DE102020202788B3 - Antriebsstrang für ein Fahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs mit Zweiganggetriebe - Google Patents

Antriebsstrang für ein Fahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs mit Zweiganggetriebe Download PDF

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Abstract

Antriebsstrang mit Zweiganggetriebe mit einer elektrischen Maschine, einer Getriebeeingangswelle und einem Getriebe zur Einrichtung einer ersten und einer zweiten Gangstufe, wobei die erste Gangstufe mit einem Freilauf versehen ist und die zweite Gangstufe mit einer fliehkraftgesteuerten Reibungskupplung, wobei eine erste Kupplung das Schaltrad der ersten Gangstufe mit der Getriebeeingangswelle verbindet und eine zweite Kupplung das Schaltrad der zweiten Gangstufe mit der Getriebeeingangswelle verbindet.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Fahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs mit Zweiganggetriebe.
  • Stand der Technik
  • Ein Zweiganggetriebe ist aus dem Dokument DE 199 17 724 A1 bekannt. Aus diesem Stand der Technik ist es bekannt, einen Antriebsstrang für ein Elektro-oder ein Hybridfahrzeug bereitzustellen, wobei der Antriebsstrang ein lastschaltbares 2-Gang-Getriebe aufweist. Dabei ist eine elektrische Maschine über einen Konstanten-Radsatz mit einer Getriebeeingangswelle verbunden, an der zwei Losräder drehbar gelagert sind. Die Losräder sind mittels lastschaltfähiger Reibkupplungen mit der Getriebeeingangswelle verbindbar. Ferner ist ein Differential mit zwei Triebrädern verbunden, die direkt mit den zwei Losrädern in Eingriff stehen. Auf diese Weise kann ein kompakter Antriebsstrang für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug bereitgestellt werden. Durch die zwei Gangstufen kann eine Spreizung erzielt werden, die sowohl einen Betrieb im Stadtverkehr wie auch im Überlandverkehr energieeffizient ermöglicht.
  • Aus der DE 10 2012 015 863 A1 ist ebenfalls ein Zweiganggetriebe bekannt, wobei die erste Kupplungsanordnung eine Freilaufkupplung aufweist. Bei dieser Ausführungsform ist es nicht notwendig, für die erste Kupplungsanordnung eine Lastschaltkupplung bereitzustellen. Demzufolge entfällt der Aufwand für deren Bereitstellung sowie für die Bereitstellung zugeordneter Aktuatorik und Steuersoftware. Für Lastschaltungen zwischen der ersten und der weiteren Gangstufe muss folglich nur die eine Lastschaltkupplung der zweiten Kupplungsanordnung gezielt angesteuert werden. Eine Ansteuerung, bei der eine Drucküberschneidung von zwei Lastschaltkupplungen notwendig ist, ist aufgrund der Freilaufkupplung nicht notwendig.
  • DE 10 2013 108 300 A1 betrifft ein Schaltgetriebe für eine Antriebseinheit eines Elektrofahrzeugs, eine Antriebseinheit mit einem Schaltgetriebe sowie ein Verfahren zum Betrieb des Schaltgetriebes, wobei das Schaltgetriebe einen ersten Gang mit einem Übersetzungsverhältnis auf eine Fahrzeugachse zur langsamen Fahrt aufweist und das Schaltgetriebe weist einen zweiten Gang mit einem Übersetzungsverhältnis auf die Fahrzeugachse zur schnellen Fahrt auf, weiterhin umfasst das Schaltgetriebe ein erstes Schaltelement zur formschlüssigen Ein- und Auskupplung des ersten Ganges und das Schaltgetriebe weist eine reibschließend wirkende Lastkupplung zur Ein- und Auskupplung des zweiten Ganges auf.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung eine verbesserte Ausführungsform für ein Zweiganggetriebe bereitzustellen.
  • Beschreibung der Erfindung
  • Die Aufgabe wird gelöst mit einem Antriebsstrang mit einem Zweiganggetriebe mit einer elektrischen Maschine, einer Getriebeeingangswelle und einem Getriebe zur Einrichtung einer ersten und einer zweiten Gangstufe, wobei die erste Gangstufe mit einem Freilauf versehen ist und die zweite Gangstufe mit einer fliehkraftgesteuerten Reibungskupplung, wobei eine erste Kupplung das Schaltrad der ersten Gangstufe mit der Getriebeeingangswelle verbindet und eine zweiten Kupplung das Schaltrad der zweiten Gangstufe mit der Getriebeeingangswelle verbindet.
  • Mit dem einfachen Zweiganggetriebe ist eine Vielzahl von Fahrsituationen zu erreichen, sowie das Einlegen einer Parksperre. Es ist ein Fahren im Zugbetrieb und im Schubbetrieb in beiden Gängen möglich. Das Segeln ist in beiden Gängen möglich und es ist eine Lastschaltung im Zugbetrieb mit positivem Drehzahlgradienten von dem ersten in den zweiten Gang sowie vom zweiten in den ersten Gang möglich. Die Schaltung vom zweiten in den ersten Gang im Schubbetrieb ist lastfrei. Das vorgestellte Getriebe weist eine hohe Funktionalität bei einer großer Gewichtseinsparung gegenüber bekannten Zweiganggetrieben auf. Dadurch reduzieren sich auch die Kosten eines solchen Getriebes.
  • Es ist von Vorteil, dass die erste und die zweite Kupplung über eine gemeinsame Schaltwalze, die von einem Aktuator angetrieben wird, betätigt war sind.
    Durch die Verwendung einer gemeinsamen Schaltwalze werden Bauteile eingespart und das Getriebe bezüglich des Gewichtes optimiert.
    Der Freilauf sperrt, sobald die Drehzahl der Getriebeeingangswelle größer ist als die Drehzahl des Schaltrad des ersten Ganges.
  • Vorteilhafterweise erfolgt der Abtrieb über jeweils zugeordnete Festräder und ein Abtriebsrad.
  • Die Aufgabe wird des Weiteren gelöst mit einem Verfahren zum Betreiben Antriebsstrangs mit einem Zweiganggetriebe nach Anspruch 7. Für eine Parkstellung können die erste und die zweite Kupplung geschlossen werden während beide Gangstufen eingelegt sind, sodass sich das Zweiganggetriebe verspannt.
  • Das Anfahren in der erste Gangstufe erfolgt, wobei die elektrische Maschine die zweite Kupplung entlastet, sodass sie ausgelegt werden kann.
  • Beim Hochschalten unter Last wird zunächst die erste Kupplung ausgelegt und anschließend beim Erreichen der Schaltgeschwindigkeit die Reibungskupplung geschlossen und das Drehmoment vom ersten Gang auf den zweiten Gang übergeben und die Drehzahl der elektrischen Maschine wird nach der Drehmomentübergabe auf die Drehzahl des Schaltrads des zweiten Gangs reduziert, wodurch der Freilauf nicht mehr sperrt und das Drehmoment von der Getriebeeingangswelle ausschließlich auf den zweiten Gang übertragen wird.
  • Im Anschluss auf den Schaltvorgang wird die zweite Klauenkupplung eingelegt und ein Drehmoment unter der vorgegebenen Schallgeschwindigkeit von der Getriebeeingangswelle über die zweite Klauenkupplung auf das Abtriebsrad übertragen.
  • Beim Zugrückschalten wird unter Last im Zug mit negativem Drehzahlgradienten die zweite Kupplung ausgelegt, wobei das Drehmoment der elektrischen Maschine weiterhin von der geschlossenen Reibungskupplung übertragen und die Schaltgeschwindigkeit durchfahren wird, wobei weiterhin durch die schlupfende Reibungskupplung Drehmoment auf den zweiten Gang übertragen wird, sobald die Drehzahl der Getriebeeingangswelle größer ist als die Drehzahl des Schaltrads des ersten Gangs wird das Drehmoment vom zweiten Gang an den ersten Gang übergeben und die erste Kupplung wird geschlossen.
  • Bei einer Schubrückschaltungen werden folgende Schritte ausgeführt:
    • die Bremswirkung aufgrund der Rekuperation der elektrischen Maschine (EM) wird durch die Betriebsbremse des Fahrzeugs übernommen und die zweite Kupplung (K2) wird durch die elektrische Maschine (EM) entlastet und kann ausgelegt werden,
    • durch die elektrische Maschine (EM) wird die Drehzahl des ersten Gangs aktiv ansynchronisiert und die erste Kupplung (K1) eingelegt,
    • und die Bremswirkung der Betriebsbremse wird durch die Rekuperation der elektrischen Maschine (EM) übernommen.
  • Bei Hochschaltungen bei konstanter Fahrgeschwindigkeit unterhalb oder bei der Schaltgeschwindigkeit wird zunächst das Drehmoment der elektrischen Maschine zurückgenommen und die erste Kupplung (K1) ausgelegt und anschließend die aktive Ansynchronisierung des zweiten Gangs durch die elektrische Maschine umgesetzt und danach die zweite Kupplung eingelegt.
  • Figurenliste
  • Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
    • 1 zeigt eine schematische Darstellung der Erfindung
    • 2 zeigt einen Schalttabelle.
  • Der Antriebsstrang 1 besteht unter anderem aus einer elektrischen Maschine EM, einem Getriebe 2 und einem Differential 3.
  • Das Zweiganggetriebe 2 besteht aus einer Getriebeeingangswelle 4, auf der die Schalträder 5, 6 für den ersten Gang 1G und den zweiten Gang 2G angeordnet sind und einer Abtriebswelle 7, auf der sich die dazugehörigen Festräder 8 ,9 und der Endabtrieb mit dem Abtriebsrad 10 befinden.
  • Beide Schalträder 5, 6 sind jeweils über eine Klauenkupplung K1, K2 mit der Getriebeeingangswelle 4 verbindbar. Zusätzlich ist das Schaltrad 5 des ersten Gangs 1G über einen Freilauf 11 mit der Getriebeeingangswelle 4 verbunden und das Schaltrad 6 des zweiten Gangs über eine fliehkraftgesteuerte Reibungskupplung RK mit der Getriebeeingangswelle 4 koppelbar. Der Freilauf 11 sperrt, sobald die Drehzahl der Getriebeeingangswelle 4 größer ist als die Drehzahl des Schaltrads 5 des ersten Gangs 1G. Die fliehkraftgesteuerte Reibungskupplung RK ist derart ausgebildet, dass die Fliehgewichte zur Kupplungsbetätigung am Schaltrad 6 des zweiten Gangs angeordnet sind. Dementsprechend wird ein bestimmtes Drehmoment x übertragen, sobald eine korrelierte Drehzahl y erreicht ist.
  • Das Schalten der Klauenkupplungen, der ersten und zweiten Kupplung K1, K2, erfolgt mithilfe einer Schaltwalze, die durch einen Aktuator angetrieben wird. Diese Bauteile sind in der Zeichnung nicht dargestellt. Auf der Schaltwalze sind zwei Bahnen mit insgesamt vier Schaltstellungen vorgesehen, so dass die Kupplungen K1 und K2 geschlossen, K1 geschlossen und K2 geöffnet, K1 und K2 geöffnet und K1 geöffnet und K2 geschlossen sein können.
    Wenn das Fahrzeug abgestellt wird, ist es sinnvoll einen Parksperre einzulegen.
  • In der Grundstellung mit eingelegter Parksperre sind die Klauenkupplungen K1 und K2 und somit beide Gänge 1G und 2G eingelegt. Dementsprechend wird ein Wegrollen des Fahrzeugs durch ein Verspannen des Radsatzes verhindert.
  • Zum Anfahren wird die Klauenkupplung K2 durch die elektrische Maschine EM entlastet und anschließend ausgelegt. Hierdurch kann das Fahrzeug durch Umkehrung der Drehrichtung der elektrischen Maschine EM in beiden Fahrtrichtungen anfahren. Das Drehmoment wird dabei im Zugbetrieb von der Getriebeeingangswelle 4 durch den gesperrten Freilauf 11 auf den ersten Gang und im Schubbetrieb vom ersten Gang über die Klauenkupplung K1 auf die Getriebeeingangswelle 4 übertragen.
  • Sobald sich das Fahrzeug der vorgegebenen Schaltgeschwindigkeit mit positivem Drehzahlgradienten annähert, wird die Klauenkupplung K1 ausgelegt. Dies ist möglich, da im Zugbetrieb das Drehmoment der elektrischen Maschine EM weiterhin vom gesperrten Freilauf 11 übertragen wird und somit die Klauenkupplung K1 lastfrei ist.
  • Wird die Schaltgeschwindigkeit durchfahren, schließt die Reibungskupplung RK aufgrund der Fliehkraftsteuerung. Dadurch wird das Drehmoment vom ersten Gang auf den zweiten Gang ideal übergeben und die Drehzahl der elektrischen Maschine EM auf die Drehzahl des Schaltrads 6 des zweiten Gangs reduziert. Hierdurch wird die Drehzahl der Getriebeeingangswelle 4 kleiner als die Drehzahl des Schaltrads 5 des ersten Gangs, wodurch der Freilauf 11 nicht mehr sperrt. Dementsprechend wird das Drehmoment von der Getriebeeingangswelle 4 ausschließlich auf den zweiten Gang übertragen. Im Anschluss daran wird die Klauenkupplung der zweiten Kupplung K2 eingelegt. Dadurch wird es ermöglicht im Drehmoment auch unter der vorgegebenen Schallgeschwindigkeit von der Getriebeeingangswelle 4 über die zweite Kupplung K2 auf das Abtriebsrad 10 zu übertragen.
  • Sobald sich das Fahrzeug der vorgegebenen Schaltgeschwindigkeit mit negativem Drehzahlgradienten annähert, wird die zweite Kupplung K2 ausgelegt. Dies ist möglich, da im Zugbetrieb das Drehmoment der elektrischen Maschine EM weiterhin von der geschlossenen Reibungskupplung RK übertragen wird und somit die zweite Kupplung K2 lastfrei ist. Wird die Schaltgeschwindigkeit durchfahren, öffnet sich die Reibungskupplung RK aufgrund der Fliehkraftsteuerung. Dadurch kann die Drehzahl der elektrischen Maschine EM ausreißen, während weiterhin durch die schlupfende Reibungskupplung Drehmoment auf den zweiten Gang übertragen wird. Sobald die Drehzahl der Getriebeeingangswelle 4 größer ist, als die Drehzahl des Schaltrads 5 des ersten Gangs wird das Drehmoment ideal vom zweiten Gang an den ersten Gang übergeben. Anschließend wird wieder die erste Kupplung K1 für Lastwechselreaktionen geschlossen und der Schaltvorgang ist abgeschlossen .
  • Da die Schubrückschaltungen nicht lastschaltbar sind, können diese unabhängig von der vorgegebenen Schaltgeschwindigkeit aufgrund der fliehkraftgesteuerten Reibungskupplung RK erfolgen. Für eine Schubrückschaltung wird zunächst durch die Betriebsbremse des Fahrzeugs die Bremswirkung aufgrund der Rekuperation der elektrischen Maschine EM übernommen und durch die EM die zweite Kupplung K2 entlastet. Sobald diese lastfrei ist, wird die zweite Kupplung K2 ausgelegt.
  • Anschließend wird durch die elektrischen Maschine EM die Drehzahl des ersten Gangs ansynchronisiert und die Bremswirkung des Fahrzeugs entsprechend angepasst. Bei Drehzahlgleichheit wird die erste Kupplung K1 eingelegt und die Bremswirkung der Betriebsbremse des Fahrzeugs durch die Rekuperation der elektrischen Maschine EM übernommen.
  • Falls das Fahrzeug dauerhaft bei der vorgegebenen Schaltgeschwindigkeit betrieben wird und somit die fliehkraftgesteuerte Reibungskupplung dauerhaft schlupfen würde, erfolgt der Schaltvorgang vom ersten Gang in den zweiten Gang bzw. vom zweiten Gang in den ersten Gang mittels Schubkraftunterbrechung.

Claims (11)

  1. Antriebsstrang (1) für ein Fahrzeug mit einer elektrischen Maschine (EM), einer Getriebeeingangswelle (4) und einem Zweiganggetriebe (2) zur Einrichtung einer ersten und einer zweiten Gangstufe (1G, 2G), wobei die erste Gangstufe (1G) mit einem Freilauf (11) versehen ist und die zweite Gangstufe (2G) mit einer fliehkraftgesteuerten Reibungskupplung (RK), wobei eine erste Kupplung (K1) das Schaltrad (5) der erste Gangstufe (1G) mit der Getriebeeingangswelle (4) verbindet und eine zweite Kupplung (K2) das Schaltrad (6) der zweiten Gangstufe (2G) mit der Getriebeeingangswelle (4) verbindet.
  2. Antriebsstrang (1) mit Zweiganggetriebe (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Kupplung (K1, K2) über eine gemeinsame Schaltwalze, die von einem Aktuator angetrieben wird, betätigbar sind.
  3. Antriebsstrang (1) mit Zweiganggetriebe (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (11) sperrt, sobald die Drehzahl der Getriebeeingangswelle (4) größer ist als die Drehzahl des Schaltrads (5) des ersten Ganges (1G).
  4. Antriebsstrang (1) mit Zweiganggetriebe (2) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass Fliehgewichte der Reibkupplung (RK) dem Schaltrad (6) der zweiten Gangstufe zugeordnet sind und die Reibkupplung (RK) schließt, wenn das Fahrzeug die Schaltgeschwindigkeit erreicht.
  5. Antriebsstrang (1) mit Zweiganggetriebe (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtrieb über jeweils zugeordnete Festräder (8, 9) und ein Abtriebsrad (10) erfolgt.
  6. Antriebsstrang (1) mit Zweiganggetriebe (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kupplung (K1) und die zweite Kupplung (K2) als formschlüssige Klauenkupplungen ausgeführt sind.
  7. Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs (1) mit Zweiganggetriebe (2) nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass beim Hochschalten unter Last zunächst die erste Kupplung (K1) ausgelegt wird und anschließend beim Erreichen der Schaltgeschwindigkeit die Reibungskupplung (RK) schließt und das Drehmoment vom ersten Gang (1G) auf den zweiten Gang (2G) übergeht und die Drehzahl der elektrischen Maschine (EM) nach der Drehmomentübergabe auf die Drehzahl des Schaltrads (6) des zweiten Gangs (2G) reduziert wird, wodurch der Freilauf (11) nicht mehr sperrt und das Drehmoment von der Getriebeeingangswelle (4) ausschließlich auf den zweiten Gang (2G) übertragen wird.
  8. Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs (1) mit einem Zweiganggetriebe (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss auf den Schaltvorgang die zweite Kupplung (K2) eingelegt wird und ein Drehmoment unter der vorgegebenen Schaltgeschwindigkeit von der Getriebeeingangswelle (4) über die Kupplung (K2) auf das Abtriebsrad (10) übertragen wird.
  9. Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs (1) mit Zweiganggetriebe (2) nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass beim Rückschalten unter Last im Zug mit negativem Drehzahlgradienten die zweite Kupplung (K2) ausgelegt wird, wobei das Drehmoment der elektrischen Maschine (EM) weiterhin von der geschlossenen Reibungskupplung (RK) übertragen und die Schaltgeschwindigkeit durchfahren wird, wobei weiterhin durch die schlupfende Reibungskupplung (RK) Drehmoment auf den zweiten Gang (2G) übertragen wird, sobald die Drehzahl der Getriebeeingangswelle (4) größer ist als die Drehzahl des Schaltrads (5) des ersten Gangs (1G) und das Drehmoment vom zweiten Gang (2G) an den ersten Gang (1G) übergeben und die erste Kupplung (K1) geschlossen wird.
  10. Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs (1) mit Zweiganggetriebe (2) nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Schubrückschaltungen folgende Schritte ausgeführt werden: - die Bremswirkung aufgrund der Rekuperation der elektrischen Maschine (EM) wird durch die Betriebsbremse des Fahrzeugs übernommen und die zweite Kupplung (K2) wird durch die elektrische Maschine (EM) entlastet und kann ausgelegt werden, - durch die elektrische Maschine (EM) wird die Drehzahl des ersten Gangs aktiv ansynchronisiert und die erste Kupplung (K1) eingelegt, -und die Bremswirkung der Betriebsbremse wird durch die Rekuperation der elektrischen Maschine (EM) übernommen.
  11. Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs (1) mit Zweiganggetriebe (2) nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Hochschaltungen bei konstanter Fahrgeschwindigkeit unterhalb oder bei der Schaltgeschwindigkeit zunächst das Drehmoment der elektrischen Maschine (EM) zurückgenommen und die erste Kupplung (K1) ausgelegt wird und anschließend die aktive Ansynchronisierung des zweiten Gangs durch die elektrische Maschine (EM) erfolgt und danach die zweite Kupplung (K2) eingelegt wird.
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