DE19850549A1 - Getriebe für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Doppelkupplungs-Schaltgetriebe, und Verfahren zum Betreiben des Getriebes - Google Patents
Getriebe für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Doppelkupplungs-Schaltgetriebe, und Verfahren zum Betreiben des GetriebesInfo
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- B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
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- B60K6/36—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the transmission gearings
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F16H3/12—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts with means for synchronisation not incorporated in the clutches
- F16H3/126—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts with means for synchronisation not incorporated in the clutches using an electric drive
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- B60K6/26—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the motors or the generators
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- F16H61/688—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing specially adapted for stepped gearings without interruption of drive with two inputs, e.g. selection of one of two torque-flow paths by clutches
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Abstract
Es wird ein mehrgängiges Getriebe (10; 10a) vorgeschlagen, das zwei Eingangswellen (12, 13) und eine Ausgangswelle (25) aufweist. Jede der Eingangswellen (12, 13) ist mit eine Kupplung (29, 30) verbunden und mit dieser vom Verbrennungsmotor (11) des Kraftfahrzeugs trennbar. Ferner sind den beiden Eingangswellen (12, 13) eine oder zwei Elektromaschinen (34, 35; 40) zugeordnet und mit diesen kraftschlüssig verbunden, die sich auf der dem Verbrennungsmotor (11) abgewandten Seite der Kupplungen (29, 30) befinden. Mittels des bzw. der Elektromaschinen (34, 35; 40) kann insbesondere auf einen Anlasser und eine Lichtmaschine für den Verbrennungsmotor (11) verzichtet werden. Ferner lassen sich sowohl die Synchrondrehzahl der Eingangswelle (12, 13) eines Zielgangs auf einfache Weise einstellen als auch auf verschiedene Betriebszustände realisieren.
Description
Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Kraftfahrzeug,
insbesondere Doppelkupplungs-Schaltgetriebe, nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei derartigen bekannten Getrieben werden für einen
Gangwechsel die Drehzahlen der zu schaltenden Glieder
mittels einer Synchronisiereinrichtung, welche in der Regel
Synchronisierringe aufweist, aneinander angeglichen.
Weiterhin ist zum Starten des Verbrennungsmotors des
Kraftfahrzeugs ein separater Anlasser vorgesehen, der bei
getrennten Kupplungen die Kurbelwelle des
Verbrennungsmotors dreht. Dieser wird von der Batterie des
Kraftfahrzeugs mit Energie gespeist, welche wiederum von
einer Lichtmaschine ständig aufgeladen wird. Die bekannten
Getriebe bzw. das Kraftfahrzeug benötigt somit eine Reihe
von Nebenaggregaten zum Betrieb, wobei die
Synchronisiereinrichtungen mehr oder weniger aufwendig
aufgebaut sind.
Das erfindungsgemäße Getriebe für ein Kraftfahrzeug,
insbesondere Doppelkupplungs-Schaltgetriebe, mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber
den Vorteil, daß durch die mit der wenigstens einen
Eingangswelle gekoppelte Elektromaschine auf einen Starter
bzw. Anlasser und einen Generator für den Verbrennungsmotor
verzichtet werden kann. Darüber hinaus ist eine einfache
Synchronisation der zu schaltenden Glieder der Gänge ohne
zusätzliche Synchronisiereinrichtungen möglich.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen des
erfindungsgemäßen Getriebes für ein Kraftfahrzeug,
insbesondere Doppelkupplungs-Schaltgetriebe, ergeben sich
aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.
Eine relativ kleine Baugröße der Elektromaschinen ist
erforderlich, wenn jede der beiden Eingangswellen mit einer
separaten Elektromaschine ausgestattet ist. Außerdem läßt
sich in diesem Fall eine relativ einfache Aaskopplung an die
Eingangswellen erzielen. Demgegenüber ist es bei Verwendung
eines Verteilergetriebes möglich, lediglich eine einzige
Elektromaschine zu verwenden, welche mit der einen oder der
anderen Eingangswelle koppelbar ist.
Das Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einem
erfindungsgemäßen Getriebe hat den besonderen Vorteil, daß
im Schiebebetrieb des Kraftfahrzeugs die Rollenergie des
Kraftfahrzeugs in eine die Bordbatterie ladende elektrische
Energie umgewandelt werden kann, wenn die
Elektromaschine(n) im Schiebebetrieb als Generator wirken.
Ferner ist es möglich, zum Rückwärtsfahren des
Kraftfahrzeugs auf einen entsprechenden Zahnradsatz im
Getriebe zu verzichten, wenn eine Elektromaschine einen
Vorwärtsgang rückwärts antreibt. Außerdem ist es auch
möglich, die Elektromaschine(n) als zusätzlichen Antrieb zu
verwenden, der den Verbrennungsmotor unterstützt, um
kurzzeitig, beispielsweise bei Überholvorgängen, eine
größere Gesamtleistung bereitzustellen.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der
Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen ersten Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs in
einer schematischen Darstellung und
Fig. 2 einen zweiten Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs
ebenfalls in einer schematischen Darstellung.
In der Fig. 1 ist mit 10 ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs
bezeichnet, das an einen Verbrennungsmotor 11 angekoppelt
ist. Das Getriebe 10 ist als sogenanntes Doppelkupplungs-
Schaltgetriebe ausgebildet. Dazu weist das Getriebe 10 zwei
Eingangswellen 12, 13 auf, die mittels jeweils eines auf
der Eingangswelle 12, 13 drehfest befestigten Zahnrades 15,
16 mit einem auf der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 11
befestigten Zahnkranz 14 gekoppelt sind. Anstelle einer
Übersetzung durch die Zahnräder 15, 16 und den Zahnkranz 14
können die beiden Eingangswellen 12, 13 jedoch auch direkt
von der Kurbelwelle angetrieben werden.
Auf den Eingangswellen 12 und 13 sind weiterhin
Zahnradgruppen 17 und 18 angeordnet. Die erste
Zahnradgruppe 17 umfaßt die drehbeweglich auf der
Eingangswelle 12 angeordneten Zahnräder 1E, 3E, 5E und die
zweite Zahnradgruppe 18 die drehfest auf der zweiten
Eingangswelle 13 angeordneten Zahnräder 2E und 4E. Ferner
sind auf der ersten Eingangswelle 12 zwei verdrehfest auf
dieser befestigte Zahnräder 21, 22 angeordnet, wovon sich
das eine Zahnrad 21 zwischen den beiden Zahnrädern 1E und
3E befindet. Mit den Zahnrädern 21, 22 wirkt jeweils eine
Schiebemuffe 23, 24 zusammen, die das Zahnrad 21, 22 in
Eingriff mit dem jeweiligen Zahnrad 1E, 3E oder 5E bringt.
Die beiden Eingangswellen 12, 13 sind mit einer
Ausgangswelle 25 koppelbar, die die Antriebswelle des
Kraftfahrzeugs bildet oder aber zur Antriebswelle führt.
Auf der Ausgangswelle 25 sind die zu den Zahnradgruppen 17,
18 korrespondierenden Zahnräder 1A bis 5A angeordnet, wovon
die Zahnräder 1A, 3A und 5A drehfest, und die Zahnräder 2A
und 4A drehbeweglich auf der Ausgangswelle 25 befestigt
sind. Ferner ist auf der Ausgangswelle 25 zwischen den
Zahnrädern 2A und 4A ein Zahnrad 27 drehfest befestigt, das
mit einer Schiebemuffe 28 zusammenwirkt, um den Kraftfluß
mit dem Zahnrad 2A oder 4A zu ermöglichen.
Um den Verbrennungsmotor 11 mittels der Eingangswelle 12
bzw. 13 mit der Ausgangswelle 25 zu koppeln, ist weiterhin
zwischen dem Verbrennungsmotor 11 und den Zahnradgruppen
17, 18 jeder Eingangswelle 12, 13 jeweils eine Kupplung 29,
30 zugeordnet. Wenn beide Kupplungen 29, 30 getrennt sind,
kann es, z. B. wenn das Kraftfahrzeug an einem Berg steht,
zu einem unerwünschten Zurückrollen des Kraftfahrzeugs
kommen. Um dies zu verhindern, ist im Bereich der
Ausgangswelle 25 eine sogenannte Hill-Holder-Einrichtung 32
angeordnet, die als Feststellbremse wirkt. Um das erwähnte
Zurückrollen des Kraftfahrzeugs sowie die Drehzahlen und
ggf. die Winkelstellungen der Zahnräder 1A bis 5A, 1E bis
5E, 21, 22, 27 zu erkennen, sind im Bereich der
Eingangswellen 12, 13 sowie der Ausgangswelle 25 weiterhin
nicht dargestellte Sensoren angeordnet, die mit einem
Getriebesteuergerät des Getriebes 10 gekoppelt sind.
Wesentlich für die Erfindung ist, daß im
Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1 jede der
Eingangswellen 12, 13 mit einer separaten Elektromaschine
34, 35 kraftschlüssig verbunden ist, die jeweils wiederum
an die Bordbatterie des Kraftfahrzeugs angeschlossen ist.
Die kraftschlüssige Verbindung erfolgt im einfachsten Fall
dadurch, daß die Elektromaschinen 34, 35 jeweils eine axial
durchgehende Läuferwelle aufweisen, die Bestandteil der
Eingangswelle 12 bzw. 13 ist. Es sind jedoch auch andere
Kopplungen, beispielsweise über ein Ritzel der
Elektromaschine 34, 35, das mit einem auf der Eingangswelle
12, 13 angeordneten Zahnrad zusammenwirkt, denkbar. Auch
können die Elektromaschinen 34, 35 über jeweils ein
Zwischengetriebe mit der Eingangswelle 12, 13
kraftschlüssig verbunden sein. Die Elektromaschinen 34, 35
befinden sich im Ausführungsbeispiel jeweils zwischen den
Kupplungen 29, 30 und den entsprechenden Zahnradgruppen 17,
18. Um die Funktion der Elektromaschinen 34, 35 im Getriebe
10 zu erklären, wird nunmehr auf verschiedene
Betriebszustände eingegangen:
Zum Starten des Verbrennungsmotors 11 sind die Eingangszahnräder 1E bis 5E von den Ausgangszahnrädern 1A bis 5A auf der Ausgangswelle 25 entkoppelt, das Getriebe 10 ist somit im Leerlauf geschaltet. Dies geschieht dadurch, daß sich die Schiebemuffen 23, 24, 28 in ihrer Mittelstellung befinden, in der sie sich jeweils nur in Deckung mit den entsprechenden Zahnrädern 21, 22, 27 befinden. Um ein Rückrollen des Kraftfahrzeugs zu verhindern ist gleichzeitig die Hill-Holder-Einrichtung 32 aktiviert. Die Übertragung eines Startdrehmoments auf die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 11 erfolgt nun nicht mehr wie üblich durch einen separaten Anlasser, sondern durch wenigstens eine der beiden Elektromaschinen 34, 35. Um die erforderliche Leistung bzw. die Baugröße der Elektromaschinen 34, 35 zu reduzieren, erfolgt das Anlassen jedoch bevorzugt durch beide Elektromaschinen 34, 35 gemeinsam. In diesem Fall sind die beiden Kupplungen 29, 30 geschlossen, so daß eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den Elektromaschinen 34, 35 und der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 11 hergestellt ist. Ist dies erfolgt, werden die beiden Elektromaschinen 34, 35 synchron und mit derselben Drehzahl als von der Bordbatterie des Kraftfahrzeugs gespeiste Elektromotoren betrieben, wobei die Drehzahl der Elektromotoren der erforderlichen Startdrehzahl des Verbrennungsmotors 11 entspricht.
Zum Starten des Verbrennungsmotors 11 sind die Eingangszahnräder 1E bis 5E von den Ausgangszahnrädern 1A bis 5A auf der Ausgangswelle 25 entkoppelt, das Getriebe 10 ist somit im Leerlauf geschaltet. Dies geschieht dadurch, daß sich die Schiebemuffen 23, 24, 28 in ihrer Mittelstellung befinden, in der sie sich jeweils nur in Deckung mit den entsprechenden Zahnrädern 21, 22, 27 befinden. Um ein Rückrollen des Kraftfahrzeugs zu verhindern ist gleichzeitig die Hill-Holder-Einrichtung 32 aktiviert. Die Übertragung eines Startdrehmoments auf die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 11 erfolgt nun nicht mehr wie üblich durch einen separaten Anlasser, sondern durch wenigstens eine der beiden Elektromaschinen 34, 35. Um die erforderliche Leistung bzw. die Baugröße der Elektromaschinen 34, 35 zu reduzieren, erfolgt das Anlassen jedoch bevorzugt durch beide Elektromaschinen 34, 35 gemeinsam. In diesem Fall sind die beiden Kupplungen 29, 30 geschlossen, so daß eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den Elektromaschinen 34, 35 und der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 11 hergestellt ist. Ist dies erfolgt, werden die beiden Elektromaschinen 34, 35 synchron und mit derselben Drehzahl als von der Bordbatterie des Kraftfahrzeugs gespeiste Elektromotoren betrieben, wobei die Drehzahl der Elektromotoren der erforderlichen Startdrehzahl des Verbrennungsmotors 11 entspricht.
Ergänzend sei an dieser Stelle erwähnt, daß für den Fall,
daß die Übertragung des Startdrehmoments nur durch eine der
beiden Elektromaschinen 34, 35 erfolgen soll, die Kupplung
29, 30 der jeweils anderen Elektromaschine 35, 34 bevorzugt
getrennt ist, damit die Eingangswelle 12, 13 der nicht zum
Starten benutzten Elektromaschine 34, 35 nicht mitgedreht.
Dies hätte ansonsten einen zusätzlichen Energiebedarf an
der zum Starten verwendeten Elektromaschine 34, 35 zur
Folge.
Ist der Verbrennungsmotor 11 gestartet, so wird die eine
bzw. beide zuvor geschlossenen Kupplungen 29, 30 wieder
getrennt. Zum Anfahren im ersten Gang, der durch das
ineinander kämmende Zahnradpaar 1E und 1A gebildet wird,
ist es erforderlich, einen Kraftfluß vom Zahnrad 1E zum
Zahnrad 1A zu ermöglichen. Dies erfolgt dadurch, daß die
Schiebemuffe 23 auf dem Zahnrad 21 so verschoben wird, daß
dieses in Wirkverbindung mit dem Zahnrad 1E gebracht wird.
Sollte sich jedoch die Eingangswelle 12 in einer derartigen
Winkellage befinden, daß sich die Schiebemuffe 23 nicht auf
das Zahnrad 1E überschieben läßt, so wird durch einen
kurzzeitigen Impuls der Elektromaschine 34 die
Eingangswelle 12 in die dafür erforderliche Winkelstellung
gedreht. Der erste Gang ist nun geschaltet, und zum
Anfahren des Kraftfahrzeugs muß nun lediglich noch die
Kupplung 29 wieder geschlossen werden, wobei gleichzeitig
die Hill-Holder-Einrichtung 32 deaktiviert wird.
Im folgenden wird ein Gangwechsel am Beispiel des
Hochschaltens vom ersten in den zweiten Gang beschrieben:
Dazu ist es erforderlich, das Zahnradpaar 2E, 2A mit der Drehzahl der Ausgangswelle 25 zu synchronisieren, welche vom Zahnradpaar 1E, 1A des ersten Gangs gedreht wird. Die Angleichung der Drehzahlen erfolgt dadurch, daß das Zahnrad 2A mit einer Drehzahl angetrieben wird, die der Drehzahl der Antriebswelle 25 und des Zahnrads 27 entspricht. Dazu wird bei getrennter Kupplung 30 die Elektromaschine 35 als Elektromotor betrieben, der die Eingangswelle 13 und somit das Zahnrad 2E mit einer derartigen Drehzahl antreibt, daß sich das Zahnrad 2A mit der Drehzahl der Ausgangswelle 25 dreht. Jetzt kann die Schiebemuffe 28 in Wirkverbindung mit dem Zahnrad 2A gebracht werden, wodurch ein Kraftschluß zwischen der Ausgangswelle 25 und der Eingangswelle 13 hergestellt wird. Anschließend kann die Elektromaschine 35 stromlos geschaltet werden. Da sich in diesem Zustand sowohl die Zahnräder 1E, 1A des ersten Gangs, als auch die Zahnräder 2E, 2A des zweiten Gangs mit der Ausgangswelle 25 in Wirkverbindung befinden, genügt es zuletzt, die eine Kupplung 29 zu öffnen und gleichzeitig die andere Kupplung 30 zu schließen, wodurch sich ein Gangwechsel vom ersten in den zweiten Gang ohne Zugkraftunterbrechung erzielen läßt. Weiterhin wird die Schiebemuffe 23 noch außer Eingriff mit dem Zahnrad 1E gebracht.
Dazu ist es erforderlich, das Zahnradpaar 2E, 2A mit der Drehzahl der Ausgangswelle 25 zu synchronisieren, welche vom Zahnradpaar 1E, 1A des ersten Gangs gedreht wird. Die Angleichung der Drehzahlen erfolgt dadurch, daß das Zahnrad 2A mit einer Drehzahl angetrieben wird, die der Drehzahl der Antriebswelle 25 und des Zahnrads 27 entspricht. Dazu wird bei getrennter Kupplung 30 die Elektromaschine 35 als Elektromotor betrieben, der die Eingangswelle 13 und somit das Zahnrad 2E mit einer derartigen Drehzahl antreibt, daß sich das Zahnrad 2A mit der Drehzahl der Ausgangswelle 25 dreht. Jetzt kann die Schiebemuffe 28 in Wirkverbindung mit dem Zahnrad 2A gebracht werden, wodurch ein Kraftschluß zwischen der Ausgangswelle 25 und der Eingangswelle 13 hergestellt wird. Anschließend kann die Elektromaschine 35 stromlos geschaltet werden. Da sich in diesem Zustand sowohl die Zahnräder 1E, 1A des ersten Gangs, als auch die Zahnräder 2E, 2A des zweiten Gangs mit der Ausgangswelle 25 in Wirkverbindung befinden, genügt es zuletzt, die eine Kupplung 29 zu öffnen und gleichzeitig die andere Kupplung 30 zu schließen, wodurch sich ein Gangwechsel vom ersten in den zweiten Gang ohne Zugkraftunterbrechung erzielen läßt. Weiterhin wird die Schiebemuffe 23 noch außer Eingriff mit dem Zahnrad 1E gebracht.
Die weiteren Gangwechsel beim Hochschalten des Getriebes 10
erfolgen sinngemäß derart, daß jeweils die Synchrondrehzahl
der Eingangswelle 12, 13 des nächsthöheren Zielgangs durch
die mit der jeweiligen Eingangswelle 12, 13 gekoppelte
Elektromaschine 34, 35 eingestellt wird. Ist dies erfolgt,
können die Zahnräder 3E, 4A und 5E mittels der
Schiebemuffen 23, 24, 27 mit den Zahnrädern 21, 22, 27 in
Eingriff gebracht werden. Anschließend wird der Kraftfluß
zwischen dem Zielgang und dem Verbrennungsmotor 11 durch
Schließen der einen Kupplung 29, 30 des Zielgangs und
Öffnen der anderen Kupplung 29, 30 des ursprünglich
eingelegten Gangs hergestellt, und die Schiebemuffe 23, 24,
28 von dem ursprünglich in Eingriff befindlichen Zahnrad
3E, 4A, 5E verschoben.
Das Zurückschalten der Gänge des Getriebes 10 wird
nachfolgend exemplarisch beim Gangwechsel vom dritten in
den zweiten Gang erläutert: Fährt das Kraftfahrzeug im
dritten Gang, so wird die Ausgangswelle 25 über die
Zahnräder 3E, 3A und die Eingangswelle 12 über die
geschlossene Kupplung 29 vom Verbrennungsmotor 11
getrieben. Die Kupplung 30 ist demgegenüber getrennt, und
das Zahnrad 2A dreht sich lose auf der Ausgangswelle 25.
Das Zahnrad 2A wird jetzt durch Antreiben der Eingangswelle
13 mittels der Elektromaschine 35 auf die erforderliche
Drehzahl gebracht, bei der es sich mit der Drehzahl des
Zahnrads 27 auf der Ausgangswelle 25 dreht. Nun kann das
Zahnrad 27 mittels der Schiebemuffe 28 mit dem Zahnrad 2A
gekoppelt werden. Zuletzt wird die Kupplung 30 geschlossen,
die Kupplung 29 getrennt und die mit dem Zahnrad 3E
befindliche Schiebemuffe 23 von diesem außer Eingriff
gebracht. Auch hier erfolgen weitere Gangwechsel bei
Herunterschalten sinngemäß.
Abschließend werden verschiedene zusätzliche Möglichkeiten
des Getriebes 10 aufgezeigt: In der dargestellten Version
besitzt das Getriebe 10 keinen Zahnradsatz für das
Rückwärtsfahren des Kraftfahrzeugs. Ein Rückwärtsfahren
kann dadurch erfolgen, daß bei getrennten Kupplungen 29, 30
der erste Gang in Eingriff mit der Ausgangswelle 25
gebracht wird, und der erste Gang von der Elektromaschine
34 in umgekehrter Drehrichtung angetrieben wird. In diesem
Fall wird die Drehzahl der Elektromaschine 34 von der
Gaspedalstellung bestimmt. Da Rückwärtsfahrten in der Regel
nur eine kurze Fahrtstrecke umfassen, dürfte die dazu
erforderliche Energie von der Bordbatterie lieferbar sein.
Um hier jedoch ggf. Sicherheit für genügend lange
Rückwärtsfahrtstrecken zu schaffen, kann jedoch während des
Rückwärtsfahrens auch die andere Kupplung 30 geschlossen
sein, wobei sich jedoch die Gänge 2 oder 4 nicht in
Wirkverbindung mit der Ausgangswelle 25 befinden dürfen. In
diesem Zustand wird die Elektromaschine 35 über die
Kupplung 30 von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 11
getrieben. Die Elektromaschine 35 kann deshalb als
Generator bzw. Lichtmaschine wirken, die Energie in die
Bordbatterie einspeist.
Das Speisen der Bordbatterie erfolgt üblicherweise durch
eine Lichtmaschine, die vom Verbrennungsmotor des
Kraftfahrzeugs ständig angetrieben wird, und somit den
Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeugs erhöht. Mit dem
Getriebe 10 ist es möglich, die zum Laden der Bordbatterie
erforderliche Energie aus der kinetischen (Roll-)Energie
des Kraftfahrzeugs zumindest teilweise zurückzugewinnen.
Dazu wird im Schiebebetrieb des Kraftfahrzeugs die Kupplung
29, 30 des gerade eingelegten Gangs getrennt, und die
Elektromaschine 34, 35 über die Ausgangswelle 25 vom
rollenden Kraftfahrzeug als Generator angetrieben.
Zusätzlich kann auch der Verbrennungsmotor 11 gestoppt
werden, wodurch sich zusätzlich Kraftstoff sparen läßt.
Reduziert sich die Rollgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs
derart, daß die Drehzahl der Eingangswelle 12, 13 des
eingelegten Gangs auf der der Kupplung 29, 30 abgewandten
Seite des Verbrennungsmotors 11 die Leerlaufdrehzahl des
Verbrennungsmotors 11 zu unterschreiten droht, wird die
entsprechende Kupplung 29, 30 wieder geschlossen, wodurch
die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 11 wieder gedreht
und dieser somit gestartet wird.
Durch die Ankopplung der Elektromaschinen 34, 35 an die
Eingangswellen 12, 13 und die Möglichkeit, diese mittels
der Kupplungen 29, 30 vom Verbrennungsmotor 11 abzukoppeln
wird auf einfache Weise die Möglichkeit eröffnet, das
Kraftfahrzeug als Hybridfahrzeug zu betreiben. In diesem
Fall wird das Fahrzeug, zum Beispiel im innerstädtischen
Betrieb, ausschließlich von den beiden Elektromaschinen 34,
35 angetrieben, während der Verbrennungsmotor 11
ausgeschaltet ist. Für den Einsatz als Hybridfahrzeug ist
die Baugröße bzw. Leistung der Elektromaschinen 34, 35
selbstverständlich entsprechend anzupassen, da in diesem
Fall sich die benötigte Leistung nicht mehr an dem
Anlaßvorgang des Verbrennungsmotors 11 orientiert.
Auf eine separate Lichtmaschine kann dann verzichtet
werden, wenn in den Fällen, in denen gerade kein
Gangwechsel ansteht und die Spannungslage der Bordbatterie
es erforderlich macht, die ansonsten nicht mitdrehende weil
kräftefreie der beiden Elektromaschinen 34, 35 über die
Kupplung 29, 30 in Wirkverbindung mit dem Verbrennungsmotor
11 gebracht wird und die Elektromaschine 34, 35 dann als
Generator bzw. Lichtmaschine wirkt.
Zuletzt wird die Möglichkeit erwähnt, eine oder beide
Elektromaschinen 34, 35 zeitweise als zusätzlichen Antrieb
für das Kraftfahrzeug zu verwenden, indem diese den
Vortrieb durch den Verbrennungsmotor 11 unterstützen
("power assist-Betrieb"). Dazu wird über eine oder beide
Elektromaschinen 34, 35 ein Drehmoment auf die
Ausgangswelle 25 übertragen, das gleichsinnig wie das vom
Verbrennungsmotor 11 erzeugte Drehmoment wirkt. Für den
Fall, daß beide Elektromaschinen 34, 35 ein zusätzliches
Drehmoment auf die Ausgangswelle 25 übertragen sollen,
besteht dabei für die Elektromaschine 34, 35, deren
zugeordnete Kupplung 29, 30 zuerst getrennt ist, weil der
eingelegte Gang über die andere Eingangswelle 12, 13
eingelegt ist, zwei Möglichkeiten: Zum einen ist es
bevorzugt vorgesehen, die betreffende Kupplung 29, 30 zu
schließen, damit die betreffende Elektromaschine 34, 35 ihr
Drehmoment über das Zahnrad 15, 16 auf den Zahnkranz 14
überträgt, zum anderen ist es jedoch auch denkbar, die
entsprechende Kupplung 29, 30 geöffnet zu lassen, und das
zusätzliche Drehmoment über ein Zahnradpaar 1E, 1A bis 5E,
5A direkt auf die Ausgangswelle 25 zu übertragen. Dazu muß
jedoch, wie bei einem Gangwechsel, zuerst die Drehzahl
eines Zahnradpaars 1E, 1A bis 5E, 5A der betreffenden
Eingangswelle 12, 13 mit der Drehzahl des gerade im
Eingriff befindlichen Zahnradpaars 1E, 1A bis 5E, 5A
synchronisiert und anschließend der Kraftschluß zur
Ausgangswelle 25 hergestellt werden.
Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel entsprechend der
Fig. 1 ist bei dem Getriebe 10a gemäß der Fig. 2 nur eine
einzige Elektromaschine 40 erforderlich, die zwischen den
Eingangswellen 12, 13 angeordnet ist. Wenn möglich, wurde
ansonsten in der Fig. 2 für gleiche Bauteile der Getriebe
10 und 10a diesselben Bezugszeichen verwendet. Die
Elektromaschine 40 ist mit einem Zahnrad 41 gekoppelt, das
zwei andere Zahnräder 42, 43 treibt, die lose auf der
Eingangswelle 12 bzw. 13 angeordnet sind. Zusätzliche, fest
auf der Eingangswelle 13 und 13 befestigte Zahnräder 44,
und 45 stellen über Schiebemuffen 46 und 47 den
erforderlichen Kraftschluß zur Elektromaschine 40 her. Die
Gangwechsel erfolgen in analoger Weise zum ersten
Ausführungsbeispiel dadurch, daß die Synchrondrehzahl der
Eingangswelle 12, 13 des Zielgangs durch die
Elektromaschine 40 eingestellt wird, die für diesen Fall
mittels der Schiebemuffe 46 oder 47 mit der Elektromaschine
40 gekoppelt wird.
Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel erfolgt das
Starten des Verbrennungsmotors 11 mittels des Getriebes 10a
dadurch, daß die Elektromaschine 40 über die Schaltmuffen
46, 47 mit der Eingangswelle 12 bzw. der Eingangswelle 13
in Wirkverbindung gebracht wird. Bei geschlossener Kupplung
29 bzw. 30 und im Leerlauf befindlicher Ausgangswelle 25
wird somit das Startdrehmoment der Elektromaschine 40 über
eine der Eingangswellen 12, 13 oder aber beide
Eingangswellen 12, 13 übertragen.
Auch die anderen Betriebszustände wie Rückwärtsfahrt, power
assist-Berieb oder Laden der Bordbatterie lassen sich bei
dem Getriebe 10a sinngemäß zum Getriebe 10 verwirklichen. Es
ist offensichtlich, daß die Elektromaschine 40 gegenüber
den Elektromaschinen 34, 35 größer bzw. stärker ausgelegt
ist, wobei die Leistung der Elektromaschine 40 insbesondere
durch die für das Starten des Verbrennungsmotors 11
erforderliche Leistung bestimmt wird. Dem Minderaufwand
durch lediglich eine Elektromaschine steht jedoch ein
zusätzlicher konstruktiver Mehraufwand infolge der
wahlweise Kopplung der Elektromaschine 40 an die
Eingangswelle 12, 13 (zusätzliche Zahnräder 41 bis 45,
Schiebemuffen 46, 47) entgegen.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten
Ausführungsbeispiele sind lediglich exemplarisch und daher
konstruktiv sehr vereinfacht dargestellt. So ist es bei
einer konstruktiven Umsetzung insbesondere aus Raumgründen
sinnvoll, die beiden Eingangswellen 12, 13 nicht parallel
zueinander anzuordnen, sondern eine der beiden
Eingangswellen 12, 13 als Hohlwelle auszubilden, in der
sich die andere Eingangswelle 12, 13 dreht.
Auch kann das Getriebe 10, 10a einen herkömmlichen
Rückwärtsgang mit einem entsprechenden Zahnradpaar auf der
Eingangswelle 12, 13 und der Ausgangswelle 25 aufweisen. In
diesem Fall findet das Rückwärtsfahren ausschließlich über
eine kraftschlüssige Kopplung mit dem Verbrennungsmotor 11
statt.
Weiterhin soll die Erfindung nicht auf Getriebe beschränkt
sein, die eine Ausgangswelle und zwei Eingangswellen
aufweisen. Es sind auch Getriebe vom Erfindungsgedanken
erfasst, bei denen die Zahnradgruppen zum Beispiel auf
einer Eingangs- und einer Ausgangswelle oder aber einer
Zwischenwelle angeordnet sind, wie dies in der nicht
vorveröffentlichten Deutschen Patentanmeldung 198 07 374.7
dargestellt ist. Auch Ausführungen mit mehreren
Ausgangswellen sind denkbar.
Beide Getriebe 10 und 10a können sowohl als manuelle
Schaltgetriebe als auch als automatische Schaltgetriebe
ausgebildet bzw. Bestandteil davon sein. In jedem Fall ist
es jedoch aufgrund der zum Teil relativ komplexen Vorgänge
erforderlich, zur Steuerung bzw. Regelung der einzelnen
Vorgänge ein elektronisches Schaltgerät einzusetzen,
welches die von den angesprochenen Sensoren erfassten
Meßwerte verarbeitet und seinerseits Aktuoren, zum Beispiel
zum Verschieben der Schiebemuffen, ansteuert oder
verschiedene Betriebsarten anwählt.
Claims (10)
1. Getriebe (10; 10a) für ein Kraftfahrzeug, insbesondere
Doppelkupplungs-Schaltgetriebe, mit wenigstens einer
Getriebeeingangswelle (12, 13) und wenigstens einer
Getriebeausgangswelle (25), mit mehreren, unterschiedliche
Übersetzungen zwischen der wenigstens einen
Getriebeeingangswelle (12, 13) und der wenigstens einen
Getriebeausgangswelle (25) ausbildenden Zahnradpaaren (1E,
1A bis 5E, 5A) und mit zwei, den Verbrennungsmotor (11) des
Kraftfahrzeugs mit der wenigstens einen Ausgangswelle (25)
kraftschlüssig verbindenden Kupplungseinrichtungen (29,
30), dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der
Eingangswellen (12, 13) mit wenigstens einer
Elektromaschine (34, 35; 40) kraftschlüssig koppelbar ist.
2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
zwei Getriebeeingangswellen (12, 13), die mit jeweils einer
Elektromaschine (34, 35) zusammenwirken und eine
Getriebeausgangswelle (25) vorgesehen sind und daß die
Elektromaschinen (34, 35) auf den dem Verbrennungsmotor
(11) abgewandten Seiten der Kupplungseinrichtungen (29, 30)
angeordnet sind.
3. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
zwei Getriebeeingangswellen (12, 13), eine
Getriebeausgangswelle (25) und eine Elektromaschine (40)
vorgesehen sind, wobei die Elektromaschine (40) mit einer
oder beiden Getriebeeingangswellen (12, 13) koppelbar ist.
4. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Kraftschluß zwischen der wenigstens
einen Elektromaschine (34, 35; 40) und der wenigstens einen
Getriebeeingangswelle (12, 13) direkt oder mittels eines
Zwischengetriebes erfolgt.
5. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß an der wenigstens einen
Getriebeausgangswelle (25) eine Einrichtung (32) zum
Sperren der Getriebeausgangswelle (25) angeordnet ist.
6. Verfahren zum Betreiben eines Getriebes (10; 10a) für
ein Kraftfahrzeug, insbesondere Doppelkupplungs-
Schaltgetriebe, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Synchrondrehzahl der Getriebeeingangswelle (12, 13)
eines Zielgangs durch die mit der Getriebeeingangswelle (12,
13) des Zielgangs gekoppelte Elektromaschine (34, 35; 40)
erzeugt wird.
7. Verfahren zum Betreiben eines Getriebes (10; 10a) für
ein Kraftfahrzeug, insbesondere Doppelkupplungs-
Schaltgetriebe, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß zum Starten des Verbrennungsmotors (11) des
Kraftfahrzeugs die wenigstens eine Elektromaschine (34, 35;
40) die wenigstens eine Getriebeeingangswelle (12, 13)
antreibt, welche mit dem Verbrennungsmotor (11)
kraftschlüssig verbunden ist.
8. Verfahren zum Betreiben eines Getriebes (10; 10a) für
ein Kraftfahrzeug, insbesondere Doppelkupplungs-
Schaltgetriebe, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß zum Rückwärtsfahren des Kraftfahrzeugs bei getrennten
Kupplungseinrichtungen (29, 30) wenigstens eine der
Elektromaschinen (34, 35; 40) die wenigstens eine
Getriebeausgangswelle (25) antreibt.
9. Verfahren zum Betreiben eines Getriebes (10; 10a) für
ein Kraftfahrzeug, insbesondere Doppelkupplungs-
Schaltgetriebe, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Verstärkung des vom Verbrennungsmotor (11) auf die
wenigstens eine Getriebeausgangswelle (25) eingeleiteten
Drehmoments wenigstens eine Elektromaschine (34, 35; 40)
ein zusätzliches Drehmoment auf die wenigstens eine
Getriebeausgangswelle (25) in derselben Drehrichtung wie
der Verbrennungsmotor (11) einleitet.
10. Verfahren zum Betreiben eines Getriebes (10; 10a) für
ein Kraftfahrzeug, insbesondere Doppelkupplungs-
Schaltgetriebe, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Energierückgewinnung im Schiebebetrieb des
Kraftfahrzeugs bei getrennten Kupplungseinrichtungen (29,
30) wenigstens eine Elektromaschine (34, 35; 40) von ihrer
Eingangswelle (12, 13) angetrieben wird und als Generator
wirkt.
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