ergibt sich beispielsweise bei geschlossenem ersten, zweiten, vierten und sechsten Schaltelement und geöffnetem dritten und fünften Schaltelement ein weiteres Übersetzungsverhältnis zwischen Eingangswelle und Ausgangswelle, eine fünfte Übersetzung. Bei geschlossenem ersten, zweiten, dritten und sechsten Schaltelement und geöffnetem vierten und fünften Schaltelement ein weiteres Übersetzungsverhältnis zwischen Eingangswelle und Ausgangswelle, eine sechste Übersetzung. Weiter ergibt sich bei geöffnetem zweiten und fünften Schaltelement sowie geschlossenem ersten, dritten, vierten und sechsten Schaltelement eine siebte Übersetzung im Getriebe. Ein weiteres Übersetzungsverhältnis, bei dem die Ausgangswelle in die entgegengesetzte Richtung als bei den bisherigen Übersetzungen sich dreht, ergibt sich bei geöffnetem ersten und vierten Schaltelement und geschlossenem zweiten, dritten, fünften und sechsten Schaltelement.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst das erste und/oder das zweite und/oder das dritte und/oder das vierte Schaltelement eine Kupplung. Zur Verbindung der genannten Komponenten der Planetengetriebe sind das erste und/oder das zweite und/oder das dritte und/oder das vierte Schaltelement als Kupplung ausgeführt. Bei einer derartigen Kupplung kann es sich insbesondere um eine Trockenkupplung, Nasskupplung, Reibkupplung oder Klauenkupplung handeln. Vorteilhaft werden Möglichkeiten für eine steuerbare Verbindung der Komponenten der Planetengetriebe bereitgestellt.
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In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das fünfte und/oder das sechste Schaltelement eine Bremse.
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Das fünfte und/oder das sechste Schaltelement sind als Bremse, insbesondere eine Trocken- oder Nassbremse oder als Klauenkupplung oder als Reibkupplung, ausgeführt. Vorteilhaft wird eine Möglichkeit zur steuerbaren Freigabe und Abbremsung der Hohlräder des doppelten und/oder des einfachen Planetengetriebes bereitgestellt.
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In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist ein erstes Antriebsaggregat, insbesondere eine Verbrennungskraftmaschine, mit der Eingangswelle koppelbar und/ oder ein zweites Antriebsaggregat, insbesondere eine elektrische Maschine, ist mit dem Hohlrad des doppelten Planetengetriebes gekoppelt.
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An der Eingangswelle ist eingangsseitig das erste Antriebsaggregat ankoppelbar. Das zweite Antriebsaggregat ist mit dem Hohlrad des doppelten Planetengetriebes gekoppelt und somit drehfest damit verbunden. 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 und fünften Schaltelements und Öffnen des zweiten, dritten, vierten und sechsten Schaltelements oder alternative mittels Schließen des zweiten, dritten und vierten Schaltelements und Öffnen des ersten, fünften und sechsten 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 (Standladen). Bei beispielsweise stillstehender Ausgangswelle wird eine direkte Übertragung der rotatorischen Energie des ersten Antriebsaggregates zum zweiten Antriebsaggregat oder umgekehrt, beispielsweise zum Starten eines Verbrennungsmotors, ermöglicht.
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Ein erster leistungsverzweigter Betrieb des Getriebes (eCVT1-Modus) wird durch Schließen des ersten und zweiten Schaltelements und Öffnen des dritten, vierten, fünften und sechsten Schaltelements ermöglicht. Dabei wirken das erste Antriebsaggregat auf den Planetenträger des doppelten Planetengetriebes und die elektrische Maschine auf das erste Hohlrad des doppelten Planetengetriebes. Ein zweiter leistungsverzweigter Betrieb des Getriebes (eCVT2-Modus) wird durch Schließen des ersten, vierten und sechsten Schaltelements und Öffnen des zweiten, dritten und fünften Schaltelements ermöglicht. Dabei wirken das erste Antriebsaggregat auf den Planetenträger des doppelten Planetengetriebes und die elektrische Maschine auf das erste Hohlrad des doppelten Planetengetriebes. 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 geöffnetem ersten und zweiten Schaltelement ist die Eingangswelle, und somit das erste Antriebsaggregat, von der Ausgangswelle abgekoppelt. Bei zusätzlich geschlossenem dritten, vierten und 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. Mittels, insbesondere dosiertem, Schließen des ersten oder des zweiten Schaltelements kann aus dem Fahren mittels dem zweiten Antriebsaggregat das erste Antriebsaggregat angetrieben und beispielsweise gestartet werden, falls das erste Antriebsaggregat ein Verbrennungsmotor ist. Dabei ist ein starten des ersten Antriebsaggregat durch Schließen des ersten Schaltelements besonders vorteilhaft, da dieser Start zugkraftunterbrechnungsfrei erfolgt und somit besonders komfortabel ist. Ein sogenannter Komfort-Start.
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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 zweites Antriebsaggregat und/oder einen Pulswechselrichter, elektrische Energiequelle oder ein erstes Antriebsaggregat 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 dem Hohlrad des doppelten Planetengetriebes 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 generatorischen 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 doppeltes Planetengetriebe 5, insbesondere einen Ravigneaux-Satz, mit einem ersten und einem zweiten Sonnenrad S1, S2, einem gemeinsamen Planetenträger P und einem Hohlrad H1. Insbesondere umfasst das doppelte Planetengetriebe 5 einen ersten Planetensatz P1, der das erste Sonnenrad S1 umkreist und mit dem ersten Sonnenrad S1 und mit dem Hohlrad H1 kämmt. Insbesondere umfasst das doppelte Planetengetriebe 5 einen zweiten Planetensatz P2, der das zweite Sonnenrad S2 umkreist und mit dem zweiten Sonnenrad S2 und mit dem ersten Planetensatz P1 kämmt. Insbesondere fixiert der Planetenträger P die Abstände des ersten und zweiten Planetensatzes P1, P2 zueinander sowie ihrer Planeten jeweils untereinander. Weiter umfasst das Getriebe 100 noch ein einfaches Planetengetriebe 6 mit einem Sonnenrad S3, einem Planetenträger P3 und einem Hohlrad H3. Die Eingangswelle 10 ist mit dem Planetenträger P des doppelten Planetengetriebes 5 gekoppelt und somit drehfest damit verbunden. Weiter umfasst das Getriebe 100 ein erstes Schaltelement SE1 und ein zweites Schaltelement SE2, ein drittes Schaltelement SE3 und ein viertes Schaltelement SE4. Das erste Schaltelement SE1, insbesondere eine Kupplung, ist dazu eingerichtet, das erste Sonnenrad S1 des doppelten Planetengetriebes 5 mit dem Hohlrad H3 des einfachen Planetengetriebes 6 zu verbinden oder zu trennen. Das zweite Schaltelement SE2, insbesondere eine Kupplung, ist dazu eingerichtet, das zweite Sonnenrad S2 des doppelten Planetengetriebes 5 mit dem Sonnenrad S3 des einfachen Planetengetriebes 6 zu verbinden oder zu trennen. Das dritte Schaltelement SE3 und das vierten Schaltelement SE4, insbesondere eine oder zwei Kupplungen, sind dazu eingerichtet, das Hohlrad H1 des doppelten Planetengetriebes 5 mit dem Sonnenrad S3 des einfachen Planetengetriebes 6 zu verbinden oder zu trennen. Weiter kann das Getriebe 100 ein fünftes Schaltelement SE5 und ein sechstes Schaltelement SE6 umfassen. Das fünftes Schaltelement SE5, insbesondere eine Bremse, ist dazu eingerichtet, das Hohlrad H3 des einfachen Planetengetriebes 6 abzubremsen oder freizugeben, insbesondere in dem die Bremse das Hohlrad mit einem Fixpunkt verbindet oder beispielsweise am Gehäuse (nicht dargestellt) des Getriebes 100 abstützt. Das sechste Schaltelement SE6 ist mittels des dritten Schaltelements SE3 mit dem Hohlrad H1 des doppelten Planetengetriebe 5 koppelbar. Das sechste Schaltelement SE3, insbesondere eine Bremse, ist dazu eingerichtet, das Hohlrad H1 des doppelten 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. Die Ausgangswelle 11 ist mit dem Planetenträger P3 des einfachen Planetengetriebes 6 gekoppelt. Das Getriebe ist weiter dazu eingerichtet, für den Betrieb mit einem ersten Antriebsaggregat über die Eingangswelle 10 gekoppelt oder verbunden zu werden. In der 1 ist dazu dargestellt, dass die Welle des Antriebsaggregates 7 mit der Eingangswelle 10 verbunden wird. Das zweite Antriebsaggregat 8, insbesondere eine elektrische Maschine, wird für den Betrieb des Getriebes 100 wie in der 1 dargestellt über ein optionales Stirnrad 15 mit dem Hohlrad H1 des doppelten Planetengetriebes 5 und dem dritten Schaltelement SE3 gekoppelt oder verbunden. 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. Die Steuerleitungen zwischen der Ansteuerung 50 und den einzelnen Schaltelementen SE1...SE6 sind aus Übersichtlichkeitsgründen nur als Pfeil angedeutet und nicht vollständig dargestellt. Die Kommunikation zwischen den Schaltelementen SE1...SE6 und der Vorrichtung kann mittels der Steuerleitungen als 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...SE6 angegeben und in der letzten Spalte beispielhaft ein sich zwischen einem der Antriebsaggregate 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. Dabei bedeutet ein Kreuz X, dass das Schaltelement geschlossen und belastet ist. Ein Kreuz in Klammern (X) bedeutet, dass das Schaltelement geschlossen und unbelastet ist. Die Aktivierung dieser Schaltelemente ist optional. Es ergibt sich allerdings dadurch der Vorteil, dass einfacheres und insbesondere zugkraftunterbrechungsfreie Schalten in einen anderen Gang ermöglicht wird. 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 oder 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 sechs Schaltelemente bis zu acht Gänge G1...G7, R einstellen lassen, wobei der erste Gang G1 das höchste Übersetzungsverhältnis und der siebte Gang G7 das niedrigste Übersetzungsverhältnis aufweist. Bei den Gängen G1...G7, R liegt bevorzugt jeweils zwischen dem erstem Antriebsaggregat 7 und der Ausgangswelle 11 ein festes Drehzahlverhältnis i entsprechend der in der letzten Spalte angegebenen Übersetzung an. Die Ausgangswelle wird in den Gängen G1...G7, R entweder von dem ersten Antriebsaggregat 7 alleine oder mit dem zweiten Antriebsaggregat 8 zusammen angetrieben. Insbesondere sind dies verbrennungsmotorische oder hybridische Gänge, beispielsweise wenn das erste Antriebsaggregat 7 ein Verbrennungsmotor ist und das zweite Antriebsaggregat 8 eine elektrische Maschine. 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 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.
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Mittels Schließens des ersten und wahlweise des zweiten oder vierten und sechsten Schaltelements und Öffnen der anderen Schaltelemente (SE2...SE6) ergeben sich zwei leistungsverzweigter Betriebe, der eCVT1- und eCVT2-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 das zweite, das dritte und das vierte Schaltelement SE2, SE3, SE4 geschlossen sind und alle weiteren Schaltelemente geöffnet sind oder alternative das erste und das fünfte Schaltelement SE1, SE5 geschlossen sind und alle weiteren Schaltelemente 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, insbesondere einer 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 elektromotorischen Gänge E1, E2 und in der Mitte die acht verbrennungsmotorischen Gänge G1...G7, R und auf der rechten Seite die beiden eCVT-Gänge eCVT1, eCVT2 dargestellt. Dabei symbolisiert der durchgezogene Pfeil zugkraftunterbrechungsfreie Übergänge zwischen zwei Gängen und der gestrichelte Pfeil normale 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, in den vierten Gang G4 und in den achten Gang R, vom zweitem Gang G2 in den vierten Gang G4, von dem dritten Gang G3 in den sechsten Gang G6 und in den achten Gang R, von dem vierten Gang G4 in der sechsten Gang G6 und in den siebten Gang G7, von dem fünften Gang in den siebten Gang G7 und von dem sechsten Gang in den achten Gang R zugkraftunterbrechungsfrei gewechselt werden. Der achte Gang R ist ein Rückwärtsgang.
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Weiter kann vom elektromotorischen ersten Gang E1 der Verbrennungsmotor im ersten Gang G1 und im zweiten Gang G2 gestartet werden. Dabei ist insbesondere der Start des Verbrennungsmotors im zweiten Gang G2 als sogenannter Komfortstart möglich.
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Zwischen dem ersten und zweite eCVT-Gang eCVT1, eCVT2 kann zugkraftunterbrechungsfrei gewechselt werden. Des Weiteren kann vom ersten eCVT-Gang zugkraftunterbrechungsfrei in den dritten, vierten, fünften und sechsten verbrennungsmotorischen Gang G3, G4, G5, G6 und vom zweiten eCVT-Gang zugkraftunterbrechungsfrei in den fünften und siebten verbrennungsmotorischen Gang G5, G7 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...SE6 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 die Eingangswelle 10, die Ausgangswelle 11 aber auch die Parameter an den Antriebsaggregaten 7, 8 oder den Schaltelementen SE1...SE6. Darüber hinaus kann das Betriebsvorgabesignal BV auch einen bestimmten Betriebsmodus wie einen der acht Gänge G1...G7, R oder der zwei Gänge E1...E2, welche nur mit dem zweiten Antriebsaggregat betrieben werden, oder auch die besonderen Funktionen eCVT1, eCVT2 oder Standladen CH1, CH2 darstellen. In Abhängigkeit dieses Betriebsvorgabesignals BV werden die Schaltelemente SE1 bis SE6 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...SE6 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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