DE112018005887T5 - Verfahren und Steueranordnung zum Schalten eines Getriebes eines Antriebsstrangs für ein Fahrzeug - Google Patents

Verfahren und Steueranordnung zum Schalten eines Getriebes eines Antriebsstrangs für ein Fahrzeug Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schalten eines Getriebes (4) eines Antriebsstrangs (2) eines Fahrzeugs (1). Der Antriebsstrang (2) weist eine elektrische Maschine (6), ein in dem Getriebe (4) vorhandenes Planetengetriebe (18), das mit der elektrischen Maschine (6) verbunden ist, und eine Abtriebswelle (38) des Getriebes (4) auf, die mit dem Planetengetriebe (18) verbindbar ist. Das Planetengetriebe (18) umfasst ein Hohlrad (22), ein Sonnenrad (24), einen Planetenradträger (26) und mindestens ein Planetenrad (28), das drehbar auf dem Planetenradträger (26) angeordnet ist. Das Verfahren umfasst den Schritt des Änderns (s101) der Drehrichtung der elektrischen Maschine (6) während eines Schaltens aus einem Gang in einen anderen in dem Getriebe (4). Die Erfindung betrifft auch eine Steueranordnung zum Schalten eines Getriebes (4) eines Antriebsstrangs (2) eines Fahrzeugs (1). Die Erfindung betrifft ferner einen Antriebsstrang (2) für ein Fahrzeug und ein Fahrzeug (2), das mit einem solchen Antriebsstrang (2) ausgestattet ist. Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogrammprodukt (P) und ein computerlesbares Medium.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Steueranordnung zum Schalten eines Getriebes eines Antriebsstrangs für ein Fahrzeug. Die Erfindung betrifft auch einen Antriebsstrang für ein Fahrzeug und ein Fahrzeug, das mit einem solchen Antriebsstrang ausgestattet ist. Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogrammprodukt und ein computerlesbares Medium. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Steueranordnung für einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs, welches ausschließlich mit Batterien betrieben ist, sogenannte BEV-Fahrzeuge.
  • HINTERGRUND UND STAND DER TECHNIK
  • Antriebsstränge für Fahrzeuge, die mit einer elektrischen Maschine als einzige Antriebsquelle versehen sind, können ein Getriebe mit einem ersten Gang aufweisen, um Anforderungen hinsichtlich Anfahrfähigkeit und Steigfähigkeit erfüllen zu können. Das Übersetzungsverhältnis des ersten Gangs in dem Getriebe kann auf dem Gewicht und dem Typ des Fahrzeugs basieren. Das Getriebe kann auch höhere Gänge aufweisen, um die elektrische Maschine unter Betriebsbedingungen betreiben zu können, bei denen der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine gut oder optimal sein kann.
  • Das Getriebe kann zwischen der elektrischen Maschine und einer mit den Antriebsrädern des Fahrzeugs gekoppelten Gelenkwelle vorgesehen sein. Das Getriebe kann eine mit der elektrischen Maschine gekoppelte Eingangswelle und eine mit der Gelenkwelle gekoppelte Abtriebswelle aufweisen. Das Getriebe kann ein Planetengetriebe umfassen, das mit einer elektrischen Maschine verbunden sein kann. Das Planetengetriebe kann mit der Abtriebswelle verbunden sein. Die Gänge in dem Getriebe können durch Verbinden und Trennen von Komponenten des Planetengetriebes geschaltet werden.
  • Planetengetriebe können drei Komponenten umfassen, die drehbar relativ zueinander angeordnet sind, nämlich ein Sonnenrad, einen Planetenradträger mit Planetenrädern und ein Hohlrad. Bei Kenntnis der Anzahl der Zähne des Sonnenrades und des Hohlrades kann die relative Drehzahl der drei Komponenten während des Betriebs bestimmt werden. Die drei Komponenten können drehbar sein und können abwechselnd mit einer Eingangswelle verbunden sein. Die Planetenräder können drehbar auf dem Planetenradträger montiert sein. Die Planetenräder können mit dem Sonnenrad in Eingriff stehen. Das Hohlrad kann die Planetenräder umgeben und mit diesen in Eingriff stehen. Das Hohlrad kann zum Schalten axial verschiebbar sein. Wenn das Hohlrad axial verschoben wird, kann das Hohlrad mit dem Sonnenrad, dem Planetenradträger und/oder einem Gehäuse, das das Planetengetriebe umgeben kann, verbunden werden. Die drei Komponenten können abwechselnd mit einer Abtriebswelle verbunden sein.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Zur Optimierung hinsichtlich der Anfahrfähigkeit des Fahrzeugs und des Wirkungsgrads einer elektrischen Maschine als Antriebsquelle kann jedoch ein Antriebsstrang erforderlich sein, der ein Getriebe mit unterschiedlichen auswählbaren Übersetzungsverhältnissen umfassen kann. Es kann ferner ein Bedarf bestehen, einen Antriebsstrang zu entwickeln, der ein Getriebe umfassen kann, das eine Mehrzahl von Gängen haben kann, die unterschiedliche Betriebsbedingungen für verschiedene Arten von Fahrzeugen abdecken können.
  • Das Ziel der Erfindung kann es daher sein, ein Verfahren zum Schalten eines Getriebes eines Antriebsstrangs für ein Fahrzeug anzugeben, wobei das Getriebe unterschiedliche auswählbare Übersetzungsverhältnisse aufweisen kann.
  • Ein weiteres Ziel der Erfindung kann es sein, ein Verfahren zum Schalten eines Getriebes eines Antriebsstrangs für ein Fahrzeug anzugeben, wobei das Getriebe mehrere Gänge haben kann, die unterschiedliche Betriebsbedingungen für verschiedene Arten von Fahrzeugen abdecken können.
  • Diese Ziele können durch das Verfahren gemäß den beigefügten Ansprüchen erreicht werden.
  • Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren zum Schalten eines Getriebes eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs den Schritt des Änderns der Drehrichtung der elektrischen Maschine beim Schalten von einem Gang in einen anderen in dem Getriebe. Der Antriebsstrang kann eine elektrische Maschine, ein in dem Getriebe vorgesehenes Planetengetriebe, das mit der elektrischen Maschine verbunden sein kann, und eine Abtriebswelle des Getriebes aufweisen, die mit dem Planetengetriebe verbindbar sein kann. Das Planetengetriebe kann ein Hohlrad, ein Sonnenrad, einen Planetenradträger und mindestens ein erstes Planetenrad umfassen, das drehbar auf dem Planetenradträger angeordnet ist.
  • Das Verfahren kann es ermöglichen, das Getriebe zwischen einer Mehrzahl von Gängen zu schalten, die unterschiedliche Betriebsbedingungen für verschiedene Arten elektrischer Fahrzeuge abdecken können. Das Getriebe umfasst ein Planetengetriebe und einige der Komponenten in dem Planetengetriebe können sich in verschiedene Richtungen drehen. Somit kann es möglich sein, die Drehrichtung der elektrischen Maschine zu wechseln, um die Drehrichtung der elektrischen Maschine einer Drehrichtung einer bestimmten Komponente des Planetengetriebes anzupassen. Im Vergleich zu beispielsweise einem Verbrennungsmotor kann die elektrische Maschine ohne eine Verwendung komplexer Komponenten dazu ausgelegt sein, die Drehrichtung zu ändern.
  • Das Getriebe kann nur ein Planetengetriebe aufweisen. Somit kann es möglich sein, das Getriebe zwischen einer Mehrzahl von Gängen zu schalten, die unterschiedliche Betriebsbedingungen für verschiedene Arten elektrischer Fahrzeuge unter Verwendung lediglich eines Planetengetriebes in dem Getriebe abdecken.
  • Die Antriebsquelle des Antriebsstrangs kann ausschließlich elektrisch angetrieben sein. Beispielsweise kann das Fahrzeug ein batterieelektrisches Fahrzeug, BEV, sein. Dem Antriebsstrang kann somit ein Verbrennungsmotor fehlen.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann das Verfahren ferner den Schritt umfassen, vor dem Schritt des Änderns der Drehrichtung der elektrischen Maschine, wenn das Hohlrad arretiert und an einer Drehung gehindert werden kann und der Planetenradträger mit der Abtriebswelle verbunden sein kann, so dass ein erster Gang in dem Getriebe eingelegt ist: Verhindern, dass sich der Planetenradträger dreht. Wenn das Planetengetriebe stillstehen kann, kann der Planetenradträger durch Verblocken des Planetenradträgers mit einer Komponente, die stillstehen kann, beispielsweise das Getriebegehäuse, an einer Drehung gehindert werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann der Planetenradträger an einer Drehung gehindert werden durch Verbinden des Planetenradträgers mit einem Getriebegehäuse mittels eines ersten Verbindungselements. Der Planetenradträger kann wirksam arretiert und an einer Drehung gehindert werden, wenn der Planetenradträger mit dem Getriebegehäuse verbunden werden kann. Das erste Verbindungselement kann eine axial verlagerbare Hülse sein, die mit einer Keilverzahnung versehen ist, welche sich mit einer entsprechenden Keilverzahnung verbinden kann, die auf dem Getriebegehäuse und auf dem Planetenradträger angeordnet ist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann das Verfahren ferner den Schritt umfassen, vor dem Schritt des Verhinderns, dass der Planetenradträger sich dreht: Verringern der Drehzahl des Planetengetriebes bis zu einem Stillstand. Wenn das Planetengetriebe stillstehen kann, können Komponenten des Planetengetriebes einfach miteinander verbunden oder voneinander getrennt werden. Wenn das Planetengetriebe stillsteht, können Komponenten des Planetengetriebes einfach arretiert werden durch Verbinden derselben mit beispielsweise dem Getriebegehäuse. Die Drehzahl des Planetengetriebes kann mittels der elektrischen Maschine oder einer Bremsanordnung bis zu einem Stillstand verringert werden. In der vorliegenden Beschreibung bedeutet der Ausdruck „Stillstand“ im Wesentlichen einen Stillstand und kann einen geringen Drehzahlunterschied zwischen den verschiedenen Komponenten des Planetengetriebes beim Schalten von Gängen einschließen. Der geringe Drehzahlunterschied zwischen den Komponenten kann die Verbindung der Komponenten des Planetengetriebes vereinfachen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Drehzahl des Planetengetriebes mittels der elektrischen Maschine bis zu einem Stillstand verringert werden. Die elektrische Maschine kann auch als ein Generator angeordnet sein, der ein Bremsmoment auf das Planetengetriebe erzeugt. Somit kann die elektrische Maschine das Planetengetriebe bei manchem Schaltschritt abbremsen. Dieses Bremsmoment kann die Drehzahl des Planetengetriebes bis zu einem Stillstand reduzieren. Es kann jedoch eine geringe Drehzahldifferenz zwischen den verschiedenen Komponenten des Planetengetriebes beim Schalten von Gängen existieren. Deshalb kann die elektrische Maschine das Planetengetriebe bei manchem Schaltschritt abbremsen. Dieses Bremsmoment kann die Drehzahl des Planetengetriebes solchermaßen verringern, dass ein geringer Drehzahlunterschied zwischen den verschiedenen Komponenten des Planetengetriebes besteht.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann das Verfahren ferner den Schritt umfassen, vor dem Schritt des Verringerns der Drehzahl der elektrischen Maschine bis zu einem Stillstand: Trennen der Abtriebswelle von dem Planetengetriebe. Wenn die Abtriebswelle von dem Planetengetriebe getrennt ist, kann kein Drehmoment oder keine Drehzahl von der Abtriebswelle das Planetengetriebe beeinflussen. Dies kann ein Schalten von Gängen in dem Getriebe vereinfachen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann das Verfahren ferner den Schritt umfassen, vor dem Schritt des Trennens der Abtriebswelle von dem Planetengetriebe: Erzeugen eines Drehmomentausgleichs zwischen dem Planetenradträger und der Abtriebswelle mittels der elektrischen Maschine. Beim Schalten von Gängen in dem Getriebe können manche der Komponenten des Planetengetriebes getrennt werden und andere Komponenten können danach oder gleichzeitig verbunden werden. Vor einem Trennen der Abtriebswelle von dem Planetengetriebe kann zwischen dem Planetenradträger und der Abtriebswelle mittels der elektrischen Maschine ein Drehmomentausgleich erzeugt werden. Dies kann erreicht werden durch Feststellen des Drehmoments auf dem Rotor der elektrischen Maschine und Feststellen des Drehmoments auf der Abtriebswelle. Ein Drehmomentausgleich ist erzielt, wenn kein Drehmoment oder ein geringes Maß an Drehmoment zwischen dem Planetenradträger und der Abtriebswelle übertragen werden kann.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann das Verfahren ferner den Schritt umfassen, nach dem Schritt des Änderns der Drehrichtung der elektrischen Maschine: Synchronisieren der Drehzahl zwischen dem Hohlrad und der Abtriebswelle mittels der elektrischen Maschine. Wenn die Drehrichtung der elektrischen Maschine geändert wird, können das Hohlrad und die Abtriebswelle in derselben Richtung rotieren. Somit kann es möglich sein, die Drehzahl zwischen dem Hohlrad und der Abtriebswelle mittels der elektrischen Maschine zu synchronisieren.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann das Verfahren ferner den Schritt umfassen, nach dem Schritt des Synchronisierens der Drehzahl zwischen dem Hohlrad und der Abtriebswelle mittels der elektrischen Maschine: Verbinden des Hohlrads und der Abtriebswelle. Wenn die Drehzahl des Hohlrads und der Abtriebswelle synchronisiert ist, können das Hohlrad und die Abtriebswelle verbunden werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung können das Hohlrad und die Abtriebswelle durch ein zweites Verbindungselement verbunden werden. Das Hohlrad kann mittels des zweiten Verbindungselements effektiv mit der Abtriebswelle verbunden werden. Das zweite Verbindungselement kann eine axial verlagerbare Hülse sein, die mit einer Keilverzahnung versehen ist, welche sich mit einer entsprechenden Keilverzahnung verbinden kann, die auf dem Getriebegehäuse und auf dem Planetenradträger angeordnet ist.
  • Die Erfindung umfasst eine Steueranordnung zum Schalten eines Getriebes eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs, wobei der Antriebsstrang eine elektrische Maschine, ein in dem Getriebe vorgesehenes Planetengetriebe, das mit der elektrischen Maschine verbunden sein kann, und eine Abtriebswelle des Getriebes aufweisen kann, die mit dem Planetengetriebe verbindbar ist. Das Planetengetriebe kann ein Hohlrad, ein Sonnenrad, einen Planetenradträger und zumindest ein Planetenrad umfassen, das drehbar auf dem Planetenradträger angeordnet ist. Die Steueranordnung kann zum Ändern der Drehrichtung der elektrischen Maschine während eines Schaltens von einem Gang in einen anderen in dem Getriebe eingerichtet sein. Die Steueranordnung kann es ermöglichen, das Getriebe zwischen einer Mehrzahl von Gängen zu schalten, die unterschiedliche Betriebsbedingungen für verschiedene Arten von Fahrzeugen abdecken können. Das Getriebe kann ein Planetengetriebe umfassen und einige der Komponenten in dem Planetengetriebe können in verschiedenen Richtungen rotieren. Somit kann es möglich sein, die Drehrichtung der elektrischen Maschine zu wechseln, um die Drehrichtung der elektrischen Maschine an eine Drehrichtung einer bestimmten Komponente des Planetengetriebes anzupassen. Im Vergleich zu beispielsweise einem Verbrennungsmotor kann die elektrische Maschine ohne Verwendung komplexer Komponenten dazu ausgelegt werden, die Drehrichtung zu ändern.
  • Es versteht sich, dass die für das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Ausführungsformen alle auf die Steueranordnung anwendbar sind.
  • Die Ziele werden auch erreicht durch einen Antriebsstrang, der mit der vorgenannten Steueranordnung und einer elektrischen Maschine ausgestattet ist, die für einen Vortrieb des Fahrzeugs angeordnet und mit dem Getriebe verbunden ist.
  • Die Ziele werden auch durch ein Fahrzeug gemäß den anhängenden Ansprüchen erreicht, das mit dem vorgenannten Antriebsstrang ausgerüstet ist.
  • Weitere Ziele, Vorteile und neuartige Merkmale der Erfindung werden für einen Fachmann aus den folgenden Details und durch Ausübung der Erfindung ersichtlich. Zwar wird die Erfindung nachfolgend erläutert, jedoch versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die spezifisch beschriebenen Details beschränkt werden darf. Ein Fachmann, der Zugang zu den hier enthaltenen Lehren hat, wird weitere Anwendungen, Modifikationen und Verwendungen in anderen Bereichen erkennen, die im Umfang der Erfindung liegen.
  • Figurenliste
  • Es folgt eine beispielhafte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
    • 1 schematisch ein Fahrzeug in einer Seitenansicht mit einem Getriebe zeigt, welches durch ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform geschaltet werden kann,
    • 2 schematisch einen Querschnitt eines Getriebes zeigt, das durch ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform geschaltet werden kann,
    • 3 ein Schaltschema des Getriebes gemäß der Ausführungsform in 2 zeigt,
    • 4 ein Fließbild für ein Verfahren zum Schalten eines Getriebes eines Antriebsstrangs für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform zeigt,
    • 5 ein Fließbild für ein Verfahren zum Schalten eines Getriebes eines Antriebsstrangs für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform zeigt, und
    • 6 ein Schema einer Version einer Steueranordnung zum Schalten des Getriebes in dem Antriebsstrang des Fahrzeugs zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt schematisch ein Fahrzeug 1 in einer Seitenansicht, welches mit einem Antriebsstrang 2 versehen ist, der ein Getriebe 4 mit einem Getriebegehäuse 5 aufweisen kann. Das Getriebe 4 kann durch ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform geschaltet werden. Der Antriebsstrang 2 kann auch eine elektrische Maschine 6 als Antriebsquelle umfassen. Antriebsräder 10 können über eine Gelenkwelle 12 mit dem Getriebe 4 gekoppelt sein.
  • 2 zeigt schematisch einen Querschnitt eines Getriebes 4 gemäß einer Ausführungsform. Die elektrische Maschine 6 des Antriebsstrangs 2 kann mit einem Rotor 14 versehen sein. Das Getriebe 4 kann ein Planetengetriebe 18 umfassen.
  • Das Planetengetriebe 18 kann mit der elektrischen Maschine 6 verbunden sein. Das Planetengetriebe 18 kann ein Hohlrad 22, ein Sonnenrad 24, einen Planetenradträger 26 und mindestens ein Planetenrad 28 umfassen, das drehbar auf dem Planetenradträger 26 angeordnet ist.
  • Der Rotor 14 der elektrischen Maschine 6 kann mit dem Sonnenrad 24 verbunden sein. Das Sonnenrad 24 kann mittels eines ersten Verbindungselements 40 wahlweise mit dem Hohlrad 22 und dem Planetenradträger 26 verbunden werden. Das Hohlrad 22 und der Planetenradträger 26 kann mittels des ersten Verbindungselements 40 wahlweise mit dem Getriebegehäuse 5 verbunden werden. Das Hohlrad 22 und der Planetenradträger 26 kann mittels eines zweiten Verbindungselements 42 wahlweise mit einer Abtriebswelle 38 des Getriebes 4 verbunden werden. Die ersten und zweiten Verbindungselemente 40, 42 können als verlagerbare Hülsen ausgeführt sein, die mit Keilverzahnungen versehen sind, welche sich mit entsprechenden Keilverzahnungen verbinden, die auf dem Sonnenrad 24, dem Planetenradträger 26, dem Hohlrad 22, der Abtriebswelle 38 und auf dem Getriebegehäuse 5 vorhanden sind. Das erste Verbindungselement 40 kann mittels eines ersten Stellers 44 axial verlagert werden. Das zweite Verbindungselement 42 kann mittels eines zweiten Stellers 46 axial verlagert werden.
  • Beim Schalten von Gängen in dem Getriebe 4 können das Drehmoment und die Drehzahl der elektrischen Maschine 6 gesteuert werden. Deshalb kann wenigstens ein Sensor 48 am Antriebsstrang 8 angeordnet sein, um Drehmoment und Drehzahl des Rotors 14 zu detektieren und auch um eine Drehzahl der Abtriebswelle 38 zu detektieren.
  • Die elektrische Maschine 6, der erste Steller 44, der zweite Steller 46 und die Sensoren 48 können mit einer Steuereinheit 50 und/oder einem Computer 52 verbunden sein. Ein Computerprogramm P kann Instruktionen umfassen, die, wenn das Programm durch den Computer 52 ausgeführt wird, den Computer 52 dazu veranlassen können, Verfahrensschritte zum Schalten von Gängen in dem Getriebe 4 durchzuführen.
  • 3 zeigt ein Gangschaltschema des Getriebes 4 gemäß der Ausführungsform in 2. Das erste Verbindungselement 40 kann blockierbar und an einer Drehung gehindert sein, wenn das Getriebe 4 in einen ersten Gang geschaltet werden kann. Das erste Verbindungselement 40 kann mit dem Hohlrad 22 verbunden werden, welches durch das erste Verbindungselement 40 blockiert und an einer Drehung gehindert werden kann, wenn das Getriebe 4 in einen ersten Gang geschaltet werden kann. Das zweite Verbindungselement 42 kann den Planetenradträger 26 mit der Abtriebswelle 38 verbinden, wenn das Getriebe 4 in einen ersten Gang geschaltet werden kann. Wenn das Getriebe 4 in einen ersten Gang geschaltet werden kann und das Fahrzeug 1 sich in einer Vorwärtsrichtung bewegen kann, kann der Rotor 14 der elektrischen Maschine 6 sich in einer ersten Richtung drehen.
  • Wenn das Getriebe 4 in einen zweiten Gang geschaltet werden kann, kann die elektrische Maschine 6 dazu gesteuert werden, einen Drehmomentausgleich zwischen dem zweiten Verbindungselement 42, dem Planetenradträger 26 und der Abtriebswelle 38 zu erzeugen. Wenn ein Drehmomentausgleich erzielt werden konnte, kann das zweite Verbindungselement 42 in eine Neutralstellung verlagert werden. Danach kann das Planetengetriebe 18 mittels der elektrischen Maschine 6 bis zu einem Stillstand gestoppt werden. In der Stillstandsstellung des Planetengetriebes 8 kann das erste Verbindungselement 40 in eine Stellung verlagert werden, in der der Planetenradträger 26 arretiert und an einer Drehung gehindert werden kann. Danach kann der Rotor 14 mit einer Drehzahl in eine zweite Richtung gedreht werden, so dass die Drehzahl des Hohlrads 22 mit der Drehzahl der Abtriebswelle 38 synchronisiert werden kann. Wenn die Drehzahl des Hohlrads 22 mit der Drehzahl der Abtriebswelle 38 synchronisiert werden kann, wird das zweite Verbindungselement 42 verlagert, um das Hohlrad 22 mit der Abtriebswelle 38 zu verbinden. Das Fahrzeug 1 kann sich in dem zweiten Gang in der Vorwärtsrichtung bewegen. Es kann jedoch beim Schalten von Gängen ein geringer Drehzahlunterschied zwischen den verschiedenen Komponenten des Planetengetriebes 18 bestehen. Dieser geringe Drehzahlunterschied zwischen den Komponenten kann die Verbindung der Komponenten des Planetengetriebes 18 vereinfachen. Der geringe Drehzahlunterschied zwischen den Komponenten kann das axiale Verlagern der ersten und zweiten Verbindungselemente 40, 42 erleichtern.
  • Das Getriebe 4 kann durch zwei Schaltalternativen in einen dritten Gang geschaltet werden, abhängig davon, wie das Drehmoment durch das Getriebe 4 übertragen werden soll. Gemäß einer ersten Alternative kann die elektrische Maschine 6 dazu gesteuert werden, einen Drehmomentausgleich zwischen dem zweiten Verbindungselement 42, dem Hohlrad 22 und der Abtriebswelle 38 zu erzeugen. Wenn ein Drehmomentausgleich erzielt werden konnte, kann das zweite Verbindungselement 42 in eine Neutralstellung verlagert werden. Danach kann das Planetengetriebe 18 mittels der elektrischen Maschine 6 bis zu einem Stillstand gestoppt werden. In der Stillstandsposition des Planetengetriebes 18 kann das erste Verbindungselement 40 in eine Stellung verlagert werden, in der der Planetenradträger 26 mit dem Sonnenrad 24 verbunden werden kann. Danach kann der Rotor 14 mit einer Drehzahl in der ersten Richtung gedreht werden, so dass die Drehzahl des Planetenradträgers 26 mit der Drehzahl der Abtriebswelle 38 synchronisiert werden kann. Wenn die Drehzahl des Planetenradträgers 26 mit der Drehzahl der Abtriebswelle 38 synchronisiert ist, wird das zweite Verbindungselement 42 verlagert, um den Planetenradträger 26 mit der Abtriebswelle 38 zu verbinden. Das Fahrzeug 1 kann sich in dem dritten Gang in der Vorwärtsrichtung bewegen.
  • Gemäß einer zweiten Schaltalternative beim Schalten aus dem zweiten Gang in den dritten Gang kann die elektrische Maschine 6 dazu gesteuert werden, einen Drehmomentausgleich zwischen dem ersten Verbindungselement 40 und dem Planetenradträger 26 zu erzeugen. Wenn ein Drehmomentausgleich erzielt werden konnte, kann das erste Verbindungselement 40 in eine Neutralstellung verlagert werden. Danach kann der Rotor 14 mit einer Drehzahl in der ersten Richtung gedreht werden, so dass die Drehzahl des Planetenradträgers 26 mit der Drehzahl des Sonnenrads 24 synchronisiert werden kann. Wenn die Drehzahl des Planetenradträgers 26 mit der Drehzahl des Sonnenrads 24 synchronisiert ist, wird das erste Verbindungselement 40 verlagert, um den Planetenradträger 26 mit dem Sonnenrad 24 zu verbinden. Das zweite Verbindungselement 42 kann in seiner Stellung verbleiben, so dass das Hohlrad 22 mittels des zweiten Verbindungselements 42 mit der Abtriebswelle 38 verbunden ist. Das Fahrzeug 1 kann sich in dem dritten Gang in der Vorwärtsrichtung bewegen. Jedoch wird das Drehmoment über die Zähne der Planetenräder 28 und des Hohlrads 22 geführt, was zu einer Abnutzung der Kontaktflächen zwischen den Zähnen der Planetenräder 28 und des Hohlrads 22 führen kann.
  • Das Fahrzeug 1 kann sich in einer Rückwärtsrichtung bewegen, falls die elektrische Maschine 6 sich in einer entgegengesetzten Richtung zu der Richtung drehen kann, wenn das Fahrzeug 1 sich in der Vorwärtsrichtung bewegt.
  • 4 zeigt ein Fließbild für ein Verfahren zum Schalten eines Getriebes 4 eines Antriebsstrangs 2 für ein Fahrzeug 1 gemäß einer Ausführungsform. Gemäß der Ausführungsform kann das Verfahren zum Schalten eines Getriebes 4 eines Antriebsstrangs 2 eines Fahrzeugs 1 den Schritt des Änderns s101 der Drehrichtung der elektrischen Maschine 6 während eines Schaltens von einem Gang in einen anderen in dem Getriebe 4 umfassen. Beispielsweise kann die Drehrichtung der elektrischen Maschine 6 geändert werden, wenn aus einem Vorwärtsgang in einen folgenden (d. h. eine Stufe höher oder eine Stufe niedriger) Vorwärtsgang geschaltet wird. Der Antriebsstrang 2 kann eine elektrische Maschine 6 mit einem Rotor 14, einem in dem Getriebe 4 vorhandenen Planetengetriebe 18, das mit der elektrischen Maschine 6 verbunden sein kann, und einer Abtriebswelle 38 des Getriebes 4 umfassen, die mit dem Planetengetriebe 18 verbindbar sein kann. Das Planetengetriebe 18 kann ein Hohlrad 22, ein Sonnenrad 24, einen Planetenradträger 26 und mindestens ein Planetenrad 28 aufweisen, das drehbar auf dem Planetenradträger 26 angeordnet ist. Das Verfahren kann es ermöglichen, das Getriebe 4 zwischen einer Mehrzahl von Gängen zu schalten, die unterschiedliche Betriebsbedingungen für verschiedene Arten von Fahrzeugen 1 abdecken können. Das Getriebe 4 kann ein Planetengetriebe 18 umfassen und einige der Komponenten in dem Planetengetriebe 18 können sich in verschiedene Richtungen drehen. Somit kann es möglich sein, die Drehrichtung der elektrischen Maschine 6 zu wechseln, um die Drehrichtung der elektrischen Maschine 6 einer Drehrichtung einer bestimmten Komponente des Planetengetriebes 18 anzupassen. Im Vergleich zu beispielsweise einem Verbrennungsmotor kann die elektrische Maschine 6 ohne Verwendung komplexer Komponenten dazu ausgelegt werden, die Drehrichtung zu ändern.
  • 5 zeigt ein Fließbild für ein Verfahren zum Schalten eines Getriebes 4 eines Antriebsstrangs 2 für ein Fahrzeug 1 gemäß einer Ausführungsform. Das Verfahren kann ferner den Schritt umfassen, vor dem Schritt des Änderns s101 der Drehrichtung der elektrischen Maschine 6, wenn das Hohlrad 22 arretiert und an einer Drehung gehindert werden kann und der Planetenradträger 26 mit der Abtriebswelle 38 verbunden werden kann, so dass ein erster Gang in dem Getriebe 4 eingelegt ist: Verhindern s102, dass der Planetenradträger 26 sich dreht.
  • Das Verfahren kann ferner den Schritt umfassen, vor dem Schritt der Verhinderns s101, dass der Planetenradträger 26 sich dreht: Verringern s103 der Drehgeschwindigkeit des Planetengetriebes 18 bis zu einem Stillstand.
  • Das Verfahren kann ferner den Schritt umfassen, vor dem Schritt des Verringerns s103 der Drehzahl der elektrischen Maschine 6 bis zu einem Stillstand: Trennen s104 der Abtriebswelle 38 von dem Planetengetriebe 18.
  • Das Verfahren kann ferner den Schritt umfassen, vor dem Schritt des Trennens s104 der Abtriebswelle 38 von dem Planetengetriebe 18: Erzeugen s105 eines Drehmomentausgleichs zwischen dem Planetenradträger 26 und der Abtriebswelle 38 mittels der elektrischen Maschine 6.
  • Das Verfahren kann ferner den Schritt umfassen, nach dem Schritt des Änderns s101 der Drehrichtung der elektrischen Maschine 6: Synchronisieren s106 der Drehzahl zwischen dem Hohlrad 22 und der Abtriebswelle 38 mittels der elektrischen Maschine 6.
  • Das Verfahren kann ferner den Schritt umfassen, nach dem Schritt des Synchronisierens s106 der Drehzahl zwischen dem Hohlrad 22 und der Abtriebswelle 38 mittels der elektrischen Maschine 6: Verbinden s107 des Hohlrads 22 und der Abtriebswelle 38.
  • Das Verfahren kann nach dem Schritt s107 beendet sein. Die Schritte des Verfahrens müssen nicht notwendigerweise in der dargestellten Abfolge ausgeführt werden. Einige der Schritte können auch parallel ausgeführt werden.
  • 6 zeigt ein Schema einer Version einer Steueranordnung 500 zum Schalten des Getriebes 4 in dem Antriebsstrang 2 des Fahrzeugs 1. Die unter Bezugnahme auf 2 beschriebene Steuereinheit 50 kann in einer Version die Steueranordnung 500 enthalten. Die Steueranordnung 500 kann einen nichtflüchtigen Speicher 520, eine Datenverarbeitungseinheit 510 und einen Schreib/Lesespeicher 550 umfassen. Der nichtflüchtige Speicher 520 hat ein erstes Speicherelement 530, in dem ein Computerprogramm, z. B. ein Betriebssystem, zum Steuern der Funktion der Steueranordnung 500 gespeichert sein kann. Die Steueranordnung 500 kann ferner einen Buscontroller, einen seriellen Kommunikationsanschluss, Eingabe/Ausgabemittel, einen A/D-Wandler, eine Zeit- und Dateneingabe- und Übertragungseinheit, einen Ereigniszähler und einen Unterbrechungscontroller (nicht dargestellt) aufweisen. Der nichtflüchtige Speicher 520 kann auch ein zweites Speicherelement 540 aufweisen.
  • Das Computerprogrammprodukt kann Routinen umfassen zum Steuern des Schaltens des Getriebes 4 in dem Antriebsstrang 2 des Fahrzeugs 1. Ein Betriebsart-Diagramm könnte in dem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sein. Das Computerprogrammprodukt P kann Routinen zum Schalten zwischen verschiedenen Gängen in dem Getriebe 4 umfassen. Dies kann zumindest teilweise ausgeführt werden mittels der Steuereinheit 50 zum Steuern jeglicher der elektrischen Maschine 6, des ersten Stellers 44 und/oder des zweiten Stellers 46. Dies kann umfassen ein Zugreifen auf Information in dem nichtflüchtigen Speicher, wie beispielsweise Information hinsichtlich des Schaltschemas oder ähnliches.
  • Das Computerprogrammprodukt P kann Routinen umfassen zum Feststellen des Drehmoments und der Drehzahl der elektrischen Maschine 6 und der Abtriebswelle 38. Dies kann zumindest teilweise ausgeführt werden mittels der ersten Steuereinheit 50. Dies kann umfassen ein Empfangen von Information von jeglichem des zumindest einen Sensors 48. Dies kann ein wiederholtes Empfangen dieser Information umfassen. Das Programm P kann in einer ausführbaren Form oder in komprimierter Form in einem Speicher 560 und/oder in einem Schreib/Lese-Speicher 550 gespeichert sein.
  • Wo gesagt werden kann, dass die Datenverarbeitungseinheit 510 eine bestimmte Funktion ausführt, bedeutet dies, dass sie einen bestimmten Teil des Programms durchführt, welches in dem Speicher 560 gespeichert sein kann, oder einen bestimmten Teil des Programms, welches in dem Lese/Schreib-Speicher 550 gespeichert sein kann.
  • Die Datenverarbeitungseinheit 510 kann über einen Datenbus 515 mit einem Datenanschluss 599 kommunizieren. Der nichtflüchtige Speicher 520 kann zur Kommunikation mit der Datenverarbeitungseinheit 510 über einen Datenbus 512 vorgesehen sein. Der separate Speicher 560 kann dazu vorgesehen sein, mit der Datenverarbeitungseinheit über einen Datenbus 511 zu kommunizieren. Der Lese/Schreib-Speicher 550 kann dazu angeordnet sein, mit der Datenverarbeitungseinheit 510 über einen Datenbus 514 zu kommunizieren. Wenn Daten auf dem Datenanschluss 599 empfangen werden, können sie zeitweilig in dem zweiten Speicherelement 540 gespeichert werden. Wenn empfangene Eingangsdaten zeitweilig gespeichert worden sind, kann die Datenverarbeitungseinheit 510 dazu vorbereitet werden, eine Codeausführung wie vorstehend beschrieben durchzuführen.
  • Teile des hierin beschriebenen Verfahrens können von der Steueranordnung 500 mittels der Datenverarbeitungseinheit 510 durchgeführt werden, die das in dem Speicher 560 oder dem Lese/Schreib-Speicher 550 gespeicherte Programm ausführt. Wenn die Steueranordnung 500 das Programm ausführt, werden hierin beschriebene Verfahren durchgeführt.
  • Die vorstehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen wurde zu veranschaulichenden und beschreibenden Zwecken angegeben. Sie soll nicht erschöpfend sein oder die Ausführungsformen auf die beschriebenen Varianten beschränken. Für den Fachmann ergeben sich zahlreiche Modifikationen und Variationen. Die Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um Prinzipien und praktische Anwendungen bestmöglich zu erläutern und damit dem Fachmann zu ermöglichen, die Ausführungsformen hinsichtlich ihrer verschiedenen Ausführungsformen und mit den verschiedenen Modifikationen zu verstehen, die auf die beabsichtigte Nutzung anwendbar sind. Die oben genannten Komponenten und Merkmale können im Rahmen der Ausführungsformen zwischen verschiedenen angegebenen Ausführungsformen kombiniert werden.
  • Es sollte erwähnt werden, dass die Steueranordnung gemäß der Ausführungsform dazu angeordnet sein kann, jeglichen der Schritte oder Aktionen auszuführen, die in Bezug auf das Verfahren beschrieben worden sind. Es sollte sich auch verstehen, dass das Verfahren gemäß der Ausführungsform darüber hinaus jegliche der Aktionen umfassen kann, die einem Merkmal der beschriebenen Steueranordnung zuzurechnen sind. Gleiches trifft auf das Computerprogrammprodukt und das computerlesbare Medium zu.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Schalten eines Getriebes (4) eines Antriebsstrangs (2) eines Fahrzeugs (1), wobei der Antriebsstrang (2) aufweist: eine elektrische Maschine (6), ein in dem Getriebe (4) vorhandenes Planetengetriebe (18), das mit der elektrischen Maschine (6) verbunden ist, und eine Abtriebswelle (38) des Getriebes (4), die mit dem Planetengetriebe (18) verbindbar ist, wobei das Planetengetriebe (18) ein Hohlrad (22), ein Sonnenrad (24), einen Planetenradträger (26) und mindestens ein Planetenrad (28) umfasst, das drehbar auf dem Planetenradträger (26) angeordnet ist, wobei das Verfahren den Schritt umfasst: - Ändern (s101) der Drehrichtung der elektrischen Maschine (6) während eines Schaltens von einem Gang in einen anderen in dem Getriebe (4).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend den Schritt, vor dem Schritt des Änderns (s101) der Drehrichtung der elektrischen Maschine (6), wenn das Hohlrad (22) arretiert und an einer Drehung gehindert ist und der Planetenradträger (26) mit der Abtriebswelle (38) verbunden ist, so dass ein erster Gang in dem Getriebe (4) eingelegt ist: - Verhindern (s102), dass der Planetenradträger (26) sich dreht.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Planetenradträger (26) durch Verbinden des Planetenradträgers (26) mit einem Getriebegehäuse (5) mittels eines ersten Verbindungselements (40) an einer Drehung gehindert ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, ferner umfassend den Schritt, vor dem Schritt des Verhinderns (s102), dass der Planetenradträger (26) sich dreht: - Verringern (s103) der Drehgeschwindigkeit des Planetengetriebes (18) bis zu einem Stillstand.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Drehgeschwindigkeit des Planetengetriebes (18) mittels der elektrischen Maschine (6) bis zu einem Stillstand verringert wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, ferner umfassend den Schritt, vor dem Schritt des Verringerns (s103) der Drehgeschwindigkeit des Planetengetriebes (18) bis zu einem Stillstand: - Trennen (s104) der Abtriebswelle (38) von dem Planetengetriebe (18).
  7. Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend den Schritt, vor dem Schritt des Trennens (s104) der Abtriebswelle (38) von dem Planetengetriebe (18): - Erzeugen (s105) eines Drehmomentausgleichs zwischen dem Planetenradträger (26) und der Abtriebswelle (38) mittels der elektrischen Maschine (6).
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend den Schritt, nach dem Schritt des Änderns (s101) der Drehrichtung der elektrischen Maschine (6): - Synchronisieren (s106) der Drehzahl zwischen dem Hohlrad (22) und der Abtriebswelle (38) mittels der elektrischen Maschine (6).
  9. Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend den Schritt, nach dem Schritt des Synchronisierens (s106) der Drehzahl zwischen dem Hohlrad (22) und der Abtriebswelle (38) mittels der elektrischen Maschine (6): - Verbinden (s107) des Hohlrads (22) und der Abtriebswelle (38).
  10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Hohlrad (22) und die Abtriebswelle (38) mittels eines zweiten Verbindungselements (42) verbunden werden.
  11. Computerprogrammprodukt (P) umfassend Anweisungen, die, wenn das Programm von einem Computer (52) ausgeführt wird, den Computer (52) dazu veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen.
  12. Computerlesbares Medium mit Anweisungen, die, wenn sie von einem Computer (52) ausgeführt werden, den Computer (52) dazu veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen.
  13. Steueranordnung zum Schalten eines Getriebes (4) eines Antriebsstrangs (2) eines Fahrzeugs (1), wobei der Antriebsstrang (2) aufweist: eine elektrische Maschine (6), und ein in dem Getriebe (4) vorhandenes Planetengetriebe (18), das mit der elektrischen Maschine (6) verbunden ist, und eine Abtriebswelle (38) des Getriebes (4), die mit dem Planetengetriebe (18) verbindbar ist, wobei das Planetengetriebe (18) ein Hohlrad (22), ein Sonnenrad (24), einen Planetenradträger (26) und mindestens ein Planetenrad (28) umfasst, das drehbar auf dem Planetenradträger (26) angeordnet ist, wobei die Steueranordnung eingerichtet ist zum: - Ändern der Drehrichtung der elektrischen Maschine (6) während eines Schaltens von einem Gang in einen anderen in dem Getriebe (4).
  14. Antriebsstrang (2) für ein Fahrzeug (1), mit: einem Getriebe (2), einer elektrischen Maschine (6), die zum Vortrieb des Fahrzeugs (1) angeordnet und mit dem Getriebe (2) verbunden ist, und einer Steueranordnung nach Anspruch 13.
  15. Fahrzeug (1), wobei das Fahrzeug (1) mit einem Antriebsstrang (2) nach Anspruch 14 ausgerüstet ist.
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