WO2012084331A1 - Gruppengetriebe, antriebsstrang mit gruppengetriebe und verfahren zum betreiben derselben - Google Patents

Gruppengetriebe, antriebsstrang mit gruppengetriebe und verfahren zum betreiben derselben Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a group transmission and a drive train with a group transmission. Furthermore, the invention relates to a method for operating such a group transmission or drive train.
  • two-stage split group with a corresponding in about half of a mean jump between two successive translation stages of the main gear ratio jump the ratio jumps of the main gear are halved and doubles the total number of available gears.
  • a two-stage range group with a lying approximately at a mean translation jump between two successive translation stages of the main transmission over the entire ratio jump of the main transmission ratio jump spread of the group transmission is approximately doubled and doubled the number of available gears again.
  • the present invention relates to a group transmission, a drive train with a group transmission and method for operating such a group transmission or drive train, wherein the group transmission comprises at least one main gear and the main gear drive downstream, designed in planetary design downstream group.
  • the ballast group is optional.
  • the after- Switching group is preferably designed as a range group. However, it can also be designed as a split group.
  • the drive unit is designed as a pure internal combustion engine or as a hybrid drive with an internal combustion engine
  • the internal combustion engine is coupled according to the prior art via the starting clutch to the input shaft of the group transmission.
  • the electric machine when the power plant is designed as a hybrid drive with an internal combustion engine and an electric machine, the electric machine according to the prior art either to provide a so-called crankshaft starter generator (KSG) between the engine and the starting clutch or to provide a so-called integrated starter generator (ISG) between the starting clutch and the input shaft of the group transmission.
  • KSG crankshaft starter generator
  • ISG integrated starter generator
  • the present invention based on the object to provide a novel group transmission and a novel powertrain with a group transmission, in which in the execution of a circuit in the group transmission traction support for compensation or to compensate for a traction interruption can be provided.
  • This object is achieved by a group transmission according to claim 1.
  • the group transmission according to the invention comprises a planetary gear and one with the Nachschaltxx, with the planetary gear and the electric machine of the hybrid drive cooperating switching element, that in a first switching position of the switching element, the electric machine of the hybrid drive can be coupled via a provided by the rear link translation to the final drive , And that in a second switching position of the switching element, the electric machine of the hybrid drive is coupled via a provided by the planetary gear ratio to the final drive, so that at least three translations or gears are available for the electric machine.
  • the electric machine of the hybrid drive via a provided by the rear link translation bypassing provided by the planetary gear ratio to the output shaft of the group transmission coupled in the first switching position of the switching element, the electric machine of the hybrid drive via a provided by the rear link translation bypassing provided by the planetary gear ratio to the output shaft of the group transmission coupled, whereas in the second switching position of the switching element, the electrical machine of Hybrid drive bypassing the provided by the rear group translations via the provided by the planetary gear ratio to the output shaft of the group transmission can be coupled.
  • optimal grading available for the electrical machine translations guaranteed on the other hand can be provided when executing a circuit in the rear group, when executing a circuit in the main transmission and when executing a circuit of the switching element on the final drive traction.
  • the drive train according to the invention is defined in claim 1 1.
  • Inventive methods for operating a group transmission or drive train with such a group transmission are defined in claims 13, 14 and 15.
  • Fig. 1 is a diagram of a drive train according to the invention with a group transmission according to the invention according to a first embodiment of the invention
  • Fig. 2 is a diagram of a drive train according to the invention with a group transmission according to the invention according to a second embodiment of the invention;
  • Fig. 3 is a diagram of a drive train according to the invention with a group transmission according to the invention according to a third embodiment of the invention.
  • Fig. 4 is a diagram of a drive train according to the invention with a group transmission according to the invention according to a fourth embodiment of the invention.
  • the present invention relates to a group transmission CT and a drive train of a motor vehicle, in particular a commercial vehicle, with a group transmission CT, wherein such a drive train in addition to the group transmission CT includes at least one hybrid drive from an internal combustion engine VM and an electric machine EM.
  • the group transmission CT comprises at least one main transmission HG and a drive transmission downstream of the main transmission HG Nachschaltè GP, the Nachschaltoli GP is preferably designed as a range group or range group.
  • the internal combustion engine VM is connected to an input shaft WEG of the group transmission CT coupled.
  • An output shaft W G A of the group transmission CT is coupled to an axle drive AB.
  • the group transmission CT may additionally comprise a main group HG in terms of drive technology upstream group, wherein the front group is preferably designed as a split group.
  • Fig. 2 shows an embodiment with such a Vorschalty GV.
  • the downstream of the main transmission HG downstream Nachschalty GP is designed in planetary design and includes a sun gear PS1, a ring gear PH1 and a web ST1.
  • the sun gear PS1 of the rear group GP is coupled to a main shaft WH of the main transmission HG or group transmission CT.
  • the web ST1 of the downstream group GP is coupled to the final drive AB or to the transmission output shaft W G A of the group transmission CT.
  • the Nachschalten GP includes a Heidelbergpa ket SP with the switch positions C and D, wherein the shift position C, a so-called range-low drive stage and the shift position D a so-called range-high drive stage for the rear-GP and thus the group transmission CT provides.
  • the ring gear PH1 of the rear-end group GP is connected to the stator or housing fixed.
  • the ring gear HP1 of the rear-end group GP is connected to the transmission output shaft WQA and thus to the final drive AB.
  • the electric machine EM can be coupled to the drive train after the main transmission HG in the direction of flow of force or the direction of flow.
  • the drive train comprises a planetary gear PG and a switching element SE in addition to the rearrangement GP.
  • the switching element SE cooperates with the Nachschaltxx GP, with the planetary gear PG and with the electric machine EM of the hybrid drive so together, in a first switching position A of the switching element SE, the electric machine EM of the hybrid drive can be coupled to the final drive AB via a ratio provided by the rear-end group GP.
  • the switching element SE interacts with the Nachschalty GP, with the planetary gear PG and with the electric machine EM of the hybrid drive such that in a second switching position B of the switching element SE, the electric machine EM of the hybrid drive via a provided by the planetary gear GP translation to the Final drive AB can be coupled.
  • At least three different ratios or gears are available for the electric machine EM, with the aid of which it can provide a torque to the transmission output shaft W G A and thus to the final drive AB.
  • the electric machine EM can be coupled to the output shaft WQA of the group transmission CT via a gear ratio provided by the rear-end GP, bypassing the gear ratio provided by the planetary gear GP.
  • the electric machine EM of the hybrid drive can be coupled to the output shaft W G A of the group transmission CT, bypassing the translations provided by the rear-end GP via the ratio provided by the planetary gear PG.
  • the planetary gear PG has a sun gear PS2, a ring gear PH2 and a bridge ST2, wherein an element or a shaft of the Nachschaltxx GP and an element or a shaft of the planetary gear PG are fixedly coupled together, namely such that the fixedly coupled to each other Elements of rear group GP and planetary gear PG have equal speed.
  • the web ST1 of the downstream group GP is fixedly coupled to the web ST2 of the planetary gear PG.
  • the electric machine EM is connected to the sun gear PS1 of the rearrangement group GP. In the first switching position A accordingly bypasses the electric machine EM, the planetary gear PG.
  • the electric machine EM is connected to the planetary gear PG, namely according to FIG. 1 to the ring gear PH2 of the planetary gear PG, wherein according to FIG. 1, the sun gear PS2 of the planetary gear PG is connected to the stator or housing fixed , The webs ST1 and ST2 of the downstream group GP and planetary gear PG are firmly coupled together.
  • the translation I H G corresponds to the translation of the main gear HG seen from the translation I E M corresponds to the translation of the electric machine EM from where N of a neutral position and thus a decoupling of the main gear HG and the electric machine EM from the final drive AB equivalent.
  • the drive train shown in Fig. 1 therefore has for the electric machine EM of the hybrid drive via three translations or gears, which in the main gear HG, which may be executed in any design, for example in countershaft design or planetary design, only then with a circuit Traction interruption in the main gear HG is performed when the electric machine EM via one of the three translations or one of the three gears on the final drive AB provides a moment, so in the traction power interrupted circuit execution in the main transmission HG via the electric machine EM for traction maintaining a moment on the final drive AB or at the transmission output shaft W G A can be provided.
  • a synchronization of the rear-GP can be done either actively by speed control using the engine VM or alternatively at a neutral position in the main transmission HG by a synchronized switching packet SP.
  • the switching element SE is switched exclusively when the internal combustion engine VM provides a moment via the rear-mounted group GP at the final drive AB, ie when the rear-end group GP occupies either the range-low drive level C or the range-high drive level D.
  • the electric machine EM of the hybrid drive acts as a starting element.
  • the internal combustion engine VM of the hybrid drive is connected without coupling to the input shaft W G E of the group transmission CT.
  • the group transmission CT includes the Vorschaltaltis GV, which is preferably designed as a split group. Furthermore, in Fig. 2, an additional starting clutch AK is present, which is connected between the engine VM and the Vorschaltany GV.
  • the embodiment of FIG. 2 differs from the embodiment of FIG. 1 also in that the electric machine EM is disposed above the planetary gear PG, whereby space can be saved in the axial direction.
  • the embodiment of FIG. 3 differs from the embodiment of FIG. 1 in that although no upstream group GV is present, however, an additional starting clutch AK is connected between the internal combustion engine VM and the main transmission HG.
  • a further difference of the embodiment of Fig. 3 compared to the embodiment of Fig. 1 is that in the embodiment of Fig. 3, the planetary gear PH2 of the planetary gear PG fixed to the housing and thus stator connected, whereas, when the switching element SE, the second switching position B occupies the electric machine EM is connected to the sun gear PS2 of the planetary gear PG.
  • the embodiment of FIG. 3 differs in the connection of the planetary gear PG, whereby the gear 2 for the electric machine EM becomes shorter as a result of the connection in FIG. 3 when the switch position B is closed.
  • Such a configuration is particularly useful for large translations of the Nachschaltgrup- GP, in order to achieve a better gradation of the translations for the electric machine EM.
  • the result is in the range-low drive stage with the switch position A closed and closed Shift position C is a ratio of 4.5 and in the range-high drive level with closed shift position A and closed shift position D a ratio of 1 .0, the intermediate ratio for the e- lectric machine EM in gear 2 with closed shift position B then 2.6.
  • the connection of the planetary gear PG changed is a so-called plus-set available as a planetary gear PG.

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Abstract

Gruppengetriebe (CT), welches zumindest ein Hauptgetriebe (HG) und eine dem Hauptgetriebe (HG) antriebstechnisch nachgeschaltete, in Planetenbauweise ausgeführte Nachschaltgruppe (GP) aufweist, wobei eine Eingangswelle (WGE) des Gruppengetriebes (CT) mit einem Verbrennungsmotor (VM) eines Hybridantriebs und eine Ausgangswelle (WGA) des Gruppengetriebes (CT) mit einem Achsantrieb (AB) koppelbar ist, mit einem Planetengetriebe (PG) und mit einem mit der Nachschaltgruppe (GP), mit dem Planetengetriebe (PG) und mit einer elektrischen Maschine (EM) des Hybridantriebs derart zusammenwirkenden Schaltelement (SE), dass in einer ersten Schaltstellung (A) des Schaltelements (SE) die elektrische Maschine (EM) des Hybridantriebs über eine von der Nachschaltgruppe (GP) bereitgestellte Übersetzung an den Achsantrieb (AB) koppelbar ist, und dass in einer zweiten Schaltstellung (B) des Schaltelements (SE) die elektrische Maschine (EM) des Hybridantriebs über eine von dem Planetengetriebe (PG) bereitgestellte Übersetzung an den Achsantrieb (AB) koppelbar ist, sodass für die elektrische Maschine (EM) mindestens drei Übersetzungen bzw. Gänge zur Verfügung stehen.

Description

Gruppenqetriebe, Antriebsstranq mit Gruppenqetriebe und Verfahren
zum Betreiben derselben
Die Erfindung betrifft ein Gruppengetriebe und einen Antriebsstrang mit einem Gruppengetriebe. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Gruppengetriebes bzw. Antriebsstrangs.
Als Gruppengetriebe ausgebildete, automatisierte Schaltgetriebe mit einem mehrstufigen Hauptgetriebe und einer dem Hauptgetriebe antriebstechnisch nachgeschalteten, insbesondere als Bereichsgruppe ausgeführten, Nachschaltgruppe und/oder einer dem Hauptgetriebe antriebstechnisch vorgeschalteten, insbesondere als Split- gruppe ausgeführten, Vorschaltgruppe sind z. B. aus der DE 10 2007 010 829 A1 bekannt und kommen z. B. in Nutzfahrzeugen zur Anwendung.
Durch eine beispielsweise zweistufig ausgeführte Splitgruppe mit einem in etwa der Hälfte eines mittleren Übersetzungssprungs zwischen zwei aufeinander folgenden Übersetzungsstufen des Hauptgetriebes entsprechenden Übersetzungssprung werden die Übersetzungssprünge des Hauptgetriebes halbiert und die Anzahl der insgesamt zur Verfügung stehenden Gänge verdoppelt.
Durch eine beispielsweise zweistufige Bereichsgruppe mit einem in etwa um einen mittleren Übersetzungssprung zwischen zwei aufeinander folgenden Übersetzungsstufen des Hauptgetriebes über dem gesamten Übersetzungssprung des Hauptgetriebes liegenden Übersetzungssprung wird die Spreizung des Gruppengetriebes in etwa verdoppelt und die Anzahl der insgesamt zur Verfügung stehenden Gänge nochmals verdoppelt.
Die hier vorliegende Erfindung betrifft ein Gruppengetriebe, einen Antriebsstrang mit einem Gruppengetriebe und Verfahren zum Betreiben eines solchen Gruppengetriebes bzw. Antriebsstrangs, wobei das Gruppengetriebe zumindest ein Hauptgetriebe und eine dem Hauptgetriebe antriebstechnisch nachgeschaltete, in Planetenbauweise ausgeführte Nachschaltgruppe umfasst. Die Vorschaltgruppe ist optional. Die Nach- schaltgruppe ist vorzugsweise als Bereichsgruppe ausgeführt. Dieselbe kann jedoch auch als Splitgruppe ausgeführt sein.
Dann, wenn ein solches Gruppengetriebe in einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs integriert ist, ist nach dem Stand der Technik eine Eingangswelle des automatisierten Gruppengetriebes, nämlich eine Eingangswelle des Hauptgetriebes oder bei Vorhandensein einer Vorschaltgruppe eine Eingangswelle der Vorschaltgruppe, über eine steuerbare Anfahrkupplung mit dem Antriebsaggregat und eine Ausgangswelle des automatisierten Gruppengetriebes mit einem Achsantrieb verbunden.
Dann, wenn das Antriebsaggregat als reiner Verbrennungsmotor oder als Hybridantrieb mit einem Verbrennungsmotor ausgeführt ist, ist der Verbrennungsmotor nach dem Stand der Technik über die Anfahrkupplung mit der Eingangswelle des Gruppengetriebes gekoppelt.
Dann, wenn das Antriebsaggregat als Hybridantrieb mit einem Verbrennungsmotor und einer elektrischen Maschine ausgeführt ist, ist die elektrische Maschine nach dem Stand der Technik entweder unter Bereitstellung eines sogenannten Kurbelwellen- Startergenerators (KSG) zwischen den Verbrennungsmotor und die Anfahrkupplung oder unter Bereitstellung eines sogenannten integrierten Startergenerators (ISG) zwischen die Anfahrkupplung und die Eingangswelle des Gruppengetriebes geschaltet.
Die aus der Praxis bekannten Gruppengetriebe und Antriebsstränge, die als Getriebe ein Gruppengetriebe und als Antriebsaggregat einen Hybridantrieb mit einem Verbrennungsmotor und einer elektrischen Maschine aufweisen, verfügen über den Nachteil, dass während der Ausführung einer Schaltung im Gruppengetriebe keine Zugkraftunterstützung zur Kompensation oder zum Ausgleich einer Zugkraftunterbrechung bereitgestellt werden kann, wodurch sich eine Komforteinbuße einstellt.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Gruppengetriebe und einen neuartigen Antriebsstrang mit einem Gruppengetriebe zu schaffen, bei welchem bei der Ausführung einer Schaltung im Gruppengetriebe eine Zugkraftunterstützung zur Kompensation oder zum Ausgleich einer Zugkraftunterbrechung bereitgestellt werden kann. Diese Aufgabe wird durch ein Gruppengetriebe gemäß Anspruch 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Gruppengetriebe umfasst ein Planetengetriebe und ein mit der Nachschaltgruppe, mit dem Planetengetriebe und mit der elektrischen Maschine des Hybridantriebs derart zusammenwirkendes Schaltelement, dass in einer ersten Schaltstellung des Schaltelements die elektrische Maschine des Hybridantriebs über eine von der Nachschaltgruppe bereitgestellte Übersetzung an den Achsantrieb koppelbar ist, und dass in einer zweiten Schaltstellung des Schaltelements die elektrische Maschine des Hybridantriebs über eine von dem Planetengetriebe bereitgestellte Übersetzung an den Achsantrieb koppelbar ist, sodass für die elektrische Maschine mindestens drei Übersetzungen bzw. Gänge zur Verfügung stehen.
Bei dem erfindungsgemäßen Gruppengetriebe kann bei der Ausführung einer Schaltung im Gruppengetriebe eine Zugkraftunterstützung zur Kompensation oder zum Ausgleich einer Zugkraftunterbrechung bereitgestellt werden. Hierdurch kann der Komfort bei Schaltungen gesteigert werden. Dadurch, dass für die elektrische Maschine mindestens drei Übersetzungen bzw. Gänge zur Verfügung stehen, steht für die elektrische Maschine eine gute Stufung der Übersetzungen zur Verfügung. Auch hierdurch kann der Komfort bei Schaltungen gesteigert werden.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist in der ersten Schaltstellung des Schaltelements die elektrische Maschine des Hybridantriebs über eine von der Nachschaltgruppe bereitgestellte Übersetzung unter Umgehung der vom Planetengetriebe bereitgestellten Übersetzung an die Ausgangswelle des Gruppengetriebes koppelbar, wohingegen in der zweiten Schaltstellung des Schaltelements die elektrische Maschine des Hybridantriebs unter Umgehung der von der Nachschaltgruppe bereitgestellten Übersetzungen über die vom Planetengetriebe bereitgestellte Übersetzung an die Ausgangswelle des Gruppengetriebes koppelbar ist. Hierdurch ist einerseits eine optimale Stufung der für die elektrische Maschine zur Verfügung stehenden Übersetzungen gewährleistet, anderseits kann bei Ausführung einer Schaltung in der Nachschaltgruppe, bei Ausführung einer Schaltung im Hauptgetriebe und bei Ausführung einer Schaltung des Schaltelements am Achsantrieb Zugkraft bereitgestellt werden. Der erfindungsgemäße Antriebsstrang ist in Anspruch 1 1 definiert. Erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Gruppengetriebe bzw. Antriebsstrangs mit einem solchen Gruppengetriebe sind in den Ansprüchen 13, 14 und 15 definiert.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 ein Schema eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs mit einem erfindungsgemäßen Gruppengetriebe nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 ein Schema eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs mit einem erfindungsgemäßen Gruppengetriebe nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 3 ein Schema eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs mit einem erfindungsgemäßen Gruppengetriebe nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
Fig. 4 ein Schema eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs mit einem erfindungsgemäßen Gruppengetriebe nach einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die hier vorliegende Erfindung betrifft ein Gruppengetriebe CT und einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, mit einem Gruppengetriebe CT, wobei ein solcher Antriebsstrang zusätzlich zum Gruppengetriebe CT zumindest einen Hybridantrieb aus einem Verbrennungsmotor VM und einer elektrischen Maschine EM umfasst.
Das Gruppengetriebe CT umfasst zumindest ein Hauptgetriebe HG und eine dem Hauptgetriebe HG antriebstechnisch nachgeschaltete Nachschaltgruppe GP, wobei die Nachschaltgruppe GP vorzugsweise als Range-Gruppe bzw. Bereichsgruppe ausgeführt ist. Gemäß Fig. 1 ist der Verbrennungsmotor VM an eine Eingangswelle WEG des Gruppengetriebes CT gekoppelt. Eine Ausgangswelle WGA des Gruppengetriebes CT ist an einen Achsantrieb AB gekoppelt.
Obwohl in Fig. 1 nicht gezeigt, kann das Gruppengetriebe CT zusätzlich noch eine dem Hauptgetriebe HG antriebstechnisch vorgeschaltete Vorschaltgruppe umfassen, wobei die Vorschaltgruppe vorzugsweise als Splitgruppe ausgeführt ist. Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer solchen Vorschaltgruppe GV.
Die dem Hauptgetriebe HG antriebstechnisch nachgeschaltete Nachschaltgruppe GP ist in Planetenbauweise ausgeführt und umfasst ein Sonnenrad PS1 , ein Hohlrad PH1 und einen Steg ST1 . Das Sonnenrad PS1 der Nachschaltgruppe GP ist mit einer Hauptwelle WH des Hauptgetriebes HG bzw. Gruppengetriebes CT gekoppelt. Der Steg ST1 der Nachschaltgruppe GP ist mit dem Achsantrieb AB bzw. mit der Getriebeausgangswelle WGA des Gruppengetriebes CT gekoppelt.
Die Nachschaltgruppe GP umfasst ein Schaltpa ket SP mit den Schaltstellungen C und D, wobei die Schaltstellung C eine sogenannte Range-Low-Fahrtstufe und die Schaltstellung D eine sogenannte Range-High- Fahrtstufe für die Nachschaltgruppe GP und damit das Gruppengetriebe CT bereitstellt.
In der Schaltstellung C bzw. in der Range-Low-Fahrtstufe C des Schaltpakets SP der Nachschaltgruppe GP ist das Hohlrad PH1 desselben statorseitig bzw. gehäusefest angebunden. In der Schaltstellung D bzw. in der Range-High-Fahrtstufe D hingegen ist das Hohlrad HP1 der Nachschaltgruppe GP ebenso wie der Steg ST1 an die Getriebeausgangswelle WQA und damit an den Achsantrieb AB angebunden.
Gemäß Fig. 1 ist die elektrische Maschine EM in Kraftflussrichtung bzw. in Momentflussrichtung gesehen nach dem Hauptgetriebe HG an den Antriebsstrang koppelbar, wobei hierzu im Sinne der hier vorliegenden Erfindung der Antriebsstrang zusätzlich zur Nachschaltgruppe GP ein Planetengetriebe PG und ein Schaltelement SE umfasst.
Das Schaltelement SE wirkt mit der Nachschaltgruppe GP, mit dem Planetengetriebe PG und mit der elektrischen Maschine EM des Hybridantriebs derart zusammen, dass in einer ersten Schaltstellung A des Schaltelements SE die elektrische Maschine EM des Hybridantriebs über eine von der Nachschaltgruppe GP bereitgestellte Übersetzung an den Achsantrieb AB koppelbar ist.
Weiterhin wirkt das Schaltelement SE mit der Nachschaltgruppe GP, mit dem Planetengetriebe PG und mit der elektrischen Maschine EM des Hybridantriebs derart zusammen, dass in einer zweiten Schaltstellung B des Schaltelements SE die elektrische Maschine EM des Hybridantriebs über eine von dem Planetengetriebe GP bereitgestellte Übersetzung an den Achsantrieb AB koppelbar ist.
Für die elektrische Maschine EM stehen demnach mindestens drei unterschiedliche Übersetzungen bzw. Gänge zur Verfügung, mithilfe derer dieselbe an der Getriebeausgangswelle WGA und damit am Achsantrieb AB ein Moment bereitstellen kann.
In der ersten Schaltstellung A des Schaltelements SE ist die elektrische Maschine EM über eine von der Nachschaltgruppe GP bereitgestellte Übersetzung unter Umgehung der vom Planetengetriebe GP bereitgestellten Übersetzung an die Ausgangswelle WQA des Gruppengetriebes CT koppelbar. In der zweiten Schaltstellung B des Schaltelements SE hingegen ist die elektrische Maschine EM des Hybridantriebs unter Umgehung der von der Nachschaltgruppe GP bereitgestellten Übersetzungen über die vom Planetengetriebe PG bereitgestellte Übersetzung an die Ausgangswelle WGA des Gruppengetriebes CT koppelbar.
Hierdurch ist eine optimale Stufung der für die elektrische Maschine EM zur Verfügung stehenden Übersetzungen gewährleistet, anderseits kann, wie weiter unten beschrieben wird, bei Ausführung einer Schaltung in der Nachschaltgruppe GP, bei Ausführung einer Schaltung im Hauptgetriebe HG und bei Ausführung einer Schaltung des Schaltelements SE am Achsantrieb AB Zugkraft bereitgestellt werden.
Das Planetengetriebe PG verfügt über ein Sonnenrad PS2, ein Hohlrad PH2 und einen Steg ST2, wobei ein Element bzw. eine Welle der Nachschaltgruppe GP und ein Element bzw. eine Welle des Planetengetriebes PG fest miteinander gekoppelt sind, nämlich derart, dass die fest miteinander gekoppelten Elemente von Nachschaltgruppe GP und Planetengetriebe PG Drehzahlgleichheit aufweisen. In Fig. 1 ist der Steg ST1 der Nachschaltgruppe GP mit dem Steg ST2 des Planetengetriebes PG fest gekoppelt.
Wie bereits ausgeführt ist in der ersten Schaltstellung A des Schaltelements SE die elektrische Maschine EM an das Sonnenrad PS1 der Nachschaltgruppe GP angebunden. In der ersten Schaltstellung A umgeht demnach die elektrische Maschine EM das Planetengetriebe PG. In der zweiten Schaltstellung B des Schaltelements SE ist hingegen die elektrische Maschine EM an das Planetengetriebe PG angebunden, nämlich gemäß Fig. 1 an das Hohlrad PH2 des Planetengetriebes PG, wobei gemäß Fig. 1 das Sonnenrad PS2 des Planetengetriebes PG statorseitig bzw. gehäusefest angebunden ist. Die Stege ST1 und ST2 von Nachschaltgruppe GP und Planetengetriebe PG sind fest miteinander gekoppelt.
Unter der Annahme, dass in Fig. 1 das Planetengetriebe PG eine Standübersetzung io=-1 .6 und die in Planetenbauweise ausgeführte Nachschaltgruppe GP eine Standübersetzung i0=-2 aufweist, ergeben sich gemäß der nachfolgenden Tabelle aus Sicht des Hauptgetriebes HG sowie aus Sicht der elektrischen Maschine EM zur Getriebeausgangswelle WGA hin die in der nachfolgenden Tabelle eingetragenen Übersetzungen und damit Gänge, wobei aus der nachfolgenden Tabelle ersichtlich ist, dass für die elektrische Maschine EM die drei unterschiedliche Übersetzungen von 1 .0, 1 .6 und 3.0 zur Verfügung stehen.
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In der obigen Tabelle bedeutet das Symbol "x", dass die jeweilige Schaltstellung geschlossen ist, wohingegen das Symbol "-" bedeutet, dass die jeweilige Schaltstellung geöffnet ist.
Die Übersetzung IHG entspricht der Übersetzung vom Hauptgetriebe HG aus gesehen, die Übersetzung IEM entspricht der Übersetzung von der elektrischen Maschine EM aus gesehen, wobei N einer Neutralposition und damit einer Abkopplung des Hauptgetriebes HG bzw. der elektrischen Maschine EM vom Achsantrieb AB entspricht.
Der in Fig. 1 gezeigte Antriebsstrang verfügt demnach für die elektrische Maschine EM des Hybridantriebs über drei Übersetzungen bzw. Gänge, wobei im Hauptgetriebe HG, welches in beliebiger Ausführung, so zum Beispiel in Vorgelegebauweise oder in Planetenbauweise ausgeführt sein kann, nur dann eine Schaltung mit Zugkraftunterbrechung im Hauptgetriebe HG ausgeführt wird, wenn die elektrische Maschine EM über eine der drei Übersetzungen bzw. einen der drei Gänge am Achsantrieb AB ein Moment bereitstellt, sodass bei der zugkraftunterbrochenen Schaltungsausführung im Hauptgetriebe HG über die elektrische Maschine EM zur Zugkrafterhaltung ein Moment am Achsantrieb AB bzw. an der Getriebeausgangswelle WGA bereitgestellt werden kann.
In der Nachschaltgruppe GP, nämlich am Schaltpaket SP desselben, wird nur dann eine Schaltung zwischen den Schaltpositionen C,D und damit zwischen der Ran- ge-Low-Fahrtstufe C und der Range-High-Fahrtstufe D ausgeführt, wenn das Schaltelement SE die zweite Schaltstellung B einnimmt und die elektrische Maschine EM über die vom Planetengetriebe PG bereitgestellte Übersetzung an den Achsantrieb AB gekoppelt ist, sodass so über die elektrische Maschine EM bei Schaltungsausführung in der Nachschaltgruppe GP am Achsantrieb AB bzw. an der Getriebeausgangswelle WQA zur Zugkrafterhaltung ein Moment bereitgestellt werden kann.
Bei der Ausführung einer Schaltung in der Nachschaltgruppe GP kann eine Synchronisierung der Nachschaltgruppe GP entweder aktiv durch Drehzahlregelung mithilfe des Verbrennungsmotors VM oder alternativ bei einer Neutralstellung im Hauptgetriebe HG durch ein synchronisiertes Schaltpaket SP erfolgen. Das Schaltelement SE wird ausschließlich dann geschaltet, wenn der Verbrennungsmotor VM über die Nachschaltgruppe GP am Achsantrieb AB ein Moment bereit stellt, wenn also die Nachschaltgruppe GP entweder die Range-Low-Fahrtstufe C oder die Range-High-Fahrtstufe D einnimmt.
So kann während der Schaltung des Schaltelements SE über den Verbrennungsmotor VM am Achsantrieb AB bzw. an der Getriebeausgangswelle WQA Zugkraft bereitgestellt werden. Eine Synchronisierung des Schaltelements SE erfolgt aktiv durch eine Drehzahlregelung über die elektrische Maschine EM.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 wirkt die elektrische Maschine EM des Hybridantriebs als Anfahrelement. In diesem Fall ist dann gemäß Fig. 1 der Verbrennungsmotor VM des Hybridantriebs kupplungslos an die Eingangswelle WGE des Gruppengetriebes CT angebunden.
Dann, wenn die elektrische Maschine EM als Anfahrelement dient, kann im Hauptgetriebe HG auf einen Rückwärtsgang verzichtet werden, da dann über eine entgegengesetzt drehende elektrische Maschine eine Rückwärtsfahrt realisiert werden kann.
Fig. 2 bis 4 zeigen Abwandlungen des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 , wobei nachfolgend zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen nur auf solche Details eingegangen wird, durch die sich die Ausführungsbeispiele der Fig. 2 bis 4 vom Ausführungsbeispiel der Fig. 1 unterscheiden. Hinsichtlich der übrigen Details wird auf die Ausführungen zum Ausführungsbeispiel der Fig. 1 verwiesen.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 umfasst das Gruppengetriebe CT die Vor- schaltgruppe GV, die vorzugsweise als Split-Gruppe ausgeführt ist. Weiterhin ist in Fig. 2 eine zusätzliche Anfahrkupplung AK vorhanden, die zwischen den Verbrennungsmotor VM und die Vorschaltgruppe GV geschaltet ist.
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel der Fig. 1 auch dadurch, dass die elektrische Maschine EM über dem Planetengetriebe PG angeordnet ist, wodurch in axialer Richtung Bauraum eingespart werden kann. Das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel der Fig. 1 dadurch, dass zwar keine Vorschaltgruppe GV vorhanden ist, jedoch eine zusätzliche Anfahrkupplung AK zwischen den Verbrennungsmotor VM und das Hauptgetriebe HG geschaltet ist.
Ein weiterer Unterschied des Ausführungsbeispiels der Fig. 3 gegenüber dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 besteht darin, dass im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 das Planetenrad PH2 des Planetengetriebes PG gehäusefest und damit statorseitig angebunden ist, wohingegen dann, wenn das Schaltelement SE die zweite Schaltstellung B einnimmt, die elektrische Maschine EM an das Sonnenrad PS2 des Planetengetriebes PG angebunden ist.
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 unterschiedet sich demnach durch die An- bindung des Planetengetriebes PG, wobei durch die Anbindung in Fig. 3 bei geschlossener Schaltstellung B der Gang 2 für die elektrische Maschine EM kürzer wird. Eine solche Ausgestaltung ist insbesondere bei großen Übersetzungen der Nachschaltgrup- pe GP sinnvoll, um eine bessere Stufung der Übersetzungen für die elektrische Maschine EM zu erreichen. Wird zum Beispiel davon ausgegangen, dass das Planetengetriebe PG eine Standübersetzung i0=-1 .6 und die Nachschaltgruppe GP eine Standübersetzung i0=-3.5 aufweist, so ergibt sich in der Range-Low-Fahrtstufe bei geschloss- ner Schaltposition A und geschlossener Schaltposition C eine Übersetzung von 4.5 und in der Range-High-Fahrtstufe bei geschlossner Schaltposition A und geschlossener Schaltposition D eine Übersetzung von 1 .0, wobei die Zwischenübersetzung für die e- lektrische Maschine EM im Gang 2 bei geschlossener Schaltposition B dann 2.6 beträgt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Antriebsstrangs zeigt Fig. 4. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Fig. 1 einerseits die Anbindung des Planetengetriebes PG geändert, andererseits ist als Planetengetriebe PG ein sogenannter Plus-Satz vorhanden. Unter der Annahme, dass im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 das Planetengetriebe PG eine Standübersetzung i0=+2 und die Nachschaltgruppe eine Standübersetzung i0=-3 aufweist, ergibt sich als Übersetzung für die Range-Low-Fahrtstufe bei geschlossner Schaltposition A und geschlossener Schaltposition C eine Übersetzung von 4, als Übersetzung für die Range-High-Fahrtstufe bei geschlossner Schaltposition A und geschlossener Schaltposition D eine Übersetzung von 1 , und als Zwischengang 2 für die elektrische Maschine EM bei geschlossener Schaltposition B eine Übersetzung von 2.
Bezuqszeichen
AB Achsantrieb
AK Anfahrkupplung
C Range-Low-Fahrtstufe
CT Gruppengetriebe
D Range-High-Fahrtstufe
EM elektrische Maschine
GV Vorschaltgruppe
GP Nachschaltgruppe
HG Hauptgetriebe
PG Planetengetriebe
PS1 Sonnenrad
PS2 Sonnenrad
PH1 Hohlrad
PH2 Hohlrad
SE Schaltelement
SP Schaltpaket
ST1 Steg
ST2 Steg
A Schaltstellung
B Schaltstellung
VM Verbrennungsmotor
wGA Ausgangswelle
WGE Eingangswelle
WH Hauptwelle

Claims

Patentansprüche
1 . Gruppengetriebe (CT), welches zumindest ein Hauptgetriebe (HG) und eine dem Hauptgetriebe (HG) antriebstechnisch nachgeschaltete, in Planetenbauweise ausgeführte Nachschaltgruppe (GP) aufweist, wobei eine Eingangswelle (WGE) des Gruppengetriebes (CT) mit einem Verbrennungsmotor (VM) eines Hybridantriebs und eine Ausgangswelle (WQA) des Gruppengetriebes (CT) mit einem Achsantrieb (AB) koppelbar ist, gekennzeichnet durch ein Planetengetriebe (PG) und ein mit der Nachschaltgruppe (GP), mit dem Planetengetriebe (PG) und mit einer elektrischen Maschine (EM) des Hybridantriebs derart zusammenwirkendes Schaltelement (SE), dass in einer ersten Schaltstellung (A) des Schaltelements (SE) die elektrische Maschine (EM) des Hybridantriebs über eine von der Nachschaltgruppe (GP) bereitgestellte Übersetzung an den Achsantrieb (AB) koppelbar ist, und dass in einer zweiten Schaltstellung (B) des Schaltelements (SE) die elektrische Maschine (EM) des Hybridantriebs über eine von dem Planetengetriebe (PG) bereitgestellte Übersetzung an den Achsantrieb (AB) koppelbar ist, sodass für die elektrische Maschine (EM) mindestens drei Übersetzungen bzw. Gänge zur Verfügung stehen.
2. Gruppengetriebe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Schaltstellung (A) des Schaltelements (SE) die elektrische Maschine (EM) des Hybridantriebs über eine von der Nachschaltgruppe (GP) bereitgestellte Übersetzung unter Umgehung der vom Planetengetriebe (PG) bereitgestellten Übersetzung an die Ausgangswelle (WQA) des Gruppengetriebes (CT) koppelbar ist.
3. Gruppengetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Schaltstellung (B) des Schaltelements (SE) die elektrische Maschine (EM) des Hybridantriebs unter Umgehung der von der Nachschaltgruppe (GP) bereitgestellten Übersetzungen über die vom Planetengetriebe (PG) bereitgestellte Übersetzung an die Ausgangswelle (WQA) des Gruppengetriebes (CT) koppelbar ist.
4. Gruppengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Element bzw. eine Welle der Nachschaltgruppe (GP) und ein Element bzw. eine Welle des Planetengetriebes (PG) fest miteinander gekoppelt sind, sodass die gekoppelten Elemente Drehzahlgleichheit aufweisen.
5. Gruppengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachschaltgruppe (GP) ein Sonnenrad (PS1 ), ein Hohlrad (PH1 ) und einen Steg (ST1 ) aufweist, wobei das Sonnenrad (PS1 ) mit einer Hauptwelle (WH) des Gruppengetriebes (CT) und der Steg (ST1 ) mit der Ausgangswelle (WQA) des Gruppengetriebes (CT) gekoppelt ist, wobei in der ersten Schaltstellung (A) des Schaltelements (SE) die elektrische Maschine (EM) an das Sonnenrad (PS1 ) der Nachschaltgruppe (GP) angebunden ist, und wobei in der zweiten Schaltstellung (B) des Schaltelements (SE) die elektrische Maschine (EM) an das Planetengetriebe (PG) gekoppelt ist.
6. Gruppengetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (PG) ein Sonnenrad (PS2), ein Hohlrad (PH2) und einen Steg (ST2) aufweist, wobei der Steg (ST1 ) der Nachschaltgruppe (GP) und der Steg (ST2) des Planetengetriebes (PG) fest gekoppelt sind.
7. Gruppengetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Schaltstellung (B) des Schaltelements (SE) die elektrische Maschine (EM) des Hybridantriebs an das Hohlrad (PH2) des Planetengetriebes (PG) angebunden ist, wobei dann das Sonnenrad (PS2) des Planetengetriebes (PG) statorseitig bzw. gehäusefest angebunden ist, oder dass alternativ in der zweiten Schaltstellung (B) des Schaltelements (SE) die elektrische Maschine (EM) des Hybridantriebs an das Sonnenrad (PS2) des Planetengetriebes (PG) angebunden ist, wobei dann das Hohlrad (PH2) des Planetengetriebes (PG) statorseitig bzw. gehäusefest angebunden ist.
8. Gruppengetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (PG) ein Sonnenrad (PS2), ein Hohlrad (PH2) und einen Steg (ST2) aufweist, wobei der Steg (ST1 ) der Nachschaltgruppe (GP) und das Hohlrad (PH2) des Planetengetriebes (PG) fest gekoppelt sind.
9. Gruppengetriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Schaltstellung (B) des Schaltelements (SE) die elektrische Maschine (EM) an das Sonnenrad (PS2) des Planetengetriebes (PB) angebunden ist, wobei der Steg (ST2) des Planetengetriebes (PG) statorseitig bzw. gehäusefest angebunden ist.
10. Gruppengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswelle (WGE) des Gruppengetriebes (CT) kupplungslos mit dem Verbrennungsmotor (VM) des Hybridantriebs verbindbar ist, wobei dann die elektrische Maschine (EM) als Anfahrelement dient.
1 1 . Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem einen Verbrennungsmotor (VM) und eine elektrische Maschine (EM) aufweisenden Hybridantrieb und einem automatisierten Gruppengetriebe (CT), wobei das automatisierte Gruppengetriebe (CT) zumindest ein Hauptgetriebe (HG) und eine dem Hauptgetriebe (HG) antriebstechnisch nachgeschaltete, in Planetenbauweise ausgeführte Nachschaltgruppe (GP) aufweist, wobei eine Eingangswelle (WQE) des Gruppengetriebes (CT) mit dem Verbrennungsmotor (VM) des Hybridantriebs und eine Ausgangswelle (WQA) des Gruppengetriebes (CT) mit einem Achsantrieb (AB) in Verbindung steht, gekennzeichnet durch ein Planetengetriebe (PG) und ein mit der Nachschaltgruppe (GP), mit dem Planetengetriebe (PG) und mit der elektrischen Maschine (EM) des Hybridantriebs derart zusammenwirkendes Schaltelement (SE), dass in einer ersten Schaltstellung (A) des Schaltelements die e- lektrische Maschine (EM) des Hybridantriebs über eine von der Nachschaltgruppe (GP) bereitgestellte Übersetzung an den Achsantrieb (AB) koppelbar ist, und dass in einer zweiten Schaltstellung (B) des Schaltelements die elektrische Maschine (EM) des Hybridantriebs über eine von dem Planetengetriebe (PG) bereitgestellte Übersetzung an den Achsantrieb (AB) koppelbar ist, sodass für die elektrische Maschine (EM) mindestens drei Übersetzungen bzw. Gänge zur Verfügung stehen.
12. Antriebsstrang nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gruppengetriebe nach einem der Ansprüche 2 bis 10 ausgebildet ist.
13. Verfahren zum Betreiben eines Gruppengetriebes nach einem der Ansprüche 1 bis 10 bzw. eines Antriebsstrangs nach einem der Ansprüche 1 1 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachschaltgruppe (GP) ausschließlich dann geschaltet wird, wenn das Schaltelement (SE) die zweite Schaltstellung (B) einnimmt und die elektrische Maschine (EM) über die von dem Planetengetriebe (PG) bereitgestellte Übersetzung an den Achsantrieb (AB) gekoppelt ist, sodass die elektrische Maschine (EM) am Achsantrieb (AB) Zugkraft aufrechterhält.
14. Verfahren zum Betreiben eines Gruppengetriebes nach einem der Ansprüche 1 bis 10 bzw. eines Antriebsstrangs nach einem der Ansprüche 1 1 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (SE) ausschließlich dann geschaltet wird, wenn der Verbrennungsmotor (VM) über die Nachschaltgruppe (GP) am Achsantrieb (AB) ein Moment bereitstellt.
15. Verfahren zum Betreiben eines Gruppengetriebes nach einem der Ansprüche 1 bis 10 bzw. eines Antriebsstrangs nach einem der Ansprüche 1 1 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptgetriebe (HG) ausschließlich dann geschaltet wird, wenn die elektrische Maschine (EM) über einen der mindestens drei Übersetzungen bzw. Gänge am Achsantrieb (AB) ein Moment bereitstellt.
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