WO2015043694A1 - Drehmomentübertragungsvorrichtung für ein kraftfahrzeug - Google Patents

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WO2015043694A1
WO2015043694A1 PCT/EP2014/002085 EP2014002085W WO2015043694A1 WO 2015043694 A1 WO2015043694 A1 WO 2015043694A1 EP 2014002085 W EP2014002085 W EP 2014002085W WO 2015043694 A1 WO2015043694 A1 WO 2015043694A1
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transmission device
gear
elements
torque
coupling
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PCT/EP2014/002085
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Steffen Hummel
Michael SCHÖFFMANN
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Audi Ag
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    • F16H37/046—Combinations of toothed gearings only change gear transmissions in group arrangement with an additional planetary gear train, e.g. creep gear, overdrive
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    • F16H61/00—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing
    • F16H61/0059—Braking of gear output shaft using simultaneous engagement of friction devices applied for different gear ratios

Definitions

  • the invention relates to a torque transmission device for a motor vehicle, as well as a motor vehicle with such a torque transmission device.
  • the drive motor By increasing the number of transmission stages of the gearboxes installed in motor vehicles, the drive motor can be operated over a wide speed range in consumption-efficient operating points.
  • the increase of the possible gear ratios therefore represents an effective measure for reducing the fuel consumption of a motor vehicle.
  • the use of automatic transmissions, especially dual-clutch transmissions, additionally supports this effect, since the choice of consumption-optimized translations automatically and very quickly.
  • a torque transmission device for a motor vehicle comprises a drive device, a first transmission device for changing a first gear ratio and a clutch device for selectively coupling and decoupling the drive device and the first gear device.
  • the torque transmission device further comprises a second transmission device for changing a second transmission, wherein the second transmission device is arranged between the drive device and the clutch device.
  • the first transmission device and the second transmission device are connected in series, wherein the second transmission device is arranged in front of the drive device in the power flow in front of the first transmission device.
  • the first transmission device is preferably designed as the main transmission device, which can be influenced by a driver of the motor vehicle via a control element.
  • the second transmission device serves primarily to vary the input speed of the first transmission device. For example, can be doubled by a only two-stage second transmission device, the number of possible translations of the torque transmission device. At the same time, the second transmission device can be made very compact and cost-efficient.
  • the drive device can be operated in almost any speed range in a low-consumption and high-torque operating point. On the one hand, this reduces fuel consumption and, on the other hand, the efficiency of the engine can be better utilized.
  • the second transmission device is an automatic transmission.
  • an automatic transmission in the context of the invention is a transmission to understand that automatically, without intervention of the driver Translation varies.
  • the optimum ratio can be adjusted by means of a suitably designed control device without the driver having to become active himself.
  • a suitably trained actuator which may be electrically, pneumatically and / or hydraulically formed, the switching operations can be implemented in a very short time. On the one hand, this increases the comfort for the vehicle driver and, on the other hand, the positive effects with regard to reduced fuel consumption and better driving dynamics can be better utilized.
  • the second transmission device is a planetary gear.
  • the planetary gear on three elements which are rotatably mounted relative to each other.
  • a first of the elements is coupled to the drive device.
  • a second of the elements is coupled to the coupling device.
  • the 'planetary gear has a coupling device for selectively coupling and uncoupling of the second of the elements and the drive device.
  • the planetary gear has a braking device for selectively coupling and decoupling the third of the elements with a housing of the torque transmitting device.
  • the planetary gear on three elements which are rotatably mounted relative to each other, wherein a first of the elements is coupled to the drive device and a second of the elements is coupled to the coupling device.
  • the planetary gear has a clutch device for selectively coupling and decoupling the second of the elements and the drive device.
  • the Planetary gear on a freewheel device via which a third of the elements is connected to a housing of the torque transmitting device.
  • the torque transmission device in the first of the elements to a Höhlrad, in the second of the elements to a planet carrier and in a third of the elements to a sun gear of the planetary gear.
  • the second transmission device is a countershaft or spur gear type transmission.
  • this second transmission device according to an embodiment of .Drehmomentübertragungsvoriques according to claim 8, a first shaft with a first gear and a second gear, a second shaft with a third gear which meshes with the first gear, and an output shaft with a fourth gear, which with the second gear meshing torque-transmitting and torque transmitting connected to the coupling device having.
  • the second transmission device has an input shaft, which is coupled to transmit torque to the drive device.
  • the second transmission device has a first clutch device for selectively coupling and decoupling the second shaft and the input shaft and a second clutch device for optionally coupling and decoupling the input shaft and the output shaft.
  • the design of the second gear device in countershaft design or spur gear design represents a technical alternative to the planetary design and is used in particular in larger space application.
  • a motor vehicle according to claim 9 comprises a torque transmitting device according to any one of the preceding claims.
  • Figure 1 is a schematic representation of a motor vehicle with a torque transmitting device
  • Figure 2a shows a first embodiment of a torque transmission device
  • Figure 2b shows a second embodiment of a torque transmission device
  • the motor vehicle 1 shows a motor vehicle 1 is shown schematically in a plan view.
  • the motor vehicle 1 has two axles 2, 3, each with two wheels 4, wherein in the exemplary embodiment only one of the two axles 3 is driven for locomotion of the motor vehicle 1.
  • the motor vehicle 1 has a torque transmission device 5 which includes a drive device 6, a first transmission device 7 for changing a first gear ratio, a clutch device 8 for selectively coupling (torque-fixed connection) and decoupling (separating) the drive device 6 and the first transmission device 7 and a second one Transmission device 9 for changing a second translation.
  • the second transmission device is arranged between the drive device 6 and the coupling device 8.
  • the motor vehicle 1 on the driven axle 3 via a transfer case 10, via which the torque generated by the drive device 6 is transmitted to the associated wheels 4.
  • the transfer case 10 may be formed as an open differential or as a limited slip differential.
  • the drive device 6 may be formed, for example, as an electric machine or as an internal combustion engine.
  • the clutch device 8 and the first transmission device 7 in a common housing as a structural unit be summarized (represented by a dashed line).
  • the first transmission device 7 (not shown) by a motor vehicle driver by means of an appropriately designed operating element (not shown) in his Function and translation are influenced.
  • the first transmission device 7 can also be designed as a manual transmission.
  • the second transmission device 9 is advantageously designed as an automatic transmission and has at least two selectable translations, wherein the number of possible translations is usually less than that of the first transmission device. 7
  • the elements of the torque transmission device 5 are arranged in series in the direction of the force flow (represented by arrows) in series.
  • a torque generated by the drive device 6 is transmitted to an input shaft 1 1 of the second transmission device 9, changed there depending on the set ratio and transmitted via an output shaft 12 of the second transmission device 9 to an input part 8 a of the coupling device 8.
  • the coupling device 8 has at least two operating states: First, a closed state, in which the torque received by the second transmission device 9 is transmitted to the first transmission device 7. On the other hand, an open state in which the first transmission device 7 and the second transmission device 9 are decoupled from each other and thus no torque transmission takes place.
  • the torque is further transmitted to the input shaft 13 of the first transmission device 7, and varies in the first transmission device according to the set ratio, passed through an intermediate shaft 14 to the transfer case 10 and there on the wheels 4 of the drive axle. 3 transfer.
  • the torque transmission devices 5 illustrated in FIGS. 2 a, 2 b and 3 have the drive device 6, the second transmission device 9, the clutch device 8 and the first transmission device 7.
  • a dual-mass flywheel 15 and a centrifugal pendulum 16 are arranged between the drive device 6 and the second transmission device 9.
  • the drive device 6 and the first transmission device 7 are shown as simple blocks.
  • the first transmission device 7 and the clutch device 8 are designed as a double-clutch transmission or as a double clutch and integrated in a structural unit (symbolized by dashed lines).
  • the structure and operation of a dual-clutch transmission with dual clutch is described in detail in the prior art, which is why no further comments are made.
  • the exemplary embodiments of FIGS. 2a and 2b have in common that the second transmission device 9 is designed as a planetary gear.
  • the planetary gear have at least three elements which are rotatably mounted relative to each other.
  • the first of the elements is called a ring gear 17, the second of the elements as a planet carrier 18 and the third of the elements formed as a sun gear 19.
  • the planet carrier 18 carries the planet gears 20, which mesh with both the ring gear 17 and the sun gear 19 in engagement.
  • the ring gear 17 and the drive device 6 are coupled via the input shaft 11 of the second transmission device 9 to transmit torque.
  • the skid carrier 20 is connected to the output shaft 12 of the second transmission device 9 and thus to the clutch device 8 'in a torque-tight manner.
  • the planet carrier 20 and the input shaft 11 can be selectively coupled or decoupled by means of a (hydraulically or electrically) controllable coupling device 21 to transmit torque.
  • FIGS. 2a and 2b differ as follows:
  • the second transmission device 9 has a (hydraulically or electrically) controllable braking device 22 by means of which the sun gear 19 and the housing 40 of the torque transmission device 5 can optionally be coupled or decoupled torque-tight.
  • the second transmission device 9 is executed in countershaft design.
  • the second transmission device has a first shaft 24 with a first gear 25 and a second gear 26, a second shaft 27 with a third gear 28, which is connected to the first Gear 25 torque transmitting combs, on.
  • the output shaft 12 of the second transmission device 9 has a fourth gear 29, which meshes with the second gear 26 to transmit torque and is connected to transmit torque to the clutch device 8 (of the dual-clutch transmission 7).
  • a controllable first clutch device 30 of the second transmission device 9 is designed and arranged such that the second shaft 27 and the input shaft 1 1 can be optionally coupled torque-coupled or decoupled.
  • a second clutch device 31 of the second transmission device 9 is designed and arranged such that the output shaft 12 and the input shaft 1 1 can be selectively coupled or decoupled torque transmitting.
  • a first translation is set.
  • the clutch device 21 is closed in the embodiment of Figure 2a and the braking device 22 is opened.
  • the coupling device - 21 is closed and the freewheel device 23 is running freely (no housing-side support of the torque).
  • the first coupling means 30 is opened and the second coupling means 31 is closed.
  • the first ratio is selected so that the speed of the input shaft 1 1 and the speed of the output shaft 12 are (substantially) the same size, that is, a translation of (substantially) 1: 1 is present.
  • a second ratio is set, which is smaller than the first translation.
  • the coupling device 21 is open for this purpose, but the braking device 22 is closed.
  • the Clutch device 21 is opened and the freewheel device 23 locks (support of the torque on the housing).
  • the first coupling means 30 is closed and the second coupling means 31 is opened.
  • the coupling device 8 (of the dual-clutch transmission) is closed and the second transmission device 9 is locked.
  • the coupling device 21 and the braking device 22 are closed for this purpose.
  • an unintentional rolling back of the motor vehicle (see FIG. 1) is prevented and a type of parking brake can be realized.
  • the coupling device 21 is closed.
  • the freewheel device 23 would lock.
  • the first coupling means 30 and the second coupling means 31 are closed.
  • a fourth operating state of the planetary gear no torque is transmitted via the second transmission device 9.
  • the drive device 6 and the first transmission device 7 are decoupled in this fourth operating state.
  • the coupling device 21 and the braking device 22 are opened.
  • the coupling device 21 is opened.
  • the freewheel device 23 would rotate freely and would not support torque on the housing.
  • the first coupling means 30 and the second coupling means 31 are opened.
  • the overall ratio of the first transmission device 9 and the second transmission device 7 essentially corresponds to the set ratio of the first transmission device 7.
  • the ratio currently set on the first transmission device 7 becomes (in other words) through the second transmission device 9 (essentially ) not changed.
  • the ratio currently set on the first transmission device 7 is reduced by the ratio set on the second transmission device 9. This means that the total ratio of the first transmission device 7 and the second transmission device 9 is greater than the ratio set on the first transmission device 7.
  • the shorter overall ratio brings advantages in sporty driving, driving on slopes or in train operation.
  • the clutch device 8 is closed and the second transmission device 9 is locked.
  • This operating state could, for example, be used to display a parking brake. An unintentional rolling away of the motor vehicle in the parked state would be avoided.
  • the drive device 6 Since in the fourth operating state, the power flow between the drive device 6 and the first transmission device 7 is interrupted, when rolling out of the motor vehicle, the drive device 6 can be turned off, which brings a Kraftstofferspamis with it. - Especially in an embodiment of the second transmission device 9 as a planetary gear ratios can be changed very quickly. This results in a relief of the first transmission device 7 at very dynamic switching operations.
  • the switching and dialing operations usually carried out by means of hydraulic actuators, which are supplied by a hydraulic pump with a corresponding control medium (control oil).
  • a hydraulic pump supplied by a hydraulic pump with a corresponding control medium (control oil).
  • control oil supplied by a hydraulic pump with a corresponding control medium (control oil).
  • the currently set ratio is mechanically fixed in the dual-clutch transmission and brought the other sub-transmission in a neutral position. If a change of the transmission is suddenly requested by the driver, this request can be met very quickly by changing the ratio of the second transmission device 9.
  • a driver's request corresponding gear preselection in the second sub-transmission At the same time can be made in the dual-clutch transmission a driver's request corresponding gear preselection in the second sub-transmission. As a result, the response of the torque transmission device 5 is noticeably increased to sudden requirements of the driver.

Abstract

Es wird eine Drehmomentübertragungsvorrichtung (5) für ein Kraftfahrzeug (1) beschrieben, mit einer Antriebsvorrichtung (6), einer ersten Getriebevorrichtung (7) zum Ändern einer ersten Übersetzung, einer Kupplungsvorrichtung (8) zum wahlweisen Koppeln und Entkoppeln der Antriebsvorrichtung (6) und der ersten Getriebevorrichtung (7), einer zweiten Getriebevorrichtung (9) zum Ändern einer zweiten Übersetzung, wobei die zweite Getriebevorrichtung (9) zwischen der Antriebsvorrichtung (7) und der Kupplungsvorrichtung (8) angeordnet ist..

Description

Drehmomentübertragungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Drehmomentübertragungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, sowie ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Drehmomentübertragungsvorrichtung.
Durch Erhöhung der Anzahl der Übersetzungsstufen der in Kraftfahrzeugen verbauten Getriebe kann der Antriebsmotor über einen weiten Geschwindigkeitsbereich in verbrauchseffizienten Betriebspunkten betrieben werden. Die Erhöhung der möglichen Übersetzungsstufen stellt daher eine wirksame Maßnahme zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs eines Kraftfahrzeugs dar. Die Verwendung von Automatikgetrieben, insbesondere Doppelkupplungsgetrieben, unterstützt diesen Effekt zusätzlich, da die Wahl der verbrauchsoptimal Übersetzungen automatisch und sehr schnell erfolgt.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Drehmomentübertragungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug und ein damit ausgestattetes Kraftfahrzeug bereitzustellen, welche sich durch eine Vielzahl von Übersetzungsstufen bei gleichzeitig geringen Kosten und kompakten Bauraum auszeichnen.
Diese Aufgabe wird durch die Drehmomentübertragungsvorrichtung und das Kraftfahrzeug gemäß der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Eine .Drehmomentübertragungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Anspruch 1 weist eine Antriebsvorrichtung, eine erste Getriebevorrichtung zum Ändern einer ersten Übersetzung und eine Kupplungsvorrichtung zum wahlweisen Koppeln und Entkoppeln der Antriebsvorrichtung und der ersten Getriebevorrichtung auf. Die Drehmomentübertragungsvorrichtung weist ferner eine zweite Getriebevorrichtung zum Ändern einer zweiten Übersetzung auf, wobei die zweite Getriebevorrichtung zwischen der Antriebsvorrichtung und der Kupplungsvorrichtung angeordnet ist.
Die erste Getriebevorrichtung und die zweite Getriebevorrichtung sind in Reihe geschaltet, wobei die zweite Getriebevorrichtung ausgehend von den Antriebsvorrichtung im Kraftfluss vor der ersten Getriebevorrichtung angeordnet ist. Die erste Getriebevorrichtung ist dabei vorzugsweise als die Hauptgetriebevorrichtung ausgebildet, auf die ein Fahrzeugführer des Kraftfahrzeugs über ein Bedienelement Einfluss nehmen kann. Die zweite Getriebevorrichtung hingegen dient vor allem dazu, die Eingangsdrehzahl der ersten Getriebevorrichtung zu variieren. Beispielsweise kann durch eine nur zweistufig ausgebildete zweite Getriebevorrichtung die Anzahl der möglichen Übersetzungen der Drehmomentübertragungsvorrichtung verdoppelt werden. Gleichzeitig kann die zweite Getriebevorrichtung sehr kompakt und kosteneffizient ausgestaltet werden. Durch entsprechende Stufung und Spreizung der ersten und zweiten Getriebevorrichtung und deren gegenseitige Abstimmung auf die jeweilige Antriebsvorrichtung, kann die Antriebsvorrichtung in nahezu jedem Geschwindigkeitsbereich in einem verbrauchsgünstigen und drehmomentstarken Betriebspunkt betrieben werden. Dadurch sinkt zum einen der Kraftstoffverbrauch, zum anderen kann die Leistungsfähigkeit des Motors besser genutzt werden.
In einer Ausgestaltung der Drehmomentübertragungsvorrichtung nach Anspruch 2 handelt es sich bei der zweiten Getriebevorrichtung um ein Automatikgetriebe.
Unter einem Automatikgetriebe im Sinne der Erfindung ist ein Getriebe zu verstehen, das selbsttätig, ohne Eingriff des Fahrzeugführers die Übersetzung variiert. , Die optimale Übersetzung kann mittels einer entsprechend ausgebildeten Steuervorrichtung eingestellt werden, ohne dass der Fahrzeugführer selbst aktiv werden muss. Durch eine entsprechend ausgebildete Aktuatorik, welche elektrisch, pneumatisch und/oder hydraulisch ausgebildet sein kann, können die Schaltvorgänge in sehr kurzer Zeit umgesetzt werden. Dies erhöht zum einen den Komfort für den Fahrzeugführer, zum anderen können die positiven Effekte hinsichtlich des reduzierten Kräftstoffverbrauchs und der besseren Fahrdynamik besser ausgenutzt werden.
In einer Ausgestaltung der Drehmomentübertragungsvorrichtung nach Anspruch 3 handelt es sich bei der zweiten Getriebevorrichtung um ein Planetengetriebe.
In einer In einer Ausgestaltung der Drehmomentübertragungsvorrichtung nach Anspruch 4 weist das Planetengetriebe drei Elemente auf, welche relativ zueinander drehbar gelagert sind. Dabei ist ein erstes der Elemente mit der Antriebsvorrichtung gekoppelt. Ein zweites der Elemente ist mit der Kupplungsvorrichtung gekoppelt. Das ' Planetengetriebe weist eine Kupplungseinrichtung zum wahlweisen Koppeln und Entkoppeln des zweiten der Elemente und der Antriebsvorrichtung auf. Ferner weist das Planetengetriebe eine Bremseinrichtung zum wahlweisen Koppeln und Entkoppeln des dritten der Elemente mit einem Gehäuse der Drehmomentübertragungsvorrichtung auf.
Bei einer Ausgestaltung der Drehmomentübertragungsvorrichtung nach Anspruch 5 weist das Planetengetriebe drei Elemente auf, welche relativ zueinander drehbar gelagert sind, wobei ein erstes der Elemente mit der Antriebsvorrichtung gekoppelt ist und ein zweites der Elemente mit der Kupplungsvorrichtung gekoppelt ist. Das Planetengetriebe weist eine Kupplungseinrichtung zum wahlweisen Koppeln und Entkoppeln des zweiten der Elemente und der Antriebsvorrichtung auf. Ferner weist das Planetengetriebe eine Freilaufeinrichtung auf, über welche ein drittes der Elemente mit einem Gehäuse der Drehmomentübertragungsvorrichtung verbunden ist.
Bei einer Ausgestaltung der Drehmomentübertragungsvorrichtung nach Anspruch 6 handelt es sich bei dem ersten der Elemente um ein Höhlrad, bei dem zweiten der Elemente um einen Planetenträger und bei einem dritten der Elemente um ein Sonnenrad des Planetengetriebes.
Die Ausgestaltung der zweiten Getriebevorrichtung aus Planetengetriebe in den vorteilhaften Ausgestaltungen gemäß der Ansprüche 4, 5 und 6 ermöglicht eine kostengünstige und betriebssichere technische Umsetzung der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragüngsvorrichtung bei gleichzeitig sehr kompakter Bauweise.
Bei einer Ausgestaltung der Drehmomentübertragungsvorrichtung nach Anspruch 7 handelt es sich bei der zweiten Getriebevorrichtung um ein Getriebe in Vorgelegebauweise bzw. Stirnradbauweise.
Dabei kann diese zweite Getriebevorrichtung gemäß einer Ausgestaltung der .Drehmomentübertragungsvorrichtung nach Anspruch 8 eine erste Welle mit einem ersten Zahnrad und einem zweiten Zahnrad, eine zweite Welle mit einem dritten Zahnrad welches mit dem ersten Zahnrad drehmomentübertragend kämmt, und eine Ausgangswelle mit einem vierten Zahnrad, welches mit dem zweiten Zahnrad drehmomentübertragend kämmt und drehmomentübertragend mit der Kupplungsvorrichtung verbunden ist, aufweisen. Ferner weist die zweite Getriebevorrichtung eine Eingangswelle auf, welche mit der Antriebsvorrichtung drehmomentübertragend gekoppelt ist. Weiterhin weist die zweite Getriebevorrichtung eine erste Kupplungseinrichtung zum wahlweisen Koppeln und Entkoppeln der zweiten Welle und der Eingangswelle und eine zweite Kupplungseinrichtung zum wahlweisen Koppeln und Entkoppeln der Eingangswelle und der Ausgangswelle auf.
Die Ausgestaltung der zweiten Getriebevorrichtung in Vorgelegebauweise bzw. Stirnradbauweise stellt eine technische Alternative zur Planetenbauweise dar und findet insbesondere bei größerem Bauraum Anwendung.
Ein Kraftfahrzeug gemäß dem Anspruch 9 weist eine Drehmomentübertragungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche auf.
Bezüglich der Vorteile dieses Kraftfahrzeugs wird auf die Ausführungen zu den vorangehenden Ansprüchen verwiesen, welcher in analoger Weise auch hier Gültigkeit haben.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert.
In den Figuren sind:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Drehmomentübertragungsvorrichtung;
Figur 2a ein erstes Ausführungsbeispiel einer Drehmomentübertragungsvorrichtung;
Figur 2b ein zweites Ausführungsbeispiel einer Drehmomentübertragungsvorrichtung;
Figur 3 ein drittes Ausführungsbeispiel der Drehmomentübertragungsvorrichtung. In Figur 1 ist ein Kraftfahrzeug 1 in einer Draufsicht schematisch dargestellt. Das Kraftfahrzeug 1 verfügt über zwei Achsen 2, 3 mit jeweils zwei Rädern 4, wobei im Ausführungsbeispiel nur eine der beiden Achsen 3 zur Fortbewegung des Kraftfahrzeugs 1 angetrieben wird. Das Kraftfahrzeug 1 verfügt über eine Drehmomentübertragungsvorrichtung 5, welche eine Antriebsvorrichtung 6, eine erste Getriebevorrichtung 7 zum Ändern einer ersten Übersetzung, eine Kupplungsvorrichtung 8 zum wahlweisen Koppeln (drehmomentfeste Verbindung) und Entkoppeln (Trennen) der Antriebsvorrichtung 6 und der ersten Getriebevorrichtung 7 und eine zweite Getriebevorrichtung 9 zum Ändern einer zweiten Übersetzung aufweist. Die zweite Getriebevorrichtung ist dabei zwischen der Antriebsvorrichtung 6 und der Kupplungsvorrichtung 8 angeordnet.
Des Weiteren weist das Kraftfahrzeug 1 an der angetriebenen Achse 3 über ein Verteilergetriebe 10, über welches das von der Antriebsvorrichtung 6 erzeugte Drehmoment an die zugeordneten Räder 4 übertragen wird. Das Verteilergetriebe 10 kann als offenes Differenzial oder als Sperrdifferential ausgebildet sein.
Die Antriebsvorrichtung 6 kann beispielsweise als Elektromaschine oder als Brennkraftmaschine ausgebildet sein.
Die erste Getriebevorrichtung 7 stellt das Hauptgetriebe der Kraftfahrzeugs dar. Sie ist vorteilhafterweise als Automatikgetriebe, vorzugsweise als Doppelkupplungsgetriebe, ausgebildet und verfügt eine größere Anzahl an einstellbaren Übersetzungen als die zweite Getriebevorrichtung 9. Die Kupplungsvorrichtung 8 und die erste Getriebevorrichtung 7 können in einem gemeinsamen Gehäuse als eine Baueinheit zusammengefasst sein (dargestellt durch eine gestrichelte Linie). Die erste Getriebevorrichtung 7 kann von einem Kraftfahrzeugführer (nicht dargestellt) mittels eines entsprechend ausgebildeten Bedienelements (nicht dargestellt) in seiner Funktion und Übersetzung beeinflusst werden. Grundsätzlich kann die erste Getriebevorrichtung 7 jedoch auch als Handschaltgetriebe ausgebildet sein.
Die zweite Getriebevorrichtung 9 ist vorteilhafterweise als Automatikgetriebe ausgebildet und verfügt über mindestens zwei wählbare Übersetzungen, wobei die Anzahl der möglichen Übersetzungen in der Regel geringer ist als die der ersten Getriebevorrichtung 7.
Die Elemente der Drehmomentübertragungsvorrichtung 5 sind in Richtung des Kraftflusses (dargestellt durch Pfeile) in Reihe hintereinander angeordnet. Ein von der Antriebsvorrichtung 6 erzeugtes Drehmoment wird an eine Eingangswelle 1 1 der zweiten Getriebevorrichtung 9 übertragen, dort je nach eingestellter Übersetzung verändert und über eine Ausgangswelle 12 der zweiten Getriebevorrichtung 9 an ein Eingangsteil 8a der Kupplungsvorrichtung 8 übertragen. Die Kupplungsvorrichtung 8 hat zumindest zwei Betriebszustände: Zum einen geschlossenen Zustand, bei dem das von der zweiten Getriebevorrichtung 9 eingehende Drehmoment an die erste Getriebevorrichtung 7 übertragen wird. Zum anderen einen offenen Zustand, bei dem die erste Getriebevorrichtung 7 und die zweite Getriebevorrichtung 9 voneinander entkoppelt sind und somit keine Drehmomentübertragung erfolgt.
Von einem Ausgangsteil 8b der Kupplungsvorrichtung 8 wird das Drehmoment weiter an die Eingangswelle 13 der ersten Getriebevorrichtung 7 übertragen, und in der ersten Getriebevorrichtung entsprechend der eingestellten Übersetzung variiert, über eine Zwischenwelle 14 an das Verteilergetriebe 10 geleitet und dort auf die Räder 4 der Antriebsachse 3 übertragen.
Im Folgenden werden anhand der Figuren 2a, 2b und 3 drei Ausführungsbeispiele der Drehmomentübertragungsvorrichtung 5 beschrieben, wobei die zweite Getriebevorrichtung 9 bei den Ausführungsbeispielen der Figuren 2a und 2b als Planetengetriebe und bei dem Ausführungsausgebildet der Figur 3 in Vorgelegebauweise bzw. als Stirnradgetriebe ausgebildet ist. Die drei Ausführungsbeispiele unterscheiden sich lediglich durch den Aufbau der zweiten Getriebevorrichtung 9. Zur Vermeidung von Wiederholungen bei der Beschreibung werden zunächst die den Ausführungsbeispielen gemeinsamen Teile beschrieben. Gleiche Elemente sind dabei mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet:
Die in den Figuren 2a, 2b und 3 dargestellten Drehmomentübertragungsvorrichtungen 5 weisen die Antriebsvorrichtung 6, die zweite Getriebevorrichtung 9, die Kupplungsvorrichtung 8 und die erste Getriebevorrichtung 7 auf. Aus Komfortgründen sind zwischen der Antriebsvorrichtung 6 und der zweiten Getriebevorrichtung 9 ein Zweimassenschwungrad 15 und ein Fliehkraftpendel 16 angeordnet. Aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit sind die Antriebsvorrichtung 6 und die erste Getriebevorrichtung 7 als einfache Blöcke dargestellt.
Die erste Getriebevorrichtung 7 bzw. die Kupplungsvorrichtung 8 sind als Doppelkupplungsgetriebe bzw. als Doppelkupplung ausgebildet und in einer Baueinheit (gestrichelt symbolisiert) integriert. Der Aufbau und die Funktionsweise eines Doppelkupplungsgetriebes samt Doppelkupplung ist im Stand der Technik ausführlich beschrieben, weshalb dazu keine weiteren Ausführungen gemacht werden.
Im Folgenden werden nun die unterschiedlich aufgebauten, zweiten Getriebevorrichtungen 9 mit Bezug auf die Figuren 2a, 2b und 3 näher beschrieben:
Den Ausführungsbeispielen der Figuren 2a und 2b ist gemein, dass die zweite Getriebevorrichtung 9 als Planetengetriebe ausgeführt sind. Die Planetengetriebe weisen zumindest drei Element auf, welche relativ zueinander drehbar gelagert sind. Das Erste der Elemente ist als ein Hohlrad 17, das zweite der Elemente als ein Planetenträger 18 und das dritte der Elemente als Sonnenrad 19 ausgebildet. Der Planetenträger 18 trägt die Planetenzahnräder 20, welche sowohl mit dem Hohlrad 17 als auch mit dem Sonnenrad 19 kämmend in Eingriff stehen.
Das Hohlrad 17 und die Antriebsvorrichtung 6 sind über die Eingangswelle 11 der zweiten Getriebevorrichtung 9 drehmomentübertragend gekoppelt. Der Plänetenträger 20 ist zum einen mit der Ausgangswelle 12 der zweiten Getriebevorrichtung 9 und somit mit der Kupplungsvorrichtung 8 ' drehmomentfest verbunden. Zum anderen können der Planetenträger 20 und die Eingangswelle 11 mittels einer (hydraulisch oder elektrisch) steuerbaren Kupplungseinrichtung 21 wahlweise drehmomentübertragend gekoppelt oder entkoppelt werden.
Die Ausführungsbeispiele der Figuren 2a und 2b unterschieden sich folgendermaßen:
In dem Ausführungsbeispiel der Figur 2a weist die zweite Getriebevorrichtung 9 eine (hydraulisch oder elektrisch) steuerbare Bremseinrichtung 22 auf, mittels der das Sonnenrad 19 und das Gehäuse 40 der Drehmomentübertragungsvorrichtung 5 wahlweise drehmomentfest gekoppelt oder entkoppelt werden kann.
Im Gegensatz dazu weist die zweite Getriebevorrichtung 9 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 2b eine Freilaufeinrichtung 23 auf, über welche das Sonnenrad 19 des Planetengetriebes mit dem Gehäuse 40 der Drehmomentübertragungsvorrichtung 5 verbunden ist.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 3 ist die zweite Getriebevorrichtung 9 in Vorgelegebauweise ausgeführt. Die zweite Getriebevorrichtung weist eine erste Welle 24 mit einem ersten Zahnrad 25 und einem zweiten Zahnrad 26, eine zweite Welle 27 mit einem dritten Zahnrad 28, welches mit dem ersten Zahnrad 25 drehmomentübertragend kämmt, auf. Die Ausgangswelle 12 der zweiten Getriebevorrichtung 9 weist ein viertes Zahnrad 29 auf, welches mit dem zweiten Zahnrad 26 drehmomentübertragend kämmt und drehmomentübertragend mit der Kupplungsvorrichtung 8 (des Doppelkupplungsgetriebes 7) verbunden ist. Eine steuerbare erste Kupplungsvorrichtung 30 der zweiten Getriebevorrichtung 9 ist derart ausgebildet und angeordnet, dass die zweite Welle 27 und die Eingangswelle 1 1 wahlweise drehmomentübertragend gekoppelt oder entkoppelt werden können. Eine zweite Kupplungseinrichtung 31 der zweiten Getriebevorrichtung 9 ist derart ausgebildet und angeordnet, dass die Ausgangswelle 12 und die Eingangswelle 1 1 wahlweise drehmomentübertragend gekoppelt oder entkoppelt werden können.
Bei den Drehmomentübertragungseinrichtungen können mehrere Betriebszustände eingestellt werden:
In einem ersten Betriebszustand ist eine erste Übersetzung eingestellt. Dazu ist beim Ausführungsbeispiel der Figur 2a die Kupplungseinrichtung 21 geschlossen und die Bremseinrichtung 22 geöffnet. Beim Ausführungsbeispiel der Figur 2b ist die Kupplungseinrichtung - 21 geschlossen und die Freilaufeinrichtung 23 läuft frei (keine gehäuseseitige Abstützung des Drehmoments). Beim Ausführungsbeispiel der Figur 3 ist die erste Kupplungseinrichtung 30 geöffnet und die zweite Kupplungseinrichtung 31 geschlossen. Vorteilhafterweise ist die erste Übersetzung so gewählt, dass die Drehzahl der Eingangswelle 1 1 und die Drehzahl der Ausgangswelle 12 (im Wesentlichen) gleich groß sind, also eine Übersetzung von (im Wesentlichen) 1 :1 vorliegt.
In einem zweiten Betriebszustand ist eine zweite Übersetzung eingestellt, welche kleiner ist als die erste Übersetzung. Beim Ausführungsbeispiel der Figur 2a ist dazu die Kupplungseinrichtung 21 geöffnet, die Bremseinrichtung 22 jedoch geschlossen. Beim Ausführungsbeispiel der Figur 2b ist die Kupplungseinrichtung 21 geöffnet und die Freilaufeinrichtung 23 sperrt (Abstützung des Drehmoments am Gehäuse). Beim Ausführungsbeispiel der Figur 3 ist die erste Kupplungseinrichtung 30 geschlossen und die zweite Kupplungseinrichtung 31 geöffnet.
In einem dritten Betriebszustand sind die Kupplungsvorrichtung 8 (des Doppelkupplungsgetriebes) geschlossen und die zweite Getriebevorrichtung 9 verblockt. Beim Ausführungsbeispiel der Figur 2a sind dazu die Kupplungseinrichtung 21 und die Bremseinrichtung 22 geschlossen. Dadurch kann ein ungewolltes Zurückrollen des Kraftfahrzeugs (siehe Figur 1 ) verhindert und eine Art Parkbremse realisiert werden. Beim Ausführungsbeispiel . der Figur 2b ist die Kupplungseinrichtung 21 geschlossen. Beim Zurückrollen des Kraftfahrzeugs 1 ■ würde die Freilaufeinrichtung 23 sperren. Beim Ausführungsbeispiel der Figur 3 sind die erste Kupplungseinrichtung 30 und die zweite Kupplungseinrichtung 31 geschlossen.
Im einem vierten Betriebszustand des Planetengetriebes wird kein Drehmoment über die zweite Getriebevorrichtung 9 übertragen. Die Antriebsvorrichtung 6 und die erste Getriebevorrichtung 7 sind in diesem vierten Betriebszustand entkoppelt. Beim Ausführungsbeispiel der Figur 2a sind die Kupplungseinrichtung 21 und die Bremseinrichtung 22 geöffnet. Beim Ausführungsbeispiel der Figur 2b ist die Kupplungseinrichtung 21 geöffnet. In einem Schubzustand des Kraftfahrzeugs 1 würde die Freilaufeinrichtung 23 frei drehen und würde kein Drehmoment an dem Gehäuse abstützen. Beim Ausführungsbeispiel der Figur 3 sind die erste Kupplungseinrichtung 30 und die zweite Kupplungseinrichtung 31 geöffnet. Durch die Entkopplung der Antriebsvorrichtung von den Rädern 4 wäre, z.B. beim Rollen des Kraftfahrzeugs 1 an einem Gefälle, ein Abschalten der Antriebsvorrichtung 6 und damit eine weitere Kraftstoffeinsparung möglich. Die beschriebenen Drehmomentübertragungsvorrichtungen 5 weisen folgende Vorteile auf:
- Im ersten Betriebszustand entspricht die Gesamtübersetzung der ersten Getriebevorrichtung 9 und der zweiten Getriebevorrichtung 7 im Wesentlichen der der eingestellten Übersetzung der ersten Getriebevorrichtung 7. Die an der ersten Getriebevorrichtung 7 aktuell eingestellte Übersetzung wird - mit anderen Worten - durch die zweite Getriebevorrichtung 9 (im Wesentlichen) nicht verändert. Durch eine entsprechend lange Auslegung der ersten Getriebevorrichtung 7 können ein geringer Kraftstoffverbrauch und eine geringe Geräuschentwicklung erzielt werden, bsp. bei gleichmäßiger Fahrt.
- Im zweiten Betriebszustand wird die an der ersten Getriebevorrichtung 7 aktuell eingestellte Übersetzung durch die an der zweiten Getriebevorrichtung 9 eingestellte Übersetzung untersetzt. Das bedeutet, dass die Gesamtübersetzung der ersten Getriebevorrichtung 7 und der zweiten Getriebevorrichtung 9 größer ist, als die an der ersten Getriebevorrichtung 7 eingestellten Übersetzung. Die kürzere Gesamtübersetzung bringt Vorteile bei sportlicher Fahrweise, Fahrten an Steigungen oder im Zugbetrieb.
- Im dritten Betriebszustand (Kupplungseinrichtung und Bremseinrichtung geschlossen) sind die Kupplungsvorrichtung 8 geschlossen und die zweite Getriebevorrichtung 9 verblockt. Dieser Betriebszustand könnte beispielsweise zur Darstellung einer Parkbremse genutzt werden. Ein ungewolltes Wegrollen des Kraftfahrzeugs im geparkten Zustand würde vermieden werden.
- Da beim vierten Betriebszustand der Kraftfluss zwischen der Antriebsvorrichtung 6 und der ersten Getriebevorrichtung 7 unterbrochen ist, kann beim Ausrollen des Kraftfahrzeugs die Antriebsvorrichtung 6 ausgeschaltet werden, was eine Kraftstofferspamis mit sich bringt. - Insbesondere bei einer Ausgestaltung der zweiten Getriebevorrichtung 9 als Planetengetriebe können die Übersetzungen sehr schnell gewechselt werden. Dadurch ergibt sich eine Entlastung der ersten Getriebevorrichtung 7 bei sehr dynamischen Schaltvorgängen.
- Im Falle einer Ausbildung der ersten Getriebevorrichtung 7 als Doppelkupplungsgetriebe erfolgen die Schalt- und Wählvorgänge meist mittels hydraulischer Aktuatoren, welche von einer Hydraulikpumpe mit einem entsprechenden Steuermedium (Steuerungsöl) versorgt werden. Insbesondere bei längeren Konstantfahrten wird die aktuell eingestellte Übersetzung im Doppelkupplungsgetriebe mechanisch fixiert und das jeweils andere Teilgetriebe in eine Neutralstellung gebracht. Wird vom Fahrzeugführer nun plötzlich ein Wechsel der Übersetzung angefordert, so kann diesem Wunsch zunächst sehr schnell durch Änderung der Übersetzung der zweiten Getriebevorrichtung 9 entsprochen werden. Gleichzeitig kann im Doppelkupplungsgetriebe eine dem Fahrerwunsch entsprechende Gangvorwahl im zweiten Teilgetriebe vorgenommen werden. Dadurch wird das Ansprechverhalten der Drehmomentübertragungsvorrichtung 5 auf plötzliche Anforderungen des Fahrers spürbar gesteigert.

Claims

Patentansprüche
Drehmomentübertragungsvorrichtung (5) für ein Kraftfahrzeug (1 ), mit einer Antriebsvorrichtung (6),
einer ersten Getriebevorrichtung (7) zum Ändern einer ersten Übersetzung,
einer Kupplungsvorrichtung (8) zum wahlweisen Koppeln und Entkoppeln der Antriebsvorrichtung (6) und der ersten Getriebevorrichtung (7),
einer zweiten Getriebevorrichtung (9) zum Ändern einer zweiten Übersetzung, wobei die zweite Getriebevorrichtung (9) zwischen der Antriebsvorrichtung (7) und der Kupplungsvorrichtung (8) angeordnet ist.
Drehmomentübertragungsvorrichtung (5) nach Anspruch 1 , wobei es sich bei der zweiten Getriebevorrichtung (9) um ein Automatikgetriebe handelt.
Drehmomentübertragungsvorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei es sich bei der zweiten Getriebevorrichtung (9) um ein Planetengetriebe handelt.
Drehmomentübertragungsvorrichtung (5) nach Anspruch 3, wobei das Planetengetriebe drei Elemente aufweist, welche relativ zueinander drehbar gelagert sind, wobei
ein erstes der Elemente mit der Antriebsvorrichtung (6) gekoppelt ist, ein zweites der Elemente mit der Kupplungsvorrichtung (8) gekoppelt ist,
- ' das Planetengetriebe eine Kupplungseinrichtung (21) zum wahlweisen Koppeln und Entkoppeln des zweiten der Elemente und der Antriebsvorrichtung (6) aufweist, und
das Planetengetriebe eine Bremseinrichtung (22) zum wahlweisen Koppeln und Entkoppeln eines dritten der Elemente mit einem Gehäuse (40) der Drehmomentübertragungsvorrichtung (5) aufweist.
5. Drehmomentübertragungsvorrichtung (5) nach Anspruch 3, wobei das Planetengetriebe drei Elemente aufweist, welche relativ zueinander drehbar gelagert sind, wobei
ein erstes der Elemente mit der Antriebsvorrichtung (6) gekoppelt ist, ein zweites der Elemente mit der Kupplungsvorrichtung (8) gekoppelt ist,
das Planetengetriebe eine Kupplungseinrichtung (21 ) zum wahlweisen Koppeln und Entkoppeln des zweiten der Elemente und der Antriebsvorrichtung (6) aufweist, und
das Planetengetriebe eine Freilaufeinrichtung (23) aufweist, über welche ein drittes der Elemente mit einem Gehäuse (40) der Drehmomentübertragungsvorrichtung (5) verbunden ist.
6. Drehmomentübertragungsvorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 4 bis 5, wobei es sich bei dem ersten der Elemente um ein Hohlrad (17), bei dem zweiten der Elemente um einen Planetenträger (18) und bei dem dritten der Elemente um ein Sonnenrad (19) des Planetengetriebes handelt.
7. Drehmomentübertragungsvorrichtung (5) nach einem der Ansprühe 1 bis 2, wobei es sich bei der zweiten Getriebevorrichtung (9) um ein Getriebe in Vorgelegebauweise handelt. Drehmomentübertragungsvorrichtung (5) nach Anspruch 7, wobei die zweite Getriebevorrichtung (9) aufweist:
eine erste Welle (24) mit einem ersten Zahnrad (25) und einem zweiten Zahnrad (26),
eine zweite Welle (27) mit einem dritten Zahnrad (28), welches mit dem ersten Zahnrad (25) kämmt,
eine Ausgangswelle (12) mit einem vierten Zahnrad (29), welches mit dem zweiten Zahnrad (26) kämmt und drehmomentübertragend mit der Kupplungsvorrichtung (8) gekoppelt ist,
eine Eingangswelle (11 ), welche mit der Antriebsvorrichtung (6) drehmomentübertragend gekoppelt ist,
eine erste Kupplungseinrichtung (30) zum wahlweisen Koppeln und Entkoppeln der zweiten Welle (27) und der Eingangswelle (1 1), eine zweite Kupplungseinrichtung (31) zum wahlweisen Koppeln und Entkoppeln der Eingangswelle (1 1 ) und der Ausgangswelle (12).
Kraftfahrzeug (1) mit einer Drehmomentübertragungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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