DE102022125314A1 - Hybridfahrzeuggetriebe mit mechanischem rückwärtsgangsystem - Google Patents

Hybridfahrzeuggetriebe mit mechanischem rückwärtsgangsystem Download PDF

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DE102022125314A1
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Emanuele Rulfi Fertilio
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Dana Graziano SRL
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Dana Graziano SRL
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    • B60K2006/4825—Electric machine connected or connectable to gearbox input shaft
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    • B60T1/00—Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles
    • B60T1/005—Arrangements of braking elements, i.e. of those parts where braking effect occurs specially for vehicles by locking of wheel or transmission rotation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
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    • B60Y2200/92—Hybrid vehicles
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

Es wird ein Getriebesystem bereitgestellt, das eine mechanische Rückwärtsganganordnung beinhaltet, die ausgelegt ist, einen Rückwärtsgang-Zahnradsatz wahlweise mechanisch mit einer Ausgangswelle einer elektrischen Maschine und einer ersten Hauptwelle zu koppeln. In der mechanischen Rückwärtsganganordnung kann eine Kupplungsvorrichtung automatisch geschaltet werden, um den Rückwärtsgang-Zahnradsatz an der ersten Hauptwelle in einer Rückwärtsfahrkonfiguration in einem Hybridmodus, einem reinen Elektrofahrzeugmodus oder einem reinen Verbrennungsmotormodus zu befestigen.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Beschreibung bezieht sich allgemein auf eine mechanische Rückwärtsganganordnung in einem Hybridfahrzeuggetriebe und auf Verfahren zu deren Betrieb.
  • HINTERGRUND & ZUSAMMENFASSUNG
  • In Hybrid- und reinen Elektrofahrzeugen wurden bisher Motoren verwendet, die zur Drehung in entgegengesetzte Richtungen ausgelegt sind, um den Vorwärts- und Rückwärtsgang zu ermöglichen. Die Verwendung des elektrischen Rückwärtsgangs kann es ermöglichen, bei einem Fahrzeuggetriebe eine kompakte Anordnung zu erreichen und auf zusätzliche Komplexität zu verzichten, die sich aus der Verwendung einer Rückwärtsganganordnung im Getriebe ergibt. Der elektrische Rückwärtsgang kann jedoch funktionsunfähig werden, wenn eine Traktionsbatterie einen niedrigen Ladezustand aufweist.
  • US 2011/0263379 A1 an Liang et al. offenbart einen Hybridfahrzeug-Antriebsstrang, der versucht, einen mechanischen Rückwärtsgang in einem Leistungsverzweigungsgetriebe zu verwenden. Das Leistungsverzweigungsgetriebe verwendet einen Planetenradsatz, der es ermöglicht, den Antriebsstrang sowohl im negativen als auch im positiven leistungsverzweigten Modus zu betreiben. In Liangs Antriebsstrang ist die mechanische Rückwärtsganganordnung mit einer Vorgelegewelle gekoppelt, die an einem Motor befestigt ist. Die mechanische Rückwärtsganganordnung ist daher für den Betrieb auf die Motorkraft angewiesen.
  • Die Erfinder haben mehrere Nachteile bei Liangs mechanischer Rückwärtsganganordnung erkannt. So bietet Liangs Getriebe nur eingeschränkte Rückwärtsfahrmöglichkeiten, da der mechanische Rückwärtsgang nur mit Hilfe der Motorkraft erfolgt. Hinzu kommt, dass der Planetenradsatz, der die Leistungsverzweigung ermöglicht, im Vergleich zu Automatikgetrieben mit diskreten Gängen nicht platzsparend ist. Darüber hinaus kann die Komplexität der Leistungsverzweigungsanordnung im Antriebsstrang die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung von Antriebsstrangkomponenten erhöhen.
  • Um zumindest einen Teil der oben genannten Nachteile zu überwinden, ist ein Getriebesystem vorgesehen. In einem Beispiel beinhaltet das Getriebesystem eine mechanische Rückwärtsganganordnung mit einem Rückwärtsgang-Zahnradsatz. Der Rückwärtsgang-Zahnradsatz beinhaltet mindestens ein erstes Zahnrad auf einer ersten Hauptwelle und ein zweites Zahnrad, das drehfest mit einer Ausgangswelle einer elektrischen Maschine und einer Hauptwelle verbunden ist. Die mechanische Rückwärtsganganordnung beinhaltet außerdem eine Kupplungsvorrichtung, wie z. B. eine Klauenkupplung, eine Schaltmuffe und/oder eine Synchronisiervorrichtung. Außerdem ist die Kupplungsvorrichtung so konfiguriert, dass sie in einer Rückwärtsfahrkonfiguration den Rückwärtsgang-Zahnradsatz mechanisch an der ersten Hauptwelle befestigt. Auf diese Weise kann eine kompakte Rückwärtsganganordnung effizient in das Getriebe in der Nähe der elektrischen Maschine eingebaut werden, um die Herstellung und Wartung des Getriebes zu vereinfachen.
  • In einem weiteren Beispiel kann die Rückwärtsfahrkonfiguration in einem reinen Elektrofahrzeugmodus, einem reinen Verbrennungsmotormodus oder einem Hybridmodus ausgeführt werden. Auf diese Weise kann das Getriebesystem die mechanische Rückwärtsganganordnung in den verschiedenen Betriebsmodi des Getriebes effektiv nutzen, wodurch das Fenster für den Betrieb der Rückfahrvorrichtung vergrößert und möglicherweise komplizierte Steuerungsstrategien vermieden werden, bei denen das System in einen rein elektrischen Modus geschaltet werden muss, damit das Getriebe in einen elektrischen Rückwärtsgangmodus übergehen kann.
  • In einem weiteren Beispiel kann das Getriebesystem eine Parksperrenbaugruppe enthalten, die parallel zur Kupplungsvorrichtung mit einer Sekundärwelle des Getriebes gekoppelt ist. Außerdem ist die Parksperrenbaugruppe an einem vom Verbrennungsmotor entfernten Ende des Getriebes angeordnet. Auf diese Weise kann die Parksperrenbaugruppe effizient in das Getriebe integriert werden, um eine unbeabsichtigte Bewegung des Fahrzeugs zu verhindern, wenn das Fahrzeug zum Stillstand gebracht wird, ohne die Gesamtgröße des Getriebes wesentlich zu beeinträchtigen, falls dies gewünscht wird.
  • Es versteht sich, dass die obige Zusammenfassung dazu dient, in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung näher erläutert werden. Sie ist nicht dazu gedacht, die wichtigsten oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, dessen Umfang eindeutig durch die Ansprüche definiert wird, die auf die detaillierte Beschreibung folgen. Darüber hinaus ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die die oben oder in anderen Teilen dieser Offenbarung genannten Nachteile beheben.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Darstellung eines ersten Beispiels für ein Getriebesystem mit einer mechanischen Rückwärtsganganordnung in einem Hybridfahrzeug.
    • 2A-2B zeigen ein zweites und ein drittes Beispiel für ein Getriebesystem mit einer mechanischen Rückwärtsganganordnung.
    • 3-5C zeigen die Leistungspfade für verschiedene Betriebsmodi und Übersetzungsverhältnisse des Getriebesystems aus 1.
    • 6 zeigt ein Flussdiagramm für eine mechanische Rückwärtsgangschaltstrategie in einem Getriebe.
    • 7 zeigt ein Zeitdiagramm einer Getriebesteuerungsstrategie für einen Anwendungsfall für das mechanische Schalten in den Rückwärtsgang.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Systeme und Verfahren für ein Hybridfahrzeuggetriebe mit mechanischer Rückwärtsganganordnung. Das Getriebe kann einen Verbrennungsmotor und eine elektrische Maschine beinhalten, die so ausgelegt sind, dass sie in einem Hybridmodus, einem reinen Elektromodus und einem reinen Verbrennungsmotormodus arbeiten. Das Getriebe beinhaltet außerdem eine mechanische Rückwärtsganganordnung, die eingerückt werden kann, wenn das System im reinen Elektromodus, im reinen Verbrennungsmotormodus und im Hybridmodus betrieben wird. Folglich kann die Zuverlässigkeit der mechanischen Rückwärtsganganordnung des Systems im Vergleich zu Systemen erhöht werden, die sich ausschließlich auf den elektrischen Rückwärtsgang stützen und bei einem relativ niedrigen Ladezustand der Antriebsbatterie anfällig für Ausfälle sein können. Um diese hochgradig anpassungsfähige mechanische Rückwärtsgangfunktion zu erreichen, kann die Rückwärtsganganordnung ein Antriebszahnrad, das frei auf einer Hauptwelle montiert ist, ein Leerlaufzahnrad und ein Zahnrad auf einer Leerlaufwelle eines Elektromotors enthalten. Die Rückwärtsganganordnung kann außerdem eine Kupplungsvorrichtung enthalten, die den Rückwärtsgang-Getriebezug wahlweise mit der Hauptwelle koppelt. Auf diese Weise kann das System sowohl im reinen Elektromodus, im reinen Verbrennungsmotormodus als auch im Hybridmodus den mechanischen Rückwärtsgang einlegen.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Hybridantriebsstrang und einem Getriebe mit mechanischer Rückwärtsganganordnung. 2A-2B zeigen alternative Konfigurationen der mechanischen Rückwärtsganganordnung. 3-5C veranschaulichen die Leistungspfade durch den beispielhaften Antriebsstrang aus 1 in verschiedenen Betriebsmodi und Gangschaltungen, wobei 5A-5C insbesondere den Betrieb des Getriebes in drei verschiedenen Rückwärtsgangmodi zeigen: Rückwärtsgang im Modus mit Verbrennungsmotor, Hybridrückwärtsgangmodus bzw. rein elektrischer Rückwärtsgang. 6 veranschaulicht ein Verfahren zum Betrieb des Fahrzeugs im Rückwärtsgang. 7 ist ein Anwendungsfall-Zeitdiagramm zur Veranschaulichung eines mechanischen Rückwärtsschaltvorgangs.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100, das einen Antriebsstrang 102 mit einem Getriebe 104 aufweist. Das Fahrzeug kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen unterschiedliche Formen annehmen, z. B. ein leichtes, mittleres oder schweres Nutzfahrzeug sein. Zur Erzeugung von Energie kann der Antriebsstrang 102 eine elektrische Maschine 106 (z. B. einen Elektromotor-Generator) und einen Verbrennungsmotor 108 (z. B. einen Fremd- und/oder Selbstzündungsmotor) beinhalten. Die elektrische Maschine 106 kann konventionelle Komponenten wie einen Rotor, einen Stator, ein Gehäuse und dergleichen enthalten, um in einigen Fällen sowohl mechanische als auch elektrische Energie während eines regenerativen Modus zu erzeugen. Darüber hinaus kann der Verbrennungsmotor 108 konventionelle Komponenten wie Zylinder, Kolben, Ventile, ein Kraftstoffzufuhrsystem, ein Ansaugsystem, ein Auspuffsystem und Ähnliches beinhalten. Somit kann das Fahrzeug 100 ein Hybridfahrzeug sein. In anderen Beispielen kann das Fahrzeug jedoch auch ein reines Elektrofahrzeug sein, bei dem der Verbrennungsmotor weggelassen und durch eine zweite elektrische Maschine ersetzt wird.
  • Das Getriebe 104 kann so konfiguriert sein, dass es das Drehmoment zwischen den Antriebsrädern 112, 114 und der elektrischen Maschine 106 und/oder dem Verbrennungsmotor 108 überträgt. So kann das Getriebe 104 mit einem Differential 110 gekoppelt sein, das über die Achswellen 116 bzw. 118 ein Drehmoment für die Räder 112 bzw. 114 bereitstellt. Das Differential 110 kann ein Gehäuse 111 enthalten, in dem eine Getriebeanordnung wie Ritzel, Zahnkränze und dergleichen untergebracht ist, um die oben genannte Drehmomentübertragung zu erreichen. Genauer gesagt kann es sich bei dem Differential 110 um ein offenes Differential, ein elektronisches Sperrdifferential, ein elektronisches Sperrdifferential mit begrenztem Schlupf, eine Doppelkupplung mit Drehmomentverteilung und dergleichen handeln.
  • Der Verbrennungsmotor 108 kann eine Ausgangswelle 120 haben, die mit einem Schwungrad 122 drehbar gekoppelt sein kann. Außerdem ist das Schwungrad 122 über eine Welle 123 mit einer Doppelkupplungsanordnung 124 im Getriebe 104 verbunden. Somit dient das Schwungrad 122 als Schnittstelle für den Verbrennungsmotor. Darüber hinaus koppelt die Doppelkupplungsanordnung 124 das Schwungrad 122 wahlweise drehbar mit einer ersten Hauptwelle 130 und einer zweiten Hauptwelle 132.
  • Die Doppelkupplungsanordnung 124 kann einen ersten Kupplungsmechanismus 126 und einen zweiten Kupplungsmechanismus 128 beinhalten, bei denen es sich um Nass- oder Trockenreibungskupplungen handeln kann. Der erste Kupplungsmechanismus 126 kann eine Vielzahl von Reibscheiben enthalten, die in Eingriff gebracht werden können, um das Drehmoment vom Schwungrad 122 auf die erste Hauptwelle 130 zu übertragen. Wenn der erste Kupplungsmechanismus eingerückt ist, überträgt das Schwungrad ein Drehmoment auf die erste Hauptwelle. In ähnlicher Weise kann der zweite Kupplungsmechanismus 128 Reibscheiben beinhalten, die in Eingriff gebracht werden können, um das Drehmoment vom Schwungrad 122 auf die zweite Hauptwelle 132 zu übertragen. Wenn also der zweite Kupplungsmechanismus eingerückt ist, überträgt das Schwungrad das Drehmoment auf die zweite Hauptwelle. Um die Kompaktheit des Getriebes zu erhöhen, kann die zweite Hauptwelle hohl sein und konzentrisch um die erste Hauptwelle angeordnet werden.
  • Die Doppelkupplungsanordnung kann zum Schalten zwischen mehreren diskreten Gängen betätigt werden. Im Einzelnen kann der erste Kupplungsmechanismus 126 zum Antrieb ungerader Gänge (über die erste Hauptwelle 130) betätigt werden, während der zweite Kupplungsmechanismus 128 zum Antrieb gerader Gänge (über die zweite Hauptwelle 132) betätigt werden kann. Daher können der erste und der zweite Kupplungsmechanismus gemeinsam ein- und ausgerückt werden oder umgekehrt, um zwischen den einzelnen Gängen des Getriebes zu wechseln. Insbesondere ermöglicht die Doppelkupplung reibungslose und effiziente Schaltvorgänge zwischen den Gängen, da die Betätigung der einen Kupplung zeitlich so gesteuert werden kann, dass ein ungerader/gerader Gang eingelegt wird, während ein anderer gerader/ungerader Gang ausgekuppelt wird. In dem Beispiel aus 1 kann das Getriebe 104 in acht diskreten Gängen arbeiten, obwohl auch eine andere Anzahl von Gängen in Frage kommt. Die Anordnungen der verschiedenen Zahnräder auf der ersten und zweiten Hauptwelle 130, 132 und ihre entsprechenden Eingriffsverhältnisse mit den geraden und ungeraden Zahnrädern auf einer Sekundärwelle 134 werden hierin ausführlicher beschrieben.
  • Die erste Hauptwelle 130 kann fest montierte Zahnräder 136, 138 enthalten, und die zweite Hauptwelle 132 kann fest montierte Zahnräder 140, 142 enthalten. Außerdem kann eine Doppelzahnradwelle 180 drehbar um die erste Hauptwelle 130 angeordnet sein. Die Doppelzahnradwelle 180 kann ein Zahnrad 182 und ein Zahnrad 184 beinhalten, die an ihren gegenüberliegenden axialen Enden angeordnet sind. Außerdem können die Zahnräder 144, 146 drehbar (z. B. im Leerlauf) auf der zweiten Hauptwelle 132 angebracht sein. Um das Zahnrad 144 drehbar mit der Welle 132 zu verbinden, kann ein Lager 145 verwendet werden. Für das Zahnrad 146 sowie für alle anderen hierin beschriebenen Zahnräder, die drehbar auf einer Welle montiert sind, gilt, dass andere ähnliche Lager (z. B. Rollenlager wie Nadellager) verwendet werden können, um solche Zahnräder auf der entsprechenden Welle zu montieren.
  • Eine Kupplungsvorrichtung 148 kann auf der zweiten Hauptwelle 132 zwischen den Zahnrädern 144, 146 enthalten sein, um eines der Zahnräder 144, 146 wahlweise zur Drehung mit der zweiten Hauptwelle 132 zu koppeln. Beispielsweise kann die Kupplungsvorrichtung 148 in einer ersten Position das Zahnrad 144 für die Drehung mit der Welle 132 und in einer zweiten Position das Zahnrad 146 für die Drehung mit der Welle 132 arretieren. Die Kupplungsvorrichtung 148 kann, wie jede andere hier beschriebene Kupplungsvorrichtung auch, eine Klauenkupplung sein. Bei der Kupplungsvorrichtung 148 kann es sich beispielsweise um eine mehrseitige Klauenkupplung handeln, die an gegenüberliegenden axialen Seiten der Kupplung gezahnte Flächen aufweist. Diese gezahnten Flächen können verschoben werden (nach links oder rechts im Bezugssystem aus 1), um einen Eingriff zwischen den Zähnen des entsprechenden Zahnrads (z. B. des Zahnrads 144 bzw. des Zahnrads 146) zu bewirken. Ein Aktuator, wie z. B. ein hydraulischer Aktuator, ein elektronischer Aktuator (z. B. ein Elektromagnet), ein pneumatischer Aktuator, Kombinationen davon und Ähnliches, kann verwendet werden, um die Kupplungsvorrichtung auf diese Weise zu verschieben.
  • Zusätzlich oder alternativ kann die Kupplungsvorrichtung 148, wie auch die anderen hier beschriebenen Kupplungsvorrichtungen, einen Synchronisiervorrichtungsmechanismus enthalten, um einen reibungslosen Kupplungseingriff während eines Schaltvorgangs zu erreichen. Im Einzelnen sorgt der Synchronisiervorrichtungsmechanismus (oder die Synchronisiervorrichtung) für die Drehzahlanpassung zwischen der Kupplung und den Zahnradzähnen. So kann der Synchronisiervorrichtungsmechanismus beispielsweise eine Konuskupplung und einen Sperrring enthalten, um diese Synchronisierungsfunktion zu erfüllen, was die Wahrscheinlichkeit harter Schaltvorgänge verringern, aber auch die Komplexität des Systems erhöhen kann. In anderen Beispielen kann jede der Kupplungsvorrichtungen zusätzlich oder alternativ eine Schaltmuffe mit einer Verzahnung enthalten, die so profiliert ist, dass sie mit der entsprechenden Verzahnung eines entsprechenden Zahnrads kämmt, wenn die Schaltmuffe so verschoben wird, dass sie in einen gewünschten Gang eingreift. Die Schaltmuffe kann daher so ausgelegt sein, dass sie sich axial verschiebt, wenn die Kupplungsvorrichtung zwischen den Gängen schaltet. In einigen Fällen kann/können die Kupplungsvorrichtung(en) eine Schaltmuffe einschließen, die mit einer Synchronisiervorrichtungsvorrichtung, wie z. B. Synchronringen, zusammenwirkt, um eine reibungslose Kraftübertragung während der Schaltvorgänge zu ermöglichen. Die Synchronringe können in einigen Fällen einen ringförmigen Körper mit Außenzähnen am Außendurchmesser beinhalten, die so konfiguriert sind, dass sie unter bestimmten Bedingungen in die entsprechenden Zähne der Schaltmuffe eingreifen.
  • Wie bereits erwähnt, kann der Antriebsstrang 102 neben dem Verbrennungsmotor 108 auch eine elektrische Maschine 106 enthalten. Die elektrische Maschine 106 kann in das Getriebe 104 eingebaut oder mit diesem verschraubt sein. Während der Verbrennungsmotor 108, das Schwungrad 122 und die Doppelkupplungsanordnung 124 in der Nähe eines ersten Endes 150 der ersten Hauptwelle 130 angeordnet sein können, kann die elektrische Maschine 106 so positioniert werden, dass sie das Getriebe 104 in der Nähe eines zweiten Endes 152 der ersten Hauptwelle mit Rotationskraft versorgt. Auf diese Weise wird ein kompakter Antriebsstrang geschaffen, über den die elektrische Maschine oder der Verbrennungsmotor das Getriebe mit Leistung versorgen können.
  • Das Getriebe 104 beinhaltet außerdem eine mechanische Rückwärtsganganordnung 162 mit einem Rückwärtsgang-Zahnradsatz 160. Die Anordnung des Rückwärtsgang-Zahnradsatzes 160 und einer darin angeordneten Kupplungsvorrichtung ist so konfiguriert, dass sie wahlweise einen mechanischen Leistungspfad für den Rückwärtsgangbetrieb (z. B. über die Leistung des Verbrennungsmotors 108) bereitstellt. Die Rückwärtsganganordnung kann so konstruiert sein, dass sie den Rückwärtsgang-Zahnradsatz 160 durch Betätigung einer Kupplungsvorrichtung 166 wahlweise mechanisch mit der ersten Hauptwelle 130 koppelt. Um die mechanische Rückwärtsgangfunktion zu ermöglichen, kann der Rückwärtsgang-Zahnradsatz 160 der mechanischen Rückwärtsganganordnung 162 ein Antriebszahnrad 168 beinhalten, das drehbar auf der ersten Hauptwelle 130 angeordnet ist und mit einem Leerlaufzahnrad 170 in Eingriff steht. Das Leerlaufzahnrad 170 kann auch mit einem Zahnrad 172 in Eingriff stehen, das an einem ersten axialen Ende einer Leerlaufwelle 174 der elektrischen Maschine 106 angeordnet ist. Ferner kann ein Zahnrad 176 an einem zweiten axialen Ende der Leerlaufwelle 174 gegenüber dem Zahnrad 172 angeordnet sein. Das Zahnrad 176 kann mit einem Zahnrad 178 auf der Ausgangswelle 164 der elektrischen Maschine 106 in Eingriff stehen. Darüber hinaus kann das Zahnrad 176 auf der Leerlaufwelle 174 zusätzlich mit dem Zahnrad 184 in Eingriff stehen, das an einem Ende der Doppelzahnradwelle 180 in der Nähe des zweiten Endes 152 der ersten Hauptwelle 130 angeordnet ist.
  • Die Kupplungsvorrichtung 166 der mechanischen Rückwärtsganganordnung 162 kann zwischen dem Antriebszahnrad 168 und dem Zahnrad 184 auf der Doppelzahnradwelle 180 positioniert werden und kann so konfiguriert sein, dass sie wahlweise das Antriebszahnrad 168 oder die Doppelzahnradwelle 180 zur Drehung mit der ersten Hauptwelle 130 koppelt. So kann die Kupplungsvorrichtung 166, wie durch einen doppelseitigen Pfeil angezeigt, nach links oder rechts in eine erste Eingriffsposition, in der sie in das Zahnrad 184 eingreift (z. B. in einer Vorwärtsfahrkonfiguration), und in eine zweite Eingriffsposition, in der sie in das Antriebszahnrad 168 des Rückwärtsgang-Zahnradsatzes 160 eingreift (z. B. in einer Rückwärtsfahrkonfiguration), verschoben werden. Befindet sich beispielsweise die Kupplungsvorrichtung 166 in einer neutralen Position, kann das Zahnrad 178 auf der Ausgangswelle 164 der elektrischen Maschine die Drehkraft von der Ausgangswelle auf das Zahnrad 176 (auf der Leerlaufwelle 174) und vom Zahnrad 176 auf das Zahnrad 184 (auf der Doppelzahnradwelle 180) übertragen. Wenn sich die Kupplungsvorrichtung 166 im Leerlauf befindet, kann die Drehkraft der elektrischen Maschine 106 die erste Hauptwelle 130 umgehen und zur Sekundärwelle 134 gelangen. Wenn die Kupplungsvorrichtung 166 jedoch in die Rückwärtsfahrkonfiguration geschaltet wird, ist der Rückwärtsgang-Zahnradsatz 160 (z. B. das Antriebszahnrad 168, das Leerlaufrad 170 und das Zahnrad 172) drehfest mit der ersten Hauptwelle 130 verbunden. Wenn die Kupplungsvorrichtung 166 in die Vorwärtsfahrkonfiguration geschaltet wird, um das Zahnrad 184 auf der Doppelzahnradwelle 180 in Eingriff zu bringen, wird das Ausgangsdrehmoment der elektrischen Maschine auf die erste Hauptwelle 130 übertragen. Wie bereits erwähnt, kann die Kupplungsvorrichtung 166 eine Klauenkupplung, eine Schiebemuffe oder eine Synchronisiervorrichtung sein.
  • Das Getriebe 104 kann zum Schalten zwischen mehreren diskreten Übersetzungsverhältnissen konfiguriert sein. In einem Beispiel kann das Getriebe acht Übersetzungsverhältnisse aufweisen, obwohl auch Getriebe mit einer anderen Anzahl von Gängen in Betracht kommen. Um dies zu erreichen, kann die Sekundärwelle 134 acht darauf angeordnete Zahnräder enthalten, die wahlweise von Zahnrädern auf der ersten Hauptwelle 130 oder der zweiten Hauptwelle 132 über verschiedene Kupplungsvorrichtungen angetrieben werden. Beispielsweise kann ein Zahnrad des ersten Übersetzungsverhältnisses 201 drehbar auf der Sekundärwelle 134 montiert sein und mit dem fest auf der ersten Hauptwelle 130 montierten Zahnrad 136 in kämmendem Eingriff stehen. In ähnlicher Weise kann auch ein Zahnrad 205 des fünften Übersetzungsverhältnisses drehbar auf der Welle 134 angebracht sein und mit dem fest auf der ersten Hauptwelle 130 angebrachten Zahnrad 138 in Eingriff stehen. Wie hierin beschrieben, können die Zahnräder des ersten bis fünften Übersetzungsverhältnisses als „das erste Zahnrad“ und „das fünfte Zahnrad“ bezeichnet werden, wobei die gleiche Terminologie auf jedes der ersten bis achten Zahnräder angewendet wird. Eine Kupplungsvorrichtung 212 kann auf der Sekundärwelle zwischen dem ersten Zahnrad 201 und dem fünften Zahnrad 205 angeordnet sein und kann nach links oder rechts geschoben werden, um das erste Zahnrad 201 bzw. das fünfte Zahnrad 205 in Eingriff zu bringen, um das entsprechende Zahnrad mit der Sekundärwelle 134 zu verriegeln, so dass es sich mit ihr dreht und das Getriebe in einem ersten bzw. fünften Gang arbeitet.
  • Entsprechend können ein zweites Zahnrad 202 und ein sechstes Zahnrad 206 drehbar auf der Sekundärwelle 134 montiert sein und in kämmendem Eingriff mit den Zahnrädern 142 bzw. 140 auf der zweiten Hauptwelle 132 stehen. Eine Kupplungsvorrichtung 211 kann auf der Sekundärwelle 134 zwischen dem zweiten Zahnrad 202 und dem sechsten Zahnrad 206 angeordnet sein und nach links oder rechts verschoben werden, um das zweite Zahnrad 202 bzw. das sechste Zahnrad 206 einzurücken und so das entsprechende Zahnrad mit der Sekundärwelle zu verriegeln, damit es sich mit ihr dreht, um das Getriebe in einem zweiten bzw. sechsten Gang zu betreiben. Ferner können ein viertes Zahnrad 204 und ein achtes Zahnrad 208 fest an der Sekundärwelle 134 angebracht sein und mit den Zahnrädern 144 bzw. 146 in Eingriff stehen. Da die Zahnräder 144 und 146 jedoch drehbar auf der zweiten Hauptwelle 132 angebracht sind, wird die Kupplungsvorrichtung 148 nach links oder rechts verschoben, um das Zahnrad 144 bzw. das Zahnrad 146 in Eingriff zu bringen und das entsprechende Zahnrad mit der zweiten Hauptwelle zu verbinden. Auf diese Weise kann durch Betätigung der Kupplungsvorrichtung 148 Rotationsenergie von dem Zahnrad 144 auf das achte Zahnrad 208 oder von dem Zahnrad 146 auf das vierte Zahnrad 204 übertragen werden, um das Getriebe im achten bzw. vierten Gang zu betreiben.
  • Darüber hinaus können ein drittes Zahnrad 203 und ein siebtes Zahnrad 207 drehbar auf der Sekundärwelle 134 angebracht und durch Betätigung einer dazwischen angeordneten Kupplungsvorrichtung 213 wahlweise für die Drehung mit der Welle 134 verriegelt werden. Das dritte Zahnrad 203 und das siebte Zahnrad 207 können mit den Zahnrädern 182 bzw. 184 kämmen, die auf der Doppelzahnradwelle 180 angeordnet sind, welche drehbar auf der ersten Hauptwelle 130 montiert ist. Wie bereits erörtert, kann die Kupplungsvorrichtung 166 in der mechanischen Rückwärtsganganordnung 162 axial (nach links) in eine Vorwärtsfahrkonfiguration verschoben werden, in der die Kupplungsvorrichtung 166 in das Zahnrad 184 eingreift und die Doppelzahnradwelle 180 (und damit beide Zahnräder 182 und 184) für die Drehung mit der ersten Hauptwelle 130 arretiert. Wenn sich die Kupplungsvorrichtung 166 in der Vorwärtsfahrposition befindet, kann die Kupplungsvorrichtung 213 axial verschoben werden, um den dritten Gang 203 oder den siebten Gang 207 einzulegen und das Getriebe 104 in einen dritten bzw. siebten Gang zu schalten. Darüber hinaus können die Kupplungsvorrichtung 166 sowie alle anderen Kupplungsvorrichtungen (z. B. die Vorrichtungen 148, 211, 212 und/oder 213) Klauenkupplungen, Synchronisiervorrichtungen, verschiebbare Schaltmuffen, Kombinationen davon und Ähnliches einschließen.
  • Wie in 1 dargestellt, können die geradzahligen Zahnräder (zweites Zahnrad 202, viertes Zahnrad 204, sechstes Zahnrad 206 und achtes Zahnrad 208) auf der Sekundärwelle 134 angeordnet sein, um wahlweise durch die mit der zweiten Hauptwelle 132 gekoppelten Zahnräder angetrieben zu werden, und die ungeradzahligen Zahnräder (erstes Zahnrad 201, drittes Zahnrad 203, fünftes Zahnrad 205 und siebtes Zahnrad 207) können auf der Sekundärwelle angeordnet sein, um wahlweise durch die mit der ersten Hauptwelle 130 gekoppelten Zahnräder angetrieben zu werden. Auf diese Weise kann die Doppelkupplungsanordnung 124 betätigt werden, um wahlweise die erste oder die zweite Hauptwelle mit der Motorausgangswelle 120 zu koppeln, so dass das Getriebe effizient zwischen aufeinanderfolgenden Gängen schalten kann. Ferner kann die Sekundärwelle 134 parallel zu der ersten und zweiten Hauptwelle 130, 132 angeordnet sein, wobei die geradzahligen Zahnräder 202, 204, 206, 208 näher am ersten Ende 150 der ersten Hauptwelle 130 und die ungeradzahligen Zahnräder 201, 203, 205, 207 näher am zweiten Ende 152 der ersten Hauptwelle angeordnet sind.
  • Das vierte Zahnrad 204 kann außerdem mit einer Achsantriebsanordnung 214 gekoppelt sein. Insbesondere kann das vierte Zahnrad 204 in Eingriff mit einem Zwischenzahnrad 215 stehen, das an einem axialen Ende einer Achsantriebswelle 216 angekoppelt ist. So kann die Drehkraft von der Sekundärwelle 134 über das vierte Zahnrad 204 auf die Achsantriebswelle 216 über das Zwischenzahnrad 215 übertragen werden. Die Achsantriebswelle 216 kann außerdem ein Zahnrad 218 an einem Ende enthalten, das dem Zwischenzahnrad 215 gegenüberliegt. Außerdem kann das Zahnrad 218 mit einem Zahnrad 220 in kämmendem Eingriff stehen, das auf dem Differentialgehäuse 111 des Differentials 110 angeordnet ist. Insbesondere können die Zahnräder 218, 220 als Kegelrad- oder Hypoidgetriebe ausgeführt sein. Ferner kann das Differential 110 funktionsfähig an den Achswellen 116, 118 befestigt sein, um Drehkraft für die Antriebsräder 112 bzw. 114 bereitzustellen. So kann das Differential 110 die vom Antriebsstrang 102 aufgenommene Drehantriebskraft unter bestimmten Betriebsbedingungen auf die Antriebsräder 112, 114 verteilen.
  • Eine Parksperrenbaugruppe 210 kann auch an einem axialen Ende der Sekundärwelle 134 angebracht werden, wobei sich das axiale Ende in der Nähe des axialen Endes 152 der ersten Hauptwelle 130 befindet. Die Parksperrenbaugruppe 210 kann vorteilhafterweise koaxial zur Sekundärwelle 134 und damit parallel zur ersten Hauptwelle 130 und der mechanischen Rückwärtsgang-Kupplungsvorrichtung 166 angeordnet werden, ohne die Gesamtgröße (z. B. die Länge) des Getriebes 104 zu beeinträchtigen, wenn dies gewünscht wird. Auf diese Weise kann die kompakte Bauweise des Getriebes beibehalten und gleichzeitig die Funktion der Parksperre erreicht werden.
  • Die erste Hauptwelle 130, die zweite Hauptwelle 132, die Sekundärwelle 134 und die Achsantriebswelle 216 (mit dem darauf angeordneten Zwischenzahnrad 215) können parallel angeordnet sein. Darüber hinaus kann die Parksperrenbaugruppe 210 eine Getriebe- und Kupplungsanordnung beinhalten, die parallel zu den vorgenannten Wellen angeordnet ist und in Eingriff gebracht werden kann, um das Fahrzeug im Stillstand zu halten, indem die Sekundärwelle 134 blockiert wird, um ihre Drehung zu verhindern. Auf diese Weise bietet der Antriebsstrang 102 eine kompakte Getriebeanordnung, die sich in eine Vielzahl von Fahrzeugplattformen einbauen lässt und einen Mechanismus bereitstellt, der unerwünschte Bewegungen bei stehendem Fahrzeug verhindert.
  • Das Fahrzeug 100 kann auch ein Steuerungssystem 190 mit einer Steuerung 191 enthalten. Die Steuerung 191 beinhaltet einen Prozessor 192 und einen Speicher 193. Im Speicher 193 können Anweisungen gespeichert sein, die, wenn sie vom Prozessor ausgeführt werden, die Steuerung 191 dazu veranlassen, die verschiedenen hier beschriebenen Verfahren, Steuerungstechniken usw. durchzuführen. Der Prozessor 192 kann eine Mikroprozessoreinheit und/oder andere Arten von Schaltungen enthalten. Der Speicher 193 kann bekannte Datenspeichermedien wie Arbeitsspeicher, Nur-Lese-Speicher, Diagnosespeicher, Kombinationen daraus und dergleichen beinhalten..
  • Die Steuerung 191 kann verschiedene Signale von Sensoren 194 empfangen, die sich im Fahrzeug 100 und dem Antriebsstrang 102 befinden. Umgekehrt kann die Steuerung 191 auf der Grundlage von empfangenen Signalen und der im Speicher 193 der Steuerung 191 gespeicherten Anweisungen Steuersignale an verschiedene Aktuatoren 195 an unterschiedlichen Positionen im Fahrzeug und im Getriebe senden. So kann die Steuerung 191 beispielsweise Befehlssignale an die Kupplungsvorrichtung 166 senden. Als Reaktion auf den Empfang des Befehlssignals durch die Kupplungsvorrichtung 166 kann ein Aktuator in der Vorrichtung verwendet werden, um die Vorrichtung in einen gewünschten Gang zu schalten und eine entsprechende Übersetzungsauswahl im Getriebe zu erreichen. Die anderen steuerbaren Komponenten des Getriebes und allgemeiner des Fahrzeugs können in Bezug auf die Sensorsignale und die Einstellung der Aktuatoren auf ähnliche Weise betrieben werden.
  • Die Kupplungsvorrichtung 166 in 1 fungiert als Kupplung für den wahlweiseen Übergang zwischen einer eingerückten Position für die Vorwärtsfahrt (z. B. Einrücken des Zahnrads 184, um die Doppelzahnradwelle 180 für die Drehung mit der ersten Hauptwelle 130 zu sperren), einer neutralen Position und einer eingerückten Position für den mechanischen Rückwärtsgangbetrieb (z. B. Sperren des Antriebszahnrads 168 des Rückwärtsgang-Zahnradsatzes 160 für die Drehung mit der Hauptwelle 130). Es sind jedoch auch andere Konfigurationen der mechanischen Rückwärtsganganordnung 162 denkbar, um die mechanische Rückwärtsgangfunktion mit zwei separaten Kupplungsvorrichtungen zu erreichen. 2A und 2B veranschaulichen alternative Anordnungen von Kupplungsvorrichtungen in einer mechanischen Rückwärtsganganordnung im Getriebe 104. Der Großteil des Antriebsstrangs 102 und des Getriebes 104 aus 2A und 2B, mit Ausnahme des mechanischen Rückwärtsgangs, sind gleich dem Antriebsstrang und Getriebe aus 1. Daher konzentriert sich die folgende Erörterung auf die geänderte Anordnung der mechanischen Rückwärtsganganordnung am zweiten Ende 152 der ersten Hauptwelle 130, und die redundante Beschreibung sich überschneidender Komponenten wird aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen.
  • In 2A, kann die mechanische Rückwärtsgang-Kupplungsvorrichtung 166 in einem Beispiel, wie in 1 dargestellt, durch zwei getrennte Kupplungsvorrichtungen ersetzt werden. In diesem Beispiel kann eine erste Kupplungsvorrichtung 230 auf der ersten Hauptwelle 130 zwischen dem mechanischen Rückwärtsgang-Antriebszahnrad 168 und dem Zahnrad 184 (auf der Doppelzahnradwelle 180) angeordnet sein. Die Kupplungsvorrichtung 230 kann so konfiguriert sein, dass sie unter bestimmten Umständen wahlweise in Eingriff mit dem Zahnrad 184 schaltet, um die Doppelzahnradwelle 180 (und die Zahnräder 182, 184) für die Drehung mit der Hauptwelle 130 zu arretieren, wodurch die elektrische Maschine 106 Leistung direkt auf die Sekundärwelle 134 übertragen kann, unter Umgehung der ersten Hauptwelle 130, wie zuvor besprochen.
  • Eine zweite Kupplungsvorrichtung 232 kann auf der ersten Hauptwelle 130 in der Nähe ihres Endes 152 angeordnet sein (z. B. zwischen dem mechanischen Rückwärtsgang-Antriebszahnrad 168 und dem Ende 152 oder am Ende 152). Die zweite Kupplungsvorrichtung 232 kann so konfiguriert sein, dass sie wahlweise in Eingriff mit dem Antriebszahnrad 168 schaltet, das drehbar auf der ersten Hauptwelle 130 montiert ist, wodurch das Antriebszahnrad 168 für die Drehung mit der ersten Hauptwelle arretiert wird. Auf diese Weise kann die mechanische Rückwärtsgangfunktion auf Wunsch allein durch Betätigung der zweiten Kupplungsvorrichtung 232 realisiert werden. Wenn beispielsweise die zweite Kupplungsvorrichtung 232 im Vollverbrennungsmotor- oder im Hybridmodus mit dem Antriebszahnrad 168 in Eingriff gebracht wird, kann der Verbrennungsmotor 108 über die erste Hauptwelle 130 Leistung auf das Rückwärtsgang-Antriebszahnrad 168 übertragen. Die Leistung wird dann über den Rückwärtsgang-Zahnradsatz 160 (z. B. nacheinander vom Antriebsrad 168 zum Leerlaufrad 170, dem Zahnrad 172 auf der Leerlaufwelle 174) und über die Doppelradwelle 180 zurück in das Getriebe 104 übertragen. Als Nächstes kann die Leistung über das dritte Zahnrad 203 auf die Sekundärwelle 134 übertragen werden (z. B. wenn die Kupplungsvorrichtung 213 in Eingriff mit dem dritten Zahnrad geschaltet wird) und über die Achsantriebsanordnung auf die Antriebsräder 112, 114 in der zuvor beschriebenen Weise übertragen werden. Die wiederholte Erörterung der Leistungsübertragung durch den Achsantrieb wird der Kürze halber weggelassen. Die Verwendung der Kupplungsvorrichtung 232 als spezielle mechanische Rückwärtsgangkupplung ermöglicht, falls gewünscht, eine einfachere und kompaktere Bauweise der Vorrichtung im Vergleich zu der Doppeleingriffs-Kupplungsvorrichtung 166 aus 1.
  • Ein weiteres Beispiel für eine mechanische Rückwärtsgang-Kupplungsvorrichtung ist in 2B dargestellt. In diesem Beispiel ist das mechanische Rückwärtsgang-Antriebszahnrad 168, das in 1 drehbar auf der Hauptwelle 130 angebracht ist, durch ein Antriebsrad 169 ersetzt, das fest mit der ersten Hauptwelle verbunden ist. Außerdem kann das Zahnrad 172, das in 1 am rechten Ende der Leerlaufwelle 174 befestigt ist, durch ein Zahnrad 173 ersetzt werden, das drehbar auf der Leerlaufwelle 174 an deren rechtem Ende angeordnet ist. Eine erste Kupplungsvorrichtung 240 kann auf der ersten Hauptwelle 130 zwischen dem Zahnrad 184 (auf der Doppelzahnradwelle 180) und dem festen Antriebszahnrad 169 der mechanischen Rückwärtsganganordnung 162 angeordnet sein. Die erste Kupplungsvorrichtung 240 kann ähnlich funktionieren wie die erste Kupplungsvorrichtung 230 aus 2A, so dass das Schalten der ersten Kupplungsvorrichtung 240 in eine eingerückte Position die Doppelzahnradwelle 180 und folglich die darauf montierten Zahnräder 182, 184 arretiert, damit sie sich mit der ersten Hauptwelle 130 drehen. Eine zweite Kupplungsvorrichtung 242 kann auf der Leerlaufwelle 174 zwischen den Zahnrädern 176, 173 angebracht werden. In diesem Beispiel kann die zweite Kupplungsvorrichtung 242 zur Erzielung der mechanischen Rückwärtsgangfunktion axial verschoben werden (nach rechts, in dem Bezugsrahmen aus 2A), um in das Zahnrad 173 einzugreifen, wodurch das Zahnrad 173 für die Drehung mit der Leerlaufwelle 174 gesperrt wird. So kann entweder im Vollverbrennungsmotor- oder im Hybridbetrieb die Rotationsenergie vom Verbrennungsmotor 108 durch die erste Hauptwelle 130 auf das Rückwärtsgang-Antriebszahnrad 169, durch den Rückwärtsgang-Zahnradsatz 160 und schließlich durch das Getriebe und auf die Antriebsrädern 112, 114 übertragen werden, wie unter Bezugnahme auf 2A erläutert. Durch die Verwendung sowohl der Kupplungsvorrichtung 240 als auch der Kupplungsvorrichtung 242 kann die Kupplungsvorrichtung 242 als spezielle mechanische Rückwärtsgangkupplung ausgeführt werden. Folglich kann die Kupplungsvorrichtung 242 kompakter sein als die Kupplungsvorrichtung 240, falls gewünscht. Außerdem kann bei dem Getriebe in 2B der Eingriff der Schiebemuffe in der gleichen Richtung nach links erfolgen, wodurch die Achse, falls gewünscht, eine zusätzliche Kompaktheit erreichen kann.
  • Die Kupplungsvorrichtungen 230, 232 und 240, 242 aus 2A bzw. 2B können der in 1 dargestellten Kupplungsvorrichtung 166 ähnlich sein und können als solche eine Klauenkupplung, eine Schiebemuffe, eine Synchronisiervorrichtung oder Kombinationen davon sein. Da jedoch in einigen Beispielen jede der Kupplungsvorrichtungen 230, 232, 240, 242 so konfiguriert sein kann, dass sie wahlweise in Eingriff mit nur einem Zahnrad geschaltet werden kann, kann jede Vorrichtung Kupplungsschnittstellen auf einer axialen Seite neben dem entsprechenden einzurückenden Zahnrad aufweisen, anstatt Schnittstellen auf beiden axialen Seiten für den Eingriff mit Zahnrädern auf jeder Seite zu haben.
  • 3-5C zeigen die Leistungspfade durch das Getriebe 104 des Antriebsstrangs 102 zu den Antriebsrädern 112, 114 in verschiedenen Betriebsmodi. Im Einzelnen repräsentieren die Leistungspfade aus 3 und 4 die Auswahl des ersten bzw. zweiten Vorwärtsganges im reinen Verbrennungsmotormodus wobei der Verbrennungsmotor 108 das Getriebe 104 mit Leistung versorgt. 5A-C veranschaulichen die Leistungspfade für den Rückwärtsgang durch das Getriebe, wenn der Antriebsstrang in einem reinen Verbrennungsmotormodus, einem Hybridmodus bzw. einem reinen Elektrofahrzeugmodus betrieben wird. Der Antriebsstrang 102 kann jedoch in mehreren Modi betrieben werden, darunter ein reiner Verbrennungsmotor-Antriebsmodus, mehrere Arten von Hybridantriebsmodi (z. B. ein Hybridmodus des Typs P2 und P3), ein vollständiger Elektrofahrzeugmodus, ein Ankurbelmodus, ein Modus mit kinetischem Energierückgewinnungssystem (KERS), ein Batterielademodus und ein mechanischer Rückwärtsgangmodus. So können die Leistungspfade aus 3-5C eine Auswahl der verfügbaren Betriebsarten und der sich daraus ergebenden Leistungspfade darstellen.
  • Wie bereits erwähnt, kann das Getriebe in mehreren Hybridmodi betrieben werden, die durch die Konfiguration der Kupplungsvorrichtung 166 in der mechanischen Rückwärtsganganordnung 162 bestimmt werden. So kann sich die Kupplungsvorrichtung 166 der mechanischen Rückwärtsganganordnung in einer ersten Art von Hybridantriebsmodus (z. B. dem Hybridmodus P2) in ihrer Vorwärtsfahrposition befinden, in der das Zahnrad 184 drehfest mit der Doppelzahnradwelle 180 (mit der das Zahnrad 184 gekoppelt ist) verbunden ist, um sich mit der ersten Hauptwelle 130 zu drehen. In einer zweiten Art des Hybridantriebsmodus (z. B. dem Hybridmodus des Typs P3) kann sich die Kupplungsvorrichtung 166 in der neutralen Position befinden, in der weder der Gang 184 noch der Gang 168 von der Kupplungsvorrichtung 166 eingelegt ist. So umgeht im zweiten Hybridmodus das Drehmoment der elektrischen Maschine 106 die erste Hauptwelle 130 und gelangt zur Sekundärwelle 134.
  • Im reinen Elektrofahrzeugmodus kann die Doppelkupplungsanordnung 124 das Schwungrad 122 von der ersten und zweiten Hauptwelle 130, 132 trennen, und die Kupplungsvorrichtung 166 kann Leistung von der elektrischen Maschine 106 auf die erste oder zweite Hauptwelle übertragen. Im Ankurbelmodus kann Leistung von der elektrischen Maschine 106 auf den Verbrennungsmotor 108 übertragen werden, um den Verbrennungsvorgang einzuleiten.
  • Im KERS-Modus kann die mechanische Leistung des Getriebes 104 auf die elektrische Maschine 106 übertragen werden, die ihrerseits elektrische Energie zum Laden der Antriebsbatterie und/oder zur Verwendung in elektrisch betriebenen Hilfssystemen erzeugt. Im Batterielademodus kann der Verbrennungsmotor 108 mechanische Leistung auf die elektrische Maschine 106 übertragen, die ihrerseits elektrische Energie für das Aufladen der Traktionsbatterie erzeugt.
  • In 3 ist der Antriebsstrang 102 in einem ersten Übersetzungsverhältnis in einem reinen Verbrennungsmotormodus dargestellt, mit einem Leistungspfad 300 des ersten Gangs. Konkret wird im ersten Gangmodus der erste Kupplungsmechanismus 126 in der Doppelkupplungsanordnung 124 eingerückt, um das Schwungrad 122 des Verbrennungsmotors 108 für die Drehung mit der ersten Hauptwelle 130 zu verriegeln, und die Kupplungsvorrichtung 212 verriegelt das erste Zahnrad 201 für die Drehung mit der Sekundärwelle 134. Außerdem kann sich die Kupplungsvorrichtung 166 in der mechanischen Rückwärtsganganordnung 162 in einer neutralen Position befinden.
  • Der Leistungspfad 300 für die Vorwärtsfahrt im ersten Gang im reinen Verbrennungsmotormodus verläuft wie folgt: die Leistung wird vom Schwungrad 122 des Verbrennungsmotors 108 über die Doppelkupplungsanordnung 124 (z. B. den ersten Kupplungsmechanismus 126) auf die erste Hauptwelle 130 übertragen. Als Nächstes verläuft der Leistungspfad 300 durch die erste Hauptwelle 130 zum ersten Zahnrad 201 über das an der ersten Hauptwelle befestigte Zahnrad 136 und weiter durch die Sekundärwelle 134 zum vierten Zahnrad 204. Anschließend erfolgt die Kraftübertragung vom vierten Zahnrad 204 auf die Achsantriebswelle 216 über das Zwischenzahnrad 215 in der Achsantriebsanordnung 214. So wird die Kraft von der Welle 216 auf das Differential 110 und dann über die Achswellen 116 bzw. 118 auf die Antriebsräder 112 und 114 übertragen.
  • 4 zeigt den Antriebsstrang 102 in einem zweiten Übersetzungsverhältnis in einem reinen Verbrennungsmotormodus, mit einem Leistungspfad 400 des zweiten Gangs. Konkret koppelt im zweiten Gangmodus der zweite Kupplungsmechanismus 128 in der Doppelkupplungsanordnung 124 das Schwungrad 122 des Verbrennungsmotors 108 für die Drehung mit der zweiten Hauptwelle 132, und die Kupplungsvorrichtung 211 verriegelt das zweite Zahnrad 202 für die Drehung mit der Sekundärwelle 134. Auch hier kann sich die Kupplungsvorrichtung 166 in der mechanischen Rückwärtsganganordnung 162 in einer neutralen Position befinden.
  • Der Leistungspfad 400 entfaltet sich wie folgt: Die Leistung wird vom Schwungrad 122 auf die Doppelkupplungsanordnung 124 (z. B. den zweiten Kupplungsmechanismus 128) und auf die zweite Hauptwelle 132 übertragen. Anschließend fließt die Leistung über die zweite Hauptwelle 132 zum Zahnrad 142, wodurch das Drehmoment über das zweite Zahnrad 202 auf die Sekundärwelle 134 übertragen wird. Danach wird die Leistung über die Sekundärwelle 134 auf das vierte Zahnrad 204 übertragen, von wo aus sie über das Zwischenzahnrad 215 auf die Achsantriebswelle 216 und über die Achswellen 116 bzw. 118 auf das Differential 110 und die Antriebsräder 112 und 114 gelangt.
  • Das Schalten des Getriebes 104 aus der ersten Gangstufe mit dem in 3 dargestellten Leistungspfad 300 zur zweiten Gangstufe mit dem Leistungspfad 400 aus 4 kann aufgrund der Konfiguration der Doppelkupplungsanordnung 124 schnell erfolgen. Insbesondere kann das Ausrücken des ersten Kupplungsmechanismus in der Doppelkupplungsanordnung 124 zeitlich so abgestimmt werden, dass es gleichzeitig mit dem Einrücken des zweiten Kupplungsmechanismus 128 erfolgt, wenn vom ersten in den zweiten Gang geschaltet wird, so dass ein nahtloser Übergang der Leistungszufuhr vom Verbrennungsmotor 108 in das Getriebe gewährleistet ist, während andere Kupplungsvorrichtungen darin in ihre entsprechenden Konfigurationen geschaltet werden.
  • 5A zeigt das Getriebe 104 im mechanischen Rückwärtsgangmodus mit reinem Verbrennungsmotormodus und einem zugehörigen Leistungspfad 500. Konkret kann in diesem mechanischen Rückwärtsgangmodus der erste Kupplungsmechanismus 126 das Schwungrad 122 des Verbrennungsmotors 108 mit der ersten Hauptwelle 130 koppeln, die Kupplungsvorrichtung 166 kann das Antriebsrad 168 des Rückwärtsgang-Zahnradsatzes 160 mit der ersten Hauptwelle 130 koppeln, und die Kupplungsvorrichtung 213 kann das dritte Zahnrad 203 mit der Sekundärwelle 134 koppeln. So kann der dritte Gang im mechanischen Rückwärtsgangmodus aktiviert werden.
  • Der Leistungspfad 500 entfaltet sich wie folgt: Die Leistung wird vom Verbrennungsmotor 108 über das Schwungrad 122 und die Doppelkupplungsanordnung 124 auf die erste Hauptwelle 130 übertragen. Anschließend fließt die Leistung über die erste Hauptwelle zum Antriebszahnrad 168 der mechanischen Rückwärtsganganordnung 162 und wird dann über das darauf montierte Zahnrad 172 auf das Leerlaufrad 170 und die Leerlaufwelle 174 übertragen. Danach tritt der Leistungspfad wieder in das Getriebe 104 ein, indem das auf der Leerlaufwelle 174 montierte Zahnrad 176 das Drehmoment auf das Zahnrad 184 auf der Doppelzahnradwelle 180 überträgt. Die Leistung fließt dann von dem Zahnrad 182 auf der Doppelzahnradwelle 180 zum dritten Zahnrad 203. Anschließend fließt die Leistung durch die Sekundärwelle 134 zum vierten Zahnrad 204 und wird danach mithilfe des Zwischenzahnrads 215 auf die Achsantriebswelle 216 übertragen. Von der Welle 216 wird die Leistung auf das Differential 110 und dann über die Achswellen 116 bzw. 118 auf die Antriebsräder 112 und 114 übertragen.
  • 5B zeigt das Getriebe 104 im Hybridmodus des mechanischen Rückwärtsgangs mit einem zugehörigen Leistungspfad 510. Wie unter Bezugnahme auf 5A beschrieben, koppelt der erste Kupplungsmechanismus 126 der Doppelkupplungsanordnung 124 wiederum das Schwungrad 122 des Verbrennungsmotors 108 mit der ersten Hauptwelle 130. Außerdem koppelt die Kupplungsvorrichtung 166 in der mechanischen Rückwärtsganganordnung 162 das Antriebsrad 168 des Rückwärtsgang-Zahnradsatzes 160 mit der ersten Hauptwelle 130, und die Kupplungsvorrichtung 213 koppelt das dritte Zahnrad 203 mit der Sekundärwelle 134. Im Gegensatz zu dem in 5A dargestellten Rückwärtsgangbetrieb im reinen Verbrennungsmotormodus wird der in 5B dargestellte Leistungspfad 510 im hybriden Rückwärtsgangmodus sowohl vom Verbrennungsmotor 108 als auch von der elektrischen Maschine 106 mit Leistung versorgt.
  • Der Leistungspfad 510 verläuft wie folgt: Die Leistung wird vom Verbrennungsmotor 108 über das Schwungrad 122 und die Doppelkupplungsanordnung 124 auf die erste Hauptwelle 130 übertragen, wodurch die Leistung über die erste Hauptwelle zum Antriebszahnrad 168 der mechanischen Rückwärtsganganordnung 162 fließt und dann über das daran befestigte Zahnrad 172 auf das Leerlaufrad 170 und die Leerlaufwelle 174 übertragen wird. Der Leistungspfad kommt dann bei dem auf der Leerlaufwelle 174 montierten Zahnrad 176 an. Gleichzeitig kann die Leistung von der elektrischen Maschine 106 über die Ausgangswelle 164 der elektrischen Maschine auf das Zahnrad 176 übertragen werden. Anschließend wird die kombinierte Leistung des Verbrennungsmotors 108 und der elektrischen Maschine 106 vom Zahnrad 176 auf das Zahnrad 184 an der Doppelzahnradwelle 180 übertragen. Die Leistung fließt dann von dem Zahnrad 182 auf der Doppelzahnradwelle 180 zum dritten Zahnrad 203. Anschließend fließt die Leistung durch die Sekundärwelle 134 zum vierten Zahnrad 204 und wird danach mithilfe des Zwischenzahnrads 215 auf die Achsantriebswelle 216 übertragen. Von der Welle 216 wird die Leistung auf das Differential 110 und dann über die Achswellen 116 bzw. 118 auf die Antriebsräder 112 und 114 übertragen.
  • 5C zeigt das Getriebe 104 im Rückwärtsgang des voll elektrischen Modus mit einem zugehörigen Leistungspfad 520. Insbesondere ist im elektrischen Rückwärtsgangmodus das Schwungrad 122 des Verbrennungsmotors 108 vom Getriebe 104 entkoppelt. Um diese Entkopplung zu erreichen, werden der erste und der zweite Kupplungsmechanismus 126, 128 ausgerückt und verhindern den Leistungsfluss vom Schwungrad zur ersten bzw. zweiten Hauptwelle. Außerdem koppelt die Kupplungsvorrichtung 213 das dritte Zahnrad 203 mit der Sekundärwelle 134. Darüber hinaus befindet sich die Kupplungsvorrichtung 166 der mechanischen Rückwärtsganganordnung 162 in dem dargestellten Beispiel in einer neutralen Position. Alternativ kann sich die Kupplungsvorrichtung 166 in der eingerückten Position befinden, in der das Zahnrad 168 drehfest mit der ersten Hauptwelle 130 verbunden ist. In einem solchen Beispiel kann der Leistungspfad im Rückwärtsgang des voll elektrischen Modus von der elektrischen Maschine 106 zum Rückwärtsgang-Zahnradsatz 160, vom Rückwärtsgang-Zahnradsatz zur ersten Hauptwelle 130 und von der ersten Hauptwelle zum Zahnrad 136, vom Zahnrad 136 über das Zahnrad 201 zur Sekundärwelle 134 und von der Sekundärwelle 134 zur Achsantriebsanordnung 214 führen. Ferner greift in einem solchen Beispiel die Kupplungsvorrichtung 212 so in das Zahnrad 201 ein, dass es mit der Sekundärwelle 134 mitdreht und die Kupplungsvorrichtung 213 sich in ihrer ausgerückten Position befindet.
  • Der Leistungspfad 520 verläuft wie folgt: Die Leistung wird von der elektrischen Maschine 106 über das an der Ausgangswelle 164 der elektrischen Maschine befestigte Zahnrad 178 auf das Zahnrad 176 der Leerlaufwelle 174 übertragen. Anschließend wird die Leistung vom Zahnrad 176 auf das Zahnrad 184 übertragen. Die Leistung fließt dann über die Doppelzahnradwelle 180 zu dem darauf montierten Zahnrad 182, und von dem Zahnrad 182 zum dritten Zahnrad 203. Anschließend fließt die Leistung durch die Sekundärwelle 134 zum vierten Zahnrad 204 und wird danach mithilfe des Zwischenzahnrads 215 auf die Achsantriebswelle 216 übertragen. Von der Welle 216 wird die Leistung auf das Differential 110 und dann über die Achswellen 116 bzw. 118 auf die Antriebsräder 112 und 114 übertragen. In dem Beispiel aus 5C, bei dem sich die Kupplungsvorrichtung 166 in einer neutralen Position befindet, umgeht der Leistungspfad 520 die erste Hauptwelle 130 über die Doppelzahnradwelle 180. Wenn jedoch die Kupplungsvorrichtung 166 so geschaltet wird, dass sie in das Zahnrad 184 eingreift und die Doppelzahnradwelle 180 für die Drehung mit der ersten Hauptwelle arretiert, kann ein anderer elektrischer Rückwärtsgang-Leistungspfad realisiert werden, indem beispielsweise Leistung von der elektrischen Maschine auf die erste Hauptwelle 130 und dann auf das erste Zahnrad 201 (z. B. wenn die Kupplungsvorrichtung 212 das erste Zahnrad 201 für die Drehung mit der Sekundärwelle 134 arretiert) und über die Achsantriebsanordnung 214 wie zuvor beschrieben übertragen wird.
  • Die Anordnung des mechanischen Rückwärtsgang-Zahnradsatzes 160, insbesondere die Anordnung aus Leerlaufrad 170 und Kupplungsvorrichtung, ermöglicht es, dass die mechanische Rückwärtsganganordnung 162 Leistung (z. B. vom Verbrennungsmotor) über das Getriebe auf die Antriebsräder überträgt, um mechanisch einen Rückwärtsgang zu erzielen. Auf diese Weise muss sich das Getriebe 104 nicht unbedingt ausschließlich auf die elektrische Maschine verlassen, um den Rückwärtsgang zu erreichen, was z. B. dann wünschenswert sein kann, wenn die Batterie, die die elektrische Maschine mit Strom versorgt, einen niedrigen Ladezustand aufweist. Auf diese Weise ist das Getriebe in der Lage, die Rückwärtsfahrt in mehreren Konfigurationen zu realisieren, und es wird ein robusteres System mit durchgängig verfügbarer Rückwärtsgangfunktion in den verschiedenen Betriebsarten des Fahrzeugs bereitgestellt.
  • Die alternativen Kupplungsvorrichtungsanordnungen, die in den mechanischen Rückwärtsganganordnung aus 2A-2B dargestellt sind, können auch so betrieben werden, dass sie einen Leistungspfad bereitstellen, der den Leistungspfaden für den Rückwärtsgang im reinen Verbrennungsmotormodus und Hybridmodus entspricht, die in 5A-5B gezeigt sind. So kann die Kupplungsvorrichtung 232 in 2A in Eingriff mit dem Antriebsrad 168 geschaltet werden, um den Rückwärtsgang-Zahnradsatz mit der ersten Hauptwelle zu koppeln, und die Kupplungsvorrichtung 242 in 2B kann mit dem Zahnrad 173 auf der Leerlaufwelle 174 in Eingriff gebracht werden, um den Rückwärtsgang-Zahnradsatz mit der ersten Hauptwelle zu koppeln und so einen ähnlichen mechanischen Rückwärtsgang-Leistungspfad durch das Getriebe zu realisieren.
  • 6 zeigt ein Verfahren 600 zum Betrieb eines Fahrzeugs mit einer elektrischen Maschine und einem in den Antriebsstrang integrierten mechanischen Rückwärtsgang-Getriebezug, wie das Fahrzeug 100 und/oder den Antriebsstrang 102 in 1 und 3-5C. Das Verfahren 600 kann von der Steuerung 191 ausgeführt werden, die in 1 dargestellt ist. Alternativ kann das Verfahren 600 auch durch eine andere geeignete Steuerung, ein Fahrzeugsystem und die entsprechenden Komponenten realisiert werden. Ferner können die Anweisungen zur Durchführung des Verfahrens 600 von einer Steuerung auf der Grundlage von in einer Speichereinheit der Steuerung gespeicherten Anweisungen und in Verbindung mit von dem Fahrzeugsystem empfangenen Signalen ausgeführt werden. Die Steuerung kann Aktuatoren verwenden, um den Fahrzeugbetrieb gemäß dem nachstehend beschriebenen Verfahren einzustellen.
  • Bei 602 bestimmt das Verfahren, ob Rückwärtsfahrt ausgewählt wurde. Dieser Schritt kann das Bestimmen der Position eines von einem Fahrzeugführer betätigten Gangwählers oder einer ähnlichen Vorrichtung beinhalten, um festzustellen, ob Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt gewünscht ist. Wurde der Rückwärtsgang nicht ausgewählt (NEIN bei 602), geht das Verfahren zu 604 über, wo die aktuelle Betriebsstrategie für das Fahrzeug beibehalten wird. Dies kann bedeuten, dass das Fahrzeug in der Vorwärtsfahrt gehalten wird, dass das Fahrzeug in Parkstellung gehalten wird und dergleichen mehr.
  • Wird der Rückwärtsgang gewählt (JA bei 602), geht das Verfahren zu 606 über, wo die Kupplungsvorrichtung (z. B. Klauenkupplung, Schiebemuffe, Synchronisiervorrichtung, Kombinationen davon und dergleichen) in der mechanischen Rückwärtsganganordnung aus der Vorwärtsgang-Eingriffsposition oder der Neutralposition in die Rückwärtsgang-Eingriffsposition geschaltet wird, in der der mechanische Rückwärtsgang-Zahnradsatz mit der Hauptwelle des Getriebes gekoppelt ist. Außerdem kann das Schalten der Kupplungsvorrichtung zum Einlegen des Rückwärtsgang-Zahnradsatzes zu einem Zeitpunkt erfolgen, an dem sich das Fahrzeug in einem reinen Verbrennungsmotormodus, einem reinen Elektrofahrzeugmodus oder einem Hybridmodus befindet. Auf diese Weise kann der mechanische Rückwärtsgang im Vergleich zu früheren Hybridgetrieben in einem breiteren Spektrum von Betriebsarten aktiviert werden. Das Verfahren kann ferner beinhalten, dass bei im Wesentlichen stehendem Fahrzeug und abgeschaltetem Verbrennungsmotor und abgeschalteter elektrischer Maschine die Parksperrenvorrichtung als Reaktion auf die Interaktion des Fahrers mit einer Eingabevorrichtung (z. B. einem Parksperrenwähler) aktiviert wird. Auf diese Weise kann die Parksperre auf Wunsch des Fahrers aktiviert werden.
  • 7 zeigt ein Zeitdiagramm 700 einer Steuerungsstrategie für den Betrieb eines Fahrzeugs in mechanischen Rückwärtsgangmodus in einem Anwendungsfall. In jedem Kurvenverlauf des Zeitdiagramms ist die Zeit auf der Abszisse angegeben und steigt in der Richtung des Pfeils an. Die Ordinate des Kurvenverlaufs 702 zeigt die Fahrzeuggeschwindigkeit an und nimmt in Pfeilrichtung zu. Die Ordinate des Kurvenverlaufs 704 zeigt die Position eines Gangwählers an (Vorwärtsfahrt oder Rückwärtsfahrt), und die Ordinate des Kurvenverlaufs 706 zeigt die Position der mechanischen Rückwärtsgang-Kupplungsvorrichtung an (Vorwärtsgang eingelegt (F), neutral oder Rückwärtsgang eingelegt (R)), wie zuvor in Bezug auf die Kupplungsvorrichtung 166 aus 1 in der mechanischen Rückwärtsganganordnung 162 erörtert.
  • Von t0 bis t1 nimmt die Fahrzeuggeschwindigkeit ab, während sich das Fahrzeug im Vorwärtsfahrmodus befindet und die mechanische Rückwärtsgang-Kupplungsvorrichtung in der Vorwärtsfahrposition eingerückt ist. In einigen Fällen kann sich die mechanische Rückwärtsgang-Kupplungsvorrichtung jedoch während einiger Vorwärtsfahrbetriebe von t0 bis t1 in einer neutralen Position befinden (z. B. je nach gewähltem Übersetzungsverhältnis). Bei t1, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit null erreicht und der Fahrer den Gangwähler in eine Rückwärtsfahrposition bringt, wird die mechanische Rückwärtsgang-Kupplungsvorrichtung in die Rückwärtsgang-Eingriffsposition geschaltet (z. B. automatisch), wodurch die mechanische Rückwärtsganganordnung in Eingriff kommt, um den Rückwärtsgang-Zahnradsatz mit der ersten Hauptwelle des Getriebes zu koppeln. Daher sinkt die Fahrzeuggeschwindigkeit bei t1 weiter unter Null, wenn der Rückwärtsgang aktiviert wird. Wenn der Fahrer anschließend eine Vorwärtsfahrposition des Gangwählers wählt, wird die Rückwärtsgang-Kupplungsvorrichtung entsprechend automatisch von der Rückwärtsgang-Eingriffsposition in die Neutral- oder Vorwärtsfahrposition geschaltet, wodurch wiederum ein Hybrid-, reiner Verbrennungsmotor- oder reiner Elektrofahrzeug-Vorwärtsfahrmodus möglich wird.
  • Der technische Effekt der hier beschriebenen mechanischen Rückwärtsganganordnung im Hybridgetriebe besteht darin, eine mechanische Rückwärtsgangfunktion für den Rückwärtsfahrbetrieb bereitzustellen, die in einem Hybridantriebsmodus, einem reinen Verbrennungsmotormodus und einem reinen Elektrofahrzeugmodus ausgeführt werden kann. Auf diese Weise kann der Fahrzeugführer das Fahrzeug wie gewünscht mit dem Verbrennungsmotor und/oder der elektrischen Maschine rückwärts fahren, wodurch die Gefahr verringert wird, dass der Rückwärtsgang nicht mehr verfügbar ist (z. B. aufgrund eines niedrigen Ladezustands der Batterie). So kann das Getriebe auch dann im Rückwärtsgang betrieben werden, wenn die Traktionsbatterie einen niedrigen Ladezustand aufweist oder der Verbrennungsmotor nur noch wenig Kraftstoff hat. Darüber hinaus kann der hier beschriebene mechanische Rückwärtsgang in ein Getriebe eingebaut werden, ohne dass sich Größe oder Gewicht des Getriebes wesentlich erhöhen.
  • 1-5C Zeigen Beispielkonfigurationen mit der relativen Anordnung der verschiedenen Komponenten. Wenn diese Elemente in direktem Kontakt zueinander stehen oder direkt gekoppelt sind, können sie zumindest in einem Beispiel als in direktem Kontakt bzw. direkt gekoppelt bezeichnet werden. In ähnlicher Weise können Elemente, die nebeneinander oder aneinander angrenzend dargestellt sind, zumindest in einem Beispiel aneinander oder aneinander angrenzend sein. So können beispielsweise Komponenten, die in flächigem Kontakt zueinander liegen, als in flächigem Kontakt stehend bezeichnet werden. Als weiteres Beispiel können in mindestens einem Fall Elemente, die voneinander getrennt sind und zwischen denen sich nur ein Zwischenraum befindet und die keine anderen Komponenten aufweisen, als solche bezeichnet werden. In noch einem weiteren Beispiel können Elemente, die über/untereinander, auf gegenüberliegenden Seiten oder links/rechts voneinander dargestellt sind, als solche bezeichnet werden, und zwar relativ zueinander. Wie in den Figuren dargestellt, kann ein oberstes Element oder ein oberster Punkt des Elements als „Oberseite“ der Komponente und ein unterstes Element oder ein unterster Punkt des Elements als „Unterseite“ der Komponente bezeichnet werden. Die hier verwendeten Begriffe Oberseite/Unterseite, oberer/unterer, oberhalb/unterhalb können sich auf eine vertikale Achse der Figuren beziehen und zur Beschreibung der Positionierung von Elementen der Figuren zueinander verwendet werden. So sind in einem Beispiel Elemente, die oberhalb anderer Elemente angezeigt werden, vertikal über den anderen Elementen angeordnet. Als weiteres Beispiel können die Formen der in den Figuren dargestellten Elemente als solche bezeichnet werden (z. B. kreisförmig, gerade, eben, gekrümmt, abgerundet, abgeschrägt, abgewinkelt o. ä.). Ferner können die dargestellten Elemente, die sich gegenseitig schneiden, in mindestens einem Beispiel als sich schneidende Elemente oder als einander schneidende Elemente bezeichnet werden. Darüber hinaus kann ein Element, das innerhalb eines anderen Elements oder außerhalb eines anderen Elements dargestellt wird, als solches bezeichnet werden.
  • Die Erfindung wird in den folgenden Absätzen noch weiter beschrieben. In einem Aspekt wird ein Getriebesystem bereitgestellt, das eine mechanische Rückwärtsganganordnung umfasst, die einen Rückwärtsgang-Zahnradsatz enthält, der mindestens ein erstes Zahnrad auf einer ersten Hauptwelle und ein zweites Zahnrad umfasst, das drehfest mit einer Ausgangswelle einer elektrischen Maschine und der ersten Hauptwelle gekoppelt ist; wobei die mechanische Rückwärtsganganordnung eine Kupplungsvorrichtung enthält; und wobei die Kupplungsvorrichtung so ausgelegt ist, dass sie: in einer Rückwärtsfahrkonfiguration den Rückwärtsgang-Zahnradsatz mechanisch an der ersten Hauptwelle befestigt.
  • In einem anderen Aspekt wird ein Getriebe in einem Hybrid-Antriebsstrang bereitgestellt, das eine mechanische Rückwärtsganganordnung umfasst, die so ausgelegt ist, dass sie in jedem aus einem Hybridmodus, einem reinen Elektrofahrzeugmodus und einem Verbrennungsmotormodus in Eingriff gebracht werden kann, wobei die mechanische Rückwärtsganganordnung einen Rückwärtsgang-Zahnradsatz mit einem Antriebszahnrad auf einer ersten Hauptwelle und einem Antriebszahnrad, das drehfest mit einem Ausgang einer elektrischen Maschine gekoppelt ist, beinhaltet; und eine Verbrennungsmotorschnittstelle, die wahlweise drehbar mit einer ersten Hauptwelle gekoppelt ist; wobei der Rückwärtsgang-Zahnradsatz ein Zahnrad auf der ersten Hauptwelle, ein Leerlaufzahnrad und ein Zahnrad auf einer Leerlaufwelle der elektrischen Maschine beinhaltet; wobei die mechanische Rückwärtsganganordnung eine Kupplungsvorrichtung enthält; und wobei die Kupplungsvorrichtung dazu ausgelegt ist, dass sie: in einer Rückwärtsfahrkonfiguration den Rückwärtsgang-Zahnradsatz mechanisch an der ersten Hauptwelle zu befestigen.
  • In einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren für den Betrieb eines Getriebesystems bereitgestellt, das in einem reinen Elektrofahrzeugmodus, einem reinen Verbrennungsmotormodus oder einem Hybridmodus das mechanische Schalten einer mechanischen Rückwärtsganganordnung durch Betätigung einer Kupplungsvorrichtung umfasst, um einen Rückwärtsgang-Zahnradsatz mechanisch mit einer ersten Hauptwelle in Eingriff zu bringen; wobei der Rückwärtsgang-Zahnradsatz ein Antriebszahnrad beinhaltet, das mit einem Zahnrad auf einer Leerlaufwelle kämmt, die mechanisch durch eine elektrische Maschine angetrieben wird. In einem Beispiel kann das Verfahren während des Abschaltens der elektrischen Maschine und eines Verbrennungsmotors im Getriebesystem das Einschalten einer Parksperrenvorrichtung beinhalten, die mit einer Sekundärwelle gekoppelt ist, welche einen oder mehrere Sätze von Zahnrädern enthält, die mit einem oder mehreren Sätzen von Zahnrädern auf der ersten Hauptwelle kämmen. In einem anderen Beispiel kann das Verfahren ferner das Betätigen einer Doppelkupplung zum Schalten zwischen mehreren diskreten Gängen umfassen, wobei die Doppelkupplung mit einem Motorschwungrad gekoppelt ist, in einer ersten Position das Motorschwungrad drehend mit der ersten Hauptwelle koppelt und in einer zweiten Position das Motorschwungrad drehend mit einer zweiten Hauptwelle koppelt. In einem weiteren Beispiel kann das Schalten zwischen einer Vielzahl von diskreten Gängen das Einrücken einer ersten Synchronisiervorrichtung beinhalten, um ein Zahnrad auf der ersten Hauptwelle mit einem Zahnrad auf einer Sekundärwelle drehend zu koppeln. In einem anderen Beispiel kann das mechanische Verschieben der mechanischen Rückwärtsganganordnung durch Betätigung der Kupplungsvorrichtung Folgendes einschließen: Überführen einer ersten Muffe in eine neutrale Position; und Überführen einer zweiten Muffe in eine Position, die mit dem Antriebsrad und der ersten Hauptwelle in Dreheingriff steht.
  • In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die Kupplungsvorrichtung so konfiguriert sein, dass sie in einer eingerückten Konfiguration die Ausgangswelle und die erste Hauptwelle über ein Paar von Vorwärtsantriebszahnrädern drehbar koppelt und in einer neutralen Konfiguration die Ausgangswelle und eine Sekundärwelle drehbar koppelt.
  • In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Getriebesystem ferner eine Steuerung mit Anweisungen umfassen, die bei ihrer Ausführung die Steuerung zu Folgendem veranlassen: automatisches Schalten der Kupplungsvorrichtung aus der neutralen Konfiguration oder der eingerückten Konfiguration in die Rückwärtskonfiguration.
  • In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die Kupplungsvorrichtung automatisch in einen reinen Elektrofahrzeugmodus, einen reinen Verbrennungsmotormodus oder einen Hybridmodus geschaltet werden.
  • In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die Kupplungsvorrichtung eine auf der ersten Hauptwelle montierte Synchronisiervorrichtung enthalten.
  • In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Getriebesystem ferner eine Doppelkupplung umfassen, die mit einem Motorschwungrad gekoppelt ist und das Motorschwungrad wahlweise drehbar mit der ersten Hauptwelle und einer zweiten Hauptwelle verbindet.
  • In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die mechanische Rückwärtsganganordnung ein Antriebszahnrad auf der ersten Hauptwelle, ein Leerlaufzahnrad und ein angetriebenes Zahnrad beinhalten, die nacheinander ineinander greifen.
  • In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Getriebesystem ferner eine Parksperrenbaugruppe umfassen, die parallel zur Kupplungsvorrichtung mit einer Sekundärwelle gekoppelt ist.
  • In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die Kupplungsvorrichtung Folgendes enthalten: eine erste Muffenkupplung, die so konstruiert ist, dass sie wahlweise den Rückwärtsgang-Zahnradsatz und die erste Hauptwelle in Eingriff bringt; und eine zweite Muffenkupplung, die so konstruiert ist, dass sie wahlweise ein Doppelzahnrad mit der ersten Hauptwelle in Eingriff bringt.
  • In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Getriebesystem ferner eine Steuerung umfassen, die Anweisungen enthält, welche, wenn sie ausgeführt werden, während eines Übergangs von einem Rückwärtsfahrmodus zu einem Hybridantriebsmodus die Steuerung veranlassen, die Kupplungsvorrichtung automatisch von der Rückwärtskonfiguration in eine eingerückte Konfiguration zu schalten.
  • In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Getriebe ferner ein Zwischenzahnrad umfassen, das eine Sekundärwelle drehbar mit einem Differential koppelt, wobei die Sekundärwelle eine Vielzahl von Zahnrädern beinhaltet, die mit den Zahnrädern auf der ersten Hauptwelle kämmen.
  • In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die Schnittstelle des Verbrennungsmotors an einem ersten axialen Ende der ersten Hauptwelle und die mechanische Rückwärtsganganordnung an einem zweiten axialen Ende der ersten Hauptwelle angeordnet sein.
  • In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Getriebe ferner eine Parksperrenbaugruppe umfassen, die mit einem Ende einer Sekundärwelle entfernt von der Schnittstelle des Verbrennungsmotors verbunden ist.
  • In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die Schnittstelle des Verbrennungsmotors ein Schwungrad sein, und das Getriebe kann ferner eine Doppelkupplung umfassen, die mit dem Schwungrad gekoppelt ist und wahlweise mit der ersten Hauptwelle und einer zweiten Hauptwelle verbunden ist.
  • In einem der Aspekte oder in Kombinationen der Aspekte kann die mechanische Rückwärtsganganordnung mindestens zwei Kupplungsvorrichtungen enthalten.
  • In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die mechanische Rückwärtsganganordnung mindestens zwei Kupplungsvorrichtungen enthalten, die auf unterschiedlichen Wellen angeordnet sind.
  • In einer anderen Darstellung ist ein Hybrid-Doppelkupplungsgetriebe mit einem mechanischen Rückwärtsgangsystem versehen, das so ausgelegt ist, dass es in einem Hybridmodus, einem reinen Elektromodus und einem reinen Verbrennungsmotormodus jeweils einen Rückwärtsgang-Zahnradsatz einrückt, wobei der Rückwärtsgang-Zahnradsatz Folgendes beinhaltet: ein angetriebenes Zahnrad, das wahlweise mit einem ersten Ende der Hauptwelle gekoppelt ist, ein Leerlaufzahnrad und ein Zahnrad auf einer Zwischenwelle eines Elektromotors, wobei ein Verbrennungsmotor mit einem zweiten Ende der Hauptwelle gekoppelt ist und wobei das zweite Ende der Hauptwelle dem ersten Ende gegenüberliegt.
  • Es ist zu beachten, dass die hierin enthaltenen Beispielroutinen zur Steuerung und Schätzung mit verschiedenen Antriebsstrang- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hierin offengelegten Steuerungsverfahren und -routinen können als ausführbare Befehle in einem nicht transitorischen Speicher gespeichert und vom Steuersystem, einschließlich der Steuerung, in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Antriebselementen und anderer Motor-Hardware ausgeführt werden. Die hier beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere beliebige Verarbeitungsstrategien darstellen, wie z. B. ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen. So können die verschiedenen dargestellten Aktionen, Operationen und/oder Funktionen in der dargestellten Reihenfolge, parallel oder in einigen Fällen auch ohne sie durchgeführt werden. Entsprechend ist auch die Reihenfolge der Verarbeitung nicht zwingend erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsbeispiele zu erreichen, sondern dient nur der besseren Veranschaulichung und Beschreibung. Eine oder mehrere der dargestellten Aktionen, Operationen und/oder Funktionen können je nach der verwendeten Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Aktionen, Operationen und/oder Funktionen grafisch einen Code darstellen, der in den nicht transitorischen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Motorsteuerungssystem zu programmieren ist, wobei die beschriebenen Aktionen durch Ausführung der Befehle in einem System ausgeführt werden, das die verschiedenen Hardwarekomponenten des Antriebsstrangs in Kombination mit der elektronischen Steuerung beinhaltet.
  • Es versteht sich, dass die hier offengelegten Konfigurationen und Routinen exemplarischen Charakter haben und dass diese spezifischen Ausführungsbeispiele nicht als einschränkend zu betrachten sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Die oben beschriebene Technologie kann zum Beispiel auf Hybridfahrzeuge mit verschiedenen Motortypen wie V-6, I-4, I-6, V-12, Boxermotoren und anderen geeigneten Motortypen angewendet werden. Sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist, sollen die Begriffe „erster“, „zweiter“, „dritter“ usw. keine Reihenfolge, Position, Menge oder Bedeutung bezeichnen, sondern dienen lediglich zur Unterscheidung der einzelnen Elemente. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung schließt alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie weitere hier offengelegte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften ein.
  • Die folgenden Ansprüche heben insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen hervor, die als neuartig und nicht offensichtlich zu betrachten sind. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sollten so verstanden werden, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer solcher Elemente einschließen, wobei zwei oder mehr solcher Elemente weder erforderlich noch ausgeschlossen sind. Weitere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Einreichung neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche, ob sie nun einen breiteren, engeren, gleichen oder anderen Geltungsbereich als die ursprünglichen Ansprüche aufweisen, werden ebenfalls als zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gehörig betrachtet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 20110263379 A1 [0003]

Claims (15)

  1. Getriebesystem, das umfasst: eine mechanische Rückwärtsganganordnung mit einem Rückwärtsgang-Zahnradsatz, der mindestens ein erstes Zahnrad auf einer ersten Hauptwelle und ein zweites Zahnrad umfasst, das drehfest mit einer Ausgangswelle einer elektrischen Maschine und mit der ersten Hauptwelle verbunden ist; wobei die mechanische Rückwärtsganganordnung eine Kupplungsvorrichtung enthält; und wobei die Kupplungsvorrichtung ausgelegt ist: in einer Rückwärtsfahrkonfiguration den Rückwärtsgang-Zahnradsatz mechanisch an der ersten Hauptwelle zu befestigen.
  2. Getriebesystem nach Anspruch 1, wobei die Kupplungsvorrichtung ausgelegt ist, in einer Vorwärtsfahrkonfiguration die Ausgangswelle und die erste Hauptwelle über ein Paar von Vorwärtsantriebszahnrädern drehbar zu koppeln und in einer neutralen Konfiguration die Ausgangswelle und eine Sekundärwelle drehbar zu koppeln.
  3. Getriebesystem nach Anspruch 2, das ferner umfasst: eine Steuerung, welche Anweisungen enthält, die, wenn sie ausgeführt werden, die Steuerung veranlassen: die Kupplungsvorrichtung automatisch aus der neutralen Konfiguration oder der Vorwärtsfahrkonfiguration in die Rückwärtsfahrkonfiguration zu schalten.
  4. Getriebesystem nach Anspruch 3, wobei die Kupplungsvorrichtung in einem aus einem reinen Elektrofahrzeugmodus, einem reinen Verbrennungsmotormodus und einem Hybridmodus automatisch in die Rückwärtsfahrkonfiguration geschaltet wird.
  5. Getriebesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kupplungsvorrichtung eine auf der ersten Hauptwelle montierte Synchronisiervorrichtung enthält.
  6. Getriebesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner eine Doppelkupplung umfasst, die mit einem Motorschwungrad gekoppelt ist und das Motorschwungrad wahlweise drehbar mit der ersten Hauptwelle und einer zweiten Hauptwelle verbindet.
  7. Getriebesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mechanische Rückwärtsganganordnung ein Antriebszahnrad auf der ersten Hauptwelle, ein Leerlaufzahnrad und ein angetriebenes Zahnrad beinhaltet, die nacheinander ineinander greifen.
  8. Getriebesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner eine Parksperrenanordnung umfasst, die mit einer parallel zur Kupplungsvorrichtung angeordneten Sekundärwelle gekoppelt ist.
  9. Getriebesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kupplungsvorrichtung beinhaltet: eine erste Muffenkupplung, die dazu ausgelegt ist, wahlweise den Rückwärtsgang-Zahnradsatz und die erste Hauptwelle einzurücken; und eine zweite Muffenkupplung, die dazu ausgelegt ist, wahlweise ein Doppelzahnrad mit der ersten Hauptwelle in Eingriff zu bringen.
  10. Getriebesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner umfasst: eine Steuerung, die Anweisungen enthält, welche, wenn sie ausgeführt werden, die Steuerung während eines Übergangs von einem Rückwärtsfahrmodus zu einem Vorwärtsfahrmodus veranlassen: die Kupplungsvorrichtung automatisch aus der Rückwärtsfahrkonfiguration in eine Vorwärtsfahrkonfiguration zu schalten.
  11. Verfahren für den Betrieb eines Getriebesystems, das umfasst: in einem aus einem reinen Elektrofahrzeugmodus, einem reinen Verbrennungsmotormodus oder einem Hybridmodus, mechanisches Schalten einer mechanischen Rückwärtsganganordnung durch Betätigung einer Kupplungsvorrichtung, um einen Rückwärtsgang-Zahnradsatz mit einer ersten Hauptwelle mechanisch in Eingriff zu bringen; wobei der Rückwärtsgang-Zahnradsatz ein Antriebszahnrad enthält, das mit einem Zahnrad auf einer Leerlaufwelle kämmt, die mechanisch von einer elektrischen Maschine angetrieben wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, des Weiteren umfassend, während des Abschaltens der elektrischen Maschine und eines Verbrennungsmotors im Getriebesystem, das Einschalten einer Parksperrenvorrichtung, die mit einer Sekundärwelle gekoppelt ist, welche einen oder mehrere Sätze von Zahnrädern enthält, die mit einem oder mehreren Sätzen von Zahnrädern auf der ersten Hauptwelle kämmen.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 und 12, des Weiteren umfassend das Betätigen einer Doppelkupplung zum Schalten zwischen einer Vielzahl von diskreten Gängen, wobei die Doppelkupplung mit einem Motorschwungrad gekoppelt ist, in einer ersten Position das Motorschwungrad drehend mit der ersten Hauptwelle koppelt und in einer zweiten Position das Motorschwungrad drehend mit einer zweiten Hauptwelle koppelt.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die mechanische Rückwärtsganganordnung mindestens zwei Kupplungsvorrichtungen beinhaltet.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei das mechanische Schalten der mechanischen Rückwärtsganganordnung durch Betätigung der Kupplungsvorrichtung Folgendes beinhaltet: Überführen einer ersten Muffe in eine neutrale Position; und Überführen einer zweiten Muffe in eine Position, die mit dem Antriebsrad und der ersten Hauptwelle in Dreheingriff steht.
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