DE102020216253B4 - Transmission for a motor vehicle - Google Patents
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- B60K6/54—Transmission for changing ratio
- B60K6/547—Transmission for changing ratio the transmission being a stepped gearing
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Abstract
Getriebe (10; 10') für ein Kraftfahrzeug (1), umfassend eine Elektromaschine (23), eine erste Eingangswelle (14; 14'), eine zweite Eingangswelle (15), eine Ausgangswelle (16), sowie einen ersten Planetenradsatz (36), einen zweiten Planetenradsatz (37) und einen dritten Planetenradsatz (38), wobei die erste Eingangswelle (14; 14') dazu eingerichtet ist, das Getriebe (10; 10') mit einer Antriebsmaschine (9) des Kraftfahrzeuges (1) zu verbinden, wobei die Planetenradsätze (36, 37, 38) jeweils mehrere Elemente (39 bis 47) umfassen, wobei ein erstes (K1), ein zweites (K2), ein drittes (K3), ein viertes (K 4), ein fünftes (K5) und ein sechstes Schaltelement (K6) vorgesehen sind, und wobei ein Rotor (25) der Elektromaschine (23) mit der zweiten Eingangswelle (15) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet,- dass das erste Element (39) des ersten Planetenradsatzes (36) drehfest mit dem zweiten Element (44) des dritten Planetenradsatzes (38) verbunden ist,- dass das zweite Element (42) des ersten Planetenradsatzes (36) drehfest mit dem ersten Element (40) des zweiten Planetenradsatzes (37) in Verbindung steht,- dass die erste Eingangswelle (14; 14') drehfest mit dem dritten Element (47) des dritten Planetenradsatzes (38) verbunden ist,- dass die zweite Eingangswelle (15) drehfest mit dem dritten Element (45) des ersten Planetenradsatzes (36) verbunden ist,- dass das dritte Element (46) des zweiten Planetenradsatzes (37) und das erste Element (41) des dritten Planetenradsatzes (38) jeweils permanent festgesetzt sind,- dass die erste Eingangswelle (14; 14') über das erste Schaltelement (K1) drehfest mit dem zweiten Element (42) des ersten Planetenradsatzes (36) und dem ersten Element (40) des zweiten Planetenradsatzes (37) verbindbar sowie mittels des zweiten Schaltelements (K2) drehfest mit der zweiten Eingangswelle (15) in Verbindung bringbar ist,- dass die Ausgangswelle (16) über das dritte Schaltelement (K3) drehfest mit dem ersten Element (39) des ersten Planetenradsatzes (36) und dem zweiten Element (44) des dritten Planetenradsatzes (38) verbindbar, mittels des vierten Schaltelements (K4) drehfest mit dem zweiten Element (42) des ersten Planetenradsatzes (36) und mit dem ersten Element (40) des zweiten Planetenradsatzes (37) in Verbindung bringbar sowie über das fünfte Schaltelement (K5) drehfest mit dem zweiten Element (43) des zweiten Planetenradsatzes (37) verbindbar ist,- und dass über das sechste Schaltelement (K6) zwei der Elemente (39, 42, 45) des ersten Planetenradsatzes (36) drehfest miteinander in Verbindung bringbar sind.Transmission (10; 10') for a motor vehicle (1), comprising an electric machine (23), a first input shaft (14; 14'), a second input shaft (15), an output shaft (16) and a first planetary gear set (36 ), a second planetary gear set (37) and a third planetary gear set (38), the first input shaft (14; 14') being set up to connect the transmission (10; 10') to a prime mover (9) of the motor vehicle (1). connect, wherein the planetary gear sets (36, 37, 38) each comprise a plurality of elements (39 to 47), a first (K1), a second (K2), a third (K3), a fourth (K 4), a fifth (K5) and a sixth switching element (K6) are provided, and wherein a rotor (25) of the electric machine (23) is connected to the second input shaft (15), characterized in that the first element (39) of the first planetary gear set (36) is non-rotatably connected to the second element (44) of the third planetary gear set (38), - that the second element (42) of the ers th planetary gear set (36) is non-rotatably connected to the first element (40) of the second planetary gear set (37), - that the first input shaft (14; 14') is non-rotatably connected to the third element (47) of the third planetary gear set (38), - that the second input shaft (15) is non-rotatably connected to the third element (45) of the first planetary gear set (36), - that the third element (46) of the second planetary gear set (37) and the first element (41) of the third planetary gear set (38) are each permanently fixed, - that the first input shaft (14; 14') is non-rotatably connected to the second element via the first switching element (K1). (42) of the first planetary gear set (36) and the first element (40) of the second planetary gear set (37) and can be connected in a rotationally fixed manner to the second input shaft (15) by means of the second switching element (K2), - that the output shaft (16 ) via the third switching element (K3) non-rotatably with the first element (39) of the first planetary gear set (36) and the second element (44) of the third planetary gear set (38) can be connected by means of the fourth switching element (K4) non-rotatably with the second element (42) of the first planetary gear set (36) and can be connected to the first element (40) of the second planetary gear set (37) and can be connected in a torque-proof manner to the second element (43) of the second planetary gear set (37) via the fifth shifting element (K5). - and that via the sixth switching element (K6) two of the elements (39, 42, 45) of the first planetary gear set (36) can be connected to one another in a torque-proof manner.
Description
Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Elektromaschine, eine erste Eingangswelle, eine zweite Eingangswelle, eine Ausgangswelle, sowie einen ersten Planetenradsatz, einen zweiten Planetenradsatz und einen dritten Planetenradsatz, wobei die erste Eingangswelle dazu eingerichtet ist, das Getriebe mit einer Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges zu verbinden, wobei die Planetenradsätze jeweils mehrere Elemente umfassen, wobei ein erstes, ein zweites, ein drittes, ein viertes, ein fünftes und ein sechstes Schaltelement vorgesehen sind, und wobei ein Rotor der Elektromaschine mit der zweiten Eingangswelle in Verbindung steht. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Kraftfahrzeugantriebsstrang, in welchem ein vorgenanntes Getriebe zur Anwendung kommt, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Getriebes.The invention relates to a transmission for a motor vehicle, comprising an electric machine, a first input shaft, a second input shaft, an output shaft, and a first planetary gear set, a second planetary gear set and a third planetary gear set, the first input shaft being set up to connect the transmission to a drive motor of the motor vehicle, the planetary gear sets each comprising a plurality of elements, a first, a second, a third, a fourth, a fifth and a sixth switching element being provided, and a rotor of the electric machine being connected to the second input shaft. Furthermore, the invention relates to a motor vehicle drive train, in which an aforementioned transmission is used, and a method for operating a transmission.
Bei Hybridfahrzeugen sind Getriebe bekannt, welche neben einem Radsatz auch eine oder mehrere Elektromaschinen aufweisen. Das Getriebe ist dabei üblicherweise mehrgängig gestaltet, d. h. es sind mehrere unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse als Gänge zwischen einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle durch Betätigung entsprechender Schaltelemente schaltbar, wobei dies vorzugsweise automatisch vollzogen wird. Je nach Anordnung der Schaltelemente handelt es sich bei diesen um Kupplungen oder auch um Bremsen. Das Getriebe wird dabei dazu genutzt, ein Zugkraftangebot einer Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges in Hinblick auf verschiedene Kriterien geeignet umzusetzen. Dabei werden die Gänge des Getriebes zumeist auch im Zusammenspiel mit der zumindest einen Elektromaschine zur Darstellung eines rein elektrischen Fahrens verwendet. Häufig kann die zumindest eine Elektromaschine außerdem im Getriebe zur Darstellung verschiedener Zustände auf unterschiedliche Weisen eingebunden werden.In hybrid vehicles, transmissions are known which, in addition to a wheel set, also have one or more electric machines. The transmission is usually designed with multiple gears, d. H. several different transmission ratios can be switched as gears between an input shaft and an output shaft by actuating corresponding switching elements, this preferably being carried out automatically. Depending on the arrangement of the shifting elements, these are either clutches or brakes. In this case, the transmission is used to suitably implement a tractive force available from a drive machine of the motor vehicle with regard to various criteria. The gears of the transmission are usually also used in conjunction with the at least one electric machine to represent purely electric driving. The at least one electric machine can often also be integrated in the transmission in different ways to represent different states.
Die
Aus der
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative Ausgestaltung zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Getriebe für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, mit welchem bei kompaktem Aufbau unterschiedliche Zustände auf geeignete Art und Weise dargestellt werden können.It is the object of the present invention to provide an alternative embodiment to the transmission for a motor vehicle known from the prior art, with which different states can be represented in a suitable manner with a compact structure.
Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Ein Kraftfahrzeugantriebsstrang ist zudem jeweils Gegenstand der Anspruch 15 bis 17. Des Weiteren haben die Ansprüche 18 und 19 jeweils ein Verfahren zum Betreiben eines Getriebes zum Gegenstand.This object is achieved based on the preamble of
Gemäß der Erfindung umfasst ein Getriebe eine Elektromaschine, eine erste Eingangswelle, eine zweite Eingangswelle, eine Ausgangswelle sowie einen ersten Planetenradsatz, einen zweiten Planetenradsatz und einen dritten Planetenradsatz. Die erste Eingangswelle ist dabei dazu eingerichtet, das Getriebe mit einer Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges zu verbinden. Die Planetenradsätze umfassen dabei mehrere Elemente, wobei jedem der Planetenradsätze dabei bevorzugt jeweils je ein erstes Element, jeweils je ein zweites Element und jeweils je ein drittes Element zugeordnet ist. Zudem sind ein erstes, ein zweites, ein drittes, ein viertes, ein fünftes und ein sechstes Schaltelement vorgesehen, durch deren selektive Betätigung insbesondere unterschiedliche Kraftflussführungen unter Schaltung unterschiedlicher Gänge dargestellt werden können. Besonders bevorzugt können dabei vom Übersetzungsverhältnis genau fünf unterschiedliche Gänge zwischen der ersten Eingangswelle und der Ausgangswelle gebildet werden. Ferner steht ein Rotor der Elektromaschine mit der zweiten Eingangswelle in Verbindung.According to the invention, a transmission includes an electric machine, a first input shaft, a second input shaft, an output shaft and a first planetary gear set, a second planetary gear set and a third planetary gear set. The first input shaft is designed to connect the transmission to a drive motor of the motor vehicle. The planetary gear sets comprise a plurality of elements, with each of the planetary gear sets preferably being assigned a first element, a second element and a third element. In addition, a first, a second, a third, a fourth, a fifth and a sixth switching element are provided, through the selective actuation of which, in particular, different power flow guides can be displayed with the switching of different gears. Particularly preferably, exactly five different gears can be formed between the first input shaft and the output shaft from the transmission ratio. Furthermore, a rotor of the electric machine is connected to the second input shaft.
Unter einer „Welle“ ist im Sinne der Erfindung ein rotierbares Bauteil des Getriebes zu verstehen, über welches eine Kraftflussführung zwischen Komponenten ggf. bei gleichzeitiger Betätigung eines entsprechenden Schaltelements vorgenommen werden kann. Die jeweilige Welle kann Komponenten dabei axial oder radial oder auch sowohl axial und radial miteinander verbinden. So kann die jeweilige Welle auch als Zwischenstück vorliegen, über welches eine jeweilige Komponente zum Beispiel radial angebunden wird. Zudem kann die jeweilige Welle als einstückiges Bauteil ausgeführt sein oder mehrteilig vorliegen, indem sich die jeweilige Welle aus mehreren drehfest miteinander verbundenen Wellenteilen zusammensetzt.In the context of the invention, a “shaft” is to be understood as meaning a rotatable component of the transmission, via which a power flow can be guided between components, if necessary with simultaneous actuation of a corresponding shifting element. The respective shaft can connect components to one another axially or radially or both axially and radially. The respective shaft can also be present as an intermediate piece, via which a respective component is connected radially, for example. In addition, the respective wave be designed as a one-piece component or be in multiple parts, in that the respective shaft is composed of several shaft parts connected to one another in a torque-proof manner.
Mit „axial“ ist im Sinne der Erfindung eine Orientierung in Richtung einer Längsmittelachse des Getriebes gemeint, parallel zu welcher Rotationsachsen der Planetenradsätze angeordnet sind. Unter „radial“ ist dann eine Orientierung in Durchmesserrichtung einer jeweiligen rotierbaren Komponente, insbesondere einer jeweiligen Welle zu verstehen.In the context of the invention, “axial” means an orientation in the direction of a longitudinal central axis of the transmission, parallel to which the axes of rotation of the planetary gear sets are arranged. “Radial” is then to be understood as meaning an orientation in the diameter direction of a respective rotatable component, in particular a respective shaft.
Im Rahmen der Erfindung sind die erste Eingangswelle, die zweite Eingangswelle und die Ausgangswelle insbesondere koaxial zueinander liegend platziert, wobei weiter bevorzugt auch die drei Planetenradsätze koaxial zu den Eingangswellen und der Ausgangswelle angeordnet sind. Insbesondere liegt die erste Eingangswelle dabei im Wesentlichen als Vollwelle vor, zu welcher die zweite Eingangswelle und die Ausgangswelle als Hohlwellen radial umliegend platziert sind. Dabei überdecken die zweite Eingangswelle und die Ausgangswelle jeweils axial mit einem Teil der radial innenliegenden, ersten Eingangswelle. Auch weitere Wellen, die die einzelnen Komponenten des Getriebes und hierbei insbesondere die Elemente der Planetenradsätze miteinander verbinden bzw. eine Verbindung bei Betätigung des entsprechenden Schaltelements herstellen, sind bevorzugt jeweils als Hohlwellen ausgeführt, die radial umliegend der ersten Eingangswelle angeordnet sind.Within the scope of the invention, the first input shaft, the second input shaft and the output shaft are in particular placed coaxially with one another, with the three planetary gear sets also preferably being arranged coaxially with the input shafts and the output shaft. In particular, the first input shaft is essentially present as a solid shaft, to which the second input shaft and the output shaft are placed radially surrounding as hollow shafts. The second input shaft and the output shaft each overlap axially with a part of the radially inner, first input shaft. Other shafts that connect the individual components of the transmission and in particular the elements of the planetary gear sets to one another or establish a connection when the corresponding shifting element is actuated are preferably each designed as hollow shafts that are arranged radially surrounding the first input shaft.
Bevorzugt ist über die Ausgangswelle des Getriebes eine Koppelung mit einem achsparallel zu den Eingangswellen des Getriebes angeordneten Differentialgetriebe hergestellt. Besonders bevorzugt trägt die Ausgangswelle zu diesem Zweck ein Stirnrad einer ersten Stirnradstufe, über welche die Ausgangswelle permanent mit einer achsparallel liegenden Zwischenwelle gekoppelt ist. Neben einem Stirnrad der ersten Stirnradstufe ist auf dieser Zwischenwelle zudem ein Stirnrad einer zweiten Stirnradstufe drehfest angeordnet, über die die Zwischenwelle mit dem Differentialgetriebe gekoppelt ist, indem das auf der Zwischenwelle angeordnete Stirnrad der zweiten Stirnradstufe mit einer Außenverzahnung eines Differentialkorb des Differentialgetriebes kämmt. Dabei ist das Stirnrad auf der Ausgangswelle bevorzugt axial zwischen den dem zweiten Planetenradsatz und dem dritten Planetenradsatz vorgesehen. Diese Art der Anordnung eignet sich besonders zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug mit einem quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges ausgerichteten Antriebsstrang.A coupling with a differential gear arranged axially parallel to the input shafts of the gear is preferably established via the output shaft of the gear. For this purpose, the output shaft particularly preferably carries a spur gear of a first spur gear stage, via which the output shaft is permanently coupled to an intermediate shaft lying parallel to the axis. In addition to a spur gear of the first spur gear stage, a spur gear of a second spur gear stage is also non-rotatably arranged on this intermediate shaft, via which the intermediate shaft is coupled to the differential gear, in that the spur gear of the second spur gear stage arranged on the intermediate shaft meshes with external teeth of a differential carrier of the differential gear. The spur gear on the output shaft is preferably provided axially between the second planetary gear set and the third planetary gear set. This type of arrangement is particularly suitable for use in a motor vehicle with a drive train oriented transversely to the direction of travel of the motor vehicle.
Alternativ dazu könnte ein Abtrieb über die Ausgangswelle des Getriebes prinzipiell aber auch an einem axialen Ende des Getriebes erfolgen, welches entgegengesetzt zu einer Anschlussstelle der ersten Eingangswelle liegt, an der eine Antriebsbewegung der dem Getriebe vorgeschalteten Antriebsmaschine einleitbar ist. Dadurch sind ein Antrieb über die erste Eingangswelle und ein Abtrieb über die Ausgangswelle an einander entgegengesetzten axialen Enden des Getriebes platziert. Ein derartig gestaltetes Getriebe eignet sich dabei zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug mit einem in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges ausgerichteten Antriebsstrang.Alternatively, an output via the output shaft of the transmission could in principle also take place at an axial end of the transmission, which is opposite to a connection point of the first input shaft at which a drive movement of the drive machine connected upstream of the transmission can be initiated. As a result, a drive via the first input shaft and an output via the output shaft are placed at opposite axial ends of the transmission. A transmission designed in this way is suitable for use in a motor vehicle with a drive train aligned in the direction of travel of the motor vehicle.
In axialer Richtung folgen die Planetenradsätze insbesondere auf eine Anschlussstelle, an welcher die erste Eingangswelle im verbauten Zustand des Getriebes mit der vorgeschalteten Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges gekoppelt ist oder gekoppelt werden kann, in der Reihenfolge erster Planetenradsatz, zweiten Planetenradsatz und schließlich dritter Planetenradsatz. Wie bereits vorstehend ausgeführt, erfolgt ein Abtrieb über die Ausgangswelle bevorzugt axial zwischen dem zweiten Planetenradsatz und dem dritten Planetenradsatz, wobei der Abtrieb hierbei insbesondere auf ein achsparallel liegendes Differentialgetriebe erfolgt.In the axial direction, the planetary gear sets follow, in particular, a connection point at which the first input shaft is or can be coupled to the upstream drive motor of the motor vehicle when the transmission is installed, in the order of first planetary gear set, second planetary gear set and finally third planetary gear set. As already explained above, an output takes place via the output shaft, preferably axially between the second planetary gear set and the third planetary gear set, the output taking place here in particular on a differential gear lying axially parallel.
Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass das erste Element des ersten Planetenradsatzes drehfest mit dem zweiten Element des dritten Planetenradsatzes verbunden ist, wobei das zweite Element des ersten Planetenradsatzes drehfest mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes in Verbindung steht. Des Weiteren ist die erste Eingangswelle drehfest mit dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes verbunden, während die zweite Eingangswelle drehfest mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes verbunden ist. Zudem sind sowohl das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes, als auch das erste Element des dritten Planetenradsatzes jeweils permanent festgesetzt. Die erste Eingangswelle kann über das erste Schaltelement drehfest mit dem zweite Element des ersten Planetenradsatzes und dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden sowie mittels des zweiten Schaltelements drehfest mit der zweiten Eingangswelle in Verbindung gebracht werden. Ferner kann die Ausgangswelle über das dritte Schaltelement drehfest mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes und dem zweiten Element des dritten Planetenradsatzes verbunden, mittels des vierten Schaltelements drehfest mit dem zweite Element des ersten Planetenradsatzes und dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes in Verbindung gebracht sowie über das fünfte Schaltelement drehfest mit dem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden werden. Schließlich können zwei der Elemente des ersten Planetenradsatzes über das sechste Schaltelement drehfest miteinander in Verbindung gebracht werden.The invention now includes the technical teaching that the first element of the first planetary gear set is non-rotatably connected to the second element of the third planetary gear set, the second element of the first planetary gear set being non-rotatably connected to the first element of the second planetary gear set. Furthermore, the first input shaft is non-rotatably connected to the third element of the third planetary gear set, while the second input shaft is non-rotatably connected to the third element of the first planetary gear set. In addition, both the third element of the second planetary gear set and the first element of the third planetary gear set are each permanently fixed. The first input shaft can be non-rotatably connected to the second element of the first planetary gear set and the first element of the second planetary gear set via the first switching element and can be non-rotatably connected to the second input shaft by means of the second switching element. Furthermore, the output shaft can be connected in a rotationally fixed manner to the first element of the first planetary gear set and the second element of the third planetary gear set via the third shifting element, connected in a rotationally fixed manner to the second element of the first planetary gear set and the first element of the second planetary gear set by means of the fourth shifting element and connected via the fifth switching element are rotatably connected to the second element of the second planetary gear set. Finally, two of the elements of the first planetary gear set can be connected to one another in a torque-proof manner via the sixth shifting element.
Mit anderen Worten sind bei dem erfindungsgemäßen Getriebe das erste Element des ersten Planetenradsatzes und das zweite Element des dritten Planetenradsatzes permanent drehfest miteinander verbunden. Ebenso stehen das zweite Element des ersten Planetenradsatzes und das erste Element des zweiten Planetenradsatzes permanent drehfest miteinander in Verbindung, so dass eine Drehbewegung des zweiten Elements des ersten Planetenradsatzes stets auch eine entsprechende Drehbewegung des ersten Elements des zweiten Planetenradsatzes und umgekehrt zur Folge hat. Ferner sind die erste Eingangswelle und das dritte Element des dritten Planetenradsatzes permanent drehfest miteinander verbunden, wohingegen zwischen der zweiten Eingangswelle und dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes eine permanente drehfeste Verbindung besteht. Außerdem ist das dritte Element des zweiten Planetenradsatzes permanent festgesetzt und wird damit ständig an einer Drehbewegung gehindert. Ebenso steht auch das erste Element des dritten Planetenradsatzes permanent still, indem das erste Element des dritten Planetenradsatzes ständig festgesetzt ist.In other words, in the transmission according to the invention, the first element of the first planetary gear set and the second element of the third planetary gear set are permanently connected to one another in a torque-proof manner. Likewise, the second element of the first planetary gear set and the first element of the second planetary gear set are permanently connected to one another in a rotationally fixed manner, so that a rotary movement of the second element of the first planetary gear set always results in a corresponding rotary movement of the first element of the second planetary gear set and vice versa. Furthermore, the first input shaft and the third element of the third planetary gear set are permanently non-rotatably connected to one another, whereas there is a permanent non-rotatable connection between the second input shaft and the third element of the first planetary gear set. In addition, the third element of the second planetary gear set is permanently fixed and thus constantly prevented from rotating. Likewise, the first element of the third planetary gear set is also permanently stationary in that the first element of the third planetary gear set is constantly fixed.
Durch Schließen des ersten Schaltelements wird die erste Eingangswelle und damit auch das dritte Element des dritten Planetenradsatzes drehfest mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes und dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden, während ein Betätigen des zweiten Schaltelements eine drehfeste Verbindung zwischen der ersten Eingangswelle und damit auch dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes mit der zweiten Eingangswelle zur Folge hat. Durch letzteres wird die erste Eingangswelle dementsprechend auch drehfest mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes verbunden. Das dritte Schaltelement verbindet im betätigten Zustand die Ausgangswelle drehfest mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes und dem zweiten Element des dritten Planetenradsatzes, wohingegen ein Schließen des vierten Schaltelements eine drehfeste Verbindung zwischen der Ausgangswelle und dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes und dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes nach sich zieht. Durch Schließen des fünften Schaltelements werden zudem das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes und die Ausgangswelle drehfest miteinander verbunden. Schließlich sorgt das sechste Schaltelement in dessen betätigten Zustand für ein Verblocken des ersten Planetenradsatzes, indem das sechste Schaltelement bei Betätigung zwei der Elemente des ersten Planetenradsatzes drehfest miteinander verbindet.Closing the first shifting element causes the first input shaft and thus also the third element of the third planetary gear set to rotate with the second element of the first planetary gear set and the first element of the second planetary gear set, while actuating the second shifting element creates a torque-proof connection between the first input shaft and with it also results in the third element of the third planetary gear set with the second input shaft. Through the latter, the first input shaft is accordingly also non-rotatably connected to the third element of the first planetary gear set. In the actuated state, the third switching element connects the output shaft in a rotationally fixed manner to the first element of the first planetary gear set and the second element of the third planetary gear set, whereas closing the fourth switching element creates a rotationally fixed connection between the output shaft and the second element of the first planetary gear set and the first element of the second Planetary gear set entails. By closing the fifth switching element, the second element of the second planetary gear set and the output shaft are also connected to one another in a torque-proof manner. Finally, the sixth shifting element, in its actuated state, ensures that the first planetary gearset is locked in that the sixth shifting element connects two of the elements of the first planetary gearset to one another in a rotationally fixed manner when it is actuated.
Die Schaltelemente liegen jeweils als Kupplungen vor, die bei Betätigung jeweils die hieran jeweils unmittelbar anknüpfenden Komponenten des Getriebes drehfest miteinander verbinden, wobei im Vorfeld dazu ggf. ein Synchronisieren der Drehzahlen der zu koppelnden Komponenten über das jeweilige Schaltelement erfolgt.The switching elements are each in the form of clutches which, when actuated, connect the directly connected components of the transmission to one another in a torque-proof manner, with the speeds of the components to be coupled being synchronized in advance if necessary via the respective switching element.
Eine jeweilige, permanent drehfeste Verbindung zwischen Komponenten des Getriebes hat zur Folge, dass Drehbewegungen dieser Komponenten mit einem festen Drehzahlverhältnis stattfinden bzw. ein Stillstand der einen Komponente zwangsweise auch einen Stillstand der anderen Komponente nach sich zieht. Eine permanente drehfeste Verbindung ist dabei erfindungsgemäß bevorzugt über eine oder auch mehrere zwischenliegende Wellen realisiert, die bei räumlich dichter Lage der Komponenten auch als kurze Zwischenstücke vorliegen können. Konkret können die Komponenten, die permanent drehfest miteinander verbunden sind, dabei jeweils entweder als drehfest miteinander verbundene Einzelkomponenten oder auch einstückig vorliegen. Im zweitgenannten Fall werden dann die jeweiligen Komponenten und die ggf. vorhandene Welle durch ein gemeinsames Bauteil gebildet, wobei dies insbesondere eben dann realisiert wird, wenn die jeweiligen Komponenten im Getriebe räumlich dicht beieinander liegen.A respective, permanently non-rotatable connection between components of the transmission has the consequence that rotary movements of these components take place with a fixed speed ratio or a standstill of one component inevitably also causes a standstill of the other component. A permanent non-rotatable connection is preferably realized according to the invention via one or more intermediate shafts, which can also be present as short intermediate pieces if the components are spatially close together. In concrete terms, the components that are permanently connected to one another in a rotationally fixed manner can each be present either as individual components that are rotationally fixedly connected to one another or in one piece. In the second-mentioned case, the respective components and the shaft that may be present are then formed by a common component, this being realized in particular when the respective components in the transmission are spatially close to one another.
Bei Komponenten des Getriebes, die erst durch Betätigung eines jeweiligen Schaltelements drehfest miteinander verbunden werden, wird eine Verbindung ebenfalls bevorzugt über eine oder auch mehrere zwischenliegende Wellen verwirklicht.In the case of components of the transmission which are connected to one another in a rotationally fixed manner only by actuation of a respective shifting element, a connection is also preferably implemented via one or more intermediate shafts.
Das permanente Festsetzen einer Komponente des Getriebes ist im Sinne der Erfindung insbesondere dadurch realisiert, dass die jeweilige Komponente ständig drehfest mit einem drehfesten Bauelement des Getriebes verbunden ist, bei welchem es sich vorzugsweise um eine permanent stillstehende Komponente handelt, bevorzugt um ein Gehäuse des Getriebes, einen Teil eines derartigen Gehäuses oder ein damit drehfest verbundenes Bauelement.The permanent fixing of a component of the transmission is realized in the sense of the invention in particular in that the respective component is permanently connected in a rotationally fixed manner to a rotationally fixed component of the transmission, which is preferably a permanently stationary component, preferably a housing of the transmission, a part of such a housing or a non-rotatably connected component.
Unter der „Verbindung“ des Rotors der Elektromaschine mit der zweiten Eingangswelle des Getriebes ist im Sinne der Erfindung eine derartige Verbindung zu verstehen, dass zwischen dem Rotor der Elektromaschine und der zweiten Eingangswelle eine gleichbleibende Drehzahlabhängigkeit vorherrscht.The "connection" of the rotor of the electric machine to the second input shaft of the transmission is to be understood within the meaning of the invention as a connection such that there is a constant speed dependency between the rotor of the electric machine and the second input shaft.
Insgesamt zeichnet sich ein erfindungsgemäßes Getriebe durch eine kompakte Bauweise, geringe Bauteilbelastungen, einen guten Verzahnungswirkungsgrad und geringe Verluste aus.Overall, a transmission according to the invention is characterized by a compact design, low component loads, good gearing efficiency and low losses.
Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung verbindet das sechste Schaltelement im betätigten Zustand das erste Element des ersten Planetenradsatzes und das zweite Element des ersten Planetenradsatzes drehfest miteinander. Dementsprechend wird das Verblocken des ersten Planetenradsatzes dadurch erreicht, dass das sechste Schaltelement im betätigten Zustand für eine drehfeste Verbindung zwischen dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes und dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes sorgt.According to one embodiment of the invention, the sixth shifting element, when actuated, connects the first element of the first planetary gear set and the second element of the first Planetary gear rotatably together. Accordingly, the blocking of the first planetary gear set is achieved in that the sixth switching element, when actuated, ensures a non-rotatable connection between the first element of the first planetary gear set and the second element of the first planetary gear set.
Gemäß einer hierzu alternativen Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung verbindet das sechste Schaltelement im betätigten Zustand das zweite Element des ersten Planetenradsatzes und das dritte Element des ersten Planetenradsatzes drehfest miteinander. Auch hierdurch wird im betätigten Zustand des sechsten Schaltelements ein Verblocken des ersten Planetenradsatzes herbeigeführt, wobei im Unterschied zu der vorhergehenden Variante in diesem Fall das zweite Element des ersten Planetenradsatzes und das dritte Element des ersten Planetenradsatzes über das sechste Schaltelement drehfest miteinander in Verbindung gebracht werden.According to an alternative embodiment of the invention, the sixth shifting element in the actuated state connects the second element of the first planetary gear set and the third element of the first planetary gear set to one another in a torque-proof manner. This also causes the first planetary gearset to be locked when the sixth shifting element is actuated. In contrast to the previous variant, in this case the second element of the first planetary gearset and the third element of the first planetary gearset are connected to one another in a torque-proof manner via the sixth shifting element.
Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ergeben sich durch selektives Schließen der sechs Schaltelemente fünf, vom Übersetzungsverhältnis her unterschiedliche Gänge zwischen der ersten Eingangswelle und der Ausgangswelle. So kann ein erster Gang zwischen der ersten Eingangswelle und der Ausgangswelle durch Betätigen des fünften und des sechsten Schaltelements dargestellt werden, wobei in dem ersten Gang gleichzeitig auch die Elektromaschine über die zweite Eingangswelle in den Kraftfluss eingebunden ist.According to one embodiment of the invention, selectively closing the six shifting elements results in five gears, which differ in terms of the transmission ratio, between the first input shaft and the output shaft. A first gear can thus be achieved between the first input shaft and the output shaft by actuating the fifth and sixth shifting element, with the electric machine also being involved in the power flow in the first gear at the same time via the second input shaft.
Des Weiteren ergibt sich ein zweiter Gang zwischen der ersten Eingangswelle und der Ausgangswelle durch Schließen des ersten Schaltelements und des fünften Schaltelements, während ein dritter Gang zwischen der ersten Eingangswelle und der Ausgangswelle in einer ersten Variante durch Betätigen des dritten Schaltelements und des fünften Schaltelements geschaltet werden kann. Der dritte Gang kann alternativ dazu auch noch in einer zweiten Variante durch Schließen des dritten Schaltelements und des vierten Schaltelements, in einer dritten Variante durch Betätigen des ersten Schaltelements und des dritten Schaltelements, in einer vierten Variante durch Schließen des zweiten Schaltelements und des dritten Schaltelements, in einer fünften Variante durch Betätigen des dritten Schaltelements und des sechsten Schaltelements sowie in einer sechsten Variante durch Schließen des vierten Schaltelements und des sechsten Schaltelements dargestellt werden.Furthermore, a second gear results between the first input shaft and the output shaft by locking the first shifting element and the fifth shifting element, while a third gear between the first input shaft and the output shaft is shifted in a first variant by actuating the third shifting element and the fifth shifting element can. Alternatively, the third gear can also be activated in a second variant by engaging the third shifting element and the fourth shifting element, in a third variant by actuating the first shifting element and the third shifting element, in a fourth variant by engaging the second shifting element and the third shifting element, in a fifth variant by actuating the third switching element and the sixth switching element and in a sixth variant by closing the fourth switching element and the sixth switching element.
Zudem kann ein vierter Gang zwischen der ersten Eingangswelle und der Ausgangswelle durch Betätigen des zweiten Schaltelements und des vierten Schaltelements geschaltet werden, wohingegen sich ein fünfter Gang zwischen der ersten Eingangswelle und der Ausgangswelle durch Schließen des ersten Schaltelements und des vierten Schaltelements ergibt.In addition, a fourth gear can be shifted between the first input shaft and the output shaft by actuating the second shifting element and the fourth shifting element, whereas a fifth gear results between the first input shaft and the output shaft by engaging the first shifting element and the fourth shifting element.
Bei geeigneter Wahl von Standgetriebeübersetzungen der Planetenradsätze wird hierdurch eine für die Anwendung im Bereich eines Kraftfahrzeuges geeignete Übersetzungsreihe realisiert. Dabei können Schaltungen zwischen den Gängen verwirklicht werden, bei welchen stets nur der Zustand von je zwei Schaltelementen zu variieren ist, indem eines der am vorhergehenden Gang beteiligten Schaltelemente zu öffnen und ein anderes Schaltelement zur Darstellung des nachfolgenden Ganges zu schließen ist. Dies hat dann auch zur Folge, dass ein Schalten zwischen den Gängen sehr zügig ablaufen kann. Bei dem dritten, zwischen der ersten Eingangswelle und der Ausgangswelle wirksamen Gang ist dabei allerdings zwischen Varianten zu wechseln, um auch im Zuge einer weiteren Hochschaltung bzw. einer Rückschaltung zu dem jeweils benachbart liegenden Gang nur den Zustand von zwei Schaltelementen ändern zu müssen.With a suitable choice of fixed gear ratios of the planetary gear sets, a range of ratios suitable for use in the area of a motor vehicle is thereby realized. Shifting between the gears can be realized in which only the state of two shifting elements is to be varied by opening one of the shifting elements involved in the previous gear and closing another shifting element to represent the following gear. This then also means that switching between gears can take place very quickly. In the third gear effective between the first input shaft and the output shaft, however, it is necessary to switch between variants in order to only have to change the state of two shifting elements in the course of a further upshift or downshift to the adjacent gear.
Aufgrund der Verbindung der Elektromaschine mit der zweiten Eingangswelle des Getriebes lassen sich außerdem unterschiedliche Zustände auf einfache Art und Weise verwirklichen:
- So kann ein erster Gang zwischen der zweiten Eingangswelle und der Ausgangswelle für ein rein elektrisches Fahren genutzt werden, wobei sich dieser erste Gang durch Schließen des fünften Schaltelements und des sechsten Schaltelements ergibt. Dadurch ist die Elektromaschine über den verblockten, ersten Planetenradsatz und den zweiten Planetenradsatz mit der Ausgangswelle gekoppelt, wobei eine Schaltung und auch eine Übersetzung dieses ersten Ganges dabei denen des ersten, zwischen der ersten Eingangswelle und der Abtriebswelle wirksamen Ganges entspricht. Dabei kann in diesem rein elektrischen Gang bevorzugt der gesamte Geschwindigkeitsbereich abgedeckt werden.
- A first gear between the second input shaft and the output shaft can thus be used for purely electric driving, with this first gear resulting from the engagement of the fifth shifting element and the sixth shifting element. As a result, the electric machine is coupled to the output shaft via the interlocked, first planetary gear set and the second planetary gear set, with a shift and also a translation of this first gear corresponding to those of the first gear effective between the first input shaft and the output shaft. The entire speed range can preferably be covered in this purely electric gear.
Als weiterer Zustand kann zudem ein Ladebetrieb eines elektrischen Energiespeichers verwirklicht werden, indem von dem ersten Schaltelement, dem zweiten Schaltelement, dem dritten Schaltelement, dem vierten Schaltelement, dem fünften Schaltelement und dem sechsten Schaltelement lediglich das erste Schaltelement geschlossen wird. Dadurch ist die erste Eingangswelle zum einen über den dritten Planetenradsatz mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes gekoppelt sowie durch Schließen des ersten Schaltelements drehfest mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes verbunden, während die zweite Eingangswelle und damit auch die Elektromaschine mit dem dritten Element des ersten Planetenradsatzes in Verbindung steht. Gleichzeitig ist dabei kein Kraftschluss zur Ausgangswelle hergestellt, so dass sich das Getriebe in einer Neutralstellung befindet. Dabei dreht die zweite Eingangswelle schneller als die erste Eingangswelle. Abgesehen von einem Ladebetrieb kann hierdurch auch ein Starten der vorgeschalteten Antriebsmaschine über die Elektromaschine verwirklicht werden.As a further state, charging operation of an electrical energy store can also be implemented by only the first switching element being closed of the first switching element, the second switching element, the third switching element, the fourth switching element, the fifth switching element and the sixth switching element. As a result, the first input shaft is coupled via the third planetary gear set to the first element of the first planetary gear set and, by closing the first switching element, is non-rotatably connected to the second element of the first planetary gear set, while the second input shaft and thus also the electric machine are connected to the third element ment of the first planetary gear set is connected. At the same time, there is no positive connection to the output shaft, so that the transmission is in a neutral position. The second input shaft rotates faster than the first input shaft. Apart from a charging operation, this also allows the upstream drive machine to be started via the electric machine.
Alternativ dazu kann ein Lade- oder Startbetrieb auch dadurch realisiert werden, dass von dem ersten Schaltelement, dem zweiten Schaltelement, dem dritten Schaltelement, dem vierten Schaltelement, dem fünften Schaltelement und dem sechsten Schaltelement lediglich das zweite Schaltelement geschlossen wird. Dies hat eine direkte drehfeste Verbindung der ersten Eingangswelle mit der zweiten Eingangswelle zur Folge, so dass auch die Elektromaschine und eine an der ersten Eingangswelle angebundene Antriebsmaschine miteinander gekoppelt sind. Erneut ist dabei kein Kraftschluss zur Ausgangswelle hergestellt. Aufgrund der direkten, drehfesten Verbindung der beiden Eingangswellen drehen die beiden Eingangswellen dabei gleich schnell.Alternatively, charging or starting operation can also be implemented by only closing the second switching element of the first switching element, the second switching element, the third switching element, the fourth switching element, the fifth switching element and the sixth switching element. This results in a direct non-rotatable connection of the first input shaft to the second input shaft, so that the electric machine and a drive machine connected to the first input shaft are also coupled to one another. Again, no frictional connection to the output shaft is established. Due to the direct, non-rotatable connection between the two input shafts, the two input shafts rotate at the same speed.
Weiter alternativ kann ein Laden eines elektrischen Energiespeichers bzw. ein Starten der vorgeschalteten Antriebsmaschine auch dadurch verwirklicht werden, indem von dem ersten Schaltelement, dem zweiten Schaltelement, dem dritten Schaltelement, dem vierten Schaltelement, dem fünften Schaltelement und dem sechsten Schaltelement lediglich das sechste Schaltelement in einen betätigten Zustand überführt wird. Hierdurch ist die erste Eingangswelle über den dritten Planetenradsatz und den verblockten, ersten Planetenradsatz mit der zweiten Eingangswelle gekoppelt, wobei die zweite Eingangswelle dabei langsamer dreht, als die erste Eingangswelle. In diesem Fall kann auch ein direkter Übergang in den ersten, zwischen der ersten Eingangswelle und der Ausgangswelle wirksamen Gang vollzogen werden, indem zusätzlich noch das fünfte Schaltelement in einen betätigten Zustand überführt wird.As a further alternative, charging an electrical energy store or starting the upstream drive machine can also be implemented by only shifting the sixth shifting element of the first shifting element, the second shifting element, the third shifting element, the fourth shifting element, the fifth shifting element and the sixth shifting element into an actuated state is transferred. As a result, the first input shaft is coupled to the second input shaft via the third planetary gear set and the blocked first planetary gear set, with the second input shaft rotating more slowly than the first input shaft. In this case, a direct transition into the first gear effective between the first input shaft and the output shaft can also be carried out by additionally transferring the fifth shifting element to an actuated state.
Des Weiteren kann bei Schaltungen zwischen den einzelnen Gängen gezielt eine jeweilige Synchronisierung durch Zusammenspiel der Elektromaschine und der vorgeschalteten Antriebsmaschine erreicht werden: so kann beim Gangwechsel zwischen dem ersten, zwischen der ersten Eingangswelle und der Ausgangswelle wirksamen Gang und dem zweiten, zwischen der ersten Eingangswelle und der Ausgangswelle wirksamen Gang bei geschlossenem, fünften Schaltelement einerseits das geforderte Abtriebsmoment der Ausgangswelle bereitgestellt und andererseits das für den Gangwechsel auszulegende, sechste Schaltelement lastfrei gemacht werden, indem Momente der Elektromaschine und der vorgeschalteten Antriebsmaschine entsprechend eingestellt werden. Ist dies geschehen, so wird das sechste und dann lastfreie Schaltelement geöffnet, wobei darauffolgend die Momente der Elektromaschine und der vorgeschalteten Antriebsmaschine so eingestellt werden, dass zwar einerseits nach wie vor das geforderte Abtriebsmoment an der Ausgangswelle bereitgestellt wird, andererseits aber die Drehzahl der ersten Eingangswelle absinkt. Liegen dann synchrone Drehzahlen am einzulegenden, ersten Schaltelement vor, so wird dieses geschlossen. Hierdurch ist dann der zweite, zwischen der ersten Eingangswelle und der Ausgangswelle wirksame Gang geschaltet.Furthermore, when shifting between the individual gears, synchronization can be achieved in a targeted manner through the interaction of the electric motor and the upstream drive motor: when changing gears, it is possible to switch between the first gear, which is effective between the first input shaft and the output shaft, and the second gear, which is effective between the first input shaft and effective gear on the output shaft when the fifth shifting element is closed, on the one hand the required output torque of the output shaft is provided and on the other hand the sixth shifting element to be designed for the gear change is made load-free by adjusting the torques of the electric machine and the upstream drive machine accordingly. Once this has happened, the sixth and then no-load shifting element is opened, with the torques of the electric machine and the upstream drive machine then being set in such a way that, on the one hand, the required output torque is still provided at the output shaft, but, on the other hand, the speed of the first input shaft is maintained sinks. If synchronous speeds are then present at the first shifting element to be engaged, then this is closed. As a result, the second gear effective between the first input shaft and the output shaft is then engaged.
In analoger Weise ist dies auch bei einer Schaltung von dem zweiten, zwischen der ersten Eingangswelle und der Ausgangswelle wirksamen Gang in die erste Variante des dritten, zwischen der ersten Eingangswelle und der Ausgangswelle wirksamen Ganges möglich, indem auch hier das fünfte Schaltelement geschlossen bleibt. Erneut werden Momente der vorgeschalteten Antriebsmaschine und der Elektromaschine dabei so eingestellt, dass das jeweils geforderte Antriebsmoment an der Ausgangswelle bereitgestellt wird und zudem das auszulegende, erste Schaltelement lastfrei wird. Ist dies erreicht, so wird das erste Schaltelement geöffnet und in der Folge eine Einstellung der Momente der vorgeschalteten Antriebsmaschine und der Elektromaschine geändert. Dies erfolgt dabei derartig, dass einerseits das geforderte Antriebsmoment bereitgestellt wird und andererseits eine Änderung der Drehzahl der ersten Eingangswelle in den Bereich einer Synchrondrehzahl des nun zu schließenden, dritten Schaltelements erfolgt. Liegt am dritten Schaltelement dann eine Drehzahlgleichheit vor, so wird dieses betätigt, wodurch die erste Variante des dritten Ganges geschaltet ist.Analogously, this is also possible when shifting from the second gear effective between the first input shaft and the output shaft to the first variant of the third gear effective between the first input shaft and the output shaft, in that the fifth shifting element also remains closed here. Torques of the upstream drive machine and the electric machine are again set in such a way that the respectively required drive torque is provided at the output shaft and, moreover, the first shifting element to be designed is load-free. Once this has been achieved, the first switching element is opened and, as a result, the setting of the torques of the upstream drive machine and the electric machine is changed. This is done in such a way that on the one hand the required drive torque is provided and on the other hand there is a change in the speed of the first input shaft in the range of a synchronous speed of the third shift element that is now to be closed. If the third shifting element then has the same speed, it is actuated, whereby the first variant of the third gear is shifted.
Für ein weiteres Hochschalten ist dann zwischen der ersten Variante des dritten Ganges und der zweiten Variante des dritten Ganges umzuschalten, wobei in der Folge aus der zweiten Variante des dritten Ganges heraus eine Hochschaltung in den vierten, zwischen der ersten Eingangswelle und der Ausgangswelle wirksamen Gang stattfinden kann. Dabei bleibt nun das vierte Schaltelement geschlossen, um durch Einstellung von Momenten der vorgeschalteten Antriebsmaschine und der Elektromaschine einerseits das geforderte Antriebsmoment bereitzustellen sowie andererseits das für die Hochschaltung auszulegende, dritte Schaltelement lastfrei zu bekommen. Mit Lastfreiheit wird das dritte Schaltelement dann geöffnet, wobei die Momente der vorgeschalteten Antriebsmaschine und der Elektromaschine in der Folge dann so eingestellt werden, dass nach wie vor das geforderte Antriebsmoment an der Ausgangswelle hervorgerufen sowie ein Absinken der Drehzahl der ersten Eingangswelle stattfindet. Werden dann synchrone Drehzahlen an dem zu schließenden, zweiten Schaltelement erreicht, so wird das zweite Schaltelement geschlossen, wodurch der vierte, zwischen der ersten Eingangswelle und der Ausgangswelle wirksame Gang geschaltet ist.For a further upshift, it is then necessary to switch between the first variant of the third gear and the second variant of the third gear, with an upshift then taking place from the second variant of the third gear into the fourth gear, which is effective between the first input shaft and the output shaft can. The fourth shifting element now remains closed in order to provide the required drive torque by setting the torques of the upstream drive motor and the electric machine on the one hand and to get the third shifting element to be designed for the upshift load-free on the other. When there is no load, the third switching element is then opened, with the torques of the upstream drive machine and the electric machine then being set in such a way that the required drive torque is still produced at the output shaft and a Drop in the speed of the first input shaft takes place. If synchronous speeds are then reached at the second shifting element to be engaged, the second shifting element is engaged, as a result of which the fourth gear effective between the first input shaft and the output shaft is engaged.
Schließlich kann auch von dem vierten, zwischen der ersten Eingangswelle und der Ausgangswelle wirksamen Gang in den fünften, zwischen der ersten Eingangswelle und der Ausgangswelle wirksamen Gang bei geschlossenem, vierten Schaltelement gewechselt werden, wozu zunächst eine Lastfreiheit an dem nun zu öffnenden, zweiten Schaltelement durch Einstellung der Momente der vorgeschalteten Antriebsmaschine und der Elektromaschine hervorgerufen wird. Ist das zweite Schaltelement lastfrei, so wird dieses geöffnet und in der Folge eine Einstellung der Momente der vorgeschalteten Antriebsmaschine und der Elektromaschine zum Erreichen von synchronen Drehzahlen an dem nun zu betätigenden, ersten Schaltelement vorgenommen. Dabei wird stets das jeweils geforderte Abtriebsmoment an der Ausgangswelle bereitgestellt, wobei mit Erreichen synchroner Drehzahlen am ersten Schaltelement dieses geschlossen wird, so dass der fünfte, zwischen der ersten Eingangswelle und der Ausgangswelle wirksame Gang geschaltet ist.Finally, it is also possible to change from the fourth gear, effective between the first input shaft and the output shaft, to the fifth gear, effective between the first input shaft and the output shaft, with the fourth shifting element engaged, for which purpose the second shifting element, which is now to be opened, is free of load Adjustment of the moments of the upstream drive machine and the electric machine is caused. If the second switching element is load-free, it is opened and the torques of the upstream drive machine and the electric machine are then adjusted to achieve synchronous speeds on the first switching element that is now to be actuated. The output torque required in each case is always provided at the output shaft, with this being closed when synchronous speeds are reached at the first switching element, so that the fifth gear effective between the first input shaft and the output shaft is switched.
Die vorstehend beschriebenen Lastschaltungen unter Zuhilfenahme der Elektromaschine werden bevorzugt dann verwirklicht, wenn die Schaltelemente jeweils als formschlüssige Schaltelemente und hierbei insbesondere als unsynchronisierte Klauenschaltelemente ausgeführt sind. Rückschaltungen erfolgen dabei analog zu den vorstehend beschriebenen Hochschaltungen, nur mit umgekehrtem Ablauf. Dabei sind auch Schubschaltungen möglich, indem die Elektromaschine ein entsprechendes Moment am ersten Planetenradsatz bremsend abstützt.The above-described load shifts with the aid of the electric machine are preferably implemented when the shifting elements are each designed as positive-locking shifting elements and in this case in particular as unsynchronized claw shifting elements. Downshifts take place in the same way as the upshifts described above, only with the reverse process. Overrun shifts are also possible, in that the electric machine supports a corresponding braking torque on the first planetary gear set.
Als weiterer Zustand kann zudem ein Anfahrmodus für Vorwärtsfahrt bei Antrieb über die erste Eingangswelle und damit die vorgeschaltete Antriebsmaschine realisiert werden. Dazu wird bei einer ersten Variante von dem ersten Schaltelement, dem zweiten Schaltelement, dem dritten Schaltelement, dem vierten Schaltelement, dem fünften Schaltelement und dem sechsten Schaltelement lediglich das fünfte Schaltelement geschlossen. Dadurch kann die Antriebsmaschine über die erste Eingangswelle mittels des dritten Planetenradsatzes und über das erste Element des ersten Planetenradsatzes antreiben, wobei die Elektromaschine gleichzeitig über die zweite Eingangswelle am dritten Element des ersten Planetenradsatzes abstützt, während ein Abtrieb über das zweite Element des ersten Planetenradsatzes mittels des zweiten Planetenradsatzes auf die Ausgangswelle erfolgt. Aus diesem Zustand heraus kann die vorgeschaltete Antriebsmaschine in dem ersten, zwischen der ersten Eingangswelle und der Ausgangswelle wirksamen Gang, in dem zweiten, zwischen der ersten Eingangswelle und der Ausgangswelle wirksamen Gang und auch in der ersten Variante des dritten, zwischen der ersten Eingangswelle und der Ausgangswelle wirksamen Ganges betrieben werden, da in diesen Gängen jeweils ebenfalls das fünfte Schaltelement geschlossen ist.As a further state, a starting mode for forward travel when driven via the first input shaft and thus the upstream drive machine can also be implemented. For this purpose, in a first variant of the first switching element, the second switching element, the third switching element, the fourth switching element, the fifth switching element and the sixth switching element, only the fifth switching element is closed. As a result, the prime mover can be driven via the first input shaft by means of the third planetary gear set and via the first element of the first planetary gear set, with the electric machine being supported at the same time via the second input shaft on the third element of the first planetary gear set, while an output is generated via the second element of the first planetary gear set by means of the second planetary gear set takes place on the output shaft. From this state, the upstream drive machine can be shifted in the first gear effective between the first input shaft and the output shaft, in the second gear effective between the first input shaft and the output shaft and also in the first variant of the third gear, between the first input shaft and the Output shaft effective gear are operated, since the fifth switching element is also closed in each of these gears.
Zudem kann bei einer zweiten Variante ein Anfahrmodus für Vorwärtsfahrt bei Antrieb über die erste Eingangswelle mittels der vorgeschalteten Antriebsmaschine dargestellt werden, wozu von dem ersten Schaltelement, dem zweiten Schaltelement, dem dritten Schaltelement, dem vierten Schaltelement, dem fünften Schaltelement und dem sechsten Schaltelement lediglich das vierte Schaltelement zu schließen ist. Dadurch ist die vorgeschaltete Antriebsmaschine über die erste Eingangswelle und mittels des dritten Planetenradsatzes mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes verbunden und kann über das erste Element antreiben, während die Elektromaschine über die zweite Eingangswelle ein Abstützen am dritten Element des ersten Planetenradsatzes vornehmen kann. Ein Abtrieb zu der Ausgangswelle erfolgt dann durch direkte drehfeste Verbindung des zweiten Elements des ersten Planetenradsatzes mit der Ausgangswelle. Aus dieser Variante eines Anfahrmodus heraus kann die vorgeschaltete Antriebsmaschine dann in der zweiten oder der sechsten Variante des dritten, zwischen der ersten Eingangswelle und der Ausgangswelle wirksamen Ganges, in dem vierten, zwischen der ersten Eingangswelle und der Ausgangswelle wirksamen Gang oder in den fünften, zwischen der ersten Eingangswelle und der Ausgangswelle wirksamen Gang betrieben werden, weil in diesen Gängen jeweils ebenfalls das vierte Schaltelement geschlossen ist.In addition, in a second variant, a starting mode for forward travel when driven via the first input shaft by means of the upstream drive machine can be implemented, for which purpose only that of the first shifting element, the second shifting element, the third shifting element, the fourth shifting element, the fifth shifting element and the sixth shifting element fourth switching element is to be closed. As a result, the upstream drive machine is connected to the first element of the first planetary gear set via the first input shaft and by means of the third planetary gear set and can drive via the first element, while the electric machine can carry out support on the third element of the first planetary gear set via the second input shaft. An output to the output shaft then takes place through a direct non-rotatable connection of the second element of the first planetary gear set to the output shaft. From this variant of a starting mode, the upstream drive machine can then be operated in the second or sixth variant of the third gear effective between the first input shaft and the output shaft, in the fourth gear effective between the first input shaft and the output shaft, or in the fifth gear, between the first input shaft and the output shaft effective gear are operated because the fourth switching element is also closed in each of these gears.
Die vorstehend beschriebenen Varianten zur Gestaltung eines Anfahrmodus können im Rahmen der Erfindung jeweils ebenso gut für einen leistungsverzweigten Betrieb genutzt werden, da sich in dem jeweiligen Zustand eine Überlagerung von Drehbewegungen der vorgeschalteten Antriebsmaschine und der Elektromaschine an dem ersten Planetenradsatz einstellt, so dass jeweils auch eine Antriebsbewegung der vorgeschalteten Antriebsmaschine in geeigneter Weise mit einer Antriebsbewegung der Elektromaschine oder einem Abbremsen über die Elektromaschine kombiniert werden kann. Hierdurch kann auch ein batterieneutraler Betrieb realisiert werden.The variants described above for designing a starting mode can also be used within the scope of the invention for power-split operation, since in the respective state there is a superimposition of rotary movements of the upstream drive machine and the electric machine on the first planetary gear set, so that one Drive movement of the upstream drive machine can be combined in a suitable manner with a drive movement of the electric machine or braking via the electric machine. In this way, battery-neutral operation can also be implemented.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die erste Eingangswelle über ein siebtes Schaltelement mit einer Anschlusswelle gekoppelt werden, welche der Verbindung des Getriebes mit der Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges dient. Über das siebte Schaltelement kann die vorgeschaltete Antriebsmaschine dementsprechend auch vollständig vom Getriebe abgekoppelt werden, so dass ein rein elektrischer Betrieb problemlos realisierbar ist. Die Anschlusswelle liegt dabei bevorzugt koaxial zu der ersten Eingangswelle und ist weiter bevorzugt über eine Übersetzungsstufe permanent mit einer achsparallel liegenden Antriebswelle gekoppelt, die mit der vorgeschalteten Antriebsmaschine - ggf. über einen zwischenliegenden Torsionsschwingungsdämpfer - permanent verbunden ist. Die Übersetzungsstufe ist dabei insbesondere als Zugmitteltrieb und hierbei weiter bevorzugt als Kettentrieb ausgeführt, wobei die Übersetzungsstufe alternativ dazu aber auch als Stirnrädertrieb ausgebildet sein kann.According to a further embodiment of the invention, the first input shaft can be coupled via a seventh switching element to a connection shaft, which is used to connect the transmission to the engine of the motor vehicle. Accordingly, the upstream drive machine can also be completely decoupled from the transmission via the seventh switching element, so that purely electric operation can be implemented without any problems. The connecting shaft is preferably coaxial with the first input shaft and is more preferably permanently coupled via a transmission step to an axis-parallel drive shaft which is permanently connected to the upstream drive machine—possibly via an intermediate torsional vibration damper. The transmission stage is in particular designed as a traction mechanism and in this case more preferably as a chain drive, with the transmission stage alternatively being able to be designed as a spur gear drive.
Alternativ dazu ist es aber auch denkbar, dass die erste Eingangswelle permanent mit einer achsparallel liegenden Zwischenwelle gekoppelt ist, die über das siebte Schaltelement drehfest mit der Anschlusswelle verbunden werden kann. Die Anschlusswelle liegt dann insbesondere koaxial zu der Zwischenwelle und ist im verbauten Zustand des Getriebes - ggf. über einen zwischenliegenden Torsionsschwingungsdämpfer - mit der vorgeschalteten Antriebsmaschine verbunden. Die Koppelung zwischen der ersten Eingangswelle und der Zwischenwelle ist hierbei bevorzugt über einen Zugmitteltrieb verwirklicht, bei welchem es sich insbesondere um einen Kettentrieb handelt. Alternativ wäre auch hier eine Ausführung als Stirnrädertrieb denkbar.As an alternative to this, however, it is also conceivable for the first input shaft to be permanently coupled to an intermediate shaft lying parallel to the axis, which can be connected in a rotationally fixed manner to the connection shaft via the seventh shifting element. The connecting shaft is then in particular coaxial with the intermediate shaft and is connected to the upstream drive machine when the transmission is installed—possibly via an intermediate torsional vibration damper. The coupling between the first input shaft and the intermediate shaft is preferably implemented here via a traction drive, which is in particular a chain drive. Alternatively, an embodiment as a spur gear drive would also be conceivable here.
Das siebte Schaltelement ist bevorzugt als kraftschlüssiges Schaltelement und hierbei weiter bevorzugt als Lamellenschaltelement ausgeführt, wobei alternativ dazu auch eine Ausführung als Reibkupplung in Frage kommt.The seventh shifting element is preferably designed as a non-positive shifting element and more preferably as a multi-plate shifting element, with a design as a friction clutch also being possible as an alternative.
Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ist der Rotor der Elektromaschine starr mit der zweiten Eingangswelle verbunden. Alternativ dazu ist es eine Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung, dass der Rotor über mindestens eine Übersetzungsstufe mit der zweiten Eingangswelle in Verbindung steht. Bei beiden vorgenannten Varianten kann die Elektromaschine dabei jeweils koaxial zu den Planetenradsätzen angeordnet sein, wobei im Fall der zweiten Variante außerdem auch eine achsversetzte Anordnung der Elektromaschine zu den Planetenradsätzen denkbar ist. Bei der koaxialen Anordnung kann der Rotor der Elektromaschine dabei entweder starr, d.h. unmittelbar drehfest, mit der zweiten Eingangswelle verbunden oder aber über eine oder auch mehrere zwischenliegende Übersetzungsstufen mit dieser gekoppelt sein, wobei Letzteres eine günstigere Auslegung der Elektromaschine mit höheren Drehzahlen und geringerem Drehmoment ermöglicht. Die mindestens eine Übersetzungsstufe kann dabei als Stirnradstufe und/oder als Planetenstufe ausgeführt sein. Bei einer koaxialen Anordnung der Elektromaschine ist zudem weiter bevorzugt der erste Planetenradsatz axial auf Höhe der Elektromaschine sowie radial innenliegend zu dieser angeordnet sein, so dass sich die axiale Baulänge des Getriebes verkürzen lässt.According to an embodiment of the invention, the rotor of the electric machine is rigidly connected to the second input shaft. As an alternative to this, one possible embodiment of the invention is for the rotor to be connected to the second input shaft via at least one transmission step. In both variants mentioned above, the electric machine can be arranged coaxially to the planetary gear sets, wherein in the case of the second variant, an axially offset arrangement of the electric machine to the planetary gear sets is also conceivable. In the coaxial arrangement, the rotor of the electric machine can either be rigid, i.e. directly non-rotatable, connected to the second input shaft or coupled to it via one or more intermediate transmission stages, with the latter enabling a more favorable design of the electric machine with higher speeds and lower torque . The at least one transmission stage can be designed as a spur gear stage and/or as a planetary stage. In the case of a coaxial arrangement of the electric machine, the first planetary gear set is also preferably arranged axially at the level of the electric machine and radially on the inside of it, so that the overall axial length of the transmission can be shortened.
Ist die Elektromaschine hingegen achsversetzt zu den Planetenradsätzen vorgesehen, so erfolgt eine Koppelung über eine oder mehrere zwischenliegende Übersetzungsstufen und/oder einen Zugmitteltrieb. Die eine oder die mehreren Übersetzungsstufen können hierbei auch im Einzelnen entweder als Stirnradstufe oder als Planetenstufe realisiert sein. Bei einem Zugmitteltrieb kann es sich entweder um einen Riemen- oder einen Kettentrieb handeln.If, on the other hand, the electric machine is provided with an offset axis in relation to the planetary gear sets, then a coupling takes place via one or more intermediate transmission stages and/or a traction drive. The one or more transmission stages can also be implemented individually either as a spur gear stage or as a planetary stage. A traction drive can be either a belt drive or a chain drive.
In Weiterbildung der Erfindung ist ein oder sind mehrere Schaltelemente jeweils als formschlüssiges Schaltelement realisiert. Hierbei ist das jeweilige Schaltelement bevorzugt entweder als Klauenschaltelement oder als Sperrsynchronisation ausgeführt. Formschlüssige Schaltelemente haben gegenüber kraftschlüssigen Schaltelementen den Vorteil, dass im geöffneten Zustand geringere Schleppverluste auftreten, so dass sich ein besserer Wirkungsgrad des Getriebes erreichen lässt. Insbesondere sind bei dem erfindungsgemäßen Getriebe das erste Schaltelement, das zweite Schaltelement, das dritte Schaltelement, das vierte Schaltelement, das fünfte Schaltelement und auch das sechste Schaltelement als formschlüssige Schaltelemente verwirklicht, so dass sich möglichst geringe Schleppverluste erreichen lassen. Prinzipiell könnte aber auch ein einzelnes dieser Schaltelemente oder könnten mehrere dieser Schaltelemente als kraftschlüssige Schaltelemente, beispielsweise als Lamellenschaltelemente, gestaltet sein.In a further development of the invention, one or more switching elements are each implemented as a positive-locking switching element. In this case, the respective shifting element is preferably designed either as a claw shifting element or as a blocking synchronization. Positive shifting elements have the advantage over non-positive shifting elements that lower drag losses occur in the open state, so that better efficiency of the transmission can be achieved. In particular, in the transmission according to the invention, the first shifting element, the second shifting element, the third shifting element, the fourth shifting element, the fifth shifting element and also the sixth shifting element are implemented as positive-locking shifting elements, so that the lowest possible drag losses can be achieved. In principle, however, one of these shifting elements or several of these shifting elements could also be designed as non-positive shifting elements, for example as lamellar shifting elements.
Die Planetenradsätze können, sofern es eine Anbindung der Elemente ermöglicht, im Rahmen der Erfindung jeweils als Minus-Planetensatz vorliegen, wobei es sich bei dem ersten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um ein Sonnenrad, bei dem zweiten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um einen Planetensteg und bei dem dritten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um ein Hohlrad handelt. Dabei ist in dem Planetensteg mindestens ein, bevorzugt aber mehrere Planetenräder drehbar gelagert führt, die im Einzelnen jeweils sowohl mit dem Sonnenrad, als auch dem umliegenden Hohlrad kämmen.The planetary gear sets can, insofar as it allows the elements to be connected, each be present as a minus planetary gear set within the scope of the invention, with the first element of the respective planetary gear set being a sun gear, the second element of the respective planetary gear set being a planet carrier and the third element of the respective planetary gear set is a ring gear. In this case, at least one, but preferably several planetary gears are rotatably mounted in the planet carrier, each of which meshes with the sun gear and the surrounding ring gear.
Alternativ dazu könnten aber einer oder auch mehrere Planetenradsätze, sofern es die Anbindung der jeweiligen Elemente zulässt, als Plus-Planetensatz vorliegen, wobei es sich bei dem ersten Element des jeweiligen Planetenradsatzes dann um ein Sonnenrad, bei dem zweiten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um ein Hohlrad und bei dem dritten Element des jeweiligen Planetenradsatzes um einen Planetensteg handelt. Bei einem Plus-Planetensatz sind somit ebenfalls die Elemente Sonnenrad, Hohlrad und Planetensteg vorhanden, wobei Letzterer mindestens ein Planetenradpaar drehbar gelagert führt, bei welchem das eine Planetenrad mit dem innenliegenden Sonnenrad und das andere Planetenrad mit dem umliegenden Hohlrad im Zahneingriff steht, sowie die Planetenräder untereinander kämmen.Alternatively, one or more planetary gearsets could be present as a plus planetary gearset, provided the connection of the respective elements allows it, with the first element of the respective planetary gearset being a sun gear and the second element of the respective planetary gearset being a ring gear and the third element of the respective planetary gear set is a planetary carrier. In a plus planetary gear set, the elements sun gear, ring gear and planetary carrier are also present, with the latter guiding at least one pair of planetary gears in a rotatable manner, in which one planetary gear meshes with the internal sun gear and the other planetary gear meshes with the surrounding ring gear, as well as the planetary gears comb with each other.
Wo es eine Anbindung der einzelnen Elemente zulässt, kann ein Minus-Planetensatz in einen Plus-Planetensatz überführt werden, wobei dann gegenüber der Ausführung als Minus-Planetensatz die Hohlrad- und die Planetensteganbindung miteinander zu tauschen, sowie eine Getriebestandübersetzung um eins zu erhöhen ist. Umgekehrt könnte auch ein Plus-Planetensatz durch einen Minus-Planetensatz ersetzt werden, sofern die Anbindung der Elemente des Getriebes dies ermöglicht. Dabei wären dann im Vergleich zu dem Plus-Planetensatz ebenfalls die Hohlrad- und die Planetensteganbindung miteinander zu tauschen, sowie eine Getriebestandübersetzung um eins zu reduzieren. Im Rahmen der Erfindung sind die drei Planetenradsätze jedoch bevorzugt jeweils als Minus-Planetensatz ausgeführt.Where it is possible to connect the individual elements, a minus planetary gearset can be converted into a plus planetary gearset, in which case the ring gear and planetary carrier connection must be swapped over compared to the negative planetary gearset design, and a gear ratio increased by one. Conversely, a plus planetary gear set could also be replaced by a minus planetary gear set, provided that the connection of the transmission elements allows this. In this case, in comparison to the plus planetary gear set, the ring gear and planet carrier connection would also have to be swapped with one another, and a gear ratio would have to be reduced by one. In the context of the invention, however, the three planetary gear sets are preferably each designed as a minus planetary gear set.
Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement zu einer Schalteinrichtung zusammengefasst, welcher ein Betätigungselement zugeordnet ist. Dabei kann über das Betätigungselement aus einer Neutralstellung heraus einerseits das erste Schaltelement und andererseits das zweite Schaltelement betätigt werden. Dies hat den Vorteil, dass durch dieses Zusammenfassen die Anzahl an Betätigungselementen und damit auch der Herstellungsaufwand reduziert werden kann.According to a further embodiment of the invention, the first switching element and the second switching element are combined to form a switching device, to which an actuating element is assigned. The first switching element on the one hand and the second switching element on the other hand can be actuated via the actuating element from a neutral position. This has the advantage that the number of actuating elements and thus also the production costs can be reduced by combining them.
Alternativ oder auch ergänzend zu der vorgenannten Variante sind das vierte Schaltelement und das fünfte Schaltelement zu einer Schalteinrichtung zusammengefasst, welcher ein Betätigungselement zugeordnet ist. Über dieses Betätigungselement kann dabei aus einer Neutralstellung heraus einerseits das vierte Schaltelement und andererseits das fünfte Schaltelement betätigt werden. Hierdurch kann der Herstellungsaufwand reduziert werden, indem durch das Zusammenfassen der beiden Schaltelemente zu einer Schalteinrichtung eine Betätigungseinrichtung für beide Schaltelemente verwendet werden kann.As an alternative or in addition to the aforementioned variant, the fourth switching element and the fifth switching element are combined to form a switching device, to which an actuating element is assigned. This actuating element can be used to actuate the fourth shifting element on the one hand and the fifth shifting element on the other hand from a neutral position. As a result, the production costs can be reduced by combining the two switching elements into one switching device, in that one actuating device can be used for both switching elements.
Weiter alternativ oder auch ergänzend zu den beiden vorgenannten Varianten sind das dritte Schaltelement und das sechste Schaltelement zu einer Schalteinrichtung zusammengefasst, welcher ein Betätigungselement zugeordnet ist. Über dieses Betätigungselement kann dabei aus einer Neutralstellung heraus einerseits das dritte Schaltelement und andererseits das sechste Schaltelement betätigt werden. Auch hierdurch kann der Herstellungsaufwand reduziert werden, da somit ein Betätigen der beiden Schaltelemente über eine gemeinsame Betätigungseinrichtung stattfinden kann.As an alternative or in addition to the two aforementioned variants, the third switching element and the sixth switching element are combined to form a switching device, to which an actuating element is assigned. This actuating element can be used to actuate the third shifting element on the one hand and the sixth shifting element on the other hand from a neutral position. This also makes it possible to reduce the production costs, since the two switching elements can thus be actuated via a common actuating device.
Besonders bevorzugt sind aber alle drei vorgenannten Schalteinrichtungen realisiert, so dass die sechs Schaltelemente des Getriebes über drei Betätigungselemente betätigt werden können. Hierdurch lässt sich ein besonders niedriger Herstellungsaufwand verwirklichen.However, all three of the aforementioned shifting devices are particularly preferably implemented, so that the six shifting elements of the transmission can be actuated via three actuating elements. As a result, a particularly low production cost can be achieved.
Im Rahmen der Erfindung kann dem Getriebe ein Anfahrelement vorgeschaltet sein, beispielsweise ein hydrodynamischer Drehmomentwandler oder eine Reibkupplung. Dieses Anfahrelement kann dann auch Bestandteil des Getriebes sein und dient der Gestaltung eines Anfahrvorgangs, indem es eine Schlupfdrehzahl zwischen der insbesondere als Brennkraftmaschine gestalteten Antriebsmaschine und der ersten Eingangswelle des Getriebes ermöglicht. Hierbei kann auch eines der Schaltelemente des Getriebes oder das evtl. vorhandene siebte Schaltelement als ein solches Anfahrelement ausgebildet sein, indem es bzw. sie als Reibschaltelement vorliegt. Zudem kann auf jeder Welle des Getriebes prinzipiell ein Freilauf zum Getriebegehäuse oder zu einer anderen Welle angeordnet werden.Within the scope of the invention, the transmission can be preceded by a starting element, for example a hydrodynamic torque converter or a friction clutch. This starting element can then also be part of the transmission and is used to design a starting process by enabling a slip speed between the engine, which is designed in particular as an internal combustion engine, and the first input shaft of the transmission. In this case, one of the shifting elements of the transmission or the seventh shifting element that may be present can also be designed as such a starting element, in that it is present as a friction shifting element. In addition, a freewheel to the transmission housing or to another shaft can in principle be arranged on each shaft of the transmission.
Das erfindungsgemäße Getriebe ist insbesondere Teil eines Kraftfahrzeugantriebsstranges für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug und ist dann zwischen einer als Verbrennungskraftmaschine oder als Elektromaschine gestalteten Antriebsmaschine des Kraftfahrzeuges und weiteren, in Kraftflussrichtung zu Antriebsrädern des Kraftfahrzeuges folgenden Komponenten des Antriebsstranges angeordnet. Hierbei ist die erste Eingangswelle des Getriebes entweder permanent drehfest mit einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine bzw. der Rotorwelle der Elektromaschine gekoppelt oder über ein zwischenliegendes Anfahrelement bzw. das ggf. vorgesehene, siebte Schaltelement mit dieser verbindbar, wobei zwischen einer Verbrennungskraftmaschine und dem Getriebe zudem ein Torsionsschwingungsdämpfer vorgesehen sein kann. Abtriebsseitig ist das Getriebe innerhalb des Kraftfahrzeugantriebsstranges dann bevorzugt mit einem Differentialgetriebe einer Antriebsachse des Kraftfahrzeuges gekoppelt, wobei hier allerdings auch eine Anbindung an ein Längsdifferential vorliegen kann, über welches eine Verteilung auf mehrere angetriebene Achsen des Kraftfahrzeuges stattfindet. Das Differentialgetriebe bzw. das Längsdifferential kann dabei mit dem Getriebe in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Ebenso kann auch ein ggf. vorhandener Torsionsschwingungsdämpfer mit in dieses Gehäuse integriert sein.The transmission according to the invention is in particular part of a motor vehicle drive train for a hybrid or electric vehicle and is then arranged between a drive motor of the motor vehicle designed as an internal combustion engine or as an electric machine and other components of the drive train following in the direction of power flow to the drive wheels of the motor vehicle. In this case, the first input shaft of the transmission is either permanently coupled in a rotationally fixed manner to a crankshaft of the internal combustion engine or the rotor shaft of the electric machine, or can be connected to it via an intermediate starting element or the seventh shifting element that may be provided, with a torsional vibration damper between an internal combustion engine and the transmission can be provided. On the output side, the transmission within the motor vehicle drive train is then preferably provided with a differential gear coupled to a drive axle of the motor vehicle, although here there can also be a connection to a longitudinal differential, via which distribution to a plurality of driven axles of the motor vehicle takes place. The differential gear or the longitudinal differential can be arranged with the gear in a common housing. A torsional vibration damper that may be present can also be integrated into this housing.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann bei dem Kraftfahrzeugantriebsstrang eine weitere Antriebsachse des Hybridfahrzeuges über eine weitere Elektromaschine angetrieben werden. Der Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges ist in diesem Fall so konzipiert, dass die eine Antriebsachse, bevorzugt eine Vorderachse des Kraftfahrzeuges, über die Antriebsmaschine mittels des zwischenliegenden, erfindungsgemäßen Getriebes angetrieben werden kann, während eine weitere Antriebsachse, bevorzugt eine Hinterachse, unabhängig davon über eine weitere Elektromaschine antreibbar ist. Dabei ist diese weitere Elektromaschine insbesondere mit einem Differentialgetriebe der Antriebsachse gekoppelt, wobei hierbei ein zusätzliches Getriebe zwischen der weiteren Elektromaschine und dem Differentialgetriebe vorgesehen sein kann.According to one embodiment of the invention, a further drive axle of the hybrid vehicle can be driven via a further electric machine in the motor vehicle drive train. In this case, the drive train of the motor vehicle is designed in such a way that one drive axle, preferably a front axle of the motor vehicle, can be driven via the drive engine by means of the intermediate transmission according to the invention, while a further drive axle, preferably a rear axle, can be driven independently of this via a further electric machine is drivable. In this case, this additional electric machine is coupled in particular to a differential gear of the drive axle, in which case an additional gear can be provided between the additional electric machine and the differential gear.
Dass zwei Bauelemente des Getriebes „verbunden“ bzw. „gekoppelt“ sind bzw. „miteinander in Verbindung stehen“, meint im Sinne der Erfindung eine permanente Koppelung dieser Bauelemente, so dass diese nicht unabhängig voneinander rotieren können. Insofern ist zwischen diesen Bauelementen, bei welchen es sich um Elemente der Planetenradsätze und/oder auch Wellen und/oder ein drehfestes Bauelement des Getriebes handeln kann, kein Schaltelement vorgesehen, sondern die entsprechenden Bauelemente sind mit gleichbleibender Drehzahlabhängigkeit miteinander gekoppelt.For the purposes of the invention, the fact that two components of the transmission are “connected” or “coupled” or “are connected to one another” means a permanent coupling of these components so that they cannot rotate independently of one another. In this respect, no switching element is provided between these components, which can be elements of the planetary gear sets and/or shafts and/or a non-rotatable component of the transmission, but the corresponding components are coupled to one another with a constant speed dependency.
Ist hingegen ein Schaltelement zwischen zwei Bauelementen vorgesehen, so sind diese Bauelemente nicht permanent miteinander gekoppelt, sondern eine Koppelung wird erst durch Betätigen des zwischenliegenden Schaltelements vorgenommen. Dabei bedeutet eine Betätigung des Schaltelements im Sinne der Erfindung, dass das betreffende Schaltelement in einen geschlossenen Zustand überführt wird und in der Folge die hieran unmittelbar angebundenen Bauelemente ggf. in ihren Drehbewegungen aneinander angleicht. Im Falle einer Ausgestaltung des betreffenden Schaltelements als formschlüssiges Schaltelement werden die hierüber unmittelbar drehfest miteinander verbundenen Bauelemente unter gleicher Drehzahl laufen, während im Falle eines kraftschlüssigen Schaltelements auch nach einem Betätigen desselbigen Drehzahlunterschiede zwischen den Bauelementen bestehen können. Dieser gewollte oder auch ungewollte Zustand wird im Rahmen der Erfindung dennoch als drehfeste Verbindung der jeweiligen Bauelemente über das Schaltelement bezeichnet.If, on the other hand, a switching element is provided between two components, these components are not permanently coupled to one another, but coupling is only effected by actuating the switching element lying between them. An actuation of the switching element in the sense of the invention means that the relevant switching element is transferred to a closed state and as a result the components directly connected to it are adjusted to one another in terms of their rotational movements, if necessary. If the shifting element in question is designed as a positive shifting element, the components connected directly to one another in a rotationally fixed manner will run at the same speed, while in the case of a non-positive shifting element, there may be speed differences between the components even after it has been actuated. Within the scope of the invention, this desired or also undesired state is nevertheless referred to as a non-rotatable connection of the respective components via the switching element.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.The invention is not limited to the specified combination of features of the main claim or the claims dependent thereon. In addition, there are possibilities of combining individual features with one another, even if they emerge from the claims, the following description of preferred embodiments of the invention or directly from the drawings. Reference of the claims to the drawings by the use of reference signs is not intended to limit the scope of the claims.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung, die nachfolgend erläutert werden, sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:
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1 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugs mit einem Kraftfahrzeugantriebsstrang entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; -
2 eine schematische Ansicht eines Teils des Kraftfahrzeugantriebsstranges aus1 im Bereich eines Getriebes, welches entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung gestaltet ist; -
3 eine schematische Darstellung eines Getriebes gemäß einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung, -
4 ein beispielhaftes Schaltschema der Getriebe ausden 2 und 3 ; und -
5 eine tabellarische Darstellung unterschiedlicher Zustände des Kraftfahrzeugantriebsstranges aus1 miteinem Getriebe nach 2 oder 3 .
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1 a schematic view of a motor vehicle with a motor vehicle drive train according to a preferred embodiment of the invention; -
2 Figure 12 is a schematic view of a portion of theautomotive powertrain 1 in the field of a transmission designed according to a first embodiment of the invention; -
3 a schematic representation of a transmission according to a second embodiment of the invention, -
4 an exemplary shift pattern of the transmission from the2 and3 ; and -
5 a tabular representation of different states of the motorvehicle drive train 1 with a gearbox after2 or3 .
So können die Antriebsräder 5 und 6 der ersten Antriebsachse 2 über eine Antriebsmaschine 9 in Form einer Verbrennungskraftmaschine über ein zwischenliegendes Getriebe 10 angetrieben werden, wohingegen bei der zweiten Antriebsachse 3 ein Antrieb der Antriebsräder 7 und 8 über eine Elektromaschine 11 mittels eines zwischengeschalteten Getriebes 12 möglich ist. Dabei handelt es sich bei dem zwischengeschalteten Getriebe 12 bevorzugt um ein Differentialgetriebe, über welches eine Antriebsleistung der Elektromaschine 11 auf die beiden Antriebsräder 7 und 8 der zweiten Antriebsachse 3 verteilt werden kann.The
Aus
Die Anschlusswelle 13 ist an einem axialen Ende des Getriebes 10 über eine zwischenliegende Übersetzungsstufe 17 mit einer achsparallel liegenden Antriebswelle 18 gekoppelt, welche innerhalb des Kraftfahrzeugantriebsstranges 4 über einen zwischenliegenden Torsionsschwingungsdämpfer 19 mit der vorgeschalteten Antriebsmaschine 9 gekoppelt ist. Im vorliegenden Fall können auch die Antriebswelle 18 und des Torsionsschwingungsdämpfer 19 mit in ein Getriebegehäuse des Getriebes 10 integriert sein. Die Übersetzungsstufe 17 ist im vorliegenden Fall als Zugmitteltrieb ausgeführt, wobei es sich bei diesem Zugmitteltrieb dabei um einen Kettentrieb 20 handelt. Dabei ist auf der Anschlusswelle 13 ein erstes Kettenrad 21 drehfest angeordnet, welches über eine Antriebskette mit einem zweiten Kettenrad 22 gekoppelt ist, wobei dieses zweite Kettenrad 22 drehfest auf der Antriebswelle 18 platziert ist. The connecting
Wie in
Die Ausgangswelle 16 ist über eine Stirnradstufe 27 mit einer achsparallel liegenden Zwischenwelle 28 gekoppelt, wobei sich die Stirnradstufe 27 dabei aus einem Stirnrad 29 und einem Stirnrad 30 zusammensetzt. Das Stirnrad 29 ist hierbei drehfest auf der Ausgangswelle 16 angeordnet und steht permanent mit dem Stirnrad 30 im Zahneingriff, welches drehfest auf der Zwischenwelle 28 platziert ist. Die Zwischenwelle 28 trägt außerdem ein Stirnrad 31 einer Stirnradstufe 32, mit welcher die Zwischenwelle 28 mit einem Differentialkorb 33 eines achsparallel liegenden Differentialgetriebes 34 gekoppelt ist. Der Differentialkorb 33 ist dabei drehfest mit einem Stirnrad 35 der Stirnradstufe 32 verbunden, wobei das Stirnrad 35 permanent mit dem auf der Zwischenwelle 28 platzierten Stirnrad 31 im Zahneingriff steht. Über das Differentialgetriebe 34 kann dabei eine Antriebsleistung innerhalb des Kraftfahrzeugantriebsstranges 4 in
Das Getriebe 10 umfasst zudem drei Planetenradsätze 36, 37 und 38, wobei jeder der Planetenradsätze 36, 37 und 38 je ein erstes Element 39 bzw. 40 bzw. 41, je ein zweites Element 42 bzw. 43 bzw. 44 und je ein drittes Element 45 bzw. 46 bzw. 47 aufweist. Das jeweilige erste Element 39 bzw. 40 bzw. 41 ist dabei jeweils durch je ein Sonnenrad des jeweiligen Planetenradsatzes 36 bzw. 37 bzw. 38 gebildet, während das jeweilige zweite Element 42 bzw. 43 bzw. 44 des jeweiligen Planetenradsatzes 36 bzw. 37 bzw. 38 als Planetensteg und das jeweilige dritte Element 45 bzw. 46 bzw. 47 des jeweiligen Planetenradsatzes 36 bzw. 37 bzw. 38 als Hohlrad vorliegt.The
Im vorliegenden Fall liegen der erste Planetenradsatz 36, der zweite Planetenradsatz 37 und der dritte Planetenradsatz 38 jeweils als Minus-Planetensatz vor, dessen jeweiliger Planetensteg zumindest ein Planetenrad drehbar gelagert führt, welches sowohl mit dem jeweiligen radial innenliegenden Sonnenrad, als auch dem jeweiligen radial umliegenden Hohlrad im Zahneingriff steht. Besonders bevorzugt sind aber bei dem ersten Planetenradsatz 36, bei dem zweiten Planetenradsatz 37 und auch bei dem dritten Planetenradsatz 38 jeweils mehrere Planetenräder vorgesehen.In the present case, the first planetary gear set 36, the second planetary gear set 37 and the third planetary gear set 38 are each a negative planet Netensatz before, the respective planetary carrier leads rotatably mounted at least one planetary gear, which is in mesh with both the respective radially inner sun gear, as well as the respective radially surrounding ring gear. However, a plurality of planet gears are particularly preferably provided in the first planetary gear set 36, in the second planetary gear set 37 and also in the third planetary gear set 38.
Sofern es die Anbindung zulässt, könnten einer oder auch mehrere der Planetenradsätze 36, 37 und 38 jeweils auch als Plus-Planetensatz ausgeführt werden, wobei im Vergleich zu der Ausführung als Minus-Planetensatz dann das jeweilige zweite Element 42 bzw. 43 bzw. 44 durch das jeweilige Hohlrad und das jeweilige dritte Element 45 bzw. 46 bzw. 47 durch den jeweiligen Planetensteg gebildet und zudem eine jeweilige Getriebestandübersetzung um eins erhöht werden muss. Bei einem Plus-Planetenradsatz führt der Planetensteg dann mindestens ein Planetenradpaar drehbar gelagert, von dessen Planetenrädern ein Planetenrad mit dem radial innenliegenden Sonnenrad und ein Planetenrad mit dem radial umliegenden Hohlrad im Zahneingriff steht, sowie die Planetenräder untereinander kämmen.If the connection permits, one or more of the planetary gear sets 36, 37 and 38 could each also be designed as a positive planetary gear set, in which case the respective
Wie in
Vorliegend ist das erste Element 39 des ersten Planetenradsatzes 36 über eine Welle 48 drehfest mit dem zweiten Element 44 des dritten Planetenradsatzes 38 verbunden, während das zweite Element 42 des ersten Planetenradsatzes 36 über eine Welle 49 permanent drehfest mit dem ersten Element 40 des zweiten Planetenradsatzes und 30 in Verbindung steht. Des Weiteren ist das dritte Element 45 des ersten Planetenradsatzes 36 ständig drehfest mit der zweiten Eingangswelle 15 verbunden, wohingegen die erste Eingangswelle 14 permanent drehfest mit dem dritten Element 47 des dritten Planetenradsatzes 38 in Verbindung steht. Außerdem sind sowohl das dritte Element 46 des zweiten Planetenradsatzes 37, als auch das erste Element 41 des dritten Planetenradsatzes 38 jeweils ständig am drehfesten Bauelement 26 des Getriebes 10 festgesetzt.In the present case, the
Wie zudem in
Durch Schließen des Schaltelements K5 wird das zweite Element 43 des zweiten Planetenradsatzes 37 drehfest mit der Ausgangswelle 16 verbunden, indem das Schaltelement K5 eine drehfeste Verbindung zwischen der Ausgangswelle 16 und einer Welle 50 herstellt, die ständig drehfest mit dem zweiten Element 43 des zweiten Planetenradsatzes 37 verbunden ist. Schließlich bewirkt das Schaltelement K6 im geschlossenen Zustand eine drehfeste Verbindung zwischen der Welle 48 und der Welle 49, was damit auch eine drehfeste Verbindung des ersten Elements 39 des ersten Planetenradsatzes 36 und des zweiten Elements 42 des ersten Planetenradsatzes 36 zur Folge hat. Letzteres bedeutet dabei ein Verblocken des ersten Planetenradsatzes 36.By closing the shifting element K5, the
Die Wellen 48, 49 und 50 sind im vorliegenden Fall ebenfalls koaxial zu der ersten Eingangswelle 14, der zweiten Eingangswelle und der Ausgangswelle 16 platziert, wobei die Wellen 48, 49 und 50 dabei als Hohlwellen ausgestaltet sind, die jeweils radial umliegend zu der ersten Eingangswelle 14 angeordnet sind und jeweils axial mit einem Teil der ersten Eingangswelle 14 überdecken.In the present case, the
Die Planetenradsätze 36, 37 und 38 liegen ebenfalls koaxial zu den Eingangswellen 14 und 15 und der Ausgangswelle 16, wobei sie auf das Schaltelement K0 axial folgend in der Reihenfolge erster Planetenradsatz 36, zweiter Planetenradsatz 37 und dritter Planetenradsatz 38 angeordnet sind. Dabei ist die Elektromaschine 23 axial auf Höhe des ersten Planetenradsatzes 36 angeordnet, wobei der erste Planetenradsatz 36 dabei radial innenliegend zu der Elektromaschine 23 vorgesehen ist.The planetary gear sets 36, 37 and 38 are also coaxial with the
Wie zudem aus
Das Schaltelement K4 und das Schaltelement K5 sind axial zwischen der Stirnradstufe 27 und dem zweiten Planetenradsatz 37 vorgesehen, wobei das Schaltelement K4 dabei axial zwischen dem Stirnrad 29 der Stirnradstufe 27 und dem Schaltelement K5 platziert ist. Dabei sind das Schaltelement K4 und das Schaltelement K5 axial unmittelbar nebeneinanderliegend sowie radial auf derselben Höhe platziert und weisen ein gemeinsames Betätigungselement auf, über welches aus einer Neutralstellung heraus einerseits das Schaltelement K4 und andererseits das Schaltelement K5 betätigt werden kann. Insofern sind das Schaltelement K4 und das Schaltelement K5 zu einer Schalteinrichtung 52 zusammengefasst.The shifting element K4 and the shifting element K5 are provided axially between the
Ebenso sind auch das Schaltelement K3 und das Schaltelement K6 zu einer Schalteinrichtung 53 zusammengefasst, indem sie axial unmittelbar nebeneinanderliegend sowie radial auf derselben Höhe angeordnet sind. Bei der Schalteinrichtung 53 kann über ein gemeinsames Betätigungselement aus einer Neutralstellung heraus zum einen das Schaltelement K3 sowie zum anderen das Schaltelement K6 in einen jeweils betätigten Zustand überführt werden. Das Schaltelement K3 und das Schaltelement K6 sind dabei axial zwischen dem zweiten Planetenradsatz 37 und dem dritten Planetenradsatz 38 vorgesehen, wobei die Schaltelemente K3 und K6 dabei axial zwischen dem dritten Planetenradsatz 38 und dem Stirnrad 29 der Stirnradstufe 27 liegen. Das Schaltelement K3 ist hierbei axial benachbart zu dem auf der Ausgangswelle 16 drehfest platzierten Stirnrad 29 angeordnet.Likewise, the switching element K3 and the switching element K6 are combined to form a
Eine Anbindung des dritten Elements 46 des zweiten Planetenradsatzes 37 an das drehfeste Bauelement 26 ist im Wesentlichen axial auf Höhe des zweiten Planetenradsatzes 37 vollzogen, während das erste Element 41 des dritten Planetenradsatzes 38 axial zwischen dem dritten Planetenradsatz 38 und der Schalteinrichtung 53 mit dem drehfesten Bauelement 26 verbunden ist. Dies hat dann auch zur Folge, dass eine Anbindung des zweiten Elements 44 des dritten Planetenradsatzes 38 an die Welle 48 und eine drehfeste Verbindung des dritten Elements 47 des dritten Planetenradsatzes 38 mit der ersten Eingangswelle 14 axial von einem axialen Ende des Getriebes 10 her vollzogen ist, welches entgegengesetzt zu dem axialen Ende des Getriebes 10 liegt, an dem die Koppelung der Anschlusswelle 13 über die Übersetzungsstufe 17 ausgebildet ist. Ein radialer Abschnitt der Welle 48, über welchen die Anbindung an das zweite Element 44 hergestellt ist, ist dabei axial zwischen dem dritten Planetenradsatz 38 und einem radialen Abschnitt der ersten Eingangswelle 14 vorgesehen, über den die drehfeste Anbindung der ersten Eingangswelle 14 an das dritte Element 47 ausgebildet ist.The
Ferner geht aus
In
Wie in
Zudem ergibt sich noch ein vierter Gang V4 zwischen der ersten Eingangswelle 14 bzw. 14' und der Ausgangswelle 16 durch Betätigen der Schaltelemente K2 und K4, während ein fünfter Gang V5 zwischen der ersten Eingangswelle 14 bzw. 14' und der Ausgangswelle 16 durch Schließen der Schaltelemente K1 und K4 dargestellt wird. Die Gänge V1 bis V5 können aufgrund der Koppelung der ersten Eingangswelle 14 bzw. 14', die ihrerseits über das Schaltelement KO mit der Anschlusswelle 13 und dementsprechend über die Übersetzungsstufe 17 und die Antriebswelle 18 auch mit der vorgeschalteten Antriebsmaschine 9 verbindbar ist, mit der Ausgangswelle 16 jeweils für einen Antrieb über die vorgeschaltete Antriebsmaschine 9 genutzt werden.In addition, there is a fourth gear V4 between the
Ferner ergibt sich zwischen der zweiten Eingangswelle 15 und der Ausgangswelle 16 noch ein Gang E1, welcher durch Schließen der Schaltelemente K5 und K6 geschaltet wird. Durch die Koppelung der zweiten Eingangswelle 15 mit der Ausgangswelle 16 im Gang E1 kann dementsprechend eine Einbindung der Elektromaschine 23 vollzogen werden, so dass im Gang E1 ein Antrieb der Antriebsachse 2 über die Elektromaschine 23 stattfinden kann. Von der Darstellung her entspricht dieser Gang E1 dabei dem Gang V1 zwischen der ersten Eingangswelle 14 bzw. 14'und der Ausgangswelle 16, so dass bei Einbindung der vorgeschalteten Antriebsmaschine 9 im Gang V1 durch zusätzliches Schließen des Schaltelements K0 stets auch die Elektromaschine 23 eingebunden ist.Furthermore, there is another gear E1 between the
In
In einem ersten Zustand I kann dabei ein Lade- oder Startbetrieb realisiert werden, indem von den Schaltelementen K1 bis K6 lediglich das Schaltelement K1 geschlossen sowie das Schaltelement K0 betätigt wird. Dadurch ist die erste Eingangswelle 14 bzw. 14' und damit auch die Antriebsmaschine 9 zum einen über den dritten Planetenradsatz 38 mit dem ersten Element 39 des ersten Planetenradsatzes 36 gekoppelt sowie durch Schließen des ersten Schaltelements K1 drehfest mit dem zweiten Element 42 des ersten Planetenradsatzes 36 verbunden, während die zweite Eingangswelle 15 und damit auch die Elektromaschine 23 drehfest mit dem dritten Element 45 des ersten Planetenradsatzes 36 in Verbindung steht. Gleichzeitig ist dabei kein Kraftschluss zur Ausgangswelle 16 hergestellt, so dass sich das Getriebe 10 bzw. 10' in einer Neutralstellung befindet. In dem ersten Zustand I dreht die zweite Eingangswelle 15 schneller als die erste Eingangswelle 14 bzw. 14'. In einem generatorischen Betrieb der Elektromaschine 23 kann dabei ein Laden eines elektrischen Energiespeichers vollzogen werden, während in einem elektromotorischen Betrieb der Elektromaschine 23 ein Starten der Antriebsmaschine 9 über die Elektromaschine 23 durchgeführt werden kann.In a first state I, charging or starting operation can be implemented in that of the switching elements K1 to K6 only the switching element K1 is closed and the switching element K0 is actuated. As a result, the
Auch in einem zweiten Zustand II kann in einem generatorischen Betrieb der Elektromaschine 23 ein Laden eines Energiespeichers sowie in einem elektromotorischen Betrieb der Elektromaschine 23 ein Starten der vorgeschalteten Antriebsmaschine 9 vollzogen werden, wozu lediglich das Schaltelement K2 zu schließen und das Schaltelement K0 zu betätigen ist. Denn dies hat eine direkte drehfeste Verbindung der ersten Eingangswelle 14 bzw. 14' mit der zweiten Eingangswelle 15 zur Folge, so dass auch die Elektromaschine 23 und die an der ersten Eingangswelle 14 bzw. 14' über das Schaltelement KO angebundene Antriebsmaschine 9 miteinander gekoppelt sind. Erneut ist dabei kein Kraftschluss zur Ausgangswelle 15 hergestellt. Aufgrund der direkten, drehfesten Verbindung der beiden Eingangswellen 14 bzw. 14' und 15 drehen die beiden Eingangswellen 14 bzw. 14' und 15 dabei gleich schnell.In a second state II, an energy store can also be charged when the
Ferner kann in einem dritten Zustand III ein Lade- oder Startbetrieb realisiert werden, indem das Schaltelement K0 geschlossen und das Schaltelement K6 betätigt wird. Hierdurch ist die erste Eingangswelle 14 bzw. 14' und damit auch die über das Schaltelement K0 angebundene Antriebsmaschine 9 über den dritten Planetenradsatz 38 und den verblockten, ersten Planetenradsatz 36 mit der zweiten Eingangswelle 15 gekoppelt, wobei die zweite Eingangswelle 15 dabei langsamer dreht, als die erste Eingangswelle 14 bzw. 14'. In diesem Zustand III kann auch ein direkter Übergang in den Gang V1 vollzogen werden, indem zusätzlich noch das Schaltelement K5 in einen betätigten Zustand überführt wird. In einem generatorischen Betrieb der Elektromaschine 23 kann dabei ein Laden eines Energiespeichers realisiert werden, während in deren elektromotorischen Betrieb ein Starten der über das Schaltelement K0 angebundene Antriebsmaschine 9 stattfinden kann.Furthermore, in a third state III, charging or starting operation can be implemented by Switching element K0 is closed and switching element K6 is actuated. As a result, the
Die Zustände I bis III können jeweils in einem generatorischen Betrieb der Elektromaschine 23 auch dazu genutzt werden, Strom zu erzeugen, mithilfe von welchem ein Antrieb der Antriebsachse 3 im Kraftfahrzeugantriebsstrang 4 mittels der Elektromaschine 12 vorgenommen wird.When the
Ferner kann in einem vierten Zustand IV ein rein elektrischer Antrieb der Antriebsachse 2 des Kraftfahrzeugantriebsstranges 4 vorgenommen werden, wozu die Schaltelemente K5 und K6 zu schließen sind, während das Schaltelement K0 geöffnet ist, so dass die Antriebsmaschine 9 abgekoppelt ist. Hierdurch wird in dem Getriebe 10 bzw. 10' der Gang E1 zwischen der zweiten Eingangswelle 15 und der Ausgangswelle 16 geschaltet und damit die Elektromaschine 23 eingebunden, so dass in deren elektromotorischen Betrieb der Antrieb der Antriebsachse 2 vorgenommen werden kann.Furthermore, in a fourth state IV, the
In einem Zustand V kann des Weiteren ein Anfahrmodus für Vorwärtsfahrt bei Antrieb über die vorgeschaltete Antriebsmaschine 9 realisiert werden, wozu neben dem Schaltelement K0 lediglich das Schaltelement K5 zu betätigen ist. Dadurch treibt die Antriebsmaschine 9 über die erste Eingangswelle 14 bzw. 14' mittels des dritten Planetenradsatzes 38 das erste Element 39 des ersten Planetenradsatzes 36 an, während die Elektromaschine 23 über die zweite Eingangswelle 15 am dritten Element 45 des ersten Planetenradsatzes 36 abstützen und ein Abtrieb über das zweite Element 42 des ersten Planetenradsatzes 36 mittels des zweiten Planetenradsatzes 37 auf die Ausgangswelle 16 erfolgen kann. Aus diesem Zustand heraus kann die vorgeschaltete Antriebsmaschine 9 in den Gang V1, in den Gang V2 und in den Gang V3.1 jeweils zugestartet werden, da in diesen Gängen jeweils ebenfalls das Schaltelement K5 geschlossen ist.Furthermore, in a state V, a starting mode for forward travel when driven by the
Auch in einem Zustand VI kann in dem Kraftfahrzeugantriebsstrang 4 ein Anfahrmodus für Vorwärtsfahrt bei Antrieb über Antriebsmaschine 9 dargestellt werden, wozu neben dem Schaltelement K0 lediglich das Schaltelement K4 zu schließen ist. Dadurch ist die vorgeschaltete Antriebsmaschine 9 über die erste Eingangswelle 14 bzw. 14' und mittels des dritten Planetenradsatzes 38 mit dem ersten Element 39 des ersten Planetenradsatzes 36 verbunden und kann über das erste Element 39 antreiben, während die Elektromaschine 23 über die zweite Eingangswelle 15 ein Abstützen am dritten Element 45 des ersten Planetenradsatzes 36 vornehmen kann. Ein Abtrieb auf die Ausgangswelle 16 erfolgt dann durch direkte drehfeste Verbindung des zweiten Elements 42 des ersten Planetenradsatzes 36 mit der Ausgangswelle 16. Aus diesem Zustand VI heraus kann die vorgeschaltete Antriebsmaschine 9 in dem Gang V3.2, dem Gang V3.6, dem Gang V4 oder dem Gang V5 betrieben werden, weil in diesen Gängen jeweils ebenfalls das Schaltelement K4 geschlossen ist.In a state VI, a starting mode for forward travel when driven by the
Die Zustände V und VI können außerdem für einen leistungsverzweigte Betrieb genutzt werden, da sich in dem jeweiligen Zustand V bzw. VI eine Überlagerung von Drehbewegungen der vorgeschalteten Antriebsmaschine 9 und der Elektromaschine 23 an dem ersten Planetenradsatz 36 einstellt, so dass jeweils auch eine Antriebsbewegung der vorgeschalteten Antriebsmaschine 9 in geeigneter Weise mit einer Antriebsbewegung der Elektromaschine 23 überlagert werden kann. Hierdurch kann auch ein batterieneutraler Betrieb verwirklicht werden.States V and VI can also be used for power-split operation, since in the respective state V or VI there is a superimposition of rotational movements of the
In den Zuständen VII bis XVI findet dann jeweils ein Antrieb der Antriebsachse 2 über die vorgeschaltete Antriebsmaschine 9 statt, wobei hierbei jeweils einer der Gänge V1, V2, V3.1, V3.2, V3.3, V3.4, V3.5, V3.6, V4 bzw. V5 geschaltet, wie dies zu
Obwohl die Schaltelemente K1, K2, K3, K4, K5 und K6 jeweils als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt sind, kann dabei ein aufeinanderfolgendes Schalten zwischen den Zuständen VII bis XVI unter Last erfolgen:
- So kann beim Wechsel von Zustand VII in Zustand VIII und damit auch zwischen dem Gang V1 und dem Gang V2 einerseits das geforderte Abtriebsmoment an
der Ausgangswelle 16 bereitgestellt und andererseits das für den Gangwechsel auszulegende Schaltelement K6 lastfrei gemacht werden, indemMomente der Elektromaschine 23 und der vorgeschalteten Antriebsmaschine 9 entsprechend eingestellt werden. Ist dies geschehen, so wird das Schaltelement K6 geöffnet, wobei darauf folgend dieMomente der Elektromaschine 23 und der vorgeschalteten Antriebsmaschine 9 so eingestellt werden, dass zwar einerseits nach wie vor das jeweils geforderte Abtriebsmoment ander Ausgangswelle 16 bereitgestellt wird, andererseits aber die Drehzahl der ersten Eingangswelle 14 bzw. 14' absinkt. Liegen dann synchrone Drehzahlen am zu betätigenden Schaltelement K1 vor, so wird dieses geschlossen.
- Thus, when changing from state VII to state VIII and thus also between gear V1 and gear V2, on the one hand the required output torque can be provided at the
output shaft 16 and on the other hand the shifting element K6 to be designed for the gear change can be made load-free by torques from theelectric machine 23 and theupstream drive machine 9 are set accordingly. Once this has happened, the switching element K6 is opened, with the torques of theelectric machine 23 and theupstream drive machine 9 then being set in such a way that, on the one hand, the required output torque is still provided at theoutput shaft 16, but on the other hand the speed of thefirst input shaft 14 or 14' drops. If synchronous speeds are then present at the switching element K1 to be actuated, then this is closed.
Hierdurch ist dann der Gang V2 geschaltet und damit der Übergang zu Zustand VIII vollzogen.As a result, gear V2 is then engaged and the transition to state VIII is thus completed.
In analoger Weise ist dies auch bei einer Schaltung von dem Gang V2 in den Gang V3.1 und damit bei einem Wechsel zwischen Zustand VIII und Zustand IX möglich, indem auch hier das Schaltelement K5 geschlossen bleibt. Erneut werden Momente der vorgeschalteten Antriebsmaschine 9 und der Elektromaschine 23 so eingestellt, dass ein gefordertes Antriebsmoment an der Ausgangswelle bereitgestellt wird und zudem das auszulegende Schaltelement K1 lastfrei wird. Ist dies erreicht, so wird das erste Schaltelement K1 geöffnet und in der Folge eine Einstellung der Momente der vorgeschalteten Antriebsmaschine 9 und der Elektromaschine 23 geändert. Dies erfolgt dabei derartig, dass einerseits das geforderte Antriebsmoment bereitgestellt wird und andererseits eine Änderung der Drehzahl der ersten Eingangswelle 14 bzw. 14' in den Bereich einer Synchrondrehzahl des nun zu schließenden Schaltelements K3 erfolgt. Liegt am Schaltelement K3 dann eine Drehzahlgleichheit vor, so wird dieses betätigt, wodurch der Gang V3.1 geschaltet und damit der Übergang zu Zustand IX vollzogen ist.In an analogous manner, this is also possible when shifting from gear V2 to gear V3.1 and thus when changing between state VIII and state IX, in that the shifting element K5 also remains closed here. Torques of the
Um im Weiteren unter Last hoch schalten zu können, ist vor einem Übergang in Zustand XV von Zustand IX und damit Gang V3.1 in Zustand X und damit Gang V3.2 umzuschalten. Aus den Gang V3.2 kann in der Folge eine Hochschaltung in den Gang V4 stattfinden, wobei dabei nun das Schaltelement K4 geschlossen bleibt, um durch Einstellung der Momente der vorgeschalteten Antriebsmaschine 9 und der Elektromaschine 23 einerseits das jeweils geforderte Antriebsmoment bereitzustellen sowie andererseits das für die Hochschaltung auszulegende Schaltelement K3 lastfrei zu bekommen. Mit Lastfreiheit wird das Schaltelement K3 dann geöffnet, wobei die Momente der vorgeschalteten Antriebsmaschine 9 und der Elektromaschine 23 im Folgenden so eingestellt werden, dass nach wie vor das geforderte Antriebsmoment an der Ausgangswelle 16 hervorgerufen sowie ein Absinken der Drehzahl der ersten Eingangswelle 14 bzw. 14' stattfindet. Werden dann synchrone Drehzahlen an dem zu schließenden Schaltelement K2 erreicht, so wird das zweite Schaltelement K2 geschlossen, wodurch der Gang V4 geschaltet ist.In order to be able to shift up further under load, before a transition to state XV, one has to switch from state IX and thus gear V3.1 to state X and thus gear V3.2. An upshift to gear V4 can then take place from gear V3.2, with the shifting element K4 now remaining closed in order to provide the required drive torque on the one hand and the required drive torque on the other hand by adjusting the torques of the
Schließlich wird für einen Wechsel von Zustand XV in Zustand XVI und damit von Gang V4 in Gang V5 zunächst eine Lastfreiheit an dem hierfür zu öffnenden Schaltelement K2 durch Einstellung der Momente der vorgeschalteten Antriebsmaschine 9 und der Elektromaschine 23 hervorgerufen. Ist das Schaltelement K2 lastfrei, so wird dieses geöffnet und in der Folge eine Einstellung der Momente der vorgeschalteten Antriebsmaschine 9 und der Elektromaschine 23 zum Erreichen von synchronen Drehzahlen an dem im Folgenden zu betätigenden Schaltelement K1 vorgenommen. Dabei wird stets das jeweils geforderte Abtriebsmoment bereitgestellt, wobei mit Erreichen synchroner Drehzahlen am Schaltelement K1 dieses geschlossen wird, so dass der Gang V5 geschaltet und der Zustand XVI erreicht ist.Finally, for a change from state XV to state XVI and thus from gear V4 to gear V5, first a load-free condition is brought about on the shifting element K2 to be opened for this purpose by adjusting the torques of the
Analog zu den vorstehend beschriebenen Hochschaltungen zwischen den Gängen V1 bis V5 können auch Rückschaltungen realisiert werden, indem die Abläufe entsprechend umgekehrt werden. Dabei sind auch Schubschaltungen möglich, indem die Elektromaschine 23 jeweils ein entsprechendes Moment am ersten Planetenradsatz 36 bremsend abstützt.Analogously to the above-described upshifts between the gears V1 to V5, downshifts can also be implemented by reversing the sequences accordingly. In this case, overrun shifts are also possible in that the
Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen kann ein Getriebe mit kompaktem Aufbau und mit gutem Wirkungsgrad realisiert werden.By means of the configurations according to the invention, a transmission with a compact design and a high level of efficiency can be implemented.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Kraftfahrzeugmotor vehicle
- 22
- Antriebsachsedrive axle
- 33
- Antriebsachsedrive axle
- 44
- Kraftfahrzeugantriebsstrangautomotive powertrain
- 55
- Antriebsraddrive wheel
- 66
- Antriebsraddrive wheel
- 77
- Antriebsraddrive wheel
- 88th
- Antriebsraddrive wheel
- 99
- Antriebsmaschineprime mover
- 1010
- Getriebetransmission
- 10'10'
- Getriebetransmission
- 1111
- Elektromaschineelectric machine
- 1212
- Getriebetransmission
- 1313
- Anschlusswelleconnecting shaft
- 1414
- erste Eingangswellefirst input wave
- 14'14'
- erste Eingangswellefirst input wave
- 1515
- zweite Eingangswellesecond input shaft
- 1616
- Ausgangswelleoutput shaft
- 1717
- Übersetzungsstufetranslation stage
- 1818
- Antriebswelledrive shaft
- 1919
- Torsionsschwingungsdämpfertorsional vibration damper
- 2020
- Kettentriebchain drive
- 2121
- KettenradSprocket
- 2222
- KettenradSprocket
- 2323
- Elektromaschineelectric machine
- 2424
- Statorstator
- 2525
- Rotorrotor
- 2626
- drehfestes Bauelementnon-rotatable component
- 2727
- Stirnradstufespur gear stage
- 2828
- Zwischenwelleintermediate shaft
- 2929
- Stirnradspur gear
- 3030
- Stirnradspur gear
- 3131
- Stirnradspur gear
- 3232
- Stirnradstufespur gear stage
- 3333
- Differentialkorbdifferential cage
- 3434
- Differentialgetriebedifferential gear
- 3535
- Stirnradspur gear
- 3636
- Erster PlanetenradsatzFirst planetary gear set
- 3737
- Zweiter PlanetenradsatzSecond planetary gear set
- 3838
- Dritter PlanetenradsatzThird planetary gear set
- 3939
- erstes Element erster Planetenradsatzfirst element first planetary gear set
- 4040
- erstes Element zweiter Planetenradsatzfirst element second planetary gear set
- 4141
- erstes Element dritter Planetenradsatzfirst element third planetary gear set
- 4242
- zweites Element erster Planetenradsatzsecond element first planetary gear set
- 4343
- zweites Element zweiter Planetenradsatzsecond element second planetary gear set
- 4444
- zweites Element Dritter Planetenradsatzsecond element third planetary gear set
- 4545
- drittes Element erster Planetenradsatzthird element first planetary gear set
- 4646
- drittes Element zweiter Planetenradsatzthird element second planetary gear set
- 4747
- drittes Element Dritter Planetenradsatzthird element third planetary gear set
- 4848
- WelleWave
- 48'48'
- WelleWave
- 4949
- WelleWave
- 5050
- WelleWave
- 5151
- Schalteinrichtungswitching device
- 5252
- Schalteinrichtungswitching device
- 5353
- Schalteinrichtung switching device
- K0K0
- Schaltelementswitching element
- K1K1
- Schaltelementswitching element
- K2K2
- Schaltelementswitching element
- K3K3
- Schaltelementswitching element
- K4K4
- Schaltelementswitching element
- K5K5
- Schaltelementswitching element
- K6K6
- Schaltelementswitching element
- I bis XVII to XVI
- Zuständeconditions
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-
2020
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