DE102020205093A1

DE102020205093A1 - Getriebe und Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102020205093A1
Application number: DE102020205093.7A
Authority: DE
Inventors: Johannes Kaltenbach; Martin Brehmer; Fabian Kutter; Matthias Horn; Stefan Beck
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2020-04-22
Filing date: 2020-04-22
Publication date: 2021-10-28
Also published as: WO2021213755A1; US20230030456A1; CN114466756A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe (2) eines Kraftfahrzeugs,
mit einer ersten Antriebswelle (7) für ein erstes Antriebsaggregat (3),
mit einer zweiten Antriebswelle (8) für ein zweites Antriebsaggregat (4),
mit einer Abtriebswelle (9),
mit einem die erste Antriebswelle (7) und eine über eine Konstantübersetzung mit der ersten Antriebswelle (7) gekoppelte Vorgelegewelle (11) umfassenden ersten Teilgetriebe (5) für das erste Antriebsaggregat (3),
mit einem die zweite Antriebswelle (8) umfassenden zweiten Teilgetriebe (6) für das zweite Antriebsaggregat (4),
wobei das zweite Teilgetriebe (6) als Planetengetriebe mit einem Sonnenrad (24),
einem Hohlrad (22) und einem Steg (23) ausgebildet ist,
wobei eine Schalteinrichtung (S3) der zweiten Antriebseinrichtung (4) zugeordnet ist,
wobei in einer ersten Schaltstellung (E) der Schalteinrichtung (S3) eine erste Übersetzung, in einer zweiten Schaltstellung (F) der Schalteinrichtung (S3) eine zweite Übersetzung und in einer dritten Schaltstellung (N) der Schalteinrichtung (S3) wenigstens eine dritte Übersetzung für die zweite Antriebseinrichtung (4) gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs.
Aus der US 2017/0129323 A1 ist ein Getriebe eines als Hybridfahrzeug ausgebildeten Kraftfahrzeugs bekannt. Das Getriebe verfügt über eine erste Antriebswelle, an die ein erstes Antriebsaggregat koppelbar ist, sowie über eine zweite Antriebswelle, an die ein zweites Antriebsaggregat koppelbar ist. Ferner umfasst das Getriebe eine Abtriebswelle, an die ein Abtrieb koppelbar ist. Die erste Antriebswelle ist Bestandteil eines ersten Teilgetriebes für das erste Antriebsaggregat. Die zweite Antriebswelle ist Bestandteil eines zweiten Teilgetriebes für das zweite Antriebsaggregat. Beide Teilgetriebe sind nach der US 2017/0129323 A1 als Stirnradgetriebe ausgeführt. Die beiden Teilgetriebe sind aneinander koppelbar, und zwar über ein auf einer Vorgelegewelle angeordnetes Schaltelement.
Das Getriebe gemäß US 2017/0129323 A1 benötigt einen relativ großen Bauraum und weist ein relativ hohes Gewicht auf.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Getriebe eines Kraftfahrzeugs und ein Antriebssystem mit einem solchen Getriebe zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Das Getriebe weist eine erste Antriebswelle für ein erstes Antriebsaggregat auf.
Das Getriebe weist ferner eine zweite Antriebswelle für ein zweites Antriebsaggregat auf.
Das Getriebe weist ferner eine Abtriebswelle auf.
Das Getriebe weist ein die erste Antriebswelle und eine über eine Konstantübersetzung mit der ersten Antriebswelle gekoppelte Vorgelegewelle umfassendes erstes Teilgetriebe für das erste Antriebsaggregat auf.
Das Getriebe weist ein die zweite Antriebswelle umfassendes zweites Teilgetriebe für das zweite Antriebsaggregat auf, wobei das zweite Teilgetriebe als Planetengetriebe mit einem Sonnenrad, einem Hohlrad und einem Steg ausgebildet ist.
Dabei ist eine Schalteinrichtung der zweiten Antriebseinrichtung zugeordnet ist, wobei in einer ersten Schaltstellung der Schalteinrichtung wenigstens eine erste Übersetzung, in einer zweiten Schaltstellung der Schalteinrichtung eine zweite Übersetzung und in einer dritten Schaltstellung der Schalteinrichtung wenigstens eine dritte Übersetzung für die zweite Antriebseinrichtung gebildet ist.
Durch die Schalteinrichtung können dementsprechend unterschiedliche Übersetzungen und damit ein verbesserter Einsatz des zweiten Antriebsaggregats erhalten werden.
Bevorzugt existieren genau eine erste Übersetzung und/oder genau eine zweite Übersetzung und/oder genau zwei dritte Übersetzungen. Vorzugsweise ist die erste Übersetzung die größte Übersetzung und/oder die zweite Übersetzung eine mittlere Übersetzung und/oder die dritten Übersetzungen die kleinesten Übersetzungen.
Vorzugsweise kann das zweite Antriebsaggregat in der ersten Schaltstellung mit dem zweiten Teilgetriebe koppeln. Bevorzugt kann das zweite Antriebsaggregat in der zweiten Schaltstellung direkt an die zweite Antriebswelle des zweiten Teilgetriebes gekoppelt sein, sodass das zweite Antriebsaggregat unmittelbar mit der zweiten Antriebswelle des zweiten Teilgetriebes in Wirkverbindung steht. Vorteilhafterweise kann das zweite Antriebsaggregat in der dritten Schaltstellung mit dem ersten Teilgetriebe koppeln.
Durch die unterschiedlichen Anbindungen werden die im Ergebnis am Abtrieb unterschiedlichen Übersetzungen erhalten. Dadurch kann das zweite Antriebsaggregat breite Einsatzbereiche abdecken.
Vorzugsweise kann das Hohlrad die zweite Antriebswelle des zweiten Teilgetriebes bilden.
Weiterhin kann der Steg an die Abtriebswelle und an ein auf der Abtriebswelle angeordnetes Zahnrad permanent gekoppelt sein. Alternativ kann die Anbindung über ein Schaltelement erfolgen.
Vorteilhafterweise ist das Sonnenrad permanent gehäusefest angebunden.
Bei diesen Ausgestaltungen ergibt sich eine vorteilhafte Übersetzung für die Anbindung des zweiten Antriebsaggregates an das zweite Teilgetriebe.
Bevorzugt weist das Planetengetriebe einen einzigen Planetensatz auf. Dies dient v.a. der Klarstellung, dass das Planetengetriebe nicht mehrere Planetensätze aufweist.
Bevorzugt können auf der Vorgelegewelle Zahnräder angeordnet sind, die ausschließlich in koaxial zur ersten Antriebswelle angeordnete Zahnräder kämmen, wobei zumindest einige der koaxial zur ersten Antriebswelle angeordneten Zahnräder in auf der Abtriebswelle angeordnete Zahnräder kämmen, wobei sowohl der ersten Antriebswelle als auch der Vorgelegewelle Schaltelemente zugordnet sind, die abhängig von deren Schaltstellung für das erste Antriebsaggregat entweder einen Gang mit einer ersten Anzahl von Zahnradeingriffen oder einen Windungsgang mit einer zweiten, größeren Anzahl von Zahnradeingriffen bereitstellen
Das erste Teilgetriebe für das erste Antriebsaggregat, welches vorzugsweise als Verbrennungsmotor ausgeführt ist, ist als Stirnradgetriebe mit ineinander kämmenden Zahnrädern ausgebildet. Auf der Vorgelegewelle angeordnete Zahnräder kämmen dabei ausschließlich in solche Zahnräder, die koaxial zur ersten Antriebswelle des ersten Teilgetriebes angeordnet sind. Hierdurch kann die Vorgelegewelle frei im Raum relativ zur ersten Antriebswelle positioniert werden. Abhängig von der Schaltstellung der dem ersten Teilgetriebe, nämlich der Vorgelegewelle und der ersten Antriebswelle, zugeordneten Schaltelemente stellt das erste Teilgetriebe entweder einen konventionellen Gang mit einer ersten Anzahl, insbesondere mit zwei, Zahnradeingriffen oder einen Windungsgang mit einer zweiten Anzahl, nämlich mit vier, Zahnradeingriffen bereit.
Das zweite Teilgetriebe für das zweite Antriebsaggregat, welches vorzugsweise als elektrische Maschine ausgeführt ist, ist als Planetengetriebe ausgeführt.
Für das erfindungsgemäße Getriebe kann eine besonders kompakte Bauform realisiert werden. Dies liegt unter anderem darin begründet, dass das zweite Teilgetriebe als Planetengetriebe ausgeführt ist und die Vorgelegewelle relativ zur ersten Antriebswelle frei im Raum positioniert werden kann und nicht mit der Abtriebswelle kämmt. Vorgelegewelle und Abtriebswelle können durch die Ausführung des zweiten Teilgetriebes als Planetengetriebe relativ kurz ausgeführt werden. Ein weiterer Bauraumvorteil kann dann realisiert werden, wenn die dem zweiten Teilgetriebe zugeordneten Schaltelemente, als Doppelschaltelement ausgeführt ist.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Steg des Planetengetriebes über ein koaxial zur ersten Antriebswelle angeordnetes Zahnrad permanent an die Abtriebswelle gekoppelt.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist ein drittes Antriebsaggregat vorhanden, welches als elektrische Maschine ausgebildet ist, wobei das dritte Antriebsaggregat mit der ersten Antriebswelle in Wirkverbindung steht. Dann, wenn ein weiteres, drittes Antriebsaggregat vorhanden ist, welches ebenso wie das zweite Antriebsaggregat vorzugsweise als elektrische Maschine ausgebildet ist, können weitere Vorteile realisiert werden. So kann insbesondere das als elektrische Maschine ausgebildete dritte Antriebsaggregat als Starter-Generator arbeiten und die Funktion des Getriebes bzw. des das Getriebe aufweisenden Antriebssystems verbessern. Dann, wenn zusätzlich eine Trennkupplung zwischen dem als Verbrennungsmotor ausgebildeten ersten Antriebsaggregat und der ersten Antriebswelle vorhanden ist, können rein elektrische Lastschaltungen bei geöffneter Trennkupplung bereitgestellt werden. Hierdurch kann dann der Betrieb eines das Getriebe aufweisenden Antriebssystems weiter verbessert werden.
Das erfindungsgemäße Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs ist in Anspruch 10 definiert.
Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

1 ein Schema eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs mit einem ersten Ausführungsbeispiel eines Getriebes;
2 eine Schaltmatrix des Antriebssystems der 1;
3 eine Liste beispielhafter Übersetzungswerte eines Antriebssystems mit einem ersten Ausführungsbeispiel eines Getriebes;
4 ein Schema eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs mit einem zweiten Ausführungsbeispiel eines Getriebes;
5 ein Schema eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs mit einem dritten Ausführungsbeispiel eines Getriebes.

1 zeigt ein Schema eines erfindungsgemäßen Antriebssystems 1 eines Kraftfahrzeugs, welches ein erfindungsgemäßes Getriebe 2 umfasst.
Das Antriebssystem 1 umfasst zusätzlich zu dem Getriebe 2 ein erstes Antriebsaggregat 3 und ein zweites Antriebsaggregat 4, wobei das erste Antriebsaggregat 3 vorzugsweise als Verbrennungsmotor und das zweite Antriebsaggregat 4 vorzugsweise als elektrische Maschine ausgeführt ist. Bei dem Antriebssystem der 1 handelt es sich demnach um ein Hybrid-Antriebssystem.
Das Getriebe 2 umfasst zwei Teilgetriebe 5, 6. Das erste Teilgetriebe 5 dient als Teilgetriebe für das erste, vorzugsweise als Verbrennungsmotor ausgebildete Antriebsaggregat 3, wobei das erste Antriebsaggregat 3 an eine erste Antriebswelle 7 des ersten Teilgetriebes 5 des Getriebes 2 koppelbar ist.
Zwischen dem Verbrennungsmotor VM und der ersten Antriebswelle 7 kann eine Dämpfungseinrichtung TD angeordnet sein. Die Dämpfungseinrichtung TD kann einen Torsionsdämpfer und/oder einen Tilger und/oder eine Rutschkupplung aufweisen. Der Torsionsdämpfer kann als Zweimassenschwungrad ausgebildet sein und der Tilger kann als Drehzahladaptiver Tilger ausgebildet sein.
Das zweite Teilgetriebe 6 dient als Teilgetriebe insbesondere für das als elektrische Maschine ausgebildete zweite Antriebsaggregat 4, wobei das vorzugsweise als elektrische Maschine ausgebildete zweite Antriebsaggregat 4 auch an eine zweite Eingangswelle 8 des Getriebes 2 koppelbar ist, die vom zweiten Teilgetriebe 6 bereitgestellt ist.
Das Getriebe 2 verfügt weiterhin über eine für beide Teilgetriebe 5, 6 gemeinsame Abtriebswelle 9, an die ein Abtrieb 10 gekoppelt ist. Vom Abtrieb 10 ist in 1 ein Differenzial gezeigt.
Das erste Teilgetriebe 5 verfügt zusätzlich zu der ersten Antriebswelle 7, an die im gezeigten Ausführungsbeispiel der 1 das vorzugsweise als Verbrennungsmotor ausgebildete erste Antriebsaggregat 3 permanent gekoppelt ist, über eine Vorgelegewelle 11. Die Vorgelegewelle 11 verläuft parallel zur ersten Antriebswelle 7, ist über eine Konstantübersetzung ic mit der ersten Antriebswelle 7 gekoppelt und weist Zahnräder 16, 17, 18 auf, die ausschließlich mit koaxial zur ersten Antriebswelle 7 angeordneten Zahnrädern 12, 13 und 15 kämmen. Die Vorgelegewelle 11 steht demnach nicht in Zahnradeingriff mit der Abtriebswelle 9 bzw. dem Differential 10, wodurch die Vorgelegewelle 11 relativ zur ersten Antriebswelle 7 vorteilhaft platziert werden kann, und zwar nahezu beliebig frei im Raum angeordnet werden kann, solange keine geometrische Kollision mit anderen Baugruppen besteht.
Bei den koaxial zur ersten Antriebswelle 7 positionierten Zahnrädern handelt es sich um die Zahnräder 12, 13, 14 und 15. Beim Zahnrad 12 handelt es sich um ein Festrad, das drehfest mit der ersten Antriebswelle 7 gekoppelt ist. Bei den Zahnrädern 13 und 14 handelt es sich hingegen um Losräder. Das Zahnrad 15 ist in Bezug auf die zweite Antriebswelle 8 kein Festrad, da keine drehfeste Verbindung besteht. Es ist aber auch kein Losrad, da kein Schaltelement zur Verbindung des Zahnrades 15 mit der zweiten Antriebswelle 8 vorgesehen ist. Das Zahnrad 15 ist also ausschließlich auf der zweiten Antriebswelle 8 gelagert.
Der ersten Antriebswelle 7 sind zwei Schaltelemente B und D zugeordnet. Diese beiden Schaltelemente B und D sind vorzugsweise als erste Schalteinrichtung S1 als Doppelschaltelement ausgeführt, wobei immer nur eines dieser Schaltelemente geschlossen sein kann.
Dann, wenn das Schaltelement D geschlossen ist, ist das Losrad 13 drehfest an die erste Antriebswelle 7 gekoppelt. Dann hingegen, wenn das Schaltelement B geschlossen ist, ist das Zahnrad 14 drehfest an die erste Antriebswelle 7 gekoppelt.
Wie bereits ausgeführt, steht die Vorgelegewelle 11 mit der ersten Antriebswelle 7 über die Konstantübersetzung ic in Eingriff. So ist der Vorgelegewelle 11 das Festrad 16 zugeordnet, welches mit dem Festrad 12 der ersten Antriebswelle 7 kämmt.
Die Vorgelegewelle 11 trägt weiterhin die Losräder 17 und 18, wobei das Losrad 17 der Vorgelegewelle 11 mit dem Losrad 13 der ersten Antriebswelle 7 kämmt, wohingegen des Losrad 18 der Vorgelegewelle 11 mit dem Zahnrad 15 kämmt.
Der Vorgelegewelle 11 sind die beiden Schaltelemente A und C zugeordnet, die vorzugsweise wiederum von einem Doppelschaltelement als Schalteinrichtung S2 bereitgestellt werden, sodass immer nur eines dieser Schaltelemente A und C geschlossen sein kann.
Dann, wenn das Schaltelement C geschlossen ist, ist das Losrad 17 der Vorgelegewelle 11 drehfest an die Vorgelegewelle 11 angebunden. Dann hingegen, wenn das Schaltelement A geschlossen ist, ist das Losrad 18 der Vorgelegewelle 11 drehfest an die Vorgelegewelle 11 gekoppelt.
Die Zahnräder 16, 17 und 18 der Vorgelegewelle 11 kämmen, wie oben ausgeführt, ausschließlich in koaxial zur ersten Antriebswelle 7 positionierte Zahnräder, nämlich in die Zahnräder 12, 13 und 15. Die Zahnräder 16, 17 und 18 der Vorgelegewelle 11 kämmen nicht in Zahnräder der Abtriebswelle. Bei den Zahnrädern der Abtriebswelle 9 handelt es sich um die Zahnräder 19, 20 und 21, die allesamt als Festräder der Abtriebswelle 9 ausgebildet sind. So kämmt das Zahnrad 19 in das Differential des Abtriebs 10. Das Zahnrad 20 kämmt in das Losrad 13 der ersten Antriebswelle 7, das Zahnrad 21 kämmt in das Losrad 14 der ersten Antriebswelle 7.
Das erste Teilgetriebe 5 für das erste, vorzugsweise als Verbrennungsmotor ausgebildete Antriebsaggregat 3 ist demnach als Stirnradgetriebe aus ineinander kämmenden Zahnrädern ausgebildet. Abhängig von der Schaltstellung der dem ersten Teilgetriebe 5 zugeordneten Schaltelemente A, B, C und D können entweder konventionelle Gänge mit einer ersten Anzahl von Zahnradeingriffen, nämlich mit zwei Zahnradeingriffen, oder einen Windungsgang mit einer größeren zweiten Anzahl von Zahnradeingriffen, nämlich mit vier Zahnradeingriffen, bereitgestellt wird, wobei es sich bei dem WEindungsgang mit den vier Zahnradeingriffen um denjenigen Gang handelt, in welchem das Schaltelement C geschlossen ist.
Die Schalteinrichtung S3 dient der Anbindung des zweiten Antriebsaggregats 14. Ist die Schalteinrichtung S3 in Neutralstellung N, also keines ihrer Schaltelemente E und F geschlossen, ist das zweite Antriebsaggregat ausschließlich über das Zahnrad 15 an das Losrad 18 gekoppelt und damit an das erste Teilgetriebe 5. Dort ist dann entsprechend das Schaltelement A zu schließen, um eine Anbindung an die Vorgelegewelle 11 zu erreichen.
Ist das Schaltelement F geschlossen und die Schalteinrichtung S3 in einer zweiten Schaltstellung, ist das zweite Antriebsaggregat 4 direkt an die zweite Antriebswelle 8 gekoppelt.
Ist das Schaltelement E geschlossen und die Schalteinrichtung S3 in einer ersten Schaltstellung, so ist das zweite Antriebsaggregat 4 an des zweite Teilgetriebe 6, und zwar an das Hohlrad 22 angebunden. Das Sonnenrad 24 ist permanent gehäusefest und der Steg 23 bildet den Ausgang, der über das Zahnrad 14 an den Abtrieb koppelt.
Die Neuralstellung ist dabei die dritte Schaltstellung der Schalteinrichtung S3.
So zeigt die Schaltmatrix der 2, dass der Gang VM3 ein Windungsgang ist. Die Gänge Gang VM2 und Gang VM4 sind hingegen konventionelle Gänge mit lediglich zwei Zahnradeingriffen.
Aus 2 ergibt sich eine erste Übersetzung von 8,63 (Schaltelement E geschlossen, Zustände 1-4), eine zweite Übersetzung von 5,46 (Schaltelement F geschlossen, Zustände 5-7) und dritte Übersetzungen von 2,63 und 3,68 in Neutralstellung der Schalteinrichtung S3 (Zustände 8-9).
Bei dem zweiten Teilgetriebe 6 für das vorzugsweise als elektrische Maschine EM1 ausgebildete zweite Antriebsaggregat 4 handelt es sich um ein Planetengetriebe PG, welches ein Hohlrad 22, einen Steg 23 und ein Sonnenrad 24 umfasst.
Das Hohlrad 22 des Planetengetriebes PG ist an die elektrische Maschine EM1 anbindbar. In 1 ist die elektrische Maschine EM1, die das zweite Antriebsaggregat 4 bereitstellt, koaxial zum Planetengetriebe PG positioniert, sodass das Planetengetriebe PG im Rotor der elektrischen Maschine 4 geschachtelt angeordnet ist.
Die Abtriebsseite des Planetengetriebes 6 wird vom Steg 23 gebildet, der an die Abtriebswelle 9 permanent gekoppelt ist.
So zeigt 1, dass der Steg 23 des Planetengetriebes bzw. des zweiten Teilgetriebes 6 fest mit dem Losrad 14 und über das Losrad 14 fest bzw. permanent mit der Abtriebswelle 9 gekoppelt ist, nämlich dem Festrad 21 derselben.
Beide Lösrader 17, 18 der Vorgelegewelle 11, die abhängig von der Schaltstellung der Schaltelemente C und A drehfest an die Vorgelegewelle 11 koppelbar sind, stehen demnach über die Losräder 13, 14, der ersten Antriebswelle 7, die abhängig von der Schaltstellung der Schaltelemente D und B drehfest an die ersten Antriebswelle 7 koppelbar sind, mit der Abtriebswelle 9 in Wirkverbindung. Die Zahnräder 16, 17, 18 der Vorgelegewelle 11 kämmen aber ausschließlich in die koaxial zur ersten Antriebswelle 7 positionierte Zahnräder und nicht in Zahnräder der Abtriebswelle 9.
Dem zweiten Teilgetriebe 6 sind Schaltelemente E und F in der Schalteinrichtung S3 zugeordnet.
Zusammenfassend kann man Folgendes zu der Ausgestaltung nach 1 sagen:

Der Antrieb des Planetengetriebes PG stellt das Hohlrad 22 dar, der Abtrieb der Steg 23. Die Sonne 24 ist permanent gehäusefest. Der Rotor der elektrischen Maschine EM1 ist kann mit der als Doppelschaltelement ausgebildeten Schalteinrichtung S3 mit den Schaltelementen E/F zwischen Hohlrad 22 und Steg 23 umgekoppelt werden. Im Gang E1 wird die elektrische Maschine EM1 mit dem Hohlrad 22 verbunden (Schaltelement E). Im Gang E2 wird die elektrische Maschine EM1 mit dem Steg 23 verbunden (Schaltelement F). Der Steg 23 ist mit Antriebswelle 8 permanent verbunden. Dabei kann das Planetengetriebe PG nicht abgekoppelt werden.

Weiterhin gilt:

• Von der ersten Antriebswelle 7 können zwei Gänge direkt auf die Abtriebswelle 9 geschaltet werden (2 Zahneingriffe; Schaltelemente B, D). Diese gehören zum Teilgetriebe 5 für den Verbrennungsmotor VM.
• Die Vorgelegewelle 11 wird mit einer Konstanten ic angetrieben.
• Es gibt einen sogenannten Windungsgang, der mit Schaltelement C geschaltet wird. Der Kraftfluss wird mit Umweg über die Vorgelegewelle 11 zur Abtriebswelle 9 geleitet. Es gibt dabei 4 Zahneingriffe.
• Es gibt eine Teilgetriebekopplung über die Vorgelegewelle 11 mit Schaltelement A. Hier werden der Verbrennungsmotor VM und die elektrische Maschine EM1 miteinander mit einem festen Drehzahlverhältnis verbunden. So kann der Verbrennungsmotor VM die Gänge der elektrischen Maschine EM1 ebenfalls nutzen und umgekehrt. Der 1. VM-Gang nutzt den 1. Elektrischen Gang E1 mit (Zustand 1 in der Schaltmatrix in 2).
• Es ist eine Vielzahl an Schaltzuständen möglich (rein elektrischer Betrieb, rein verbrennungsmotorischer Betrieb, Hybridbetrieb)
• Die beiden elektrischen Gänge E1 und E2 sind untereinander nicht lastschaltbar
• Im Hybridbetrieb sind Lastschaltungen durch elektrische Zugkraftstützung möglich

Dadurch ergeben sich folgende Vorteile:

• Die Vorgelegewelle 11 ist im Raum frei schwenkbar, da sie nicht mit dem Differential kämmt
• Der kurze E-Gang ist mit allen 4 VM-Gängen kombinierbar, der längere E-Gang mit den VM-Gängen 2,3,4
• Die Abtriebswelle 9 ist kurz (nur 2 Stirnradebenen, Abtrieb zum Differential nicht mitgezählt)
• bei einer koaxialen elektrischen Maschine EM1 kann das Planetengetriebe PG im Rotor der EM1 geschachtelt werden

Das Getriebe 2 kann für einen rein elektrischen Fahrbetrieb, einen rein verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb und einen hybridischen Fahrbetrieb genutzt werden. Die Schaltmatrix der 2 fasst mit den Zuständen 1 bis 15 die jeweils möglichen Fahrbetriebe, Gänge und exemplarisch Übersetzungsstufen des Getriebes in den jeweiligen Gängen zusammen. Schaltelemente, die in dem jeweiligen Gang bzw. Zustand des Getriebes 2 geschlossen sind, sind in der Schaltmatrix der 2 mit einem X gekennzeichnet.
Die Übersetzungswerte der Schaltmatrix der 3 sind lediglich rein exemplarischer Natur.
4 zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels der 1, in welcher

• Die Sonne 24 permanent gehäusefest ist. Die elektrisch Maschine EM1 ist mit dem Hohlrad 22 verbunden. Das Schaltelement E verbindet die zweite Antriebswelle 8 mit dem Steg 23, sodass der erste elektrische Gang E1 geschaltet werden kann. Schaltelement F verbindet zweite Antriebswelle 8 mit dem Hohlrad 22 bzw. mit dem Rotor der elektrischen Maschine EM1, sodass der zweite elektrische Gang E2 geschaltet werden kann. Die zweite Antriebswelle 8 ist permanent mit dem Abtrieb verbunden (über die Stirnradstufe i2, welche den Gang V2 darstellt). Die Schaltelemente E/F können als Doppelschaltelement zusammengefasst werden.

Dadurch kann, wenn die Schaltelemente E und F beide offen sind, sind sowohl die elektrische Maschine EM1 als auch das Planetengetriebe abgekoppelt und verursachen beim rein verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb (Zustände 13-15) keine Schleppverluste. „Rein verbrennungsmotorisch“ meint dabei, dass die große elektrische Maschine EM1 abgekoppelt ist. Die kleinere elektrische Maschine EM2 dreht jedoch mit, sofern sie vorhanden ist.
Die Schaltelemente E und F können beispielsweise von innen vom Getriebeende her betätigt werden.
Eine weitere nicht dargestellte Abwandlung beinhaltet, dass die elektrische Maschine EM2 mit der Vorgelegewelle 11 verbunden ist, z. B. über ein Zwischenrad. Die Abwandlung ist funktional gleichbedeutend zur Ausgestaltung nach 1, da die Vorgelegewelle11 permanent mit dem Verbrennungsmotor VM wirkverbunden ist.
5 zeigt eine weitere Abwandlung des Ausführungsbeispiels der 1, in welcher eine Trennkupplung K0 für den Verbrennungsmotor VM hinzugefügt ist. Die Trennkupplung K0 kann eine Klauenkupplung ausgebildet sein oder alternativ als Reibkupplung. Das Vorsehen der Trennkupplung K0 weist folgende Vorteile auf:

• Bei offener K0 ist ein rein elektrischer Fahrbetrieb mit EM2 möglich (Nutzung der Gänge V1, V2, V3, V4).
• Ein rein elektrischer Fahrbetrieb mit EM1 und EM2 zusammen ist möglich, wobei die jeweiligen Gänge beliebig kombiniert werden können.
• Im rein elektrischen Fahrbetrieb (K0 offen) kann EM2 die Zugkraft stützen, während EM1 den Gang wechselt
• Im rein elektrischen Fahrbetrieb (K0 offen) kann EM1 die Zugkraft stützen, während EM2 den Gang wechselt

Ist die Trennkupplung K0 als Reibkupplung ausgebildet ergeben sich weitere Vorteile:

• K0 kann auch unter Last öffnen, z.B. bei einer Vollbremsung oder einer Fehlfunktion beim VM.
• K0 kann auch unter Differenzdrehzahl geschlossen werden, sodass ein sogenannter „Schwungstart“ des VM mit EM2 möglich ist (Ausnutzung der Trägheitsmasse von EM2 zum VM-Start).

Alle Ausführungsformen weisen folgenden Merkmale auf:

Die elektrische Maschine EM1 kann ganz am Getriebeende sitzen. Ein Aktuator zur Betätigung der Schalteinrichtung S3 mit den Schaltelementen E/F kann das Doppelschaltelement getriebeseitig erreichen. Bei einer Variante alternativ auch von innen vom Getriebeende her, siehe 4. Dies kann insbesondere bei einer besonders großen und leistungsfähigen elektrischen Maschine EM1 sinnvoll sein, wenn sowohl die Schalteinrichtung S3 als auch das Planetengetriebe PG mindestens teilweise innerhalb des Rotors der elektrischen Maschine EM1 radial schachtelbar sind. Dies hat den Vorteil, dass axialer Bauraum eingespart wird.

Die Antriebswelle 7 kann nicht bis zum Ende des Getriebes 2 gehen, sie kann alternativ auch schon beim Schaltelement B oder bei der Stirnradstufe i1 enden. Es kann jedoch konstruktiv aus Lagerungsgründen sinnvoll sein, die Antriebswelle 7 wie im Schema angedeutet zu verlängern.
Es ist vorteilhaft, einen mit dem Verbrennungsmotor VM fest verbundenen zusätzlichen Starter-Generator EM2 vorzusehen, da mit der elektrischen Maschine EM1 kein Laden im Stillstand möglich ist.
Die elektrische Maschine EM2 kann bevorzugt mit einem Zwischenrad an die Stufe ic angebunden werden.
Die elektrische Maschine EM2 kann alternativ als koaxiale E-Maschine an die Antriebswelle 7 angebunden sein.
Die elektrische Maschine EM2 könnte alternativ auch am Riementrieb des Verbrennungsmotor VM angebracht sein.
Folgende Funktionen können mit der elektrischen Maschine EM2 abgedeckt werden, sofern die elektrische Maschine EM2 vorhanden ist:

• VM-Start aus rein elektrischer Fahrt
• Versorgung des elektrischen Bordnetzes
• serielles Kriechen und serielles Fahren vorwärts / rückwärts. Die elektrische Maschine EM2 erzeugt dabei Strom für die elektrische Maschine EM1 in den Schaltzuständen 9 und 10
• Unterstützung der VM-Drehzahlregelung beim Ankoppeln und bei Schaltungen
• Eine Synchronisation von Klauenschaltelementen beispielsweise bei Schaltungen wird vorteilhaft durch Drehzahlregelung an einer E-Maschine vorgenommen.

Bezugszeichenliste

1: Antriebssystem
2: Getriebe
3: erstes Antriebsaggregat / Verbrennungsmotor
4: zweites Antriebsaggregat / elektrische Maschine
5: erstes Teilgetriebe
6: zweites Teilgetriebe
7: erste Antriebswelle
8: zweite Antriebswelle
9: Abtriebswelle
10: Abtrieb
11: Vorgelegwelle
12: Festrad
13: Losrad
14: Losrad
15: Losrad
16: Festrad
17: Losrad
18: Losrad
19: Festrad
20: Festrad
21: Festrad
22: Hohlrad
23: Steg
24: Sonnenrad
25: Gehäuse
26: Stirnradstufe
27: Stirnradstufe
28: drittes Antriebsaggregat / elektrische Maschine
A: Schaltelement
B: Schaltelement
C: Schaltelement
D: Schaltelement
E: Schaltelement
F: Schaltelement
K0: Trennkupplung
S1: Schalteinrichtung
S2: Schalteinrichtung
S3: Schalteinrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2017/0129323 A1 [0002, 0003]

Claims

Getriebe (2) eines Kraftfahrzeugs, mit einer ersten Antriebswelle (7) für ein erstes Antriebsaggregat (3), mit einer zweiten Antriebswelle (8) für ein zweites Antriebsaggregat (4), mit einer Abtriebswelle (9), mit einem die erste Antriebswelle (7) und eine über eine Konstantübersetzung mit der ersten Antriebswelle (7) gekoppelte Vorgelegewelle (11) umfassenden ersten Teilgetriebe (5) für das erste Antriebsaggregat (3), mit einem die zweite Antriebswelle (8) umfassenden zweiten Teilgetriebe (6) für das zweite Antriebsaggregat (4), wobei das zweite Teilgetriebe (6) als Planetengetriebe mit einem Sonnenrad (24), einem Hohlrad (22) und einem Steg (23) ausgebildet ist, wobei eine Schalteinrichtung (S3) der zweiten Antriebseinrichtung (4) zugeordnet ist, wobei in einer ersten Schaltstellung (E) der Schalteinrichtung (S3) eine erste Übersetzung, in einer zweiten Schaltstellung (F) der Schalteinrichtung (S3) eine zweite Übersetzung und in einer dritten Schaltstellung (N) der Schalteinrichtung (S3) wenigstens eine dritte Übersetzung für die zweite Antriebseinrichtung (4) gebildet ist.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (23) des Planetengetriebes über ein koaxial zur ersten Antriebswelle (7) angeordnetes Zahnrad (14) permanent an die Abtriebswelle (9) gekoppelt ist.
Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Antriebsaggregat (4) in der dritten Schaltstellung (N) mit dem ersten Teilgetriebe (5) koppelt.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Antriebsaggregat (4) in der ersten Schaltstellung (E) mit dem zweiten Teilgetriebe (6) koppelt.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Antriebsaggregat (4) in der zweiten Schaltstellung (F) direkt an die zweite Antriebswelle (8) des zweiten Teilgetriebes (6) koppelbar ist, sodass das zweite Antriebsaggregat (4) unmittelbar mit der zweiten Antriebswelle (8) des zweiten Teilgetriebes (6) in Wirkverbindung steht.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Antriebsaggregat (4) indirekt an die zweite Antriebswelle (8) des zweiten Teilgetriebes (6) koppelbar ist, sodass das zweite Antriebsaggregat (4) mittelbar mit der zweiten Antriebswelle (8) des zweiten Teilgetriebes (6) in Wirkverbindung steht.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch ein drittes Antriebsaggregat (28), welches als elektrische Maschine (EM2) ausgebildet ist, wobei das dritte Antriebsaggregat (28) mit der ersten Antriebswelle (7) in Wirkverbindung steht.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bereitstellung der Konstantübersetzung zwischen erster Antriebswelle (7) und Vorgelegewelle (11) ein auf der ersten Antriebswelle angeordnetes Festrad (12) in ein auf der Vorgelegewelle angeordnetes Festrad (16) kämmt.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine der ersten Antriebswelle (7) zugeordnete Trennkupplung (K0) zur abkoppelbaren Anbindung des ersten Antriebsaggregats (3) an die erste Antriebswelle (7).
Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs, mit einem Getriebe (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einem an die erste Antriebswelle (7) gekoppelten ersten Antriebsaggregat (3), mit einem an die zweite Antriebswelle (8) gekoppelten zweiten Antriebsaggregat (4), mit einem an die Abtriebswelle (9) gekoppelten Abtrieb (10).