DE102021127969A1

DE102021127969A1 - Fahrzeugsystem mit mehrganggetriebe

Info

Publication number: DE102021127969A1
Application number: DE102021127969.0A
Authority: DE
Inventors: Eric M. Engerman
Original assignee: Dana Automotive Systems Group LLC
Current assignee: Dana Automotive Systems Group LLC
Priority date: 2020-10-28
Filing date: 2021-10-27
Publication date: 2022-04-28
Also published as: US11460093B2; CN114483907A; US20220128124A1; US20220381322A1

Abstract

Verfahren und Systeme für ein Fahrzeuggetriebe werden bereitgestellt. Ein Getriebesystem umfasst in einem Beispiel eine Zwischenwelle, drehgekoppelt an eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle, wobei die Eingangswelle dazu ausgelegt ist, Dreheingang von einer elektrischen Maschine zu empfangen. Das System umfasst ferner ein erstes Zahnrad, gekoppelt an die Zwischenwelle, und eine Vielzahl von Kupplungen, gekoppelt an die Eingangswelle und die Ausgangswelle und dazu ausgelegt, in einem ersten Modus Leistung direkt zwischen einem an die Eingangswelle gekoppelten zweiten Zahnrad, dem ersten Zahnrad und einem an die Ausgangswelle gekoppelten dritten Zahnrad zu übertragen, und in einem zweiten Modus Leistung indirekt zwischen dem zweiten Zahnrad, dem ersten Zahnrad und/oder dem dritten Zahnrad zu übertragen.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Elektroantriebsachse in einem Fahrzeug und insbesondere ein Mehrganggetriebe für eine Antriebsachse.
HINTERGRUND UND ABRISS
Elektrische und hybridelektrische Fahrzeuge nutzen elektrische Maschinen, die Energie von elektrischen Leistungsquellen nutzbar machen, um dem Fahrzeug Antrieb oder verstärkten Antrieb bereitzustellen. In einigen Fahrzeugen wurden Versuche unternommen, Elektroantriebsachsen einzusetzen, was teilweise auf ihre im Vergleich zu Fahrzeugen mit von den Achsen beabstandeten Motoren größere Anpassungsfähigkeit zurückzuführen ist. Die Erfinder haben jedoch erkannt, dass frühere Elektroantriebsachsen und andere Typen von Getrieben in Bezug auf die verfügbaren Gänge und die Konfektionierung Nachteile aufwiesen. Bei bestimmten Antriebsstrangentwürfen wurden Kompromisse zwischen der Anzahl der verfügbaren Gänge und der Konfektionierungseffizienz eingegangen. Beispielsweise wurde bei einigen elektrischen Antriebssträngen der verfügbare Gangbereich zulasten der Kompaktheit des Getriebes erweitert. Bei anderen Antriebssträngen wurde die Wählbarkeit der Gänge verringert, um die Konfektionierungseffizienz des Systems zu erhöhen. Große Elektrofahrzeug-Batteriepacks können diese Herausforderungen für die Konfektionierung von Antriebssträngen noch verstärken.
Um mindestens einige der vorstehend erwähnten Herausforderungen zu überwinden, wird ein Getriebesystem bereitgestellt. In einem Beispiel umfasst das Getriebesystem eine Zwischenwelle, die mit einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle drehgekoppelt ist. Die Eingangswelle ist dazu ausgelegt, von einer elektrischen Maschine Dreheingang zu empfangen. Das Getriebesystem umfasst zusätzlich ein erstes Zahnrad, gekoppelt an die Zwischenwelle, und eine Vielzahl von Kupplungen, gekoppelt an die Eingangs- und Ausgangswelle. Die Kupplungen sind dazu ausgelegt, in einem ersten Modus Leistung direkt zwischen einem an die Eingangswelle gekoppelten zweiten Zahnrad, dem ersten Zahnrad und einem an die Ausgangswelle gekoppelten dritten Zahnrad zu übertragen. In einem zweiten Modus sind die Kupplungen dazu ausgelegt, Leistung indirekt zwischen dem zweiten Zahnrad, dem ersten Zahnrad und/oder dem dritten Zahnrad zu übertragen. Auf diese Weise funktioniert das erste Zahnrad während verschiedenen Betriebsbedingungen als ein Ritzel und ein Zwischenzahnrad. Die doppelte Nutzung des Zahnrads auf der Zwischenwelle ermöglicht die raumeffiziente Vergrößerung der Anzahl verfügbarer Gänge im System.
In einem weiteren Beispiel umfasst die Vielzahl von Kupplungen eine erste Kupplung und eine zweite Kupplung, gekoppelt an die Eingangswelle, und eine dritte Kupplung, gekoppelt an die Ausgangswelle. In diesem Beispiel können die zweite und die dritte Kupplung aktiv gesteuert werden, um das System zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus zu überführen. Folglich kann eine koordinierte Steuerung dieser kompakten Kupplungsanordnung genutzt werden, um das System in verschiedene aktive Gänge zu schalten.
Es versteht sich, dass der obige Abriss dafür vorgesehen ist, in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben sind. Er soll nicht dazu dienen, wichtige oder essenzielle Merkmale des beanspruchten Gegenstands, dessen Schutzumfang durch die der ausführlichen Beschreibung folgenden Ansprüche eindeutig definiert wird, zu bezeichnen. Darüber hinaus ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die vorstehend oder in einem Teil dieser Offenbarung erwähnte Nachteile beheben.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, das eine erste Ausführungsform eines Getriebesystems umfasst.
Die 2A-2D zeigen Leistungspfade für verschiedene aktive Gänge des Getriebesystems, abgebildet in 1.
2E zeigt eine Tabelle, welche die Konfiguration der Kupplungen des Systems in verschiedenen aktiven Gängen in der ersten Ausführungsform angibt.
Die 3A-3D zeigen Leistungspfade für unterschiedliche aktive Gänge einer zweiten Ausführungsform eines Getriebesystems.
3E zeigt eine Tabelle, welche die Konfiguration der Kupplungen des Systems in verschiedenen aktiven Gängen in der zweiten Ausführungsform angibt.
4 zeigt ein Verfahren zur Steuerung eines Getriebesystems.
5 zeigt ein Zeitdiagramm einer Getriebesystem-Steuerungsstrategie in einem Anwendungsfall.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ein Getriebesystem mit drei oder mehr auswählbaren Gängen wird hierin beschrieben. Eine kompakte Anordnung der Kupplungen im System ermöglicht es dem System, eine größere Auswahl an Übersetzungsverhältnissen zu erreichen, ohne die Raumeffizienz des Systems unangemessen zu beeinträchtigen. Das Getriebesystem umfasst in einem Beispiel eine erste und eine zweite Kupplung, die auf einer Eingangswelle angeordnet sind, und eine dritte Kupplung auf einer Ausgangswelle. Zwischen der Eingangs- und der Ausgangswelle ist eine Zwischenwelle mit einem an sie gekoppelten Zahnrad angeordnet. Die Kupplungen sind dafür vorgesehen, den Leistungspfad des Systems durch das Zwischenzahnrad zu verändern. In einem ersten Modus wirkt das Zahnrad auf der Zwischenwelle als ein Zwischenrad, wobei zwischen Zahnrädern auf der Eingangs- und Ausgangswelle und dem Zahnrad auf der Zwischenwelle direkt Leistung fließt. In einem zweiten Modus wirkt das Zahnrad auf der Zwischenwelle als ein Ritzel, wobei zwischen Zahnrädern auf der Eingangs- und Ausgangswelle und dem Zahnrad auf der Zwischenwelle indirekt Leistung fließt. Das Zwischenwellenzahnrad hat folglich eine Doppelfunktion, falls gewünscht, indem es die verfügbaren Übersetzungsverhältnisse des Systems erhöht, ohne die Größe und Komplexität des Systems übermäßig zu erhöhen. Der zweite Modus kann ein Modus sein, in dem der aktive Gang des Systems ein erster, zweiter oder in einigen Fällen ein dritter Gang ist. Umgekehrt kann der zweite Modus ein Modus sein, in dem der aktive Gang des Systems im Fall eines Vierganggetriebes ein dritter Gang oder ein vierter Gang ist. Auf diese Weise kann das Getriebe drei oder mehr wählbare Gänge in einem relativ kompakten Paket erreichen. Das Erhöhen der Anzahl verfügbarer Gänge im System ermöglicht es, die Fahrzeugleistung und -effizienz zu erhöhen, falls gewünscht.
In einem weiteren Beispiel kann die Vielzahl von Kupplungen eine erste und eine zweite Kupplung, gekoppelt an die Eingangswelle, und eine dritte Kupplung, gekoppelt an die Ausgangswelle, umfassen. Der koordinierte Betrieb der Kupplungen kann verwendet werden, um in einen von drei oder in einigen Beispielen vier aktiven Gängen zu schalten. Zum Beispiel kann die erste Kupplung in einer Ausführungsform eine Einwegkupplung sein, kann die zweite Kupplung eine Reibungskupplung sein und kann die dritte Kupplung eine Reibungskupplung oder eine Klauenkupplung sein. Im ersten Modus können die erste Kupplung und die dritte Kupplung eingerückt sein. Der Kupplungseingriff ermöglicht eine direkte Kraftübertragung über ein Zahnrad auf der Zwischenwelle von einem Zahnrad an dem Eingangswellenzahnrad und auf ein Ausgangswellenzahnrad. In anderen Gängen umgehen die Leistungspfade die erste Kupplung oder die dritte Kupplung, um die Doppelnutzung des Zahnrads auf der Zwischenwelle zu ermöglichen. Wenn die zweite Kupplung als eine Reibungskupplung konfiguriert ist, kann sie über einen Kolbenaktor, der von einer durch die Eingangswelle geführten Leitung Fluid empfangen kann, betätigt werden. Ein derartiges internes Führen von Kolbenbetätigungshydraulik erhöht die Raumeffizienz des Systems. Ferner kann der Kolbenaktor in einem Beispiel ein hydrostatischer Ausgleichskolben sein, der ein schnelles Betätigen der Kupplung unterstützt.
1 veranschaulicht schematisch ein Fahrzeug mit einer ersten Ausführungsform eines Getriebesystems, das mit mehreren Übersetzungsverhältnissen konstruiert ist. Die 2A-2D veranschaulichen die Leistungspfade in verschiedenen Gängen in der ersten Ausführungsform des Getriebesystems, das die Erweiterung der im System verfügbaren Gänge in einer kompakten Anordnung erleichtert. 2E ist eine Tabelle entsprechend den Konfigurationen der Kupplungen in den verschiedenen Gängen in der ersten Ausführungsform des Systems. Die 3A-3D veranschaulichen Leistungspfade in verschiedenen Gängen in einer zweiten Ausführungsform des Getriebesystems, wobei Freilauf- und Reibungskupplungen an jede der Eingangs- und Ausgangswellen gekoppelt sind, was wiederum die Verwendung einer kompakten Kupplungsanordnung zum Schalten des Systems zwischen den verschiedenen aktiven Gängen ermöglicht. 3E ist eine Tabelle entsprechend den Konfigurationen der Kupplungen in den verschiedenen Gängen in der zweiten Ausführungsform des Systems. 4 zeigt ein Verfahren zum Schalten zwischen den verschiedenen Gängen unter Verwendung einer kompakten Kupplungsanordnung auf mehreren axial versetzten Getriebewellen. 5 veranschaulicht ein Zeitdiagramm für eine Getriebebetriebsstrategie zum nahtlosen Schalten zwischen zwei aktiven Gängen in einem Anwendungsfall.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100, das ein System 102 mit einem Getriebe 104 und einer elektrischen Maschine 106 (beispielsweise einem Elektromotor-Generator) aufweist. Die Strichdarstellung von 1 stellt eine Topologie des Fahrzeugs, des Getriebes und entsprechender Komponenten bereit. Ferner ist das in 1 gezeigte System 102 ein in einer Elektroantriebsachse eingesetztes System. Das System kann jedoch in unterschiedlichen Typen von Fahrzeugen genutzt werden, beispielsweise Fahrzeugen mit einer Verbrennungskraftmaschine als eine Bewegungsenergiequelle.
Die elektrische Maschine 106 ist mit einer Energiespeichervorrichtung 108 (beispielsweise Batterie, Kondensator, Kombinationen davon und dergleichen) elektrisch gekoppelt. Pfeile 110 bezeichnen die Energieübertragung zwischen der elektrischen Maschine 106 und der Energiespeichervorrichtung 108, die während unterschiedlicher Systembetriebsmodi auftreten kann. Die elektrische Maschine 106 kann konventionelle Komponenten zum Erzeugen von Drehausgang (beispielsweise Vorwärts- und Rückwärtsantriebsdrehausgang) und/oder elektrischer Energie zum Aufladen der Energiespeichervorrichtung 108 umfassen, beispielsweise einen mit einem Stator elektromagnetisch interagierenden Rotor, um die vorstehend erwähnte Energieübertragungsfunktionalität bereitzustellen.
Die elektrische Maschine 106 umfasst eine Rotorwelle 112 mit einem ersten Lager 114 und einem zweiten Lager 116, daran gekoppelt. Die Lager 114, 116 sowie die anderen hierin beschriebenen Lager können Komponenten wie innere Laufringe, äußere Laufringe, Rollenelemente (z. B. Kugellager, zylindrische Rollen, verjüngte zylindrische Rollen usw.) umfassen. Es versteht sich, dass die Größe und/oder Konstruktion der Lager auf Grundlage der erwarteten Drehzahlen der Komponenten, an denen sie angebracht sind, Konfektionierungsbeschränkungen usw. ausgewählt werden kann. Die Größe und/oder Konstruktion mindestens eines Teils der Lager kann in einigen Fällen variieren. Mindestens ein Teil der Lager kann jedoch ähnliche Größen und/oder Konstruktionen aufweisen.
Das zweite Lager 116 ist innerhalb der elektrischen Maschine positioniert gezeigt. Andere Lageranordnungen in Bezug auf die elektrische Maschine sind jedoch vorstellbar, beispielsweise Anordnungen mit alternativen Mengen, Typen und/oder Positionen von Lagern.
Das Fahrzeug kann in verschiedenen Ausführungsformen eine Vielfalt von Formen aufweisen, beispielsweise als ein Leicht-, Mittel- oder Schwerlastfahrzeug. Das Fahrzeug 100 kann folglich ein Hybridfahrzeug sein, wobei sowohl die elektrische Maschine 106 als auch eine Verbrennungskraftmaschine (nicht gezeigt) für Bewegungsenergieerzeugung genutzt werden. Zum Beispiel kann in einer Hybridfahrzeugkonfiguration eines Anwendungsfalls die Verbrennungskraftmaschine unter bestimmten Bedingungen das Wiederaufladen der Energiespeichervorrichtung 108 unterstützen. In einem weiteren Anwendungsfall von Hybridfahrzeugkonfiguration kann die Verbrennungskraftmaschine dazu ausgelegt sein, dem Differenzial 168 oder anderen geeigneten Stellen in dem Getriebe 104 Rotationsenergie bereitzustellen. In einem noch weiteren Anwendungsfall von Hybridfahrzeugkonfiguration kann die Kraftmaschine einer weiteren Antriebsachse (nicht gezeigt) Dreheingang bereitstellen. Ferner kann das Fahrzeug in weiteren Beispielen ein batterieelektrisches Fahrzeug (Battery Electric Vehicle, BEV) sein, wo die Verbrennungskraftmaschine wegfällt.
Die Rotorwelle 112 der elektrischen Maschine 106 ist an eine Eingangswelle 118 gekoppelt. Zum Beispiel kann die Rotorwelle 112 durch Übergangspassung, Schlupfpassung, mechanische Anbringung, Kerbverzahnung usw. mit einem Ende der Eingangswelle 118 verbunden sein.
Lager 120 sind an die Eingangswelle 118 gekoppelt. Die Lager 120 unterstützen (z. B. durch axiale und/oder radiale Unterstützung) und erleichtern Drehung der Eingangswelle 118. Eine erste Kupplung 122 und eine zweite Kupplung 124 sind an die Eingangswelle 118 gekoppelt. Die erste Kupplung 122 kann eine Einwegkupplung sein, die dazu ausgelegt ist, in einer eingerückten und ausgerückten Konfiguration zu arbeiten. In der eingerückten Konfiguration fließt Leistung zwischen den Komponenten, an die sie gekoppelt ist, während der Leistungsfluss in einer ausgerückten Konfiguration blockiert ist.
In einem Beispiel kann die erste Kupplung 122 eine Freilaufkupplung sein. In einem solchen Beispiel umfasst die Freilaufkupplung eine Vielzahl von Freilaufmechanismen 123, die auf Trägerringen montiert sind. Die Freilaufmechanismen können federbelastet sein und asymmetrische Profile mit gewölbten Eingriffsoberflächen aufweisen. Ein äußerer Laufring kann die Freilaufmechanismen mindestens teilweise umlaufend umgeben, und ein innerer Laufring an der Eingangswelle 118 kann sich von den Freilaufmechanismen aus radial innen befinden. Im eingerückten Zustand greifen die gewölbten Oberflächen der Freilaufmechanismen in den äußeren Laufring und den inneren Laufring ein, um Leistung von der Eingangswelle 118 auf ein erstes Zahnrad 126 zu übertragen. Freilaufkupplungen weisen in der ausgerückten Konfiguration einen relativ geringen Widerstand (z. B. im Wesentlichen einen Nullwiderstand) auf und stellen einen starken und robusten Eingriffsmechanismus bereit. Weitere Typen von Einwegkupplungen sind jedoch vorstellbar, beispielsweise eine Einwegkupplung mit Klauen und Rastungen. Die hierin beschriebenen Zahnräder sind in der Reihenfolge ihrer Einführung fortlaufend nummeriert; die Nummerierung gibt keine Zahnradgröße an. Jedoch können die Zahnräder in anderen Beispielen ein anderes Nummerierungssystem aufweisen. Ferner kann die relative Größe der verschiedenen Zahnräder aus der Veranschaulichung des Systems 102, bereitgestellt in 1, ermittelt werden.
Die Einwegkupplung 122 ist dazu ausgelegt, in einer eingerückten Konfiguration zu arbeiten, in der Leistung vom inneren Laufring auf den äußeren Laufring übertragen wird, und in einer ausgerückten Konfiguration, in der keine Leistung zwischen dem inneren und äußeren Laufring übertragen wird. Die eingerückte Konfiguration kann auftreten, wenn sich der innere Laufring in einer ersten Richtung dreht, und die ausgerückte Konfiguration kann auftreten, wenn sich der innere Laufring in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zur ersten dreht oder überlaufen wird. Es versteht sich deshalb, dass die Einwegkupplung auf Grundlage der Betriebsbedingungen im Getriebe passiv zwischen verschiedenen Konfigurationen wechselt und nicht aktiv gesteuert wird. In alternativen Beispielen kann die erste Kupplung jedoch eine aktiv gesteuerte Kupplung sein, beispielsweise eine Reibungskupplung.
Das erste Zahnrad 126 ist an ein zweites Zahnrad 128 drehgekoppelt. Wenn hierin diskutiert, beschreibt Drehkopplung zwischen Zahnrädern die mechanische Kopplung der Zahnräder über ein Ineinandergreifen, das die zusammengefügten Zähne umfasst. Das zweite Zahnrad 128 ist an eine Zwischenwelle 130 gekoppelt. Folglich kann das zweite Zahnrad 128 beispielsweise geschweißt, in einem Presssitz befindlich, kerbverzahnt oder einstückig ausgebildet mit der Zwischenwelle sein. Die anderen Zahnräder auf der Zwischenwelle können durch eine beliebige der vorgenannten Techniken an der Welle angebracht sein. Lager 131 stützen die Zwischenwelle 130 und ermöglichen ihre Drehung.
Die zweite Kupplung 124 kann eine Reibungskupplung mit einer Vielzahl von Reibscheiben 132 sein, dazu ausgelegt, in verschiedenen Konfigurationen miteinander in Reibeingriff zu gelangen und voneinander auszurücken. Die Reibungskupplung kann eine Nasskupplung sein, wobei durch die Reibscheiben Schmiermittel geführt wird, um das Scheibenpaket zu kühlen und zu schmieren. Wenn die zweite Kupplung 124 geschlossen (eingerückt) ist, fließt Leistung von der Eingangswelle zu einem dritten Zahnrad 134, das an die Kupplung gekoppelt ist, und dann zu einem vierten Zahnrad 136 auf der Zwischenwelle 130. Wenn die zweite Kupplung 124 hingegen offen (ausgerückt) ist, endet der Leistungsfluss zwischen der Eingangswelle 118 und dem dritten Zahnrad 134.
Ein Aktor 138 ist auch im System 102 bereitgestellt und dazu ausgelegt, die zweite Kupplung 124 (z. B. die Reibungskupplung) aktiv zu öffnen und zu schließen. Der Aktor 138 ist im veranschaulichten Beispiel ein hydraulischer Aktor. Konkret, in einem Beispiel, kann der hydraulische Aktor ein hydrostatischer Ausgleichskolben sein, der ein zuverlässiges Betätigen der zweiten Kupplung ermöglicht. In der Ausführungsform mit Hydraulikbetätigung ist eine Hydraulikleitung 140 (z. B. eine Schmiermittelleitung) durch die Eingangswelle 118 geführt und quert diese, um kompakt druckbeaufschlagtes Fluid zum Aktor 138 zu führen. Die Hydraulikleitung kann auch dem Scheibenpaket in der Kupplung Schmiermittel zuführen. Das Führen der Hydraulikleitung 140 durch die Eingangswelle 118 stellt auch eine besser geschützte Leitungsanordnung bereit, die für Zustandsverschlechterungen durch äußere Einwirkungen, beispielsweise Einwirkungen durch Straßenverschmutzung, weniger empfänglich ist. Ein Hydrauliksystem ist schematisch bei 142 angegeben. Das Hydrauliksystem 142 kann konventionelle Komponenten wie einen Hydraulikbehälter, (eine) Hydraulikpumpe(n), (ein) Ventil(e) usw. umfassen, um die Zuführung von druckbeaufschlagtem Fluid zum Aktor 138 der zweiten Kupplung 124 zu ermöglichen.
Ein fünftes Zahnrad 144 befindet sich ebenfalls auf der Zwischenwelle 130. Das fünfte Zahnrad 144 ist direkt an ein sechstes Zahnrad 146 gekoppelt, das an einer dritten Kupplung 148 angebracht ist. Darüber hinaus ist das zweite Zahnrad 128 an ein siebentes Zahnrad 150 gekoppelt, das an der dritten Kupplung 148 angebracht ist. Die dritte Kupplung 148 sitzt auf einer Ausgangswelle 149 und ist dazu ausgelegt, wahlweise Leistung von dem sechsten und siebenten Zahnrad 146, 150 an die Ausgangswelle 149 zu übertragen.
Die dritte Kupplung 148 ist in der veranschaulichten Ausführungsform eine mehrflächige Klauenkupplung. Die mehrflächige Klauenkupplung ist dazu ausgelegt, in einer ersten Konfiguration zu arbeiten, in der Leistung durch das siebente Zahnrad 150 zur Ausgangswelle 149 fließt. Folglich tritt in der ersten Konfiguration der mehrflächigen Klauenkupplung eine Leistungsübertragung zwischen dem zweiten Zahnrad 128, dem siebenten Zahnrad 150 und dann der Ausgangswelle 149 auf. Umgekehrt fließt in einer zweiten Konfiguration der mehrflächigen Klauenkupplung über eine passende Grenzfläche in der Kupplung Leistung vom sechsten Zahnrad 146 zur Ausgangswelle 149. Folglich verläuft in der zweiten Konfiguration der Klauenkupplung der Leistungspfad des Systems durch das fünfte Zahnrad 144, das sechste Zahnrad 146 und die Ausgangswelle 149 über eine weitere passende Grenzfläche in der Kupplung.
Zum Vollziehen der oben genannten Funktionalität kann die mehrflächige Klauenkupplung auf gegenüberliegenden axialen Seiten der Kupplung gezahnte Oberflächen 152 umfassen. Diese gezahnten Oberflächen können axial verschoben sein (z. B. links und rechts im Referenzrahmen von 1), um ein Eingreifen zwischen Zähnen an dem entsprechenden Zahnrad (sechstes oder siebentes Zahnrad 146, 150) herbeizuführen. Ein Aktor 153 kann genutzt werden, um die Klauenkupplung auf diese Weise zu schalten. Der Aktor 153 kann ein hydraulischer Aktor, ein elektronischer Aktor (z. B. ein Solenoid), ein pneumatischer Aktor, Kombinationen davon usw. sein. Die Klauenkupplung kann ferner einen Synchronisationsmechanismus 154 umfassen, der beim Übergang in die verschiedenen Kupplungskonfigurationen ein problemloses Eingreifen gestattet. In einem Beispiel stellt der Synchronisationsmechanismus 154 eine Geschwindigkeitsanpassung zwischen den Kupplungszähnen an dem Ausgangswellenzahnrad und den Zähnen an den Zwischenwellenzahnrädern bereit. Beispielsweise kann der Mechanismus eine Kegelkupplung und einen Blockierring umfassen, um diese Synchronisationsfunktionalität zu vollziehen. Die Synchronisationseinrichtung kann die Wahrscheinlichkeit rauer Gangwechsel reduzieren (z. B. eliminieren), aber auch Systemkosten erhöhen. In anderen Ausführungsformen kann die dritte Kupplung jedoch eine Reibungskupplung mit einem Scheibenpaket sein, wie z. B. in der Ausführungsform des in den 3A-3D abgebildeten Getriebes und hierin ausführlicher beschrieben.
Die Ausgangswelle 149 überträgt nach dem Empfang von Leistung von der dritten Kupplung 148 wiederum Leistung an nachgelagerte Komponenten. Konkret ist die Ausgangswelle 149 in dem veranschaulichten Beispiel an ein Sonnenrad 156 eines Planetenradsatzes 158 gekoppelt. Es sind jedoch auch andere Systemanordnungen des Systems vorgesehen, wie beispielsweise eine der Ausgangswelle nachgelagerte Nicht-Planeten-Getriebeuntersetzung. Lager 160 unterstützen und erleichtern die Drehung der Ausgangswelle 149. Der Planetenradsatz 158 stellt eine kompakte Untersetzung bereit und umfasst einen Träger 162 mit Planetenrädern 164, die sich im Eingriff mit einem Hohlrad 165 und dem Sonnenrad 156 befinden. Das Lager 166 in dem System erleichtert die Drehung des Trägers, und das Sonnenrad kann ein daran gekoppeltes Lager aufweisen. Das Hohlrad 165 ist in der veranschaulichten Ausführungsform mit dem Motorgehäuse 167 geerdet. Jedoch können in anderen Ausführungsformen andere Zahnräder in dem Planetenradsatz, wie etwa der Träger, geerdet sein, um ein anderes geeignetes Übersetzungsverhältnis zu erreichen.
Der Träger 162 ist an ein Differenzial 168 drehgekoppelt, das Achswellen 170 einer Achse 172 Leistung bereitstellt. Die Achswellen 170 können koaxial zur Ausgangswelle 149 angeordnet sein. Insbesondere kann in einem Beispiel die Ausgangswelle 149 einen Abschnitt der Achswellen 170 umlaufend umgeben. Auf diese Weise wird die Kompaktheit des Systems erhöht. Es können aber auch alternative Anordnungen der Achswellen und der Ausgangswelle verwendet werden.
Die Achswellen 170 sind auf einer Antriebsfläche 178 an Antriebsräder 176 gekoppelt. Das Differenzial 168 kann ein Gehäuse 174 umfassen, in dem Zahnräder, beispielsweise Ritzel, Umlaufräder usw. untergebracht sind, um die vorher erwähnte Drehmomentübertragung zu erreichen. Genauer kann das Differenzial 168 in einem Beispiel ein elektronisches Sperrdifferenzial sein. In einem anderen Beispiel kann das Differenzial 168 ein elektronisches Differenzial mit geregeltem Schlupf oder eine Doppelkupplung mit Drehmomentverteilung sein. In anderen Beispielen kann ein offenes Differenzial verwendet werden. Was das Beispiel des Sperrdifferenzials betrifft, so kann das Sperrdifferenzial, wenn es entsperrt ist, zulassen, dass sich die Antriebsräder 176 mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten drehen, und wenn es gesperrt ist, kann das Sperrdifferenzial umgekehrt die Antriebsräder zwingen, sich mit der gleichen Geschwindigkeit zu drehen. Auf diese Weise kann die Getriebekonfiguration so eingerichtet sein, dass sie unter bestimmten Fahrbedingungen Traktion erhöht. Im Falle des Differenzials mit begrenztem Schlupf lässt das Differenzial die Beschränkung einer Abweichung der Geschwindigkeit zwischen Wellen 170, die an die Antriebsräder 176 gekoppelt sind, zu.
In einem Beispiel kann die Achse 172 eine Starrachse sein. Eine Starrachse, die in der Technik auch als feste Achse oder als steife Achse bezeichnet wird, kann eine Achse mit mechanischen Komponenten sein, die einander strukturell stützen und die sich zwischen Antriebsrädern erstrecken, die an die Achse gekoppelt sind. Somit können sich Räder, die an die Achse gekoppelt sind, beim Anlenken gemeinsam bewegen. Beispielsweise kann die Starrachse in einer Ausführungsform eine strukturell durchgehende Achse sein, die die Antriebsräder auf einer seitlichen Achse überspannt. In einer anderen Ausführungsform kann die Starrachse koaxiale Wellen umfassen, die Dreheingang von unterschiedlichen Zahnrädern im Differenzial empfangen und von dem Differenzial strukturell gestützt werden.
Das Fahrzeug 100 kann auch ein Steuerungssystem 180 mit einer Steuerung 182 umfassen. Die Steuerung 182 umfasst einen Prozessor 184 und einen Speicher 186. Der Speicher 186 kann darin gespeicherte Anweisungen verwahren, die, wenn durch den Prozessor ausgeführt, die Steuerung 182 veranlassen, die verschiedenen hierin beschriebenen Verfahren, Steuerungstechniken usw. auszuführen. Der Prozessor 184 kann eine Mikroprozessoreinheit und/oder andere Typen von Schaltungen umfassen. Der Speicher 186 kann bekannte Datenspeichermedien umfassen, beispielsweise einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff, einen Nur-Lese-Speicher, einen Dauerspeicher, Kombinationen davon usw. Der Speicher 186 kann nichtflüchtigen Speicher umfassen.
Die Steuerung 182 kann verschiedene Signale von Sensoren 188, die an verschiedenen Stellen im Fahrzeug 100 und im Getriebesystem 102 positioniert sind, empfangen. Die Sensoren können einen Elektromaschinen-Geschwindigkeitssensor 190, einen Energiespeichervorrichtungs-Temperatursensor 191, einen Energiespeichervorrichtungs-Ladezustandssensor 192, Radgeschwindigkeitssensoren 193 usw. umfassen. Die Steuerung 182 kann auch Steuerungssignale an verschiedene Aktoren 189 senden, die an verschiedene Stellen im Fahrzeug 100 und im Getriebesystem 102 gekoppelt sind. Beispielsweise kann die Steuerung 182 Signale an die elektrische Maschine 106 und die Energiespeichervorrichtung 108 senden, um die Drehgeschwindigkeit und/oder -richtung der elektrischen Maschine einzustellen. Die Steuerung 182 kann auch Signale an die zweite Kupplung 124 und die dritte Kupplung 148 senden, um in verschiedene aktive Gänge (z. B. einen ersten, zweiten, dritten und in einigen Fällen vierten Gang) zu schalten. Zum Beispiel kann die zweite Kupplung 124 geschlossen sein und kann die dritte Kupplung 148 in der zweiten Konfiguration in einem Modus des ersten Gangs platziert sein, der hierin ausführlicher beschrieben ist. Die anderen steuerbaren Komponenten in dem Fahrzeug und dem Getriebesystem können im Hinblick auf Befehlssignale und Aktoreinstellung auf ähnliche Weise funktionieren. Zum Beispiel kann die elektrische Maschine 106 Befehlssignale von der Steuerung 182 empfangen und als Reaktion auf das Empfangen des Befehls den Drehausgang einstellen.
Das Fahrzeug 100 kann auch eine Eingabevorrichtung 194 aufweisen (beispielsweise einen Gangwähler wie einen Schaltknüppel, Schalthebel usw., eine Konsolen-Instrumententafel, eine Berührungsschnittstelle, ein Berührungsfeld, eine Tastatur, Kombinationen davon usw.). Die Eingabevorrichtung 194, die auf Fahrereingabe reagiert, kann eine Modusanforderung erzeugen, die für das Getriebe ein gewünschtes Gangübersetzungsverhältnis angibt. Beispielsweise kann in einem Anwendungsfallbeispiel der Fahrer einen Gangwähler in einen Gangmodus schalten (beispielsweise den Modus des ersten Gangs, den Modus des zweiten Gangs usw.), um an der Steuerung eine Gangwechselanforderung zu erzeugen. Als Reaktion befiehlt die Steuerung Getriebekomponenten (z. B. der zweiten Kupplung 124 und der dritten Kupplung 148), einen Übergang in einen Modus des ersten Gangs einzuleiten. In ähnlicher Weise können auch andere Gangwechselübergänge auftreten. Es sind jedoch auch weitere mechanische Gangwechselstrategien sowie automatische Schaltstrategien vorgesehen. Beispielsweise kann die Steuerung das Getriebe automatisch in den Modus des ersten Gangs oder den Modus des zweiten Gangs setzen, basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder -last. Das System 102 kann auch in einem Regenerationsmodus und einem Umkehrmodus betrieben werden. Im regenerativen Modus wird unter Verwendung der elektrischen Maschine 106 Energie aus dem Getriebe extrahiert und an die Energiespeichervorrichtung 108 übertragen. Beispielsweise kann die elektrische Maschine 106 in einen Generatormodus gesetzt werden, wo mindestens ein Teil der von den Antriebsrädern über das Getriebe auf den Generator übertragenen Rotationsenergie in elektrische Energie umgewandelt wird.
Die 2A-2D veranschaulichen das System 102, wobei das Getriebe 104 in diskreten aktiven Gängen arbeitet. Die Gänge sind als ein erster, zweiter, dritter und vierter Gang bezeichnet. In diesem Fall kann eine fortlaufende Nummerierung der Zahnräder die relativen Übersetzungsverhältnisse bezeichnen. Beispielsweise kann der erste Gang während eines Fahrzeugbetriebs mit relativ niedrigerer Geschwindigkeit verwendet werden, während der zweite, dritte und in einigen Fällen vierte Gang während eines Fahrzeugbetriebs mit höherer Geschwindigkeit verwendet werden können. Es versteht sich jedoch, dass die fortlaufende Anzahl der anderen Systemkomponenten, wie etwa der an die Wellen gekoppelten Zahnräder, keine relative Größe dieser Komponenten bezeichnet.
2A veranschaulicht das System 102, wobei das Getriebe 104 in einem ersten Gang arbeitet. Im ersten Gang ist die erste Kupplung 122 (z. B. Einwegkupplung) überlaufen, die zweite Kupplung 124 (z. B. die Reibungskupplung) ist geschlossen, und die dritte Kupplung 148 befindet sich in der zweiten Konfiguration, in der der Eingriff zwischen dem fünften Zahnrad 144 und dem sechsten Zahnrad 146 Leistung auf die Ausgangswelle 149 überträgt. In einem Beispiel, wenn die dritte Kupplung 148 in die zweite Konfiguration überführt wird, kann der in 1 gezeigte Synchronisationsmechanismus 154 eine Drehzahlanpassung zwischen dem Kupplungszahnrad und der Ausgangswelle bereitstellen. Auf diese Weise wird die dritte Kupplung sanft eingerückt und die Wahrscheinlichkeit, dass während des Einrückens der Kupplung NVH auftritt, verringert.
Im Modus des ersten Gangs entfaltet sich der Leistungspfad des Systems wie folgt: Leistung wird von einer vorgelagerten elektrischen Maschine (z. B. der in 1 dargestellten elektrischen Maschine 106) auf die Eingangswelle 118 übertragen. Dann bewegt sich der Leistungspfad durch die erste Kupplung 122 (z. B. Einwegkupplung), die überlaufen wird, und über die zweite Kupplung 124 zum dritten Zahnrad 134. Die Leistung fließt dann vom dritten Zahnrad 134 zum vierten Zahnrad 136 auf der Zwischenwelle 130 und von der Zwischenwelle zum fünften Zahnrad 144. Danach wird Leistung von dem fünften Zahnrad 144 auf das sechste Zahnrad 146 und dann über die dritte Kupplung 148 auf die Ausgangswelle 149 übertragen. Von der Ausgangswelle 149 wird Leistung auf nachgelagerte Komponenten übertragen, wie etwa ein Sonnenrad (z. B. Sonnenrad 156, gezeigt in 1), ein Differenzial (z. B. Differenzial 168, gezeigt in 1), Achswellen (z. B. Achswellen 170, gezeigt in 1) und Antriebsräder (z. B. Antriebsräder 176, gezeigt in 1).
Im zweiten Gang, der in 2B dargestellt ist, ist die erste Kupplung 122 eingerückt, die zweite Kupplung 124 ist offen und die dritte Kupplung 148 befindet sich in der zweiten Konfiguration. Somit fließt im zweiten Gang Leistung von der elektrischen Maschine zur Eingangswelle 118 und von der Eingangswelle durch die erste Kupplung 122 (z. B. Einwegkupplung) zum ersten Zahnrad 126. Der Leistungpfad bewegt sich dann durch das zweite Zahnrad 128, das an die Zwischenwelle 130 gekoppelt ist. Dann bewegt sich der Leistungspfad durch die Zwischenwelle 130 zum fünften Zahnrad 144 und vom fünften Zahnrad zum sechsten Zahnrad 146. Anschließend fließt Leistung vom sechsten Zahnrad 146 durch die dritte Kupplung 148 zur Ausgangswelle 149. Wiederum wird Leistung von der Ausgangswelle auf nachgelagerte Komponenten übertragen.
In dem in 2C veranschaulichten dritten Gang ist die erste Kupplung 122 (z. B. Einwegkupplung) überlaufen, die zweite Kupplung 124 ist geschlossen, und die dritte Kupplung 148 befindet sich in der ersten Konfiguration, in der der Eingriff zwischen dem zweiten Zahnrad 128 und dem siebenten Zahnrad 150 Leistung auf die Ausgangswelle 149 überträgt. Wie zuvor erörtert, kann die dritte Kupplung den Synchronisationsmechanismus zur Drehzahlanpassung umfassen, wenn die Kupplung in die erste Konfiguration übergeht.
Im dritten Gang fließt Leistung von der elektrischen Maschine zur Eingangswelle 118 durch die erste Kupplung 122 (z. B. Einwegkupplung), die überlaufen wird, zur zweiten Kupplung 124. Danach fließt Leistung durch die zweite Kupplung 124 zum dritten Zahnrad 134 und vom dritten Zahnrad zum vierten Zahnrad 136 auf der Zwischenwelle 130. Der Leistungspfad bewegt sich dann zum zweiten Zahnrad 128 und vom zweiten Zahnrad zum siebenten Zahnrad 150. Dann bewegt sich der Leistungspfad durch die dritte Kupplung 148 zur Ausgangswelle 149 und von der Ausgangswelle zu nachgelagerten Komponenten.
Im vierten Gang, der in 2D dargestellt ist, ist die erste Kupplung 122 (z. B. Einwegkupplung) eingerückt, die zweite Kupplung 124 ist offen und die dritte Kupplung 148 befindet sich in der ersten Konfiguration. Daher entfaltet sich der Leistungspfad im vierten Gang wie folgt: Leistung wird von der elektrischen Maschine auf die Eingangswelle 118 übertragen. Von der Eingangswelle 118 fließt Leistung durch die erste Kupplung 122 zu dem ersten Zahnrad 126 und dem zweiten Zahnrad 128 auf der Zwischenwelle 130. Der Leistungspfad bewegt sich dann durch die Schnittstelle zwischen dem zweiten Zahnrad 128 und dem siebenten Zahnrad 150 durch die dritte Kupplung 148 und zur Ausgangswelle 149.
2E zeigt eine Tabelle, die die Konfigurationen der ersten, zweiten und dritten Kupplung 122, 124, 148 zusammenfasst, während das System 102, das in den 2A-2D gezeigt ist, in verschiedenen aktiven Gängen arbeitet. Im Modus des ersten, zweiten und dritten Gangs fungiert das zweite Zahnrad 128 auf der Zwischenwelle 130, wie in den 2A-2C gezeigt, als ein Ritzel, bei dem Leistung indirekt zwischen der Eingangs-, Zwischen- bzw. Ausgangswelle 118, 130, 148 fließt. Umgekehrt fließt im Modus des vierten Gangs, in 2D gezeigt, Leistung direkt zwischen der Eingangs-, Zwischen- und Ausgangswelle 118, 130, 148 zwischen radial ausgerichteten Zahnrädern (d. h. dem ersten Zahnrad 126, dem zweiten Zahnrad 128 und dem siebenten Zahnrad 150). Im vierten Gang fungiert das zweite Zahnrad 128 auf der Zwischenwelle als ein Zwischenrad. Das Zahnrad 128 auf der Zwischenwelle 130 hat folglich eine Doppelfunktion, die es ermöglicht, den Gangbereich im System unter Beibehaltung eines kompakten Profils zu erweitern. Ferner kann das System in anderen Ausführungsformen dazu ausgelegt sein, mit drei aktiven Gängen zu arbeiten, wobei der Modus des zweiten oder dritten Gangs, gezeigt in den 2B und 2C, weggelassen werden kann.
Die 3A-3D zeigen eine weitere Ausführungsform eines Systems 300 mit einem Getriebe 302. Das Getriebe 302 umfasst viele Komponenten, die dem in den 1-2D gezeigten Getriebe 104 ähneln.Diese Komponenten sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Komponenten wird der Kürze halber verzichtet. Das Getriebe 302 umfasst jedoch eine andere Kupplungsanordnung auf der Ausgangswelle 149. Ein dritte Kupplung 304 und eine vierte Kupplung 306 sind konkret auf der Ausgangswelle 149 bereitgestellt. Genauer ist die dritte Kupplung 304 eine Reibungskupplung, die Reibscheiben umfasst, die ähnlich wie die Reibungskupplung 124 funktionieren. Die vierte Kupplung 306 ist eine Einwegkupplung, die ähnlich wie die Einwegkupplung 122 funktioniert. Somit kann die vierte Kupplung eine passive Kupplung sein, die nicht aktiv gesteuert wird. Zusätzlich ist das sechste Zahnrad 146 an die vierte Kupplung 306 gekoppelt, und die vierte Kupplung ist wahlweise an die Ausgangswelle 149 gekoppelt. Das siebente Zahnrad 150 ist an die dritte Kupplung 304 gekoppelt, und die dritte Kupplung ist wahlweise an die Ausgangswelle 149 gekoppelt.
3A veranschaulicht das Getriebe 302 im ersten Gang. Im ersten Gang ist die erste Kupplung 122 überlaufen, die zweite Kupplung 124 ist geschlossen, die dritte Kupplung 304 ist offen und die vierte Kupplung 306 ist eingerückt. Der Leistungspfad im ersten Gang bewegt sich sequentiell durch die folgenden Komponenten: Eingangswelle 118, zweite Kupplung 124, drittes Zahnrad 134, viertes Zahnrad 136, Zwischenwelle 130, fünftes Zahnrad 144, sechstes Zahnrad 146, vierte Kupplung 306 und Ausgangswelle 149.
3B veranschaulicht das Getriebe 302 im zweiten Gang. Im zweiten Gang ist die erste Kupplung 122 eingerückt, die zweite Kupplung 124 ist offen, die dritte Kupplung 304 ist offen und die vierte Kupplung 306 ist eingerückt. Der Leistungspfad im zweiten Gang bewegt sich sequentiell durch die folgenden Komponenten: Eingangswelle 118, erste Kupplung 122, erstes Zahnrad 126, zweites Zahnrad 128, Zwischenwelle 130, fünftes Zahnrad 144, sechstes Zahnrad 146, vierte Kupplung 306 und Ausgangswelle 149.
3C veranschaulicht das Getriebe 302 im dritten Gang. Im dritten Gang ist die erste Kupplung 122 überlaufen, die zweite Kupplung 124 ist geschlossen, die dritte Kupplung 304 ist geschlossen und die vierte Kupplung 306 ist überlaufen. Der Leistungspfad im dritten Gang bewegt sich sequentiell durch die folgenden Komponenten: Eingangswelle 118, zweite Kupplung 124, drittes Zahnrad 134, viertes Zahnrad 136, Zwischenwelle 130, zweites Zahnrad 128, siebentes Zahnrad 150, dritte Kupplung 304 und Ausgangswelle 149.
3D veranschaulicht das Getriebe 302 im vierten Gang. Im vierten Gang ist die erste Kupplung 122 eingerückt, die zweite Kupplung 124 ist offen, die dritte Kupplung 304 ist geschlossen und die vierte Kupplung 306 ist überlaufen. Der Leistungspfad im vierten Gang bewegt sich sequentiell durch die folgenden Komponenten: Eingangswelle 118, erste Kupplung 122, erstes Zahnrad 126, zweites Zahnrad 128, siebentes Zahnrad 150, dritte Kupplung 304 und Ausgangswelle 149.
3E zeigt eine Tabelle, die die Konfigurationen der ersten, zweiten und dritten Kupplung 122, 124, 304, 306 zusammenfasst, während das System 300, das in den 3A-3D gezeigt ist, in verschiedenen aktiven Gängen arbeitet. Das System 300 erreicht wiederum eine Doppelnutzungsfunktionalität für das zweite Zahnrad 128, das sich auf der Zwischenwelle 130 befindet, wo Leistung in einem Modus direkt durch das Zahnrad fließt, während der Leistungsfluss in anderen Modi auf Umwegen durch die Zahnräder erfolgt. Das System kann somit in einem raumsparenden Paket in drei oder vier diskreten Gängen arbeiten.
4 zeigt ein Verfahren 400 für den Betrieb eines Getriebesystems. Das Verfahren 400 entspricht speziell dem Betrieb des Getriebesystems 300, das in 3A-3D gezeigt ist. Das Verfahren 400 kann jedoch in anderen Beispielen durch das in den 1-2D gezeigte Getriebesystem 102 durchgeführt werden oder kann über andere geeignete Systeme implementiert sein. Ferner kann das Verfahren 400 durch eine Steuerung mit einem Prozess und Speicher, wie vorstehend diskutiert, implementiert sein.
Bei 402 umfasst das Verfahren ein Feststellen von Betriebsbedingungen. Die Betriebsbedingungen können die Position der Eingabevorrichtung (z. B. Schalthebelposition), die Kupplungskonfiguration, die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Fahrzeuglast, die Motordrehzahl, die Umgebungstemperatur usw. umfassen. Die Betriebsbedingungen können über Sensoreingaben, Modellierung, Nachschlagetabellen und andere geeignete Techniken ermittelt werden.
Nachfolgend, bei 404, wird eine Festlegung getroffen, um einen aktiven Gang für das System auszuwählen. Eine solche Festlegung kann in Reaktion auf eine Fahrereingabe durchgeführt werden. Beispielsweise kann der Fahrer mit einer Gangschaltung oder einer anderen geeigneten Eingabevorrichtung interagieren, um das System in einen der vier aktiven Gänge zu überführen. In anderen Beispielen können jedoch Strategien des automatischen Schaltens genutzt werden. Zum Beispiel kann der Übergang in die verschiedenen Gänge auf Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder -last implementiert werden. Die aktiven Gänge können aus einer Gruppe von vier Gängen ausgewählt werden, wie zuvor erörtert.
Wenn ein erster Gang ausgewählt ist, fährt das Verfahren mit 406 fort, wo der erste Gang aktiviert ist. Das Aktivieren des ersten Gangs umfasst ein Schließen der zweiten Kupplung bei 408 und ein Öffnen der dritten Kupplung bei 410. Alternativ kann in der in den 1-2D gezeigten Ausführungsform des Getriebesystems 102 die zweite Kupplung geschlossen sein, und die dritte Kupplung kann in der zweiten Konfiguration bei Block 406 platziert sein. Zusätzlich kann in einigen Beispielen das Anordnen der dritten Kupplung in der zweiten Konfiguration ein Betreiben eines Synchronisationsmechanismus in der Kupplung umfassen, um eine Drehzahlanpassung bereitzustellen, wenn in die zweite Konfiguration übergegangen wird.
Wenn sich die Kupplung bereits in einer geschlossenen oder offenen Konfiguration befindet, umfasst das Öffnen oder Schließen der Kupplung das Halten der Kupplung im aktuellen Betriebszustand. Zusätzlich kann die zweite Kupplung hydraulisch betätigt und geschmiert sein. In einem solchen Beispiel kann Schmiermittel durch einen Durchlass in der Eingangswelle zur Kupplungsbetätigung sowie zur Scheibenpaketschmierung fließen. Es versteht sich auch, dass der Elektromotor-Generator in einem beliebigen der Getriebemodi betrieben werden kann, um einen Drehausgang zu erzeugen, der auf die Eingangswelle des Getriebes übertragen wird.
Wenn ein zweiter Gang ausgewählt ist, fährt das Verfahren mit 412 fort, wo der zweite Gang aktiviert ist. Im zweiten Gang wird bei 414 die zweite Kupplung geöffnet, und bei 416 wird die dritte Kupplung geöffnet. Alternativ kann in der in den 1-2D gezeigten Ausführungsform des Getriebesystems 102 die zweite Kupplung geöffnet sein, und die dritte Kupplung kann bei Block 412 in der zweiten Konfiguration platziert sein.
Wenn ein dritter Gang ausgewählt ist, fährt das Verfahren mit 418 fort, wo der dritte Gang aktiviert ist. Im dritten Gang wird die zweite Kupplung bei 420 geschlossen, und die dritte Kupplung wird bei 422 geschlossen. Alternativ kann in der in den 1-2D gezeigten Ausführungsform des Getriebesystems 102 die zweite Kupplung geschlossen sein, und die dritte Kupplung kann bei Block 418 in der ersten Konfiguration platziert sein. Zusätzlich kann in einigen Beispielen das Anordnen der dritten Kupplung in der ersten Konfiguration ein Betreiben eines Synchronisationsmechanismus in der Kupplung umfassen, um eine Drehzahlanpassung bereitzustellen, wenn in die erste Konfiguration übergegangen wird.
Wenn ein vierter Gang ausgewählt ist, fährt das Verfahren mit 424 fort, wo der vierte Gang aktiviert ist. Im vierten Gang wird bei 426 die zweite Kupplung geöffnet, und bei 428 wird die dritte Kupplung geöffnet. Alternativ kann in der in den 1-2D gezeigten Ausführungsform des Getriebesystems 102 die zweite Kupplung geöffnet sein, und die dritte Kupplung kann bei Block 424 in der ersten Konfiguration platziert sein. Folglich fließt im Modus des vierten Gangs in jeder Ausführungsform Leistung direkt durch das erste, zweite und siebente Zahnrad, während in den anderen Gangmodi Leistung indirekt durch das erste, zweite und/oder siebente Zahnrad fließt.
Das Verfahren 400 ermöglicht es den Kupplungen, zwischen verschiedenen ausgewählten Gängen zu wechseln. Folglich wird die Anzahl der verfügbaren Gänge im System erweitert. Die Fahrzeugleistung und -effizienz können aufgrund der Erhöhung der Anzahl der verfügbaren Gänge im System erhöht werden.
5 veranschaulicht ein Zeitdiagramm 500 einer Steuerungsstrategie für ein Getriebesystem in einem Anwendungsfall, beispielsweise das in den 3A-3D gezeigte Getriebesystem. Es versteht sich jedoch, dass eine ähnliche Strategie angewendet werden kann, um die Kupplungen während Schaltübergängen im System 102 zu betreiben, wie in den 1-2D gezeigt. In jeder grafischen Darstellung des Zeitdiagramms ist die Zeit auf der Abszisse angegeben. Die Ordinaten für die Kurvendarstellungen 502 und 504 geben die Betriebsstatus (d. h. „Offen“ und „Geschlossen“) der zweiten bzw. dritten Kupplung (z. B. Kupplung 122 und Kupplung 304) an. Die Ordinate für Kurvendarstellung 506 gibt den aktiven Gang des Systems an.
Bei t1 wird das Getriebe vom dritten Gang in den vierten Gang geschaltet. In Reaktion auf diesen Gangwechsel wird die zweite Kupplung geöffnet und die dritte Kupplung in einer geschlossenen Konfiguration gehalten. In der in den 1-2D gezeigten Ausführungsform des Getriebesystems ist die zweite Kupplung geöffnet und die dritte Kupplung wird in der zweiten Konfiguration gehalten. Es versteht sich, dass die spezifische Kupplungssteuerungsstrategie in der Praxis nuancierter sein kann. Zum Beispiel kann der Kupplungsdruck in der zweiten Kupplung weniger abrupt abgesenkt werden, um einen sanfteren Übergang in den vierten Gang zu ermöglichen und die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass während des Gangwechsels unerwünschte Geräusche, Vibrationen und Rauheit (Noise, Vibration and Harshness, NVH) auftreten. Die anderen Gangwechsel können in ähnlicher Weise erfolgen. Beispielsweise kann der Kupplungsdruck einer Kupplung erhöht werden, während der Druck in einer anderen Kupplung vermindert wird, oder umgekehrt, um einen gleichmäßigeren und ununterbrochenen Getriebeleistungsfluss bereitzustellen.
Die technische Wirkung der Getriebesysteme und Betriebsverfahren hierin ist die Erweiterung der verfügbaren Gangübersetzungsverhältnisse des Systems in einem kompakten Paket. Folglich kann der aktive Gang des Getriebes für die aktuellen Betriebsbedingungen des Fahrzeugs enger mit einem gewünschten Gangbereich übereinstimmen.
Die 1-2D und 3A-3D zeigen Beispielkonfigurationen mit Lagebeziehungen der verschiedenen Komponenten. Wenn solche Elemente im direkten Kontakt miteinander oder direkt gekoppelt abgebildet sind, dann können sie in mindestens einem Beispiel als in direktem Kontakt miteinander beziehungsweise direkt gekoppelt bezeichnet werden. Ähnlich können Elemente, die aneinander angrenzend oder zueinander benachbart gezeigt sind, in mindestens einem Beispiel aneinander angrenzend bzw. zueinander benachbart sein. Beispielsweise können Komponenten, die in einem vollflächigen Kontakt miteinander liegen, als in einem vollflächigen Kontakt befindlich bezeichnet werden. Als ein anderes Beispiel können Elemente, die nur über einen Zwischenraum voneinander getrennt und ohne andere Komponenten dazwischen positioniert sind, in mindestens einem Beispiel als solche bezeichnet werden. Als noch ein weiteres Beispiel können Elemente, die über- bzw. untereinander, auf einander entgegengesetzten Seiten oder links bzw. rechts voneinander gezeigt sind, relativ zueinander als solche bezeichnet werden. Ferner kann, wie in den Figuren gezeigt, in mindestens einem Beispiel ein oberstes Element oder ein oberster Punkt eines Elements als eine „Oberseite“ der Komponente bezeichnet werden, und ein unterstes Element oder ein unterster Punkt des Elements kann als eine „Unterseite“ der Komponente bezeichnet werden. Wenn hierin verwendet, können oben / unten, obere/r/s / untere/r/s, oberhalb / unterhalb relativ zu einer vertikalen Achse der Figuren sein und verwendet werden, um eine Positionierung von Elementen der Figuren relativ zueinander zu beschreiben. Daher sind in einem Beispiel Elemente, die oberhalb von anderen Elementen gezeigt sind, vertikal über den anderen Elementen positioniert. Als noch ein weiteres Beispiel können Formen der Elemente, die innerhalb der Figuren abgebildet sind, als diese Formen aufweisend bezeichnet werden (beispielsweise als rund, gerade, eben, gewölbt, abgerundet, gefast, abgewinkelt oder dergleichen). Außerdem können Elemente, die koaxial zueinander sind, in einem Beispiel als solche bezeichnet werden. Ferner können Elemente, die einander schneiden, in mindestens einem Beispiel als schneidende Elemente oder einander schneidend bezeichnet werden. Ferner kann ein Element, das innerhalb eines anderen Elements gezeigt wird oder außerhalb eines anderen Elements gezeigt wird, in einem Beispiel als solches bezeichnet werden. In anderen Beispielen können gegeneinander versetzte Elemente als solche bezeichnet werden.
In den folgenden Abschnitten wird die Erfindung näher beschrieben. In einem Aspekt ist ein Getriebesystem bereitgestellt, das umfasst: eine Zwischenwelle, drehgekoppelt an eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle, wobei die Eingangswelle dazu ausgelegt ist, Dreheingang von einer elektrischen Maschine zu empfangen; ein erstes Zahnrad, gekoppelt an die Zwischenwelle; und eine Vielzahl von Kupplungen, gekoppelt an die Eingangswelle und die Ausgangswelle und dazu ausgelegt: in einem ersten Modus Leistung direkt zwischen einem an die Eingangswelle gekoppelten zweiten Zahnrad, dem ersten Zahnrad und einem an die Ausgangswelle gekoppelten dritten Zahnrad zu übertragen; und in einem zweiten Modus Leistung indirekt zwischen dem zweiten Zahnrad, dem ersten Zahnrad und/oder dem dritten Zahnrad zu übertragen.
In einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren für den Betrieb eines Getriebesystems bereitgestellt, das umfasst: während das Getriebesystem in einem ersten Modus arbeitet, Betreiben einer Vielzahl von Kupplungen, um Leistung direkt durch ein erstes Zahnrad, gekoppelt an eine zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle angeordnete Zwischenwelle, zu übertragen; und während das Getriebesystem in einem zweiten Modus arbeitet, Betreiben der Vielzahl von Kupplungen, um Leistung indirekt durch das erste Zahnrad zu übertragen. Das Verfahren kann in einem Beispiel ferner ein Fließen von Schmiermittel durch die Eingangswelle zu einem Kolbenaktor in einer ersten Kupplung, gekoppelt an die Eingangswelle, umfassen.
In noch einem weiteren Aspekt ist ein Getriebesystem in einer Elektroantriebsachse bereitgestellt, das umfasst: eine Zwischenwelle, drehgekoppelt an eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle, wobei die Eingangswelle dazu ausgelegt ist, Dreheingang von einer elektrischen Maschine zu empfangen; ein erstes Zahnrad, gekoppelt an die Zwischenwelle, ein zweites Zahnrad, gekoppelt an die Eingangswelle, und ein drittes Zahnrad, gekoppelt an die Ausgangswelle; eine erste Kupplung und eine zweite Kupplung, gekoppelt an die Eingangswelle; eine dritte Kupplung, gekoppelt an die Ausgangswelle; und eine Steuerung, die ausführbare Anweisungen umfasst, die in einem nicht flüchtigen Speicher gespeichert sind, die die Steuerung veranlassen: die erste, zweite und dritte Kupplung in einem ersten Modus zu betreiben, in dem Leistung zwischen dem ersten Zahnrad, dem zweiten Zahnrad und dem dritten Zahnrad direkt übertragen wird; und die erste, zweite und dritte Kupplung in einem zweiten Modus zu betreiben, in dem Leistung zwischen dem ersten Zahnrad, dem zweiten Zahnrad und/oder dem dritten Zahnrad indirekt übertragen wird.
In jeglichem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die Vielzahl von Kupplungen eine erste Kupplung und eine zweite Kupplung, gekoppelt an die Eingangswelle, und eine dritte Kupplung, gekoppelt an die Ausgangswelle, umfassen.
In jeglichem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann dritte Kupplung eine Klauenkupplung sein.
In jeglichem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die erste Kupplung eine Einwegkupplung sein, und die zweite Kupplung kann eine erste Reibungskupplung sein.
In jeglichem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die dritte Kupplung eine zweite Reibungskupplung sein.
In jeglichem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Getriebesystem ferner eine Schmiermittelleitung umfassen, die die Eingangswelle quert und der ersten Reibungskupplung ein Schmiermittel zuführt.
In jeglichem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die erste Reibungskupplung über einen hydrostatischen Ausgleichskolben betätigt werden.
In jeglichem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann der zweite Modus einer von einem Modus eines ersten, eines zweiten oder eines dritten Gangs sein, und der erste Modus kann ein Modus eines vierten Gangs sein.
In jeglichem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die elektrische Maschine eine elektrische Maschine sein.
In jeglichem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann im ersten Modus Leistung direkt von einem an die Eingangswelle gekoppelten zweiten Zahnrad an das erste Zahnrad und vom ersten Zahnrad an ein an die Ausgangswelle gekoppeltes drittes Zahnrad übertragen werden; und im zweiten Modus kann Leistung indirekt zwischen dem ersten Zahnrad, dem zweiten Zahnrad und/oder dem dritten Zahnrad übertragen werden.
In jeglichem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann im ersten Modus eine an die Eingangswelle gekoppelte erste Kupplung eingerückt sein, und eine an die Eingangswelle gekoppelte zweite Kupplung kann ausgerückt sein.
In jeglichem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die erste Kupplung eine Einwegkupplung sein, und die zweite Kupplung kann eine erste Reibungskupplung sein, und wobei im ersten Modus eine an die Ausgangswelle gekoppelte dritte Kupplung eingerückt sein kann.
In jeglichem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die dritte Kupplung eine zweite Reibungskupplung oder eine Klauenkupplung sein.
In jeglichem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die erste Kupplung eine Einwegkupplung sein, und die zweite Kupplung kann eine Reibungskupplung sein.
In jeglichem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Getriebesystem ferner eine Schmiermittelleitung umfassen, die die Eingangswelle quert und einem Kolbenaktor in der Reibungskupplung Schmiermittel bereitstellt.
In jeglichem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann dritte Kupplung eine Klauenkupplung sein.
In jeglichem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die dritte Kupplung eine Reibungskupplung sein, und das Getriebesystem kann ferner eine an die Ausgangswelle gekoppelte Einwegkupplung umfassen.
In einer weiteren Darstellung ist ein Elektroantriebsachsgetriebe bereitgestellt, das zwei aktiv gesteuerte Kupplungen umfasst, die an einer Eingangs- und einer Ausgangswelle positioniert und axial voneinander versetzt sind, wobei die zwei aktiv gesteuerten Kupplungen dazu ausgelegt sind, das Getriebe in einem ersten Status zu platzieren, in dem Leistung zwischen einem ersten, zweiten und dritten radial ausgerichteten Zahnrad fließt, und in einem zweiten Status, in dem Leistung indirekt durch eines von dem ersten, zweiten oder dritten radial ausgerichteten Zahnrad zu einer Ausgangswelle fließt.
Wie hierin verwendet, wird der Begriff „im Wesentlichen“ so ausgelegt, dass er plus oder minus fünf Prozent des Bereichs oder Wertes beinhaltet, sofern nicht anders angegeben.
Während oben verschiedene Ausführungsformen beschrieben wurden, versteht es sich, dass sie beispielhaft und nicht einschränkend präsentiert wurden. Dem Fachmann ist offenkundig, dass der offenbarte Gegenstand in anderen konkreten Formen verkörpert sein kann, ohne vom Geist des Gegenstands abzuweichen. Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind daher in jeder Hinsicht als illustrativ und nicht restriktiv zu betrachten.
Zu beachten ist, dass die hierin enthaltenen Steuerungs- und Schätzroutinen mit verschiedenen Antriebsstrang- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen genutzt werden können. Die hierin offenbarten Steuerungsverfahren und -routinen können als ausführbare Befehle in einem nicht flüchtigen Speicher gespeichert sein und können vom Steuerungssystem einschließlich der Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und anderer Fahrzeughardware ausgeführt werden. Außerdem können Teile des Verfahrens physikalische Aktionen sein, die in der realen Welt vorgenommen werden, um einen Zustand einer Vorrichtung zu ändern. Die hierin beschriebenen konkreten Routinen können eine oder mehrere von einer Reihe von Verarbeitungsstrategien darstellen, wie ereignisgesteuerte, unterbrechungsgesteuerte, Multitasking, Multithreading und dergleichen. Somit können verschiedene dargestellte Handlungen, Operationen und/oder Funktionen in der dargestellten Reihenfolge, parallel durchgeführt oder in manchen Fällen weggelassen werden. Ebenso ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht unbedingt notwendig, um die Merkmale und Vorteile der hierin beschriebenen beispielhaften Beispiele zu erreichen, sondern wird nur zur Vereinfachung der Darstellung und Beschreibung angegeben. Eine oder mehrere der veranschaulichten Aktionen, Operationen und/oder Funktionen können je nach der konkreten angewendeten Strategie wiederholt ausgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Aktionen, Operationen und/oder Funktionen grafisch Code repräsentieren, der in einen nicht flüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums im Fahrzeugsteuerungssystem zu programmieren ist, wobei die beschriebenen Aktionen durch Ausführen der Anweisungen in einem System ausgeführt werden können, das die verschiedenen Hardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung umfasst. Einer oder mehrere der hierin beschriebenen Methoden können weggelassen werden, falls gewünscht.
Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen in ihrer Natur beispielhaft sind und dass diese konkreten Beispiele nicht in einem einschränkenden Sinn zu betrachten sind, da viele Variationen möglich sind. Beispielsweise kann die vorstehende Technologie auf Antriebsstränge angewendet werden, die verschiedene Typen von Antriebsquellen umfassen, einschließlich verschiedener Typen von elektrischen Maschinen und Getrieben. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Teilkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie weitere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hierin offenbart wurden.
Die folgenden Ansprüche stellen bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen, die als neuartig und nicht offensichtlich erachtet werden, besonders heraus. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie eine Einbeziehung eines oder mehrerer solcher Elemente umfassen, nicht so, dass sie zwei oder mehr solcher Elemente erfordern oder ausschließen. Weitere Kombinationen und Teilkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch eine Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Präsentation neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche, seien sie im Vergleich zu den ursprünglichen Ansprüchen in ihrem Schutzumfang breiter, enger, gleich oder unterschiedlich, gelten ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten.

Claims

Getriebesystem, umfassend: eine Zwischenwelle, drehgekoppelt an eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle, wobei die Eingangswelle dazu ausgelegt ist, Dreheingang von einer elektrischen Maschine zu empfangen; ein erstes Zahnrad, gekoppelt an die Zwischenwelle; und eine Vielzahl von Kupplungen, gekoppelt an die Eingangswelle und die Ausgangswelle und dazu ausgelegt: in einem ersten Modus Leistung direkt zwischen einem an die Eingangswelle gekoppelten zweiten Zahnrad, dem ersten Zahnrad und einem an die Ausgangswelle gekoppelten dritten Zahnrad zu übertragen; und in einem zweiten Modus Leistung indirekt zwischen dem zweiten Zahnrad, dem ersten Zahnrad und/oder dem dritten Zahnrad zu übertragen.
Getriebesystem nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Kupplungen eine erste Kupplung und eine zweite Kupplung, gekoppelt an die Eingangswelle, und eine dritte Kupplung, gekoppelt an die Ausgangswelle, umfassen.
Getriebesystem nach Anspruch 2, wobei die erste Kupplung eine Einwegkupplung ist und die zweite Kupplung eine erste Reibungskupplung ist.
Getriebesystem nach Anspruch 3, wobei die erste Reibungskupplung über einen hydrostatischen Ausgleichskolben betätigt wird.
Getriebesystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die dritte Kupplung eine Klauenkupplung oder eine zweite Reibungskupplung ist.
Getriebesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Schmiermittelleitung, die die Eingangswelle quert und der ersten Reibungskupplung ein Schmiermittel zuführt.
Getriebesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zweite Modus einer von einem ersten, einem zweiten oder einem dritten Gangmodus ist und der erste Modus ein vierter Gangmodus ist.
Getriebesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die elektrische Maschine ein Motor-Generator ist.
Verfahren für den Betrieb eines Getriebesystems, umfassend: während das Getriebesystem in einem ersten Modus arbeitet, Betreiben einer Vielzahl von Kupplungen, um Leistung direkt durch ein erstes Zahnrad, gekoppelt an eine zwischen einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle angeordnete Zwischenwelle, zu übertragen; und während das Getriebesystem in einem zweiten Modus arbeitet, Betreiben der Vielzahl von Kupplungen, um Leistung indirekt durch das erste Zahnrad zu übertragen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei: im ersten Modus Leistung direkt von einem an die Eingangswelle gekoppelten zweiten Zahnrad auf das erste Zahnrad und vom ersten Zahnrad auf ein an die Ausgangswelle gekoppeltes drittes Zahnrad übertragen wird; und im zweiten Modus Leistung indirekt zwischen dem ersten Zahnrad, dem zweiten Zahnrad und/oder dem dritten Zahnrad übertragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 und 10, wobei im ersten Modus eine an die erste Eingangswelle gekoppelte erste Kupplung eingerückt ist und eine an die Eingangswelle gekoppelte zweite Kupplung ausgerückt ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die erste Kupplung eine Einwegkupplung ist und die zweite Kupplung eine erste Reibungskupplung ist, und wobei im ersten Modus eine an die Ausgangswelle gekoppelte dritte Kupplung eingerückt ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die dritte Kupplung eine zweite Reibungskupplung oder eine Klauenkupplung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, ferner umfassend ein Fließen von Schmiermittel durch die Eingangswelle zu einem Kolbenaktor in einer ersten Kupplung, gekoppelt an die Eingangswelle.