DE112016004918T5

DE112016004918T5 - Verfahren zum Gangschalten in einem Getriebe, ein Getriebe und ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE112016004918T5
Application number: DE112016004918.8T
Authority: DE
Inventors: Tomas Selling
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2015-12-01
Filing date: 2016-11-11
Publication date: 2018-07-12
Also published as: WO2017095298A1; SE1551559A1; SE540844C2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gangschalten in einem Getriebe (6). Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: a) Erzeugen eines Drehmomentgleichgewichts zwischen mindestens zwei der ersten Planetengetriebekomponenten (26, 28, 34, 36) durch die erste und die zweite elektrische Maschine (50, 52) und Trennen mindestens zwei der ersten Planetengetriebekomponenten (26, 28, 34, 36) voneinander durch ein erstes Kopplungselement (38), b) Erzeugen eines Drehmomentgleichgewichts in der Bereichsgetriebevorrichtung (16) durch die erste und die zweite elektrische Maschine (50. 52), c) Gangschalten in der Bereichsgetriebevorrichtung (16) in einen neutralen Gang, so dass die zweiten Planetengetriebekomponenten (70, 72, 74, 78) sich bezüglich zueinander frei drehen, d) Synchronisieren der Geschwindigkeit zwischen zweiten Planetengetriebekomponenten (70, 72, 74, 78) in der Bereichsgetriebevorrichtung (16) durch mindestens eine der ersten und der zweiten elektrischen Maschine (50, 52) und e) Einlegen eines Ganges in der Bereichsgetriebevorrichtung (16) durch Verbinden von mindestens zwei zweiten Planetengetriebekomponenten (70, 72, 74, 78) miteinander. Die Erfindung betrifft auch ein Getriebe (6), das durch ein solches Verfahren gesteuert wird, und ein Fahrzeug (1), das ein solches Getriebe (6) umfasst. Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm (P) und ein Computerprogrammprodukt zum Ausführen des Verfahrens.

Description

HINTERGRUND UND STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gangschalten in einem Getriebe gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die Erfindung betrifft auch ein Getriebe gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 17, das mittels eines solchen Verfahrens gesteuert wird. Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 18, das ein solches Getriebe umfasst.
Fahrzeuge, insbesondere Schwerlastfahrzeuge, wie zum Beispiel Lastwagen, sind in der Regel mit einem Getriebe ausgestattet, das mit dem Verbrennungsmotor verbunden ist, wobei das Getriebe automatisch, manuell oder eine Kombination davon sein kann. In einem automatisierten Handschaltgetriebe, einem so genannten AMT-Getriebe, wird das Getriebe von einer elektronischen Steuervorrichtung gesteuert. Ein solches Getriebe kann mit einer Hauptgetriebevorrichtung ausgestattet sein, die eine Hauptwelle umfasst. Eine Vorlegewelle ist parallel zu der Hauptwelle angeordnet. Die Hauptquelle kann über die Vorlegewelle mit einer Antriebswelle und über eine Bereichsgetriebevorrichtung mit einer Abtriebswelle in dem Getriebe verbunden sein, wenn eine solche Bereichsgetriebevorrichtung in dem Getriebe integriert ist. Das Getriebe kann auch mit einer Split-Getriebevorrichtung ausgestattet sein, die zwischen der Antriebswelle und der Vorlegewelle angeordnet ist. Die Bereichsgetriebevorrichtung kann eine getrennte Vorrichtung bilden, anstatt in dem Getriebe integriert zu sein. Zusätzlich zu dem Verbrennungsmotor kann auch eine elektrische Maschine zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe angeordnet sein. Der Verbrennungsmotor kann dem Fahrzeug zusammen mit der elektrischen Maschine Energie als ein Hybridantrieb liefern oder, als eine Alternative, kann einer des Verbrennungsmotors oder der elektrischen Maschine dem Fahrzeug Energie liefern.
Ein Bremsmechanismus kann angeordnet sein, um die Vorlegewelle in Verbindung mit dem Schalten von Gängen in dem Getriebe zu verzögern, um synchrone Drehzahlen zwischen der Vorlegewelle und der Hauptwelle zu erreichen, so dass der neue Gang ohne jegliche Unterschiede in der Drehzahl eingelegt werden kann, die zwischen denjenigen Getriebeteilen in dem Getriebe besteht, die in dem Moment, in dem der neue Gang eingelegt wird, in Angriff aneinander gebracht werden. Der Bremsmechanismus wird somit verwendet, um die Vorlegewelle in Beziehung zu der Hauptwelle in einer Phase während eines Schaltvorgangs zu verzögern, wenn sich das Hauptgetriebe in der neutralen Position befindet, während die Vorlegewelle von der Hauptwelle getrennt ist.
In Getrieben von diesem Typ können die Synchronisierungsvorrichtungen, die konische Synchronisierungsringe und Kopplungsringe umfassen, durch verzahnte Betätigungsmuffen ersetzt werden, die axial verlagert werden, um an an der Hauptwelle angeordneten Zahnrädern anzugreifen. An jedem auf der Hauptwelle angeordneten Zahnrad wird von entsprechenden Zahnradelementen angegriffen, die fest an der Vorlegewelle befestigt sind. Beim Schalten wird die Betätigungsmuffe axial verlagert, um an Kopplungszähnen einzugreifen, die an einem auswählbaren Zahnrad angeordnet sind, um das Zahnrad mit der Hauptwelle zu verbinden und es damit in Drehverriegelung zu bringen. Die Synchronisierungsvorrichtung in der Split-Getriebevorrichtung und in der Bereichsgetriebevorrichtung kann auch durch verzahnte Betätigungsmuffen ersetzt werden.
Die Bereichsgetriebevorrichtung ist in der Regel zwischen der Hauptwelle und einer Kardanwelle angeordnet, die mit den Antriebsrädern des Fahrzeugs verbunden ist. Die Bereichsgetriebevorrichtung ist in einem Getriebegehäuse untergebracht und umfasst eine mit der Hauptgetriebevorrichtung gekoppelte Antriebswelle, eine Abtriebswelle und zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle ist das Planetengetriebe angeordnet. Das Planetengetriebe umfasst in der Regel drei Komponenten, die relativ zueinander drehbar angeordnet sind, nämlich ein Sonnenrad, einen Planetenträger mit Planetenrädern und ein Ringrad. Wenn die Anzahl der Zähne des Sonnenrades und des Ringrades bekannt ist, kann im Betrieb die relative Geschwindigkeit der drei Komponenten bestimmt werden. In einer Bereichsgetriebevorrichtung kann das Sonnenrad drehbar mit der Antriebswelle, einer Anzahl von Planetenrädern, die an dem Sonnenrad angreifen, wobei die Planetenräder drehbar an dem Planetenträger montiert sind, der fest mit der Abtriebswelle verbunden ist, und einem axial verlagerbaren Ringrad, das die Planetenräder umgibt und an diesen angreift, verbunden sein. Die Zähne des Sonnenrades, der Planetenräder und des Ringrads können spiralförmig sein, das bedeutet, sie haben einen Winkel mit einer gemeinsamen Drehachse des Sonnenrades, des Planetenträgers und des Ringrades.
Es gibt Bereichsgetriebe, in denen die Synchronisierungsvorrichtungen durch Kopplungsmuffen ersetzt sind, die Keile umfassen. Durch Steuern der Übertragung auf eine synchrone Geschwindigkeit zwischen den beiden zu montierenden Komponenten wird eine axiale Verlagerung der Kopplungsmuffe entlang der beiden Komponenten ermöglicht, um diese zu verbinden. Wenn die Komponenten gelöst werden sollen, wird die Übertragung so gesteuert, dass ein Drehmomentgleichgewicht zwischen den Komponenten entsteht, so dass die Kopplungsmuffe kein Drehmoment überträgt. Dadurch wird es möglich, die Kopplungsmuffe axial entlang den Komponenten zu bewegen, um diese voneinander zu trennen.
Das Drehmomentgleichgewicht ist ein Zustand, in dem ein Drehmoment, das auf das Ringrad wirkt, dem Produkt des Drehmoments, das auf den Planetenträger wirkt, und (1- das Übersetzungsverhältnis des Planetenrades) entspricht. Wenn zwei der Komponenten des Planetenrades, des Sonnenrades, des Ringrades oder des Planetenträgers durch eine Kopplungsmuffe miteinander gekoppelt sind, überträgt die Kopplungsmuffe kein Drehmoment zwischen den Planetengetriebeelementen, wenn ein Drehmomentgleichgewicht entsteht. Somit kann die Kopplungsmuffe leicht verlagert werden und können die Planetengetriebekomponenten gelöst werden.
Dokument DE102008001650 bezieht sich auf einen Antriebsstrang, der einen Verbrennungsmotor, eine Hauptwelle und ein Hilfsgetriebe, wie beispielsweise ein Bereichsgetriebe, umfasst, das ein Planetengetriebe umfasst, das dem Hauptgetriebe nachgeschaltet angeordnet ist. Das Bereichsgetriebe ist mit einer elektrischen Maschine, wie beispielsweise einem elektrischen Motor oder Generator, gekoppelt, die zur Synchronisierung von Gängen und Wellen beim Schalten der Gänge verwendet werden kann.
Dokument WO2012084331 bezieht sich auf ein Getriebe, das ein Hauptgetriebe und ein dahinter montiertes Bereichsgetriebe umfasst, das dem Hauptgetriebe nachgeschaltet angeordnet ist und als ein Planetengetriebe konstruiert ist. Eine elektrische Maschine ist mit einem weiteren Planetengetriebe verbunden, das dem Hauptgetriebe nachgeschaltet angeordnet ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Trotz diesem Stand der Technik besteht ein Bedarf, ein Verfahren zu entwickeln, das es ermöglicht, Gänge in einem Getriebe unter Verwendung einer geringen Energiemenge zu schalten. Es besteht auch ein Bedarf, ein Verfahren zu entwickeln, das es ermöglicht, Gänge in einem Getriebe in einer kurzen Zeitperiode zu schalten. Es besteht ferner der Bedarf, ein Verfahren zu entwickeln, das es ermöglicht, Gänge in einem ohne Getriebe die Notwendigkeit eines elektrischen Akkumulators zu schalten.
Die Aufgabe der Erfindung ist somit die Bereitstellung eines Verfahrens zum Gangschalten in einem Getriebe von dem in der Einführung definierten Typ, das es ermöglicht, Gänge in einem Getriebe unter Verwendung einer geringen Energiemenge zu schalten.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens, das es ermöglicht, Gänge in einem Getriebe in einer kurzen Zeitperiode zu schalten.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens, das es ermöglicht, Gänge in einem Getriebe die Notwendigkeit eines elektrischen Akkumulators zu schalten.
Diese Aufgaben werden mit einem Verfahren gelöst, das durch die in Anspruch 1 dargelegten Merkmale gekennzeichnet ist.
Diese Aufgaben werden auch mit einem Getriebe erreicht, das durch die in Anspruch 17 dargelegten Merkmale gekennzeichnet ist.
Diese Aufgaben werden auch mit einem Fahrzeug erreicht, das durch die in Anspruch 18 dargelegten Merkmale gekennzeichnet ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

a) Erzeugen eines Drehmomentgleichgewichts zwischen mindestens zwei der ersten Planetengetriebekomponenten durch die erste und die zweite elektrische Maschine und Trennen mindestens zwei der ersten Planetengetriebekomponenten voneinander durch ein erstes Kopplungselement,
b) Erzeugen eines Drehmomentgleichgewichts in der Bereichsgetriebevorrichtung durch die erste und die zweite elektrische Maschine,
c) Gangschalten in der Bereichsgetriebevorrichtung in einen neutralen Gang, so dass die zweiten Planetengetriebekomponenten sich bezüglich zueinander frei drehen,
d) Synchronisieren der Geschwindigkeit zwischen zweiten Planetengetriebekomponenten in der Bereichsgetriebevorrichtung durch mindestens eine der ersten und der zweiten elektrischen Maschine und
e) Einlegen eines Ganges in der Bereichsgetriebevorrichtung durch Verbinden von mindestens zwei zweiten Planetengetriebekomponenten miteinander.

Das Verfahren beschreibt, wie die Bereichsgetriebevorrichtung in die Position des hohen Ganges geschaltet wird, wobei ein Hochschalten in dem zweiten Planetengetriebe stattfindet. Vor dem Schalten der Bereichsgetriebevorrichtung in die Position des hohen Ganges wird die Bereichsgetriebevorrichtung in einen neutralen Gang geschaltet, wodurch es möglich wird, die Geschwindigkeit zwischen beweglichen Komponenten in dem zweiten Planetengetriebe zu synchronisieren. Das bedeutet, dass ein Verfahren zum Gangschalten in einem Getriebe erreicht wird, das ein Gangschalten unter Verwendung einer geringen Energiemenge ermöglicht. Außerdem ermöglicht das Verfahren ein Gangschalten in einer kurzen Zeitperiode.
Der Antriebsstrang kann den Verbrennungsmotor umfassen. Jedoch können die erste und die zweite elektrische Maschine so konstruiert sein, dass sie ausreichend Energie und Drehmoment an die Antriebsräder liefern, um das Fahrzeug anzutreiben. Die Energie für die erste und die zweite elektrische Maschine kann von einem Energiespeicher, wie beispielsweise einem in dem Fahrzeug vorgesehenen elektrochemischen Energiespeicher, oder von einem externen Energiespeicher, wie beispielsweise Kabeln oder anderen elektrisch leitenden Einrichtungen (nicht offenbart) in der Umgebung, in der das Fahrzeug verwendet wird, bereitgestellt werden.
Außerdem ermöglicht das Verfahren ein Gangschalten in einem Getriebe ohne die Notwendigkeit eines elektrischen Speichers. Wenn Drehmomentgleichgewicht und Synchronisierung durch die erste und die zweite elektrische Maschine erzeugt werden, kann eine der elektrischen Maschinen elektrische Energie für die andere elektrische Maschine erzeugen. Somit ist kein elektrischer Speicher zum Drehen der elektrischen Maschinen erforderlich. Ein Verbrennungsmotor kann mit der ersten elektrischen Maschine verbunden sein, die bei bestimmten Betriebsmodi von dem Verbrennungsmotor angetrieben wird. Die erste elektrische Maschine erzeugt unter solchen Umständen elektrische Energie für die zweite elektrische Maschine. Aus diesem Grund kann auch das Gangschalten in dem Getriebe unter Verwendung einer geringen Energiemenge ermöglicht werden. Die herkömmliche Kupplung ist durch das erste Planetenrad und die zwei elektrischen Maschinen ersetzt, so dass ein Gangschalten in einer kurzen Zeitperiode ermöglicht wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfassen die zweiten Planetengetriebekomponenten ein zweites Planetengetriebe mit einem zweiten Ringrad, einem zweiten Sonnenrad und einem zweiten Planetenträger, an dem mindestens ein zweites Planetenrad drehbar montiert ist, wobei das zweite Sonnenrad mit einer Hauptwelle in dem Getriebe verbunden ist. Mit einer solchen Konfiguration der Bereichsgetriebevorrichtung kann die Anzahl von Gängen in dem Getriebe verdoppelt werden. Außerdem wird in einer solchen Bereichsgetriebevorrichtung ein Gangschalten in einer kurzen Zeitperiode ermöglicht. Die zweite elektrische Maschine wird verwendet, um das zweite Sonnenrad zu bremsen, um das zweite Sonnenrad mit dem zweiten Planetenträger zu verbinden. Gemäß dieser Ausführungsform kann die Verlangsamung der Geschwindigkeit des zweiten Sonnenrades auf die gleiche Geschwindigkeit wie der zweite Planetenträger ausgeführt werden, indem die zweite elektrische Maschine in einen Bremsmodus geschaltet wird. Die zweite elektrische Maschine wird somit bewirken, dass das zweite Sonnenrad sich mit einer solchen Geschwindigkeit in Beziehung zu dem zweiten Träger dreht.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Drehmomentgleichgewicht in der Bereichsgetriebevorrichtung in Schritt b) zwischen dem zweiten Ringrad und einem Getriebegehäuse erzeugt.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das zweite Ringrad in Schritt c) aus dem Getriebegehäuse durch ein zweites Kopplungselement freigegeben.
Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Gang in der Bereichsgetriebevorrichtung in Schritt e) durch Verbinden des zweiten Planetenträgers mit dem zweiten Sonnenrad eingelegt. Somit wird die Bereichsgetriebevorrichtung in die Position des hohen Ganges geschaltet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Getriebe eine Hauptgetriebevorrichtung und eine Split-Getriebevorrichtung, und werden in Schritt g) Gänge in der Hauptgetriebevorrichtung und/oder in der Split-Getriebevorrichtung in einen neutralen Gang geschaltet. Wenn Gänge in der Hauptgetriebevorrichtung und in der Split-Getriebevorrichtung in einen neutralen Gang geschaltet werden, werden sowohl die Hauptgetriebevorrichtung als auch die Split-Getriebevorrichtung gleichzeitig vorbereitet, um vor dem Gangschalten synchronisiert zu werden. Dadurch kann ein Gangschalten in einer kurzen Zeitperiode ermöglicht werden. Die Drehmomentübertragungselemente in dem Getriebe sind gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine Vorlegewelle, eine Hauptwelle und an diesen Wellen angeordnete Zahnräder.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die Gänge in der Hauptgetriebevorrichtung und/oder in der Split-Getriebevorrichtung in Schritt i) eingelegt. Die Gänge in der Hauptwelle und in der Split-Getriebevorrichtung können nacheinander eingelegt werden. Dadurch wird ein Gangschalten in einer kurzen Zeitperiode ermöglicht.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfassen die ersten Planetenradkomponenten des ersten Planetengetriebes ein erstes Ringrad, ein erstes Sonnenrad und einen ersten Planetenträger, an dem mindestens ein erstes Planetenrad drehbar montiert ist, wobei der erste Planetenträger mit der Antriebswelle verbunden ist. Ein solches erstes Planetengetriebe ersetzt eine herkömmliche Kupplung, was dazu führt, dass Gangschalten in einer kurzen Zeitperiode ermöglicht wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die erste elektrische Maschine an dem ersten Sonnenrad angeordnet und die zweite elektrische Maschine an dem ersten Ringrad angeordnet. Eine solche Konfiguration der ersten und zweiten elektrischen Maschine an den ersten Planetengetriebekomponenten ermöglicht die Erzeugung eines Drehmomentgleichgewichtes und einer Synchronisierung, um Gänge in dem Getriebe zu schalten. Somit wird ein Gangschalten in einer kurzen Zeitperiode und ohne die Notwendigkeit eines elektrischen Akkumulators ermöglicht.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Drehmomentgleichgewicht in Schritt a) zwischen dem ersten Sonnenrad und dem ersten Planetenträger erzeugt. Unter Verwendung der ersten und zweiten elektrischen Maschine zum Erzeugen eines Drehmomentgleichgewichts zwischen mindestens zwei des ersten Sonnenrades und des ersten Planetenträgers und deren Trennung durch ein erstes Kopplungselement wird ein Gangschalten in einer kurzen Zeitperiode ermöglicht. Außerdem kann die herkömmliche Kupplung ersetzt werden.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die mindestens zwei der ersten Planetengetriebekomponenten in Schritt a), die durch das erste Kopplungselement voneinander getrennt werden, das erste Sonnenrad und der erste Planetenträger. Wenn ein Drehmomentgleichgewicht zwischen dem ersten Sonnenrad und dem ersten Planetenträger erzeugt wurde, können diese durch ein erstes Kopplungselement getrennt werden, das eine axial verlagerbare Muffe umfasst, die mit Keilen versehen ist. Somit wird Gangschalten in einer kurzen Zeitperiode ermöglicht.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Geschwindigkeit zwischen drehbaren Drehmomentübertragungselementen in Schritt h) durch Beschleunigen der zweiten elektrischen Maschine synchronisiert, so dass die Antriebswelle eine synchronisierte Geschwindigkeit für ein Gangschalten in einer Split-Getriebevorrichtung in dem Getriebe erreicht. Die Beschleunigung der Antriebswelle durch die zweite elektrische Maschine ermöglicht ein Gangschalten in einer kurzen Zeitperiode.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Geschwindigkeit zwischen drehbaren Drehmomentübertragungselementen in Schritt h) durch eine Synchronisierungsvorrichtung synchronisiert, die in der Split-Getriebevorrichtung in dem Getriebe angeordnet ist, so dass die Antriebswelle eine synchronisierte Geschwindigkeit für ein Gangschalten in der Split-Getriebevorrichtung erreicht.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Geschwindigkeit zwischen drehbaren Drehmomentübertragungselementen in Schritt i) durch Beschleunigen der Vorlegewelle in dem Getriebe durch die zweite elektrische Maschine synchronisiert, so dass ein Zahnrad in einer Hauptgetriebeeinrichtung eine synchronisierte Geschwindigkeit für ein Gangschalten in der Hauptgetriebeeinrichtung in dem Getriebe erreicht. Die Beschleunigung der Vorlegewelle durch die zweite elektrische Maschine ermöglicht ein Gangschalten in einer kurzen Zeitperiode.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren den weiteren Schritt des: j) Synchronisierens der Geschwindigkeit zwischen mindestens zwei der ersten Planetengetriebekomponenten durch die erste und die zweite elektrische Maschine und in Angriff Bringens mindestens zwei der ersten Planetengetriebekomponenten aneinander durch das erste Kopplungselement.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die mindestens zwei der Planetengetriebekomponenten, die durch das erste Kopplungselement in Schritt j) in Angriff aneinander gebracht werden, das erste Sonnenrad und der erste Planetenträger.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Drehmomentgleichgewicht in Schritt b) auch durch einen mit dem ersten Planetengetriebe verbundenen Verbrennungsmotor erzeugt.
Wenn Drehmomentgleichgewicht und Synchronisierung durch die erste und die zweite elektrische Maschine erzeugt werden, dreht der Verbrennungsmotor eine der elektrischen Maschinen, was elektrische Energie für die andere elektrische Maschine erzeugt. Somit ist kein elektrischer Akkumulator zum Drehen der elektrischen Maschinen notwendig. Aus diesem Grund kann ein Gangschalten unter Verwendung einer geringen Energiemenge ermöglicht werden.
Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Figurenliste
Nachstehend werden als Beispiele bevorzugte Ausführungsformen mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigen:

1 schematisch ein Fahrzeug in einer Seitenansicht, das ein durch das erfindungsgemäße Verfahren geschaltete Getriebe umfasst,
2 schematisch eine Schnittansicht eines Antriebsstrangs mit dem Getriebe, das in eine Position eines niedrigen Gangs geschaltet wird,
3 schematisch eine Schnittansicht eines Antriebsstrangs mit dem Getriebe, das in eine neutrale Gangposition geschaltet wird.
4 schematisch eine Schnittansicht eines Antriebsstrangs mit dem Getriebe, das in eine Position des hohen Ganges geschaltet wird.
5 schematisch eine Schnittansicht eines Antriebsstranges mit dem Getriebe gemäß einer alternativen Ausführungsform, das in eine Position des niedrigen Ganges geschaltet wird.
6 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Schalten des Getriebes gemäß der Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
1 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Fahrzeugs 1, zum Beispiel eines Lastwagens, mit einem Antriebsstrang 2, der ein Getriebe 6 umfasst, das durch das erfindungsgemäße Verfahren geschaltet wird. Der Antriebsstrang 2 umfasst auch eine Antriebsvorrichtung, wie einen Verbrennungsmotor 4 und/oder elektrische Maschinen 50, 52, die mit dem Getriebe 6 verbunden ist, und das Getriebe 6 ist außerdem über eine Kardanwelle 10 mit Antriebsrädern 8 des Fahrzeugs 1 verbunden.
2 zeigt schematisch eine Schnittansicht des Antriebsstrangs 2 mit dem Getriebe 6, das durch das erfindungsgemäße Verfahren geschaltet wird. Das Getriebe 6 umfasst eine Split-Getriebevorrichtung 12, eine Hauptgetriebevorrichtung 14 und eine Bereichsgetriebevorrichtung 16, die in eine Position eines niedrigen Ganges geschaltet ist. Die Split-Getriebevorrichtung 12 umfasst ein Eingangszahnrad 30e, das drehbar an einer Antriebswelle 18 angeordnet ist, und ein Split-Zahnrad 30d, das drehbar an einer Hauptwelle 20 angeordnet ist. Die Hauptgetriebevorrichtung 14 umfasst mindestens ein erstes und ein zweites Hauptzahnrad 30a-30c, die drehbar an der Hauptwelle 20 angeordnet sind. Die Bereichsgetriebevorrichtung 16 ist mit der Hauptwelle 20 und mit der Kardanwelle 10 verbunden. Die Kardanwelle 10 ist mit den Antriebsrädern 8 verbunden. Die Split-Getriebevorrichtung 12 kann jedoch in dem Getriebe 6 ausgelassen sein.
Das Getriebe 6 umfasst auch eine Vorlegewelle 22, die Zahnradelemente 32a-32e umfasst, die entsprechend in Angriff an dem Eingangszahnrad 30e und dem Split-Zahnrad 30d und den Hauptzahnrädern 30a-30c sind.
Ein erstes Planetengetriebe 24 ist mit der Antriebswelle 18 verbunden. Das erste Planetengetriebe 24 umfasst ein erstes Ringrad 26, ein erstes Sonnenrad 28 und einen ersten Planetenträger 34, an dem mindestens ein erstes Planetenrad 36 drehbar montiert ist. Der erste Planetenträger 34 ist mit der Antriebswelle 18 verbunden. Das erste Sonnenrad 28 und der erste Planetenträger 34 können durch ein erstes Kopplungselement 38 aneinander angreifen. Das erste Kopplungselement 38 umfasst vorzugsweise eine erste axial bewegliche Muffe 40, die innen mit Keilen 42 versehen ist. Die erste axial bewegliche Muffe 40 wird axial verlagert, um in Angriff an eine Übertragungswelle 19 und den ersten Planetenträger 34 gebracht zu werden. Die Übertragungswelle 19 ist mit dem ersten Sonnenrad 28 verbunden.
Die axiale Verlagerung der ersten axial beweglichen Muffe 40 wird durch eine Schaltgabel 44 hergestellt, die in einer Außenumfangsnut 46 in der ersten axial beweglichen Muffe 40 angeordnet ist. Auf die Schaltgabel 44 wirkt eine Energieeinrichtung 48. Die Energieeinrichtung 48 kann ein pneumatischer, hydraulischer oder elektrischer Zylinder sein.
Eine erste und eine zweite elektrische Maschine 50, 52 sind so angeordnet, dass sie das erste Planetengetriebe 24 drehen und abbremsen. Die erste elektrische Maschine 50 ist an dem ersten Sonnenrad 28 angeordnet und die zweite elektrische Maschine 52 ist an dem ersten Ringrad 26 angeordnet.
Wenn der Antriebsstrang 2 einen Verbrennungsmotor 4 umfasst, kann er mit dem ersten Sonnenrad 28 des ersten Planetengetriebes 24 verbunden werden.
Ein Bremsmechanismus 58 kann mit der Vorlegewelle 22 verbunden sein, um die Vorlegewelle 22 beim Gangschalten in dem Getriebe 6 zu verzögern.
Die elektrischen Maschinen 50, 52 können Antriebsdrehmoment oder Bremsdrehmoment an der Antriebswelle 18 erzeugen. Die elektrischen Maschinen 50, 52 können mit einem Energiespeicher 60 verbunden sein, der den elektrischen Maschinen 50, 52 elektrische Energie liefert oder von den elektrischen Maschinen 50, 52 elektrische Energie erhält, wenn die elektrischen Maschinen 50, 52 Bremsdrehmoment an der Antriebswelle 18 erzeugen.
Die Hauptgetriebevorrichtung 14 umfasst Hauptbetätigungsgetriebemuffen 62a, 62b, die innen mit Keilen 42 ausgestattet sind. Jede Hauptgetriebemuffe 62a, 62b wird axial verlagert, um in Angriff an die Hauptzahnräder 30a-30c und das Split-Zahnrad 30d zu gelangen, die an der Hauptwelle 20 angeordnet sind. Die Hauptzahnräder 30a-30c und das Split-Zahnrad 30d können sich in Beziehung zu der Hauptwelle 20 frei drehen, wenn die Hauptgetriebemuffen 62a, 62b die Hauptzahnräder 30a-30c und das Split-Zahnrad 30d von der Hauptwelle 20 trennen. An jedem Hauptzahnrad 30a-30c, das an der Hauptwelle 20 angeordnet ist, wird von entsprechenden Zahnradelementen 32a-32c angegriffen, die an der Vorlegewelle 22 befestigt sind. Beim Schalten wird die Hauptbetätigungsgetriebemuffe 62a, 62b aus einer gelösten Position axial in eine Position in Angriff verlagert, um an Keilen 42 anzugreifen, die an einem auswählbaren Hauptzahnrad 30a-30c und dem Split-Zahnrad 30d angeordnet sind, um das Hauptzahnrad 30a-30c und das Split-Zahnrad 30d mit der Hauptwelle 20 zu verbinden und in Angriffsverriegelung damit zu bringen. Alternativ können die axial verlagerbaren Hauptgetriebemuffen 62a, 62b auch mittels einer (nicht offenbarten) Synchronisierungseinrichtung in Angriff an das Hauptzahnrad 30a-30c und das Split-Zahnrad 30d gebracht werden.
Die Split-Getriebevorrichtung 12 umfasst eine Betätigungs-Split-Getriebemuffe 64, die mit Keilen 42 ausgestattet ist. Die Split-Getriebemuffe 64 wird axial verlagert, um in Angriff an das Eingangszahnrad 30e und das Split-Zahnrad 30d gebracht zu werden, die auf der Antriebswelle 18 bzw. der Hauptwelle 20 angeordnet sind. Damit sich das Zahnrad 30d jedoch frei in Bezug zu der Hauptwelle 20 drehen kann, muss die axial verlagerbare Hauptgetriebemuffe 62b das Zahnrad 30d auch von der Hauptquelle 20 trennen. Die Zahnräder 30d, 30e drehen sich frei in Beziehung zu der Antriebswelle 18, wenn die Split-Zahnradmuffe 64 die Zahnräder 30d, 30e von der Antriebswelle 18 löst. Jedoch muss auch die Hauptgetriebemuffe 62b das Zahnrad 30d von der Hauptwelle 20 trennen, so dass sich das Zahnrad 30d in Beziehung zu der Hauptwelle 20 frei dreht. Die Zahnräder 30d, 30e, die an der Antriebswelle 18 und der Hauptwelle 20 positioniert sind, greifen an entsprechenden Zahnradelementen 32d, 32e an, die an der Vorlegewelle 22 befestigt sind. Beim Schalten wird die Split-Getriebemuffe 64 axial aus einer getrennten Position in eine Position in Angriff verlagert, um an Keilen 42 anzugreifen, die an einem wählbaren Zahnrad 30d, 30e angeordnet sind, um das Eingangszahnrad 30e oder das Split-Zahnrad 30d mit der Antriebswelle 18 zu verbinden und in Verriegelungsdrehung damit zu bringen. Alternativ kann die axial verlagerbare Split-Getriebemuffe 64 auch mittels einer Synchronisierungsvorrichtung 65 (5), die konische Synchronisierungsringe und Kopplungsringe umfasst, in Angriff an das Eingangszahnrad 30e und das Split-Zahnrad 30d gebracht werden. Jedoch werden gemäß einer Ausführungsform die elektrischen Maschinen 50, 52, der Verbrennungsmotor 4 und der mit der Vorlegewelle 22 verbundene Bremsmechanismus 58 zur Synchronisierung des Getriebes 6 beim Gangschalten verwendet. Die Hauptgetriebemuffe 62b kann auch verwendet werden, um in Angriff an das Split-Zahnrad 30d gebracht zu werden, wenn das Split-Zahnrad 30d durch die Split-Getriebemuffe 64 in Angriff an die Antriebswelle 18 gelangt. Somit wird eine direkte Verbindung zwischen der Antriebswelle 18 und der Hauptwelle 20 erreicht, wobei das Übersetzungsverhältnis in der Split-Getriebevorrichtung und der Hauptgetriebevorrichtung 1:1 ist.
Die Bereichsgetriebevorrichtung 16 umfasst ein zweites Planetengetriebe 66, das einen niedrigen und einen hohen Gang hat, so dass die Schaltkapazität des Getriebes 6 in eine Position eines Niedrigbereichganges und eine Position eines Hochbereichganges unterteilt werden kann. In einer Position des ersten Ganges, die der Position des niedrigen Ganges entspricht, wird in dem zweiten Planetengetriebe 66 heruntergeschaltet. In der Position des hohen Ganges ist das Übersetzungsverhältnis in dem zweiten Planetengetriebe 66 1:1. 2 zeigt die Bereichsgetriebevorrichtung 16 in der Position des ersten Ganges, die der Position des niedrigen Ganges entspricht.
Die Bereichsgetriebevorrichtung 16 ist in einem Getriebegehäuse 68 untergebracht, das das Getriebe 6 umgibt, und ist mit der Hauptwelle 20 der Hauptgetriebevorrichtung 14 verbunden. Das zweite Planetengetriebe 66 umfasst drei Hauptkomponenten, die drehbar in Beziehung zu einander angeordnet sind, nämlich ein zweites Sonnenrad 70, einen zweiten Planetenträger 72 und ein zweites Ringrad 74. Eine Anzahl von zweiten Planetenrädern 78 ist drehbar an dem zweiten Planetenträger 72 angeordnet. Wenn man die Anzahl von Zähnen 76 des zweiten Sonnenrades 70 und des zweiten Ringrades 74 kennt, kann das relative Übersetzungsverhältnis der drei Komponenten bestimmt werden. Das zweite Sonnenrad 70 ist mit der Hauptwelle 20 verbunden, die sich aus der Hauptgetriebevorrichtung 14 heraus erstreckt. Die zweiten Planetenräder 78 greifen an dem zweiten Sonnenrad 70 an. Das zweite Ringrad 74 umgibt die zweiten Planetenräder 78 und greift daran an.
Ein zweites Kopplungselement 86, das eine zweite axial verlagerbare Kopplungsmuffe 88 umfasst, ist in einer Position des ersten Ganges angeordnet, um das Getriebegehäuse 68 mit dem zweiten Ringrad 74 zu verbinden, und in einer Position des zweiten Ganges angeordnet, um das Getriebegehäuse 68 von dem zweiten Ringrad 74 zu trennen. Die zweite axial bewegliche Kopplungsmuffe 88 ist in der Position des ersten Ganges angeordnet, um das zweite Sonnenrad 70 von dem zweiten Planetenträger 72 zu trennen. Die zweite axial bewegliche Kopplungsmuffe 88 ist in einer Position des zweiten Ganges angeordnet, um das Sonnenrad 70 mit dem zweiten Planetenträger 72 zu verbinden. Außerdem ist die zweite axial verlagerbare Kopplungsmuffe 88 in einer neutralen Gangposition angeordnet, um das zweite Sonnenrad 70 von dem zweiten Planetenträger 72 zu trennen und gleichzeitig das zweite Ringrad 74 von dem Getriebegehäuse 68 zu trennen.
Die zweite axial verlagerbare Kopplungsmuffe 88 umfasst auf einer Innenfläche Keile 42, die vorgesehen sind, um mit den entsprechenden Keilen 42 zusammenzuwirken, die an dem zweiten Ringrad 74 und an dem Umfang eines Vorsprungs 94 angeordnet sind, der fest mit dem Getriebegehäuse 68 verbunden ist. Die Keile 42 an der zweiten axial beweglichen Kopplungsmuffe 88 sind auch angeordnet, um mit entsprechenden Keilen 42 zusammenwirken, die an dem Umfang eines ersten Kettenrades 96 angeordnet sind, das auf der Hauptwelle 20 des zweiten Sonnenrades 70 montiert ist, das mit der Hauptwelle 20 in der Hauptgetriebevorrichtung 14 verbunden ist.
Die Keile 42 an der zweiten axial beweglichen Kopplungsmuffe 88 sind auch dafür vorgesehen, mit entsprechenden Keilen 42 zusammenzuwirken, die an dem zweiten Planetenträger 72 angeordnet sind. Entsprechende Keile 42, die an dem zweiten Planetenträger 72 angeordnet sind, sind am Umfang eines zweiten Kettenrades 98 gebildet, das an dem zweiten Planetenträger 72 montiert ist.
Der niedrige Gang in der Bereichsgetriebevorrichtung 16 wird durch Verlagern der zweiten axial beweglichen Kopplungsmuffe 88 erlangt, so dass das zweite Ringrad 74 mit dem Vorsprung 94 des Getriebegehäuses 68 verbunden ist. Der hohe Gang der Getriebevorrichtung 16 wird durch Verlagern der zweiten axial beweglichen Kopplungsmuffe 88 erlangt, so dass das zweite Sonnenrad 70 mit dem zweiten Planetenträger 72 verbunden wird. Die neutrale Gangposition in der Bereichsgetriebevorrichtung 16 wird durch Verlagern der zweiten axial verlagerbaren Kopplungsmuffe 88 so erlangt, dass die zweite axial verlagerbare Kopplungsmuffe 88 angeordnet ist, um das zweite Sonnenrad 70 von dem zweiten Planetenträger 72 zu trennen und gleichzeitig das zweite Ringrad 74 von dem Getriebegehäuse 68 zu trennen. In der neutralen Gangposition wird kein Drehmoment durch die Bereichsgetriebevorrichtung 16 übertragen. 3 zeigt schematisch eine Schnittansicht eines Antriebsstrangs mit dem Getriebe, der in eine neutrale Gangposition geschaltet ist.
Der hohe Gang in der Bereichsgetriebevorrichtung 16 wird durch Verlagern der zweiten axial verlagerbaren Kopplungsmuffe 88 so erlangt, dass das zweite Sonnenrad 70 mit dem zweiten Planetenträger 72 verbunden wird. 4 zeigt schematisch eine Schnittansicht eines Antriebsstrangs mit dem Getriebe, der in eine Position des hohen Ganges geschaltet wird.
5 zeigt die vorstehend erwähnte alternative Ausführungsform, in der die axial verlagerbare Split-Zahnradmuffe 64 auch in Angriff an das Eingangszahnrad 30e und das Split-Zahnrad 30d durch eine Synchronisierungsvorrichtung 65, die konische Synchronisierungsringe und Kopplungsringe umfasst, gebracht werden kann.
Die axiale Verlagerung der zweiten axial beweglichen Kopplungsmuffe 88 wird durch eine Energieeinrichtung (nicht gezeigt) geschaffen, die der Energieeinrichtung 48 in Verbindung mit der ersten axial beweglichen Kopplungsmuffe 40 entspricht.
Vorzugsweise haben die erste und die zweite axial bewegliche Kopplungsmuffe 40, 88 jeweils ein geringes Gewicht, was bedeutet, dass es wenig Energie und Kraft bedarf, um die entsprechende Kopplungsmuffe 40, 88 beim Gangschalten zu bewegen. Dies ermöglicht ein schnelles Gangschalten zwischen den unterschiedlichen Gangpositionen in der Bereichsgetriebevorrichtung 16.
6 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Schalten des Getriebes 6 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

a) Erzeugen eines Drehmomentgleichgewichts zwischen mindestens zwei der ersten Planetengetriebekomponenten 26, 28, 34, 36 durch die erste und die zweite elektrischen Maschine 50, 52 und Trennen mindestens zwei der ersten Planetengetriebekomponenten 26, 28, 34, 36 voneinander durch ein erstes Kopplungselement,
b) Erzeugen eines Drehmomentgleichgewichts in der Bereichsgetriebevorrichtung 16 durch die erste und die zweite elektrischen Maschine 50, 52,
c) Gangschalten in der Bereichsgetriebevorrichtung 16 in einen neutralen Gang, so dass die zweiten Planetengetriebekomponenten 70, 72, 74, 78 sich bezüglich einander frei drehen,
d) Synchronisieren der Geschwindigkeit zwischen zweiten Planetengetriebekomponenten 24, 70, 72, 74 in der Bereichsgetriebevorrichtung 16 durch mindestens eine der ersten und der zweiten elektrischen Maschine 50, 52 und
e) Einlegen eines Ganges in der Bereichsgetriebevorrichtung 16 durch Verbinden von mindestens zwei zweiten Planetengetriebekomponenten 70, 72, 74, 78 miteinander.

Das Verfahren beschreibt, wie die Bereichsgetriebevorrichtung 16 in die Position des hohen Ganges geschaltet wird, wobei in dem zweiten Planetengetriebe 66 ein Hochschalten stattfindet. Vor dem Schalten der Bereichsgetriebevorrichtung 16 in die Position des hohen Ganges wird die Bereichsgetriebevorrichtung 16 in einen neutralen Gang geschaltet, wodurch es möglich wird, die Geschwindigkeit zwischen zweiten Planetengetriebekomponenten 70, 72, 74, 78 in dem zweiten Planetengetriebe 66 zu synchronisieren. Aus diesem Grund kann ein Gangschalten in der Getriebevorrichtung 6 unter Verwendung einer geringen Energiemenge ermöglicht werden. Außerdem ermöglicht das Verfahren ein Gangschalten in einem Getriebe 6 in einer kurzen Zeitperiode.
Vorzugsweise umfassen die zweiten Planetengetriebekomponenten 70, 72, 74, 78 ein zweites Planetengetriebe 66 mit einem zweiten Ringrad 74, einem zweiten Sonnenrad 70 und einem zweiten Planetenträger 72, an dem mindestens ein zweites Planetenrad 78 drehbar montiert ist, wobei die Geschwindigkeit zwischen dem zweiten Planetenträger 72 und dem zweiten Sonnenrad 70 in Schritt d) synchronisiert wird. Mit einer solchen Konfiguration der Bereichsgetriebevorrichtung 16 kann die Anzahl von Gängen in dem Getriebe 6 verdoppelt werden. Außerdem wird ein Gangschalten in einer kurzen Zeitperiode in einer solchen Bereichsgetriebevorrichtung 16 ermöglicht. Die zweite elektrische Maschine 52 wird verwendet, um das zweite Sonnenrad 70 zu bremsen, um das zweite Sonnenrad 70 mit dem zweiten Planetenträger 72 zu verbinden. Gemäß dieser Ausführungsform kann die Verlangsamung der Geschwindigkeit des zweiten Sonnenrades 70 auf die gleiche Geschwindigkeit wie der zweite Planetenträger 72 ausgeführt werden, indem die zweite elektrische Maschine 52 in einen Bremsmodus geschaltet wird. Die zweite elektrische Maschine 52 wird somit bewirken, dass das zweite Sonnenrad 70 sich mit einer solchen Geschwindigkeit in Beziehung zu dem zweiten Träger 72 dreht.
Vorzugsweise wird das Drehmomentgleichgewicht in der Bereichsgetriebevorrichtung 16 in Schritt b) zwischen dem zweiten Ringrad 74 und einem Getriebegehäuse 68 erzeugt.
Vorzugsweise wird das zweite Ringrad 74 in Schritt c) aus dem Getriebegehäuse 68 durch ein zweites Kopplungselement 86 freigegeben.
Vorzugsweise wird der Gang in der Bereichsgetriebevorrichtung 16 in Schritt e) durch Verbinden des zweiten Planetenträgers 72 mit dem zweiten Sonnenrad 70 eingelegt. Somit wird die Bereichsgetriebevorrichtung in die Position des hohen Ganges geschaltet.
Vorzugsweise umfasst das Getriebe 6 eine Hauptgetriebevorrichtung 14 und eine Split-Getriebevorrichtung 12, und werden in Schritt g) Gänge in der Hauptgetriebevorrichtung 14 und/oder in der Split-Getriebevorrichtung 12 in einen neutralen Gang geschaltet. Wenn Gänge in der Hauptgetriebevorrichtung 14 und in der Split-Getriebevorrichtung 12 in einen neutralen Gang geschaltet werden, werden sowohl die Hauptgetriebevorrichtung 14 als auch die Split-Getriebevorrichtung 12 gleichzeitig vorbereitet, um vor dem Gangschalten synchronisiert zu werden.
Dadurch kann ein Gangschalten in einer kurzen Zeitperiode ermöglicht werden. Die Drehmomentübertragungselemente in dem Getriebe 6 sind gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine Vorlegewelle 22, eine Hauptwelle 20 und an diesen Wellen angeordnete Zahnräder 30a-30c, 32a-32c.
Vorzugsweise werden die Getriebe in der Hauptgetriebevorrichtung 14 und/oder in der Split-Getriebevorrichtung 12 in Schritt i) eingelegt. Die Gänge der Hauptwelle 14 und in der Split-Getriebevorrichtung 12 können nacheinander eingelegt werden. Dadurch wird ein Gangschalten in einer kurzen Zeitperiode ermöglicht.
Vorzugsweise umfassen die ersten Planetenradkomponenten 26, 28, 34, 36 des ersten Planetengetriebes 24 ein erstes Ringrad 26, ein erstes Sonnenrad 26 und einen ersten Planetenträger 34, an dem mindestens ein erstes Planetenrad 36 drehbar montiert ist, wobei der erste Planetenträger 34 mit der Antriebswelle 18 verbunden ist. Ein solches erstes Planetengetriebe ersetzt eine herkömmliche Kupplung, was dazu führt, dass Gangschalten in einer kurzen Zeitperiode ermöglicht wird.
Vorzugsweise ist die erste elektrische Maschine 50 an dem ersten Sonnenrad 28 angeordnet und die zweite elektrische Maschine 52 an dem ersten Ringrad 26 angeordnet. Eine solche Konfiguration der ersten und zweiten elektrischen Maschine 50, 52 an den ersten Planetengetriebekomponenten 24 ermöglicht die Erzeugung eines Drehmomentgleichgewichtes und einer Synchronisierung, um Gänge in dem Getriebe 6 zu schalten. Somit wird ein Gangschalten in einer kurzen Zeitperiode und ohne die Notwendigkeit eines elektrischen Speichers 60 ermöglicht.
Vorzugsweise wird das Drehmomentgleichgewicht in Schritt a) zwischen dem ersten Sonnenrad 28 und dem ersten Planetenträger 34 erzeugt. Unter Verwendung der ersten und zweiten elektrischen Maschine 50, 52 zum Erzeugen eines Drehmomentgleichgewichts zwischen mindestens zwei des ersten Sonnenrades 28 und des ersten Planetenträgers 34 und deren Trennung durch ein erstes Kopplungselement 38 wird ein Gangschalten in einer kurzen Zeitperiode ermöglicht. Außerdem kann die herkömmliche Kupplung ersetzt werden.
Vorzugsweise sind die mindestens zwei der ersten Planetengetriebekomponenten 26, 28, 34, 36 in Schritt a), die durch das erste Kopplungselement 38 voneinander getrennt werden, das erste Sonnenrad 28 und der erste Planetenträger 34. Wenn ein Drehmomentgleichgewicht zwischen dem ersten Sonnenrad 28 und dem ersten Planetenträger 34 erzeugt wurde, können diese durch ein erstes Kopplungselement 38 getrennt werden, das eine erste axial verlagerbare Muffe 40 umfasst, die mit Keilen versehen ist. Somit wird Gangschalten in einer kurzen Zeitperiode ermöglicht.
Vorzugsweise wird die Geschwindigkeit zwischen drehbaren Drehmomentübertragungselementen 18, 22, 30d-30e, 32d-32e in Schritt h) durch Beschleunigen der zweiten elektrischen Maschine 52 synchronisiert, so dass die Antriebswelle 18 eine synchronisierte Geschwindigkeit für ein Gangschalten in einer Split-Getriebevorrichtung 12 in dem Getriebe 6 erreicht. Die Beschleunigung der Antriebswelle 18 durch die zweite elektrische Maschine 52 ermöglicht ein Gangschalten in einer kurzen Zeitperiode.
Der Bremsmechanismus 58, der mit der Vorlegewelle 22 verbunden ist, kann zur Verzögerung der Vorlegewelle 22 beim Gangschalten in der Split-Getriebevorrichtung 12 vorgesehen sein.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Geschwindigkeit zwischen drehbaren Drehmomentübertragungselementen in Schritt h) durch eine Synchronisierungsvorrichtung 65 synchronisiert, die in der Split-Getriebevorrichtung 12 in dem Getriebe 6 angeordnet ist, so dass die Antriebswelle 18 eine synchronisierte Geschwindigkeit für ein Gangschalten in der Split-Getriebevorrichtung 12 erreicht.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Geschwindigkeit zwischen drehbaren Drehmomentübertragungselementen 20, 22, 30a-30d, 32a-32d in Schritt i) durch Beschleunigen der Vorlegewelle 22 in dem Getriebe 6 durch die zweite elektrische Maschine 52 synchronisiert, so dass ein Zahnrad 30a-30d in einer Hauptgetriebeeinrichtung eine synchronisierte Geschwindigkeit für ein Gangschalten in der Hauptgetriebeeinrichtung 14 in dem Getriebe 6 erreicht.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren den weiteren Schritt des: j) Synchronisierens der Geschwindigkeit zwischen mindestens zwei der ersten Planetengetriebekomponenten 26, 28, 34, 36 durch die erste und die zweite elektrische Maschine 50, 52 und in Angriff Bringens mindestens zwei der ersten Planetengetriebekomponenten 26, 28, 34, 36 aneinander durch das erste Kopplungselement 38.
Vorzugsweise sind die mindestens zwei der Planetengetriebekomponenten 26, 28, 34, 36, die durch das erste Kopplungselement 38 in Schritt j) in Angriff aneinander gebracht werden, das erste Sonnenrad 28 und der erste Planetenträger 34.
Vorzugsweise wird das Drehmomentgleichgewicht in Schritt b) auch durch einen mit dem ersten Planetengetriebe 24 verbundenen Verbrennungsmotor 4 erzeugt.
Wenn Drehmomentgleichgewicht und Synchronisierung durch die erste und zweite elektrische Maschine 50, 52 erzeugt werden, dreht der Verbrennungsmotor eine der elektrischen Maschinen 50, 52, was elektrische Energie für die andere elektrische Maschine 50, 52 erzeugt. Somit ist kein elektrischer Akkumulator zum Drehen der elektrischen Maschinen 50, 52 notwendig. Aus diesem Grund kann ein Gangschalten in der Getriebevorrichtung 6 unter Verwendung einer geringen Energiemenge ermöglicht werden.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Computerprogramm P und ein Computerprogrammprodukt zum Ausführen der Verfahrensschritte. Das Computerprogramm P steuert das Gangschalten in dem Getriebe 6, wobei das Computerprogramm P einen Programmcode umfasst, um zu bewirken, dass eine elektronische Steuereinheit 100 oder ein mit der elektronischen Steuereinheit 100 verbundener Computer 104 die Verfahrensschritte gemäß der vorliegenden Erfindung, wie hierin erwähnt, ausführt, wenn das Computerprogramm P auf der elektronischen Steuereinheit 100 oder auf einem mit der elektronischen Steuereinheit 100 verbundenen Computer 104 ausgeführt wird.
Positionsdetektoren 106, die in dem Getriebe 6 angeordnet sind, sind mit der elektronischen Steuereinheit 100 verbunden. Die Positionsdetektoren 106 stellen der elektronischen Steuereinheit 100 Information über die axiale Position von entsprechenden axial beweglichen Kopplungsmuffen 40, 88 bereit.
Das Computerprogramm P umfasst einen Programmcode, der durch eine elektronische Steuereinheit 100 oder einen mit der elektronischen Steuereinheit 100 verbundenen Computer 104 in einem Medium gespeichert wird, um die Verfahrensschritte gemäß der vorliegenden Erfindung wie hierin erwähnt auszuführen, wenn das Computerprogramm P auf der elektronischen Steuereinheit 100 oder einem mit der elektronischen Steuereinheit 100 verbundenen Computer 104 ausgeführt wird. Alternativ kann das Computerprogramm P direkt in einem internen Speicher M in der elektronischen Steuereinheit 100 oder in einem mit der elektronischen Steuereinheit 100 verbundenen Computer 104 gespeichert werden, der ein Computerprogramm P zur Ausführung der Verfahrensschritte gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst, wenn das Computerprogramm P auf der elektronischen Steuereinheit 100 oder einem mit der elektronischen Steuereinheit 100 verbundenen Computer 104 ausgeführt wird.
Die vorstehend dargelegten Komponenten und Merkmale können innerhalb des Rahmens der Erfindung zwischen den verschiedenen dargestellten Ausführungen kombiniert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008001650 [0008]
WO 2012084331 [0009]

Claims

Verfahren zum Gangschalten in einem Getriebe (6), das eine Antriebswelle (18) und eine Abtriebswelle (84), die mit einer Kardanwelle (10) verbunden werden kann; ein erstes Planetengetriebe (24) mit ersten Planetengetriebekomponenten (26, 28, 34, 36), das mit der Antriebswelle (18) verbunden ist; eine erste und eine zweite elektrische Maschine (50, 52), die vorgesehen sind, um das erste Planetengetriebe (24) zu drehen und abzubremsen; und eine Bereichsgetriebevorrichtung (16), die zwischen der Antriebswelle (18) und der Abtriebswelle (84) angeordnet ist, wobei die Bereichsgetriebevorrichtung (16) ein zweites Planetengetriebe (66) mit zweiten Planetengetriebekomponenten (70, 72, 74, 78) umfasst, umfasst, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: a) Erzeugen eines Drehmomentgleichgewichts zwischen mindestens zwei der ersten Planetengetriebekomponenten (26, 28, 34, 36) durch die erste und die zweite elektrische Maschine (50, 52) und Trennen mindestens zwei der ersten Planetengetriebekomponenten (26, 28, 34, 36) voneinander durch ein erstes Kopplungselement (38), b) Erzeugen eines Drehmomentgleichgewichts in der Bereichsgetriebevorrichtung (16) durch die erste und die zweite elektrische Maschine (50, 52); c) Gangschalten in der Bereichsgetriebevorrichtung (16) in einen neutralen Gang, so dass die zweiten Planetengetriebekomponenten (70, 72, 74, 78) sich bezüglich einander frei drehen, d) Synchronisieren der Geschwindigkeit zwischen zweiten Planetengetriebekomponenten (70, 72, 74, 78) in der Bereichsgetriebevorrichtung (16) durch mindestens eine der ersten und der zweiten elektrischen Maschine (50, 52) und e) Einlegen eines Ganges in der Bereichsgetriebevorrichtung (16) durch Verbinden von mindestens zwei zweiten Planetengetriebekomponenten (70, 72, 74, 78) miteinander.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweiten Planentengetriebekomponenten (70, 72, 74, 78) des zweiten Planetengetriebes (66) ein zweites Ringrad (74), ein zweites Sonnenrad (70) und einen zweiten Planetenträger (72) umfassen, an dem mindestens ein zweites Planetenrad (78) drehbar montiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt d) ein Synchronisieren der Geschwindigkeit zwischen dem zweiten Planetenträger (72) und dem zweiten Sonnenrad (70) ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) ein Erzeugen eines Drehmomentgleichgewichts in der Bereichsgetriebevorrichtung (16) zwischen dem zweiten Ringrad (74) und einem Getriebegehäuse (68) ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) ein Freigeben des zweiten Ringrads (74) aus dem Getriebegehäuse (68) durch ein zweites Kopplungselement (86) ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt e) ein Einlegen des Gangs in der Bereichsgetriebevorrichtung (16) durch Verbinden des zweiten Planetenträgers (72) und des zweiten Sonnenrads (70) ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: f) Erzeugen eines Drehmomentgleichgewichts in einer Hauptgetriebevorrichtung (14) und/oder in einer Split-Getriebevorrichtung (12) in dem Getriebe (6) durch die erste und die zweite elektrische Maschine (50, 52), g) Gangschalten in der Hauptgetriebevorrichtung (14) und/oder in der Split-Getriebevorrichtung (12) in einen neutralen Gang, h) Synchronisieren der Geschwindigkeit zwischen drehbaren Drehmomentübertragungselementen (18, 22, 30d-30e, 32d-32e) in der Split-Getriebevorrichtung (14) und Einlegen eines Gangs in der Split-Getriebevorrichtung (12), und i) Synchronisieren der Geschwindigkeit zwischen drehbaren Drehmomentübertragungselementen (20, 22, 30a-30d, 32a-32d) in der Hauptgetriebevorrichtung (14) und Einlegen eines Gangs in der Hauptgetriebevorrichtung (14).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Planetengetriebekomponenten (26, 28, 34, 36) des ersten Planetengetriebes (24) ein erstes Ringrad (26), ein erstes Sonnenrad (28) und einen ersten Planetenträger (34) umfassen, an dem mindestens ein erstes Planetenrad (36) drehbar montiert ist, dessen erster Planetenträger (34) mit der Antriebswelle (18) verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrische Maschine (50) an dem ersten Sonnenrad (28) angeordnet ist und die zweite elektrische Maschine (52) an dem ersten Ringrad (26) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) das Drehmomentgleichgewicht zwischen dem ersten Sonnenrad (28) und dem ersten Planetenträger (34) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) die mindestens zwei der Planetengetriebekomponenten (26, 28, 34, 36), die voneinander durch das erste Kopplungselement (38) getrennt werden, das erste Sonnenrad (28) und der erste Planetenträger (34) sind.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt h) durch Beschleunigen der zweiten elektrischen Maschine (52) die Geschwindigkeit zwischen den drehbaren Drehmomentübertragungselementen (18, 22, 30d-30e, 32d-32e) synchronisiert wird, so dass die Antriebswelle (18) eine synchronisierte Geschwindigkeit für ein Gangschalten in einer Split-Getriebevorrichtung (12) in dem Getriebe (6) erreicht.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt h) durch eine Synchronisierungsvorrichtung (65), die in der Split-Getriebevorrichtung (12) in dem Getriebe (6) angeordnet ist, die Geschwindigkeit zwischen drehbaren Drehmomentübertragungselementen (18, 22, 30d-30e, 32d-32e) synchronisiert wird, so dass die Antriebswelle (18) eine synchronisierte Geschwindigkeit für ein Gangschalten in einer Split-Getriebevorrichtung (12) erreicht.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt i) die Geschwindigkeit zwischen drehbaren Drehmomentübertragungselementen (20, 22, 30a-30d, 32a-32d) durch Beschleunigen der Vorlegewelle (22) in dem Getriebe (6) durch die zweite elektrische Maschine (52) synchronisiert wird, so dass ein Zahnrad (30a-30d) in einer Hauptgetriebeeinrichtung (14) eine synchronisierte Geschwindigkeit für ein Gangschalten in der Hauptgetriebeeinrichtung (14) in dem Getriebe (6) erreicht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt: j) Synchronisieren der Geschwindigkeit zwischen mindestens zwei der ersten Planetengetriebekomponenten (26, 28, 34, 36) durch die erste und die zweite elektrische Maschine (50, 52) und in Angriff Bringen mindestens zwei der ersten Planetengetriebekomponenten (26, 28, 34, 36) aneinander durch das erste Kopplungselement (38).
Verfahren nach Ansprüchen 9 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt j) die mindestens zwei der Planetengetriebekomponenten (26, 28, 34, 36), die durch das erste Kopplungselement (38) in Angriff aneinander gebracht werden, das erste Sonnenrad (28) und der erste Planetenträger (34) sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmomentgleichgewicht in Schritt b) auch durch einen mit dem ersten Planetengetriebe (24) verbundenen Verbrennungsmotor (4) erzeugt wird.
Getriebe (6), das eine Antriebswelle (18) und eine Hauptwelle (20) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (6) gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16 gesteuert wird.
Fahrzeug (1), das ein Getriebe (6) umfasst, das eine Antriebswelle (18) und eine Hauptwelle (20) und eine erste und eine zweite elektrische Maschine (50, 52), die an der Antriebswelle (18) angeordnet sind, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (6) gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16 gesteuert wird.
Computerprogramm (P) zum Steuern des Gangschaltens in einem Getriebe (6), wobei das Computerprogramm (P) einen Programmcode umfasst, um zu bewirken, dass eine elektronische Steuereinheit (100) oder ein anderer mit der elektronischen Steuereinheit (100) verbundener Computer (104) die Schritte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16 ausführt.
Computerprogrammprodukt, das einen Programmcode umfasst, der in einem Medium gespeichert ist, das von einem Computer (104) zum Ausführen der Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 1 bis 16 lesbar ist, wobei der Programmcode auf einer elektronischen Steuereinheit (100) oder einem anderen mit der elektronischen Steuereinheit (100) verbundenen Computer (104) ausgeführt wird.