EP3765322A1 - Getriebeanordnung, kraftfahrzeugantriebsstrang und verfahren zu dessen betreiben - Google Patents

Getriebeanordnung, kraftfahrzeugantriebsstrang und verfahren zu dessen betreiben

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EP3765322A1
EP3765322A1 EP19794905.0A EP19794905A EP3765322A1 EP 3765322 A1 EP3765322 A1 EP 3765322A1 EP 19794905 A EP19794905 A EP 19794905A EP 3765322 A1 EP3765322 A1 EP 3765322A1
Authority
EP
European Patent Office
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gear
clutch
input shaft
combustion engine
internal combustion
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.)
Pending
Application number
EP19794905.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Beck
Fabian Kutter
Michael Wechs
Johannes Kaltenbach
Matthias Horn
Peter Ziemer
Thomas Martin
Oliver Bayer
Martin Brehmer
Thomas KROH
Max Bachmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
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Filing date
Publication date
Application filed by ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
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Pending legal-status Critical Current

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    • F16H2200/003—Transmissions for multiple ratios characterised by the number of forward speeds
    • F16H2200/0043—Transmissions for multiple ratios characterised by the number of forward speeds the gear ratios comprising four forward speeds
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a transmission arrangement for a motor vehicle drive train, with a first input shaft that is or can be connected to an internal combustion engine, and a second input shaft, which is arranged coaxially to the first input shaft, with an output shaft which is connected via a first plurality of switchable first gear sets is connected to the first input shaft and which is connected to the second input shaft via a second plurality of switchable second gear sets, with a first electrical machine that is connected to the second input shaft, with a second electrical machine that is connected to the first input shaft is connected and with a first clutch, via which the first input shaft and the second input shaft can be connected to one another.
  • the present invention also relates to a drive train for a motor vehicle, having an internal combustion engine and having a transmission arrangement of the type indicated above.
  • the present invention relates to a method for operating such a drive train.
  • a gear arrangement of the type described above is known from document DE 10 201 1 005 451 A1.
  • the hybrid drive disclosed there includes an automated transmission with two input shafts and a common output shaft.
  • the first input shaft can be connected to the drive shaft of a combustion engine via a separating clutch.
  • the first input shaft can be brought into drive connection with the output shaft via a first group of selectively shiftable gear sets.
  • the second input shaft is in drive connection with the rotor of an electric machine operable as a motor and generator.
  • the second input shaft can be brought into drive connection with the output shaft via a second group of selectively shiftable gear sets.
  • the input shafts can be coupled to one another via an engageable and disengageable coupling switching element.
  • a second electric machine that can be operated as a motor and a generator is provided, the rotor of which is in drive connection with the first input shaft.
  • the document DE 10 2010 030 573 A1 discloses a hybrid drive with an automated manual transmission.
  • document US 2017/0129323 A1 discloses a hybrid transmission for a motor vehicle with an internal combustion engine and an electrical main drive machine.
  • the transmission includes two concentric input shafts that are connected to a cure shaft of the internal combustion engine and to the electrical machine without a separating coupling.
  • the transmission further includes an output shaft and a Wel le for transmitting rotary motion of an input shaft to the output shaft and for coupling the input shafts.
  • the electric machine is arranged at one end opposite the input shafts relative to the internal combustion engine.
  • transmission arrangements for motor vehicle drive trains are designed for front or rear transverse installation in a motor vehicle, particular attention is paid to a short axial length.
  • gearboxes for longitudinal installation particular attention is paid to a radially compact design.
  • an input shaft arrangement is often assigned two axially parallel countershafts, so that the power flow from the input shaft arrangement can either take place via one countershaft or via the other countershaft.
  • the countershafts are also designed as output shafts and are usually both in engagement with a differential for distributing drive power to driven wheels.
  • hybridization Another trend in the field of motor vehicle drive trains is so-called hybridization.
  • a drive motor in the form of a combustion engine is assigned an electrical machine as a further drive machine.
  • an electrical machine is arranged concentrically with an input member of a clutch arrangement.
  • the input element of the clutch arrangement is usually connected to the internal combustion engine via a separating clutch or an internal combustion engine decoupling device.
  • a transmission arrangement for a motor vehicle drive train with a first input shaft, which is connected or connectable to an internal combustion engine, and a second input shaft, which is arranged coaxially to the first input shaft, with an output shaft which has a first plurality of switchable first gear sets is connected to the first input shaft and which is connected to the second input shaft via a second plurality of switchable second gear sets, with a first electrical machine that is connected to the second input shaft, with a second electrical machine that is connected to the first input shaft is connected, and with a first clutch via which the first input shaft and the second input shaft can be connected to one another.
  • the second gear sets have two alternatively shiftable gear sets, via which an electromotive ferry operation can be set up by means of the first electric machine, the transmission arrangement being designed so that an internal combustion engine ferry operation with the first clutch engaged via one of the two alternatively switchable Gear sets can be set up.
  • a drive train for a motor vehicle with an internal combustion engine and with a transmission arrangement of the type according to the invention, the first input shaft being non-rotatably connected to the internal combustion engine. den is or wherein the first input shaft is connected to the internal combustion engine via a separating clutch.
  • a method for operating a drive train of the type according to the invention which, starting from a purely electric ferry operation or a hybrid driving operation via the one of the two alternatively switchable second gear sets, the first clutch being closed, whereby the internal combustion engine is non-rotatably connected to the first input shaft and wherein a clutch assigned to a gear set is closed, has the following steps: reducing load on the first clutch and building load on the first electric machine, opening the first clutch, lowering the Speed of the first input shaft until another clutch, which is assigned to one of the first gear wheel sets, is synchronized, and closing of the other clutch.
  • the gear arrangement according to the invention can be implemented in a radially and axially compact manner. Furthermore, the gear arrangement can be implemented with little construction effort.
  • the gear arrangement is designed in such a way that an internal combustion engine drive can be set up with the first clutch engaged, preferably only via one of the two alternatively shiftable second gear sets.
  • a design of the transmission arrangement in this way can in particular take place in such a way that a control device of the transmission arrangement is programmed so that the other of the two alternatively switchable second gear wheel sets operated in a purely internal combustion engine Fährbe or a hybrid driving mode in which both Internal combustion engine and electromotive drive power are provided, is not used, so the assigned clutch is not closed.
  • this other gear set level can be specially optimized for a purely electric motor-driven ferry operation.
  • the transmission arrangement according to the invention only electromotive power is transmitted via one of the two alternatively switchable second gear sets, namely drive power from the first electric machine.
  • one of the two alternatively switchable second gear sets can be transferred to the electric motor drive power, while the internal combustion engine power is transferred via one of the first gear sets (and, if applicable, the electromotive power of the second electric machine via one of the first gear sets) .
  • the power summation then takes place in the output shaft.
  • the gear step that is assigned to the other of the two alternatively shiftable second gear sets is preferably a gear step for relatively high driving speeds, e.g. for driving speeds of> 50 km / h, in particular> 60 km / h and especially> about 70 km / H.
  • the transmission arrangement preferably has a control device by means of which the shifting elements such as clutches, shifting clutches, etc. can be actuated automatically.
  • the actuation takes place via suitable actuators, which can be electromotive, hydraulic, electrohydraulic or electromagnetic.
  • control device can be designed to control the electrical machines in such a way that they can each work both as a motor and as a generator. Furthermore, the control device can be designed to interact with an engine control of the internal combustion engine in order to be able to operate the drive train in a coordinated manner.
  • the second input shaft is preferably a hollow shaft which is arranged around the first input shaft.
  • the shiftable first gear sets preferably form a first partial transmission of the transmission arrangement.
  • the shiftable second gear sets preferably form a second partial transmission of the transmission arrangement.
  • the transmission arrangement preferably only has the coaxial input shaft arrangement with the first input shaft and the second input shaft and the output shaft, so it can be of particularly compact radial construction.
  • the output shaft is the preferred wise connected to a driven gear set for driving a power distribution device.
  • shiftable wheel sets are understood to mean wheel sets which have an idler wheel and a fixed wheel which mesh with one another and which can be switched by means of an associated clutch.
  • the idler gear of this gear set is non-rotatably connected to the associated shaft.
  • the gear sets are preferably spur gear sets.
  • Each gear set is preferably assigned a regular forward gear, i. a fixed translation.
  • the transmission arrangement preferably does not have a gear set that is assigned to a reverse gear. Reversing is preferably implemented exclusively via one of the electrical machines.
  • the first clutch which can connect the first and second input shafts to one another, is not a clutch that is used to set up a so-called winding gear stage in the transmission arrangement. Because when setting up a winding gear stage, two gear sets from each of the two sub-transmissions are usually involved in order to achieve the lowest possible or the highest possible translation, i.e. to enable a high spread of the transmission arrangement. In the present case, however, power is preferably only ever transmitted via a gear set from one of the input shafts to the output shaft, so that the spread of the transmission arrangement is preferably exclusively due to the gear ratios of the regular forward gears. Consequently, the gear arrangement can generally work with a high degree of efficiency.
  • the transmission arrangement is preferably not connected to a double clutch on the input side.
  • the second input shaft can only be connected to an internal combustion engine via the first clutch. Consequently, the transmission arrangement can be implemented without a complex input-side clutch arrangement.
  • the assignment of gear steps to the two sub-transmissions is therefore not necessarily so in the present case that one sub-transmission is assigned even gear steps and another sub-transmission is assigned uneven gear steps. Rather, the gear steps of both subtransmissions can each contain successive gear steps, for example forward gear steps 2, 3, 4 in subtransmission 1 and / or electrical gear steps E1.1 and E1.2 in subtransmission 2.
  • connection is understood in particular to mean that the two elements to be connected are permanently connected to one another in a rotationally fixed manner; Alternatively, however, they can be connected to one another in a rotationally fixed manner if necessary.
  • a rotationally fixed connection is understood to mean that the elements connected in this way rotate at a speed that is proportional to one another.
  • the electrical machines can be arranged coaxially with the input shafts. However, the electrical machines are preferably arranged axially parallel to the gearbox arrangement. The longitudinal axes of the electrical machines are consequently aligned in front of preferably parallel, but offset from both the input shafts and the output shaft.
  • the control device of the transmission arrangement is preferably set up to set up at least the following driving modes: a purely internal combustion engine ferry operation, a purely electric ferry operation using the first electric machine and a purely electric ferry operation using the second electric machine.
  • the control device is also set up to set up a hybrid driving mode, in which drive power is provided by the internal combustion engine and electromotive drive power is provided by the first electrical machine and / or the second electrical machine.
  • the hybrid driving mode can be a drive mode, but can also be a mode in which mechanical drive power is at least partially fed into the electrical machines in order to operate them as a generator for charging a vehicle battery.
  • the hybrid drive train is preferably also set up to carry out a so-called sailing operation, in which the internal combustion engine is decoupled starting from a medium or high speed and the speed is maintained, for example, by intermittent operation of one or both electrical machines. Stand charging is also possible.
  • serial operation is understood to mean that in a purely electromotive ferry operation by means of the first electric machine, the second electric machine is simultaneously driven by the internal combustion engine and operated as a generator in order to charge a vehicle battery.
  • the vehicle battery is preferably the same from which the electric machine operating as a motor draws power.
  • the driving speed of the vehicle is usually below a speed at which the internal combustion engine can be used as a drive motor (due to the translation of the lowest gear or starting gear).
  • the serial operation described above can be implemented.
  • the transmission arrangement according to the invention to use an electric machine for synchronization when changing gears in an internal combustion engine ferry operation or a hybrid ferry operation, so to support the internal combustion engine when synchronizing with an electric machine.
  • the second electric machine is constantly connected to the internal combustion engine. This also enables a shift in the load point on the internal combustion engine and the second electric machine can assist in regulating the speed if a switching element such as a clutch has to be synchronized.
  • the first clutch is preferably only closed when internal combustion engine power and / or power is to be transmitted from the second electrical machine via the one of the two alternatively shiftable gear sets.
  • the first clutch in an internal combustion engine ferry operation, the first clutch is only closed for an internal combustion engine gear stage. In all other gear stages in the internal combustion engine ferry operation, the first clutch preferably remains open.
  • the first electrical machine can be decoupled when the internal combustion engine uses one of the gear stages of the first partial transmission. This enables efficient internal combustion engine ferry operation.
  • the second electrical machine can optionally be made smaller than the first electrical machine, since the second electrical machine preferably does not have to fulfill any essential driving functions.
  • the first input shaft is connected to the output shaft via three switchable first gear sets.
  • the first partial transmission preferably has precisely those three shiftable first gear wheel sets.
  • the three shiftable first gear sets are preferably assigned to adjacent gear stages, preferably gear stages 2, 3 and 4.
  • the two alternatively shiftable second gear sets contain a gear set for a starting gear, via which the internal combustion engine ferry operation can be set up.
  • Starting from a standstill is preferably always carried out by means of the first electrical machine.
  • the internal combustion engine can be switched on (by closing the first clutch).
  • internal combustion engine power can be transferred in the first forward gear (starting gear).
  • the starting gear can be used by the first electric machine for speed ranges that reach from 0 km / h to 50 km / h, preferably from 0 km / h to 60 km / h, preferably from 0 km / h to approx. 70 km / h km / h, to name a few examples.
  • the other switchable second gear set is then placed in the power flow if the first electric machine is to be driven purely by an electric motor.
  • the other of the two alternatively shiftable second gear sets is assigned to a second electrical gear stage, the gear ratio of which is smaller than the largest gear ratio of the first gear sets and which is greater than the smallest gear ratio of the first gear sets.
  • first clutch is arranged in the axial direction between the first and second gear sets.
  • This arrangement between the two sub-transmissions allows the input shafts to be connected to one another in a structurally favorable manner.
  • first clutch and a Heidelbergkupp treatment for shifting one of the first gear sets form a first Heidelbergkupplungspa ket which can be actuated by means of a single actuating device.
  • first GmbHkupplungspa ket which can be actuated by means of a single actuating device.
  • a clutch pack is generally understood to mean an arrangement of two clutch systems which can be operated alternatively by means of a single operating device. Furthermore, a clutch pack generally has a neutral position in which none of the two clutch clutches of the pack is closed. Such a clutch pack can also be referred to as a double shift element.
  • a shift clutch is understood in particular to be a form-fitting connecting clutch which can generally be synchronized or not.
  • the clutches are preferably not all synchronized, but designed as pure Klauenkupplun conditions.
  • the second and third clutch packs can each be actuated by means of an individual actuating device that is assigned to it.
  • the first clutch pack is preferably arranged in the axial direction between the first and the second partial transmission.
  • the second clutch pack is also preferably arranged in the axial direction between the two assigned first gear sets, which are preferably assigned to the forward gear stages 2 and 4 or 3 and 4.
  • the third clutch pack is preferably arranged in the axial direction between the two second gear sets.
  • the first clutch pack is preferably arranged coaxially with the first input shaft.
  • the second and the third clutch pack are preferably coaxial arranged to the output shaft, but can also be arranged coaxially to the input shafts.
  • the transmission arrangement starting from one axial end, has axially one behind the other: (i) gear set level for a second electromotorically usable gear stage, (ii) clutch level for a third clutch set, (iii) gear set level for a first gear level, ( iv) clutch level for a first clutch pack containing the first clutch, (v) gear set level for a third gear stage or for a second gear stage, (vi) gear set level for a second gear stage or a third gear stage, (vii) clutch level for a second clutch pack and (viii) Gear set level for a fourth gear.
  • the transmission arrangement advantageously has an output gear set at one axial end, by means of which the output shaft is connected to a power distribution device such as a mechanical differential for driven wheels.
  • the output gear set can be axially aligned with a separating clutch which, in a preferred embodiment, can connect the first input shaft and an internal combustion engine.
  • a connection can be made via spur gear sets or belt transmissions.
  • the respective sub-transmissions can each be assigned their own gear.
  • first electrical machine is connected to the second input shaft via one of the second gear sets and / or if the second electrical machine is connected to the first input shaft via one of the first gear sets.
  • second electrical machine is connected to the first input shaft via one of the first gear sets.
  • a separate fixed gear on an input shaft to bind to an electrical machine is not required.
  • connection can be such that a pinion of the respective electrical machine is in direct engagement with a fixed gear of the respective gear set. It is preferred, however, if at least one of the electrical machines is connected with its machine pinion via an intermediate gear to the fixed gear of the assigned gear set.
  • the second gear set, via which the first electrical machine is connected to the second input shaft is arranged in the area of a first axial end of the transmission arrangement, and / or if the first gear set via which the second electrical machine is connected to the first input shaft, is arranged in the region of a second axial end of the Gereteanord voltage.
  • the second gear set, via which the first electrical machine is connected to the second input shaft is assigned to the highest gear that can be set up by means of the second gear set, and / or if the first gear set via which the second electrical machine is connected to the first input shaft, is assigned to the highest gear, which is set up by means of the first gear sets.
  • the drive train according to the invention is in the embodiment in which the first input shaft is rotatably connected to the internal combustion engine, preferably only actuated by means of three actuators, which are assigned to the above-mentioned three switching clutch packs. If between the first input shaft and If a separating clutch is arranged on the internal combustion engine, a separate (fourth) actuation device must be provided for this.
  • the separating clutch can preferably be arranged in an axial plane with a driven gear set.
  • the separating clutch can be implemented as a positive-locking clutch, in particular as a claw clutch.
  • the clutch can also be designed as a friction clutch, which is preferably normally open.
  • a friction clutch can also open under load, e.g. in the event of an emergency stop or a malfunction in the internal combustion engine.
  • the separating clutch can also be closed with a differential speed so that a so-called swing start of the internal combustion engine is possible by means of the second electric machine.
  • a swing start the inertial mass of the second electric machine is used to start the internal combustion engine.
  • the internal combustion engine gear steps that can be set up by the first gear sets and one gear set of the second gear sets can also be used as electrical gear steps by means of the second electric machine if a separating clutch KO is present and this is opened. Both electric machines can then be driven purely electrically. In purely electrical operation, load circuits are then possible in that the first electrical machine supports the tractive force when a gear change is carried out when driving the second electrical machine, and vice versa.
  • the separating clutch In internal combustion engine operation, the separating clutch always remains closed as long as it is present. In this way, the internal combustion engine is always connected to the second electrical machine.
  • the second electric machine can implement the following functions, even if there is no separating clutch: starting the internal combustion engine from purely electric driving, supplying an on-board power supply, serial crawling and driving forwards / backwards as well as support for internal combustion engine speed control when coupling and in circuits.
  • the internal combustion engine can be coupled in all gears 1, 2, 3, 4 if the first electric machine uses one gear set of the second gear sets. If the first electric machine uses the other gear set of the second gear sets, the internal combustion engine can be coupled to gears 2, 3, 4 of the first sub-transmission.
  • the second electrical machine can assist in relieving the load on the first clutch and the shifting clutches of the first sub-transmission when the second electrical machine is working as a generator.
  • the electricity generated in this way can then be used by the first electrical machine to support traction.
  • the following functions can be covered by the first electric machine, even if there is no separating clutch: an electric vehicle drive for starting and driving forwards / backwards, a support for the tractive effort in internal combustion engine circuits, and if there is a change in the first clutch or in one of the clutches of the first sub-transmission, the first electrical machine can maintain the tractive force via the assigned gear sets of the second sub-transmission.
  • the first electrical machine can be connected to the internal combustion engine via the first clutch.
  • the first electrical machine can also start the internal combustion engine and act as a generator to generate electricity for a consumer, for example when the vehicle is stationary.
  • a power shift can take place, for example, from the first gear stage to the second gear stage in hybrid operation. This also applies to the variant without a separating clutch.
  • this can be done by lowering the speed of the internal combustion engine and / or the second electrical machine.
  • the second electric machine can work as a generator, for example, or the internal combustion engine can switch to overrun mode.
  • the first clutch When the first clutch is opened, it is possible to change from the first electrical gear stage (set up via the one gear set of the second gear gear sets) to the second electrical gear stage without any load. Here, the speed of the first electrical machine's rule is reduced. The switchover then takes place while the internal combustion engine (and / or the second electric machine) maintains the tractive force in one of the gears of the first partial transmission.
  • the gear assembly results in at least one of the following advantages: a simple structure, a compact design, low component loads, ge rings gear losses, good gear efficiency, a good translation series, only three or four actuators or actuators.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a drive train according to the invention with a gear arrangement according to the invention
  • FIG. 2 shows a shift table for forward gear stages V1 to V4 in a combustion engine or a flybrid driving mode by means of the drive train of FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a shift table for two gear steps E1.1 and E1.2 in a purely electric motor-driven ferry operation by means of the drive train of FIG. 1;
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a further embodiment of a drive train
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a further embodiment of a drive train
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a further embodiment of a drive train
  • Figure 7 is a schematic representation of a further embodiment of a drive train.
  • a drive train in the form of a hybrid drive train is shown schematically in schematic form and generally designated by 10.
  • the drive train 10 has an internal combustion engine 12.
  • the drive train 10 also includes a clutch arrangement 14 which is connected on the input side to the internal combustion engine 12. On the output side, the clutch arrangement 14 is connected to a hybrid transmission arrangement 16.
  • An output of the transmission arrangement 16 is connected to a power distribution device 18 which can be formed, for example, by a mechanical differential.
  • the power distribution device 18 distributes drive power to driven wheels 20L, 20R.
  • the drive train 10 is designed for installation transversely in a motor vehicle, for example in the front or in the rear of a motor vehicle.
  • the drive train 10 also has a control device 22, by means of which switching elements of the drive train 10 and / or electrical machines of the drive train 10 and / or an internal combustion engine of the drive train 10 can be controlled.
  • the transmission arrangement 16 has a first input shaft 24 and a second input shaft 26.
  • the first input shaft 24 is connected to an output member of the coupling arrangement 14.
  • the clutch arrangement 14 contains a single clutch in the form of a separating clutch K0.
  • the separating clutch K0 can be implemented as a claw clutch.
  • the first input shaft 24 lies on a first axis A1.
  • the second input shaft 26 is arranged as a hollow shaft coaxially around the first input shaft 24.
  • the gear arrangement 16 also has an output shaft 28 which is arranged axially parallel to the input shafts 24, 26, specifically on a second axis A2.
  • the output shaft 28 is non-rotatably connected to the power distribution device 18 via an output gear set 30, the power distribution device 18 lying on a third axis A3.
  • the transmission arrangement 16 has a first partial transmission 32 which is assigned to the first input shaft 24. Furthermore, the gear arrangement 16 has a second part gear 34 which is assigned to the second input shaft 26.
  • the first partial transmission 32 has a plurality of switchable first gear sets.
  • the second part of the transmission has a second plurality of shiftable second gear sets.
  • the second partial transmission 34 has a gear set 36 which is assigned to a forward gear stage 1 for an internal combustion engine ferry operation and a gear stage E1 (E1.1) for an electromotive ferry operation.
  • the first partial transmission 32 has a gear set 38 which is assigned to a third forward gear.
  • a first clutch pack 40 is arranged between the wheel sets 36, 38.
  • the first clutch pack 40 includes a first clutch K1, by means of which the first input shaft 24 and the second input shaft 26 can be connected to one another in a rotationally fixed manner.
  • the first clutch pack 40 also contains a clutch C which is assigned to the gear set 38 for the forward gear stage 3.
  • the first GmbHkupp treatment package 40 can be operated by means of a single actuator S1 and can either switch the first clutch K1 or the clutch C or set up a neutral position.
  • the first partial transmission 32 also has a gear set 42 for a forward gear stage 2 and has a gear set 44 for a forward gear stage 4.
  • the transmission arrangement 16 has a second shift clutch pack 50 which is arranged coaxially with the second axis A2.
  • the second clutch pack 50 includes a clutch B, which is assigned to the gear set 42, and a clutch D, which is assigned to the gear set 44.
  • the second clutch pack 50 can be actuated by means of a single actuating device S2, either clutch B or clutch D being able to be switched or a neutral position being able to be established.
  • the second partial transmission 34 includes a gear set 52 which is assigned to a second electrical gear stage E2 (E1.2).
  • the transmission arrangement 16 has a third clutch pack 54, which is arranged on the second axis A2 and which contains a clutch E for the gear set 52 and a clutch A for the gear set 36.
  • the third GmbHkupp treatment package 54 can be actuated by means of a third actuating device S3, so that either the clutch E for switching the gear set 52 or the Heidelbergkupp treatment A for switching the gear set 36 is closed.
  • a neutral position can be established in between.
  • a parking lock wheel P can be fixed in a rotationally fixed manner on the output shaft 28 in order to be able to immobilize a vehicle equipped with the drive train 10.
  • An associated parking lock device is not shown in FIG. 1 for reasons of clarity.
  • the gear set 52 is arranged in a gear set plane E1, which is axially adjacent to the clutch arrangement 14.
  • the third shift clutch set 54 is arranged in a clutch plane E2.
  • the wheelset 36 is arranged in a wheelset plane E3.
  • the first Druckkupp treatment package 40 is arranged in a clutch plane E4.
  • the wheelset 38 is arranged in a wheelset plane E5.
  • the wheelset 42 is arranged in a wheelset level E6.
  • the second clutch pack 50 is arranged in a coupling level E7.
  • the gear set 44 is arranged in a gear set plane E8, which lies at an end of the gear assembly opposite the clutch assembly.
  • the gear arrangement 16 has a first electrical machine 56, which is arranged coaxially to a fourth axis A4.
  • the first electrical machine 56 has a first pinion (first machine pinion) 58, which is connected to the gear set 52 via an inter mediate gear 59 for speed adjustment.
  • the first electrical machine 56 is consequently connected non-rotatably to the fixed gear of the gear set 52, the fixed gear forming a first gear 70.
  • the transmission arrangement 16 also has a second electrical machine 60 which is arranged on a fifth axis A5.
  • the second electrical machine 60 has a second pinion 62 which is in a second intermediate gear 63 with the gear set 44 in a handle. More precisely, the second intermediate gear 63 is in engagement with a two-th gear (second machine gear) 72 which is formed by the fixed gear of the gear set 44 fixed to the first input shaft 24.
  • the first gear 70 (first machine gear) is a fixed gear of the gear set 52 that is fixed on the second input shaft 26.
  • the gear arrangement 16 has a first axial end 74 and a second axial end 76.
  • the internal combustion engine 12 and the clutch arrangement 14 are arranged in the region of the first axial end.
  • the gear set 52 is arranged closest to the first axial end 74 of all gear sets of the Ge gear assembly 16.
  • the gear set 44 of the first partial transmission 32 is arranged of all the gear sets closest to the two th axial end.
  • the electrical machines 56, 60 overlap in the axial direction and preferably extend between the axial ends 74, 76.
  • FIGS. 2 and 3 By means of the drive train 10, the following are shown in FIGS. 2 and 3 can be implemented.
  • Drive power of the internal combustion engine 12 consequently flows via the closed separating clutch KO to the first input shaft 24 and from there via the first clutch K1 to the second input shaft 26. Due to the closed clutch A, the power flows via the gear set 36 to the output shaft 28 and from there to the power distribution device 18.
  • the first clutch K1 and the clutch A are opened and the clutch B is closed.
  • drive power flows from the internal combustion engine via the separating clutch KO and the first input shaft 24 into the gear set 42 and from there into the output shaft 28.
  • the other forward gear stages V3 and V4 result in a corresponding manner, with only one clutch being engaged here. namely either the clutch C or the clutch D.
  • the clutch E is never closed in the internal combustion engine ferry operation, so that an internal combustion engine ferry operation with the first clutch K1 closed can only be set up via the gear set 36 of the second sub-transmission 34, and not via the gear set 52 of the second sub-gear 34.
  • the forward gear stages shown in FIG. 2 can also be implemented in a hybrid driving mode, in which power from the internal combustion engine and electromotive power from the second electric machine 60 are fed into the first input shaft.
  • the second electrical machine 60 can also work as a generator if necessary.
  • the first electrical machine 56 can provide drive power via the second partial transmission 34. If the first clutch K1 is opened, in the forward gear stages V2, V3 and V4.
  • FIG. 3 shows a shift table for two electromotive gear stages E1 .1 and E1 .2, in which electromotive drive power is provided predominantly by means of the first electric machine 56.
  • the first electrical machine 56 is preferably designed as the main drive machine, whereas the second electrical machine 60 can have a lower output.
  • a second electrical gear stage E1 .2 is set up when only the clutch E is closed.
  • gear changes can be implemented as power shifts, with shifting lines in the first partial transmission 32, for example, being provided with tractive force support via the first electrical machine 56.
  • tractive power assistance can be provided by the internal combustion engine 12 and / or the second electric machine 60.
  • FIGS. 4 to 7 further embodiments of drive trains are shown, which generally correspond to the drive train 10 of FIG. 1 in terms of structure and mode of operation.
  • the same elements are therefore identified by the same reference numerals. The main differences are explained below.
  • the axial arrangement of the two sub-transmissions 32 ', 34' is interchanged.
  • the interchanging is provided in such a way that a kind of mirroring has taken place on the shift clutch level E4.
  • the wheel set 52 ′ is now arranged closest to the second axial end 76.
  • the wheel set 44 ' is now arranged closest to the first axial end 74.
  • the drive train 10 ′′ shown in FIG. 5 is based on the drive train 10 of FIG. 1, with no clutch arrangement 14 being provided such that the internal combustion engine 12 is connected to the first input shaft 24 in a rotationally fixed manner.
  • all functions as in the drive train 10 of FIG. 1 can be implemented, except for the possibility of a purely electric Fährbe drive by means of the second electric machine 60 or a purely electric load circuit between the gears E1. 1 and E1 .2.
  • the clutch arrangement 14"' now contains a friction clutch KO '"instead of a dog clutch.
  • the clutch K0'" is also used in the drive train 10 '"is usually not used for starting, but is still used as a pure separating clutch, like the separating clutch K0 of the drive train 10 of FIG. 1.
  • the friction clutch K0'" can also open under load.
  • the friction clutch K0 ′ ′′ can also be closed at a differential speed between the internal combustion engine 12 and the first input shaft 24.
  • FIG. 7 shows a further drive train 10 IV which is based on the drive train 10 of FIG. 1.
  • the gear sets for the gears 2 and 3 are interchanged in the transmission arrangement 16 IV .
  • the gear set 42 IV is arranged adjacent to the first clutch pack 40 IV , which in this case contains the first clutch K1 and the clutch B for the forward gear stage 2.
  • the gear set 38 IV for the forward gear stage 3 is now arranged in the axial direction between the gear set 42 IV and the second clutch pack 50 IV .
  • the second clutch pack 50 IV of the first sub-transmission 32 IV contains the clutches C for forward gear stage 3 and D for forward gear stage 4.

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Abstract

Getriebeanordnung (16) für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang (10), mit einer ersten Eingangswelle (24), die mit einem Verbrennungsmotor (12) verbunden oder verbindbar ist, und einer zweiten Eingangswelle (26), die koaxial zu der ersten Eingangswelle (24) angeordnet ist, einer Ausgangswelle, die über eine erste Mehrzahl von schaltbaren ersten Gangradsätzen (38, 42, 44) mit der ersten Eingangswelle (24) verbunden ist und die über eine zweite Mehrzahl von schaltbaren zweiten Gangradsätzen (36, 52) mit der zweiten Eingangswelle (26) verbunden ist, einer ersten elektrischen Maschine (56), die mit der zweiten Eingangswelle (26) verbunden ist, einer zweiten elektrischen Maschine (60), die mit der ersten Eingangswelle (24) verbunden ist, und einer ersten Kupplung (K1), über die die erste Eingangswelle (24) und die zweite Eingangswelle (26) miteinander verbindbar sind. Dabei weisen die zweiten Gangradsätze zwei alternativ schaltbare Gangradsätze (36, 52) auf, über die jeweils ein elektromotorischer Fahrbetrieb mittels der ersten elektrischen Maschine (56) einrichtbar ist, wobei die Getriebeanordnung (16) so ausgebildet ist, dass ein verbrennungsmotorischer Fahrbetrieb bei geschlossener erster Kupplung (K1) über einen (36) der zwei alternativ schaltbaren Gangradsätze (36, 52) einrichtbar ist.

Description

Getriebeanordnunq, Kraftfahrzeuqantriebsstranq und Verfahren zu dessen Betreiben
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung für einen Kraftfahrzeugan triebsstrang, mit einer ersten Eingangswelle, die mit einem Verbrennungsmotor verbun den oder verbindbar ist, und einer zweiten Eingangswelle, die koaxial zu der ersten Eingangswelle angeordnet ist, mit einer Ausgangswelle, die über eine erste Mehrzahl von schaltbaren ersten Gangradsätzen mit der ersten Eingangswelle verbunden ist und die über eine zweite Mehrzahl von schaltbaren zweiten Gangradsätzen mit der zweiten Eingangswelle verbunden ist, mit einer ersten elektrischen Maschine, die mit der zwei ten Eingangswelle verbunden ist, mit einer zweiten elektrischen Maschine, die mit der ersten Eingangswelle verbunden ist und mit einer ersten Kupplung, über die die erste Eingangswelle und die zweite Eingangswelle miteinander verbindbar sind.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit einem Verbrennungsmotor und mit einer Getriebeanordnung der oben bezeichneten Art.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Antriebsstranges.
Eine Getriebeanordnung der oben beschriebenen Art ist bekannt aus dem Dokument DE 10 201 1 005 451 A1 . Der dort offenbarte Hybridantrieb beinhaltet ein automatisier tes Schaltgetriebe mit zwei Eingangswellen und einer gemeinsamen Ausgangswelle.
Die erste Eingangswelle ist über eine Trennkupplung mit der Triebwelle eines Verbren nungsmotors verbindbar. Die erste Eingangswelle ist über eine erste Gruppe selektiv schaltbarer Gangradsätze mit der Ausgangswelle in Triebverbindung bringbar. Die zweite Eingangswelle steht mit dem Rotor einer als Motor und als Generator betreibba ren Elektromaschine in Triebverbindung. Die zweite Eingangswelle ist über eine zweite Gruppe selektiv schaltbarer Gangradsätze mit der Ausgangswelle in Triebverbindung bringbar. Die Eingangswellen sind über ein einrückbares und ausrückbares Koppel- Schaltelement miteinander koppelbar. Zur Verbesserung der Betriebseigenschaft ist eine als Motor und als Generator betreibbare zweite Elektromaschine vorgesehen, de ren Rotor mit der ersten Eingangswelle in Triebverbindung steht. Ferner offenbart das Dokument DE 10 2010 030 573 A1 einen Hybridantrieb mit einem automatisierten Schaltgetriebe.
Schließlich offenbart das Dokument US 2017/0129323 A1 ein Hybridgetriebe für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einer elektrischen Hauptantriebsma schine. Das Getriebe beinhaltet zwei konzentrische Eingangswellen, die mit einer Kur belwelle des Verbrennungsmotors und mit der elektrischen Maschine ohne Trennkupp lung verbunden sind. Das Getriebe beinhaltet ferner eine Ausgangswelle und eine Wel le zum Übertragen von Drehbewegungen einer Eingangswelle zu der Ausgangswelle und zum Koppeln der Eingangswellen. Die elektrische Maschine ist an einem Ende ge genüberliegend den Eingangswellen relativ zu dem Verbrennungsmotor angeordnet.
Sofern Getriebeanordnungen für Kraftfahrzeugantriebsstränge für den Front- oder Heck-Quereinbau in einem Kraftfahrzeug konstruiert sind, wird insbesondere auf eine kurze axiale Baulänge geachtet. Bei Getrieben für einen Längseinbau wird insbesonde re auf eine radial kompakte Bauweise geachtet.
Bei Front- bzw. Heck-Quer-Getrieben sind einer Eingangswellenanordnung häufig zwei achsparallel angeordnete Vorgelegewellen zugeordnet, so dass der Leistungsfluss von der Eingangswellenanordnung entweder über die eine Vorgelegewelle oder über die andere Vorgelegewelle erfolgen kann. Die Vorgelegewellen sind dabei auch als Aus gangswellen ausgebildet und stehen in der Regel beide mit einem Differential zur Ver teilung von Antriebsleistung auf angetriebene Räder in Eingriff.
Ein weiterer Trend auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugantriebsstränge ist die sog. Hybri disierung. Generell bedeutet dies, dass einem Antriebsmotor in Form einer Verbren nungsmaschine eine elektrische Maschine als weitere Antriebsmaschine zugeordnet wird. Hierbei wird zwischen einer Vielzahl von unterschiedlichen Konzepten unterschie den, die jeweils eine unterschiedliche Anbindung der elektrischen Maschine an das Ge triebe vorsehen. In vielen Fällen wird eine elektrische Maschine konzentrisch zu einem Eingangsglied einer Kupplungsanordnung angeordnet. Um in diesem Fall die elektri sche Maschine nicht nur zum Unterstützen des Verbrennungsmotors verwenden zu können, sondern auch einen rein elektromotorischen Fährbetrieb einrichten zu können, ist das Eingangsglied der Kupplungsanordnung in der Regel über eine Trennkupplung bzw. eine Verbrennungsmotor-Abkoppeleinrichtung mit dem Verbrennungsmotor ver bunden.
Die Hybridisierung von Getrieben stellt im Hinblick auf die eingangs genannten Anforde rungen an radialen und/oder axialen Bauraum hohe Anforderungen.
Es ist vor diesem Hintergrund eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Getriebe anordnung für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang, einen verbesserten Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug sowie ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines solchen An triebsstranges anzugeben.
Die obige Aufgabe wird gelöst durch eine Getriebeanordnung für einen Kraftfahrzeug antriebsstrang mit einer ersten Eingangswelle, die mit einem Verbrennungsmotor ver bunden oder verbindbar ist, und einer zweiten Eingangswelle, die koaxial zu der ersten Eingangswelle angeordnet ist, mit einer Ausgangswelle, die über eine erste Mehrzahl von schaltbaren ersten Gangradsätzen mit der ersten Eingangswelle verbunden ist und die über eine zweite Mehrzahl von schaltbaren zweiten Gangradsätzen mit der zweiten Eingangswelle verbunden ist, mit einer ersten elektrischen Maschine, die mit der zwei ten Eingangswelle verbunden ist, mit einer zweiten elektrischen Maschine, die mit der ersten Eingangswelle verbunden ist, und mit einer ersten Kupplung, über die die erste Eingangswelle und die zweite Eingangswelle miteinander verbindbar sind . Dabei wei sen die zweiten Gangradsätze zwei alternativ schaltbare Gangradsätze auf, über die jeweils ein elektromotorischer Fährbetrieb mittels der ersten elektrischen Maschine ein- richtbar ist, wobei die Getriebeanordnung so ausgebildet ist, dass ein verbrennungsmo torischer Fährbetrieb bei geschlossener erster Kupplung über einen der zwei alternativ schaltbaren Gangradsätze einrichtbar ist.
Ferner wird die obige Aufgabe gelöst durch einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit einem Verbrennungsmotor und mit einer Getriebeanordnung der erfindungsgemä ßen Art, wobei die erste Eingangswelle drehfest mit dem Verbrennungsmotor verbun- den ist oder wobei die erste Eingangswelle über eine Trennkupplung mit dem Verbren nungsmotor verbunden ist.
Schließlich wird die obige Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines An triebsstranges der erfindungsgemäßen Art, das, ausgehend von einem rein elektrischen Fährbetrieb oder einem Hybrid-Fahrbetrieb über den einen der zwei alternativ schaltba ren zweiten Gangradsätze, wobei die erste Kupplung geschlossen ist, wobei der Ver brennungsmotor drehfest mit der ersten Eingangswelle verbunden ist und wobei eine dem einen Gangradsatz zugeordnete Schaltkupplung geschlossen ist, die folgenden Schritte aufweist: Abbauen von Last an der ersten Kupplung und Aufbauen von Last an der ersten elektrischen Maschine, Öffnen der ersten Kupplung, Absenken der Drehzahl der ersten Eingangswelle, bis eine weitere Schaltkupplung, die einem der ersten Gang radsätze zugeordnet, synchronisiert ist, und Schließen der weiteren Schaltkupplung.
Die erfindungsgemäße Getriebeanordnung kann radial und axial kompakt realisiert werden. Ferner kann die Getriebeanordnung mit geringem Bauaufwand realisiert wer den.
Die Getriebeanordnung ist so ausgebildet, dass ein verbrennungsmotorischer Fährbe trieb bei geschlossener erster Kupplung vorzugsweise nur über einen der zwei alterna tiv schaltbaren zweiten Gangradsätze einrichtbar ist. Eine Ausbildung der Getriebean ordnung auf diese Art und Weise kann insbesondere so erfolgen, dass eine Steuerein richtung der Getriebeanordnung so programmiert ist, dass der andere der zwei alterna tiv schaltbaren zweiten Gangradsätze in einem rein verbrennungsmotorischen Fährbe trieb oder einem Hybrid-Fahrbetrieb, bei dem sowohl verbrennungsmotorische als auch elektromotorische Antriebsleistung bereitgestellt werden, nicht genutzt wird, die zuge ordnete Schaltkupplung also nicht geschlossen wird.
Zwar bedeutet dies, dass eine Radsatzebene nicht für den verbrennungsmotorischen Fährbetrieb zur Verfügung steht. Andererseits kann diese andere Radsatzebene spezi ell für einen rein elektromotorischen Fährbetrieb optimiert werden. Über den einen der zwei alternativ schaltbaren zweiten Gangradsätze wird bei der erfindungsgemäßen Ge triebeanordnung folglich nur elektromotorische Leistung übertragen, und zwar Antriebs- leistung von der ersten elektrischen Maschine. In einem Hybrid-Fahrbetrieb kann zu dem elektromotorische Antriebsleistung über diesen einen der zwei alternativ schaltba ren zweiten Gangradsätze übertragen werden, während verbrennungsmotorische Leis tung über einen der ersten Gangradsätze übertragen wird (und ggf. elektromotorische Leistung der zweiten elektrischen Maschine über einen der ersten Gangradsätze). Die Leistungssummierung findet dann in der Ausgangswelle statt.
Die Gangstufe, die dem anderen der zwei alternativ schaltbaren zweiten Gangradsätze zugeordnet ist, ist dabei vorzugsweise eine Gangstufe für relativ hohe Fahrgeschwin digkeiten, bspw. für Fahrgeschwindigkeiten von > 50 km/h, insbesondere > 60 km/h und insbesondere > etwa 70 km/h.
Die Getriebeanordnung weist, wie oben beschrieben, vorzugsweise eine Steuereinrich tung auf, mittels der die Schaltelemente wie Kupplungen, Schaltkupplungen etc. auto matisiert betätigt werden können. Die Betätigung erfolgt über geeignete Aktuatoren, die elektromotorisch, hydraulisch, elektrohydraulisch oder elektromagnetisch ausgeführt sein können.
Ferner kann die Steuereinrichtung dazu ausgelegt sein, die elektrischen Maschinen an zusteuern, und zwar derart, dass diese jeweils sowohl motorisch als auch generatorisch arbeiten können. Ferner kann die Steuereinrichtung dazu ausgebildet sein, mit einer Motorsteuerung des Verbrennungsmotors zusammenzuwirken, um den Antriebsstrang koordiniert betreiben zu können.
Die zweite Eingangswelle ist vorzugsweise eine Hohlwelle, die um die erste Eingangs welle herum angeordnet ist. Die schaltbaren ersten Gangradsätze bilden vorzugsweise ein erstes Teilgetriebe der Getriebeanordnung. Die schaltbaren zweiten Gangradsätze bilden vorzugsweise ein zweites Teilgetriebe der Getriebeanordnung.
Die Getriebeanordnung weist vorzugsweise nur die koaxiale Eingangswellenanordnung mit der ersten Eingangswelle und der zweiten Eingangswelle sowie die Ausgangswelle auf, kann also radial besonders kompakt bauen. Die Ausgangswelle ist dabei Vorzugs- weise mit einem Abtriebsradsatz zum Antrieb einer Leistungsverteilungseinrichtung verbunden.
Unter schaltbaren Radsätzen werden vorliegend Radsätze verstanden, die ein Losrad und ein Festrad aufweisen, die miteinander kämmend in Eingriff stehen, und die mittels einer zugeordneten Schaltkupplung schaltbar sind. Bei einem geschalteten Radsatz ist das Losrad dieses Radsatzes mit der zugeordneten Welle drehfest verbunden. Die Radsätze sind vorzugsweise Stirnradsätze.
Jedem Gangradsatz ist vorzugsweise eine reguläre Vorwärtsgangstufe zugeordnet, d.h. eine feste Übersetzung. Die Getriebeanordnung weist vorzugsweise keinen Radsatz auf, der einer Rückwärtsgangstufe zugeordnet ist. Ein Rückwärtsfahren wird vorzugs weise ausschließlich über eine der elektrischen Maschinen realisiert.
Die erste Kupplung, die die erste und die zweite Eingangswelle miteinander verbinden kann, ist keine solche Kupplung, die zur Einrichtung einer sog. Windungsgangstufe in der Getriebeanordnung verwendet wird. Denn bei dem Einrichtung einer Windungs gangstufe werden in der Regel zwei Radsätze von jedem der zwei Teilgetriebe invol viert, um eine möglichst niedrige oder eine möglichst hohe Übersetzung zu realisieren, also eine hohe Spreizung der Getriebeanordnung zu ermöglichen. Vorliegend wird Leis tung jedoch vorzugsweise immer nur über einen Gangradsatz von einer der Eingangs wellen zu der Ausgangswelle übertragen, so dass die Spreizung der Getriebeanord nung sich vorzugsweise ausschließlich durch die Übersetzungen der regulären Vor wärtsgangstufen ergibt. Folglich kann die Getriebeanordnung generell mit einem hohen Wirkungsgrad arbeiten.
Die Getriebeanordnung ist eingangsseitig vorzugsweise nicht mit einer Doppelkupplung verbunden. Mit anderen Worten ist bei der vorliegenden Getriebeanordnung die zweite Eingangswelle ausschließlich über die erste Kupplung mit einem Verbrennungsmotor verbindbar. Folglich kann die Getriebeanordnung ohne aufwändige eingangsseitige Kupplungsanordnung realisiert werden. Die Zuordnung von Gangstufen zu den zwei Teilgetrieben ist daher vorliegend nicht zwangsläufig so, dass ein Teilgetriebe geraden Gangstufen zugeordnet ist, und ein an deres Teilgetriebe ungeraden Gangstufen. Vielmehr können die Gangstufen beider Teilgetriebe jeweils aufeinanderfolgende Gangstufen beinhalten, bspw. Vorwärtsgang stufen 2, 3, 4 im Teilgetriebe 1 und/oder elektrische Gangstufen E1.1 und E1.2 im Teil getriebe 2.
Unter einer Verbindung wird vorliegend insbesondere verstanden, dass die zwei mitei nander zu verbindenden Elemente dauerhaft drehfest miteinander verbunden sind; sie können alternativ aber bedarfsweise drehfest miteinander verbunden sein. Unter einer drehfesten Verbindung wird vorliegend verstanden, dass die so verbundenen Elemente mit einer zueinander proportionalen Drehzahl drehen.
Die elektrischen Maschinen können koaxial zu den Eingangswellen angeordnet sein. Vorzugsweise sind die elektrischen Maschinen jedoch achsparallel zu der Getriebean ordnung angeordnet. Die Längsachsen der elektrischen Maschinen sind folglich vor zugsweise parallel, jedoch versetzt zu sowohl den Eingangswellen als auch der Aus gangswelle ausgerichtet.
Die Steuereinrichtung der Getriebeanordnung ist vorzugsweise dazu eingerichtet, we nigstens folgende Fahrbetriebsmodi einzurichten: einen reinen verbrennungsmotori schen Fährbetrieb, einen rein elektrischen Fährbetrieb mittels der ersten elektrischen Maschine und einen rein elektrischen Fährbetrieb mittels der zweiten elektrischen Ma schine.
Die Steuereinrichtung ist ferner dazu eingerichtet, einen Hybrid-Fahrbetrieb einzurich ten, bei dem Antriebsleistung von dem Verbrennungsmotor und elektromotorische An triebsleistung von der ersten elektrischen Maschine und/oder der zweiten elektrischen Maschine bereitgestellt wird. Der Hybrid-Fahrmodus kann ein Antriebsmodus sein, kann jedoch auch ein Modus sein, bei dem mechanische Antriebsleistung zumindest teilwei se in die elektrischen Maschinen eingespeist wird, um diese als Generator zum Laden einer Fahrzeugbatterie zu betreiben. Der Hybrid-Antriebsstrang ist vorzugsweise ferner dazu eingerichtet, einen sog. Segel betrieb durchzuführen, bei dem ausgehend von einer mittleren oder hohen Fahrge schwindigkeit der Verbrennungsmotor abgekoppelt wird und die Fahrgeschwindigkeit bspw. durch intermittierenden Betrieb von einer oder beiden elektrischen Maschinen aufrechterhalten wird. Auch ein Standladen ist möglich.
Ferner ist ein sog. Kriechmodus möglich, insbesondere dann, wenn man einen seriellen Betrieb einrichtet. Unter einem seriellen Betrieb wird vorliegend verstanden, dass in ei nem rein elektromotorischen Fährbetrieb mittels der ersten elektrischen Maschine gleichzeitig die zweite elektrische Maschine von dem Verbrennungsmotor angetrieben und als Generator betrieben wird, um eine Fahrzeugbatterie zu laden. Die Fahrzeugbat terie ist vorzugsweise dieselbe, aus der die als motorarbeitende elektrische Maschine Leistung entnimmt. Bei einem Kriechgang liegt die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs in der Regel unterhalb einer Geschwindigkeit, bei der der Verbrennungsmotor als An triebsmotor verwendet werden kann (aufgrund der Übersetzung der niedrigsten Gang stufe bzw. Anfahrgangstufe). Um eine solche niedrige Fahrgeschwindigkeit auch dauer haft über die maximale Kapazität der Fahrzeugbatterie hinaus einrichten zu können, kann der oben beschriebene serielle Betrieb realisiert werden.
Zudem ist es mit der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung möglich, bei Gangwech seln in einem verbrennungsmotorischen Fährbetrieb oder einem Hybrid- Fährbetrieb eine elektrische Maschine zum Synchronisieren zu verwenden, also den Verbren nungsmotor beim Synchronisieren durch eine elektrische Maschine zu unterstützen. In dem verbrennungsmotorischen Fährbetrieb oder in dem Hybrid-Fahrbetrieb ist die zwei te elektrische Maschine ständig mit dem Verbrennungsmotor verbunden. Hierdurch ist auch eine Lastpunktverschiebung an dem Verbrennungsmotor möglich und die zweite elektrische Maschine kann bei der Drehzahlregelung unterstützen, wenn ein Schaltele ment wie eine Schaltkupplung synchronisiert werden muss.
Aufgrund der Tatsache, dass jedem der zwei Teilgetriebe eine elektrische Maschine zugeordnet ist, ist es zudem vorzugsweise möglich, sämtliche Gangwechsel als Last schaltungen durchzuführen, so dass keine Zugkraftunterbrechung stattfindet. Hierbei wird bspw. bei einem Gangwechsel in dem ersten Teilgetriebe eine Zugkraftunterstüt- zung mittels der ersten elektrischen Maschine bereitgestellt. Bei einem Gangwechsel innerhalb des zweiten Teilgetriebes kann eine Zugkraftunterstützung durch die zweite elektrische Maschine bereitgestellt werden.
Vorzugsweise wird die erste Kupplung nur dann geschlossen, wenn verbrennungsmoto rische Leistung und/oder Leistung von der zweiten elektrischen Maschine über den ei nen der zwei alternativ schaltbaren Gangradsätze übertragen werden soll. Mit anderen Worten wird die erste Kupplung in einem verbrennungsmotorischen Fährbetrieb nur für eine verbrennungsmotorische Gangstufe geschlossen. In allen anderen Gangstufen im verbrennungsmotorischen Fährbetrieb bleibt die erste Kupplung vorzugsweise geöffnet. Mit anderen Worten kann die erste elektrische Maschine abgekoppelt werden, wenn der Verbrennungsmotor eine der Gangstufen des ersten Teilgetriebes nutzt. So ist ein effi zienter verbrennungsmotorischer Fährbetrieb möglich. Die zweite elektrische Maschine kann ggf. kleiner dimensioniert werden als die erste elektrische Maschine, da die zweite elektrische Maschine vorzugsweise keine wesentlichen Fahrfunktionen erfüllen muss.
Die Aufgabe wird vollkommen gelöst.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Eingangswelle über drei schaltbare erste Gangradsätze mit der Ausgangswelle verbunden.
Vorzugsweise weist das erste Teilgetriebe genau jene drei schaltbaren ersten Gang radsätze auf. Die drei schaltbaren ersten Gangradsätze sind vorzugsweise zueinander benachbarten Gangstufen zugeordnet, vorzugsweise den Gangstufen 2, 3 und 4.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beinhalten die zwei alternativ schaltbaren zweiten Gangradsätze einen Gangradsatz für eine Anfahrgangstufe, über den der verbrennungsmotorische Fährbetrieb einrichtbar ist.
Vorzugsweise erfolgt ein Anfahren aus dem Stand immer mittels der ersten elektrischen Maschine. Sobald eine Geschwindigkeit erreicht ist, die einer Drehzahl des Verbren nungsmotors entspricht, bei der dieser ein Antriebsmoment bereitstellen kann, kann der Verbrennungsmotor zugeschaltet werden (durch Schließen der ersten Kupplung). An- schließend kann verbrennungsmotorische Leistung in der ersten Vorwärtsgangstufe (Anfahrgangstufe) übertragen werden.
Ferner kann die Anfahrgangstufe von der ersten elektrischen Maschine für Geschwin digkeitsbereiche genutzt werden, die von 0 km/h bis 50 km/h erreichen, vorzugsweise von 0 km/h bis 60 km/h, vorzugsweise von 0 km/h bis ca. 70 km/h, um einige Beispiele zu nennen.
Für höhere Fahrgeschwindigkeiten wird dann der andere schaltbare zweite Gangrad satz in den Leistungsfluss gelegt, wenn rein elektromotorisch über die erste elektrische Maschine gefahren werden soll.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der andere der zwei alternativ schaltbaren zweiten Gangradsätze einer zweiten elektrischen Gangstufe zugeordnet, deren Übersetzung kleiner ist als die größte Übersetzung der ersten Gangradsätze und die größer ist als die kleinste Übersetzung der ersten Gangradsätze.
Folglich kann die Übersetzung dieses anderen Gangradsatzes für den rein elektrischen Fährbetrieb bei höheren Geschwindigkeiten optimiert werden.
Für einen verbrennungsmotorischen Fährbetrieb ist die Übersetzung jedoch nicht not wendig, da diese Übersetzung bereits durch die ersten Gangradsätze abgedeckt wird.
Insgesamt ist es ferner vorteilhaft, wenn die erste Kupplung in axialer Richtung zwi schen den ersten und den zweiten Gangradsätzen angeordnet ist.
Durch diese Anordnung zwischen den zwei Teilgetrieben lassen sich die Eingangswel len konstruktiv günstig miteinander verbinden.
Dabei ist es ferner insgesamt bevorzugt, wenn die erste Kupplung und eine Schaltkupp lung zum Schalten von einem der ersten Gangradsätze ein erstes Schaltkupplungspa ket bilden, das mittels einer einzelnen Betätigungseinrichtung betätigbar ist. Auf diese Weise kann die Getriebeanordnung mit einer geringen Anzahl an Betäti gungseinrichtungen realisiert werden.
Unter einem Schaltkupplungspaket wird generell eine Anordnung aus zwei Schaltkupp lungen verstanden, die mittels einer einzelnen Betätigungseinrichtung alternativ betätig bar sind. Ferner weist ein Schaltkupplungspaket in der Regel eine Neutralstellung auf, bei der keine der zwei Schaltkupplungen des Paketes geschlossen ist. Ein derartiges Schaltkupplungspaket kann auch als Doppelschaltelement bezeichnet werden.
Unter einer Schaltkupplung wird vorliegend insbesondere eine formschlüssig verbin dende Kupplung verstanden, die generell synchronisiert oder nicht synchronisiert sein kann. Wie nachstehend noch ausgeführt werden wird, sind die Schaltkupplungen vor liegend vorzugsweise sämtlich nicht synchronisiert, sondern als reine Klauenkupplun gen ausgebildet.
Insgesamt ist es ferner vorteilhaft, wenn zwei Schaltkupplungen zum alternativen Schal ten von zwei ersten Gangradsätzen ein zweites Schaltkupplungspaket bilden.
Auch ist es vorteilhaft, wenn zwei Schaltkupplungen zum alternativen Schalten von zwei zweiten Gangradsätzen ein drittes Schaltkupplungspaket bilden.
Das zweite und das dritte Schaltkupplungspaket sind jeweils mittels einer einzelnen zu geordneten Betätigungseinrichtung betätigbar.
Vorzugsweise ist das erste Schaltkupplungspaket in axialer Richtung zwischen dem ersten und dem zweiten Teilgetriebe angeordnet. Vorzugsweise ist ferner das zweite Schaltkupplungspaket in axialer Richtung zwischen den zwei zugeordneten ersten Gangradsätzen angeordnet, die vorzugsweise den Vorwärtsgangstufen 2 und 4 oder 3 und 4 zugeordnet sind. Vorzugsweise ist das dritte Schaltkupplungspaket in axialer Richtung zwischen den zwei zweiten Gangradsätzen angeordnet.
Das erste Schaltkupplungspaket ist vorzugsweise koaxial zu der ersten Eingangswelle angeordnet. Das zweite und das dritte Schaltkupplungspaket sind vorzugsweise koaxial zu der Ausgangswelle angeordnet, können jedoch auch koaxial zu den Eingangswellen angeordnet sein.
Ferner ist es insgesamt vorteilhaft, wenn die Getriebeanordnung ausgehend von einem axialen Ende axial hintereinander aufweist: (i) Radsatzebene für eine zweite elektromo torisch nutzbare Gangstufe, (ii) Schaltkupplungsebene für ein drittes Schaltkupplungs paket, (iii) Radsatzebene für eine erste Gangstufe, (iv) Schaltkupplungsebene für ein erstes Schaltkupplungspaket, das die erste Kupplung beinhaltet, (v) Radsatzebene für eine dritte Gangstufe oder für eine zweite Gangstufe, (vi) Radsatzebene für eine zweite Gangstufe oder eine dritte Gangstufe, (vii) Schaltkupplungsebene für ein zweites Schaltkupplungspaket und (viii) Radsatzebene für eine vierte Gangstufe.
Insgesamt wird auf diese Art und Weise eine kompakte und einfache Getriebeanord nung realisiert.
Vorteilhafterweise weist die Getriebeanordnung an einem axialen Ende einen Abtriebs radsatz auf, mittels dessen die Ausgangswelle mit einer Leistungsverteilungseinrichtung wie einem mechanischen Differential für angetriebene Räder verbunden ist.
Der Abtriebsradsatz kann bei dieser Ausführungsform axial mit einer Trennkupplung ausgerichtet sein, die in einer bevorzugten Ausführungsform die erste Eingangswelle und einen Verbrennungsmotor verbinden kann.
Sofern die elektrischen Maschinen achsparallel zu den Eingangswellen und der Aus gangswelle angeordnet sind, kann eine Anbindung über Stirnradsätze oder Umschlin gungsgetriebe erfolgen. Hierzu kann den jeweiligen Teilgetrieben jeweils ein eigenes Zahnrad zugeordnet sein.
Von besonderem Vorzug ist es jedoch, wen die erste elektrische Maschine über einen der zweiten Gangradsätze mit der zweiten Eingangswelle verbunden ist und/oder wenn die zweite elektrische Maschine über einen der ersten Gangradsätze mit der ersten Eingangswelle verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform ist ein separates Festrad an einer Eingangswelle zum An binden einer elektrischen Maschine nicht erforderlich.
Die Verbindung kann dabei so sein, dass ein Ritzel der jeweiligen elektrischen Maschi ne direkt mit einem Festrad des jeweiligen Gangradsatzes in Eingriff steht. Bevorzugt ist es jedoch, wenn wenigstens eine der elektrischen Maschinen mit ihrem Maschinenritzel über ein Zwischenrad mit dem Festrad des zugeordneten Gangradsatzes verbunden ist.
Von besonderem Vorteil ist es hierbei, wenn der zweite Gangradsatz, über den die ers te elektrische Maschine mit der zweiten Eingangswelle verbunden ist, im Bereich von einem ersten axialen Ende der Getriebeanordnung angeordnet ist, und/oder wenn der erste Gangradsatz, über den die zweite elektrische Maschine mit der ersten Eingangs welle verbunden ist, im Bereich von einem zweiten axialen Ende der Getriebeanord nung angeordnet ist.
Hierdurch ist es möglich, die elektrischen Maschinen in axialer Richtung weitgehend überlappend zueinander anzuordnen. Ferner ermöglicht dies eine Anbindung der jewei ligen elektrischen Maschine an einer Stelle, an der hohe Lagekräfte aufgenommen wer den können. Denn an den axialen Enden der Getriebeanordnung sind in der Regel Ge häusewände oder Lagerplatten angeordnet.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn der zweite Gangradsatz, über den die erste elektrische Maschine mit der zweiten Eingangswelle verbunden ist, der höchsten Gangstufe zuge ordnet ist, die mittels der zweiten Gangradsätze einrichtbar ist, und/oder wenn der erste Gangradsatz, über den die zweite elektrische Maschine mit der ersten Eingangswelle verbunden ist, der höchsten Gangstufe zugeordnet ist, die mittels der ersten Gangrad sätze einrichtbar ist.
Der erfindungsgemäße Antriebsstrang ist bei der Ausführungsform, bei der die erste Eingangswelle drehfest mit dem Verbrennungsmotor verbunden ist, vorzugsweise nur mittels drei Betätigungseinrichtungen betätigbar, die den oben genannten drei Schalt kupplungspaketen zugeordnet sind. Sofern zwischen der ersten Eingangswelle und dem Verbrennungsmotor eine Trennkupplung angeordnet ist, ist für diese eine eigene (vierte) Betätigungseinrichtung vorzusehen.
Die T rennkupplung kann, wie oben beschrieben, vorzugsweise in einer axialen Ebene mit einem Abtriebsradsatz angeordnet sein. Die Trennkupplung kann als formschlüssige Schaltkupplung realisiert sein, insbesondere als Klauenkupplung. Die Schaltkupplung kann jedoch auch als Reibkupplung ausgebildet sein, die vorzugsweise normalerweise offen ist.
Der Vorteil bei der letztgenannten Variante ist es, dass eine Reibkupplung auch unter Last öffnen kann, z.B. bei einer Vollbremsung oder einer Fehlfunktion im Verbren nungsmotor.
Die Trennkupplung kann in diesem Fall auch mit einer Differenzdrehzahl geschlossen werden, so dass ein sog. Schwungstart des Verbrennungsmotors mittels der zweiten elektrischen Maschine möglich ist. Bei einem solchen Schwungstart wird die Trägheits masse der zweiten elektrischen Maschine zum Verbrennungsmotorstart ausgenutzt.
Mit dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang und der erfindungsgemäßen Getriebean ordnung sind eine Vielzahl von Fahrmodi möglich.
So sind die verbrennungsmotorischen Gangstufen, die durch die ersten Radsätze sowie den einen Radsatz der zweiten Radsätze einrichtbar sind, auch als elektrische Gang stufen mittels der zweiten elektrischen Maschine nutzbar, wenn eine Trennkupplung KO vorhanden ist und diese geöffnet wird. Hierbei kann dann mit beiden elektrischen Ma schinen rein elektrisch gefahren werden. Im rein elektrischen Betrieb sind dann Last schaltungen möglich, indem die erste elektrische Maschine die Zugkraft stützt, wenn bei Antrieb der zweiten elektrischen Maschine ein Gangwechsel vollzogen wird, und umge kehrt.
Im verbrennungsmotorischen Betrieb bleibt die Trennkupplung immer geschlossen, so fern diese vorhanden ist. Auf diese Weise ist der Verbrennungsmotor immer mit der zweiten elektrischen Maschine verbunden. Die zweite elektrische Maschine kann folgende Funktionen realisieren, und zwar auch dann, wenn keine Trennkupplung vorhanden ist: ein Start des Verbrennungsmotors aus rein elektrischer Fahrt, eine Bordnetzversorgung, ein serielles Kriechen und Fahren vorwärts/rückwärts sowie eine Unterstützung einer Verbrennungsmotor- Drehzahlregelung beim Ankoppeln und bei Schaltungen. Der Verbrennungsmotor kann in alle Gangstufen 1 , 2, 3, 4 angekoppelt werden, wenn die erste elektrische Maschine den einen Gangradsatz der zweiten Gangradsätze nutzt. Wenn die erste elektrische Maschine den anderen Gangradsatz der zweiten Gangradsätze nutzt, kann der Ver brennungsmotor an die Gänge 2, 3, 4 des ersten Teilgetriebes angekoppelt werden.
Die zweite elektrische Maschine kann beim Entlasten der ersten Kupplung und der Schaltkupplungen des ersten Teilgetriebes unterstützen, wenn die zweite elektrische Maschine generatorisch arbeitet. Der so erzeugte Strom kann dann von der ersten elektrischen Maschine zur Zugkraftunterstützung genutzt werden .
Von der ersten elektrischen Maschine können die folgenden Funktionen abgedeckt werden, und zwar auch dann, wenn keine Trennkupplung vorhanden ist: ein elektrischer Fahrzeugantrieb zum Anfahren und Fahren vorwärts/rückwärts, eine Stützung der Zug kraft bei Verbrennungsmotor-Schaltungen, und, wenn ein Wechsel bei der ersten Kupp lung oder bei einer der Schaltkupplungen des ersten Teilgetriebes erfolgt, kann die ers te elektrische Maschine über die zugeordneten Gangradsätze des zweiten Teilgetriebes die Zugkraft aufrechterhalten.
Über die erste Kupplung kann die erste elektrische Maschine mit dem Verbrennungs motor verbunden werden. So kann auch die erste elektrische Maschine den Verbren nungsmotor starten und generatorisch zur Stromerzeugung für einen Verbraucher die nen, bspw. in einem Fahrzeugstillstand.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine Lastschaltung von bspw. der ersten Gangstufe in die zweite Gangstufe im Hybridbetrieb erfolgen. Dies gilt auch für die Vari ante ohne Trennkupplung. Bei dem Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die Drehzahl der ersten Eingangswelle abgesenkt wird, kann dies erfolgen, indem die Drehzahl des Verbren nungsmotors und/oder der zweiten elektrischen Maschine abgesenkt wird. Hierzu kann die zweite elektrische Maschine bspw. generatorisch arbeiten, oder der Verbrennungs motor kann in den Schubbetrieb übergehen.
Wenn die erste Kupplung geöffnet ist, kann lastfrei von der ersten elektrischen Gang stufe (eingerichtet über den einen Gangradsatz der zweiten Gangradsätze) in die zweite elektrische Gangstufe gewechselt werden. Hierbei wird die Drehzahl der ersten elektri schen Maschine abgesenkt. Das Umschalten erfolgt dann, während der Verbren nungsmotor (und/oder die zweite elektrische Maschine) in einem der Gänge des ersten Teilgetriebes die Zugkraft aufrechterhält.
Insgesamt ergibt sich mit der Getriebeanordnung wenigstens einer der folgenden Vor teile: ein einfacher Aufbau, eine kompakte Bauweise, geringe Bauteilbelastungen, ge ringe Getriebeverluste, ein guter Verzahnungswirkungsgrad, eine gute Übersetzungs reihe, nur drei oder vier Betätigungseinrichtungen bzw. Aktuatoren.
Sofern der Verbrennungsmotor direkt mit der ersten Eingangswelle verbunden ist (ohne Trennkupplung), ist ein rein elektrischer Fährbetrieb mittels der zweiten elektrischen Maschine nicht möglich, da ansonsten der Verbrennungsmotor mitgeschleppt werden müsste. Auch rein elektrische Lastschaltungen sind in diesem Fall ggf. nicht nötig bzw. sinnvoll.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläu ternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungs gemäßen Antriebsstranges mit einer erfindungsgemäßen Getriebeanord nung;
Figur 2 eine Schalttabelle für Vorwärtsgangstufen V1 bis V4 in einem verbren nungsmotorischen oder einem Flybrid-Fahrbetrieb mittels des Antriebs stranges der Fig. 1 ;
Figur 3 eine Schalttabelle für zwei Gangstufen E1.1 und E1.2 in einem rein elekt romotorischen Fährbetrieb mittels des Antriebsstranges der Fig. 1 ;
Figur 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines An triebsstranges;
Figur 5 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines An triebsstranges;
Figur 6 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines An triebsstranges; und
Figur 7 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines An triebsstranges.
In Fig. 1 ist in schematischer Form ein Antriebsstrang in Form eines Hybrid- Antriebsstranges schematisch dargestellt und generell mit 10 bezeichnet.
Der Antriebsstrang 10 weist einen Verbrennungsmotor 12 auf. Ferner beinhaltet der Antriebsstrang 10 eine Kupplungsanordnung 14, die eingangsseitig mit dem Verbren nungsmotor 12 verbunden ist. Ausgangsseitig ist die Kupplungsanordnung 14 mit einer Hybrid-Getriebeanordnung 16 verbunden. Ein Ausgang der Getriebeanordnung 16 ist mit einer Leistungsverteilungseinrichtung 18 verbunden, die bspw. durch ein mechani sches Differential gebildet sein kann. Die Leistungsverteilungseinrichtung 18 verteilt Antriebsleistung auf angetriebene Räder 20L, 20R. Der Antriebsstrang 10 ist zum Einbau quer in einem Kraftfahrzeug ausgelegt, bspw. in der Front oder im Heck eines Kraftfahrzeuges.
Der Antriebsstrang 10 weist ferner eine Steuereinrichtung 22 auf, mittels der Schaltele mente des Antriebsstranges 10 und/oder elektrische Maschinen des Antriebsstranges 10 und/oder ein Verbrennungsmotor des Antriebsstranges 10 ansteuerbar sind.
Die Getriebeanordnung 16 weist eine erste Eingangswelle 24 und eine zweite Ein gangswelle 26 auf. Die erste Eingangswelle 24 ist mit einem Ausgangsglied der Kupp lungsanordnung 14 verbunden. Die Kupplungsanordnung 14 beinhaltet im vorliegenden Fall eine einzelne Kupplung in Form einer Trennkupplung K0. Die Trennkupplung K0 kann als Klauenkupplung realisiert sein. Die erste Eingangswelle 24 liegt auf einer ers ten Achse A1. Die zweite Eingangswelle 26 ist als Hohlwelle koaxial um die erste Ein gangswelle 24 herum angeordnet.
Die Getriebeanordnung 16 weist ferner eine Ausgangswelle 28 auf, die achsparallel zu den Eingangswellen 24, 26 angeordnet ist, und zwar auf einer zweiten Achse A2.
Die Ausgangswelle 28 ist über einen Abtriebsradsatz 30 mit der Leistungsverteilungs einrichtung 18 drehfest verbunden, wobei die Leistungsverteilungseinrichtung 18 auf einer dritten Achse A3 liegt.
Die Getriebeanordnung 16 weist ein erstes Teilgetriebe 32 auf, das der ersten Ein gangswelle 24 zugeordnet ist. Ferner weist die Getriebeanordnung 16 ein zweites Teil getriebe 34 auf, das der zweiten Eingangswelle 26 zugeordnet ist. Das erste Teilgetrie be 32 weist eine Mehrzahl von schaltbaren ersten Gangradsätzen auf. Das zweite Teil getriebe weist eine zweit Mehrzahl von schaltbaren zweiten Gangradsätzen auf.
Das zweite Teilgetriebe 34 weist einen Radsatz 36 auf, der einer Vorwärtsgangstufe 1 für einen verbrennungsmotorischen Fährbetrieb und einer Gangstufe E1 (E1.1 ) für ei nen elektromotorischen Fährbetrieb zugeordnet ist. Das erste Teilgetriebe 32 weist ei nen Radsatz 38 auf, der einer dritten Vorwärtsgangstufe zugeordnet ist. Zwischen den Radsätzen 36, 38 ist ein erstes Schaltkupplungspaket 40 angeordnet.
Das erste Schaltkupplungspaket 40 beinhaltet eine erste Kupplung K1 , mittels der die erste Eingangswelle 24 und die zweite Eingangswelle 26 drehfest miteinander verbind bar sind. Ferner beinhaltet das erste Schaltkupplungspaket 40 eine Schaltkupplung C, die dem Radsatz 38 für die Vorwärtsgangstufe 3 zugeordnet ist. Das erste Schaltkupp lungspaket 40 ist mittels einer einzelnen Betätigungseinrichtung S1 betätigbar und kann entweder die erste Kupplung K1 oder die Schaltkupplung C schalten oder eine Neutral stellung einrichten.
Das erste Teilgetriebe 32 weist ferner einen Radsatz 42 für eine Vorwärtsgangstufe 2 auf und weist einen Radsatz 44 für eine Vorwärtsgangstufe 4 auf.
Zwischen den Radsätzen 42, 44 weist die Getriebeanordnung 16 ein zweites Schalt kupplungspaket 50 auf, das koaxial zu der zweiten Achse A2 angeordnet ist. Das zweite Schaltkupplungspaket 50 beinhaltet eine Schaltkupplung B, die dem Radsatz 42 zuge ordnet ist, und eine Schaltkupplung D, die dem Radsatz 44 zugeordnet ist. Das zweite Schaltkupplungspaket 50 ist mittels einer einzelnen Betätigungseinrichtung S2 betätig bar, wobei entweder die Schaltkupplung B oder die Schaltkupplung D geschaltet wer den kann, oder eine Neutralstellung eingerichtet werden kann.
Das zweite Teilgetriebe 34 beinhaltet neben dem Radsatz 36 für die Vorwärtsgangstufe 1 einen Radsatz 52, der einer zweiten elektrischen Gangstufe E2 (E1.2) zugeordnet ist.
Ferner weist die Getriebeanordnung 16 ein drittes Schaltkupplungspaket 54 auf, das auf der zweiten Achse A2 angeordnet ist und das eine Schaltkupplung E für den Radsatz 52 und eine Schaltkupplung A für den Radsatz 36 beinhaltet. Das dritte Schaltkupp lungspaket 54 ist mittels einer dritten Betätigungseinrichtung S3 betätigbar, so dass entweder die Schaltkupplung E zum Schalten des Radsatzes 52 oder die Schaltkupp lung A zurn Schalten des Radsatzes 36 geschlossen wird. Ferner kann eine Neutralstel lung dazwischen eingerichtet werden. An der Ausgangswelle 28 kann ein Parksperrenrad P drehfest festgelegt sein, um ein mit dem Antriebsstrang 10 ausgestattetes Fahrzeug immobilisieren zu können. Eine zugeordnete Parksperreneinrichtung ist in Fig. 1 aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt.
Der Radsatz 52 ist in einer Radsatzebene E1 angeordnet, die axial benachbart ist zu der Kupplungsanordnung 14. Auf der axial gegenüberliegenden Seite ist das dritte Schaltkupplungspaket 54 in einer Kupplungsebene E2 angeordnet. Daneben ist der Radsatz 36 in einer Radsatzebene E3 angeordnet. Daneben ist das erste Schaltkupp lungspaket 40 in einer Kupplungsebene E4 angeordnet. Daneben ist der Radsatz 38 in einer Radsatzebene E5 angeordnet. Daneben ist der Radsatz 42 in einer Radsatzebe ne E6 angeordnet. Daneben ist das zweite Schaltkupplungspaket 50 in einer Kupp lungsebene E7 angeordnet. Der Radsatz 44 ist in einer Radsatzebene E8 angeordnet, die an einem der Kupplungsanordnung gegenüber liegenden Ende der Getriebeanord nung liegt.
Die Getriebeanordnung 16 weist eine erste elektrische Maschine 56 auf, die koaxial zu einer vierten Achse A4 angeordnet ist. Die erste elektrische Maschine 56 weist ein ers tes Ritzel (erstes Maschinenritzel) 58 auf, das zur Drehzahlanpassung über ein Zwi schenrad 59 mit dem Radsatz 52 verbunden ist. Die erste elektrische Maschine 56 ist folglich drehfest mit dem Festrad des Radsatzes 52 verbunden, wobei das Festrad ein erstes Zahnrad 70 bildet.
Die Getriebeanordnung 16 weist ferner eine zweite elektrische Maschine 60 auf, die auf einer fünften Achse A5 angeordnet ist. Die zweite elektrische Maschine 60 weist ein zweites Ritzel 62 auf, das über ein zweites Zwischenrad 63 mit dem Radsatz 44 in Ein griff steht. Genauer gesagt steht das zweite Zwischenrad 63 in Eingriff mit einem zwei ten Zahnrad (zweites Maschinenzahnrad) 72, das durch das an der ersten Eingangs welle 24 festgelegte Festrad des Radsatzes 44 gebildet ist.
Das erste Zahnrad 70 (erstes Maschinenzahnrad) ist ein an der zweiten Eingangswelle 26 festgelegtes Festrad des Radsatzes 52. Die Getriebeanordnung 16 weist ein erstes axiales Ende 74 und ein zweite axiales En de 76 auf. Der Verbrennungsmotor 12 und die Kupplungsanordnung 14 sind im Bereich des ersten axialen Endes angeordnet. Der Radsatz 52 ist von allen Radsätzen der Ge triebeanordnung 16 am nächsten an dem ersten axialen Ende 74 angeordnet. Der Rad satz 44 des ersten Teilgetriebes 32 ist von allen Radsätzen am nächsten an dem zwei ten axialen Ende angeordnet.
Die elektrische Maschinen 56, 60 überschneiden sich in axialer Richtung und erstre cken sich vorzugsweise zwischen den axialen Enden 74, 76.
Mittels des Antriebsstranges 10 sind die folgenden in den Figs. 2 und 3 dargestellten Fährbetriebe realisierbar.
Gemäß der Schalttabelle der Fig. 2 sind vier verbrennungsmotorische Gangstufen V1 bis V4 einrichtbar. In allen ist die Trennkupplung KO der Kupplungsanordnung 14 ge schlossen (X in Fig. 2). Ferner ist in der ersten Vorwärtsgangstufe V1 die erste Kupp lung K1 geschlossen, und die Schaltkupplung A des Radsatzes 36 ist geschlossen.
Antriebsleistung des Verbrennungsmotors 12 fließt folglich über die geschlossene Trennkupplung KO auf die erste Eingangswelle 24 und von dort über die erste Kupplung K1 auf die zweite Eingangswelle 26. Aufgrund der geschlossenen Schaltkupplung A fließt die Leistung über den Radsatz 36 auf die Ausgangswelle 28 und von dort hin zu der Leistungsverteilungseinrichtung 18.
Zur Einrichtung der zweiten Vorwärtsgangstufe werden die erste Kupplung K1 und die Schaltkupplung A geöffnet und die Schaltkupplung B wird geschlossen. In diesem Fall fließt Antriebsleistung von dem Verbrennungsmotor über die Trennkupplung KO und die erste Eingangswelle 24 in den Radsatz 42 und von dort in die Ausgangswelle 28. Die anderen Vorwärtsgangstufen V3 und V4 ergeben sich in entsprechender Weise, wobei hier jeweils nur eine Schaltkupplung geschlossen ist, nämlich entweder die Schaltkupp lung C oder die Schaltkupplung D. Die Schaltkupplung E wird im verbrennungsmotorischen Fährbetrieb niemals geschlos sen, so dass ein verbrennungsmotorischer Fährbetrieb bei geschlossener erster Kupp lung K1 nur über den Radsatz 36 des zweiten Teilgetriebes 34 einrichtbar ist, und nicht über den Radsatz 52 des zweiten Teilgetriebes 34.
Die in Fig. 2 dargestellten Vorwärtsgangstufen sind auch in einem Hybrid-Fahrbetrieb realisierbar, bei dem in die erste Eingangswelle verbrennungsmotorische Leistung und elektromotorische Leistung von der zweiten elektrischen Maschine 60 eingespeist wird. Hierbei kann die zweite elektrische Maschine 60 ggf. auch als Generator arbeiten.
Ferner kann parallel hierzu die erste elektrische Maschine 56 über das zweite Teilge triebe 34 Antriebsleistung bereitstellen . Sofern die erste Kupplung K1 geöffnet wird, in den Vorwärtsgangstufen V2, V3 und V4.
In Fig. 3 ist eine Schalttabelle für zwei elektromotorische Gangstufen E1 .1 und E1 .2 dargestellt, bei denen elektromotorische Antriebsleistung überwiegend mittels der ers ten elektrischen Maschine 56 bereitgestellt wird. Die erste elektrische Maschine 56 ist vorzugsweise als Haupt-Antriebsmaschine ausgelegt, wohingegen die zweite elektri sche Maschine 60 eine geringere Leistung haben kann.
In der ersten elektrischen Gangstufe E1 .1 ist nur die Schaltkupplung A geschlossen, alle anderen Schaltelemente sind geöffnet. Wenn K0 geöffnet ist, kann der Verbren nungsmotor keine Leistung in die erste Eingangswelle 24 einspeisen. Auch die zweite elektrische Maschine kann keine zusätzliche Antriebsleistung bereitstellen, wenn die Schaltkupplungen B, C, D geöffnet sind.
Eine zweite elektrische Gangstufe E1 .2 wird eingerichtet, wenn ausschließlich die Schaltkupplung E geschlossen ist.
In den elektrischen Gangstufen E1 .1 und E1 .2 ist es jedoch möglich, einen seriellen Betrieb einzurichten, bei dem die Trennkupplung K0 geschlossen wird und der Ver brennungsmotor 12 die zweite elektrische Maschine 60 als Generator antreibt, um eine Fahrzeugbatterie zu laden, aus der die erste elektrische Maschine 56 Antriebsleistung entnimmt.
Ferner ist es in den beiden Vorwärtsgangstufen E1 .2 und E1.2 möglich, zusätzliche elektromotorische Antriebsleistung von der zweiten elektrischen Maschine 60 bereitzu stellen, sofern die Trennkupplung KO geöffnet ist und eine der Schaltkupplungen B, C,
D geschlossen wird. Die erste Kupplung K1 bleibt in diesem Fall immer geöffnet.
Wie eingangs beschrieben, können sämtliche Gangwechsel so erfolgen, dass eine Synchronisierung vorab mittels einer oder beiden elektrischen Maschinen erfolgen kann, so dass die Schaltkupplungen A, B, C, D, E und die erste Kupplung K1 ebenfalls als Klauenkupplungen ohne eigene Synchronisierung ausgeführt werden können.
Ferner sind sämtliche Gangwechsel als Lastschaltungen realisierbar, wobei bei Schal tungen in dem ersten Teilgetriebe 32 bspw. eine Zugkraftunterstützung über die erste elektrische Maschine 56 erfolgt. Bei Schaltungen in dem zweiten Teilgetriebe 34 kann eine Zugkraftunterstützung durch den Verbrennungsmotor 12 und/oder die zweite elekt rische Maschine 60 bereitgestellt werden.
In den folgenden Figuren 4 bis 7 sind weitere Ausführungsformen von Antriebssträngen dargestellt, die hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise generell dem Antriebsstrang 10 der Fig. 1 entsprechen. Gleiche Elemente sind daher durch gleiche Bezugszeichen ge kennzeichnet. Im Folgenden werden im Wesentlichen die Unterschiede erläutert.
In der Getriebeanordnung 16' des Antriebsstranges 10' der Fig. 4 ist die axiale Anord nung der zwei Teilgetriebe 32', 34' vertauscht. Das Vertauschen ist dabei so vorgese hen, dass eine Art Spiegelung an der Schaltkupplungsebene E4 erfolgt ist. Der Radsatz 52' ist nunmehr am nächsten an dem zweiten axialen Ende 76 angeordnet. Der Rad satz 44' ist nunmehr am nächsten an dem ersten axialen Ende 74 angeordnet.
Der in Fig. 5 dargestellte Antriebsstrang 10" basiert auf dem Antriebsstrang 10 der Fig. 1 , wobei keine Kupplungsanordnung 14 vorgesehen ist, derart, dass der Verbren nungsmotor 12 drehfest mit der ersten Eingangswelle 24 verbunden ist. Bei dem Antriebsstrang 10" der Fig. 5 sind sämtliche Funktionen wie bei dem Antriebs strang 10 der Fig. 1 realisierbar, bis auf die Möglichkeit eines rein elektrischen Fährbe triebes mittels der zweiten elektrischen Maschine 60 oder einer rein elektrischen Last schaltung zwischen den Gangstufen E1 .1 und E1 .2.
Bei dem Antriebsstrang 10"' der Fig. 6, der auf dem Antriebsstrang 10 der Fig. 1 basiert, beinhaltet die Kupplungsanordnung 14"' nun anstelle einer Klauenkupplung eine Reib kupplung KO'". Die Kupplung K0'" wird jedoch auch bei dem Antriebsstrang 10'" in der Regel nicht zum Anfahren verwendet, sondern wird nach wie vor als reine Trennkupp lung verwendet, wie die Trennkupplung K0 des Antriebsstranges 10 der Fig. 1 . Im Ge gensatz hierzu kann die Reibkupplung K0'" auch unter Last öffnen. Ferner kann ein Schließen der Reibkupplung K0'" auch bei einer Differenzdrehzahl zwischen dem Ver brennungsmotor 12 und der ersten Eingangswelle 24 erfolgen.
Fig. 7 zeigt einen weiteren Antriebsstrang 10IV, der auf dem Antriebsstrang 10 der Fig. 1 basiert. Bei dem Antriebsstrang 10IV, sind in der Getriebeanordnung 16IV die Radsätze für die Gangstufen 2 und 3 vertauscht.
In diesem Fall ist der Radsatz 42IV benachbart zu dem ersten Schaltkupplungspaket 40IV angeordnet, das in diesem Fall die erste Kupplung K1 und die Schaltkupplung B für die Vorwärtsgangstufe 2 beinhaltet.
Andererseits ist der Radsatz 38IV für die Vorwärtsgangstufe 3 nun in axialer Richtung zwischen dem Radsatz 42IV und dem zweiten Schaltkupplungspaket 50IV angeordnet. Das zweite Schaltkupplungspaket 50IV des ersten Teilgetriebes 32IV beinhaltet dabei die Schaltkupplungen C für die Vorwärtsgangstufe 3 und D für die Vorwärtsgangstufe 4. Bezuqszeichen Hybrid-Antriebsstrang
Verbrennungsmotor
Kupplungsanordnung
Hybrid-Getriebeanordnung
Leistungsverteilungseinrichtung
angetriebene Räder
Steuereinrichtung
erste Eingangswelle
zweite Eingangswelle
Ausgangswelle
Abtriebsradsatz
erstes Teilgetriebe
zweites Teilgetriebe
Radsatz (1/E1 )
Radsatz (3)
erstes Schaltkupplungspaket
Radsatz (2)
Radsatz (4)
zweites Schaltkupplungspaket
Radsatz (E2)
drittes Schaltkupplungspaket
erste elektrische Maschine
erstes Ritzel (erstes Maschinenritzel) erstes Zwischenrad
zweite elektrische Maschine
zweites Ritzel (zweites Maschinenritzel) zweites Zwischen rad
erstes Zahnrad (erstes Maschinenzahnrad) zweites Zahnrad (zweites Maschinenzahnrad) erstes axiales Ende
zweites axiales Ende A1 - A5 Achsen
A - E Schaltkupplungen für Gangradsätze
KO Trennkupplung
E1 -E8 Radsatz- und Kupplungsebenen S1 - S4 Betätigungseinrichtungen
P Parksperrenrad

Claims

Patentansprüche
1. Getriebeanordnung (16) für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang (10), mit
- einer ersten Eingangswelle (24), die mit einem Verbrennungsmotor (12) verbunden oder verbindbar ist, und einer zweiten Eingangswelle (26), die koaxial zu der ersten Eingangswelle (24) angeordnet ist,
- einer Ausgangswelle, die über eine erste Mehrzahl von schaltbaren ersten Gang radsätzen (38, 42, 44) mit der ersten Eingangswelle (24) verbunden ist und die über eine zweite Mehrzahl von schaltbaren zweiten Gangradsätzen (36, 52) mit der zwei ten Eingangswelle (26) verbunden ist,
- einer ersten elektrischen Maschine (56), die mit der zweiten Eingangswelle (26) verbunden ist,
- einer zweiten elektrischen Maschine (60), die mit der ersten Eingangswelle (24) verbunden ist, und
- einer ersten Kupplung (K1 ), über die die erste Eingangswelle (24) und die zweite Eingangswelle (26) miteinander verbindbar sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zweiten Gangradsätze zwei alternativ schaltbare Gangradsätze (36, 52) aufwei sen, über die jeweils ein elektromotorischer Fährbetrieb mittels der ersten elektri schen Maschine (56) einrichtbar ist, wobei die Getriebeanordnung (16) so ausgebil det ist, dass ein verbrennungsmotorischer Fährbetrieb bei geschlossener erster Kupplung (K1 ) über einen (36) der zwei alternativ schaltbaren Gangradsätze (36, 52) einrichtbar ist.
2. Getriebeanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Eingangswelle (24) über drei schaltbare erste Gangradsätze (38, 42, 44) mit der Ausgangswelle (28) verbunden ist.
3. Getriebeanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei alternativ schaltbaren zweiten Gangradsätze (36, 52) einen Gangradsatz (36) für eine Anfahrgangstufe beinhalten, über den der verbrennungsmotorische Fährbe trieb einrichtbar ist.
4. Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass der andere (52) der zwei alternativ schaltbaren zweiten Gangradsätze (36, 52) einer zweiten elektrischen Gangstufe (E.1 .2) zugeordnet ist, deren Übersetzung klei ner ist als die größte Übersetzung der ersten Gangradsätze (38, 42, 44) und größer ist als die kleinste Übersetzung der ersten Gangradsätze (38, 42, 44).
5. Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kupplung (K1 ) in axialer Richtung zwischen den ersten Gangradsät zen (38, 42, 44) und den zweiten Gangradsätzen (36, 52) angeordnet ist.
6. Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kupplung (K1 ) und eine Schaltkupplung (C; B) zum Schalten von ei nem (38; 42) der ersten Gangradsätze (38, 42, 44) ein erstes Schaltkupplungspaket (40) bilden, das mittels einer einzelnen Betätigungseinrichtung (S1 ) betätigbar ist.
7. Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Schaltkupplungen (B, D; C, D) zum alternativen Schalten von zwei ersten Gangradsätzen (38, 44; 38, 44) ein zweites Schaltkupplungspaket (50) bilden.
8. Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Schaltkupplungen (A, E) zum alternativen Schalten von zwei zweiten Gangradsätzen (36, 52) ein drittes Schaltkupplungspaket (54) bilden.
9. Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeanordnung (16) ausgehend von einem axialen Ende (74; 76) axial hintereinander aufweist: (i) Radsatzebene (E1 ) für eine zweite elektromotorisch nutz bare Gangstufe (E2), (ii) Schaltkupplungsebene (E2) für ein drittes Schaltkupplungs paket (54), (iii) Radsatzebene (E3) für eine erste Gangstufe (1 ), (iv) Schaltkupp lungsebene (E4) für ein erstes Schaltkupplungspaket (40), das die erste Kupplung (K1 ) beinhaltet, (v) Radsatzebene für eine dritte Gangstufe (3) oder für eine zweite Gangstufe (2), (vi) Radsatzebene (E6) für eine zweite Gangstufe (2) oder eine dritte Gangstufe (3), (vii) Schaltkupplungsebene (E7) für ein zweites Schaltkupplungspaket (50) und (viii) Radsatzebene für eine vierte Gangstufe (4).
10. Getriebeanordnung nach Anspruch 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ge triebeanordnung an einem axialen Ende (74) einen Abtriebsradsatz (30) aufweist, mittels dessen die Ausgangswelle (28) mit einer Leistungsverteilungseinrichtung (18) für angetriebene Räder (20L, 20R) verbunden ist.
1 1 . Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrische Maschine (56) über einen (52) der zweiten Gangradsätze (36, 52) mit der zweiten Eingangswelle (26) verbunden ist und/oder dadurch gekenn zeichnet, dass die zweite elektrische Maschine (60) über einen (44) der ersten Gang radsätze (38, 42, 44) mit der ersten Eingangswelle (24) verbunden ist.
12. Getriebeanordnung nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Gangradsatz (52), über den die erste elektrische Maschine (56) mit der zweiten Ein gangswelle (26) verbunden ist, im Bereich von einem ersten axialen Ende (74) der Getriebeanordnung (16) angeordnet ist, und/oder dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gangradsatz (44), über den die zweite elektrische Maschine (60) mit der ersten Eingangswelle (24) verbunden ist, im Bereich von einem zweiten axialen Ende (76) der Getriebeanordnung (16) angeordnet ist.
13. Getriebeanordnung nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Gangradsatz (52), über den die erste elektrische Maschine (56) mit der zweiten Eingangswelle (26) verbunden ist, der höchsten Gangstufe (E1 .2) zugeord net ist, die mittels der zweiten Gangradsätze (36, 52) einrichtbar ist, und/oder dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gangradsatz (44), über den die zweite elekt rische Maschine (60) mit der ersten Eingangswelle (24) verbunden ist, der höchsten Gangstufe (4) zugeordnet ist, die mittels der ersten Gangradsätze (38, 42, 44) ein richtbar ist.
14. Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit einem Verbrennungsmotor (12) und mit einer Getriebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 13, wobei die erste Ein gangswelle (24) drehfest mit dem Verbrennungsmotor verbunden ist oder wobei die erste Eingangswelle (24) über eine Trennkupplung (KO) mit dem Verbrennungsmotor (12) verbunden ist.
15. Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstranges (10) nach Anspruch 14, das ausgehend von einem rein elektrischen Fährbetrieb oder einem Hybrid-Fahrbetrieb über den einen (36) der zwei alternativ schaltbaren zweiten Gangradsätze (36, 52), wobei die erste Kupplung (K1 ) geschlossen ist, wobei der Verbrennungsmotor (12) drehfest mit der ersten Eingangswelle (24) verbunden ist und wobei eine dem einen Gangradsatz (36) zugeordnete Schaltkupplung (A) geschlossen ist, die folgenden Schritte aufweist:
- Abbauen von Last an der ersten Kupplung (K1 ) und Aufbauen von Last an der ers ten elektrischen Maschine (56),
- Öffnen der ersten Kupplung (K1 ),
- Absenken der Drehzahl der ersten Eingangswelle (24), bis eine weitere Schaltkupp lung (B), die einem der ersten Gangradsätze zugeordnet ist, synchronisiert ist, und
- Schließen der weiteren Schaltkupplung (B).
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