DE102019208597A1

DE102019208597A1 - Getriebe für eine Hybridantriebsanordnung

Info

Publication number: DE102019208597A1
Application number: DE102019208597.0A
Authority: DE
Inventors: Dominik Eszterle; Rolf Lucius Dempel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-06-13
Filing date: 2019-06-13
Publication date: 2020-12-17
Also published as: WO2020249338A1

Abstract

Getriebe (100) für eine Hybridantriebsanordnung,
welches mit zwei Antriebsaggregaten (8,9) koppelbar ist, mit einer Eingangswelle (10) und einer Ausgangswelle (11),
mindestens einem ersten, einem zweiten, einem dritten und einem vierten Schaltelement (SE1, SE2, SE3, SE4),
und einem ersten, einem zweiten und einem dritten Planetengetriebe (5,6,7),
wobei die Eingangswelle (10) mit dem Sonnenrad (S2) des zweiten Planetengetriebes (6) gekoppelt ist,
und wobei die Eingangswelle mittels dem ersten Schaltelement (SE1) koppelbar ist mit dem Sonnenrad (S1) des ersten Planetengetriebes (5),
wobei das zweite Schaltelement (SE2) dazu eingerichtet ist den Planetenträger (P1) des ersten Planetengetriebes (5) abzubremsen oder freizugeben,
wobei das Hohlrad (H1) des ersten Planetengetriebes (5) mittels dem dritten Schaltelement (SE3) koppelbar ist mit dem Hohlrad (H2) des zweiten Planetengetriebes (6),
wobei das vierte Schaltelement (SE4) dazu eingerichtet ist das Sonnenrad (P3) des dritten Planetengetriebes (7) abzubremsen oder freizugeben,
wobei das Hohlrad (H1) des ersten Planetengetriebes (5) mit dem Planetenträger (P3) des dritten Planetengetriebes (7) gekoppelt ist,
und wobei die Ausgangswelle (11) mit dem Planetenträger (P2) des zweiten Planetengetriebes (6) und dem Hohlrad (H3) des dritten Planetengetriebes (7) gekoppelt ist.

Description

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.
Stand der Technik
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.
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.
Offenbarung der Erfindung
Es wird ein Getriebe für eine Hybridantriebsanordnung bereitgestellt, welches mit zwei Antriebsaggregaten koppelbar ist, mit einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle, mindestens einem ersten, einem zweiten, einem dritten und einem vierten Schaltelement und einem ersten, einem zweiten und einem dritten Planetengetriebe, wobei die Eingangswelle mit dem Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes gekoppelt ist, und wobei die Eingangswelle mittels dem ersten Schaltelement koppelbar ist mit dem Sonnenrad des ersten Planetengetriebes, wobei das zweite Schaltelement dazu eingerichtet ist den Planetenträger des ersten Planetengetriebes abzubremsen oder freizugeben, wobei das Hohlrad des ersten Planetengetriebes mittels dem dritten Schaltelement koppelbar ist mit dem Hohlrad des zweiten Planetengetriebes, wobei das vierte Schaltelement dazu eingerichtet ist das Sonnenrad des dritten Planetengetriebes abzubremsen oder freizugeben, wobei das Hohlrad des ersten Planetengetriebes mit dem Planetenträger des dritten Planetengetriebes gekoppelt ist, und wobei die Ausgangswelle mit dem Planetenträger des zweiten Planetengetriebes und dem Hohlrad des dritten Planetengetriebes gekoppelt ist.
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 sowie ein erstes, ein zweites und ein drittes Planetengetriebe. Dabei ist die Eingangswelle mit dem Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes 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 des ersten Schaltelements koppelbar mit dem Sonnenrad des ersten Planetengetriebes verbunden. Das zweite Schaltelement ist dazu eingerichtet den Planetenträger des ersten Planetengetriebes abzubremsen oder freizugeben, insbesondere den Planetenträger mit einem Fixpunkt oder dem Gehäuse zu verbinden, zu koppeln oder den Planetenträger bzw. am Gehäuse abzustützen. 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.
Weiter ist das Hohlrad des ersten Planetengetriebes mit dem Planetenträger des dritten Planetengetriebes gekoppelt und somit drehfest damit verbunden. Zusätzlich ist das Hohlrad des ersten Planetengetriebes mittels dem dritten Schaltelement mit dem Hohlrad des zweiten Planetengetriebes koppelbar verbunden.
Das vierte Schaltelement ist dazu eingerichtet das Sonnenrad des dritten Planetengetriebes abzubremsen oder freizugeben, insbesondere das Sonnenrad mit einem Fixpunkt oder dem Gehäuse zu verbinden, zu koppeln oder das Sonnenrad bzw. am Gehäuse abzustützen. Das Abbremsen des Sonnenrads umfasst das Reduzieren der Drehzahl des Sonnenrads, insbesondere bis zum Stillstand des Sonnenrads. Das Freigeben des Sonnenrads umfasst das Lösen der Bremse, so dass das Sonnenrad entsprechend der auf das Sonnenrad wirkenden Kräfte beschleunigt.
Die Ausgangswelle ist mit dem Planetenträger des zweiten Planetengetriebes und mit dem Hohlrad des dritten Planetengetriebes gekoppelt und somit drehfest 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, zweiten und drittem sowie geöffnetem viertem Schaltelement mit einem ersten Übersetzungsverhältnis in dem Getriebe auf die Ausgangswelle überträgt. Bei geschlossenem zweiten, dritten und vierten sowie geöffnetem ersten Schaltelement ergibt sich ein weiteres Übersetzungsverhältnis zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle. Das erfindungsgemäße Getriebe ist insbesondere besonders geeignet für ein Antriebssystem, das mit einer Spannung von 48V betrieben wird, also auch für Antriebssysteme, die eine höhere Spannung als 48V nutzen.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst das Getriebe ein fünftes Schaltelement, welches dazu eingerichtet ist, das Sonnenrad des ersten Planetengetriebes mit dem Hohlrad des zweiten Planetengetriebes koppelbar zu verbinden, und die Eingangswelle über das erste Schaltelement koppelbar mit dem Hohlrad des zweiten Planetengetriebes zu verbinden.
Für das Getriebe ist ein fünftes Schaltelement vorgesehen, welches die Eingangswelle über das erste Schaltelement mit dem Hohlrad des zweiten Planetengetriebes sowie das Sonnenrad des ersten Planetengetriebes mit dem Hohlrad des zweiten Planetengetriebes koppelbar verbindet. Somit ergibt sich bei geöffnetem ersten und vierten Schaltelement und geschlossenem zweiten, dritten und fünften Schaltelement ein weiteres Übersetzungsverhältnis zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle. Bei geschlossenem ersten und fünften sowie geöffnetem zweiten, dritten und vierten Schaltelement ergibt sich eine vierte Übersetzung für den Betrieb des Getriebes.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Getriebe ein sechstes Schaltelement, welches dazu eingerichtet ist, die Eingangswelle koppelbar mit dem Planetenträger des ersten Planetengetriebes zu verbinden.
Für das Getriebe ist ein sechstes Schaltelement vorgesehen, welches die Eingangswelle mit dem Planetenträger des ersten Planetengetriebes koppelbar verbindet. Bei geöffnetem ersten, zweiten und dritten sowie geschlossenem vierten, fünften und sechsten Schaltelement ergibt sich eine fünfte Übersetzung. Beim geschlossenem ersten, vierten und sechsten sowie geöffnetem zweiten, dritten und fünften Schaltelement ergibt sich eine sechste Übersetzung im Getriebe.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Getriebe ein siebtes Schaltelement, wobei das Hohlrad des ersten Planetengetriebes mittels des siebten Schaltelementes koppelbar ist mit dem Hohlrad des dritten Planetengetriebes, dem Planetenträger des zweiten Planetengetriebes und der Ausgangswelle.
Für das Getriebe ist ein siebtes Schaltelement vorgesehen, welches das Hohlrad des ersten Planetengetriebes mit dem Hohlrad des dritten Planetengetriebes, dem Planetenträger des zweiten Planetengetriebes und der Ausgangswelle koppelbar verbindet. Bei geschlossenem ersten, zweiten und siebten sowie geöffnetem dritten, vierten, fünften und sechsten Schaltelement ergibt sich eine siebte Übersetzung für den Betrieb des Getriebes, wobei bei dieser Übersetzung die Ausgangswelle sich in die entgegengesetzte Richtung als bei den ersten sechs Übersetzungen dreht.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst das erste, das zweite, das dritte, das vierte, das fünfte, das sechse und/oder das siebte Schaltelement eine Kupplung. Bei einer derartigen Kupplung kann es sich insbesondere um eine Trockenkupplung, Nasskupplung, Reibkupplung, Schlupfkupplung oder Klauenkupplung handeln. Insbesondere sind das zweite, das dritte, das sechse und/oder das siebte Schaltelement als Klauenkupplung ausgeführt. Dabei wäre es insbesondere vorteilhaft das zweite und das sechste und/oder das dritte und das siebte Schaltelement jeweils als Doppel-Kupplung auszuführen, bei der beide Schaltelemente geöffnet sind oder wechselweise ein Schaltelement der Doppel-Kupplung geschlossen ist. Insbesondere sind das erste, das vierte und das fünfte Schaltelement als Schlupfkupplung oder als Reibkupplung ausgeführt. Insgesamt werden vorteilhafterweise Möglichkeiten für eine steuerbare Verbindung der Eingangswelle mit den Komponenten der Planetengetriebe und der Komponenten von verschiedenen Planetengetriebe miteinander bereitgestellt.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das zweite und/oder das vierte Schaltelement eine Bremse.
Das zweite und/oder das vierte Schaltelement ist als Bremse, insbesondere eine Trocken- oder Nassbremse oder als Klauenkupplung ausgeführt. Vorteilhaft wird eine Möglichkeit zur steuerbaren Freigabe und Abbremsung des Planetenträgers des ersten Planetengetriebes und/oder des Sonnenrades des dritten Planetengetriebes bereitgestellt.
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 Hohlrad des ersten Planetengetriebes und dem Planetenträger des dritten Planetengetriebes gekoppelt.
An der Eingangswelle ist eingangsseitig das erste Antriebsaggregat angekoppelt. Das zweite Antriebsaggregat ist mit dem Hohlrad des ersten Planetengetriebes und dem Planetenträger des dritten Planetengetriebes gekoppelt.
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 sechsten Schaltelements und Öffnen des zweiten, dritten, vierten, fünften und siebten 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.
Ein leistungsverzweigter Betrieb des Getriebes (eCVT-Modus) wird durch Schließen des dritten Schaltelements und Öffnen des ersten, des zweiten, des vierten, des fünften und des siebten Schaltelements ermöglicht. Das sechste Schaltelement kann optional geöffnet oder geschlossen sein. Dabei wirken das erste Antriebsaggregat auf das Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes und die elektrische Maschine auf das Hohlrad des zweiten Planetengetriebes. Der Planetenträger des zweiten Planetengetriebes ist mit der Ausgangswelle verbunden. 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.
Bei geöffneten ersten und fünften Schaltelement ist die Eingangswelle, und somit das erste Antriebsaggregat, von der Ausgangswelle abgekoppelt. Bei zusätzlich geschlossenem siebten Schaltelement ist das zweite Antriebsaggregat über eine erste Übersetzung (erste elektrische Übersetzung) mit der Ausgangswelle verbunden, so dass ein Antreiben der Ausgangswelle nur mittels des zweiten Antriebsaggregates erfolgen kann. Alternativ ergibt sich bei geschlossenem vierten Schaltelement eine zweite Übersetzung (zweite elektrische Übersetzung), bei der nur das zweite Antriebsaggregat mit der Ausgangswelle gekoppelt. Dies ist eine zweite elektrische Übersetzung für einen alleinigen Antrieb mittels des zweiten Antriebsaggregates.
Weiter kann mittels, insbesondere dosiertem, Schließen des ersten, des zweiten, des fünften und/oder des sechsten Schaltelements aus dem Fahren mittels dem zweiten Antriebsaggregat das erste Antriebsaggregat angetrieben und beispielsweise gestartet werden, falls das erste Antriebsaggregat ein Verbrennungsmotor ist. Konkret kann durch Schließen des fünften Schaltelements bei Fahrt mit dem zweiten Antriebsaggregat in der ersten elektrischen Übersetzung das erste Antriebsaggregat mit einer vierten Übersetzung gestartet werden. Alternative kann bei der Fahrt mit dem zweiten Antriebsaggregat in der ersten elektrischen Übersetzung durch Schließen des ersten und des zweiten Schaltelements das erste Antriebsaggregat für die siebte Übersetzung gestartet werden. Weiter kann bei der Fahrt mit dem zweiten Antriebsaggregat in der zweiten elektrischen Übersetzung durch Schließen des ersten, fünften und/oder des sechsten Schaltelements das erste Antriebsaggregat für die Fahrt mit einer vierten, fünften oder sechsten Übersetzung gestartet werden. Dabei ist ein Start des ersten Antriebsaggregats für die Fahrt mit der sechsten Getriebe-Übersetzung besonders komfortabel, ein Komfortstart. Ein Komfortstart zeichnet sich dadurch aus, dass der Start zugkraftunterbrechungsfrei erfolgt.
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.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Ändern der Übersetzungsverhältnisse des Getriebes zugkraftunterbrechungsfrei.
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.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Getriebe eine Ansteuerung zur Ansteuerung mindestens eines der Schaltelemente in Abhängigkeit eines vorgegebenen Betriebsvorgabesignals.
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.
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 eine elektrische Energiequelle umfasst.
Es wird eine Hybridantriebsanordnung mit einem bisher beschriebenen Getriebe bereitgestellt. Die Hybridantriebsanordnung umfasst eine erstes und ein zweites Antriebsaggregat. Insbesondere umfasst die Hybridantriebsanordnung einen Pulswechselrichter und/oder eine elektrische Maschine. Das erste Antriebsaggregat ist insbesondere mit der Eingangswelle gekoppelt oder verbunden. Das zweite Antriebsaggregat ist insbesondere mit dem Hohlrad des ersten Planetengetriebes und dem Planetenträger des dritten Planetengetriebes gekoppelt oder verbunden. Der Pulswechselrichter ist insbesondere zur Versorgung des zweiten Antriebsaggregates, insbesondere einer elektrischen Maschine, vorgesehen. Hierzu wandelt das zweite Antriebsaggregat insbesondere die elektrische Energie einer elektrischen Energiequelle, beispielsweise einer Batterie und/oder einer Brennstoffzelle, um. Vorteilhaft wird eine Hybridantriebsanordnung, welche für den Einsatz in einem Fahrzeug eingerichtet ist, bereitgestellt.
Ferner umfasst die Erfindung ein Fahrzeug mit einer beschriebenen Hybridantriebsanordnung. Vorteilhaft wird ein Fahrzeug bereitgestellt, welches eine Hybridantriebsanordnung umfasst.
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).

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.
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.
Figurenliste
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.

Ausführungsformen der Erfindung
Die 1 zeigt eine Hybridantriebstranganordnung 200 mit einem ersten Antriebsaggregat 8, insbesondere einem Verbrennungsmotor, und einem zweiten Antriebsaggregat 9, insbesondere einer elektrischen Maschine und einem Getriebe 100. Insbesondere umfasst die Hybridantriebstranganordnung einen Pulswechselrichter 60 zur Versorgung des zweiten Antriebsaggregates 9 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, ein zweites Planetengetriebe 6 und ein drittes Planetengetriebe 7. Weiter umfasst das Getriebe 100 ein erstes Schaltelement SE1, ein zweites Schaltelement SE2, ein drittes Schaltelement SE3 und ein viertes Schaltelement SE4. Das erste Schaltelement SE1, insbesondere eine Kupplung, ist dazu eingerichtet, die Eingangswelle 10 mit dem Sonnenrad S1 des ersten Planetengetriebes 5 zu verbinden oder zu trennen. Weiter ist das zweite Schaltelement SE2 dazu eingerichtet, den Planetenträger P1 des ersten Planetengetriebes 6 abzubremsen oder freizugeben, insbesondere in dem die Bremse den Planetenträger P1 mit einem Fixpunkt oder beispielsweise am Gehäuse (nicht dargestellt) des Getriebes 100 abstützt. Die Eingangswelle 11 ist mit dem Sonnenrad S2 des zweiten Planetengetriebes 6 fest gekoppelt bzw. verbunden. Das Hohlrad H1 des ersten Planetengetriebes 5 ist fest gekoppelt mit dem Planetenträger P3 des dritten Planetengetriebes 7. Zusätzlich ist das Hohlrad H1 des ersten Planetengetriebes 5 mittels des dritten Schaltelements SE3 koppelbar verbunden mit dem Hohlrad H2 des zweiten Planetengetriebes 6. Das vierte Schaltelement SE4 ist dazu eingerichtet das Sonnenrad S3 des dritten Planetengetriebes 7 abzubremsen oder freizugeben, insbesondere in dem die Bremse das Sonnenrad S3 mit einem Fixpunkt oder beispielsweise am Gehäuse (nicht dargestellt) des Getriebes 100 abstützt. Die Ausgangswelle 11 ist mit dem Planetenträger P2 des zweiten Planetengetriebes 6 und dem Hohlrad H3 des dritten Planetengetriebes 7 fest verbunden.
Weiter kann das Getriebe ein fünftes Schaltelement SE5, ein sechstes Schaltelement SE6 und ein siebtes Schaltelement SE7 umfassen. Das fünfte Schaltelement SE5, insbesondere eine Kupplung, ist dazu eingerichtet, die Eingangswelle über das zweite Schaltelement SE2 mit dem Hohlrad H2 des zweiten Planetengetriebes 6 zu verbinden oder zu trennen. Weiter ist das fünfte Schaltelement SE5 auch dazu eingerichtet, das Sonnenrad S1 des ersten Planetengetriebes mit dem Hohlrad H2 des zweiten Planetengetriebes 6 zu verbinden oder zu trennen. Das sechste Schaltelement SE6, insbesondere eine Kupplung, ist dazu eingerichtet, die Eingangswelle mit dem Planetenträger P1 des ersten Planetengetriebes 5 zu verbinden oder zu trennen. Das siebte Schaltelement SE7, insbesondere eine Kupplung, ist dazu eingerichtet, das Hohlrad H1 des ersten Planetengetriebes 5 mit dem Hohlrad H3 des dritten Planetengetriebes 7 und der Ausgangswelle 11 zu verbinden oder zu trennen.
Des Weiteren können das erste, das vierte und das fünfte Schaltelement SE1, SE4, SE5 jeweils als Lastschaltelemente, wie beispielsweise als Reibkupplung oder als Schlupfkupplung, ausgebildet sein.
Des Weiteren können das zweite, das dritte, das sechste und das siebte Schaltelement SE2, SE3, SE6, SE7 als Klauenkupplung, insbesondere als Doppel-Kupplung oder als doppelte Synchroneinheit, ausgebildet sein.
Das Getriebe ist weiter dazu eingerichtet, für den Betrieb mit einem ersten Antriebsaggregat 8 über die Eingangswelle 10 gekoppelt oder verbunden zu werden. In der 1 ist dazu dargestellt, dass die Welle des Antriebsaggregates 8 mit der Eingangswelle 10 verbunden ist. Das zweite Antriebsaggregat 9, insbesondere eine elektrische Maschine, ist für den Betrieb des Getriebes 100 wie in der 1 dargestellt mittels eines Stirnrads 15 mit einer weiteren Welle 10a verbunden. Über diese weitere Welle 10a ist das zweite Antriebsaggregat 9 mit dem Hohlrad H1 des ersten Planetengetriebes 5 und mit dem Planetenträger P3 des dritten Planetengetriebes 7 gekoppelt oder verbunden.
Nicht dargestellt in 1 sind beispielweise ein optionales weiteres Stirnrad an der Ausgangswelle 11. Für eine Optimierung der Übersetzungsverhältnisse kann die Ausgangswelle 11 beispielsweise über einen Abtrieb, insbesondere einen Stirnradsatz, beispielsweise mit einem Differential verbunden werden, 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...SE7 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.
2 zeigt eine Schaltmatrix des Getriebes. In den Spalten sind die einzelnen Schaltelemente SE1...SE7 angegeben und in der letzten Spalte beispielhaft ein sich zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle ergebendes ungefähres Übersetzungsverhältnis i. In den Zeilen sind die unterschiedlichen Gangstufen, Gänge oder Betriebsmodi des Getriebes angegeben. Mittels Kreuze 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. 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.
Aus der Schaltmatrix ist ersichtlich, dass sich je nach Kombination der sieben Schaltelemente sieben Gänge G1...G6, R einstellen lassen, wobei der erste Gang G1 das höchste Übersetzungsverhältnis und der sechste Gang G6 das niedrigste Übersetzungsverhältnis aufweist. Der Gang R ist der Rückwärtsgang. 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, bzw. rekuperatives Bremsen ..
In der folgenden Zeile der Matrix schließen sich zwei Gänge E1, E2 oder Betriebsmodi an, in denen nur das zweite Antriebsaggregat 9 mit der Ausgangswelle 11 verbunden ist. Hierzu müssen insbesondere das erste und das fünfte Schaltelement SE1, SE5 geöffnet sein, damit keine Verbindung zum ersten Antriebsaggregat 8 besteht. Diese sind insbesondere zwei elektromotorischer Gänge, beispielsweise wenn das zweite Antriebsaggregat 9 eine elektrische Maschine ist. Vorteilhaft kann in einem dieser Gänge ein Fahrzeug lokal emissionsfrei betrieben werden.
Durch Schließen des dritten Schaltelementes SE3 und Öffnen des ersten, zweiten, vierten, fünften und/oder siebten Schaltelements SE1, SE2, SE4, SE5, SE7 sowie optionalem Schließen des sechsten Schaltelements SE6 ergibt sich ein leistungsverzweigter Betrieb, der eCVT-Modus, welcher eine voneinander unabhängige Vortriebsleistung an der Ausgangswelle 11 und Ladeleistung des zweiten Antriebsaggregates 9 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 9 möglich ist.
Ein weiterer Modus CH, oder auch Standladen genannt, ergibt sich, wenn das ersten und das sechse Schaltelement SE1, SE6 geschlossen sind und alle weiteren Schaltelemente SE2, SE3, SE4, SE5, SE7 geöffnet sind. Die Antriebsaggregate 8 und 9 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 8 das zweite 9 angetrieben werden, beispielsweise generatorisch zum Laden einer elektrischen Energiequelle 70, beispielsweise eine Batterie, verwendet werden. Alternativ kann mittels des zweiten Antriebsaggregates 9 auch das erste Antriebsaggregat 8 angetrieben werden und beispielsweise ein Verbrennungsmotorstart oder eine Diagnose des Verbrennungsmotors durchgeführt werden, falls das erste Antriebsaggregat 8 ein Verbrennungsmotor ist und das zweite Antriebsaggregat 9 eine elektrische Maschine ist.
3 zeigt eine graphische Darstellung der Schaltbarkeitsmatrix der schaltbaren Gänge. Auf der linken Seite sind die elektromotorischen Gänge E1, E2 und in der Mitte die sieben verbrennungsmotorischen Gänge G1...G6, R und auf der rechten Seite der eCVT-Modus dargestellt. Dabei symbolisiert der durchgezogene Pfeil zugkraftunterbrechungsfreie Übergänge und der gestrichelte Pfeil schaltbare Übergänge zwischen zwei Gängen. So ist es bei den verbrennungsmotorischen Gänge G1 bis R immer möglich in den nächsthöheren Gang zu schalten. Des Weiteren kann vom ersten Gang G1 in den dritten Gang G3 und von dem vierten Gang G4 in der sechsten Gang G6 zugkraftunterbrechungsfrei gewechselt werden.
Weiter kann vom elektromotorischen ersten Gang E1 der Verbrennungsmotor im vierten Gang G4 und im siebten Gang R gestartet werden. Vom elektromotorischem zweitem Gang E2 kann der Verbrennungsmotor im vierten Gang G4, im fünften Gang G5 und im sechsten Gang G6 gestartet werden. Dabei ist ein Start im sechsten Gang G6 ohne Zugkraftunterbrechung möglich, ein sogenannter Komfortstart. Ein Komfortstart zeichnet sich dadurch aus, dass der Start zugkraftunterbrechungsfrei erfolgt.
4 zeigt ein Fahrzeug 300 mit Rädern 310, wobei das Fahrzeug eine Hybridantriebsanordnung 200, wie oben beschrieben, umfasst.
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...SE7 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 8, 9 oder den Schaltelementen SE1...SE7. Darüber hinaus kann das Betriebsvorgabesignal BV auch einen bestimmten Betriebsmodus wie einen der sieben verbrennungsmotorischen Gänge G1...G6, R oder der zwei elektromotorischen 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 SE7 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...SE7 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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2010/009943 A1 [0002]

Claims

Getriebe (100) für eine Hybridantriebsanordnung, welches mit zwei Antriebsaggregaten (8,9) koppelbar ist, mit einer Eingangswelle (10) und einer Ausgangswelle (11), mindestens einem ersten, einem zweiten, einem dritten und einem vierten Schaltelement (SE1, SE2, SE3, SE4), und einem ersten, einem zweiten und einem dritten Planetengetriebe (5,6,7), wobei die Eingangswelle (10) mit dem Sonnenrad (S2) des zweiten Planetengetriebes (6) gekoppelt ist, und wobei die Eingangswelle mittels dem ersten Schaltelement (SE1) koppelbar ist mit dem Sonnenrad (S1) des ersten Planetengetriebes (5), wobei das zweite Schaltelement (SE2) dazu eingerichtet ist den Planetenträger (P1) des ersten Planetengetriebes (5) abzubremsen oder freizugeben, wobei das Hohlrad (H1) des ersten Planetengetriebes (5) mittels dem dritten Schaltelement (SE3) koppelbar ist mit dem Hohlrad (H2) des zweiten Planetengetriebes (6), wobei das vierte Schaltelement (SE4) dazu eingerichtet ist das Sonnenrad (P3) des dritten Planetengetriebes (7) abzubremsen oder freizugeben, wobei das Hohlrad (H1) des ersten Planetengetriebes (5) mit dem Planetenträger (P3) des dritten Planetengetriebes (7) gekoppelt ist, und wobei die Ausgangswelle (11) mit dem Planetenträger (P2) des zweiten Planetengetriebes (6) und dem Hohlrad (H3) des dritten Planetengetriebes (7) gekoppelt ist.
Getriebe (100) nach Anspruch 1, mit einem fünften Schaltelement (SE5), das dazu eingerichtet ist, das Sonnenrad (S1) des ersten Planetengetriebes (5) mit dem Hohlrad (H2) des zweiten Planetengetriebes (6) koppelbar zu verbinden, und die Eingangswelle (10) über das erste Schaltelement (SE1) koppelbar mit dem Hohlrad (H2) des zweiten Planetengetriebes (6) zu verbinden
Getriebe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem sechsten Schaltelement (SE6), das dazu eingerichtet ist, die Eingangswelle (10) koppelbar mit dem Planetenträger (P1) des ersten Planetengetriebes (5) zu verbinden
Getriebe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem siebten Schaltelement (SE7), wobei das Hohlrad (H1) des ersten Planetengetriebes (5) mittels des siebten Schaltelements (SE7) koppelbar ist mit dem Hohlrad (H3) des dritten Planetengetriebes (7), dem Planetenträger (P2) des zweiten Planetengetriebes (6) und der Ausgangswelle (11).
Getriebe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste, das zweite, das dritte, das vierte, das fünfte, das sechse und/oder das siebte Schaltelement (SE1 ... SE7) eine Kupplung umfasst, insbesondere umfassen das zweite, das dritte, das sechse und/oder das siebte Schaltelement (SE2, SE3, SE6, SE7) eine Klauen-Kupplung, und insbesondere umfasst das erste, das vierte und/oder das fünfte Schaltelement (SE1, SE4, SE5) eine Schlupfkupplung.
Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite und/oder das vierte Schaltelement (SE2, SE4) eine Bremse umfasst.
Getriebe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein erstes Antriebsaggregat (8), insbesondere eine Verbrennungskraftmaschine, mit der Eingangswelle (10) gekoppelt ist und/ oder ein zweites Antriebsaggregat (9), insbesondere eine elektrische Maschine, mit dem Hohlrad (H1) des ersten Planetengetriebes (5) und mit dem Planetenträger (P3) des dritten Planetengetriebes (7) gekoppelt ist.
Getriebe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Ändern der Übersetzungsverhältnisse des Getriebes (100) zugkraftunterbrechungsfrei erfolgt.
Getriebe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Ansteuerung (50) zur Ansteuerung mindestens eines der Schaltelemente (SE1...SE7) in Abhängigkeit eines vorgegebenen Betriebsvorgabesignals (BV).
Hybridantriebsanordnung (200) mit einem Getriebe (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Hybridantriebsanordnung (200) ein erstes Antriebsaggregat (8) und ein zweites Antriebsaggregat (9) und/oder einen Pulswechselrichter (60) und eine elektrische Energiequelle (70) umfasst.
Fahrzeug (300) mit einer Hybridantriebsanordnung (200) nach Anspruch 10.
Verfahren (400) zum Betrieb einer Hybridantriebsanordnung (200) mit einem Getriebe (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit den Schritten: Ermitteln (410) eines Betriebsvorgabesignals (BV) Ansteuern (420) mindestens eines der Schaltelemente (SE1..SE7) zur Einstellung der Funktionalität des Getriebes (100) in Abhängigkeit des Betriebsvorgabesignals (BV).