DE102022213757A1 - Mehrgang-hybridgetriebe und getriebebetriebsverfahren - Google Patents

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DE102022213757A1
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clutch
shaft
transmission system
primary shaft
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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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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/02—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion
    • F16H3/08—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts
    • F16H3/087—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears
    • F16H3/089—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts characterised by the disposition of the gears all of the meshing gears being supported by a pair of parallel shafts, one being the input shaft and the other the output shaft, there being no countershaft involved
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H37/02—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings
    • F16H37/06—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts
    • F16H37/08—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing
    • F16H37/0806—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings with a plurality of driving or driven shafts; with arrangements for dividing torque between two or more intermediate shafts with differential gearing with a plurality of driving or driven shafts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60K6/48—Parallel type
    • B60K2006/4816—Electric machine connected or connectable to gearbox internal shaft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60K6/48—Parallel type
    • B60K2006/4833—Step up or reduction gearing driving generator, e.g. to operate generator in most efficient speed range
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/92—Hybrid vehicles
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    • F16H3/02—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion
    • F16H3/08—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts
    • F16H2003/0826—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts wherein at least one gear on the input shaft, or on a countershaft is used for two different forward gear ratios
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

Hybridgetriebesystem mit einem mehrgängigen Getriebe. In einem Beispiel ist das mehrgängige Getriebe dazu konfiguriert, eine Antriebsmaschine und eine elektrische Maschine während eines Hybridantriebsmodus drehend in verschiedene Übersetzungsverhältnisse zu koppeln. Das mehrgängige Getriebe beinhaltet ein Elektroantrieb-Schnittstellenrad, das koaxial zu einer ersten Primärwelle und einer zweiten Primärwelle angeordnet und freilaufend auf der zweiten Primärwelle montiert ist und sich frei drehen kann, sowie eine Ausgangswelle, die ein fest mit ihr verbundenes Ausgangswellenzahnrad enthält, das mit einem Zahnrad auf einer Sekundärwelle kämmt.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 63/265,618 mit dem Titel „MULTI-SPEED HYBRID TRANSMISSION AND TRANSMISSION OPERATING METHOD (MEHRGANG-HYBRIDGETRIEBE UND GETRIEBEBETRIEBSVERFAHREN)“, die am 17. Dezember 2021 eingereicht wurde. Der gesamte Inhalt der oben genannten Anmeldung wird hiermit durch Bezugnahme für alle Zwecke einbezogen.
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Beschreibung bezieht sich allgemein auf ein Fahrzeuggetriebe und ein Verfahren zum Betrieb des Getriebes.
  • HINTERGRUND & ZUSAMMENFASSUNG
  • Einige Antriebsstränge in Hybrid- und anderen Fahrzeugtypen stellen vielschichtige Anforderungen an die Funktionalität und Leistung des Antriebsstrangs. Bei den bisherigen Getriebesystemen gab es jedoch Probleme mit der Modularität und der Flexibilität von Plattformen für verschiedene Antriebsstränge. Der Erfinder hat zum Beispiel erkannt, dass bestimmte frühere Getriebe in Hybrid- und reinen Elektrofahrzeugen sowie in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor (Internal Combustion Engine, ICE) nicht in der Lage sind, gemeinsame Komponentenlayouts zu verwenden, was zu einer Konstruktionsstarrheit führt und in einigen Fällen die plattformübergreifende Entwicklung behindert. Diese Konstruktionsstarrheit kann die Dauer der Entwicklung und Herstellung des Getriebes verlängern. So können beispielsweise Getriebe mit Einzel- und Doppelkupplungsauslegung inkompatible Architekturen aufweisen, insbesondere bei Hybridfahrzeugen, was in einigen Fällen zu getrennten Entwicklungs- und Fertigungsprozessen führen kann.
  • EP 1232891 B1 von Jouve et al. offenbart zum Beispiel ein Automatikgetriebe in einem Hybridfahrzeug. Bei dem Automatikgetriebe von Jouve wird die mechanische Leistung von einem Motor und einem Elektromotor, die sich an den gegenüberliegenden Enden der Welle befinden, auf eine Primärwelle übertragen.
  • US 9,618,085 B2 an Dzafic et al. offenbart ein Sieben-Gang-Doppelkupplungsgetriebe mit einem Drei-Achsen-Layout, bei dem ein Getriebe für den Motor zwei Achsen hat, um zur Primärwelle zu gelangen, sowie eine Elektromotorachse.
  • Der Erfinder hat sowohl bei dem Getriebe von Jouve als auch bei dem Getriebe von Dzafic mehrere Nachteile erkannt. So kann die Verwendung eines Drei-Achsen-Layouts und des dazugehörigen Gehäuses im Getriebe von Dzafic Schwierigkeiten bei der Anpassung des Doppelkupplungsgetriebes für den Einsatz in anderen Fahrzeugplattformen bereiten, z. B. in automatisierten Schaltgetrieben (AMTs) oder in Schaltgetrieben (MTs), die mit einer einzelnen Kupplung ausgestattet sind. Andererseits kann das Getriebe von Jouve Probleme bei der Anpassung des Getriebes an Fahrzeugplattformen mit Doppelkupplungsauslegung mit sich bringen. Beispielsweise kann der Antrieb der Primärwelle an entgegengesetzten Enden durch einen Verbrennungs- und einen Elektromotor die Anpassung des Systems für den Einsatz in einem Doppelkupplungsgetriebe erschweren. Der Erfinder hat daher den Wunsch erkannt, ein Getriebe sowohl für Einzel- als auch für Doppelkupplungsanordnungen effizient anzupassen. Darüber hinaus hat der Erfinder den Wunsch erkannt, eine gemeinsame Getriebeplattform sowohl für Hybridantriebe als auch für Antriebsstränge mit Verbrennungsmotor (ICE) zu verwenden. Der Erfinder hat darüber hinaus den Wunsch erkannt, den Wirkungsgrad des Getriebes und die Reichweite des Fahrzeugs zu erhöhen und gleichzeitig ein höheres übertragbares Drehmoment zu erreichen, indem er die Länge zwischen den Lageraufhängungen verringert. Darüber hinaus hat der Erfinder den Wunsch erkannt, die Anzahl der Gangkombinationen zu erweitern, die von der elektrischen Maschine in einem Hybridantriebsmodus angetrieben werden können.
  • Der Erfinder hat ein Hybridgetriebesystem entwickelt, um die oben genannten Herausforderungen zumindest teilweise zu überwinden und die oben genannten Konstruktionsziele zu erreichen. In einem Beispiel beinhaltet das Hybridgetriebesystem ein Mehrganggetriebe. Das Mehrganggetriebe ist dazu konfiguriert, eine Antriebsmaschine (z. B. einen Verbrennungsmotor, einen Wasserstoffverbrennungsmotor und dergleichen) und eine elektrische Maschine während eines Hybridantriebsmodus in verschiedenen Übersetzungsverhältnissen drehend zu koppeln. Darüber hinaus beinhaltet das Mehrganggetriebe ein Elektroantrieb-Schnittstellenrad, das koaxial zu einer ersten Primärwelle und einer zweiten Primärwelle angeordnet ist. Darüber hinaus ist das Elektroantrieb-Schnittstellenrad freilaufend an der zweiten Primärwelle montiert und dazu konfiguriert, selektiv mit der zweiten Primärwelle und/oder einer Sekundärwelle verbunden zu werden. Das Mehrganggetriebe beinhaltet außerdem eine Ausgangswelle mit einem fest mit ihr verbundenen Ausgangswellenrad, das mit einem Zahnrad auf einer Sekundärwelle kämmt. In einem solchen Beispiel ist das Elektroantrieb-Schnittstellenrad axial zwischen zwei Zahnrädern angeordnet, die koaxial zur ersten Primärwelle liegen. Wenn die elektrische Maschine und die Antriebsmaschine in der Lage sind, getrennte Zahnräder im Getriebe anzutreiben, können die Leistung und die Anpassungsfähigkeit des Systems auf Wunsch erhöht werden. Darüber hinaus kann das Getriebesystem durch die Verwendung des Elektroantrieb-Schnittstellenrades im Getriebe effizient in einer Vielzahl verschiedener Modi betrieben werden. Die Betriebsmodi des Systems können beispielsweise einen Verbrennungsmotor-Antriebsmodus, einen Hybridantriebsmodus, einen Elektrofahrzeug- (EV) Antriebsmodus, einen Motorstartmodus, einen Modus zur Rückgewinnung kinetischer Energie und/oder einen Modus zum Laden einer Energiespeichervorrichtung beinhalten. Darüber hinaus kann die Leistung des Systems durch den Einsatz des Elektroantrieb-Schnittstellenrades aufgrund der Position des Zahnrads und des kürzeren Lagerabstands, der in der Getriebearchitektur im Vergleich zu früheren Getriebekonstruktionen erreicht werden kann, noch weiter gesteigert werden, wenn dies gewünscht wird. Das oben erwähnte Hybridgetriebesystem bietet im Vergleich zu früheren Getrieben ein höheres Maß an Modularität und Gestaltungsflexibilität. So kann das System beispielsweise sowohl für den Einsatz in einem Doppelkupplungsgetriebe als auch in einem automatisierten Schaltgetriebe oder einem manuellen Getriebe effizient angepasst werden, wobei die Anzahl der Betriebsgänge und/oder die Kupplungsanordnung auf Wunsch vergleichbar bleibt.
  • In einem weiteren Beispiel kann das Mehrganggetriebe eine Elektroantriebskupplung enthalten, die dazu konfiguriert ist, das Elektroantrieb-Schnittstellenrad selektiv mit der zweiten Primärwelle zu koppeln. In einem weiteren Beispiel handelt es sich bei der Antriebsmaschinenkupplung um eine Doppelkupplungsanordnung mit einem ersten Kupplungsmechanismus, der dazu konfiguriert ist, die Antriebsmaschine selektiv mit der ersten Primärwelle zu koppeln, und einem zweiten Kupplungsmechanismus, der dazu konfiguriert ist, die Antriebsmaschine selektiv mit der zweiten Primärwelle zu koppeln. Die Elektroantriebskupplung ermöglicht es, die Leistung von der elektrischen Maschine selektiv in verschiedene Gänge des Getriebes einzuleiten oder umgekehrt. Folglich kann die elektrische Maschine in bestimmten Hybridmodi eine elektrische Unterstützungsfunktion bieten. So kann z. B. kontinuierlich mechanische Leistung von der elektrischen Maschine über das Getriebe an die Antriebsräder abgegeben werden, während die Doppelkupplungseinheit schaltet, wodurch die Systemleistung erhöht wird. Durch die erweiterte Systemfunktionalität und die gesteigerte Leistung wird die Kundenattraktivität erhöht.
  • 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 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Antriebsstrang, der ein Getriebesystem beinhaltet.
    • 2A-2H zeigen die mechanischen Leistungspfade für verschiedene Betriebsgänge des Getriebesystems aus 1.
    • 21 zeigt eine Übersicht, die das Getriebe für einen Verbrennungsmotor (ICE) und eine elektrische Maschine in dem Getriebesystem aus 1 angibt, für das Hoch- und Herunterschalten in vorgewählte Gänge in einem Hybridantriebsmodus sowie für die Gänge, die der elektrischen Maschine in einem Elektrofahrzeugmodus (EV) zur Verfügung stehen.
    • 2J zeigt eine beispielhafte Lageranordnung im Getriebesystem aus 1.
    • 4A-4E zeigen sequenzielle mechanische Leistungspfade im Getriebesystem aus 1 während eines Schaltvorgangs.
    • 5A-5B zeigen sequenzielle mechanische Leistungspfade im Getriebesystem aus 1 während eines weiteren Schaltvorgangs.
    • 6 zeigt einen mechanischen Leistungspfad im Getriebesystem aus 1, bei dem der Verbrennungsmotor und die elektrische Maschine ein gemeinsames Zahnrad antreiben und die mechanische Leistung der elektrischen Maschine über eine Kupplung übertragen wird.
    • 7A-7C zeigen die mechanischen Leistungspfade, die in dem Getriebe aus 1 vorkommen, in verschiedenen Verbrennungsmotor-Ankurbelmodi.
    • 8A-8D zeigen die mechanischen Leistungspfade, die in dem Getriebe aus 1 vorkommen, während das Getriebe in einem Elektrofahrzeugmodus (EV) arbeitet.
    • 9A-9B zeigen die mechanischen Leistungspfade, die in dem Getriebesystem aus 1 vorkommen, bei verschiedenen Lademodi von Energiespeichervorrichtungen.
    • 10A-10D zeigen die mechanischen Leistungspfade, die in dem Getriebesystem aus 1 vorkommen, in verschiedenen Modi zur Rückgewinnung kinetischer Energie.
    • 3, 11-19 und 27 zeigen weitere beispielhafte Getriebesystemarchitekturen.
    • 20 zeigt eine detaillierte Querschnittdarstellung eines Beispiele eines Getriebesystems.
    • 21 zeigt eine auseinandergezogene Ansicht eines beispielhaften Getriebesystems.
    • 22 zeigt eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Getriebesystems in einem Gehäuse.
    • 23-26 zeigen beispielhafte Fahrzeuge mit unterschiedlichen Montagepositionen des Elektroantriebs.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Getriebesysteme und Betriebsverfahren in Fahrzeugantriebssträngen, die einen vergleichsweise hohen Grad an Modularität und Gestaltungsflexibilität sowie Leistungsfähigkeit gegenüber bisherigen Getriebesystemen erreichen. Die gesteigerte Leistung und Anpassungsfähigkeit wird durch die Entwicklung eines mehrstufigen Getriebes erreicht, das in der Lage ist, einen Motor und eine elektrische Maschine zu nutzen, um verschiedene Übersetzungsverhältnisse in einem Hybridantriebsmodus anzutreiben. Die erhöhte Anpassungsfähigkeit des Getriebesystems wird zumindest teilweise auch durch die Verwendung eines Zahnrades erreicht, das dazu konfiguriert ist, als Schnittstelle für eine elektrische Antriebseinheit zu dienen, die eine elektrische Maschine beinhaltet. Dieses Zahnrad wird hier als Elektroantrieb-Schnittstellenrad bezeichnet. Das Elektroantrieb-Schnittstellenrad ist koaxial zu einer Primärwelle angeordnet, wenn das Getriebe in einem Hybridfahrzeug mit einem automatisierten Schaltgetriebe (AMT), einem Schaltgetriebe (MT) oder einem Doppelkupplungsgetriebe (DCT) verwendet wird. Das Elektroantrieb-Schnittstellenrad ermöglicht auch eine größere Flexibilität in Bezug auf die Gangkombinationen, die von der elektrischen Maschine und dem Verbrennungsmotor (ICE) im Hybridantriebsmodus angetrieben werden, sowie die verfügbaren Gänge in einem Elektrofahrzeug-Antriebsmodus (EV) und einem Modus zur Rückgewinnung kinetischer Energie. Die Leistung des Systems kann konsequent gesteigert werden, da das System in der Lage ist, die Leistung selektiv zwischen der elektrischen Maschine und mehreren auf einer Sekundärwelle befindlichen Gängen zu übertragen.
  • In dem Ausführungsbeispiel mit Doppelkupplungsgetriebe ist das Elektroantrieb-Schnittstellenrad dazu konfiguriert, selektiv mit einer äußeren Primärwelle gekoppelt zu werden. Darüber hinaus kann eine Elektroantriebskupplung verwendet werden, um das Elektroantrieb-Schnittstellenrad mit der äußeren Primärwelle in und außer Eingriff zu bringen. Auf diese Weise kann der Leistungsfluss von der elektrischen Maschine je nach Betriebsart des Getriebes entweder vom Elektroantrieb-Schnittstellenrad zur Sekundärwelle unter Umgehung der Primärwellen oder vom Elektroantrieb-Schnittstellenrad zur äußeren Primärwelle fließen. Durch diese Form der Elektroantriebskupplung kann das Getriebe auf Wunsch in einer Vielzahl von Betriebsarten arbeiten. Diese Modi können einen Hybridmodus, bei dem verschiedene Gänge von dem Verbrennungsmotor und der elektrischen Maschine angetrieben werden können, einen EV-Modus mit mehreren wählbaren Gängen, einen Verbrennungsmotor-Ankurbelmodus, einen Batterielademodus sowie einen Modus zur Rückgewinnung kinetischer Energie einschließen. Darüber hinaus ermöglicht die Elektroantriebskupplung das Aufladen der Batterie und das Anlassen des Verbrennungsmotors im Stillstand und während der Fahrt. Auf diese Weise werden die Möglichkeiten des Getriebes im Vergleich zu früheren Getrieben erweitert. In einem Beispiel ermöglicht die Elektroantriebskupplung, dass der Verbrennungsmotor und die elektrische Maschine in bestimmten Betriebsarten unterschiedliche Gänge antreiben können. Genauer gesagt kann die elektrische Maschine in bestimmten Hybridkonfigurationen das Getriebe mit elektrischer Unterstützung versorgen, sogar während die Doppelkupplungsanordnung beispielsweise zwischen den vom Verbrennungsmotor angetriebenen Gängen schaltet. Folglich kann die Leistung des Systems auf Wunsch weiter gesteigert werden.
  • Sowohl bei der AMT- als auch bei der DCT-Architektur können die Anzahl der Getriebezahnräder und die axiale Anordnung der Zahnräder und der Wellenlager im Wesentlichen gleich sein, falls gewünscht. Auf diese Weise kann die Effizienz bei der Entwicklung und Herstellung von Getriebesystemen erhöht werden, indem bei beiden Getriebetypen ähnliche Zahnrad- und Lageranordnungen verwendet werden, falls dies gewünscht wird. Darüber hinaus kann eine ähnliche Lager- und Zahnradanordnung in einem Verbrennungsmotor-Getriebe verwendet werden, indem das elektrische Antriebsrad und andere elektrische Maschinenzahnräder entfernt und das Getriebegehäuse leicht modifiziert wird. Folglich kann die Modularität des Getriebes mit relativ geringfügigen Änderungen an der Architektur des Getriebes noch weiter erhöht werden.
  • Dank der größeren Modularität des Getriebesystems können auf Wunsch auch ein mechanischer Rückwärtsgang und eine Parksperrenanordnung effizient in das Getriebe integriert werden. In dem Ausführungsbeispiel mit mechanischem Rückwärtsgang kann die Anordnung an den vom Motor abgewandten Enden der Sekundär- und der Primärwelle angebracht werden. In anderen Ausführungsbeispielen kann der Rückwärtsgang jedoch auch dadurch erreicht werden, dass die elektrische Maschine mit einer elektrischen Rückwärtsgangfunktion ausgestattet wird, bei der sich die Maschine in entgegengesetzter Richtung dreht, um einen Vorwärts- und Rückwärtsgang zu erreichen. Folglich kann der Wirkungsgrad des Getriebes im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel mit mechanischem Rückwärtsgang erhöht werden. Darüber hinaus kann die Parksperrenanordnung in dem Ausführungsbeispiel mit Parksperre dazu konfiguriert sein, die Bewegung der Getriebeausgangswelle (oder der Ritzelwelle) selektiv zu verhindern, um den effizienten Einbau der Parksperrenanordnung in das Getriebe zu erleichtern. Auf diese Weise lassen sich die Fähigkeiten des Getriebes weiter erweitern, ohne die Architektur des Getriebes drastisch zu ändern, falls erwünscht. Darüber hinaus ermöglicht die hier beschriebene kinematische Auslegung des Mehrganggetriebes eine Vergrößerung der axialen Länge des Elektromotors ohne Änderung des Getriebes, falls dies gewünscht wird.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einem Antriebsstrang 102, der ein Getriebesystem 104 mit einem Mehrganggetriebe 106 beinhaltet. Das Fahrzeug kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen unterschiedliche Formen annehmen, z. B. ein leichtes, mittleres oder schweres Nutzfahrzeug für den Einsatz sowohl auf der Straße als auch im Gelände sein. Insbesondere kann es sich in einem Anwendungsbeispiel bei dem Fahrzeug um ein Hochleistungsfahrzeug handeln, wie z. B. ein Hypercar, einen Sportwagen oder einen Grand-Tourer-Sportwagen, der für vergleichsweise hohe Geschwindigkeiten, hohe Leistungen und auch Langstreckenfahrten ausgelegt ist. Es kommen jedoch auch zahlreiche andere Typen von Fahrzeugen infrage. Der Antriebsstrang 102, insbesondere das Getriebesystem 104, ist als Hybridantriebsstrang dargestellt, bei dem sowohl eine elektrische Maschine 108 (z. B. ein Traktionsmotor wie ein Motorgenerator) als auch ein Verbrennungsmotor 110 (z. B. ein Fremd- und/oder Selbstzündungsmotor, ein Wasserstoff-Verbrennungsmotor usw.) oder eine andere geeignete Antriebsmaschine als Antriebsquelle verwendet werden. Der Antriebsstrang kann jedoch, wie hier näher erläutert, für die Verwendung in einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor angepasst werden, bei dem die elektrische Maschine weggelassen wird, oder in einem vollelektrischen Fahrzeug, bei dem der Verbrennungsmotor weggelassen wird.
  • Die elektrische Maschine 108 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. In einem Beispiel kann die elektrische Maschine ein Radialfluss-Motorgenerator sein, der im Vergleich zu anderen Motortypen wie Axialfluss-Motoren relativ hohe Betriebsgeschwindigkeiten in einem kompakten Gehäuse erreichen kann. In anderen Beispielen kann allerdings ein Axialfluss-Motorgenerator in dem Getriebesystem 104 verwendet werden, was jedoch die Größe des Motors erhöhen und in einigen Fällen seinen Betriebsdrehzahlbereich einschränken kann. Es sind auch andere Arten von elektrischen Maschinen für den Einsatz im Getriebesystem 104 denkbar. Darüber hinaus kann der Verbrennungsmotor 110 konventionelle Komponenten wie Zylinder, Kolben, Ventile, ein Kraftstoffzufuhrsystem, ein Ansaugsystem, ein Auspuffsystem und Ähnliches beinhalten.
  • Die elektrische Maschine 108 kann über einen Wechselrichter 114 elektrisch mit einer Energiespeichervorrichtung 112 (z. B. einer Batterie, einem Kondensator, Kombinationen daraus und dergleichen) verbunden sein, wenn es sich bei der elektrischen Maschine um eine Wechselstrommaschine handelt. Der Wechselrichter 114 ist also dazu ausgelegt, Wechselstrom in Gleichstrom (DC) umzuwandeln und umgekehrt. Die Pfeile 116 kennzeichnen den elektrischen Leistungsfluss zwischen der elektrischen Maschine 108, dem Wechselrichter 114 und der Energiespeichervorrichtung 112. Der Wechselrichter 114 kann am Getriebe oder auf der Fahrzeugseite installiert werden. Bei einigen Fahrzeugplattformen kann der Wechselrichter aufgrund von Temperatur- und Vibrationsprofilen auf der Fahrzeugseite installiert werden. Außerdem kann die Energiespeichervorrichtung 112 in das Fahrzeug eingebaut werden.
  • Das Getriebesystem 104 ist als Doppelkupplungsgetriebe dargestellt, das eine hier näher beschriebene Doppelkupplungsanordnung 118 enthält, obwohl auch automatisierte Schaltgetriebe, Schaltgetriebe und reine Verbrennungsmotor-Getriebe denkbar sind und hier ausführlicher beschrieben werden. Daher kann die Doppelkupplungsanordnung allgemein als Verbrennungsmotor-Kupplungsanordnung bezeichnet werden und in anderen Beispielen einen Einzelkupplungsmechanismus enthalten. In anderen Beispielen kann das Getriebesystem 104 in einer Transaxle-Einheit enthalten sein, die eine Achse 120, ein Differential 122 und das Getriebesystem 104 in einer Einheit einschließt. Auf diese Weise kann das Getriebe für den Einsatz in einem Fahrzeug mit Mittelmotor oder einem Fahrzeug mit Frontmotor angepasst werden. In anderen Beispielen können das Getriebe, die Achse und/oder das Differential jedoch als separate Einheiten verpackt sein.
  • Das Getriebesystem 104 beinhaltet das Mehrganggetriebe 106, das dazu ausgelegt ist, zwischen verschiedenen diskreten Betriebsgängen zu schalten. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat das Mehrganggetriebe acht Betriebsgänge. In anderen Beispielen kann das Mehrganggetriebe jedoch auch vier oder mehr Betriebsgänge oder zwischen vier und zehn Betriebsgänge haben. In weiteren Beispielen kann das Mehrganggetriebe auch weniger als vier Betriebsgänge haben, was jedoch in einigen Fällen die Leistung des Antriebsstrangs verringern kann.
  • Das Mehrganggetriebe 106 kann dazu konfiguriert sein, das Drehmoment über das Differential 122 (z. B. das Achsdifferential) auf die Antriebsräder 124 zu übertragen. Im Einzelnen kann eine Ausgangswelle 126 (z. B. Ritzelwelle) mit einem Kegelrad 128 (z. B. Kegelritzel), das mit einem Kegelrad 130 (z. B. Tellerrad) kämmt, welches mit dem Differentialgehäuse (oder Träger) 132 verbunden ist, verwendet werden, um die mechanische Verbindung zwischen dem Getriebe und dem Differential herzustellen, obwohl in anderen Beispielen auch andere geeignete Zahnradtypen verwendet werden können. Es können allerdings auch andere geeignete Arten von mechanischen Befestigungen verwendet werden, um das Getriebe mit dem Differential zu verbinden. Darüber hinaus kann ein Zwischenzahnrad 127 fest mit der Ausgangswelle 126 verbunden sein (z. B. durch eine Keilverzahnung, eine Schweißverbindung, andere geeignete Verbindungen oder Kombinationen daraus) und mit einem fünften Zahnrad 153 kämmen, das hier ausführlicher beschrieben wird. Die Antriebsräder 124 können über Achswellen 134 und/oder andere geeignete mechanische Komponenten drehbar mit dem Differential gekoppelt sein. Die Rotationsachsen der Achswellen 134 können senkrecht zu den Rotationsachsen der elektrischen Maschine 108, des Verbrennungsmotors 110, der ersten Primärwelle 140, der zweiten Primärwelle 142, der Sekundärwelle 146 und/oder der Ausgangswelle 126 angeordnet sein. Eine solche Konstruktion des Getriebesystems kann es ermöglichen, das System effizient in das Fahrzeug einzubauen und in einigen Fällen in einer größeren Anzahl von Fahrzeugen zu verwenden. In alternativen Beispielen können die Achswellen jedoch parallel zu der elektrischen Maschine 108, dem Verbrennungsmotor 110, einer ersten Primärwelle 140, einer zweiten Primärwelle 142, einer Sekundärwelle 146 und/oder der Ausgangswelle 126 angeordnet sein.
  • Ferner kann es sich bei dem Differential 122 um ein offenes Differential, ein elektronisches Sperrdifferential, ein mechanisches Sperrdifferential und dergleichen handeln. Die Verwendung eines Sperrdifferentials kann die Leistung und die Fahrzeugdynamik im Hinblick auf die Fahrzeugtraktion erhöhen, während die Komplexität des Differentials zunimmt. Umgekehrt kann die Verwendung eines offenen Differentials die Komplexität des Differentials (z. B. die Wahrscheinlichkeit von Beeinträchtigung) verringern, aber unter bestimmten Bedingungen die Traktion im Vergleich zu Sperrdifferentialen beeinträchtigen. Eine Rotationsachse des Differentials kann senkrecht zur Rotationsachse der elektrischen Maschine 108 angeordnet sein. In anderen Beispielen kann die Rotationsachse des Differentials jedoch parallel zur Rotationsachse der elektrischen Maschine verlaufen.
  • Der Verbrennungsmotor 110 kann eine Ausgangswelle 136 enthalten, die drehbar mit einem Schwungrad 138 oder einem anderen geeigneten Kupplungsmechanismus, wie z. B. einem Zweimassenschwungrad, verbunden ist. Ferner kann das Schwungrad 138 über eine Welle 139 mit der Doppelkupplungsanordnung 118 in dem Getriebesystem 104 verbunden sein. Somit kann das Schwungrad 138 als Schnittstelle für den Verbrennungsmotor dienen. Darüber hinaus kann die Doppelkupplungsanordnung 118 das Schwungrad 138 selektiv drehbar mit einer ersten Primärwelle 140 und einer zweiten Primärwelle 142 koppeln. Die erste Primärwelle 140 kann eine innere Welle und die zweite Primärwelle eine äußere Primärwelle sein oder umgekehrt, die koaxial sind. Zur Erläuterung: Die zweite Primärwelle 142 kann hohl sein und konzentrisch um die erste Primärwelle 140 angeordnet sein oder umgekehrt. In alternativen Ausführungsbeispielen kann die Doppelkupplungsanordnung durch eine Einzelkupplungsanordnung für den Einsatz in einem Schaltgetriebe oder einem automatisierten Schaltgetriebe ersetzt werden, was hier näher erläutert wird.
  • Die Doppelkupplungsanordnung 118 kann einen ersten Kupplungsmechanismus 143 und einen zweiten Kupplungsmechanismus 144 beinhalten, bei denen es sich um Nass- oder Trockenreibungskupplungen handeln kann. Der erste Kupplungsmechanismus 143 kann Scheiben enthalten (z. B. Reibscheiben und/oder Zwischenplatten), und in einigen Fällen Federn, die in Eingriff gebracht werden können, um das Drehmoment vom Schwungrad 138 auf die erste Primärwelle 140 zu übertragen. Wenn der erste Kupplungsmechanismus 143 eingerückt ist, überträgt das Schwungrad 138 ein Drehmoment auf die erste Primärwelle 140. Umgekehrt wird die mechanische Kraftübertragung durch den Kupplungsmechanismus unterbunden, wenn der erste Kupplungsmechanismus 143 ausgekuppelt ist. Entsprechend kann der zweite Kupplungsmechanismus 144 Scheiben enthalten (z. B. Reibscheiben und/oder Zwischenplatten), und in einigen Fällen Federn, die in Eingriff gebracht werden können, um das Drehmoment vom Schwungrad 138 auf die zweite Primärwelle 142 zu übertragen. Wenn also der zweite Kupplungsmechanismus eingerückt ist, überträgt das Schwungrad ein Drehmoment auf die zweite Primärwelle, und wenn der zweite Kupplungsmechanismus ausgerückt ist, wird die Drehmomentübertragung durch den zweiten Kupplungsmechanismus verhindert. Wenn das Getriebesystem eine Doppelkupplungsanordnung enthält, kann es in einem Beispiel als Doppelkupplungsgetriebe bezeichnet werden (z. B. ein Hybrid-Doppelkupplungsgetriebe).
  • Das Mehrganggetriebe 106 kann außerdem die Sekundärwelle 146 enthalten. Die Sekundärwelle 146 kann als ein- oder zweiteilige Welle ausgeführt sein. Die Zahnradsätze 147, 148 und 149 können sich auf der ersten Primärwelle 140, der zweiten Primärwelle 142 bzw. der Sekundärwelle 146 befinden. Jeder der Zahnradsätze 147, 148, 149 kann mehrere Zahnräder enthalten. Der Zahnradsatz 147 auf der ersten Primärwelle 140 kämmt mit einem Teil der Zahnräder des Zahnradsatzes 149 auf der Sekundärwelle 146. Insbesondere können die Zahnräder 150, 151, 152, 153, die mit den Zahnrädern auf der ersten Primärwelle 140 kämmen, als ungerade Zahnräder und die Zahnräder 154, 155, 156, 157 auf der Sekundärwelle 146, die mit den Zahnrädern auf oder koaxial zu der zweiten Primärwelle 142 kämmen, als gerade Zahnräder bezeichnet werden. Im Einzelnen kann es sich bei dem Zahnrad 150 um ein erstes Zahnrad, bei dem Zahnrad 157 um ein zweites Zahnrad, bei dem Zahnrad 151 um ein drittes Zahnrad, bei dem Zahnrad 155 um ein viertes Zahnrad, bei dem Zahnrad 153 um ein fünftes Zahnrad, bei dem Zahnrad 154 um ein sechstes Zahnrad, bei dem Zahnrad 152 um ein siebtes Zahnrad und bei dem Zahnrad 156 um ein achtes Zahnrad handeln. Die Nummerierung der angetriebenen Zahnräder auf der Sekundärwelle (d. h. erstes bis achtes Zahnrad) gibt die relative Größe der Zahnräder an, wobei das erste Zahnrad den größten und das achte Zahnrad den kleinsten Durchmesser aufweist. Das erste bis achte Zahnrad auf der Sekundärwelle kämmen mit den Zahnrädern 158, 159, 160, 161, 179, 162, 163 bzw. 164. Die Zahnräder 158, 160, 163 und 179 sind koaxial zur ersten Primärwelle 140 und die Zahnräder 159, 161, 162 und 164 sind koaxial zur zweiten Primärwelle 142. Die Zahnräder eins bis acht bezeichnen also die relativen Übersetzungsverhältnisse zwischen den Zahnradkombinationen, wobei der erste Gang ein höheres numerisches Verhältnis hat als der zweite Gang usw. Die Zahnradpaare, die durch das Ineinandergreifen von Zahnrädern auf der Sekundärwelle und Zahnrädern auf den Primärwellen gebildet werden, können als Zahnradkombinationen bezeichnet werden. So kann das Zahnradpaar 150 und 158 als erste Zahnradkombination, das Zahnradpaar 157 und 159 als zweite Zahnradkombination usw. bezeichnet werden.
  • Im dargestellten Beispiel kann die Sekundärwelle 146 in Bezug auf die y-Achse zwischen der Ausgangswelle 126 und den Primärwellen 140, 142 angeordnet sein. Auf diese Weise kann die Kompaktheit des Systems gesteigert werden. In alternativen Beispielen können jedoch auch andere Auslegungen der Getriebesysteme eingesetzt werden.
  • Bei dem Zahnrad 164 handelt es sich um ein Elektroantrieb-Schnittstellenrad (z. B. ein Schnittstellenrad für eine elektrische Maschine), das mit einem Zahnrad 165 im Zahnradsatz 166 der elektrischen Maschine in Eingriff steht. Der Zahnradsatz 166 der elektrischen Maschine kann außerdem ein Zahnrad 167 enthalten, das mit der Ausgangswelle 168 der elektrischen Maschine gekoppelt ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel bildet das Elektroantrieb-Schnittstellenrad 164 mit dem Getriebe 161 eine Doppelgetriebeeinheit 169. In einem solchen Ausführungsbeispiel ist die Doppelgetriebeeinheit 169 freilaufend auf der zweiten Primärwelle 142 montiert und dreht sich unabhängig darauf, wenn sie nicht durch eine Elektroantriebskupplung 173, die hier näher beschrieben wird, in Eingriff gebracht wird. Lager (z. B. Wälzlager wie Nadellager) können verwendet werden, um die Doppelgetriebeeinheit 169 freilaufend, frei drehbar auf der zweiten Primärwelle 142 zu montieren. Auf diese Weise wird eine größere Anpassungsfähigkeit des Getriebes erreicht. Die Zahnräder des Zahnradsatzes 166 der elektrischen Maschine können radial mit dem Elektroantrieb-Schnittstellenrad 164 ausgerichtet sein, um die Kompaktheit des Systems zu erhöhen. Mit anderen Worten, die Zahnräder des Zahnradsatzes 166 der elektrischen Maschine und des Elektroantrieb-Schnittstellenrades 164 können in einer ähnlichen Position auf der x-Achse angeordnet sein und sind daher entlang der x-Achse ausgerichtet. Auf diese Weise wird die Raumausnutzung des Getriebes im Vergleich zu Getrieben mit (in Bezug auf die x-Achse) versetzten Zahnrädern entlang einer Vorgelegewelle erhöht.
  • Wie bereits erwähnt, kann eine Komponente, die freilaufend an einer anderen Komponente montiert ist, ein oder mehrere Lager (z. B. Nadellager, Kugellager, Kegelrollenlager, Kombinationen daraus usw.) verwenden, die mit jeder Komponente verbunden sind, um die Freilauffunktion zu erreichen, bei der sich die Komponenten frei auf der Welle drehen kann, an der sie freilaufend montiert ist. Wenn ein Zahnrad freilaufend auf einer Welle montiert ist, drehen sich das Zahnrad und die Welle unabhängig voneinander. Im Einzelnen sind in dem gezeigten Beispiel die Zahnräder 150, 151, 154, 155, 156, 157 über Lager 187 an der Sekundärwelle 146 freilaufend montiert. Ferner sind im dargestellten Beispiel die Zahnräder 163, 179 über Lager 188 an der ersten Primärwelle 140 freilaufend montiert. Außerdem sind im dargestellten Beispiel die Zahnräder 161, 164 über ein Lager 189 an der zweiten Primärwelle 142 freilaufend montiert. In anderen Ausführungsbeispielen können jedoch auch andere Freilaufanordnungen in Bezug auf die Zahnräder des Getriebes verwendet werden. Zahnräder, die mit den hier beschriebenen Kupplungen in Eingriff gebracht werden können, können freilaufend auf der mit der Kupplung verbundenen Welle montiert werden, um eine selektive mechanische Kraftübertragung vom Zahnrad auf die Welle zu ermöglichen. So beinhalten auch die anderen hier beschriebenen Ausführungsbeispiele des Getriebesystems freilaufend montierte Zahnräder, und die freilaufende Montage der Zahnräder ist in ähnlicher Weise wie in 1 dargestellt und eine wiederholte Beschreibung der freilaufenden Montage wird der Kürze halber weggelassen.
  • Das von der elektrischen Maschine 108 angetriebene Übersetzungsverhältnis kann anders (z. B. niedriger) sein als das vom Verbrennungsmotor 110 angetriebene Übersetzungsverhältnis. Folglich können ein Verbrennungsmotor und eine elektrische Maschine mit den gewünschten Leistungsmerkmalen ausgewählt werden, um die Getriebeleistung zu verbessern.
  • Die Kupplungen 170, 171, 172 können auf der Sekundärwelle 146 angeordnet werden. Jede der Kupplungen 170, 171, 172 sowie die Kupplung 174 können zwei eingerückte Positionen und eine ausgerückte Position haben. Wenn die Kupplungen 170, 171, 172 ausgekuppelt sind, findet keine Drehmomentübertragung zwischen den entsprechenden Zahnrädern und der Sekundärwelle 146 statt. Umgekehrt ermöglichen die Kupplungen 170, 171, 172, wenn sie eingerückt sind, die Übertragung des Drehmoments zwischen dem Zahnrad, in das sie eingreifen, und der Sekundärwelle 146. Wenn die Kupplung 174 eingerückt ist, ermöglicht sie die Übertragung des Drehmoments zwischen dem eingerückten Zahnrad (entweder Zahnrad 179 oder Zahnrad 163) und der ersten Primärwelle 140.
  • Die Kupplung 170 kann insbesondere dazu ausgelegt sein, selektiv mit dem sechsten Zahnrad 154 und dem vierten Zahnrad 155 in Eingriff zu kommen. Die Kupplung 171 kann dazu ausgelegt sein, selektiv mit dem achten Zahnrad 156 und dem zweiten Zahnrad 157 in Eingriff zu kommen. Die Kupplung 172 kann dazu ausgelegt sein, mit dem dritten Zahnrad 151 und dem ersten Zahnrad 150 in Eingriff zu kommen. So können das erste, das zweite, das dritte, das vierte, das sechste und das achte Zahnrad freilaufend montiert seien und sich frei auf der Sekundärwelle 146 drehen, so dass sie sich unabhängig von der Welle drehen können, wenn die entsprechende Kupplung vom Zahnrad gelöst wird. Die vorgenannten Zahnräder können mit Hilfe von Lagern auf der Sekundärwelle freilaufend montiert werden. Dagegen kann das Zahnrad 158 fest mit der ersten Primärwelle 140 verbunden sein, um sich mit ihr zu drehen, die Zahnräder 159, 162 können fest mit der zweiten Primärwelle 142 verbunden sein, um sich mit ihr zu drehen, und das fünfte Zahnrad 153 und das siebte Zahnrad 152 können fest mit der Sekundärwelle 146 verbunden sein, um sich mit ihr zu drehen. In anderen Ausführungsbeispielen können die Zahnräder des Mehrganggetriebes jedoch eine andere Konfiguration in Bezug auf die feste und freie Verbindung mit den entsprechenden Wellen aufweisen.
  • Die Kupplung 174 kann außerdem auf der ersten Primärwelle 140 angeordnet sein. Die Kupplung 174 ist mit zwei Eingriffspositionen konstruiert. In der ersten Eingriffsposition koppelt die Kupplung 174 das Zahnrad 179 mit der ersten Primärwelle 140 und in der zweiten Eingriffsposition koppelt die Kupplung das Zahnrad 163 mit der ersten Primärwelle. Auf diese Weise kann das Getriebe zwischen dem fünften und dem siebten Gang auf der Sekundärwelle 146 schalten. Die Kupplungen 170, 171, 172 und 174 können als Zahnradkupplungen bezeichnet werden.
  • Die Kupplungen 170, 171, 172, 174 sowie die übrigen hier beschriebenen Kupplungen können allgemein als Kupplungsvorrichtungen bezeichnet werden. Ferner können die Kupplungen 170, 171, 172, 174 sowie die übrigen hierin in Bezug auf 1 sowie die übrigen Figuren beschriebenen Kupplungen Klauenkupplungen, Schiebemuffenkupplungen, Synchronisierungen oder andere Kombinationen dieser Kupplungstypen sein. Eine Klauenkupplung kann Vorsprünge an gegenüberliegenden axialen Flächen von Komponenten in der Kupplung aufweisen. Eine Schiebemuffenkupplung kann eine Umfangsverzahnung am äußeren und inneren Kupplungsring aufweisen, die während des Kupplungseingriffs miteinander kämmen, und eine Synchronisierung kann einen Synchronring oder einen anderen Mechanismus enthalten, der es ermöglicht, die Drehzahl des Zahnrads und der Welle vor oder während des Kupplungseingriffs aufeinander abzustimmen. Außerdem können die Kupplungen 170, 171, 172, 174 sowie die übrigen hier beschriebenen Kupplungen über elektromechanische, hydraulische und/oder pneumatische Komponenten betätigt werden. Insbesondere können die Kupplungen in einem Beispiel über Schaltgabeln verstellt werden, obwohl auch andere geeignete Betätigungsmechanismen in Betracht kommen.
  • Zusätzlich kann die Elektroantriebskupplung 173 konzentrisch zur ersten und zweiten Primärwelle 140, 142 angeordnet sein. Bei der Elektroantriebskupplung kann es sich in einem Beispiel um eine Synchronisierung handeln, um sanfte Übergänge zwischen dem Auskuppeln und dem Einkuppeln zu ermöglichen. Wie bereits erwähnt, kann die Elektroantriebskupplung jedoch auch eine Klauenkupplung oder eine Schiebemuffenkupplung sein. Die Elektroantriebskupplung 173 ist dazu ausgelegt, in einer ausgerückten Position zu arbeiten, in der sie von der Doppelgetriebeeinheit 169 und damit vom Elektroantrieb-Schnittstellenrad 164 entkoppelt ist. Wenn die Elektroantriebskupplung 173 ausgerückt ist, kann der mechanische Leistungspfad von der elektrischen Maschine 108 daher die Primärwellen 140, 142 umgehen und über das Zahnrad 164 oder das Zahnrad 161 zur Sekundärwelle 146 führen. Umgekehrt ist die Doppelgetriebeeinheit 169 mit der zweiten Primärwelle 142 drehbar verbunden, wenn die Elektroantriebskupplung 173 eingerückt ist. Wenn die Elektroantriebskupplung eingerückt ist, wird die mechanische Leistung zwischen der elektrischen Maschine 108 und der zweiten Primärwelle 142 übertragen. Auf diese Weise kann die elektrische Maschine über eine größere Anzahl von Betriebsgängen verfügen und die Leistung der elektrischen Maschine kann an verschiedenen Positionen im System eingeleitet werden. Dadurch wird die Anpassungsfähigkeit des Getriebes erhöht, wodurch die Effizienz und Leistung des Getriebes auf Wunsch gesteigert werden können.
  • Die Elektroantriebskupplung 173 kann entlang der Primärwellen 140, 142 in einer ähnlichen axialen Position in Bezug auf die Kupplung 170 positioniert werden, wenn sich die Kupplungen in einer ausgerückten Position befinden. Auf diese Weise können die Kupplungen effizient im Mehrganggetriebe 106 untergebracht werden.
  • Ferner können im Getriebesystem 104 der Verbrennungsmotor 110, das Schwungrad 138 und die Doppelkupplungsanordnung 118 in der Nähe eines ersten Endes 175 der ersten Primärwelle 140 angeordnet sein. Außerdem ist die Elektroantriebskupplung 173 von dem zweiten Ende 176 der ersten Primärwelle 140 beabstandet. Auf diese Weise kann die elektrische Maschine auf einer Seite des Getriebesystems 104 angeordnet werden, wodurch sich die Länge des Getriebes in Längsrichtung entlang einer Achse parallel zur x-Achse im Vergleich zu einem Hybridgetriebe mit einer P2-Architektur verringert, wenn der Motor zwischen der Eingangskupplung des Getriebes und dem Motor angeordnet ist. Der Radstand 177 des Fahrzeugs 100 kann folglich auf Wunsch verringert werden. Außerdem lässt sich das System leichter in den Fahrzeugrahmen einbauen, wenn seine axiale Länge im Vergleich zu Getrieben mit größerer axialer Länge geringer ist. Darüber hinaus kann das Getriebesystem 104 im Vergleich zu Getriebesystemen mit P2-Architekturen weniger rotierende Komponenten während des EV-Modus aufweisen. Die Getriebeanordnung aus 1 kann in einigen Fällen als P2.5- oder P2/P3-Hybridarchitektur bezeichnet werden. Im EV-Modus und im Modus zur Rückgewinnung kinetischer Energie dürfen sich beispielsweise die erste Primärwelle 140, die Zahnräder 150 und 151 sowie ihre jeweiligen Lager nicht drehen. Außerdem darf sich in diesen Modi und wenn das Getriebe im vierten oder achten Gang läuft, eine mechanische Pumpe, die direkt mit einem der Doppelkupplung zugeordneten Kupplungskorb verbunden ist, nicht drehen. Außerdem darf sich die zweite Primärwelle 142 nicht drehen, wenn das Getriebe im EV-Modus im vierten Gang läuft. Der Wirkungsgrad des Getriebes wird dadurch erhöht. Darüber hinaus ist es mit dem Getriebesystem 104 im Verbrennungsmotor-Modus, in dem die elektrische Maschine 108 keine Leistung an das Getriebe liefert, zumindest in bestimmten Gängen möglich, die elektrische Maschine vom Getriebe zu entkoppeln, im Gegensatz zu P2-Getriebearchitekturen, bei denen eine Entkopplung des Motors vom Getriebe nicht möglich ist.
  • Das Mehrganggetriebe 106 kann ferner eine Parksperrenanordnung 178 enthalten, die dazu ausgelegt ist, die Bewegung eines mit der Ausgangswelle 126 gekoppelten Parkkettenrads 180 selektiv zu verhindern. Um diese Funktion zu erfüllen, kann die Parksperrenanordnung 178 eine Parksperrenklinke und/oder andere geeignete Mechanismen enthalten, die bei aktivierter Parksperre in das Parkkettenrad 180 eingreifen.
  • 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 (z. B. Geschwindigkeitssensoren, Drucksensoren, Kupplungskonfigurationssensoren, Temperatursensoren und dergleichen) empfangen, die im Fahrzeug 100 (z. B. im Antriebsstrang 102 und insbesondere im Getriebesystem 104) angeordnet sind. Umgekehrt kann die Steuerung 191 auf der Grundlage der empfangenen Signale und der im Speicher 193 der Steuerung 191 gespeicherten Anweisungen Steuersignale an verschiedene Aktuatoren 195 an verschiedenen Positionen im Fahrzeug und im Getriebesystem senden, z. B. zum Einkuppeln, Schalten, Betätigen des elektronischen Differentials und dergleichen. So kann die Steuerung 191 beispielsweise Befehlssignale an die Elektroantriebskupplung 173 oder einen Aktuator der Kupplung senden. Wenn die Elektroantriebskupplung 173 das Befehlssignal empfängt, kann der Aktuator der Kupplung dazu verwendet werden, die Kupplung in die eingerückte Stellung zu bringen. Die anderen steuerbaren Komponenten des Getriebes, wie eine elektrische Pumpe, Magnetventile und dergleichen, und allgemeiner des Fahrzeugs können in Bezug auf die Sensorsignale und die Einstellung der Aktuatoren auf ähnliche Weise betrieben werden. Ferner kann die Steuerung 191 dazu ausgelegt sein, Befehle zum Schalten der Getriebekupplungen in Positionen auszuführen, die die Leistungspfade in den verschiedenen hier näher beschriebenen Modi erreichen. So kann die Steuerung 191 beispielsweise dazu ausgelegt sein, die Doppelkupplungsanordnung 118 auszurücken und die Kupplung 170 oder die Kupplung 171 in einem EV-Modus in Eingriff zu bringen. Zu den Komponenten, die durch die Steuerung 191 eingestellt werden können, können die Kupplungen 170, 171, 172, 173, 174, die Parksperrenanordnung 178, der Wechselrichter 114, die elektrische Maschine 108, der Verbrennungsmotor 110, das Differential 122 im Falle eines elektronischen Sperrdifferentials, andere externe Vorrichtungen/Zusatzgeräte wie ein Druckluftbremssystem und ein Aufhängungssystem und dergleichen zählen. In anderen Beispielen kann jedoch zumindest ein Teil dieser steuerbaren Komponenten mit separaten Reglern eingestellt werden.
  • Das Steuerungssystem 190 kann außerdem eine oder mehrere Eingabevorrichtung(en) 196 enthalten. Die Eingabevorrichtungen 196 können einen Gangwähler enthalten, der es dem Fahrzeugführer ermöglicht, einen aktiven Gang aus einer Gruppe von Fahrstufen und/oder einen Vorwärts-, Rückwärts- und Neutralfahrmodus auszuwählen. Die Eingabevorrichtungen 196 können darüber hinaus einen Wahlschalter für den Betriebsmodus des Getriebesystems enthalten, der es dem Bediener ermöglicht, den aktuellen Betriebsmodus des Fahrzeugs aus einer Gruppe von Betriebsmodi auszuwählen, die einen Hybridantriebsmodus, einen EV-Modus und/oder einen Verbrennungsmotor-Modus einschließen können. In anderen Beispielen kann das Getriebesystem jedoch auch stärker automatisierte Techniken für die Gang- und/oder Fahrmoduswahl verwenden.
  • Darüber hinaus kann die elektrische Maschine 108 nicht nur hinsichtlich Drehmoment und Drehzahl über den Wechselrichter gesteuert werden, sondern auch dazu ausgelegt sein, sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsfahrtrichtung gedreht zu werden, die einander entgegengesetzt sind, damit das System eine elektrische Rückwärtsfunktionalität erreichen kann. Im Einzelnen kann das Getriebesystem 104 in einem Rückwärtsfahrmodus betrieben werden, in dem sich die elektrische Maschine 108 in einer Rückwärtsfahrt dreht, um das Fahrzeug rückwärts anzutreiben. Die anderen hier beschriebenen Getriebesysteme, die keine mechanischen Rückwärtsganganordnungen haben, können auch mit einer elektrischen Rückwärtsgangfunktion ausgestattet werden, bei der die elektrische Maschine dazu ausgelegt ist, sich in entgegengesetzte Richtungen zu drehen. Die Verwendung des elektrischen Rückwärtsgangs im System verringert das Gewicht und die Größe des Systems im Vergleich zu Getriebesystemen mit mechanischem Rückwärtsgang.
  • Als Referenz ist ein Achsensystem 199 in 1 sowie in 2A-2H und 2J-27 dargestellt. In einem Beispiel kann die z-Achse eine vertikale Achse sein (z. B. parallel zu einer Gravitationsachse), die y-Achse kann eine seitliche/laterale Achse sein (z. B. eine horizontale Achse), und/oder die x-Achse kann eine Längsachse sein. In anderen Beispielen können die Achsen jedoch auch andere Ausrichtungen haben.
  • Darüber hinaus kann die Architektur des Getriebesystems 104, wie hierin ausführlicher erörtert, in hohem Maße anpassungsfähig und effizient modifiziert werden, um die Zielvorgaben für die Endnutzung einer Vielzahl von Fahrzeugplattformen zu erfüllen. Beispielsweise kann die elektrische Maschine bei Vollverbrennungsmotor-Fahrzeugplattformen weggelassen werden. In anderen Beispielen kann die Doppelkupplungsanordnung effizient durch eine Einzelkupplungsanordnung für Plattformen mit automatisiertem Schaltgetriebe (AMT) oder Schaltgetriebe (MT) ersetzt werden.
  • Beim Doppelkupplungsgetriebe, das in 1 dargestellt ist, kann die Schaltung halbautomatisch über die Steuerknüppel (oder andere geeignete Eingabevorrichtungen) auf Befehl des Fahrers oder rein automatisch erfolgen. Beim manuellen Schaltgetriebe (MT) muss das als Schnittstelle zum Fahrer gedachte Schaltsystem überarbeitet werden, indem die Steuerknüppel z. B. durch einen Schalthebel, einen Schaltknüppel und/oder mechanische Hebel ersetzt werden, die den Schalthebel mit dem Getriebe verbinden, und indem das Kupplungspedal eingeführt wird, so dass sowohl die Betätigung der Verbrennungsmotor-Kupplung als auch das Schalten unter der Kontrolle des Fahrers liegen.
  • 2A-2H zeigen die mechanischen Leistungspfade durch das Getriebesystem 104 in einem Hybridantriebsmodus, bei dem verschiedene Gänge auf der Primär- und Sekundärwelle von einem Bediener oder automatisch über einen Gangwahlalgorithmus in der Steuerung vorgewählt werden. So werden in 2A-2H jeweils der Verbrennungsmotor 110 und die elektrische Maschine 108 betrieben, um eine Drehleistung zu erzeugen. 2A-2H zeigen insbesondere den ersten bis achten Gang. Wie bereits erwähnt, kann das Getriebesystem jedoch auch eine andere Anzahl von Betriebsgängen und/oder andere Leistungspfade in den Betriebsgängen aufweisen. Ferner sind die Komponenten des Getriebesystems 104 in 2A-2H sowie in 2J und 4A-10D ähnlich nummeriert und auf eine redundante Beschreibung wird aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet.
  • In 2A treibt das Getriebesystem 104 den ersten Gang 150 in einem Hybridantriebsmodus an, mit einem ersten Leistungspfad 200 des ersten Gangs. Konkret ist im ersten Gang der erste Kupplungsmechanismus 143 in der Doppelkupplungsanordnung 118 eingerückt, um den Verbrennungsmotor 110 für die Drehung mit der ersten Primärwelle 140 zu sperren, die Kupplung 172 ist mit dem ersten Gang 150 eingerückt, die Elektroantriebskupplung 173 ist eingerückt, und die Kupplung 171 ist mit dem zweiten Gang 157 eingerückt. Die übrigen Kupplungen 170, 174 sind in ihrer neutralen Position ausgekuppelt.
  • Der Leistungspfad des ersten Gangs 200 verläuft wie folgt: die Leistung wird vom Verbrennungsmotor 110 über den ersten Kupplungsmechanismus 143 der Doppelkupplungsanordnung 118 an die erste Primärwelle 140 übertragen. Als nächstes verläuft der Leistungspfad 200 durch die erste Primärwelle 140 zum ersten Zahnrad 150 über das an der ersten Primärwelle befestigte Zahnrad 158 und weiter durch die Sekundärwelle 146 zum fünften Zahnrad 153.
  • Anschließend wird die Leistung vom fünften Zahnrad 153 auf die Ausgangswelle 126 über das Zwischenzahnrad 127 übertragen. Auf diese Weise wird die Leistung von der Ausgangswelle 126 auf das Differential 122 übertragen. Es versteht sich auch, dass der Leistungspfad durch das Differential zu den Achswellen 134 und zu den Antriebsrädern 124 führen kann. In jedem der Betriebsgänge ist der Teil des Leistungspfades vom fünften Zahnrad 153 über die Ausgangswelle 126 zum Differential 122 identisch, und eine redundante Beschreibung wird der Kürze halber weggelassen.
  • Der Leistungspfad 200 beinhaltet ferner einen elektrischen Antriebszweig 202, der von der elektrischen Maschine 108 zu dem Zahnradsatz 166 der elektrischen Maschine, von dem Zahnradsatz der elektrischen Maschine zu dem Elektroantrieb-Schnittstellenrad 164, von dem Elektroantrieb-Schnittstellenrad zu der zweiten Primärwelle 142 über die Elektroantriebskupplung 173, von der zweiten Primärwelle zu dem Zahnrad 159, von dem Zahnrad 159 zu dem zweiten Zahnrad 157, von dem zweiten Zahnrad zu der Sekundärwelle 146 und von der Sekundärwelle zu dem fünften Zahnrad 153 verläuft. Der Leistungspfad des ersten Gangs ermöglicht es, dass die elektrische Maschine den zweiten Gang antreibt, während der Verbrennungsmotor den ersten Gang antreibt. Dadurch können die elektrische Maschine und der Verbrennungsmotor effizienter betrieben werden.
  • In 2B treibt das Getriebesystem 104 den zweiten Gang 157 in einem Hybridantriebsmodus an, mit einem Leistungspfad 204 des zweiten Gangs. Konkret ist im zweiten Gang der zweite Kupplungsmechanismus 144 in der Doppelkupplungsanordnung 118 eingerückt, um den Verbrennungsmotor 110 für die Drehung mit der zweiten Primärwelle 142 zu sperren, die Elektroantriebskupplung 173 ist mit der Doppelgetriebeeinheit 169 eingerückt, und die Kupplung 171 ist mit dem zweiten Gang 157 eingerückt. Die übrigen Kupplungen 170, 172, 174 sind in ihren neutralen Positionen ausgekuppelt.
  • Der Leistungspfad des zweiten Gangs 204 verläuft wie folgt: die Leistung wird vom Verbrennungsmotor 110 über den zweiten Kupplungsmechanismus 144 der Doppelkupplungsanordnung 118 an die zweite Primärwelle 142 übertragen. Anschließend verläuft der Leistungspfad 204 durch die zweite Primärwelle 142 zum zweiten Zahnrad 157 über das Zahnrad 159, das an der Sekundärwelle 146 befestigt ist. Dann wird die Leistung vom zweiten Zahnrad 157 auf die Sekundärwelle 146 und von der Sekundärwelle auf das fünfte Zahnrad 153 übertragen.
  • Der Leistungspfad 204 beinhaltet ferner einen elektrischen Antriebszweig 206, der von der elektrischen Maschine 108 zu dem Zahnradsatz 166 der elektrischen Maschine, von dem Zahnradsatz der elektrischen Maschine zu dem Elektroantrieb-Schnittstellenrad 164 und von dem Elektroantrieb-Schnittstellenrad zu der zweiten Primärwelle 142 verläuft. Bei anderen Konfigurationen des zweiten Gangs kann der Verbrennungsmotor 110 den zweiten Gang einlegen, während die elektrische Maschine 108 einen anderen Gang, z. B. den vierten Gang, einlegt, um die Anpassungsfähigkeit und Leistung des Systems zu erhöhen, falls gewünscht.
  • In 2C treibt das Getriebesystem 104 den dritten Gang 151 in einem Hybridantriebsmodus an, mit einem Leistungspfad 208 des dritten Gangs. Konkret ist im dritten Gang der erste Kupplungsmechanismus 143 in der Doppelkupplungsanordnung 118 eingerückt, um den Verbrennungsmotor 110 für die Drehung mit der ersten Primärwelle 140 zu sperren, die Kupplung 170 ist mit dem vierten Gang 155 eingerückt, und die Kupplung 172 ist mit dem dritten Gang 151 eingerückt. Die übrigen Kupplungen 171, 174 so wie die Elektroantriebskupplung 173 sind in ihren neutralen Positionen ausgekuppelt.
  • Der Leistungspfad des dritten Gangs 208 verläuft wie folgt: die Leistung wird vom Verbrennungsmotor 110 an den ersten Kupplungsmechanismus 143 der Doppelkupplungsanordnung 118 und dann an die erste Primärwelle 140 übertragen. Als nächstes verläuft der Leistungspfad 208 durch die erste Primärwelle 140 zum dritten Zahnrad 151 über das an der ersten Primärwelle 140 befestigte Zahnrad 163. Anschließend verläuft der Leistungspfad vom dritten Zahnrad 151 zur Sekundärwelle 146 und von der Sekundärwelle 146 zum fünften Zahnrad 153.
  • Der Leistungspfad 208 beinhaltet ferner einen elektrischen Antriebszweig 210, der von der elektrischen Maschine 108 zu dem Zahnradsatz 166 der elektrischen Maschine, von dem Zahnradsatz 166 der elektrischen Maschine zu dem Elektroantrieb-Schnittstellenrad 164, von dem Elektroantrieb-Schnittstellenrad 164 zur Sekundärwelle 146 über das vierte Zahnrad 155 mittels des Zahnrads 161 verläuft. Der elektrische Antriebszweig 210 des Leistungspfads führt dann von der Sekundärwelle zum fünften Gang 153.
  • In 2D treibt das Getriebesystem 104 den vierten Gang 155 in einem Hybridantriebsmodus an, mit einem Leistungspfad 212 des viertem Gangs. Konkret ist im vierten Gang der zweite Kupplungsmechanismus 144 in der Doppelkupplungsanordnung 118 eingerückt, um den Verbrennungsmotor 110 für die Drehung mit der zweiten Primärwelle 142 zu sperren, und die Kupplung 170 ist mit dem vierten Gang 155 eingerückt. Die übrigen Kupplungen 171, 172, 174 so wie die Elektroantriebskupplung 173 sind in ihren neutralen Positionen ausgekuppelt.
  • Der Leistungspfad des vierten Gangs 212 verläuft wie folgt: die Leistung wird vom Verbrennungsmotor 110 über den zweiten Kupplungsmechanismus 144 der Doppelkupplungsanordnung 118 an die zweite Primärwelle 142 übertragen. Anschließend verläuft der Leistungspfad 212 durch die zweite Primärwelle 142 zum vierten Zahnrad 155 mittels des Zahnrades 161. Dann verläuft der Leistungspfad vom vierten Zahnrad 155 zur Sekundärwelle 146 und von der Sekundärwelle 146 zum fünften Zahnrad 153.
  • In dem elektrischen Antriebszweig 214 des Leistungspfades 212 verläuft die Leistung von der elektrischen Maschine 108 zu dem Zahnradsatz 166 der elektrischen Maschine, von dem Zahnradsatz der elektrischen Maschine zu dem Elektroantrieb-Schnittstellenrad 164 und von dem Elektroantrieb-Schnittstellenrad zu dem vierten Zahnrad 155 mittels des Zahnrades 161, wobei die Primärwellen umgangen werden.
  • In 2E treibt das Getriebesystem 104 das fünfte Übersetzungsverhältnis 153 in einem Hybridantriebsmodus an, mit einem Leistungspfad 216 des fünften Gangs. Konkret ist im fünften Gang der erste Kupplungsmechanismus 143 in der Doppelkupplungsanordnung 118 eingerückt, um den Verbrennungsmotor 110 für die Drehung mit der ersten Primärwelle 140 zu sperren, die Kupplung 170 ist mit dem sechsten Gang 154 eingerückt, die Elektroantriebskupplung 173 ist mit der Doppelgetriebeeinheit 169 und der zweiten Primärwelle 142 eingerückt, und die Kupplung 174 ist mit dem Zahnrad 179 eingerückt. Die übrigen Kupplungen 171, 172 sind in ihren neutralen Positionen ausgekuppelt.
  • Der Leistungspfad des fünften Gangs 216 verläuft wie folgt: die Leistung wird vom Verbrennungsmotor 110 über den ersten Kupplungsmechanismus 143 der Doppelkupplungsanordnung 118 an die erste Primärwelle 140 übertragen. Anschließend verläuft der Leistungspfad 216 durch die erste Primärwelle 140 zum fünften Zahnrad 153 mittels des Zahnrades 179.
  • In dem elektrischen Antriebszweig 218 des Leistungspfades 216 verläuft die Leistung von der elektrischen Maschine 108 zu dem Zahnradsatz 166 der elektrischen Maschine, von dem Zahnradsatz der elektrischen Maschine zu dem Elektroantrieb-Schnittstellenrad 164 und von dem Elektroantrieb-Schnittstellenrad zu der zweiten Primärwelle 142 über die Elektroantriebskupplung 173, und von der zweiten Primärwelle zu dem Zahnrad 162. Als nächstes verläuft der Leistungspfad zum sechsten Zahnrad 154 über das mit der zweiten Primärwelle 142 gekoppelte Zahnrad 162. Vom sechsten Zahnrad 154 verläuft die Leistung über die Sekundärwelle 146 zum fünften Zahnrad 153 im elektrischen Antriebszweig 218.
  • In 2F treibt das Getriebesystem 104 den sechsten Gang 154 in einem Hybridantriebsmodus an, mit einem Leistungspfad 220 des sechsten Gangs. Konkret ist im sechsten Gang der zweite Kupplungsmechanismus 144 in der Doppelkupplungsanordnung 118 eingerückt, um den Verbrennungsmotor 110 für die Drehung mit der zweiten Primärwelle 142 zu sperren, die Elektroantriebskupplung 173 ist mit der Doppelgetriebeeinheit 169 und der zweiten Primärwelle 142 eingerückt, und die Kupplung 170 ist mit dem sechsten Gang 154 eingerückt. Die übrigen Kupplungen 171, 172, 174 sind in ihren neutralen Positionen ausgekuppelt.
  • Der Leistungspfad des sechsten Gangs 220 verläuft wie folgt: die Leistung wird vom Verbrennungsmotor 110 über den zweiten Kupplungsmechanismus 144 der Doppelkupplungsanordnung 118 an die zweite Primärwelle 142 übertragen. Anschließend verläuft der Leistungspfad 220 durch die zweite Primärwelle 142 zum sechsten Zahnrad 154 über das Zahnrad 162, das mit der zweiten Primärwelle 142 gekoppelt ist. Als nächstes verläuft der Leistungspfad von der zweiten Primärwelle 142 zum Zahnrad 162, vom Zahnrad 162 zum sechsten Zahnrad 164, vom sechsten Zahnrad zur Sekundärwelle 146 und von der Sekundärwelle 146 zum fünften Zahnrad 153.
  • In dem elektrischen Antriebszweig 222 des Leistungspfades 220 verläuft die Leistung von der elektrischen Maschine 108 zu dem Zahnradsatz 166 der elektrischen Maschine, von dem Zahnradsatz der elektrischen Maschine zu dem Elektroantrieb-Schnittstellenrad 164 und von dem Elektroantrieb-Schnittstellenrad 164 zu der zweiten Primärwelle 142 mittels der Elektroantriebskupplung 173.
  • In 2G treibt das Getriebesystem 104 den siebten Gang 152 in einem Hybridantriebsmodus an, mit einem Leistungspfad 224 des siebten Gangs. Konkret ist im siebten Gang der erste Kupplungsmechanismus 143 in der Doppelkupplungsanordnung 118 eingerückt, um den Verbrennungsmotor 110 für die Drehung mit der ersten Primärwelle 140 zu sperren, die Kupplung 174 ist mit dem Zahnrad 163 eingerückt, und die Kupplung 171 ist mit dem vierten Gang 154 eingerückt. Die übrigen Kupplungen 171, 172, 173 sind in ihren neutralen Positionen ausgekuppelt.
  • Der Leistungspfad des siebten Gangs 224 verläuft wie folgt: die Leistung wird vom Verbrennungsmotor 110 an den ersten Kupplungsmechanismus 143 der Doppelkupplungsanordnung 118 und dann an die erste Primärwelle 140 übertragen. Als nächstes verläuft der Leistungspfad 224 durch die erste Primärwelle 140 zum siebten Gang 152 über das Zahnrad 163, das über die Kupplung 174 für die Drehung mit der ersten Primärwelle 140 gesperrt ist. Anschließend wird die Leistung über die Sekundärwelle 146 an den fünften Gang 153 weitergeleitet.
  • In dem elektrischen Antriebszweig 226 des Leistungspfades 224 verläuft die Leistung von der elektrischen Maschine 108 zu dem Zahnradsatz 166 der elektrischen Maschine, von dem Zahnradsatz der elektrischen Maschine zu dem Elektroantrieb-Schnittstellenrad 164 und von dem Elektroantrieb-Schnittstellenrad zum achten Gang 156, vom achten Gang zur Sekundärwelle 146, und von der Sekundärwelle zum fünften Gang 153.
  • In 2H treibt das Getriebesystem 104 den achten Gang 156 in einem Hybridantriebsmodus an, mit einem Leistungspfad 228 des achten Gangs. Konkret ist im achten Gang der zweite Kupplungsmechanismus 144 in der Doppelkupplungsanordnung 118 eingerückt, um den Verbrennungsmotor 110 für die Drehung mit der zweiten Primärwelle 142 zu sperren, und die Kupplung 171 ist mit dem achten Gang 156 eingerückt. Die übrigen Kupplungen 170, 172, 174 so wie die Elektroantriebskupplung 173 sind in ihren neutralen Positionen ausgekuppelt.
  • Der Leistungspfad des achten Gangs 228 verläuft wie folgt: die Leistung wird vom Verbrennungsmotor 110 über den zweiten Kupplungsmechanismus 144 der Doppelkupplungsanordnung 118 an die zweite Primärwelle 142 übertragen. Anschließend verläuft der Leistungspfad 228 durch die zweite Primärwelle 142 zum achten Gang 156 mittels des Elektroantrieb-Schnittstellenrades 164. Anschließend wird die Leistung über die Sekundärwelle 146 an den fünften Gang 153 weitergeleitet.
  • In dem elektrischen Antriebszweig 230 des Leistungspfades 228 verläuft die Leistung von der elektrischen Maschine 108 zu dem Zahnradsatz 166 der elektrischen Maschine, von dem Zahnradsatz der elektrischen Maschine zu dem Elektroantrieb-Schnittstellenrad 164 und von dem Elektroantrieb-Schnittstellenrad zu dem achten Gang 156.
  • 2I zeigt eine Tabelle 240, die einem Verbrennungsmotormodus, einem Hybridantriebsmodus und einem EV-Modus für das Getriebesystem 104 aus 1-2H entspricht. Die Spalten der Tabelle 240 geben den gewählten Gang, den vom Verbrennungsmotor 110 angetriebenen Gang und den von der elektrischen Maschine 108 angetriebenen Gang beim Hoch- und Herunterschalten an. Zusätzlich können mit anderen Auslegungen andere Modi erreicht werden, falls gewünscht. Es können verschiedene Fahrstrategien angewandt werden, um den Kraftstoffverbrauch oder die Leistung zu erhöhen.
  • Im Verbrennungsmotormodus kann der Verbrennungsmotor 110 den ersten Gang, den zweiten Gang und den sechsten Gang antreiben. Außerdem kann der Verbrennungsmotor 110 im Verbrennungsmotormodus den dritten, den fünften und den siebten Gang antreiben, wenn der vierte oder achte Gang nicht vorgewählt wurde.
  • Im dargestellten Beispiel kann die elektrische Maschine 108 beim Hochschalten, wenn der zweite oder dritte Gang vorgewählt ist, entweder den zweiten oder den vierten Gang antreiben, während der Verbrennungsmotor 110 von seinem aktuellen Betriebsgang in den gewählten Gang übergeht. Außerdem kann die elektrische Maschine 108 beim Hochschalten, wenn der sechste oder der siebte Gang vorgewählt ist, entweder den sechsten oder den achten Gang antreiben.
  • Umgekehrt kann die elektrische Maschine 108 beim Herunterschalten, wenn der erste Gang oder der zweite Gang vorgewählt ist, entweder den zweiten oder den vierten Gang antreiben. Ferner kann die elektrische Maschine beim Herunterschalten, wenn der fünfte oder der sechste Gang vorgewählt ist, entweder den sechsten oder den achten Gang antreiben.
  • Die Tabelle 240 zeigt außerdem die Gangabstufung für den Verbrennungsmotor 110 und die elektrische Maschine 108 in einem Modus, in dem kein Gang vorgewählt ist. In diesem Betriebsmodus kann die elektrische Maschine 108 den ersten, den zweiten, den vierten, den sechsten oder den achten Gang antreiben, wenn der Verbrennungsmotor 110 den ersten Gang antreibt. Außerdem kann in einem solchen Betriebsmodus, wenn der Verbrennungsmotor den zweiten Gang antreibt, die elektrische Maschine den zweiten Gang oder den vierten Gang antreiben. Ferner kann, wenn der Verbrennungsmotor den dritten Gang antreibt, die elektrische Maschine den zweiten, den dritten, den vierten, den sechsten oder den achten Gang antreiben.
  • Wenn kein Gang vorgewählt ist und der Verbrennungsmotor den vierten Gang antreibt, kann auch die elektrische Maschine den vierten Gang antreiben. Wenn der Verbrennungsmotor den fünften Gang antreibt, kann die elektrische Maschine den zweiten, den vierten, den fünften, den sechsten oder den achten Gang antreiben. Außerdem kann, wenn der Verbrennungsmotor den sechsten Gang antreibt, die elektrische Maschine den sechsten Gang oder den achten Gang antreiben. Wenn der Verbrennungsmotor den siebten Gang antreibt, kann die elektrische Maschine den zweiten, den vierten, den sechsten, den siebten oder den achten Gang antreiben. Wenn der Verbrennungsmotor den achten Gang antreibt, kann die elektrische Maschine ebenfalls den achten Gang antreiben.
  • Die Tabelle 240 zeigt außerdem die Gangabstufung der elektrischen Maschine 108 in einem EV-Modus, in dem der Verbrennungsmotor nicht in Betrieb ist. Wie dargestellt, kann die elektrische Maschine 108 im EV-Modus in jedem der geraden Gänge betrieben werden. Darüber hinaus kann in bestimmten Getriebearchitekturen, wie den Getriebesystemen aus 17 und 18, die hier ausführlicher beschrieben sind, die elektrische Maschine auch im EV-Modus in den ungeraden Gängen betrieben werden.
  • Darüber hinaus kann in einem Modus, in dem der Motor angekurbelt wird, der EV-Modus aktiv ist und das Fahrzeug in Bewegung ist, der Verbrennungsmotor mit Hilfe des ersten oder zweiten Kupplungsmechanismus in der Doppelkupplungsanordnung angekurbelt werden. Folglich kann das System über einen weiten Bereich von Betriebsbedingungen vom EV-Modus in den Hybridmodus wechseln.
  • Es versteht sich, dass das Getriebesystem 104 in bestimmten Beispielen mehr als hundert verschiedene Vollverbrennungs-, Hybrid- und EV-Modi erreichen kann, obwohl der Endnutzer möglicherweise nicht alle Modi verwendet. Das Getriebe verfügt also über ein hohes Maß an Anpassungsfähigkeit.
  • 2J zeigt Lager 250, die mit der zweiten Primärwelle 142 verbunden sind, und ein Lager 252, das mit dem Ende 176 der ersten Primärwelle 140 verbunden ist. Wie hier beschrieben, stützt ein Lager die Komponente, an der es befestigt ist, und ermöglicht deren Drehung und kann Innen- und Außenringe sowie Wälzkörper (z. B. Kugeln, zylindrische Rollen, konische zylindrische Rollen usw.) enthalten. Außerdem sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Lager 254 mit der Sekundärwelle 146 gekoppelt. Die Lager 256 sind außerdem mit den Wellen 257 und 168 gekoppelt, die mit dem Zahnradsatz 166 der elektrischen Maschine gekoppelt sind. Bei den genannten Lagern kann es sich um Kugellager handeln, obwohl auch andere Arten von Lagern in Betracht gezogen wurden.
  • Die Lager 258, 260, 262 können außerdem mit der Ausgangswelle 126 gekoppelt sein. Die Lager 260, 262 sind speziell als Kegelrollenlager und das Lager 258 ist als Zylinderrollenlager dargestellt, obwohl in anderen Ausführungsbeispielen auch andere Lagertypen in dem System verwendet werden können. Die Auslegung, die Anzahl und/oder die Typen der Lager im System können in anderen Ausführungsbeispielen geändert werden. Die Lager 264 können auch mit dem Differential 122 gekoppelt sein. Zumindest ein Teil der Lager im Getriebesystem kann einen Lagersatz bilden.
  • 4A-4E zeigen eine Schaltstrategie für das Getriebesystem 104, bei der das Mehrganggetriebe 106 vom zweiten Gang 157 in den dritten Gang 151 und dann vom dritten Gang in den vierten Gang 155 geschaltet wird, während das System in einem Hybridmodus arbeitet. Ferner sind die mechanischen Leistungspfade 400, 402, 404, 406, 408 jeweils in 4A-4E dargestellt. Im Einzelnen, wie in 4A dargestellt, arbeitet das Getriebesystem 104 im zweiten Gang 157. So schaltet die Kupplung 171 in den zweiten Gang 157 und die Kupplung 172 in den dritten Gang 151, um das Hochschalten in den dritten Gang vorzubereiten. Außerdem ist die Elektroantriebskupplung 173 in 4A eingerückt und der zweite Kupplungsmechanismus 144 in der Doppelkupplungsanordnung 118 ist eingerückt. Das System ermöglicht auf Wunsch ein nahtloses Schalten und Lastschalten.
  • Anschließend, in 4B, ist der erste Kupplungsmechanismus 143 in der Doppelkupplungsanordnung 118 eingerückt, während der zweite Kupplungsmechanismus 144 ausgerückt ist, um die Leistungsübertragung vom Verbrennungsmotor 110 auf den dritten Gang 151 zu ermöglichen, während der Eingriff der Elektroantriebskupplung aufrechterhalten wird. Während dieses Doppelkupplungsschaltvorgangs treibt die elektrische Maschine 108 weiterhin den zweiten Gang 157 an.
  • Anschließend, in 4C, wird die Kupplung 171 aus dem zweiten Gang 157 ausgerückt, die Elektroantriebskupplung 173 wird ausgerückt und der Verbrennungsmotor 110 überträgt die Leistung weiterhin auf den dritten Gang 151. Dann, in 4D, wird die Kupplung 170 mit dem vierten Gang 155 eingerückt und die Leistung wird von der elektrischen Maschine 108 auf den vierten Gang übertragen.
  • Anschließend, in 4E, wird der zweite Kupplungsmechanismus 144 in der Doppelkupplungsanordnung 118 eingerückt, die Elektroantriebskupplung 173 wird eingerückt, und der erste Kupplungsmechanismus 143 wird ausgerückt, damit die Leistung vom Verbrennungsmotor 110 sowie von der elektrischen Maschine 108 zum vierten Gang 155 gelangen kann. Auf diese Weise kann das Getriebe reibungslos und effizient zwischen den ungeraden und geraden Gängen geschaltet werden. Im Einzelnen, wie in 4D und 4E dargestellt, kann die elektrische Maschine 108 eine kontinuierliche Leistungsübertragung auf die Antriebsräder gewährleisten, während die Doppelkupplungsanordnung 118 die vom Verbrennungsmotor 110 angetriebenen Gänge schaltet, was als elektrische Unterstützungsfunktion bezeichnet wird.
  • 5A, 5B und 4E zeigen eine weitere Schaltstrategie, die in dem Getriebesystem 104 umgesetzt werden kann. Bei dieser Schaltsequenz wird das Mehrganggetriebe 106 vom zweiten Gang 157 in den dritten Gang 151 (und dann in den vierten Gang, wie in 4E dargestellt) geschaltet, während das Getriebesystem 104 im Hybridmodus arbeitet. Bei diesem Manöver kann die elektrische Maschine 108 im Gegensatz zur vorgenannten Schaltstrategie das Getriebe kontinuierlich mit elektrischer Unterstützung versorgen, und es kann zu keinem Drehmomentabfall kommen, während der Verbrennungsmotor vom zweiten in den dritten Gang und dann vom dritten in den vierten Gang schaltet. Ferner sind die mechanischen Leistungspfade 500, 502 in 5A bzw. 5B dargestellt. Im Einzelnen, wie in 5A gezeigt, wird die Leistung vom Verbrennungsmotor 110 auf den zweiten Gang 157 übertragen, während die Leistung von der elektrischen Maschine 108 auf den vierten Gang 155 übertragen wird. Außerdem ist, wie in 5A dargestellt, die Kupplung 172 in Erwartung eines Schaltvorgangs mit dem dritten Gang 151 eingerückt. Das System ermöglicht auf Wunsch ein nahtloses Schalten und Lastschalten.
  • Um vom zweiten in den dritten Gang zu schalten, wird der zweite Kupplungsmechanismus 144 in der Doppelkupplungsanordnung ausgekuppelt, während der erste Kupplungsmechanismus 143 eingerückt ist, wie in 5B dargestellt. Es können verschiedene Schaltstrategien, einschließlich verschiedener Kupplungssteuerungsstrategien, wie z. B. Kupplungsüberschneidungen, angewandt werden, um ein sanftes, nahtloses Schalten oder ein schnelles, nahtloses Schalten zu erreichen. So gelangt die Leistung vom Verbrennungsmotor 110 in den dritten Gang, während die Leistung von der elektrischen Maschine 108 in den vierten Gang fließt. Auf diese Weise kann die elektrische Maschine auf Wunsch eine elektrische Unterstützungsfunktion bereitstellen und so die Systemleistung erhöhen. Genauer gesagt kann das Mehrganggetriebe so konfiguriert werden, dass die elektrische Maschine 108 einen höheren, niedrigeren oder gleichen Gang als den vom Verbrennungsmotor angetriebenen Gang einlegen kann. Bei dieser Anordnung erreicht die elektrische Maschine eine ähnliche Funktionalität wie bei Hybridsystemen mit P3-Architekturen, bei denen der Motor an die Ausgangswelle des Getriebes gekoppelt ist. Konkret kann die elektrische Unterstützungsfunktion unter den oben genannten Bedingungen im ersten bis vierten Gang bereitgestellt werden. Folglich wird die Leistung des System verbessert.
  • 6 zeigt das Getriebesystem 104 in einem anderen Modus, in dem sowohl die elektrische Maschine 108 als auch der Verbrennungsmotor 110 Leistung an ein ungerades Zahnrad auf der Sekundärwelle 146 in einem Hybridmodus mit einem Leistungspfad 600 übertragen. Im Einzelnen übertragen sowohl die elektrische Maschine 108 als auch der Verbrennungsmotor 110 Leistung auf den dritten Gang 151. Es versteht sich jedoch, dass das System die Leistung auch auf den ersten Gang 150, den fünften Gang 153 und den siebten Gang 152 in ähnlicher Weise übertragen kann. Um diese Leistungsübertragung mit ungeraden Gängen zu erreichen, wird die Elektroantriebskupplung 173 eingekuppelt und die Leistung von der elektrischen Maschine 108 zur zweiten Primärwelle 142 und von der zweiten Primärwelle zur Doppelkupplungsanordnung 118 geleitet, wo die Leistung mit der Leistung des Verbrennungsmotors kombiniert und auf die erste Primärwelle 140 übertragen wird. Auf diese Weise werden die Optionen für die angetriebenen Zahnräder des Systems im Hybridmodus erweitert, um eine weitere Steigerung der Systemleistung zu ermöglichen.
  • 7A-7C zeigen das Getriebesystem 104 in verschiedenen Ankurbelmodi, in denen die elektrische Maschine 108 zum Starten des Verbrennungsmotor 110 verwendet wird. Im Allgemeinen kann die elektrische Maschine 108 beim Ankurbeln den zweiten Gang 157, den vierten Gang 155, den sechsten Gang 154 oder den achten Gang 156 antreiben. Außerdem kann das Ankurbeln des Fahrzeugs während der Fahrt über eine der beiden Kupplungen der Doppelkupplungsanordnung 118 erfolgen.
  • Die Leistungspfade 700, 702 und 704 sind jeweils in 7A-7C dargestellt. Im Einzelnen, wie in 7A dargestellt, wird die Leistung von der elektrischen Maschine 108 über die Elektroantriebskupplung 173, die eingerückt ist, auf die zweite Primärwelle 142 übertragen. Von der zweiten Primärwelle 142 wird die Leistung über die Doppelkupplungsanordnung 118 auf den Verbrennungsmotor übertragen. Außerdem sind in dem Modus aus 7A die Kupplungen 170, 171, 172, 174 ausgekuppelt. Der Ankurbelmodus aus 7A kann verwendet werden, wenn das Fahrzeug stillsteht (z. B. bei oder annähernd bei null Geschwindigkeit).
  • 7B-7C zeigen Ankurbelmodi, die während der Fahrt ausgeführt werden können (z. B. wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit größer als Null ist). Im Einzelnen wird die Leistung bei beiden Ankurbelmodi von der elektrischen Maschine 108 auf den Verbrennungsmotor 110 sowie das Differential 122 übertragen. Wie insbesondere in 7B dargestellt, wird die Leistung von der elektrischen Maschine 108 über die zweite Primärwelle 142 an die Doppelkupplungsanordnung 118 und über die zweite Primärwelle 142 an das vierte Zahnrad 155 übertragen. Somit ist die Elektroantriebskupplung 173 in 7B eingerückt. Dagegen ist die Elektroantriebskupplung 173 in 7C ausgerückt, die Kupplung 170 ist mit dem vierten Gang 155 eingerückt, und die Kupplungen 171, 172, 174 sind ausgerückt.
  • Ferner wird in 7C die Leistung von der elektrischen Maschine 108 auf das vierte Zahnrad 155 und vom vierten Zahnrad auf die Sekundärwelle 146 übertragen. Von der Sekundärwelle 146 wird die Leistung aufgeteilt und sowohl auf das Zwischenzahnrad 127 als auch auf das siebte Zahnrad 152 übertragen. Anschließend verläuft der Leistungspfad zur ersten Primärwelle 140 und dann über den ersten Kupplungsmechanismus 143 zur Doppelkupplungsanordnung 118. Auf diese Weise kann der Verbrennungsmotor mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen angekurbelt werden. So ist in 7C die Kupplung 174 mit dem Zahnrad 163 eingerückt, die Kupplung 170 ist mit dem vierten Gang 155 eingerückt, und die Kupplungen 171, 172, 173 sind ausgerückt. Es versteht sich außerdem, dass auch andere Zahnräder oder Zahnradkombinationen zum Ankurbeln des Verbrennungsmotors 110 verwendet werden können.
  • 8A-8D zeigen den Betrieb des Getriebesystems 104 im Betrieb im EV-Modus in verschiedenen Betriebsgängen (d. h. im zweiten, vierten, sechsten und achten Gang). Die Leistungspfade 800, 802, 804 und 806 sind jeweils in 8A-8D dargestellt. Es versteht sich, dass im EV-Modus der Verbrennungsmotor 110 abgeschaltet und/oder von der Doppelkupplungsanordnung 118 entkoppelt sein kann und die elektrische Maschine 108 mechanische Leistung erzeugt. Im EV-Modus können die Leistungspfade je nach Leistungszielen entweder die Sekundärwelle 146 umgehen oder durch sie hindurch verlaufen, so dass die Leistung des Systems beispielsweise je nach den Betriebsbedingungen des Fahrzeugs fein abgestimmt werden kann. Bei anderen kinematischen Getriebeauslegungen, wie sie in 17-18 dargestellt sind, kann die elektrische Maschine im EV-Modus in den ungeraden Gängen betrieben werden, da diese Getriebe in der Lage sind, die innere und äußere Primärwelle zu verbinden.
  • 8A zeigt das Getriebesystem 104 im zweiten Gang 157, wobei die Kupplung 171 in das zweite Zahnrad 157 eingreift, die Elektroantriebskupplung 173 eingekuppelt ist und die übrigen Kupplungen ausgekuppelt sind. Der zweite Gang des EV-Modus kann verwendet werden, wenn ein vergleichsweise hohes Drehmoment gewünscht wird, während das Fahrzeug an einer Steigung oder beim Beschleunigen aus der Kurve steht.
  • 8B zeigt das Getriebesystem 104 im vierten Gang 155, wobei die Kupplung 170 in das Zahnrad eingreift und die übrigen Kupplungen ausgerückt sind. Im vierten Gang umgeht der Leistungspfad von der elektrischen Maschine 108 die zweite Primärwelle 142 und führt zur Sekundärwelle 146. Der vierte Gang im EV-Modus kann implementiert werden, wenn ein höherer Wirkungsgrad des Antriebsstrangs erwünscht ist.
  • 8C zeigt das Getriebesystem 104 im sechsten Gang 154, wobei die Kupplung 170 in das Zahnrad eingreift, die Elektroantriebskupplung 173 eingekuppelt ist und die übrigen Kupplungen ausgekuppelt sind. So verläuft im sechsten Gang des EV-Modus der Leistungspfad 806 vom Elektroantrieb-Schnittstellenrad 164 zur zweiten Primärwelle 142 und dann zum sechsten Gang 154.
  • 8D zeigt das Getriebesystem 104 im achten Gang 156, wobei die Kupplung 171 in das Zahnrad eingreift und die übrigen Kupplungen ausgerückt sind. Der achte Gang des EV-Modus kann implementiert werden, wenn ein höherer Wirkungsgrad des Motors gewünscht ist. Im achten und vierten Gang des EV-Modus kann das System ähnlich wie ein P3-Hybridantriebssystem funktionieren. Das Getriebesystem kann zwischen dem zweiten Gang, dem vierten Gang, dem sechsten Gang und dem achten Gang schalten, indem es die dem aktuellen Betriebsgang zugeordnete Kupplung auskuppelt und die dem gewünschten (z. B. gewählten) Betriebsgang entsprechende Kupplung einkuppelt. Die Elektroantriebskupplung 173 kann auch eingekuppelt werden, um im zweiten Gang und im sechsten Gang eine Leistungsübertragung auf die zweite Primärwelle zu ermöglichen, und ausgekuppelt werden, um im vierten Gang und im achten Gang eine Leistungsumleitung an der zweiten Primärwelle zu ermöglichen.
  • 9A-9B zeigen das Getriebesystem 104 im Lademodus einer Energiespeichervorrichtung (z. B. einer Batterie), wenn sich das Fahrzeug im Stillstand befindet bzw. wenn es sich bewegt. Im Lademodus ist also der Verbrennungsmotor 110 in Betrieb, und die elektrische Maschine 108 erzeugt elektrische Energie und überträgt diese an die Energiespeichervorrichtung 112.
  • In der Systemkonfiguration aus 9A ist die Elektroantriebskupplung 173 mit der Doppelgetriebeeinheit 169 verbunden, während die übrigen Kupplungen des Systems geschlossen sind. Insbesondere zeigt 9A einen Ladestrompfad 900, der vom Verbrennungsmotor 110 über die Doppelkupplungsanordnung 118 zur ersten Primärwelle 140 und dann über das Elektroantrieb-Schnittstellenrad 164 und den Zahnradsatz 166 der elektrischen Maschine zur elektrischen Maschine 108 führt.
  • In der Getriebesystemkonfiguration aus 9B ist die Elektroantriebskupplung 173 eingekuppelt und die Kupplung 171 kuppelt den zweiten Gang 157 ein, während die übrigen Kupplungen ausgekuppelt sind. Der Ladestrompfad 902 verläuft daher entlang der ersten Primärwelle 140 und teilt sich, wobei ein Zweig zur elektrischen Maschine 108 und der andere Zweig zum zweiten Zahnrad 157 führt. Es versteht sich, dass die elektrische Maschine die Energiespeichervorrichtung in ähnlicher Weise aufladen kann, während das System in den anderen geradzahligen Gängen (d. h. im vierten Gang, im sechsten Gang oder im achten Gang) betrieben wird.
  • 10A-10D zeigen das Getriebesystem 104 in einem Modus zur Rückgewinnung kinetischer Energie, in dem Leistung von der Ausgangswelle 126 zur elektrischen Maschine 108 zur Erzeugung elektrischer Energie, z. B. beim Bremsen, übertragen wird. Im Modus zur Rückgewinnung kinetischer Energie ist der Verbrennungsmotor 110 abgeschaltet und/oder anderweitig entkoppelt und/oder mit dem Getriebe gekoppelt, wird aber von den Abtriebsreifen (z. B. beim Ausrollen oder antriebsfreien Gleiten) vom Getriebe angetrieben, und die elektrische Maschine 108 erzeugt elektrische Energie. Die Leistungspfade 1000, 1002, 1004 und 1006 aus 10A-10D sind ähnlich den Leistungspfaden 800, 802, 804 und 806 aus 8A-8D, nur umgekehrt. Auf eine redundante Beschreibung wird daher der Kürze halber verzichtet.
  • 2A-10D sehen Getriebebetriebsverfahren vor, die den Betrieb des Getriebes in einem Hybridmodus, einem EV-Modus, einem Lademodus der Energiespeichervorrichtung, einem Modus zur Rückgewinnung kinetischer Energie und einem Verbrennungsmotor-Ankurbelmodus ermöglichen. Im Hybridmodus kann das Verfahren den Betrieb des Systems in einem der vorgenannten Gänge (z. B. erster bis achter Gang) sowie den Übergang zwischen zwei Betriebsgängen durch Hoch- oder Herunterschalten beinhalten. Um zwischen den Gängen zu schalten, kann eine Zahnradkupplung an den Primärwellen und/oder der Sekundärwelle mit einem vorgewählten Gang in Eingriff gebracht werden. Anschließend kann während des Schaltvorgangs ein Lastschaltvorgang oder ein nahtloser Schaltvorgang durchgeführt werden, bei dem einer der Kupplungsmechanismen in der Doppelkupplungsanordnung ausgerückt wird, während der andere Kupplungsmechanismus eingerückt ist. Das Verfahren kann ferner Schritte beinhalten, bei denen Leistung zwischen den Systemkomponenten übertragen wird, um einen der Leistungspfade zu erzielen, die unter Bezug auf 2A-2H und 4A-10D beschrieben sind.
  • Darüber hinaus kann die elektrische Maschine zumindest in einem Teil der Betriebsgänge des Systems ein anderes Zahnrad als der Verbrennungsmotor antreiben, wenn dies gewünscht wird. Das von der elektrischen Maschine in diesen Betriebsgängen angetriebene Zahnrad kann je nach den Betriebsbedingungen des Systems, den Drehmomentanforderungen, dem gewünschten Wirkungsgrad des Systems und auch je nach der Fahrzeugkonfiguration, wie z. B. Streckenmodus, Komfortmodus, Eco-Modus usw., geschaltet werden.
  • 11 zeigt ein weiteres Beispiel für ein Getriebesystem 1100, das einige Komponenten enthalten kann, die dem Getriebesystem 104 aus 1 ähnlich sind. Redundante Beschreibung der sich überschneidenden Komponenten in den Getriebesystemen aus 1 sowie 3, 12-19 und 27 werden aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen.
  • Das Getriebesystem 1100 aus 11 beinhaltet eine mechanische Rückwärtsganganordnung 1102, die mit der ersten Primärwelle 140 und der Sekundärwelle 146 verbunden ist. Außerdem kann das Getriebesystem 1100 wiederum ein Doppelkupplungsgetriebe sein. Im Einzelnen beinhaltet die mechanische Rückwärtsganganordnung 1102 einen Rückwärtszahnradsatz 1104 mit einem Zahnrad 1106, das mit der ersten Primärwelle 140 gekoppelt ist, einem Zahnrad 1108, das bei ausgerückter Rückwärtskupplung 1110 freilaufend mit der Sekundärwelle 146 gekoppelt ist, und einem Zahnrad 1112, das mit den Zahnrädern 1106, 1108 kämmt. Die Rückwärtskupplung 1110 ist dazu ausgelegt, das Zahnrad 1108 mit der Sekundärwelle 146 zu koppeln, so dass es sich mit dieser dreht, wenn es eingerückt ist. Umgekehrt kann sich das Zahnrad 1108 unabhängig von der Sekundärwelle 146 drehen, wenn die Rückwärtskupplung ausgerückt ist. Auf diese Weise kann das Getriebesystem 1100 bei Bedarf selektiv in einen Rückwärtsfahrmodus versetzt werden.
  • 12 zeigt noch ein weiteres Beispiel eines Getriebesystems 1200. Das Getriebesystem 1200 beinhaltet eine einzelne Primärwelle 1202 und eine Verbrennungsmotor-Kupplung 1204, die dazu ausgelegt ist, die Primärwelle selektiv für die Drehung mit dem Verbrennungsmotor in Eingriff zu bringen. So kann das Getriebesystem 1200 ein automatisiertes Schaltgetriebe sein. Außerdem ist das Elektroantrieb-Schnittstellenrad 1206 fest mit der Primärwelle 1202 verbunden und kämmt mit dem achten Zahnrad 156. Ferner ist das Zahnrad 1208 fest mit der Primärwelle 1202 verbunden und kämmt mit dem vierten Zahnrad 155. Darüber hinaus ist das Zahnrad 1210 fest mit der Primärwelle 1202 verbunden und kämmt mit dem sechsten Zahnrad 154, und das Zahnrad 1212 ist fest mit der Primärwelle verbunden und kämmt mit dem zweiten Zahnrad 157. Die Auslegung der Kupplungen und der übrigen Zahnräder des Getriebesystems 1200 ähnelt der des Getriebesystems 104 aus 1.
  • 13 zeigt ein weiteres Beispiel für ein Getriebesystem 1300 mit einem unabhängigen Zwischenzahnrad 1302, das fest mit der Ausgangswelle 126 verbunden ist. Das Getriebesystem 1300 kann wiederum ein Doppelkupplungsgetriebe sein. Das Zwischenzahnrad 1302 kämmt mit dem Zahnrad 1304, das fest mit der Sekundärwelle 146 verbunden ist. Im Getriebesystem 1300 ist das Zahnrad 1304 also vom fünften Gang 152 getrennt. Daher hat das Getriebesystem 1300 eine größere axiale Länge und ein höheres Gewicht im Vergleich zum Getriebesystem 104 aus 1. Bei dem Getriebesystem 1300 können die Übersetzungsverhältnisse jedoch einfacher eingestellt werden. Darüber hinaus wurde die Parksperrenanordnung aus dem Getriebesystem 1300 gestrichen. Die Parksperrenanordnung kann jedoch bei jedem der hier beschriebenen Getriebesysteme ein optionales Merkmal sein.
  • 14 zeigt ein weiteres Beispiel für ein Getriebesystem 1400 mit einer Verbrennungsmotor-Einzelkupplung 1402 und einer Elektroantriebskupplung 1404, die zum Ein- und Auskuppeln der Doppelgetriebeeinheit 169 von der Primärwelle 1406 dient. In dieser Auslegung kann die Fähigkeit des Elektromotors, das Drehmoment während des Schaltvorgangs aufzufüllen, erwünscht sein, um ein sanftes Schalten zu ermöglichen. Durch den Einsatz der Elektroantriebskupplung in diesem automatisierten Schaltgetriebe kann die Effizienz des EV-Modus des Systems im Vergleich zu dem Einzelkupplungsgetriebesystem aus 12 gesteigert werden.
  • 15 zeigt noch ein weiteres Beispiel eines Getriebesystems 1500. Das Getriebesystem 1500 ist als Sechsgang-Getriebe mit der Doppelkupplungsanordnung 118 ausgelegt. Im dargestellten Beispiel beinhaltet das Getriebesystem 1500 drei ungerade Zahnräder 1502 und drei gerade Zahnräder 1504, die mit der Sekundärwelle 146 gekoppelt sind (z. B. freilaufend oder fest damit verbunden). Auf diese Weise kann das Getriebe mit sechs Gängen im Gegensatz zu dem Getriebe mit acht Gängen aus 1 effizient umgestaltet werden.
  • 16 zeigt noch ein weiteres Beispiel für ein Getriebesystem 1600, das ebenfalls eine Doppelkupplungsanordnung 118 enthält, aber zehn Gänge hat. So sind fünf geradzahlige Zahnräder 1602 und fünf ungeradzahlige Zahnräder 1604 auf der Sekundärwelle 146 montiert (z. B. freilaufend oder fest mit ihr verbunden). Das Getriebesystem 1600 kann ferner eine Kupplung 1606 enthalten, die es dem Getriebe ermöglicht, zwischen den beiden zusätzlichen ungeraden Gängen zu schalten, verglichen mit dem zuvor beschriebenen Achtganggetriebe. Das Zehnganggetriebesystem 1600 hat im Vergleich zu den Sechs- und Achtganggetrieben eine höhere Höchstgeschwindigkeit und einen geringeren Kraftstoffverbrauch, erhöht aber auch die Länge der ersten Primärwelle (z. B. der ungeraden Getriebewelle).
  • 17 zeigt ein weiteres Beispiel für ein Getriebesystem 1700 mit einer Kupplung 1702 (z. B. einer Klauenkupplung), die dazu ausgelegt ist, die zweite Primärwelle 142 selektiv mit der ersten Primärwelle 140 in Eingriff zu bringen. Die Kupplung 1702 kann entlang der zweiten Primärwelle 142 an einer Position axial zwischen dem Elektroantrieb-Schnittstellenrad 164 und dem Zahnrad 159 angeordnet sein. Die Kupplung 1702 ist dazu ausgelegt, die zweite Primärwelle selektiv mit der ersten Primärwelle zu koppeln, während das Zahnrad 159 fest mit der zweiten Primärwelle verbunden sein kann. Auf diese Weise kann die elektrische Maschine 108 mit den ungeraden Zahnrädern der Sekundärwelle verbunden werden. Folglich kann im EV-Modus die Anfahrleistung erhöht und die Steigfähigkeit verbessert werden, falls gewünscht. Das Hinzufügen der Kupplung 1702 zum System kann jedoch die axiale Länge des Getriebes vergrößern und die Anzahl der Komponenten und das Gewicht des Systems erhöhen. Das Hinzufügen der Kupplung 1702 kann in bestimmten Fällen auch die Wahrscheinlichkeit der Abnutzung von Komponenten erhöhen.
  • 18 zeigt ein weiteres Beispiel eines Getriebesystems 1800. Das Getriebesystem 1800 beinhaltet eine Kupplung 1802 (z. B. eine Synchronisierung). Die Kupplung 1802 ist dazu ausgelegt, selektiv in die zweite Primärwelle 142 und die erste Primärwelle 140 einzugreifen. Auch hier kann das System 1800 ein Zahnrad 1804 beinhalten, das mit dem Zwischenzahnrad 1806 kämmt und vom fünften Gang 153 unabhängig ist. Das Hinzufügen der Kupplung 1802 kann im Vergleich zu den hier beschriebenen Doppelkupplungsanordnungen, die nicht die Möglichkeit haben, die erste und zweite Primärwelle 140, 142 selektiv zu koppeln und zu entkoppeln, die Startleistung des Elektrofahrzeugs nochmals erhöhen. Es versteht sich jedoch, dass die Kupplung 1802 unter bestimmten Bedingungen, z. B. in einem gewissen Hybridmodus, ausgerückt werden kann, um zu vermeiden, dass der Verbrennungsmotor sowohl einen geraden als auch einen ungeraden Gang antreibt.
  • 19 zeigt ein weiteres Beispiel für ein Getriebesystem 1900, das ebenfalls eine Doppelkupplungsanordnung 118 enthält. Allerdings sind in der Getriebeauslegung aus 19 die Position des achten Gangs 1902 und des vierten Gangs 1904 in Bezug auf das Getriebesystem 104 aus 1 vertauscht.
  • 3 zeigt ein weiteres Beispiel für ein Getriebesystem 300, wiederum mit der Doppelkupplungsanordnung 118 und der mechanischen Rückwärtsganganordnung 1102. Allerdings wurde in dem Getriebesystem 300 aus 3 auf die elektrische Maschine verzichtet.
  • 27 zeigt noch ein weiteres Beispiel eines Getriebesystems 2700. Das System hat wieder eine Doppelkupplungsanordnung, aber der Zahnradsatz 2702 der elektrischen Maschine ist im Vergleich zu dem Getriebesystem 104 aus 1 verändert. Genauer gesagt beinhaltet der Zahnradsatz 2702 der elektrischen Maschine ein erstes Zahnrad 2704 auf der Ausgangswelle der elektrischen Maschine, ein zweites Zahnrad 2706, das mit dem ersten Zahnrad kämmt, und ein drittes Zahnrad 2708, das mit dem Elektroantrieb-Schnittstellenrad 164 kämmt. Diese Anordnung des Zahnradsatzes der elektrischen Maschine kann die Flexibilität des Übersetzungsverhältnisses zwischen der elektrischen Maschine und der zweiten Primärwelle im Vergleich zum Zahnradsatz 166 der elektrischen Maschine aus 1 erhöhen, kann aber auch das Systemgewicht erhöhen.
  • 20 zeigt eine Querschnittsansicht einer detaillierten Darstellung eines Getriebesystems 2000. Das Getriebesystem 2000 kann in Bezug auf die Gangabstufung und die Kupplungen einen ähnlichen Aufbau haben wie das Getriebesystem 104 aus 1. Dargestellt sind die Zahnradkupplungen 2002, 2004, 2006 und 2008 im Getriebe. Außerdem ist die Elektroantriebskupplung 2010 in 20 dargestellt, die das Doppelzahnrad 2012 selektiv mit der zweiten Primärwelle 2014 in Eingriff bringt.
  • 21 zeigt eine auseinandergezogene Darstellung eines beispielhaften Getriebesystems 2100, das eine Getriebe- und Kupplungsarchitektur ähnlich derjenigen des Getriebesystems 104 aus 1 aufweist. Das Getriebesystem 2100 beinhaltet ein Gehäuse 2102 mit den Abschnitten 2104, 2106, 2108 und 2109. Der Gehäuseabschnitt 2106 kann so geformt sein, dass er zumindest einen Teil der Getriebekomponenten 2110 wie die Primärwellen, die Sekundärwelle, die Kupplungen und die auf den Wellen sitzenden Zahnräder zumindest teilweise umschließt. Eine elektrische Maschine 2112 ist mit dem Gehäuseabschnitt 2108 verbunden. Außerdem kann der Gehäuseabschnitt 2104 so geformt sein, dass er die Doppelkupplungsanordnung 2114 umschließt. Ein Kupplungssteuerventilmodul 2115, das zur Betätigung der Doppelkupplungsanordnung ausgelegt ist, um das Einrücken beider Kupplungsmechanismen zu bewirken, ist ebenfalls in 21 dargestellt. Das Kupplungssteuerventil 2115 kann in einem Beispiel ein hydraulisches/mechatronisches Modul sein. Darüber hinaus kann für die Strategie der Befestigung des Getriebes am Fahrzeug eine Plattform verwendet werden, z. B. kann die Getriebehalterung am Gehäuse 2108 (z. B. ein Getriebegehäuse) oder eine zentrale Getriebehalterung am Gehäuse 2106 (z. B. ein Kupplungsgehäuse) sein. Zusätzlich ist ein Schaltsystem 2116 zur Betätigung der Kupplungen (z. B. Synchronisierungen, Klauenkupplungen, Schiebemuffenkupplungen und dergleichen) in dem Getriebe aus 21 dargestellt. Ein Schaltbetätigungsventilmodul 2117 ist ebenfalls in 21 dargestellt. Das Schaltsystem 2116 kann z. B. Schaltgabeln und -stangen enthalten. In anderen Beispielen können jedoch auch andere geeignete Schaltsystemkomponenten verwendet werden.
  • Ein Differential 2118 sowie eine Differentialwelle 2119 sind ebenfalls in 21 dargestellt. Bei dem Differenzial 2118 kann es sich um ein elektronisches Sperrdifferenzial handeln, das beispielsweise die Traktionsleistung und die Fahrdynamik des Fahrzeugs in einer Kurve erhöht. Es wurden jedoch auch andere geeignete Arten von Differentialen in Betracht gezogen. Zusätzlich sind ein Kühler 2120, Filter 2122 und eine Pumpe 2124 in 21 dargestellt. In alternativen Beispielen können jedoch auch andere Systemkonfigurationen eingesetzt werden. Der Pfeil 2126 zeigt die Fahrtrichtung des Fahrzeugs an. Darüber hinaus kann das Getriebe über einen speziellen, am Getriebe montierten Kühler 2120 oder einen Luft-Öl-Kühler, der am Fahrzeug montiert ist, oder andere Kühlsysteme gekühlt werden. Auf diese Weise kann die Leistung des Systems weiter erhöht werden, sofern erwünscht.
  • 22 zeigt das Gehäuse 2202 mit den Abschnitten 2204, 2206 und 2208. Eine elektrische Maschine 2210 ist mit dem Gehäuseabschnitt 2208 verbunden.
  • 22 zeigt ferner das Getriebesystem 2200 mit einem Gehäuse 2202, das die Abschnitte 2204, 2206 und 2208 aufweist. Der Gehäuseabschnitt 2206 kann die Primärwellen, die Sekundärwelle und die Ausgangswelle des Getriebes sowie die entsprechenden Zahnräder und Kupplungen zumindest teilweise umschließen. Eine Welle 2212, die als Schnittstelle für das Schwungrad dient, ist ebenfalls in 22 dargestellt. Die Achswellen (in einigen Fällen als Antriebswellen bezeichnet) 2214 sind in 22 weiter dargestellt.
  • 23-26 zeigen die Fahrzeuge 2300, 2400, 2500 bzw. 2600 mit unterschiedlichen Konfigurationen von Vorderachse, Motor und Elektroantrieb. Im Einzelnen, wie in 23 dargestellt, hat das allradgetriebene Fahrzeug 2300 ein Getriebesystem 2301 mit einem Verbrennungsmotor (oder einem anderen geeigneten Motor) 2302, einem Getriebe 2304 und einer elektrischen Maschine 2306, die dazu konfiguriert ist, eine Hinterachse 2308 mit Achswellen (in einigen Fällen als Antriebswellen bezeichnet) 2310 mit Leistung zu versorgen. Der Verbrennungsmotor 2302 ist in der Mitte des Fahrzeugs montiert, obwohl auch andere Motorpositionen in Betracht kommen.
  • Das Getriebesystem 2301 kann in einem Ausführungsbeispiel eine Auslegung aufweisen, die derjenigen des Doppelkupplungsgetriebesystems 104 aus 1 ähnlich ist. In alternativen Ausführungsbeispielen kann das Getriebesystem 2301 jedoch ähnlich aufgebaut sein wie eines der Getriebesysteme aus 11-19. Das Fahrzeug 2300 beinhaltet außerdem eine lenkbare elektrische Vorderachsenanordnung 2312, die elektrische Maschinen 2314 beinhaltet, welche gegenüberliegende Achswellen 2316 antreiben. Wenn die Vorderachse in Betrieb ist und sich das Getriebesystem 2301 im Leerlauf befindet, sind die Verluste im Getriebesystem im Vergleich zu Hybridgetrieben der Bauart P2 geringer. Wenn sich das Getriebesystem beispielsweise im Leerlauf befindet und die Räder ein Drehmoment auf das Getriebe übertragen (z. B. beim Ausrollen oder antriebsfreien Gleiten), drehen sich die Ausgangswelle, die Sekundärwelle und ein Teil der Zahnräder, die koaxial zu den Primärwellen liegen. Allerdings drehen sich die erste und die zweite Primärwelle nicht, wenn sich das Getriebesystem im Leerlauf befindet, wodurch der Wirkungsgrad des Antriebsstrangs erhöht und der Schiebebetrieb an der Hinterachse verringert wird.
  • 24 zeigt das Fahrzeug mit Hinterradantrieb 2400, das ebenfalls das Getriebesystem 2301 enthält, aber die lenkbare Vorderachse 2402 enthält keine elektrische Antriebseinheit. Der Verzicht auf die vordere elektrische Antriebseinheit verringert das Gewicht und die Komplexität des Systems sowie die Wahrscheinlichkeit einer Beeinträchtigung der Komponenten der Vorderachse. Das Fahrzeug 2400 hat wiederum eine mittlere Motoreinbauposition für den Verbrennungsmotor 2302.
  • 25 zeigt das heckgetriebene Fahrzeug 2500 mit einem Getriebesystem 2502, bei dem der Verbrennungsmotor 2504 im vorderen Teil des Fahrzeugs montiert ist und eine Antriebswelle 2505 und/oder andere geeignete mechanische Komponenten für die rotatorische Kopplung zwischen dem Verbrennungsmotor 2504 und dem Mehrganggetriebe 2506 mit einer elektrischen Maschine 2508 sorgen. Auf diese Weise kann der Motor vorne eingebaut werden, was bei bestimmten Fahrzeugplattformen zu einer gewünschten Gewichtsverteilung im Fahrzeug führen kann.
  • 26 zeigt ein weiteres Fahrzeug 2600, das die lenkbare elektrische Vorderachsenanordnung 2312 sowie eine elektrische Hinterachsenanordnung 2602 mit einem Getriebe 2604 und einer elektrischen Maschine 2606 beinhaltet.
  • 1-27 sehen eine Fahrzeugbaureihe vor, die zwei oder mehr der hier beschriebenen Getriebesysteme enthalten kann. Die Fahrzeugbaureihe kann zum Beispiel das Getriebesystem 104 aus 1 sowie ein erstes Getriebesystem und eines der Getriebesysteme aus 11-19 und 27 als zweites Getriebesystem enthalten. Die beiden Getriebesysteme der Baureihe können eine gemeinsame Anzahl von Betriebsgängen haben. Auf diese Weise können diese Getriebesysteme effizienter hergestellt und entwickelt werden. Die Lagerauslegung und die Lagertypen zumindest eines Teils der Lager in den beiden Getriebesystemen können ebenfalls ähnlich sein, was weitere Effizienzgewinne bei Herstellung und Entwicklung ermöglichen kann. In den beiden Getriebesystemen der Baureihe kann die Kupplungsauslegung, insbesondere auf der Sekundärwelle, in einem Beispiel ähnlich sein, um die Herstellungskosten weiter zu senken. In bestimmten Beispielen können die beiden Getriebe zudem Gehäuseabschnitte mit gleicher Größe und Form aufweisen, um die Herstellung des Getriebes weiter zu vereinfachen. So können die Gehäuseabschnitte in beiden Getrieben getrennte Zahnradsätze enthalten.
  • 20-22 sind annähernd maßstabsgetreu gezeichnet, obwohl in anderen Ausführungsbeispielen auch andere relative Abmessungen zwischen den Komponenten verwendet werden können.
  • 1-2H und 2J-27 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. Auch Elemente, die koaxial oder versetzt zueinander angeordnet sind, können als solche bezeichnet werden. Darüber hinaus kann eine Komponente, das mit einer anderen Komponente drehfest verbunden ist, als solche bezeichnet werden. Komponenten, die parallel, koaxial oder senkrecht zueinander angeordnet sind, können als solche bezeichnet werden.
  • Die Erfindung wird in den folgenden Absätzen noch weiter beschrieben. In einem Aspekt wird ein Hybridgetriebesystem bereitgestellt, das Folgendes umfasst: ein Mehrganggetriebe, das dazu konfiguriert ist, eine Antriebsmaschine und eine elektrische Maschine während eines Hybridantriebsmodus in verschiedenen Übersetzungsverhältnissen drehend zu koppeln, wobei das Mehrganggetriebe Folgendes beinhaltet: ein Elektroantrieb-Schnittstellenrad, das koaxial zu einer ersten Primärwelle und einer zweiten Primärwelle angeordnet ist; und eine Ausgangswelle, die ein Ausgangswellenrad enthält, das fest damit gekoppelt ist und mit einem Zahnrad auf einer Sekundärwelle kämmt; wobei das Elektroantrieb-Schnittstellenrad axial zwischen zwei Zahnrädern angeordnet ist, die koaxial zu der ersten Primärwelle sind; wobei das Elektroantrieb-Schnittstellenrad freilaufend auf der zweiten Primärwelle montiert ist und sich frei drehen kann; und wobei das Elektroantrieb-Schnittstellenrad dazu konfiguriert ist, selektiv mit der zweiten Primärwelle und der Sekundärwelle verbunden zu werden.
  • In einem anderen Aspekt wird ein Hybridgetriebesystem bereitgestellt, das ein Mehrganggetriebe umfasst, welches dazu konfiguriert ist, eine Antriebsmaschine und eine elektrische Maschine während eines Hybridantriebsmodus mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen drehend zu koppeln, wobei das Mehrganggetriebe beinhaltet: ein Elektroantrieb-Schnittstellenrad, das koaxial zu einer ersten Primärwelle und einer zweiten Primärwelle angeordnet ist; und eine Ausgangswelle, die ein Ausgangswellenrad enthält, das fest damit gekoppelt ist und mit einem Zahnrad auf einer Sekundärwelle kämmt; wobei das Elektroantrieb-Schnittstellenrad axial zwischen zwei Zahnrädern angeordnet ist, die koaxial zu der ersten Primärwelle sind; wobei das Elektroantrieb-Schnittstellenrad freilaufend auf der zweiten Primärwelle montiert ist und sich frei drehen kann; und wobei das Elektroantrieb-Schnittstellenrad dazu konfiguriert ist, selektiv mit der zweiten Primärwelle und der Sekundärwelle verbunden zu werden.
  • In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kämmt das Elektroantrieb-Schnittstellenrad mit: einem ersten Sekundärwellenrad, das freilaufend auf einer Sekundärwelle montiert ist und sich frei drehen kann; und einem Zahnrad der elektrischen Maschine.
  • In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kämmt das Elektroantrieb-Schnittstellenrad mit: einem ersten Sekundärwellenrad, das freilaufend auf der Sekundärwelle montiert ist und sich frei drehen kann; und einem Zahnrad einer elektrischen Maschine in einem Zahnradsatz der elektrischen Maschine.
  • In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte können die Zahnräder im Zahnradsatz der elektrischen Maschine radial zu dem Schnittstellenrad der elektrischen Maschine ausgerichtet sein.
  • In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte können die Zahnräder im Zahnradsatz der elektrischen Maschine und das Schnittstellenrad der elektrischen Maschine in Bezug auf eine Längsachse ausgerichtet sein.
  • In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Hybridgetriebesystem außerdem eine Doppelkupplung umfassen, die dazu konfiguriert ist, eine Antriebsmaschine selektiv mit der ersten Primärwelle und der zweiten Primärwelle zu koppeln, und im Hybridantriebsmodus liefert die elektrische Maschine kontinuierlich mechanische Leistung an das Mehrganggetriebe, während die Doppelkupplung zwischen zwei Betriebsgängen schaltet.
  • In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die Sekundärwelle zwischen der Ausgangswelle und der ersten Primärwelle angeordnet sein.
  • In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Hybridgetriebesystem außerdem eine Kupplung enthalten, die selektiv ein Zahnrad koppelt, das freilaufend auf der Sekundärwelle montiert ist und mit dem Schnittstellenrad des Traktionsmotors mit der Sekundärwelle in Eingriff steht.
  • In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Mehrganggetriebe einen Traktionsmotor-Zahnradsatz enthalten, der ein Zahnrad auf einer Traktionsmotor-Ausgangswelle enthält, und wobei der Traktionsmotor-Zahnradsatz radial mit dem Traktionsmotor-Schnittstellenrad ausgerichtet sein kann und wobei die Sekundärwelle zwischen der Ausgangswelle und der ersten und zweiten Primärwelle angeordnet ist.
  • In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Mehrganggetriebe außerdem eine Antriebsmaschinenkupplung enthalten, die dazu konfiguriert ist, eine Antriebsmaschine selektiv mit der ersten Primärwelle zu koppeln.
  • In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das von der elektrischen Maschine angetriebene Übersetzungsverhältnis ein anderes sein als das von der Antriebsmaschine angetriebene Übersetzungsverhältnis.
  • In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die Antriebsmaschinenkupplung eine Doppelkupplung sein, und im Hybridantriebsmodus kann die elektrische Maschine kontinuierlich mechanische Leistung an das Mehrganggetriebe abgeben, während die Doppelkupplung schaltet.
  • In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Hybridgetriebesystem außerdem eine Elektroantriebskupplung enthalten, die dazu konfiguriert ist, das Elektroantrieb-Schnittstellenrad selektiv mit der zweiten Primärwelle zu koppeln.
  • In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann die Elektroantriebskupplung ein Synchronisierung sein.
  • In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte können die Elektroantriebskupplung und eine Zahnradkupplung auf der Sekundärwelle in äquivalenten axialen Positionen angeordnet sein.
  • In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Hybridgetriebesystem außerdem eine Kupplungsvorrichtung enthalten, die dazu konfiguriert ist, die erste Primärwelle und die zweite Primärwelle selektiv zu koppeln.
  • In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Hybridgetriebesystem außerdem eine elektrische Vorderachse enthalten, und wobei das Mehrganggetriebe in einem Doppelkupplungsgetriebe enthalten ist, das dazu konfiguriert ist, im Leerlauf zu arbeiten.
  • In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Hybridgetriebesystem außerdem eine Doppelkupplung umfassen, welche die erste und zweite Primärwelle selektiv mit dem Verbrennungsmotor koppelt.
  • In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Traktionsmotor-Schnittstellenrad koaxial zu der ersten Primärwelle und der zweiten Primärwelle angeordnet sein.
  • In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Traktionsmotor-Schnittstellenrad freilaufend an der zweiten Primärwelle montiert sein und sich frei drehen.
  • In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Hybridgetriebesystem in einer Hinterachsenanordnung enthalten sein.
  • In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann eine Rotationsachse des Traktionsmotors parallel zu der ersten Primärwelle und der zweiten Primärwelle sein.
  • In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Getriebe ferner eine drehbar mit einem Differential gekoppelte Ausgangswelle umfassen, wobei eine Rotationsachse des Differentials senkrecht zu einer Rotationsachse der elektrischen Maschine angeordnet ist.
  • In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Hybridgetriebesystem außerdem eine Synchronisierung enthalten, die dazu konfiguriert ist, das Elektroantrieb-Schnittstellenrad selektiv mit der zweiten Primärwelle zu koppeln.
  • In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann der Verbrennungsmotor vorne in einem Fahrzeug montiert werden.
  • In einem der Aspekte oder Kombinationen der Aspekte kann das Hybridgetriebesystem ferner eine Parksperrenanordnung umfassen, die mit der Ausgangswelle gekoppelt ist.
  • Es sei angemerkt, 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 Anweisungen in einem nicht transitorischen Speicher gespeichert und vom Steuerungssystem, einschließlich der Steuerung, in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Antriebselementen und anderer Hardware im Antriebsstrang ausgeführt werden. Die hier beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere beliebige Verarbeitungsstrategien darstellen, wie z. B. ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und Ähnliches. 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. Darüber hinaus können die beschriebenen Aktionen, Operationen und/oder Funktionen grafisch einen Code darstellen, der in einen nicht transitorischen Speicher des computerlesbaren Speichermediums im Antriebsstrangsteuerungssystem oder Getriebesteuerungssystem oder Fahrzeugsteuerungssystem zu programmieren ist, das verschiedene Kommunikationskanäle zum Austausch von Daten und Nachrichten verwenden kann, um ein höheres Maß an Integration und Interaktion von Antriebsmaschine, Getriebe, Elektromotor und Wechselrichter zu ermöglichen, wobei die beschriebenen Aktionen durch Ausführung der Anweisungen in einem System ausgeführt werden, das die verschiedenen Hardwarekomponenten des Antriebsstrangs in Kombination mit der elektronischen Steuerung enthält.
  • 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-4, V-6, 1-4, 1-6, V-8, V-10, V-12, V-16, W16, Boxermotoren und anderen geeigneten Motortypen angewendet werden. Das Getriebegehäuse (z. B. das vordere Gehäuse) kann für verschiedene Motortypen maßgeschneidert sein und kann auch für Frontmotoranwendungen konzipiert sein, um z. B. mit einem Drehrohr gekoppelt zu werden.
  • Die Begriffe „ungefähr“ und „im Wesentlichen“, wie hier verwendet, bedeuten, sofern nicht anders angegeben, plus oder minus fünf Prozent eines Wertes oder Bereichs.
  • 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 sind so zu verstehen, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer solcher Elemente einschließen, wobei zwei oder mehr solcher Elemente weder erforderlich noch ausgeschlossen sind. Andere 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
    • EP 1232891 B1 [0004]
    • US 9618085 B2 [0005]

Claims (20)

  1. Hybridgetriebesystem, das umfasst: ein mehrgängiges Getriebe, das dazu konfiguriert ist, eine Antriebsmaschine und eine elektrische Maschine während eines Hybridantriebsmodus drehend in verschiedene Übersetzungsverhältnisse zu koppeln, wobei das mehrgängige Getriebe beinhaltet: ein Elektroantrieb-Schnittstellenrad, das koaxial zu einer ersten Primärwelle und einer zweiten Primärwelle angeordnet ist; und eine Ausgangswelle mit einem fest mit ihr verbundenen Ausgangswellenrad, das mit einem Zahnrad auf einer Sekundärwelle kämmt; wobei das Elektroantrieb-Schnittstellenrad axial zwischen zwei Zahnrädern angeordnet ist, die koaxial zur ersten Primärwelle liegen; wobei das Elektroantrieb-Schnittstellenrad freilaufend auf der zweiten Primärwelle montiert ist und sich frei drehen kann; und wobei das Elektroantrieb-Schnittstellenrad dazu konfiguriert ist, selektiv mit der zweiten Primärwelle und/oder der Sekundärwelle verbunden zu werden.
  2. Hybridgetriebesystem nach Anspruch 1, wobei das Elektroantrieb-Schnittstellenrad mit Folgendem kämmt: einem ersten Sekundärwellenrad, das freilaufend auf der Sekundärwelle montiert ist und sich frei drehen kann; und einem Zahnrad der elektrischen Maschine in einem Zahnradsatz der elektrischen Maschine.
  3. Hybridgetriebesystem nach Anspruch 2, wobei die Zahnräder im Zahnradsatz der elektrischen Maschine und das Schnittstellenrad der elektrischen Maschine in Bezug auf eine Längsachse ausgerichtet sein.
  4. Hybridgetriebesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das von der elektrischen Maschine angetriebene Übersetzungsverhältnis ein anderes ist als das von der Antriebsmaschine angetriebene Übersetzungsverhältnis.
  5. Hybridgetriebesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner eine Doppelkupplung umfasst, die dazu konfiguriert ist, eine Antriebsmaschine selektiv mit der ersten Primärwelle oder der zweiten Primärwelle zu koppeln, und im Hybridantriebsmodus liefert die elektrische Maschine kontinuierlich mechanische Leistung an das mehrgängige Getriebe, während die Doppelkupplung zwischen zwei Betriebsgängen schaltet.
  6. Hybridgetriebesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner eine Elektroantriebskupplung umfasst, die dazu konfiguriert ist, das Elektroantrieb-Schnittstellenrad selektiv mit der zweiten Primärwelle zu koppeln.
  7. Hybridgetriebesystem nach Anspruch 6, wobei die Elektroantriebskupplung eine Synchronisierung ist.
  8. Hybridgetriebesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sekundärwelle zwischen der Ausgangswelle und der ersten Primärwelle angeordnet ist.
  9. Hybridgetriebesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner eine Kupplungsvorrichtung umfasst, die dazu konfiguriert ist, die erste Primärwelle und eine zweite Primärwelle selektiv zu kuppeln.
  10. Hybridgetriebesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner eine Parksperrenanordnung umfasst, die mit der Ausgangswelle verbunden ist.
  11. Doppelkupplungs-Hybridgetriebesystem, das umfasst: ein mehrgängiges Getriebe, das dazu konfiguriert ist, einen Verbrennungsmotor und einen Traktionsmotor während eines Hybridantriebsmodus drehend in verschiedene Übersetzungsverhältnisse zu koppeln, wobei das mehrgängige Getriebe beinhaltet: ein Traktionsmotor-Schnittstellenrad, das koaxial zu einer ersten Primärwelle, einer zweiten Primärwelle und dem Verbrennungsmotor angeordnet ist; eine Ausgangswelle mit einem fest mit ihr verbundenen Ausgangswellenrad, das mit einem Zahnrad auf einer Sekundärwelle kämmt; und eine Doppelkupplung, die selektiv die erste und zweite Primärwelle mit dem Verbrennungsmotor koppelt; wobei das Traktionsmotor-Schnittstellenrad axial zwischen zwei Zahnrädern angeordnet ist, die koaxial zur ersten Primärwelle liegen; wobei das Traktionsmotor-Schnittstellenrad freilaufend auf der zweiten Primärwelle montiert ist und sich frei drehen kann; und wobei das Traktionsmotor-Schnittstellenrad selektiv mit der zweiten Primärwelle und/oder der Sekundärwelle verbunden wird.
  12. Doppelkupplungs-Hybridgetriebesystem nach Anspruch 11, das ferner eine Kupplung umfasst, die selektiv ein Zahnrad koppelt, das freilaufend auf der Sekundärwelle montiert ist und mit dem Traktionsmotor-Schnittstellenrad mit der Sekundärwelle in Eingriff steht.
  13. Doppelkupplungs-Hybridgetriebesystem nach Anspruch 11 oder 12, wobei das mehrgängige Getriebe einen Traktionsmotor-Zahnradsatz enthält, der ein Zahnrad auf einer Traktionsmotor-Ausgangswelle enthält, und wobei der Traktionsmotor-Zahnradsatz radial mit dem Traktionsmotor-Schnittstellenrad ausgerichtet sein kann und wobei die Sekundärwelle zwischen der Ausgangswelle und der ersten und zweiten Primärwelle angeordnet ist.
  14. Doppelkupplungs-Hybridgetriebesystem nach Anspruch 13, wobei das Traktionsmotor-Schnittstellenrad freilaufend auf der zweiten Primärwelle montiert ist und sich frei drehen kann.
  15. Doppelkupplungs-Hybridgetriebesystem nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei das Doppelkupplungs-Hybridgetriebesystem in einer Hinterachsenanordnung enthalten ist.
  16. Doppelkupplungs-Hybridgetriebesystem nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei eine Rotationsachse des Traktionsmotors parallel zu der ersten Primärwelle und der zweiten Primärwelle verläuft.
  17. Doppelkupplungs-Hybridgetriebesystem nach einem der Ansprüche 11 bis 16, das ferner ein Differential umfasst, wobei eine Rotationsachse des Differentials senkrecht zu einer Rotationsachse des Traktionsmotors angeordnet ist.
  18. Doppelkupplungs-Hybridgetriebesystem nach einem der Ansprüche 11 bis 17, das ferner eine Synchronisierung umfasst, die dazu konfiguriert ist, das Elektroantrieb-Schnittstellenrad selektiv mit der zweiten Primärwelle zu koppeln.
  19. Doppelkupplungs-Hybridgetriebesystem nach einem der Ansprüche 11 bis 18, wobei der Verbrennungsmotor vorne in einem Fahrzeug montiert ist.
  20. Doppelkupplungs-Hybridgetriebesystem nach einem der Ansprüche 11 bis 19, das ferner eine Parksperrenanordnung umfasst, die mit einer Ausgangswelle verbunden ist.
DE102022213757.4A 2021-12-17 2022-12-16 Mehrgang-hybridgetriebe und getriebebetriebsverfahren Pending DE102022213757A1 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1232891B1 (de) 2001-02-19 2006-06-14 Peugeot Citroen Automobiles SA Bewegungsübertragungsvorrichtung für Hybridfahrzeuge
US9618085B2 (en) 2013-12-11 2017-04-11 Volvo Car Corporation Dual-clutch seven speed transmission arrangement for a hybrid vehicle

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