DE19945473A1 - Getriebe - Google Patents
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- DE19945473A1 DE19945473A1 DE19945473A DE19945473A DE19945473A1 DE 19945473 A1 DE19945473 A1 DE 19945473A1 DE 19945473 A DE19945473 A DE 19945473A DE 19945473 A DE19945473 A DE 19945473A DE 19945473 A1 DE19945473 A1 DE 19945473A1
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- DE
- Germany
- Prior art keywords
- transmission
- electric machine
- gear
- clutch
- particular according
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W20/00—Control systems specially adapted for hybrid vehicles
- B60W20/30—Control strategies involving selection of transmission gear ratio
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
- B60K6/00—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
- 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
- B60K6/22—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
- 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
- B60K6/365—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 with the gears having orbital motion
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
- B60K6/00—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
- 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
- B60K6/22—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
- B60K6/38—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 driveline clutches
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
- B60K6/00—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
- 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
- B60K6/22—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
- B60K6/40—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 assembly or relative disposition of components
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
- B60K6/00—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
- 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
- B60K6/42—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 the architecture of the hybrid electric vehicle
- B60K6/48—Parallel type
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
- B60K6/00—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
- 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
- B60K6/42—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 the architecture of the hybrid electric vehicle
- B60K6/48—Parallel type
- B60K6/485—Motor-assist type
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
- B60K6/00—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
- 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
- B60K6/50—Architecture of the driveline characterised by arrangement or kind of transmission units
- B60K6/54—Transmission for changing ratio
- B60K6/547—Transmission for changing ratio the transmission being a stepped gearing
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
- B60W10/02—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of driveline clutches
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
- B60W10/04—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units
- B60W10/06—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units including control of combustion engines
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
- B60W10/04—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units
- B60W10/08—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units including control of electric propulsion units, e.g. motors or generators
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
- B60W10/10—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of change-speed gearings
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W20/00—Control systems specially adapted for hybrid vehicles
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
- F02N11/04—Starting of engines by means of electric motors the motors being associated with current generators
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16H—GEARING
- F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
- F16H3/02—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion
- F16H3/08—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion without gears having orbital motion exclusively or essentially with continuously meshing gears, that can be disengaged from their shafts
- F16H3/12—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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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16H—GEARING
- F16H37/00—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00
- F16H37/02—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00 comprising essentially only toothed or friction gearings
- F16H37/04—Combinations of toothed gearings only
- F16H37/042—Combinations of toothed gearings only change gear transmissions in group arrangement
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
- B60W10/10—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of change-speed gearings
- B60W10/11—Stepped gearings
- B60W10/115—Stepped gearings with planetary gears
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W20/00—Control systems specially adapted for hybrid vehicles
- B60W20/10—Controlling the power contribution of each of the prime movers to meet required power demand
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W2510/00—Input parameters relating to a particular sub-units
- B60W2510/06—Combustion engines, Gas turbines
- B60W2510/0657—Engine torque
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W2510/00—Input parameters relating to a particular sub-units
- B60W2510/08—Electric propulsion units
- B60W2510/083—Torque
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W2710/00—Output or target parameters relating to a particular sub-units
- B60W2710/02—Clutches
- B60W2710/021—Clutch engagement state
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W2710/00—Output or target parameters relating to a particular sub-units
- B60W2710/10—Change speed gearings
- B60W2710/1005—Transmission ratio engaged
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W2710/00—Output or target parameters relating to a particular sub-units
- B60W2710/10—Change speed gearings
- B60W2710/1038—Output speed
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W2710/00—Output or target parameters relating to a particular sub-units
- B60W2710/10—Change speed gearings
- B60W2710/105—Output torque
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
- B60Y2400/00—Special features of vehicle units
- B60Y2400/42—Clutches or brakes
- B60Y2400/428—Double clutch arrangements; Dual clutches
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16H—GEARING
- F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
- F16H3/006—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion power being selectively transmitted by either one of the parallel flow paths
- F16H2003/007—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion power being selectively transmitted by either one of the parallel flow paths with two flow paths, one being directly connected to the input, the other being connected to the input though a clutch
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16H—GEARING
- F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Getriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge.
Description
Die Erfindung betrifft ein Getriebe insbesondere für Kraftfahrzeuge, wie
Zahnräderwechselgetriebe, mit zumindest zwei Wellen, wie einer
Eingangswelle, einer Ausgangswelle und gegebenenfalls einer
Vorgelegewelle, mit einer Mehrzahl von Zahnradpaaren, mit mittels
Kupplungen mit einer ersten Welle drehfest verbindbaren Zahnrädern, wie
Losrädern, und mit mit einer Welle drehfest angeordneten Zahnrädern, wie
Gangrädern.
Solche Getriebe sind in Kraftfahrzeugen allgemein bekannt. Sie weisen den
Nachteil auf, daß sie nicht lastschaltfähig sind, das heißt, daß es jeweils eine
Zugkraftunterbrechung bei einem Schaltvorgang zum Ändern der
Getriebeübersetzung gibt.
Weiterhin ist insbesondere bei Fahrzeugen mit quer zur Fahrtrichtung
eingebauten Brennkraftmaschinen der axiale Bauraum des Antriebsstrangs
begrenzt, so daß axial an den Antriebsstrang montierte, zum Start der
Brennkraftmaschine, als Generator zur Erzeugung von elektrischer aus kinetischer
Energie und/oder als zusätzliche Antriebsquelle vorgesehene Elektromaschinen
nur unter schwierigen Umständen integrierbar sind. Gerade der Einsatz derartiger
Elektromaschinen mit vielerlei Verwendungszwecken ist jedoch in modernen
Antriebskonzepten gewünscht.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Getriebe der oben genannten derart
zu verbessern, daß unter optimiertem Raumbedarf eine Elektromaschine,
beispielsweise als Starter der Elektromaschine, als Stromgenerator und/oder
als alternative oder zusätzliche Antriebsquelle in das Getriebe integriert
werden kann, wobei das Getriebe keine oder zumindest nur eine verminderte
Zugkraftunterbrechung während des Schaltvorgangs zwischen zwei
Übersetzungsstufen aufweist.
Die Aufgabe wird durch ein Getriebe, wie Zahnräderwechselgetriebe, mit
zumindest zwei Wellen, nämlich einer von einer Brennkraftmaschine mittels einer
Kurbelwelle antreibbaren Getriebeeingangswelle, einer Getriebeausgangswelle
und gegebenenfalls einer Vorgelegewelle, mit einer Vielzahl von Zahnradpaaren
und einer Elektromaschine gelöst, wobei die Elektromaschine zumindest einen
Rotor und einen Stator aufweist und mittels zumindest eines Kupplung zumindest
einer der Wellen zuschaltbar ist.
Hierzu kann der Rotor direkt um eine Welle, Antriebswelle oder Abtriebswelle des
Getriebes angeordnet sein, wobei zwischen Rotor und der Welle eine Kupplung
wirksam ist und die zweite Welle ebenfalls über eine Kupplung an die
Elektromaschine ankoppelbar sein kann. Weiterhin kann die Elektromaschine
mittels der Rotorwelle parallel zu einer der beiden Welle ausgerichtet sein, wobei
die Rotorwelle von einer Welle drehangetrieben sein kann oder dies antreiben,
beispielsweise über ein Gangrad oder ein separat hierfür vorgesehenes Zahnrad.
Auch Antriebe über Riemen und Ketten, die zudem eine Übersetzung vorgeben
können, die automatisch veränderbar ist, beispielsweise über ein kontinuierlich
verstellbares Umschlingungsmittelgetriebe, sind besonders vorteilhaft. Weiterhin
kann die Kopplung der Elektromaschine über ein Schwungrad, insbesondere ein
Schwungrad der Brennkraftmaschine erfolgen.
Ein erfindungsgemäßes Getriebe kann prinzipiell ein Zahnräderwechselgetriebe
mit zumindest zwei Wellen, beispielsweise mit einer Getriebeeingangswelle und
einer Getriebeausgangswelle und gegebenenfalls einer Vorgelegewelle sein und
eine Vielzahl von Zahnradpaaren aufweisen, wobei erste Zahnräder als Losräder
der jeweiligen Zahnradpaare mittels Kupplungen beziehungsweise Schiebehülsen
mit einer ersten Welle verbindbar und zweite Zahnräder fest mit einer zweiten
Welle verbunden sind und zumindest eine der Kupplungen beziehungsweise
Schiebehülse zur Änderung der Übersetzung mittels eines Aktors, beispielsweise
eines Elektromotors, eines Elektromagneten oder mittels einer hydraulischen oder
pneumatischen Einrichtung, automatisiert betätigt werden kann. Eine derartige
Kupplung kann eine reibschlüssige oder formschlüssige Kupplung sein und kann -
wie auch bei der Verwendung von Schiebehülsen als koppelbare Verbindung
zwischen Welle und Losrad - entsprechende Synchronisiereinrichtungen
verfügen.
Weiter kann für ein derartiges erfindungsgemäßes Getriebe vorteilhaft sein, die
Elektromaschine zwischen den zumindest zwei Wellen beispielsweise der
Getriebeeingangswelle und der Getriebeausgangswelle umschaltbar zu gestalten.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann nur eine Welle mittels einer
Kupplung, die gleichfalls von einem Aktor nach der oben bezeichneten Art
automatisiert betätigt werden kann, mit der Elektromaschine verbindbar
ausgestaltet werden, nämlich entweder die Abtriebswelle des Getriebes und/oder
die Eingangswelle des Getriebes.
Zur weiteren Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe kann die
Elektromaschine in der Art betrieben werden, daß bei einem Schaltvorgang zur
Änderung der Übersetzung des Getriebes von einer Stufe in die nächste eine
Zugkraftunterbrechung durch Einspeisung eines von der Elektromaschine
generierten Drehmoments auf die Abtriebswelle reduziert wird. Hierzu kann
beispielsweise die Elektromaschine während eines Schaltvorgangs, der
beispielsweise in folgende, in der genannten Reihenfolge ablaufende Schritte
Ausrücken der Anfahrkupplung, Ausrücken des aktuellen Gangs, Einrücken des
folgenden Gangs Einrücken der Anfahrkupplung gegliedert ist, betrieben werden:
die Aktivierung der Elektromaschine erfolgt, wenn das von der Brennkraftmaschine auf die Anfahrkupplung übertragene Moment nicht mehr vollständig auf die Antriebswelle des Getriebes übertragen wird, das heißt, wenn die Kupplung zu schlupfen beginnt. Dabei kann das sich abbauende, über die sich öffnende Anfahrkupplung übertragene Moment durch einen zunehmenden Drehmomentbeitrag der Elektromaschine zumindest teilweise kompensiert werden. Da die entsprechenden Zeitintervalle während einer Schaltung sehr kurz sind, kann es vorteilhaft sein, die Nennleistung der Elektromaschine bei Dauerbelastung unter dem maximal bei einem Schaltvorgang zu kompensierenden Drehmoment auszulegen und die Elektromaschine in diesem kurzen Zeitintervall thermisch, beispielsweise um maximal 300% der Nennleistung, zu überlasten, wodurch die Dimensionierung der Elektromaschine minimiert werden kann. Die Entfaltung des Drehmoments der Elektromaschine wird dabei vorteilhafterweise so gesteuert, daß das an der Ausgangswelle des Getriebes anliegende Drehmoment beginnend von dem erforderlichen Drehmoment für den eingelegten Gang in homogener, beispielsweise annähernd linearer und/oder stetiger Weise an das erforderliche Drehmoment der neuen Gangstufe herangeführt wird. Es kann aber auch vorteilhaft sein, das unterstützende Drehmoment der Elektromaschine, insbesondere bei sehr klein dimensionierten Elektromaschinen, so zu gestalten, daß während der Zugkraftunterbrechung nur ein kleineres Drehmoment als das zum Zeitpunkt der Schaltung kleinere für die beiden zu wechselnden Gangstufen erforderliche Drehmoment zur Verfügung gestellt wird, beispielsweise zwischen 100% und 30%, vorzugsweise zwischen 100% und 50% des erforderlichen Drehmoments der Gangstufe mit dem kleineren erforderlichen Drehmoment.
die Aktivierung der Elektromaschine erfolgt, wenn das von der Brennkraftmaschine auf die Anfahrkupplung übertragene Moment nicht mehr vollständig auf die Antriebswelle des Getriebes übertragen wird, das heißt, wenn die Kupplung zu schlupfen beginnt. Dabei kann das sich abbauende, über die sich öffnende Anfahrkupplung übertragene Moment durch einen zunehmenden Drehmomentbeitrag der Elektromaschine zumindest teilweise kompensiert werden. Da die entsprechenden Zeitintervalle während einer Schaltung sehr kurz sind, kann es vorteilhaft sein, die Nennleistung der Elektromaschine bei Dauerbelastung unter dem maximal bei einem Schaltvorgang zu kompensierenden Drehmoment auszulegen und die Elektromaschine in diesem kurzen Zeitintervall thermisch, beispielsweise um maximal 300% der Nennleistung, zu überlasten, wodurch die Dimensionierung der Elektromaschine minimiert werden kann. Die Entfaltung des Drehmoments der Elektromaschine wird dabei vorteilhafterweise so gesteuert, daß das an der Ausgangswelle des Getriebes anliegende Drehmoment beginnend von dem erforderlichen Drehmoment für den eingelegten Gang in homogener, beispielsweise annähernd linearer und/oder stetiger Weise an das erforderliche Drehmoment der neuen Gangstufe herangeführt wird. Es kann aber auch vorteilhaft sein, das unterstützende Drehmoment der Elektromaschine, insbesondere bei sehr klein dimensionierten Elektromaschinen, so zu gestalten, daß während der Zugkraftunterbrechung nur ein kleineres Drehmoment als das zum Zeitpunkt der Schaltung kleinere für die beiden zu wechselnden Gangstufen erforderliche Drehmoment zur Verfügung gestellt wird, beispielsweise zwischen 100% und 30%, vorzugsweise zwischen 100% und 50% des erforderlichen Drehmoments der Gangstufe mit dem kleineren erforderlichen Drehmoment.
Vorteilhaft ist weiterhin, wenn die Getriebeeingangswelle mit der Kurbelwelle der
Brennkraftmaschine verbindbar ist, beispielsweise über automatisch mit Hilfe
eines Aktors oder manuell ansteuerbare Anfahrkupplung, die eine
Trockenkupplung oder eine Lamellenkupplung oder einen hydrodynamische
Kupplung, beispielsweise ein hydrodynamischer Wandler oder eine Föttinger-
Kupplung, gegebenenfalls mit einer Wandlerüberbrückungskupplung sein kann.
Ebenfalls vorteilhaft kann eine Anfahrkupplung sein, die auf einem geteilten
Schwungrad angeordnet ist. Die Anfahrkupplung kann vorteilhafterweise in der
Kupplungsglocke zwischen Brennkraftmaschine und Getriebe oder innerhalb des
Getriebes untergebracht sein. Weiterhin kann die die Elektromaschine mit der
Eingangswelle verbindende Kupplung mit der Anfahrkupplung als Doppelkupplung
ausgebildet sein und in der Kupplungsglocke oder im Getriebe angeordnet sein. In
speziellen Anwendungsfällen kann es auch vorteilhaft sein, die die
Elektromaschine an die Welle koppelnde Kupplung außerhalb des Getriebes
anzuordnen und auf eine Anfahrkupplung zu verzichten.
Die Schaltung der verschiedenen Kupplungen wie Anfahrkupplung, Kupplungen
für Losräder sowie Kupplungen zum Ankoppeln der Elektromaschine an die
Eingangs- und/oder Ausgangswelle erfolgt - wie bereits erwähnt - mit Hilfe von
Aktoren. Dabei kann prinzipiell ein Aktor durch entsprechende Ausgestaltung alle
oder zumindest mehrere, insbesondere zwei Kupplungen betätigen,
beispielsweise durch einen Aktor, der mittels eines Steuerschiebers die
entsprechende Hydraulik- oder Pneumatikeinrichtung, zumindest bestehend aus
einem Geber-, einem Nehmerzylinder sowie einer Druckversorgungseinrichtung
und den entsprechenden, die Bauteile verbindenden Leitungssystem oder durch
einen Elektromotor, der über entsprechende Gestänge mehrere Kupplungen
betätigen kann. Besonders vorteilhaft ist die Zusammenfassung von Kupplungen
die in derselben Achse und vorteilhafterweise in unterschiedliche Richtungen oder
durch unterschiedlich lange Ausrückwege betätigt werden, wie beispielsweise
Doppelkupplungen und/oder Losräder einer Welle schaltende Kupplungen oder
Schiebehülsen. So kann beispielsweise die Verwendung eines Aktors zum
Schalten der Kupplungen und die Verwendung eines zweiten Aktors zum
Auswählen der zu schaltenden Übersetzung mittels der entsprechenden Kupplung
oder Schiebehülse - wie an sich von herkömmlichen, manuell oder automatisch,
beispielsweise mittels zweier Elektromotoren, geschalteten Schaltgetrieben nach
dem H-Schaltungsprinzip bekannt ist, besonders vorteilhaft sein. Zur Vorsehung
eines optimierten Schaltverlaufs können die Aktoren, insbesondere
Elektromotoren oder Elektromagneten, mit einem diesen nachgeschalteten
Übersetzungs- oder Untersetzungsgetriebe ausgestattet sein.
Die Elektromaschine auf der Antriebswelle des Getriebes kann bei eingerückter
Kupplung zwischen Antriebswelle und Elektromaschine die Brennkraftmaschine
direkt starten, wobei es vorteilhaft sein kann, eine Anfahrkupplung vorzusehen,
wodurch auch ein Impulsstart durchgeführt werden kann, indem ein an der
Kurbelwelle vorgesehenes Schwungrad zuerst von der Elektromaschine
beschleunigt und mit der entsprechend aufgebauten kinetischen Energie mit oder
ohne gleichzeitige Unterstützung durch die Elektromaschine die
Brennkraftmaschine gestartet werden kann. Wenn die Elektromaschine mit der
Abtriebswelle koppelbar verbunden ist, kann über eine entsprechende
Verbindung, beispielsweise ein Zahnradpaar einer Übersetzungsstufe eine
Verbindung mit der Antriebswelle hergestellt werden und dadurch bei eingerückter
Anfahrkupplung und bei Betrieb des abtriebsseitigen Zahnrads als Losrad die
Brennkraftmaschine gestartet werden.
Weiterhin kann die Elektromaschine zumindest einen Teil des Getriebes, das
heißt, zumindest eine Gangstufe als Antriebsquelle antreiben, beispielsweise die
erste Gangstufe oder den Rückwärtsgang. Dabei kann die koppelbare Verbindung
zwischen der Antriebswelle beziehungsweise Abtriebswelle durch das
Zahnradpaar direkt hergestellt werden und das auf der Welle angeordnete, die
Verbindung zur Elektromaschine bildende Zahnrad ein Losrad sein, das über eine
Kupplung mit der Welle verbindbar ist.
Eine weitere Funktion der Elektromaschine deren Rotor durch ein Getriebeteil,
beispielsweise ein Zahnradpaar einer Gangstufe, drehangetrieben sein kann,
kann die Umwandlung mechanischer bzw. kinetischer Energie in elektrische
Energie sein, wobei die elektrische Energie in einen Speicher, beispielsweise in
eine Hochstrombatterie, speisbar sein kann. Die kinetische Energie kann dabei
aus der Brennkraftmaschine, beispielsweise während der Fahrt oder im Stillstand
bei eingelegter Neutralstellung des Getriebes gewonnen werden, indem über die
Schaltungen der vorhandenen Kupplungen, beispielsweise durch Einrücken der
Anfahr- und der die Elektromaschine mit der Antriebswelle beziehungsweise
Abtriebswelle verbindenden Kupplung, ein Kraftfluß von der Brennkraftmaschine
zur Elektromaschine freigeschaltet wird.
Ein weiterer Weg ist die Rückgewinnung von kinetischer Energie während
Verzögerungsvorgängen des Fahrzeugs (Rekuperation). Durch Schaffung eines
Kraftflusses zwischen Elektromaschine und Getriebeausgangswelle,
beispielsweise bei auf der Abtriebswelle angeordneter Elektromaschine durch
Schließen der Kupplung zwischen Abtriebswelle und Elektromaschine,
beziehungsweise bei auf der Getriebeeingangswelle angeordneter
Elektromaschine durch ein Zahnradpaar zwischen Abtriebs- und Antriebswelle,
wobei ein entsprechend angeordnetes Losrad mittels einer Kupplung oder
Schiebehülse drehfest mit der entsprechenden Welle - Abtriebs- oder
Antriebswelle - verbunden ist und die Elektromaschine drehfest, beispielsweise
mittels eines weiteren Zahnrads auf der Rotorwelle der Elektromaschine mit dem
auf der Antriebswelle angeordneten Zahnrad des besagten Zahnradpaars in
Wirkverbindung steht und wahlweise mittels einer weiteren Kupplung von der
Antriebswelle abkoppelbar ist, kann die ansonsten als Wärmeenergie an den
Bremsen oder dem Schleppmoment der Brennkraftmaschine entgegenwirkende
Energie der Elektromaschine zugeführt und in elektrische Energie umgewandelt
und gespeichert werden. Vorteilhaft kann dabei sein, die Brennkraftmaschine
mittels der Anfahrkupplung je nach der erforderlichen Bremswirkung an- oder
abzukoppeln.
Weiterhin kann die Elektromaschine als alleinige oder die Brennkraftmaschine
unterstützende Antriebsquelle (Booster-funktion) zum Einsatz kommen, wobei je
nach gewünschtem Fahrmodus die Anfahrkupplung eingerückt, ausgerückt oder
schlupfend betrieben werden kann.
Die elektrische Maschine kann so in das Getriebe integriert werden, daß die
Drehachse des Rotors der Elektromaschine koaxial zur Getriebeeingangswelle
oder Getriebeausgangswelle angeordnet ist oder daß die Rotorwelle der
Elektromaschine parallel zur Getriebeeingangswelle oder -ausgangswelle
angeordnet ist.
Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des erfinderischen Getriebes kann
vorteilhaft in Front-Quer-Anordnung in dem Fahrzeug angeordnet werden. Ein
anderes Ausführungsbeispiel kann eine vorteilhafte Front-Längs-Anordnung
vorsehen, wobei es auch für andere vorteilhafte Triebstrangstrukturen
vorsehbar ist.
Die Betätigungsaktoren der Kupplungen oder Schaltelemente können in
unterschiedlichen Ausführungsbeispielen vorteilhaft mit Elektromotoren mit
einer rotatorischen Ausgangsbewegung eines Ausgangselementes,
Elektromotoren mit linearer Ausgangsbewegung, wie beispielsweise auch
Linearmagnet, hydaulische Drehaktoren (wie beispielsweise Zahnradpumpe,
Flügelzellenpumpe, etc.), hydraulische Linearaktoren (wie Kolben/
Zylindereinheiten etc.), pneumatische Drehaktoren (Flügelzellenpumpe, etc.),
pneumatische Linearaktoren (Kolben, etc.), piezoelektrische Aktoren, und
thermomechanische Aktoren ausgebildet sein.
Zwischen den Motoren und den Betätigungselementen kann der Betätigungsaktor
Übersetzungsgetriebe aufweisen, wie beispielsweise mechanische Getriebe nach
der folgenden Art: Hebel, Keil, Kurvengetriebe, Spindel, Schnecke, Stirnrad,
Planetensatz, etc., hydraulische Getriebe, pneumatische Getriebe (Geber-/
Nehmerzylinder oder allgemein Druckmittelgetriebe.
Zur Anlenkung des angesteuerten Elementes kann je nach
Ausführungsbeispiel eine der folgenden Formen der Übertragungsstrecke
vorteilhaft verwendet werden. Nachstellbare oder selbsteinstellende
Übertragungsstrecken können eingesetzt werden, wie mechanische Strecken
wie Hebel, Seilzug, Stange, Schieber, Keil, Kurvengetriebe etc.,
hydrostatische Strecke, wie Geber-/Nehmerzylinder mit/ohne
Schnüffelbohrung, hydrodynamische Strecke, pneumatische Strecke.
Die Betätigungsaktoren zur Betätigung des Gangwechsels und der Auswahl
des nachfolgenden Ganges können auch durch Zwischengetriebe
zusammengefaßt werden. So ist es möglich mehr Gangpaare zu schalten als
Aktoren gegeben sind. Beispiele hierfür sind Verteilergetriebe entsprechend
des H-Schaltbildes oder eine Schaltwalze, welche beliebig viele Gänge mit
einem Aktor schaltet.
Die Kupplung, wie Anfahrkupplung oder die Kupplungen zur Ankopplung der
Elektromaschine können als konventionelle gedrückte oder gezogene
Kupplungen ausgebildet sein, die durch einen Federvorspannung eines
Energiespeichers in einem nicht betätigten Zustand von dem Kraftspeicher
eingerückt gehalten wird. Weiterhin können derartige Kupplungen
kraftreduzierte, selbstnachstellende Kupplungen sein, die einen Verschleiß
beispielsweise der Reibbeläge selbsttätig ausgleichen. Die Kupplung kann in
einem weiteren Ausführungsbeispiel auch eine zugedrückte Kupplung sein, die
mittels des Aktors zumindest teilweise oder mit einer Teilkraft betätigt werden
muß, damit sie eingerückt wird.
Vorteilhaft ist ein Torsionsschwingungsdämpfer im Antriebsstrang beispielsweise
mit einer Feder-Dämpfer-Einheit zwischen Anfahr-/Schaltkupplung und Motor.
Dieser Dämpfer kann in die Kupplungsscheibe oder in ein
Zweimassenschwungrad integriert sein.
Die Sensoren zur Ermittlungen der Umdrehungszahlen von Eingangs-,
Ausgangs- und Kurbelwelle wie Drehzahlsensoren, detektieren die Drehzahlen
von Motor und Getriebe. Wobei die Abtriebsdrehzahl auch aus den
Raddrehzahlen zurückgerechnet werden kann. Weiterhin kann es zweckmäßig
sein, wenn ein Drehzahlsensor an der Eingangswelle angeordnet ist.
Weiterhin kann zum erfindungsgemäßen Getriebe eines Kraftfahrzeuges
weiterhin erfindungsgemäß gehören:
- - Steuereinheit mit Mikroprozessor mit Signalverarbeitung, Elektronik, Steuerlogik, Signalverstärkern, Datenbus-Systemen etc.
- - Anzeigesysteme wie Warnlampe, Warntongeber, Ganganzeige etc.
- - Bedienelement wie Schaltknauf, Schalter, etc.
- - Programme mit Wahlelement zur Auswahl von: Automatik, manuelle Gangwahl, Winter, Sport, Fahrererkennung etc.
- - Elektronische Motorsteuerung mit elektronischer Kraftstoffzufuhrsteuerung, wie E-Gas, am Verbrennungsmotor (elektromotorisch, elektronisch, etc.)
- - Sensorik zur Detektion der Motordrehzahl, Raddrehzahl, Türöffnungserkennung, Motorhaubenöffnungserkennung, etc.
- - Daten- und Steuersignalkommunikation zwischen Getriebesteuergerät und Motorsteuergerät des Verbrennungsmotors.
Bei einem oben genannten Getriebe kann eine Elektromaschine, wie Starter,
wie Anlasser, Generator, wie Lichtmaschine, Starter-Generator,
Retarder/Zusatzantrieb integrieren. Hierbei handelt es sich vorteilhaft um eine
Elektromaschine die folgende Funktionen erfüllt, wie Starten des
Verbrennungsmotors und Erzeugen des elektrischen Stromes für das Bordnetz
des Kraftfahrzeuges und gegebenenfalls als elektrische Bremse mit
Energierückgewinnung, wobei überschüssige elektrische Energie wieder dem
Antrieb zugeführt wird. Vorteilhaft kann die Elektromaschine auch für die
Synchronisierung des Getriebes unterstützend wirken und kann ebenso
vorteilhaft eingesetzt werden, um bei stehendem Fahrzeug die Eingangswelle
des Getriebes auf Drehzahl Null abzubremsen. Dadurch können in einzelnen
Ausführungsbeispielen Synchronringe eingespart werden. Auch um
Drehmomentrückgänge während Schaltphasen zu glätten, ist die
Elektromaschine vorteilhaft gezielt ansteuerbar um in diesen Phasen
Drehmoment zur Verfügung zu stellen.
Die Elektromaschine kann auf der Motorseite, das heißt am Schwungrad, wie
auch am Primär- oder Sekundärschwungrad eines Zweimassenschwungrades
angreifen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es vorteilhaft, wenn die
Elektromaschine auf die Getriebeeingangswelle wirkt oder an dieser angreift,
wobei diese sowohl koaxial als auch achsversetzt angeordnet sein kann. Die
Elektromaschine kann den Verbrennungsmotor oder die Eingangswelle direkt
oder über ein Zwischengetriebe antreiben. Dieses Zwischengetriebe kann eine
konstante oder variable Übersetzung haben. Es kann zwischen mehreren
konstanten Übersetzungen umgeschaltet werden, oder die Übersetzung
stufenlos eingestellt werden. Eine Übersetzung kann beispielsweise
fliehkraftgesteuert oder mittels eines Aktors erfolgen.
Die Drehbewegung der Elektromaschine kann auf die Motorwelle oder
Eingangswelle des Getriebes durch die folgenden Übertragungsmittel
übertragen werden:
- - Verzahnungen (Stirnrad, Kegelverzahnung etc.)
- - Umschlingungsgetriebe (Ketten, Keilriemen, Zahnriemen etc.)
- - Hydraulische Getriebe (Pumpe / Motor etc.)
Der Startvorgang kann dabei unter anderem auf zweierlei Arten erfolgen.
Entweder die Elektromaschine beschleunigt den Verbrennungsmotor direkt,
oder die Elektromaschine wird zu erst alleine angetrieben und treibt dann
ausgehend von der höheren Drehzahl den Verbrennungsmotor an, weil
beispielsweise eine Reibkupplung geschlossen wurde. Ein solcher Motorstart
bietet sich über die Anfahrkupplung an, nachdem die Elektromaschine zuvor
die Eingangswelle des Getriebes beschleunigt hat.
Bei den erfindungsgemäßen Getrieben ist beispielsweise die volle Leistung der
Elektromaschine auf den Abtriebsstrang oder auf die Abtriebswelle oder auf die
Eingangswelle des Getriebes schaltbar. In anderen Betriebsbedingungen des
Getriebes kann es jedoch auch genügen, einen Teil der vollen Leistung der
Elektromaschine auf die Eingangs- oder Ausgangswelle zu schalten.
Die Elektromaschine ist umschaltbar zwischen der Eingangswelle des
Getriebes und der Ausgangswelle des Getriebes.
Die Elektromaschine kann auf die Eingangswelle des Getriebes wirken, zum:
Starten des Antriebsmotors, zum Generieren von elektrischer Energie aus kinetischer Energie des Motors oder des Getriebes, zum Rekuperieren von Energie, um die Drehzahl an der Elektromaschine zu mindern (Übersetzungsänderung für die Elektromaschine zwischen Eingangs- und Abtriebswelle), für das Anfahren mit der Elektromaschine als Antriebsmotor für das Fahrzeug, für das Boosten mit der Elektromaschine als zusätzliche Antriebsquelle neben der Fahrzeugverbrennungsmaschine, zum rückwärts fahren.
Starten des Antriebsmotors, zum Generieren von elektrischer Energie aus kinetischer Energie des Motors oder des Getriebes, zum Rekuperieren von Energie, um die Drehzahl an der Elektromaschine zu mindern (Übersetzungsänderung für die Elektromaschine zwischen Eingangs- und Abtriebswelle), für das Anfahren mit der Elektromaschine als Antriebsmotor für das Fahrzeug, für das Boosten mit der Elektromaschine als zusätzliche Antriebsquelle neben der Fahrzeugverbrennungsmaschine, zum rückwärts fahren.
Die Elektromaschine kann auf die Abtriebswelle des Getriebes geschaltet
werden, zum: Auffüllen der Zugkraftunterbrechung bei einem Schaltvorgang
des Getriebes, bei welchem beispielsweise die eingangsseitige
Anfahrkupplung zumindest teilweise geöffnet wird, zum Generieren von
elektrischer Energie aus kinetischer Energie des Motors oder des Getriebes,
zum Rekuperieren von Energie, um die Drehzahl an der Elektronikmaschine
zu mindern (Übersetzungsänderung für die Elektronikmaschine zwischen
Eingangs- und Abtriebswelle), für das Anfahren mit der Elektronikmaschine als
Antriebsmotor für das Fahrzeug, für das Boosten mit der Elektronikmaschine
als zusätzliche Antriebsquelle neben der Fahrzeugverbrennungsmaschine,
zum rückwärts fahren.
Vorteilhafte Ausführungsvarianten sind folgende:
Die Elektromaschine wirkt auf einen Radsatz eines Ganges
- - Die Elektromaschine wirkt auf Zahnrad auf Eingangswelle
- - Die Elektromaschine wirkt auf Zahnrad auf Abtriebswelle
- - Die Elektromaschine wirkt auf Radsatz des Rückwärtsganges
Die Schaltkupplungen des Radsatzes mit Elektromaschine können vorteilhaft
wie folgt ausgebildet sein:
- - Form- oder Reibschlüssige Kupplung an Zahnrad auf Eingangswelle
- - Form- oder Reibschlüssige Kupplung an Zahnrad auf Abtriebswelle
Eine reibschlüssige Kupplung kann an einem Zahnrad auf der Eingangswelle
eingesetzt werden als Anfahrkupplung.
Die Aktoren können wie folgt vorteilhaft ausgebildet sein:
elektrisch betätigt, druckmittelbetätigt, wie hydraulisch oder pneumatisch. Vorteilhaft können Mehrfachbetätigung eines Aktors von Schaltkupplungen des Radsatzes mit Elektromaschine oder aller Schaltelemente (Schaltwalze, Zentrale Schaltwelle) erfolgen.
elektrisch betätigt, druckmittelbetätigt, wie hydraulisch oder pneumatisch. Vorteilhaft können Mehrfachbetätigung eines Aktors von Schaltkupplungen des Radsatzes mit Elektromaschine oder aller Schaltelemente (Schaltwalze, Zentrale Schaltwelle) erfolgen.
Ein Getriebe zwischen Elektromaschine und Gangradsatz ist vorteilhaft wie
folgt ausgebildet:
- - direkt (koaxial)
- - mit konstanter Übersetzung/Untersetzung mit Zwischenzahnrad
- - mit konstanter Übersetzung/Untersetzung mit Zahnradstufe
- - mit einem stufenlos einstellbaren Getriebe
- - mit einem in Stufen schaltbaren Getriebe.
Eine Abschätzung für ein Fahrzeug bezüglich der Übersetzungen und des
Leistungsbedarfs der Elektromaschine ergibt als Minimalforderung eine
Nennleistung von ca. 2 bis 20 kW; vorteilhaft im Bereich von 10 kW bei
Kurzzeitüberlastbarkeit der Elektromaschine. Wenn der elektromotorische
Fahrbetrieb dem verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb vergleichbar sein soll
und z.B. die erste Übersetzungstufe durch elektrisch gesteuerte Übersetzung
ersetzt werden soll, ist es zweckmäßig, wenn eine Nennleistung von ca. 35 kW
vorgesehen werden.
Das Antriebsstrangkonzept eines erfindungsgemäßen Getriebes sieht vor, daß
die Betätigung der Anfahrkupplung und des Schaltgetriebes automatisiert
erfolgen. Eine Steuerung übernimmt die Koordinierung sowie die Regelung der
Elektromaschine. Die Steuerung kommuniziert mit anderen Steuergeräten des
Fahrzeugs, z. B. über CAN-Bus.
Die Getriebesteuerung kann mit anderen Steuerungen, z. B.
Verbrennungsmotorsteuerung und Bremsregelsystem (z. B. elektrische Bremse),
zur Rekuperation von Bewegungsenergie, kombiniert werden. Die Vorgabe der
Betriebsart und die Gangvorgabe kann aus einer übergeordneten
Antriebsstrangsteuerung kommen.
In Verbindung mit
- - elektromotorischer Servolenkung
- - elektromotorischer Kühlwasserpumpe
- - ggf. weiteren elektrifizierten Aggregaten
kann die Riemenscheibenebene komplett entfallen, wodurch der
Verbrennungsmotor reibungsärmer wird.
Die muß sowohl motorisch als auch generatorisch betrieben werden können
und das Moment - innerhalb der Leistungsgrenze - mittels
Spannungsregelung möglichst unabhängig von der Rotordrehzahl einstellbar
sein, so daß über eine geeignete Ansteuerung der gewünschte Betriebspunkt
im Kennfeld eingestellt werden kann (Erregerfeld-Schwächung). Günstig ist
auch eine hohe Kurzzeit-Überlastbarkeit, da bei den Betriebsarten Anlassen
und Zugkraftunterbrechung überbrücken nur kurzzeitig hohe Leistungen
benötigt werden.
Wenn der Rückwärtsgang des Schaltgetriebes durch rein elektrischen Betrieb
ersetzt werden soll, kann die Elektromaschine für beide Drehrichtungen
ausgelegt werden und die Leistungselekronik die notwendige Ansteuerung
realisieren.
Geeignet sind Elektromaschinen-Typen wie Reluktanzmaschine,
Asynchronmotor, EC-Motor, Gleichstrom-Nebenschluß-Maschine und evtl.
auch Synchron- und Schrittmotoren. Die Ansteuerung der Elektromaschine
kann das Nutzbremsen ermöglichen.
Die Erfindung wird anhand der Fig. 1 bis 41b näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1-19 vorteilhafte Ausgestaltungsformen des erfindungsge
mäßen Getriebes,
Fig. 20-35 vorteilhafte Funktionsweisen des erfindungsgemäßen
Getriebes,
Fig. 36 ein Prinzipschaltbild zur Schaltung von Kupplungen,
Fig. 37-38 vorteilhafte Ausgestaltungsformen des erfindungsge
mäßen Getriebes
und
Fig. 39a - 41b Diagramme zur Erläuterung der bei einem Schaltvorgang
auftretenden Momente und Drehzahlen.
Die Fig. 1 zeigt schematisch ein Getriebe 1 eines Kraftfahrzeuges, welches einer
Antriebseinheit 2, wie Motor oder Brennkraftmaschine, und einer Anfahr- oder
Schaltkupplung 3, wie beispielsweise eine Reibungskupplung, nachgeordnet ist,
die drehschlüssig auf der Kurbelwelle 2a der Brennkraftmaschine 2 angeordnet
ist. Das Getriebe 1 weist eine Eingangswelle 4, eine Vorgelegewelle 5 und
gegebenenfalls eine zusätzliche Ausgangswelle 6 auf, wobei im
Ausführungsbeispiel der Fig. 1 die Vorgelegewelle 5 gleich der Ausgangswelle 6
ist.
Zwischen Motor 2 und Getriebe 1 ist ein Schwungrad 10 angeordnet, auf welchem
die Reibungskupplung 3 in einer an sich bekannten Ausführung mit Druckplatte
und Kupplungsdeckel angeordnet ist. Ebenso kann statt des starren
Schwungrades 10 ein Zweimassenschwungrad vorgesehen sein, welches zwei
relativ zueinander verdrehbar gelagerte Schwungmassen aufweist, die entgegen
Rückstellkräften beispielsweise von zwischen den Schwungmassen angeordneten
Energiespeichern verdrehbar sind.
Zwischen der Kupplungsscheibe 3a, beispielsweise mit radial außen
angebrachten Reibbeläge für einen Reibeingriff auf die Druckplatte und eine nicht
näher dargestellte Anpreßplatte, und der Getriebeeingangswelle 4 ist ein
Drehschwingungsdämpfer 11 angeordnet. Dieser weist zumindest zwei relativ
zueinander verdrehbar gelagerte scheibenförmige Bauteile 11a, 11b auf, die
entgegen Rückstellkräften beispielsweise von zwischen den Bauteilen
angeordneten, in Umfangsrichtung wirksamen Energiespeichern 12 verdrehbar
sind.
Die Wellen, wie Eingangswelle 4, Ausgangswelle 6 und gegebenenfalls
Vorgelegewelle 5 des Getriebes 1 sind mittels - nicht dargestellter - Lager
innerhalb eines - ebenfalls nicht dargestellten - Getriebegehäuses drehbar
gelagert und in radialer Richtung zentriert und gegebenenfalls in axialer Richtung
gelagert.
Die Eingangswelle 4 und die Ausgangswelle 6 sind im wesentlichen parallel
zueinander ausgerichtet angeordnet. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann
die Ausgangswelle auch koaxial zur Eingangswelle angeordnet sein, wobei sie
ebenfalls innerhalb des Getriebegehäuses gelagert und zentriert ist.
Die Anfahr- oder Schaltkupplung 3 ist in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel
beispielsweise als naß laufende Reibungskupplung innerhalb des
Getriebegehäuses angeordnet. In einem weiteren vorteilhaften
Ausführungsbeispiel ist die Kupplung 3 beispielsweise als
Trockenreibungskupplung innerhalb einer Kupplungsglocke axial zwischen Motor
2 und Getriebe 1 angeordnet.
Mit der Eingangswelle 4 des Getriebes 1 sind die Gangräder 21, 22, 23, 24 und 25
für die Gänge R, I, II, III, IV, V axial fest und drehfest verbunden und kämmen zur
Bildung der entsprechenden Übersetzungen dieser mit den Zahnrädern mit den
Zahnrädern 31, 32, 33, 34 und 35, die als Losräder auf der Abtriebswelle 6
angeordnet und mittels den Kupplungen 40, 41, 42 mit dieser drehfest verbindbar
sind. Die Zahnräder 20, 30 sind auf der Eingangswelle 4 beziehungsweise
Ausgangswelle 6 verdrehbar angeordnet und sind mit der entsprechenden Welle
jeweils mittels deren zugehöriger Kupplung 100 beziehungsweise 101 drehfest
verbindbar. Die Kupplungen 100, 101 können als Reibungskupplungen
ausgestaltet sein und daher einen gewissen Schlupf erlauben, so daß eine
Synchronisation entfallen kann. Mit dem Zahnrad 20 kämmt ein weiteres Zahnrad
26 zur Richtungsumkehr, das mit der Rotorwelle 28 mittels des Zahnrads 27, das
mit dieser drehfest verbunden ist, den Rotor 29 mit der Antriebswelle 4 mittels der
Kupplung 100 abkoppelbar verbindet. Über das Zahnrad 30, das mit dem Zahnrad
20 kämmt, kann mittel der Kupplung 101 ebenfalls eine abkoppelbare Verbindung
der Elektromaschine 45 mit der Abtriebswelle 6 hergestellt werden. Zwischen
Zahnrad 25 und Zahnrad 35 ist das Zwischenzahnrad 36 zur
Drehrichtungsumkehr angeordnet. Die Zahnradkombination 25, 35, 36 stellt somit
die Paarung für den Rückwärtsgang R dar. Die Zahnradpaarung 20, 30 stellt die
Paarung für den Gang I und bildet die Verbindung zur Elektromaschine 45 dar.
Die Zahnradpaarung 21, 31 bilden Gang II, die Zahnradpaarung 22, 32 den Gang
III, die Zahnradpaarung 23, 33 den Gang IV und die Zahnradpaarung 24, 34 den
Gang V. Es versteht sich, daß eine andere Anordnung von Zahnpaaren mit einer
unterschiedlichen Anordnung der Übersetzungen, die geänderte Anordnung von
Losrädern auf der Eingangswelle oder Ausgangswelle ebenfalls vorteilhafte
Ausgestaltungen beinhalten kann und in die Erfindung eingeschlossen sind.
Der Rückwärtsgang R ist unter axialer Verlagerung der Kupplung 40, die als
Schiebemuffe vorgehen sein kann, aus einer Neutralstellung heraus mit der
Ausgangswelle 6 drehfest formschlüssig verbindbar. Gleiches gilt für die
Zahnräder 31, 32 und 33, 34, welche unter axialer Verlagerung der jeweiligen
Schiebemuffen 41, 42 mit der Ausgangswelle 6 formschlüssig verbindbar sind.
Dabei wird jeweils nur ein Zahnrad von zwei mittels einer Schiebemuffe
geschalteten Gängen, beispielsweise der Gänge II und III beziehungsweise IV
und V, mit der Welle 6 verbunden, da die Schiebemuffen 41, 42 durch die axiale
Verlagerung in die eine oder in die andere axiale Richtung eine formschlüssige
Verbindung zwischen Welle 6 und Zahnrad 31, 33 beziehungsweise 32, 34 bilden
und die Schiebemuffen 41, 42 jeweils axial zwischen zwei Zahnrädern angeordnet
sind.
Das Getriebe 1 weist, wie dargestellt, drei Baugruppen auf, die durch jeweils zwei
Zahnradpaare und eine dazwischen angeordnete Kupplung, wie Schiebemuffe,
gebildet sind.
Die Kupplungen 40, 41 und/oder 42 können in weiteren Ausführungsbeispielen
vorteilhafterweise als formschlüssige Kupplungen, wie Klauenkupplungen,
gebildet sein. Ebenso können sie als reibschlüssige Kupplungen mit konischen
oder ebenen Reibflächen mit einer oder mehreren Reibflächen, beispielsweise als
Lamellenkupplung, ausgebildet sein. Weiterhin können sie mit einer
Synchronisiereinrichtung mit einem oder mehreren Synchronisierringen
ausgebildet sein.
Wie zu erkennen ist, bilden die Zahnradpaare des Rückwärtsganges die erste
Baugruppe und die Zahnradpaare des zweiten und dritten Ganges die zweite
Baugruppe und die Zahnradpaare des vierten und fünften Ganges die dritte
Baugruppe. Der Gang 1 wird mit Hilfe der Kupplungen 100, 101, die auch die
Anbindung der Elektromaschine 45 an die Eingangs- und/oder Ausgangswelle 4,
6 übernehmen geschaltet.
Die Schiebemuffen 40,41 und 42 zur Schaltung der Gänge R und II bis V des
Getriebes 1 werden durch die Betätigungseinheiten 60, 61, 62 betätigt, wie axial
verlagert, wobei zwischen den Betätigungseinheiten 60, 61, 62 und den
Schiebemuffen 40, 41, 42 jeweils eine Verbindung i1, i2, i3, wie ein Gestänge oder
ein Seilzug oder ein Bowdenzug oder eine Schaltwelle vorgesehen ist. Die
Betätigungseinheit kann einen elektromotorischen, einen elektromagnetischen
und/oder einen druckmittelbetätigten Antrieb, wie beispielsweise eine
Hydraulikeinheit, vorsehen. Die Verbindungen i1, i2, i3 können weiterhin eine Über-
oder Untersetzungsgetriebe enthalten.
Entsprechende erfindungsgemäße Getriebe könne auch beispielsweise mit einem
Vierganggetriebe mit Rückwärtsgang (vier Vorwärtsfahrgänge) oder mit einem
Sechsganggetriebe mit Rückwärtsgang (sechs Vorwärtsfahrgänge) ohne
Beschränkung der Allgemeinheit ausgebildet werden.
Zur Detektion der Getriebeausgangsdrehzahl, der Drehzahl der Welle 6 ist ein
Drehzahlsensor 70 vorgesehen. Zur Detektion der Getriebeeingangsdrehzahl, der
Drehzahl der Welle 4 kann weiterhin ein zusätzlicher Drehzahlsensor 72
vorgesehen sein. Zur Detektion der Motordrehzahl ist ein Drehzahlsensor 71
vorgesehen.
Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal des Getriebes ist, daß über ein Zahnrad des
Getriebes, wie beispielsweise Zahnrad 20 bis 24 die Elektromaschine 45, deren
Stator 90 mit dem Getriebegehäuse fest verbunden sein kann als Anlasser der
Brennkraftmaschine 2 die Welle 4 antreibt, wobei die Kupplung 101 geöffnet und
die Kupplung 101 geschlossen ist. Ebenso kann die Elektromaschine 45 als
Elektrogenerator, wie Lichtmaschine, angetrieben werden, wobei diese über die
Abtriebswelle 6 bei geschlossenen Kupplungen 100, 101 mittels Rekuperation
und/oder bei ausgekuppelter Brennkraftmaschine 2 mit kinetischer Energie
versorgt wird. Alternativ kann die Elektromaschine 45 bei geschlossener
Anfahrkupplung 3 mit kinetischer Energie im Umkehrvorgang des Starts mit
kinetischer Energie versorgt, das heißt, angetrieben werden. Dies kann bei
stehendem Fahrzeug und dann offener Kupplung 101 oder bei fahrendem
Fahrzeug mit geschlossener Kupplung 101 erfolgen, wobei Kupplung 100 stets
geschlossen ist. Es versteht sich, daß in vereinfachten Ausgestaltungsformen die
Elektromaschine 45 auch nur Starter- oder Generatorfunktion aufweisen kann.
Die Elektromaschine 45 ist radial außerhalb der Zahnradpaare zur Einstellung der
Übersetzung in einer im Getriebegehäuse vorgesehenen Ausbuchtung
untergebracht und der Stator 90 ist fest mit dem Getriebegehäuse verbunden. Es
kann auch vorteilhaft sein, die Elektromaschine außerhalb des Getriebes 1 mit
einem separaten Gehäuse an das Getriebegehäuse anzuflanschen und die
Rotorwelle 28 in das Gehäuse zu führen und über eine entsprechende
kraftschlüssige Verbindung, beispielsweise eine Verzahnung mittels Zahnrädern
und mittels zumindest einer Kupplung abkoppelbar mit der Getriebeeingangswelle
und/oder der Ausgangswelle zu verbinden. Desweiteren kann es unter anderem
aus Gründen der effizienten Ausnutzung des Getriebebauraums sowohl vorteilhaft
sein, die Elektromaschine mit der Ausgangsseite der Rotorwelle in oder entgegen
der Richtung der Kurbelwelle auszurichten.
Bei der Erfindung handelt es sich um ein lastschaltendes oder
lastschaltfähiges Getriebe 1. Die Lastschaltung wird dadurch durchgeführt,
daß die Elektromaschine 45 mittels einer Kupplung 101 mit der Abtriebswelle 6
verbunden wird. Bei einem Schaltvorgang wird die Elektromaschine 45 bei
einem beginnenden Ausrückvorgang der Anfahrkupplung 3 gestartet, wobei
die Kupplungen 100, 101 eingerückt sind oder zumindest durch Schlupf ein
Drehmoment an die Ausgangswelle 6 übertragen.
Erfindungsgemäß werden dabei die Kupplungen 3, 100, 101 mit den
Kupplungsaktoren 80, 81, 82 automatisch betätigt, wobei die Aktoren 80, 81, 82
auch durch einen zentralen Aktor ersetzt sein können. Zwischen den Aktoren
80, 81, 82 und den Kupplungen 3, 100, 101 können ebenfalls - anolog zu den
Schaltaktoren 60, 61, 62 - Gestänge, Hydraulik- oder Pneumatikeinrichtungen
sowie Unter-, beziehungsweise Übersetzungs- und/oder
Verzweigungsgetriebe vorgesehen sein, so daß in einem besonders
vorteilhaften Ausführungsbeispiel ein Kupplungsaktor, ein Schaltaktor und ein
Wählaktor vorgesehen werden kann.
Zur Steuerung des Getriebes 1 und dessen Funktionen, insbesondere in
Verbindung mit der Elektromaschine 45 umfaßt das Getriebe 1 weiterhin eine
- nicht näher gezeigte - elektronische Steuereinheit 91 mit Mikroprozessor zur
elektronischen Steuerung des Getriebes, eine Drehzahlerfassung, eine
elektronische Drosselklappensteuerung oder Motorbefüllung und ein
elektronisches Motorsteuerungssystem für den Verbrennungsmotor, ein
manuell betätigbares Element zur Gangwahl, wie Hebel, Schalter oder
ähnliches zur manuellen und/oder automatisierten Gangwahl, eine Anzeige im
Fahrzeuginnenraum zur Ganganzeige. Die Eingabe dieser Fahrzeugwerte
erfolgt über eine Schnittstelle In oder über einzelne Signaleingänge.
Für einen Anfahrvorgang wird ein niedriger Gang I, II oder R im Getriebe
eingelegt. Die Anfahrkupplung 3 schließt durch die Betätigung des
Betätigungsaktors 80, während der Motor 2 unter Gaspedalbetätigung
Drehmoment aufbaut, um das Fahrzeug zu beschleunigen. Der Anfahrvorgang
ist abgeschlossen, wenn die Anfahrkupplung 3 haftet. Das Motormoment wird
nun über die geschlossene Kupplung 3 und den eingelegten Gang auf die
Abtriebswelle 6 übertragen.
Der Schaltvorgang wird in jedem Fall durch den Schaltwunsch des Fahrers
oder der automatischen Steuerung eingeleitet.
Die Kupplungen 3, 100, 101 können vorteilhaft als eine der folgenden, nicht
bezüglich der Verwendbarkeit erschöpfend aufgezählten Kupplungen
ausgebildet werden:
- - Naß laufende Kupplung
- - Trocken laufende Kupplung
- - Scheibenkupplung
- - Konuskupplung mit konischer/konischen Reibfläche/n
- - Kupplung mit einer Reibfläche
- - Kupplung mit zwei Reibflächen
- - Kupplung mehrere Reibflächen (wie beispielsweise Lamellenkupplung)
Die Kupplungen oder Schiebemuffen 40, 41, 42 zum Verbinden der Losräder
31, 32, 33, 34, 35 mit der Welle 6 können vorteilhaft wie folgt ausgebildet
sein:
- - formschlüssige Kupplung, wie Klauenkupplung,
- - reibschlüssige Kupplung
Um den Wirkungsgrad des Getriebes 1 zu optimieren ist es besonders
vorteilhaft, die Kupplungen 40, 41, 42 oder Schiebemuffen zur Verbindung
von Welle 6 und Losrad 31, 32, 33, 34, 35 im wesentlichen ohne äußeren
zusätzlichen Energieaufwand geschlossen zu halten. Diesbezüglich können
formschlüssige Kupplungen eingesetzt werden. Um eine reibschlüssige
Kupplung ohne Energieaufwand geschlossen zu halten, können vorteilhaft
kraft- oder energiespeichernde Elemente, wie beispielsweise Federn,
vorgesehen sein, die die Reibflächen gegeneinander beaufschlagen. Ebenso
können Ziehkeilgetriebe oder federbeaufschlagte Reibkupplungen verwendet
werden.
Die Verzahnung des Formschlusses bei formschlüssigen Kupplungen kann
verschieden ausgeführt sein, wie beispielsweise: glatt mit Rundung, konvexe
Klaue, Berliet-Klaue oder Abweisklaue.
Es kann vorteilhaft sein, den Gang 1 und/oder den Rückwärtsgang R mit einer
Synchronisierung mit Synchronisierringen auszustatten. In einem weiteren
Ausführungsbeispiel kann es zweckmäßig sein, wenn zumindest einzelne
Gänge mit einer Synchronisierung mit Synchronisierringen ausgestattet sind.
Die Losräder 30 bis 35 und Kupplungen 40 bis 42 können bei Getrieben mit
Vorgelegewelle unterschiedlich angeordnet werden. Das Losrad eines jeden
Ganges kann entweder auf der Eingangswelle oder auf der Vorgelegewelle
angeordnet sein. Somit kann auch die Lastschaltkupplung in unterschiedlichen
Ausführungsbeispielen auf der einen oder der anderen Welle angeordnet
sein.
Die Fig. 2 zeigt ein mit dem Ausführungsbeispiel des Getriebes 1 in Fig. 1
identisches Getriebe 1a, bei dem die Kupplungen 100, 101 durch einen
einzigen Aktor 181 angesteuert werden. Der Aktor 181 und das
nachgeschaltete Verzweigungsgetriebe i kann dabei vorteilhafterweise so
ausgestaltet sein, daß beide Kupplungen 100, 101 hintereinander oder
unabhängig voneinander aus- und einrückbar sind.
Bei einem die Kupplungen 100, 101 hintereinander, beginnend mit der
Kupplung 100 einrückenden und in umgekehrter Reihenfolge ausrückenden
Aktor 181 kann die Elektromaschine 145 bei eingerückter Kupplung 100 und
bei ausgerückter Kupplung 101 die Brennkraftmaschine 102 direkt oder über
einen Impulsstart, indem von der Elektromaschine 145 zuerst das Schwungrad
110 beschleunigt wird und anschließend die Anfahrkupplung 103 eingerückt
und mit der kinetischen Energie des Schwungrads 110 die Brennkraftmaschine
102 gedreht wird, gestartet werden.
Wenn beide Kupplungen 100, 101 eingerückt sind, ist das Getriebe 1a
blockiert. Diese Funktion kann als Parksperre benutzt werden.
In Fig. 3 ist ein erfindungsgemäßes, mit den Ausführungsmustern der Fig.
1 und 2 ähnliches Getriebe 201 dahingehend modifiziert, daß die Kupplung
200 zur Verbindung der Elektromaschine 245 mit der Antriebswelle 204 in der
durch das Getriebegehäuse 207 abgegrenzte und ausgeformte
Kupplungsglocke untergebracht ist und daher als Trockenkupplung ausgeführt
werden kann. Die Kupplung 200 kann eine Dämpfungseinrichtung 200a,
beispielsweise in Form einer Kupplungsscheibe mit radial außen
angebrachten Reibbelägen für einen Reibschluß mit einer Druck- und
Anpreßplatte, die drehschlüssig mit der Kurbelwelle 202a der
Brennkraftmaschine 202 verbunden ist, aufweisen, so daß der Kraftfluß bei
eingerückter Kupplung 200 von der Kurbelwelle 202a über die Reibbeläge,
das Eingangsteil und das relativ begrenzt gegen dieses entgegen der Wirkung
von in Umfangsrichtung wirksamen Energiespeichern mit gegebenenfalls
zugeschalteter Reibeinrichtung verdrehbare Ausgangsteil der
Dämpfungseinrichtung 200a über eine drehschlüssig auf der Hülse 200b
angeordnete Nabe an das die kraftschlüssige Verbindung zur Elektromaschine
245 bildende Zahnrad 220 geleitet wird, wobei die Hülse 200b gegenüber der
Getriebeeingangswelle 204 und gegenüber dem Getriebegehäuse 207
abgedichtet ist.
In dem gezeigten Getriebe 201 ist die Getriebeeingangswelle fest unter
Zwischenschaltung einer Dämpfungseinrichtung 211 mit dem Schwungrad 210
verbunden, wobei aus Montagegründen die Verbindung drehschlüssig aber
axial steckbar sein kann.
Dabei kann das Schwungrad auch als geteiltes Schwungrad ausgeführt sein,
wobei das Schwungrad mit beiden gegeneinander unter Zwischenschaltung
der Dämpfer, wie beispielsweise Bogenfedern, begrenzt oder über eine
Rutschkupplung unbegrenzt gegeneinander verdrehbaren Massen auf der
Kurbelwelle oder auf der Getriebeeingangswelle angeordnet sein können und
jeweils mit der komplementären Welle eine drehfeste Verzahnung bilden.
Von Vorteil kann weiterhin sein, eine Anfahrkupplung vorzusehen und die
Kupplung 200 mit der Anfahrkupplung zu einer Doppelkupplung zu vereinigen
und mit einem Aktor 280, der ansonsten nur die Kupplung 200 betätigt und ein
Zwischengetriebe i aufweisen kann, beide Kupplungen 200, 203 zu betätigen.
In dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Brennkraftmaschine
202 bei eingerückter Kupplung 200 und bei geöffneter Kupplung 101 in der
Neutralstellung des Getriebes 201, das heißt die Schiebehülsen 240, 241, 242
sind in der Neutralstellung und bilden keine Verbindung der Ausgangswelle
206 mit der Eingangswelle 204 aus, da diese infolge der fehlenden
Anfahrkupplung beim Startvorgang mitgedreht wird, gestartet.
Der Generatorbetrieb der Elektromaschine 245 erfolgt in derselben
Funktionsweise wie der Start der Brennkraftmaschine 202 mit einer
Momentumkehr.
Im Rekuperationsfall wird die Kupplung 101 eingerückt und die Kupplung 200
ausgerückt.
Die Antriebsquelle wird bei geöffneter Kupplung 101 durch die Kupplung 200
festgelegt. Bei geöffneter Kupplung 200 kann mit der Elektromaschine allein
gefahren werden, wird die Kupplung 200 eingerückt, kann die Elektromaschine
245 im Leerlauf, im Generatorbetrieb oder als zusätzliche Antriebsquelle - als
Booster - betrieben werden.
Während der Schaltvorgänge zwischen den Gängen II-IV kann die
Elektromaschine 245 während das Moment der Brennkraftmaschine 202
mittels Drehzahlerniedrigung abgesenkt wird, über den Gang I bei
geschlossener Kupplung 101 und geöffneter Kupplung 200 auf die
Ausgangswelle 206 Moment übertragen und damit das abnehmende Moment
der Brennkraftmaschine 202 zumindest teilweise kompensieren, wobei
während des Schaltvorgangs der eingelegte Gang ausgerückt und der neu
einzulegende durch die Bildung eines Formschlusses eines der Losräder 231,
232, 233, 234 mit der Ausgangswelle 206 mittels einer der Schiebehülsen 240,
241, 242 Gang bei vorliegender Synchrondrehzahl und Momentenfreiheit
zwischen den den Formschluß bildenden Einheiten eingelegt wird. Die
Einstellung der Synchrondrehzahl erfolgt dabei mittels der Drehzahlregelung
der Brennkraftmaschine 202, mittels der Ansteuerung der Elektromaschine 245
oder einer Steuerung beider Aggregate. Eingangswerte zur entsprechenden
Ansteuerung der Aggregate können dabei zumindest die Drehzahlen der
Ausgangswelle 206 und der Kurbelwelle 202a sein, die über entsprechende
Sensoren, beispielsweise die Drehzahlgeber 270, 271 auswertbar sind.
Die Fig. 4 zeigt ein den vorangegangenen Figuren ähnliches
Ausführungsbeispiel eines Getriebes 301, das sich durch eine geänderte
Anordnung der Getriebestufen von dem Ausführungsbeispiel 201 der Fig. 3
unterscheidet und deswegen ebenfalls ohne die in Fig. 2 mit dem
Bezugszeichen 101 bezeichnete Kupplung auskommt.
Gekennzeichnet ist das Getriebe 301 durch drei gleichartige Zahnradpaare mit
auf der Getriebeeingangswelle 304 drehfest angeordneten Zahnrädern 320,
321, 322, 323, 324, 325, die zur Bildung der Übersetzungsstufen I, II, III, IV, V
mit auf der Ausgangswelle 306 angeordneten Losrädern 330, 331, 332, 333,
334, 335 kämmen. Axial zwischen den jeweiligen Zahnradpaaren der Gänge
beziehungsweise Übersetzungsstufen R und I, II und III, IV und V sind die
Schiebehülsen 340, 341 und 342 auf einer Mittelposition, die einer
Neutralposition entspricht, in der kein Losrad kraftschlüssig mit der
Abtriebswelle 306 verbunden ist, angeordnet. Zur Aktivierung einer
gewünschten Gangstufe I, II, III, IV, V oder R wird die entsprechende
Schiebehülse 340, 341, 342 mittels eines der Aktoren 360, 361, 362 bei
Anliegen der Synchrondrehzahl und Momentenfreiheit zwischen Abtriebswelle
und Losrad verschoben und die Getriebestufe aktiviert. Beispielsweise wird
beim Schalten von Gang I auf Gang II der eingelegte Gang I zuerst mittels der
Schiebehülse 340 deaktiviert, indem diese auf die Neutralposition verlagert
wird und anschließend bei Erreichen der Synchrondrehzahl die Schiebehülse
341 aus der Neutralposition axial in Richtung Losrad 331 verschoben und mit
diesem mittels der Schiebehülse 341 und der Ausgangswelle 306 ein
Formschluß gebildet. Entsprechend erfolgt die Schaltung der übrigen Gänge.
Es versteht sich, daß die Elektromaschine 345 ebenfalls während den
Schaltvorgang unterstützend auf das Abtriebsmoment wirken kann.
Die Kupplung beziehungsweise Schiebehülse 340 nimmt zudem die Funktion
der Ankoppelung der Elektromaschine 345 an die Ausgangswelle 306 dar,
wobei je nach mit der Ausgangswelle 306 verbundenen Losrad 335 oder 330
die Drehrichtung der Elektromaschine 345 geändert werden kann. Die
Kupplung 300 verbindet die Elektromaschine 345 mit der Brennkraftmaschine
302, beispielsweise zum Starten dieser, und wird von dem Aktor 380 betätigt.
Die Fig. 5 zeigt ein dem in Fig. 2 dargestellten Getriebe 1a ähnliches
Getriebe 401 ohne die Kupplung 101 (Fig. 2). Deren Funktion übernimmt die
Schiebehülse 440, die von einer Neutralposition ausgehend die Losräder 430,
435 der Gänge 1 und R und dadurch die Elektromaschine 445 bei Auswahl
des Gangs I mittels der Schiebehülse 440 mit der Ausgangswelle 405
verbindet. Die Elektromaschine 445 ist dabei mittels der Zahnräder 427, 426
mit dem Losrad 420 drehschlüssig verbunden, wobei das Losrad 420
verdrehbar auf der Getriebeeingangswelle 404 angeordnet ist und den Gang I
bildet, in dem es mit dem Losrad 430 kämmt. Das Losrad 420 ist dabei an
Getriebeeingangswelle 402 mittels der Kupplung 400 ankoppelbar, wobei die
Kupplung 400 von dem Aktor 481 betätigt wird.
Die Funktion der Elektromaschine 445 sieht dabei einen Start-, einen
Generator-, einen Rekuperationsbetrieb und/oder einen alleinigen oder einen
die Brennkraftmaschine unterstützenden Betrieb vor.
Der Startbetrieb zum Starten der Brennkraftmaschine 402 mittels der
Elektromaschine 445 erfolgt bei geschlossener Kupplung 400 und
geschlossener Anfahrkupplung 403, die mittels des Aktors 480 betätigt wird,
wobei alle Schiebehülsen 440, 441 und 442 sich in Neutralposition befinden,
das heißt keine der Schiebehülsen bildet einen Formschluß zu den
entsprechenden Losrädern 430, 435 aus.
Der Generatorbetrieb der Elektromaschine 445 erfolgt bei laufender
Brennkraftmaschine 402 und geschlossener Anfahrkupplung 403 beim
Stillstand des Fahrzeugs oder während der Fahrt. Hierbei ist die Kupplung 400
eingerückt.
Bei Vortrieb des Fahrzeugs mittels der Elektromaschine 445 ist die Kupplung
400 geschlossen und die Anfahrkupplung 403 geöffnet, wirkt die
Elektromaschine 445 nur unterstützend auf den Betrieb des Elektromaschine
Fahrzeugs mit der Brennkraftmaschine 402 ist die Anfahrkupplung 403
ebenfalls geschlossen. Bei Antrieb durch die 450 sind dabei prinzipiell zwei
Pfade des Kraftfluß vorstellbar. Der eine verläuft über die Zahnräder 426, 427,
420, 430 bei geöffneter Kupplung 400 über die Schiebehülse 440 auf die
Ausgangswelle 406 und der alternative Pfad über die geschlossene Kupplung
400 direkt auf die Getriebeeingangswelle 404 und von dort über eine der
Gangstufen R, II, III, IV, V bei entsprechender Auswahl durch die
Schiebehülsen 440, 441, 442 der Getriebestufen auf die
Getriebeausgangswelle 406.
Im Rekuperationsmodus wird der eingelegte Gang ausgerückt und die
Schiebehülse 440 in Richtung Losrad 430 verschoben, wodurch eine
drehschlüssige Verbindung mit der Elektromaschine hergestellt wird, wobei
diese beschleunigt wird und dadurch im Generatorbetrieb elektrische Energie
aus der zugeführten kinetischen Energie erzeugen und einem externen
Speicher zuführen kann. Eine Momentbegrenzung des auf die elektrische
Maschine 445 übertragenen Moments kann durch Einkoppeln der Kupplung
400 erreicht werden, wodurch die Brennkraftmaschine bei geschlossener
Anfahrkupplung 403 das Fahrzeug zusätzlich infolge eines anliegenden
Schleppmomentes verzögern kann. Eine verzögernde Wirkung kann ebenfalls
dadurch gegeben sein, daß ein noch eingelegter Gang II bis V und geöffneter
Kupplung 400 einen Teil des Moments der Brennkraftmaschine 402 bei
geschlossener Anfahrkupplung 403 zuführt. Die Kupplung 403 kann dabei
dosierend eingesetzt werden, indem die Momentübertragung auf die
Brennkraftmaschine über Schlupf geregelt wird.
In Fig. 6 ist ein Getriebe 501 gezeigt, das bis auf die Vertauschung der
Gänge I und II mit den daraus resultierenden Übersetzungsverhältnissen dem
Getriebe 401 in Fig. 5 entspricht. Dies hat den Vorteil, daß die
Elektromaschine 545 im Generator- und Rekuperationsmodus mit
vergleichsweise kleineren Drehzahlen betrieben wird und die durch die
Zahnräder 520, 526 und 527 festgelegte Übersetzung zum Start der
Brennkraftmaschine 502 beibehalten werden kann.
Fig. 7 zeigt ein Getriebe 601, das bis auf die Betätigung der Schiebehülsen
640, 641, 642 mit dem Getriebe 301 der Fig. 4 identisch ist. Die
Schiebehülse 640, 641 und 642 werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel
von einem einzigen Aktor 660 betätigt, wobei ein Zwischengetriebe i zwischen
dem Aktor 660 und den Schiebehülsen wirksam ist. Dieses Zwischengetriebe
kann dergestalt sein, daß eine Schaltwalze die Schiebehülsen 640, 641, 642
unabhängig voneinander ansteuert und den gewünschten Gang entsprechend
in einer bezüglich der Ausgangswelle axial erfolgenden Bewegung einlegt.
Das Getriebe 701 in Fig. 8 sieht anstatt des einen Aktors 660 in Fig. 7 zwei
Aktoren 761, 760 vor, die über das Zwischengetriebe i die Schiebehülsen 740,
741, 742 betätigen, wobei vorzugsweise ein Aktor die Schiebehülsen betätigt -
also schaltet - und der zweite Aktor die Auswahl, welche Schiebehülse von
dem ersten Aktor betätigt wird, vornimmt. Dieses Schaltsystem ist dem
Mechanismus von bekannten Handschaltgetrieben, bei denen mittels eines
Schalthebels nach dem H-Prinzip geschaltet wird, ähnlich, wobei im
vorliegenden Ausführungsbeispiel die Aktoren 760, 761 den automatisierten
Schaltvorgang übernehmen und vorzugsweise direkt im Getriebegehäuse
untergebracht sind, aber auch in Spezialfällen als Aufsatz (add-on) zum Ersatz
eines manuell mittels eines Schalthebels betätigten Getriebes zu dessen
Automatisierung außerhalb des Getriebes die Handschaltmimik ersetzend
angeordnet sein können.
Das Getriebe 801 in Fig. 9 kommt mit fünf Zahnradpaaren für die
Getriebeübersetzungen R, I bis V aus, wobei die Elektromaschine 841
wiederum auf dem Zahnradpaar für den Gang R bzw. I drehschlüssig
angeordnet ist und für die beiden Gänge R und I ein Zahnradpaar mit einem
verdrehbar auf der Getriebeeingangswelle 804 angeordneten Zahnrad 820
und einem Losrad 830, das verdrehbar auf der Ausgangswelle 806 angeordnet
ist, vorgesehen ist. Die Zahnräder 820, 830 sind dabei mittels der Kupplung
800 bzw. mittels der Schiebehülse 840 mit der Eingangswelle 804 bzw.
Getriebeausgangswelle 806 drehschlüssig verbindbar.
Mit der Ausnahme der Verwendung nur eines Zahnradpaares für die Gänge R
und I entspricht das Getriebe 801 dem Getriebe 301 in Fig. 4. Der Antrieb im
Rückwärtsgang R erfolgt dabei durch die Elektromaschine 845, so daß das
Zahnrad zur Drehrichtungsumkehr entfallen kann und daher die Übersetzung
ebenfalls für den ersten Gang I benutzt werden kann. Die drehfeste
Verbindung mit der Ausgangswelle 806 des Getriebes 801 erfolgt dabei mittels
der Schiebehülse 840, die einen Formschluß mit dem Losrad 830 bildet.
Das Getriebe 901 in Fig. 10 ist eine vorteilhafte Weiterbildung des Getriebes
301 in Fig. 4, wobei das Getriebe 901 entsprechend für einen
Frontquereinbau vorgesehen werden kann und die Ausgangswelle 906 mittels
einen Zahnrades 906a mit einem weiteren Zahnrad 990 verzahnt ist, wobei
das Zahnrad 990 ein Differential 991 aufnimmt, das das Antriebsmoment
gleichmäßig und unabhängig von dem beschriebenen Radius der
Antriebsräder an diese abgibt. Der Drehzahlsensor 970 nimmt dabei die
Drehzahl am Außenumfang am Zahnrad 906a auf und gibt ein entsprechendes
Signal an die nicht gezeigte Steuereinheit weiter.
Das Getriebe 1001 in Fig. 11 zeigt eine entsprechende Anordnung des
Getriebes 301 aus Fig. 4 als beispielhafte Anordnung eines
erfindungsgemäßen Getriebes für einen Längseinbau der Brennkraftmaschine
mit dem sich anschließendem Getriebe 301. Das Differential 1091 schließt
sich dabei direkt an der Getriebeausgangswelle 1006 an. Die Antriebswellen
1092, 1093 sind dabei annähernd rechtwinklig zu der Ausgangswelle 1006
angeordnet, während die Antriebswellen 992, 993 des Getriebes 901 in Fig.
10 annähernd parallel zu der Getriebeausgangswelle 906 angeordnet sind.
Der Drehzahlfühler 1070 greift die Drehzahl an einem drehfest mit der
Getriebeausgangswelle 1006 verbundenen, zum Differential gehörigen
Zahnrad 1091a ab, das hierzu entsprechende Anprägungen und/oder
Ausnehmungen oder Marken entsprechender Art aufweisen kann, die von dem
Drehzahlfühler 1070 aufgenommen werden können.
Die Fig. 12 zeigt ein Getriebe 1101 mit einer vorteilhaften Veränderung der
Übersetzung der Elektromaschine 1145, das abgesehen von diesem
Unterschied mit dem Getriebe 301 der Fig. 4 vergleichbar ist. Eine derartige
Anordnung der Elektromaschine 1145 ist verständlicherweise auch für die
übrigen Ausführungsformen, die in dieser Anmeldung beschrieben sind,
anwendbar.
Die Elektromaschine 1145 ist dazu auf einem Zahnradpaar zur Einstellung
einer Übersetzungsstufe beispielsweise auf dem Gang I mit dem Zahnradpaar
1130/1120 angeordnet. Mit dem Zahnrad 1120 kämmt ein weiteres Zahnrad
1126 zur Drehrichtungsumkehr, das mit dem 1129 kämmt und eine
Übersetzung der Drehzahl die von der Ausgangswelle 1106 oder von der
Eingangswelle 1104 übertragen werden, ins Schnelle bewirkt bzw. die
Drehzahlen der Elektromaschine 1145 untersetzen. Mit dem Zahnrad 1129 ist
drehfest ein weiteres Zahnrad 1128 mit größerem Durchmesser verbunden,
das mit einem auf der Rotorwelle 1145a drehfest angeordneten Zahnrad
kleineren Durchmessers 1127 kämmt, so daß insgesamt noch einmal eine in
Richtung der Drehmaschine 1145 übertragene Drehzahl übersetzt bzw. eine
von der Elektromaschine 1145 auf die Getriebeeingangswelle 1104 oder die
Ausgangswelle 1106 übertragene Drehzahl untersetzt wird. Dadurch kann ein
Start der Brennkraftmaschine 1102 bei geschlossener Anfahrkupplung 1103
mit vergleichsweise hoher Drehzahl der Elektromaschine 1145 und damit bei
kleinerem Drehmoment, insbesondere als Direktstart, durchgeführt werden.
Weiterhin ist die Möglichkeit der Rekuperation auch schon bei kleinen
Drehzahlen der Ausgangswelle 1106, also bei kleinen Geschwindigkeiten
möglich. Die Erfassung der Drehzahlen der Elektromaschine 1145 kann unter
Berücksichtigung der anliegenden Übersetzung an einem der Zahnräder 1127
oder - wie hier gezeigt - 1129 mittels des Drehzahlgebers 1192 ermittelt
werden.
Ein weiteres, vorteilhaftes Getriebe 1201, das im wesentlichen mit dem
Getriebe 301 in Fig. 4 übereinstimmt, ist in Fig. 13 gezeigt, wobei das
Getriebe 1201 eine Elektromaschine 1245 aufweist, die über ein kontinuierlich
verstellbares Getriebe mit der Getriebeeingangswelle 1204 bzw. der
Getriebeausgangswelle 1206 verbindbar ist.
Die Anbindung über ein derartiges, vorzugsweise als
Kegelscheibenumschlingungsmittelgetriebe ausgeführtes, bezüglich seiner
Übersetzung kontinuierlich verstellbares Getriebe 1228 erfolgt in an sich
bekannter Weise mittels eines auf der Rotorwelle 1245a drehfest
angeordneten Scheibenpaares 1228a und eines mittels eines Zahnrads 1227,
das mit den Zahnrad 1220 der Gangstufe I kämmt, mit dem Getriebe 1201 in
Verbindung stehenden, zweiten Scheibensatz 1228b, wobei zwischen beiden
Kegelscheibensätzen 1228a, 1228b ein Umschlingungsmittel 1228c axial
eingeschlossen ist, das in Abhängigkeit von den Laufradien auf den
Scheibensätzen eine entsprechende Übersetzung einstellt und über einen
Reibschluß mit den Scheibensätzen 1228a, 1228b eine
Drehmomentübertragung zwischen den beiden Scheibensätzen mit
unterschiedlicher, variierender Übersetzung zuläßt. Hierzu ist zumindest
jeweils eine Kegelscheibe der Kegelscheibensätze 1228a, 1228b zur
Einstellung der Übersetzung axial verlagerbar. Die Ansteuerung der axial
verlagerbaren Kegelscheiben ist hier nicht näher dargestellt und erfolgt in an
sich bekannter Form, beispielsweise über Hydraulikeinheiten,
Fliehkraftverstellung und/oder dergleichen. Es versteht sich, daß eine
entsprechende Anordnung auch auf den Zahnradpaaren andere Gänge
ausgeführt sein kann.
Von Vorteil ist die variable Übersetzung zwischen Elektromaschine 1245 und
der Eingangswelle bzw. Ausgangswelle 1204, 1206, da hierdurch eine der
Elektromaschine 1245 bezüglich ihres Leistungsmaximums entsprechende
Drehzahl genau eingestellt werden kann. Beispielsweise kann beim Start der
Brennkraftmaschine 1202 eine Übersetzung der Drehzahl der Elektromaschine
1245 ins Langsame eingestellt werden, das heißt, daß das
Umschlingungsmittel im Bereich des Scheibensatzes 1228a auf einem kleinem
Radius und im Scheibensatz 1228b auf einem großen Radius umläuft, um bei
hohen Drehzahlen der Elektromaschine 1245 und daher geringerem
erforderlichem Drehmoment die Brennkraftmaschine 1202 bei niedrigen
Drehzahlen der Kurbelwelle 1202a gestartet werden kann. Es versteht sich,
daß hierzu die Anfahrkupplung 1203 geschlossen ist.
Im Generatorbetrieb kann bei entsprechend höherer Drehzahl der
Getriebeeingangswelle 1204 bzw. Getriebeausgangswelle 1206 die
Übersetzung entsprechend eingestellt werden, daß die Elektromaschine 1245
stets bei der Drehzahl des Leistungsmaximums betrieben werden kann.
Dasselbe gilt für eine Steuerroutine, die die Übersetzung des
Umschlingungsmittelgetriebes 1228 im Rekuperationsmodus bzw. im
antriebsunterstützenden bzw. alleinigen Antriebsmodus steuert bzw. einstellt.
Die Anpassung des auf die Ausgangswelle 1206 zu übertragenden Moments
während eines Schaltvorgangs kann ebenfalls durch die exakte Einstellung der
Übersetzung des Umschlingungsmittelgetriebes verbessert werden.
Fig. 14 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Getriebes 1301, bei dem die
Elektromaschine 1345 mit der Getriebeeingangswelle 1304 und/oder der
Getriebeausgangswelle 1306 verbindbar ist, wobei die Elektromaschine 1345
im Unterschied zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen der Fig. 1
bis 14 drehschlüssig mit dem um die Ausgangswelle 1306 angeordneten
Losrad 1330 der Gangstufe I drehschlüssig verbunden ist. Im übrigen ist das
dargestellte Getriebe 1201 mit dem Getriebe 301 der Fig. 4 vergleichbar, die
Übertragung des Drehmoments erfolgt ebenfalls über ein drehfest mit der
Rotorwelle 145 verbundenes Zahnrad 1327, das mit einem Zahnrad zur
Drehrichtungsumkehr 1326 kämmt, das wiederum mit Losrad 1330 der
Getriebestufe I bzw. des Ganges I kämmt.
Das Ausführungsbeispiel eines Getriebes 1401 in Fig. 15 zeigt die
Möglichkeit der Anordnung einer Elektromaschine 1445 mit Einleitung bzw.
Ausleitung des Drehmoments in das aus den Zahnrädern 1425, 1435
bestehende Zahnradpaar sowie einem Zahnrad zur Drehrichtungsumkehr
1436 des Rückwärtsganges R. Die Elektromaschine 1445 ist dabei mit der
Rotorwelle 1445a und dem drehfest auf dieser befestigten Zahnrad 1427 in
Richtung Brennkraftmaschine 1402 ausgerichtet, wodurch sich eine
vorteilhafte Unterbringung der Elektromaschine bezüglich ihres Durchmessers
radial außerhalb radial kleiner bauenden Zahnräder 1420, 1421 der Gänge I
und II ergeben kann. Im übrigen ist das Getriebe 1401 dem Getriebe 301 in
der Fig. 4 ähnlich.
Fig. 16 zeigt ein Getriebe 1501, das mit dem Getriebe 301 der Fig. 4
vergleichbar ist mit dem Unterschied, daß die Elektromaschine 1545
konzentrisch um die Getriebeeingangswelle 1504 angeordnet ist.
Der Starter 1590 der Elektromaschine 1545 ist dabei gehäusefest
beispielsweise an einem Gehäuseteil 1507 angebracht. Der Rotor 1529 ist
drehfest mit der auf der Getriebeeingangswelle 1504 gelagerten Hülse 1504a
verbunden, die gleichzeitig das Ausgangsteil der Dämpfungseinrichtung 1511
bildet, die die Torsionsschwingungen zwischen der Hülse 1504a und der
Kurbelwelle 1502a bei geschlossener Anfahrkupplung 1503 dämpft. Auf der
Hülse 1504a sind weiterhin die Zahnräder 1520, 1525 drehfest aufgenommen,
die mit den Losrädern 1530, 1535 der Gänge R und I kämmen und damit eine
Drehmomentübertragung der Elektromaschine 1545 auf die Abtriebswelle
ermöglichen, wobei der entsprechende Drehschluß mittels der Schiebehülse
1540 zu der Getriebeausgangswelle 1506 hergestellt wird. Die Verbindung zur
Getriebeeingangswelle 1504 erfolgt über die Anfahrkupplung 1503.
Es versteht sich, daß der Rotor aus Gründen der Einhaltung des Spaltes
zwischen Stator 1590 und Rotor 1529 separat gelagert sein kann, wobei ein
mit dem Gehäuse verbundener Lagerflansch den Rotor verdrehbar
beispielsweise über Lager aufnehmen kann.
Die in Fig. 17 gezeigte Anordnung eines Getriebes 1601 kommt ohne eine
Anfahrkupplung aus. Die Brennkraftmaschine 1602 ist mittels einer
Torsionsschwingungsdämpfungseinrichtung 1611 mit radial außen
vorgesehenen Schwungmassen 1611a direkt mit der Getriebeeingangswelle
1604 verbunden. Die Elektromaschine 1645 ist mittels des Losrades 1620 für
den Gang I mit der Getriebeeingangswelle 1604 drehschlüssig verbindbar,
wobei das Losrad 1620 mittels der Schiebehülse 1620a, die von dem Aktor
1681 betätigt wird. Weiterhin ist die Elektromaschine 1645 mit der
Ausgangswelle 1606 über die Kupplung 1600, die mittels des Aktors 1680
bedient wird, drehschlüssig verbindbar.
Die nicht näher bezeichneten Gänge mit den entsprechenden Gangradpaaren
werden wie in den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen angeordnet
und eingelegt.
Das Zusammenwirken der Brennkraftmaschine 1602 und der Elektromaschine
1645 ohne eine Anfahrkupplung gestaltet sich folgendermaßen:
Im Startbetrieb erfolgt eine kraftschlüssige bzw. formschlüssige Verbindung
der Getriebeeingangswelle 1604 mit dem Losrad 1620 mittels der
Schiebehülse 1620a. Die Schiebehülsen 1641, 1642 und 1643 sind in
Neutralstellung angeordnet, so daß die entsprechenden Losräder frei auf der
Ausgangswelle 1606 verdrehbar sind. Die Elektromaschine 1645 überträgt
darauf ein Drehmoment über die Getriebeeingangswelle 1604 auf die
Kurbelwelle 1602a und startet die Brennkraftmaschine 1602. Weiterhin ist
denkbar, wenn die Brennkraftmaschine 1602 über elektrisch angesteuerte
Ventile - wie in Fig. 36 verdeutlicht - verfügt, in dieser Zeit die Ventile
allesamt zu öffnen und die Kurbelwelle über die Schwungmassen 1611a des
Torsionsschwingungsdämpfers 1611 zuerst zu beschleunigen und dann die für
den Startprozeß notwendigen Ventile zu schließen und die
Brennkraftmaschine 1602 zu starten.
Während der Schaltvorgänge zwischen einem eingelegten und einem neu
einzulegendem Gang, beispielsweise von Gang II nach Gang III, kann die
Elektromaschine 1645 über das Zahnradpaar 1620/1630 des Ganges I
Drehmoment in die Ausgangswelle 1606 einspeisen, wobei hierzu die
Kupplung 1600 geschlossen sein kann oder schlupfen kann. Gleichzeitig mit
der Absenkung der Drehzahl der Brennkraftmaschine 1602 bei einem
Hochschaltvorgang wird die Elektromaschine 1645 aktiviert bzw. die Kupplung
1600 geschlossen, sofern die Elektromaschine 1645 bereits über die
Schiebehülse 1620a im Generatorbetrieb mitläuft, wobei die Kupplung bzw.
Schiebehülse während des Schaltvorgangs geöffnet wird. Die Abstimmung der
Drehzahlabsenkung der Brennkraftmaschine 1602 und dem zunehmenden
Drehmomenteintrag der Elektromaschine 1645 erfolgt in der Weise, daß bei
ausreichendem Drehmomentbeitrag der Elektromaschine der Gang II
ausgerückt wird und bei entsprechender Synchronisationsdrehzahl, die
ebenfalls durch die Elektromaschine 1645 eingestellt wird, die Schiebehülse
1642 aus der Neutralposition zur Bildung eines Formschlusses mit dem Losrad
1632 des Gangs III axial zur Bildung des Formschlusses verschoben wird und
sodann der Drehmomentbeitrag der Elektromaschine 1645 abgesenkt und die
Drehzahl der Brennkraftmaschine wieder erhöht wird. Alternativ ist es möglich,
die Elektromaschine 1645 über die Kupplung 1600 von der
Getriebeeingangswelle wieder abzukoppeln und zum Erreichen eines
Generatorbetriebs wieder mit der Getriebeeingangswelle 1604 mittels der
Schiebehülse 1620a zu verbinden. Die Schaltvorgänge in die nächsten Gänge
als Hochschaltvorgänge werden entsprechend ausgeführt.
Rückschaltvorgänge werden entsprechend ausgeführt mit dem Unterschied,
daß die Drehzahl der Brennkraftmaschine nach Ausrücken des eingelegten
Gangs angehoben wird und die Elektromaschine die Ausgangswelle 1606
abbremst und dabei elektrische Energie erzeugt und diese auf einen Speicher,
beispielsweise einen elektrischen Akkumulator wie Hochstrombatterie oder
einen Kondensator überträgt. Bei Erreichen der Synchronisationsdrehzahl und
Momentenfreiheit auf der Schiebehülse des neu einzulegenden Ganges wird
der Formschluß zwischen Schiebehülse und entsprechendem Losrad für den
neu einzulegenden Gang gebildet.
Der Generatorbetrieb erfolgt wie bereits beschrieben dadurch, daß die
elektrische Maschine mittels der Schiebehülse 1620a mit Losrad 1620 und
damit mit der Getriebeeingangswelle 604 drehfest verbunden wird und damit
entsprechend der eingestellten Übersetzung drehzahlabhängig mit der
Drehzahl der Brennkraftmaschine 1602 betrieben wird. Alternativ ist es
möglich den Generatorbetrieb über die geschlossene Kupplung 1600 bei frei
drehendem Losrad 1620 in Abhängigkeit von der Drehzahl der Ausgangswelle
1606 vorzusehen. Dieser Kraftweg kann auch eingeschlagen werden, wenn
das Fahrzeug mittels Rekuperation verzögert werden soll, wobei hierzu der
gerade eingelegte Gang ausgerückt werden kann und die Elektromaschine
1645 allein und ohne das Schleppmoment der Brennkraftmaschine 1602 das
Fahrzeug verzögert. Diese Betriebsweise ist bezüglich der Umwandlung von
kinetischer Bremsenergie in elektrische Energie effektiver, für starke
Verzögerungen kann es jedoch möglich sein, daß bei Nichtgebrauch der
Fahrzeugbremsen die Elektromaschine 1645 überlastet wird. Einer derartigen
Überlastung der Elektromaschine kann durch entsprechende
Programmroutinen in der Steuereinheit vorgebeugt werden, wobei der
bezüglich der an der Ausgangswelle 606 anliegenden Drehzahl
entsprechende Gang eingerückt werden kann.
Das in Fig. 18 dargestellte Getriebe 1701 weist - verglichen mit dem Getriebe
1601 in Fig. 7 - eine zusätzliche Anfahrkupplung 1703 auf, die von dem Aktor
1781 angesteuert wird. Daraus ergibt sich der Vorteil, daß während der
Rekuperation ein eingelegter Gang II bis V eingelegt bleiben kann und die
Anfahrkupplung 1703 während der Rekuperationsphase geöffnet und bei
drohender Überlastung der Elektromaschine 1745 die Kupplung 1703
geschlossen und dadurch das Schleppmoment des Motors zur zusätzlichen
Verzögerung genutzt werden kann. Weiterhin ist es mit dieser Anordnung
möglich mit der Elektromaschine 1745 einen Impulsstart der
Brennkraftmaschine 1702 durchzuführen, wobei bei geöffneter Anfahrkupplung
1703 die Schwungmasse 1711 der Anfahrkupplung 1703 zuerst beschleunigt
und dann diese geschlossen wird und mittels der im Schwungrad 1711
gespeicherten kinetischen Energie mit oder ohne Unterstützung der
Elektromaschine 1745 die Brennkraftmaschine 1702 gestartet wird. Während
Schaltvorgängen besteht zusätzlich die Möglichkeit, die Brennkraftmaschine
1702 ganz von der Getriebeeingangswelle 1704 abzukoppeln, wodurch die
Synchronisationsdrehzahl unabhängig von dieser mittels der Elektromaschine
1745, die hierzu gleichzeitig bei Hochschaltvorgängen Drehmoment in die
Getriebeausgangswelle 1706 einleiten kann, eingestellt wird.
Die Fig. 19 sieht ein Ausführungsbeispiel eines Getriebes 1801 vor, das mit
dem Getriebe 1701 der Fig. 18 bis auf das Fehlen der Kupplung 1700 der
Fig. 18 identisch ist, wobei die Funktion dieser Kupplung in der Schiebehülse
1841 integriert ist. Die Schiebehülse 1841 verbindet hierzu ein
entsprechendes Losrad 1830 des ersten Ganges formschlüssig mit der
Ausgangswelle 1806.
Die Fig. 20 bis 35 geben die Pfade des Drehmoments beziehungsweise
die Kraftwege für typische Fahrsituationen von erfindungsgemäßen Getrieben
wieder. Dabei sind die entlang der Getriebebauteile auftretenden Kraft
beziehungsweise Momentenpfade dicker ausgeführt und die Kraft
beziehungsweise Momentenrichtung ist mit einem Pfeil versehen.
Fig. 20 zeigt den Kraftweg von der Brennkraftmaschine 2002 zur
Abtriebswelle und nachfolgenden - nicht gezeigten - Antriebsrädern bei der
Rückwärtsfahrt.
Die Brennkraftmaschine 2002 leitet das Antriebsmoment über die drehfest mit
der Kurbelwelle 2002 verbundene geschlossene Anfahrkupplung 2003 an die
auf der Getriebeeingangswelle 2004 gelagerten Hülse 2000b weiter, von dort
auf das drehfest auf dieser angeordnete, zum Gangradpaar des
Rückwärtsganges R gehörige Zahnrad 2025, das mit dem Zahnrad 2036 zur
Drehrichtungsumkehr kämmt und die Kraft auf das Losrad 2035 leitet, das
verdrehbar auf der Getriebeausgangswelle 2006 angeordnet ist und über die
Schiebehülse 2040 formschlüssig mit der Ausgangswelle 2006 verbunden ist,
das das anliegende Drehmoment an die - nicht gezeigten - Antriebsräder
weiterleitet.
Fig. 21 zeigt den Kraftweg eines erfindungsgemäßen Getriebes im
Generatorbetrieb während der Fahrt. Die Brennkraftmaschine 2102 treibt
direkt die Getriebeeingangswelle 2104 an, die mittels der drehschlüssig
angeordneten Zahnräder der Zahnradpaare II bis V - hier bei eingelegtem
Gang III - mit Losrädern, die mit entsprechenden Schiebehülsen
drehschlüssig mit der Getriebeausgangswelle 2106 verbindbar sind, kämmen.
Über die geschlossene Schiebehülse 2140 wird ein Teil des auf die
Getriebeausgangswelle 2106 übertragenen Moments auf das Losrad 2130
abgezweigt, das über die Zahnradkombination 2120 und 2127 die
Elektromaschine 2145 antreibt, die durch das anstehenden Drehmoment
beschleunigt wird und die ankommende kinetische Energie in elektrische
Energie umwandelt. Die Drehzahl der Elektromaschine 2145 hängt dabei von
der Drehzahl der Ausgangswelle 2106 ab und ist von der über die von den
Zahnraddurchmessern bzw. Zähnezahl der Zahnräder 2127, 2120, 2130
festgelegte Übersetzung abhängig.
In Fig. 22 ist ebenfalls der Generatorbetrieb während der Fahrt des
Fahrzeugs dargestellt, wobei der Generator mit der Getriebeeingangswelle
2204 verbunden ist. Hierzu wird die Anfahrkupplung 2203 geschlossen und
damit eine direkte Verbindung zwischen der Brennkraftmaschine 2202 und der
Elektromaschine 2245 über die Hülse 2220b gebildet, wobei auf der Hülse
2220b das Zahnrad 2220 des Zahnradpaars für den Gang I bzw. R drehfest
angebracht ist und das Zahnrad 2220 mit dem drehfest auf der Rotorwelle
angeordneten Zahnrad 2227 kämmt und dadurch die Übersetzung zwischen
der Drehzahl der Brennkraftmaschine 2220 und der Drehzahl der
Elektromaschine 2245 festgelegt wird.
Über die Getriebeeingangswelle 2204 wird analog zu der Fig. 21 das
Fahrzeug über die Gänge II bis V - hier ebenfalls im Gang III gezeigt -
angetrieben.
In der Fig. 23 ist der Kraftweg bei stillstehendem Fahrzeug gezeigt, bei dem
die Brennkraftmaschine 2202 - in zu Fig. 22 analoger Weise - die
Elektromaschine 2245 antreibt und alle Schiebehülsen 2240 bis 2242 in
Neutralstellung stehen, so daß kein Drehmoment auf die Ausgangswelle 2206
übertragen wird und folglich das Fahrzeug nicht angetrieben wird. Die
Drehzahl der Brennkraftmaschine 2202 kann dabei dem Ladezustand des
Speichers entsprechend angepaßt werden.
Fig. 24 zeigt einen Fahrzustand im Gang I, bei dem sowohl die
Brennkraftmaschine 2202 als auch die Elektromaschine 2445 Drehmoment auf
die Ausgangswelle 2206 übertragen. In diesem - Boostbetrieb genannten -
Betriebsmodus ist die Brennkraftmaschine 2202 mittels der Anfahrkupplung
2203 und Hülse 2200b mit dem drehfest auf der Hülse angeordneten Zahnrad
2220 der Getriebeübersetzungsstufe I verbunden, das mit dem mittels der
Schiebehülse 2240 mit der Getriebeausgangswelle drehfest verbundenen
Losrad 2230 kämmt und damit das von der Brennkraftmaschine 2202 und von
der elektrischen Maschine 2445 in die Übersetzungsstufe I eingetragene
Drehmoment an die - nicht gezeigten - Antriebsräder überträgt. Der
Boostbetrieb dient vorzugsweise zur schnelleren Beschleunigung des
Fahrzeugs in der Getriebestufe I also im Gang I, wobei verständlicherweise die
Brennkraftmaschine 2202 mittels einer weiteren Gangübersetzung der
Übersetzungsstufen II bis V ein Antriebsdrehmoment auf die
Getriebeausgangswelle übertragen kann und gleichzeitig die Elektromaschine
2345 über die Gangstufe I ein Moment auf die Ausgangswelle 2206 übertragen
kann und damit ein Boostbetrieb vorgesehen sein kann, der über zwei
verschiedene Getriebestufen auf die Ausgangswelle 2206 wirkt,
beziehungsweise die Elektromaschine 2245 die Brennkraftmaschine 2245
auch in anderen Gängen unterstützt.
Fig. 25 zeigt an einem erfindungsgemäßen Getriebe den Betriebsmodus der
Rekuperation. Über die Getriebeausgangswelle 2206 wird bei geschlossener
Schiebehülse 2240 der Gangstufe I ein Moment von den Antriebsrädern auf
die Elektromaschine mittels der Zahnräder 2230, 2220, 2227, die jeweils
miteinander kämmen, übertragen. Die Elektromaschine 2245 wird dabei im
Generatorbetrieb gefahren und wandelt die von der Getriebeausgangswelle
2206 übertragene kinetische Energie in elektrische Energie um, wodurch das
Fahrzeug verzögert wird. Die Leistung der elektrischen Maschine 2045 sowie
durch die im Kraftfluß dazwischen liegenden Zahnrädern festgelegte
Übersetzung bestimmt dabei die Verzögerungswirkung. Bei mangelnder
Bremswirkung kann zusätzlich über Anfahrkupplung 2203 das Schleppmoment
der Brennkraftmaschine 2202 zur Verzögerung herangezogen werden, bzw.
die im Fahrzeug vorgesehenen Bremsen.
Die Fig. 26, 26a, 27, 27a, 28 zeigen den Ablauf einer durch die
Elektromaschine 2445 lastunterstützten Schaltung am Beispiel einer
Zughochschaltung von Gang II nach Gang III.In Fig. 26 ist dabei das Getriebe in Fahrstufe II, daß heißt die
Brennkraftmaschine 2202 überträgt über die Getriebeeingangswelle 2204 und
das Gangradpaar 2221/2231 das Drehmoment der Brennkraftmaschine auf die
Ausgangswelle 2206, wobei die Schiebehülse 2241 das als Losrad
ausgebildete Zahnrad 2231 formschlüssig mit der Getriebeausgangswelle
2206. Die Elektromaschine 2245 kann dabei im Generatorbetrieb vorgesehen
sein, beispielsweise über eine Verbindung mit der Getriebeeingangswelle
mittels der Kupplung 2203 oder - wie in der Fig. 26 gezeigt - mittels eines
Formschlusses der Schiebehülse 2240 mit dem Losrad 2230 der Getriebestufe
I mit der Ausgangswelle 2206, wobei die elektrische Maschine auf der
Getriebeübersetzung des Gangs I angeordnet ist.Zur Einleitung der Schaltung wird die Elektromaschine 2245 mit elektrischer
Energie aus dem externen Speicher bestromt und leitet über die Gangstufe I
bei geschlossener Schiebehülse 2240 Drehmoment in die
Getriebeausgangswelle 2206 ein. Gleichzeitig wird die Drehzahl der
Brennkraftmaschine 2202 vermindert.In Fig. 27 ist der nächste Schritt gezeigt, bei dem die Schiebehülse 2241 in
Neutralstellung verschoben wurde und die Elektromaschine 2245 über die
Gangstufe I den Vortrieb des Fahrzeugs aufrecht erhält. Entsprechend der
Leistung der Elektromaschine 2245 wird das fehlende Drehmoment der
Brennkraftmaschine 2202 während des Schaltvorgangs, wenn der
vorhergehende Gang bereits ausgerückt und der neu einzulegende Gang noch
nicht eingelegt ist, vollständig oder nur teilweise kompensiert. In dieser Phase
wird die Drehzahl der Brennkraftmaschine 2202 so verändert, daß die
Synchrondrehzahl für die neue Gangstufe III erreicht wird.Ist - wie in Fig. 27a gezeigt - die Synchrondrehzahl erreicht und die
Schiebehülse 2241 momentenfrei, wird die Schiebehülse axial in Richtung
Losrad 2232 verschoben und bildet mit diesem einen Formschluß, so daß die
Brennkraftmaschine 2202 über die Getriebeeingangswelle 2204 und das
drehfest auf diese angeordnete Zahnrad 2222 der Getriebestufe III Moment
auf die Getriebeausgangswelle 2206 übertragen kann und die neue Gangstufe
dadurch eingelegt ist.In Fig. 28 wird die Bestromung der Elektromaschine 2245 beendet und die
Maschine wieder im Generatorbetrieb wie in Fig. 26 gezeigt betrieben.In Fig. 29 ist beispielhaft die Möglichkeit einer Beschaltung des Getriebes
zum Verhindern eines unbeabsichtigten Wegrollens des Fahrzeugs gezeigt.
Bei geschlossener Anfahrkupplung 2203 werden die Schiebehülsen 2240 zur
Verbindung des Losrades 2220 der Getriebestufe I bzw. des Rückwärtsgangs
R und die Schiebehülse einer weiteren Getriebeübersetzung, beispielsweise
die Schiebehülse 2241 für den dritten Gang zur Verbindung des Losrades
2222 mit der Ausgangswelle 2206 verbunden, mit der die - nicht gezeigten -
Antriebsräder verbunden sind. Durch Verbindung der Hülse 2200b mit der
Getriebeeingangswelle 2204 mittels der Anfahrkupplung 2203 sind die beiden
Gangstufen I und III mit ihren unterschiedlichen Übersetzungen formschlüssig
miteinander verbunden, so daß sich das Getriebe selbst blockiert.In Fig. 30 ist der Start der Brennkraftmaschine 2202 mittels der
Elektromaschine 2245 über den entsprechenden Kraftweg gezeigt, wobei die
Brennkraftmaschine 2205 direkt von der Elektromaschine 2245 gestartet
werden kann oder über einen sogenannten Impulsstart, bei dem zuerst bei
geöffneter Anfahrkupplung 2203 die Schwungmasse der Kupplung
beschleunigt wird und anschließend mittels der kinetischen Energie der
Schwungmasse der Anfahrkupplung 2203 gestartet wird, wobei die
Elektromaschine 2245 zusätzlich unterstützend bestromt werden kann. Die
Anfahrkupplung 2203 verbindet dabei reibschlüssig die Getriebeeingangswelle
2204, die mit der die Kurbelwelle 2202a direkt verbunden ist, mit der Hülse
2200b, die die Elektromaschine 2245 über eine Verzahnung mittels der
Zahnräder 2227, 2220 drehschlüssig verbindet.Eine weitere Form des Starts der Brennkraftmaschine 2202 ist der Start
während der Rekuperation als Schleppstart. Der hier vorliegende Kraftweg ist
in Fig. 31 dargestellt. Von den Antriebsrädern wird kinetische Energie in
Form eines Drehmoments in die Ausgangswelle 2206 und von dort über die
geschlossene Schiebehülse 2240 in das Gangradpaar 2230/2220 eingeleitet,
wobei über die drehfeste Befestigung des Zahnrades 2220 auf der Hülse
2200b das Drehmoment über die geschlossene Kupplung 2203 auf die
Kurbelwelle 2202a geleitet und damit die Brennkraftmaschine 2202 entgegen
dem von dieser entgegengehaltenen Schleppmoment gestartet wird. Zur
Erhöhung des Startkomforts kann dabei vorgesehen werden, daß die
Kupplung 2203 erst mit zunehmendem, von der Getriebeausgangswelle 2206
eingetragenem Drehmoment langsam geschlossen oder schlupfend betrieben
wird. Weiterhin kann vorgesehen werden, daß die Elektromaschine 2245
zusätzlich über die Hülse 2220 einen Drehmomentbeitrag leistet und dadurch
den Komfort des Schleppstarts noch erhöht. Die Schiebehülsen der übrigen
Gangübersetzungen II bis V sind hierbei Neutralposition.Entsprechend folgt ein Schleppstart der Brennkraftmaschine 2202 während
der Fahrt nur mit der Elektromaschine 2245, wie in Fig. 32 gezeigt. Die
Elektromaschine 2245 treibt dabei über die Gangstufe I die Abtriebswelle 2206
an. Zum Einleiten des Startvorgangs wird dann die Anfahrkupplung 2203
geschlossen und über die kinetische Energie einerseits der Elektromaschine
2245 und andererseits durch das von den Antriebsrädern auf die
Ausgangswelle 2206 und mittels der Gangstufe I auf die Hülse 2200b
übertragene Drehmoment das Schleppmoment der Brennkraftmaschine 2202
überwunden und diese gestartet.
In Fig. 33 ist der Kraftweg eines Anfahrvorgangs im ersten Gang gezeigt.
Durch schließen der Anfahrkupplung 2203 wird die Brennkraftmaschine mit der
Hülse 2200b verbunden und die Kraft in die Getriebestufe I eingeleitet, bei der
die Schiebehülse 2240 mit dem Losrad 2220 drehfest verbunden ist und
dadurch das von der Brennkraftmaschine 2202 ankommende Moment in die
Getriebeausgangswelle 2206 eingeleitet wird.Eine alternative Anfahrmethode kann mittels der Elektromaschine 2245 - wie
in Fig. 34 gezeigt - vorgesehen werden. Mit der Elektromaschine 2245 kann
über die Gangstufe I/R elektrisch vorwärts oder rückwärts angefahren werden.
Dabei gibt die Drehrichtung der Elektromaschine 2245 die Anfahrrichtung vor,
das heißt, der Anfahrvorgang vorwärts unterscheidet sich vom Anfahrvorgang
rückwärts lediglich in der Polung der Elektromaschine 2245. Zum Anfahren
wird die Schiebehülse 2240 der Getriebeübersetzung I/R geschlossen und die
Elektromaschine 2245 entsprechend beschleunigt.Fig. 35 zeigt eine weitere Ausgestaltungsform einer Parksperre, wobei hier
zwei zu den Schiebehülsen 2241 und 2442 zugehörige Losräder drehfest mit
der Antriebswelle 2206 verbunden werden, wodurch das Getriebe verblockt
wird. Eine Parksperre dieser Art ist nur dann möglich, wenn die beiden
Schiebehülsen von verschiedenen Aktoren angesteuert werden und hat den
Vorteil, daß das Getriebe formschlüssig blockiert ist.
Die Fig. 36 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit
einem erfindungsgemäßen Getriebe 3220. Dabei zeigt 3200 den
Antriebsmotor oder Brennkraftmaschine, die mit ansteuerbaren Ventilen 3201
ausgestattet ist, so daß beispielsweise mittels eines elektrischen Aktors die
steuerbaren Ventile der Brennkraftmaschine unabhängig von einem an die
Kurbelwelle gekoppelten Ventiltrieb geöffnet und geschlossen werden können
und somit das Schleppmoment der Brennkraftmaschine 3200 gezielt gesteuert
werden kann, was beispielsweise bei einem Start der Brennkraftmaschine
3200 von Vorteil sein kann, da die Elektromaschine 3226 bei nicht so
leistungsstark dimensioniert werden muß.Die Drosselklappe 3202 kann ebenfalls mit einer Aktorik, beispielsweise
einem Elektromotor zu dessen Betätigung ausgestattet sein, um eine
Automatisierung dieser zu erleichtern und die Drehzahl der
Brennkraftmaschine, beispielsweise um bei einem Schaltvorgang die
Synchronisationsdrehzahl auszusteuern. Prinzipiell zum gleichen Zweck kann
unter anderem auch die Einspritzanlage 3203 von der Steuereinheit
automatisch angesteuert werden.Das Ausgangsventil 3201 ist an einen Abgaskatalysator 3204 mit Lambda-Sonde
und gegebenenfalls einem Temperatursensor zur Detektion der Abgas-
beziehungsweise der Katalysatortemperatur angeschlossen.
Im Kraftfluß zwischen der Brennkraftmaschine 3200 und dem Getriebe 3220 ist
die Kupplung 3210 angeordnet, die als Anfahrkupplung die Brennkraftmaschine
3200 von dem Getriebe 3220 abkoppelbar macht. Die Kupplung 3210 kann als
Trockenkupplung vorgesehen sein und dazu in der Kupplungsglocke 3210a
untergebracht sein oder als Naßkupplung im Getriebe angeordnet sein. In
manchen Anwendungsfällen kann die Kupplung entfallen und die Kurbelwelle
3200a direkt mit der Getriebeeingangswelle 3221 verbunden sein. Die Kupplung
3210 wird mittels eines Kupplungsaktors 3211 automatisch betätigt, wobei
zwischen Kupplung 3210 und Kupplungsaktor 3211 die Kupplungsbetätigung mit
einer Übersetzung 3212 oder Mitteln zur Anlenkung wirksam ist.Das Getriebe 3220 ist aus einer Getriebeeingangswelle 3221 und einer
Getriebeausgangswelle 3222 aufgebaut, wobei zwischen den beiden Wellen
3221, 3222 die Übersetzung für die Gänge bildende Zahnradpaare miteinander
kämmen, wobei die Zahnräder auf der Ausgangswelle 3222 für jede Gangstufe
oder Übersetzung als Losräder verdrehbar angebracht sind, die mit
entsprechenden Schaltkupplungen 3223, beispielsweise Schiebehülsen, drehfest
mit der Ausgangswelle 3222 verbindbar sind und bei Verbindung mit der
Ausgangswelle eine entsprechende Gangstufe bilden. Die Schaltkupplungen
werden dabei von einer Getriebeaktorik 3240 betätigt, die die Aktoren 3421-3244
enthält, wobei die Anzahl der Aktoren von der Art der Beschaltung und Anordnung
der Schaltkupplungen 3223 sowie von der Plazierung der Getriebeaktorik 3240,
beispielsweise außerhalb oder innerhalb des Getriebegehäuses, abhängig sein
kann. Entsprechende Ausführungsbeispiele sind unter den Fig. 1-19 näher
erläutert.Auf einem Zahnradpaar - hier am Beispiel des Ganges beziehungsweise
Gangradpaares 3224, 3225 mit der größten Übersetzung gezeigt - ist über eine
Zahnrad 3227 die Elektromaschine 3226 drehschlüssig aufgenommen. Sie kann
mittels des als Losrad ausgestalteten Zahnrads 3224 und einer zugehörigen
Schaltkupplung 3224a, die über den Aktor 3241 automatisch angesteuert wird, mit
der Getriebeeingangswelle 3221 sowie mittels der Schaltkupplung 3223a der
Übersetzungsstufe, mit der sie drehschlüssig verbunden ist, mit der
Ausgangswelle 3222 drehschlüssig verbunden werden, wodurch - wie in den
vorangegangenen Figuren näher erläutert - ein lastschaltfähiges Getriebe mit
Unterstützung der Elektromaschine 3226 bei Zugkraftunterbrechung der
Brennkraftmaschine 3200 während eines Schaltvorgangs vorgesehen ist und die
Elektromaschine 3226 weiterhin als Stromgenerator, Booster und Anlasser
eingesetzt werden kann.Zur Überwachung der Drehzahlen der einzelnen Wellen mit einer entsprechenden
Auswertung in der Steuereinheit sind zumindest Drehzahlsensoren 3205, 3228 an
der Kurbelwelle 3200a und an der Rotorwelle 3226a der Elektromaschine 3226
vorgesehen. Die Erfassung der Ausgangswelle 3222 kann entweder über einen
an dieser angeordneten Drehzahlsensor und/oder - wie gezeigt über
Raddrehzahlsensoren 3252, beispielsweise eines Antiblockiersystems für die
Bremsen 3251 an den Rädern 3254 erfolgen. Die Räder sind mit der
Ausgangswelle 3222 über ein Differential 3252 kraftschlüssig verbunden.Das Getriebe 3220 wird weitgehend automatisch betrieben und von der zentralen
Steuereinheit 3280 gesteuert. Der Fahrer wirkt auf die Steuerung 3280 über das
Fahrpedal 3271, das Bremspedal 3272 und über das Handbetätigungselement
oder Schalthebel 3270 ein, wobei die Steuereinheit 3280 auch einen
Handschaltmodus vorsehen kann, bei dem der Fahrer den gewünschten Gang
über das Handbetätigungselement auswählt.Die Steuereinheit 3280 steuert über die Signalleitung 390 die entsprechenden
Untersteuerungen oder Nebenaggregate, beispielsweise den Klimakompressor
und dergleichen an. Als Untersteuereinheiten sind zumindest die Motorsteuerung,
die Steuerung des Kupplungsstellers 3282, die Steuerung der Getriebeaktorik, die
Steuerung des Antiblockiersystems 3286 und die Steuerung der Elektromaschine
3284 mittels der Steuerleitung 3290, die beispielsweise als CAN-Bus ausgeführt
sein kann, an die Steuereinheit 3280 angebunden. Die Untersteuereinheit
verfügen zumindest teilweise über Leistungselektronik, die mittels der
Stromversorgungsleitung 3291 an das Bordnetz angebunden sind. Das Bordnetz
wird einem Akkumulator 3261, beispielsweise einer Hochstrombatterie und/oder
einem entsprechend ausgelegten Leistungskondensator 3260 gespeist. Die
Elektromaschine 3226 entnimmt Strom oder speist je nach Betriebsmodus die
Stromspeicher 3260, 3261.Die Fig. 37 zeigt eine mit dem Getriebe 401 in Fig. 5 vergleichbare
Ausführungsform eines Getriebes 1901, bei dem die Elektromaschine 1945 auf
einer dem Zahnradpaar 1924/1934 der Gangstufe V angeordnet ist.Die erfindungsgemäße, alternative Anbindung an die Getriebeeingangswelle
1904 oder Ausgangswelle 1906 erfolgt dabei mittels einer Schaltkupplung
1900, die wahlweise, beispielsweise mittels einer Schiebehülse mit den
Zahnrädern 1927, 1927a verbindbar sind, die ihrerseits eine drehschlüssige
Verbindung mit der Getriebeeingangswelle 1904 über ein weiteres Zahnrad
1926 oder über eine kraftschlüssige - hier gestrichelt gezeichnete -
Verbindung 1927b, beispielsweise eine Zahnrad-, Riemen- oder
Kettenverbindung, mit der Ausgangswelle 1906 mit einem drehfest auf der
Ausgangswelle 1906 verbunden Zahnrad 1927c bilden.Die Fig. 38 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Getriebes 2301, bei dem die
Brennkraftmaschine 2302 mittels einer in der Anfahrkupplung 2303 integrierten
Kupplung 2303a mit dem Gehäuse fest verbunden werden kann,
beispielsweise über einen Reibschluß der als Trockenkupplung mit
Reibbelägen ausgeführten Kupplung 2303a. Hierdurch kann die
Elektromaschine 2345 das Fahrzeug mit Momenten antreiben, die höher als
das Schleppmoment der Brennkraftmaschine 2202 sind sowie im
Rekuperationsbetrieb Momente in derselben Weise zur Umwandlung in
elektrische Energie aufnehmen. Eine derartige Anordnung ist für
leistungsstarke Elektromaschine, die einen hohen Anteil eines dergestalt
vorgesehenen Hybridantriebs, aufweisen.Die Fig. 39a, 39b, 40a, 40b, 41a und 41b zeigen Diagramme zur
Darstellung einer Zughochschaltung mit einer nach der erfinderischen Art
angeordneten Elektromaschine, wie in den vorhergehenden Figuren
beschriebenen. Der Schaltvorgang wird dabei in die Phasen a-e eingeteilt
und in den Fig. 39a-41b eine Auswahl von drei möglichen
Beschaltungsbeispielen gezeigt.Die Fig. 39a und 39b zeigen ein Beschaltungsbeispiel mit vollständiger
Zugkraftauffüllung durch die Elektromaschine mit dem Momentenverlauf M in
Fig. 39a und dem Drehzahlverlauf n in Fig. 39b Abhängigkeit vom
Schaltablauf in willkürlichen Einheiten.Die Phase a gibt die Zustände vor der Schaltung, beispielsweise einer
Zughochschaltung von Gang II nach Gang III, wieder. Die Brennkraftmaschine
überträgt das Moment M(BM) auf die Getriebeeingangswelle, die ein der
Übersetzung der Gangstufe II entsprechendes Moment M(SK2) auf die
Schaltkupplung des Gangs II überträgt. Die Elektromaschine überträgt kein
Moment M(EM) und ist mit der Getriebeeingangswelle verbunden, wobei sie
mit der durch die Übersetzung zwischen der Getriebeeingangswelle und der
Elektromaschine eingestellten Übersetzung mit der Drehzahl n(EM) dreht und
im Generatorbetrieb einen Teil des von der Brennkraftmaschine in die
Getriebeeingangswelle eingespeisten Drehmoments M(BM) zur Erzeugung
elektrischer Energie aufnimmt. Wahlweise kann die Elektromaschine auch im
Ruhezustand mitdrehen. Hieraus stellt sich für die Ausgangswelle des
Getriebes ein Antriebsmoment M(AB) und eine Antriebsdrehzahl n(AB).In Phase b wird die Schaltung eingeleitet, indem die Elektromaschine über
eine weitere Gangstufe, beispielsweise die Gangstufe I Drehmoment bei
gleicher Drehzahl unter Bestromung auf die Getriebeeingangswelle und
dadurch folgend auf die Getriebeausgangswelle einspeist, wobei gleichzeitig
das von der Brennkraftmaschine eingeleitete Moment M(BM) durch eine
Erniedrigung der Drehzahl n(BM) vermindert wird. Nach Abbau des
Übertragungsmoments M(SK2) wird die Schaltkupplung des Gangs II geöffnet.
Das auf den Abtrieb übertragene Drehmoment bleibt dabei durch den
Drehmomentbeitrag der Elektromaschine annähernd gleich.Ist die Schaltkupplung des Gangs II geöffnet, wird der
Synchronisationsvorgang der Schaltkupplung, beispielsweise die
Synchronisierung der Schiebehülse mit dem Losrad, des Gangs III eingeleitet.
Eine Momentenfreiheit bei Synchronisationsdrehzahl der Schaltkupplung des
Gangs III wird erreicht, wenn die Elektromaschine das zum Antrieb notwendige
Moment M(AB) übernimmt. Dann kann die Schaltkupplung des Gangs III
geschlossen werden.In Phase c wird die Brennkraftmaschine auf die Drehzahl n(SK3) der
Schaltkupplung für den Gang III synchronisiert. Dazu wird die Drehzahl n(BM)
der Brennkraftmaschine soweit verringert, daß er mit seinem Schleppmoment
die Drehzahl der Getriebeeingangswelle - ersichtlich aus der Drehzahl der mit
ihr über die Übersetzung der Gangstufe III zusammenhängenden Drehzahl
n(SK3) der Schaltkupplung für Gang III - abbremst.In Phase d wird nach Erreichen der Synchronisation die Brennkraftmaschine
wieder beschleunigt und gleichzeitig die Bestromung der Elektromaschine
zurückgefahren.Die Wirkung der vollständigen Zugkraftauffüllung wird an dem Verlauf der
Momentenkurve M(AB) der Getriebeausgangswelle dadurch ersichtlich, daß
ein Momenteneinbruch unter das Moment des neu eingelegten Ganges III
unterbleibt.Phase e gibt die Moment- und Drehzahlverhältnisse des neu eingelegten
Gangs - hier Gang III - wieder.
Die Fig. 40a und 40b geben in einer der Beschreibung der Fig. 39a,
39b entsprechenden Weise das Verhalten bei nur teilweiser Zugkraftauffüllung
durch die in diesem Fall weniger leistungsfähig dimensionierte
Elektromaschine wieder. Auch hier wird die Elektromaschine wie in dem
vorangegangenen Ausführungsbeispiel während des Schaltvorgangs - am
Beispiel Gang II nach Gang III - bei konstanter Drehzahl betrieben. Im
Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel mit voller Zugkraftauffüllung kann die
schwächer dimensionierte Elektromaschine das während der Synchronisation
der Schaltkupplung des Gangs III zur Momentenfreiheit der Schaltkupplung
notwendige Moment M(EM), das in der Höhe des Moments M(BM) nach dem
Ausrücken der Schaltkupplung des Gangs II ist, nicht aufbringen. Zur
Gewährleistung der Momentenfreiheit der Schaltkupplung des Gangs III wird
daher in dem gezeigten Ausführungsbeispiel das Moment der
Brennkraftmaschine am Ende der Phase b auf das Moment M(EM) der
Elektromaschine zurückgefahren, wodurch während des Schaltvorgangs eine
Zugkraftauffüllung in Höhe des von der Elektromaschine zur Verfügung
stehenden Moments M(EM) erfolgt und eine leichte Absenkung des
Antriebsmoments M(AB) während des Schaltvorgangs resultiert.Die Fig. 41a und 41b zeigen eine leicht modifiziertes Ausführungsbeispiel
der Fig. 40a, 40b, bei dem die Drehzahl n(EM) der Elektromaschine erst zu
Beginn eines Schaltvorgangs erhöht und nach dem Schaltvorgang die
Elektromaschine wieder abgeschaltet wird.
Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvor
schläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die
Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung
und/oder Zeichnungen offenbarte Merkmale zu beanspruchen.In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere
Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des
jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung
eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rück
bezogenen Unteransprüche zu verstehen.Die Gegenstände dieser Unteransprüche bilden jedoch auch selbständige
Erfindungen, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unter
ansprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.Die Erfindung ist auch nicht auf das (die) Ausführungsbeispiel (e) der Beschrei
bung beschränkt. Vielmehr sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abände
rungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente
und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination
oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemeinen
Beschreibung und Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und
in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrens
schritten erfinderisch sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen
Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen
führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.
Claims (38)
1. Getriebe, wie Zahnräderwechselgetriebe, mit zumindest zwei Wellen,
wie einer von einer Brennkraftmaschine mittels einer Kurbelwelle
antreibbaren Getriebeeingangswelle, einer Getriebeausgangswelle und
gegebenenfalls einer Vorgelegewelle, mit einer Mehrzahl von
Zahnradpaaren, mit einer Elektromaschine mit zumindest einem Rotor
und einem Stator, die mittels zumindest einer Kupplung zumindest einer
der Wellen zuschaltbar ist.
2. Getriebe, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Elektromaschine zwischen den zumindest zwei Wellen umschaltbar
ist.
3. Getriebe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromaschine mittels einer
Kupplung mit der Abtriebswelle des Getriebes verbindbar ist.
4. Getriebe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromaschine mittels einer
Kupplung mit der Antriebswelle des Getriebes verbindbar ist.
5. Getriebe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromaschine bei einem
Schaltvorgang zur Änderung der Übersetzung des Getriebes eine
Zugkraftunterbrechung durch Einspeisung von einem Drehmoment auf
die Abtriebswelle reduziert.
6. Getriebe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Getriebeeingangswelle mit der
Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbindbar ist.
7. Getriebe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromaschine der Antriebswelle
des Getriebes mittels einer Kupplung zuschaltbar ist und dadurch
beispielsweise die Brennkraftmaschine mittels der Elektromaschine
gestartet werden kann.
8. Getriebe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Elektromaschine zumindest
ein Teil des Getriebes antreibbar ist.
9. Getriebe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Elektromaschine, deren Rotor
durch ein Getriebeteil drehangetrieben wird, mechanische Energie in
elektrische Energie umwandelbar und in einen Speicher speisbar ist.
10. Getriebe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangswelle des Getriebes mit der
Kurbelwelle der Brennkraftmaschine mittels einer schaltbaren Kupplung
verbindbar ist.
11. Getriebe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Drehachse des Rotors der
Elektromaschine koaxial zur Getriebeeingangswelle oder zur
Getriebeausgangswelle angeordnet ist.
12. Getriebe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Rotorwelle der Elektromaschine
parallel zur Getriebeeingangswelle oder zur Getriebeausgangswelle
angeordnet ist.
13. Getriebe, wie Zahnräderwechselgetriebe, mit zumindest zwei Wellen,
wie einer Eingangswelle, einer Ausgangswelle und gegebenenfalls
einer Vorgelegewelle, mit einer Mehrzahl von Zahnradpaaren, mit
mittels Kupplungen mit einer ersten Welle drehfest verbindbaren
Zahnrädern, wie Losrädern, und mit mit einer zweiten Welle drehfest
angeordneten Zahnrädern, wie Gangrädern, gegebenenfalls mit einer
eingangsseitig angeordneten schaltbaren Anfahrkupplung, dadurch
gekennzeichnet, daß zumindest eine Kupplung zur Änderung der
Übersetzung des Getriebes mittels zumindest einer Betätigungseinheit
automatisiert betätigbar sind.
14. Getriebe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung zur Verbindung zumindest
eines Losrades mit einer Welle eine reibschlüssige Kupplung ist.
15. Getriebe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung zur Verbindung zumindest
eines Losrades mit einer Welle eine zwischengeschaltete
Synchronisiereinrichtung aufweist.
16. Getriebe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Anfahrkupplung eine reibschlüssige
Kupplung ist.
17. Getriebe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Anfahrkupplung eine hydrodynamische
Kupplung ist.
18. Getriebe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Anfahrkupplung in einem Raumbereich
einer Kupplungsglocke angeordnet ist.
19. Getriebe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest die Anfahrkupplung und/oder
eine weitere Kupplung eine Trockenreibungskupplung ist.
20. Getriebe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Anfahrkupplung innerhalb des
Getriebegehäuses angeordnet ist.
21. Getriebe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Anfahrkupplung ein hydrodynamischer
Drehmomentwandler mit oder ohne Wandlerüberbrückungskupplung ist.
22. Getriebe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinheit, wie Aktor, zur
Betätigung von zumindest der Anfahrkupplung und/oder einer weiteren
Kupplung ein druckmittelbetätigter Aktor mit einer Druckmittelversorgung
und zumindest einem Ventil ist, das die Druckmittelzuführung zu jeweils
einem Nehmerzylinder an den Kupplungen steuert.
23. Getriebe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsaktor zur Betätigung von
zumindest der Anfahrkupplung und/oder einer weiteren Kupplung ein
elektrisch angetriebener Aktor, gegebenenfalls mit einem eine Elektromotor
oder Elektromagnet nachgeschalteten Übersetzungs- oder
Untersetzungsgetriebe ist.
24. Getriebe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsaktor zur Betätigung von
Kupplungen zum Gangwechsel ein druckmittelbetätigter Aktor mit einer
Druckmittelversorgung und zumindest einem Ventil ist, das die
Druckmittelzuführung zu jeweils einem Nehmerzylinder an den Kupplungen
steuert.
25. Getriebe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsaktor zur Betätigung
zumindest einer Kupplung ein elektrisch angetriebener Aktor
gegebenenfalls mit einem einem Elektromotor oder Elektromagnet
nachgeschalteten Übersetzungs- oder Untersetzungsgetriebe ist.
26. Getriebe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe eine Elektromaschine
aufweist, die als Starter der Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges
und/oder als Generator zur Erzeugung elektrischer Energie aus kinetischer
Energie und dessen Rückführung oder Rückspeisung in einen Speicher
dient.
27. Getriebe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromaschine über ein Gangrad des
Getriebes antreibbar ist oder dieses antreibt.
28. Getriebe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Maschine über ein
Schwungrad der Brennkraftmaschine antreibbar ist oder diesen antreibt.
29. Getriebe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromaschine über die
Eingangswelle des Getriebes antreibbar ist oder diese antreibt.
30. Getriebe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Maschine einen Stator und
einen Rotor aufweist, wobei Stator und Rotor koaxial zur
Getriebeeingangswelle angeordnet sind und der Rotor mit einem
Schwungrad oder einem mit der Getriebeeingangswelle verbundenen
Element drehfest verbunden ist.
31. Getriebe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromaschine während eines
Schaltvorgangs - mit zumindest den in der genannten Reihenfolge
ablaufenden Schritten Ausrücken der Anfahrkupplung, Ausrücken eines
aktuellen Ganges, Einrücken eines folgenden Ganges, Einrücken der
Anfahrkupplung - dann aktiviert wird, wenn das von der
Brennkraftmaschine auf die Anfahrkupplung übertragene Moment nicht
mehr vollständig auf die Antriebswelle des Getriebes übertragen wird.
32. Getriebe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß durch einen wachsenden
Drehmomentbeitrag der Elektromaschine während des Schaltvorgangs das
sich bei Öffnen der Anfahrkupplung abbauende Moment der
Brennkraftmaschine zumindest teilweise kompensiert wird.
33. Getriebe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Momentbeitrag der Elektromaschine
nach vollständiger Öffnung der Anfahrkupplung vom anliegenden auf ein in
einer neu gewählten Schaltstufe erforderliches Moment geführt wird.
34. Getriebe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das von der Elektromaschine beigetragene
Moment bei offener Anfahrkupplung während des gesamten
Schaltvorgangs zwischen den erforderlichen Momenten der beiden
Schaltstufe gehalten wird.
35. Getriebe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das von der Elektromaschine beigetragene
Moment bei offener Anfahrkupplung zumindest in einem Teilbereich des
Schaltvorgangs kleiner als das mindestens erforderliche Moment der
Schaltstufe mit dem kleineren erforderlichen Moment ist.
36. Getriebe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß während des Schaltvorgangs die Drehzahl
der Elektromaschine konstant gehalten wird.
37. Getriebe, wie Zahnräderwechselgetriebe, mit zumindest zwei Wellen,
wie einer Eingangswelle, einer Ausgangswelle und gegebenenfalls
einer Vorgelegewelle, mit einer Mehrzahl von Zahnradpaaren, mit einer
Elektromaschine, gekennzeichnet durch zumindest ein in den
Anmeldungsunterlagen offenbartes Merkmal.
38. Getriebe, wie Zahnräderwechselgetriebe, mit zumindest zwei Wellen,
wie einer Eingangswelle, einer Ausgangswelle und gegebenenfalls
einer Vorgelegewelle, mit einer Mehrzahl von Zahnradpaaren, mit einer
Elektromaschine, gekennzeichnet durch die besondere Wirkungsweise
und Ausgestaltung der vorliegenden Anmeldungsunterlagen.
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