WO2015090835A1 - Getriebe, hybridantriebsstrang und antriebsstrang für elektrofahrzeug - Google Patents

Getriebe, hybridantriebsstrang und antriebsstrang für elektrofahrzeug Download PDF

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WO2015090835A1
WO2015090835A1 PCT/EP2014/075125 EP2014075125W WO2015090835A1 WO 2015090835 A1 WO2015090835 A1 WO 2015090835A1 EP 2014075125 W EP2014075125 W EP 2014075125W WO 2015090835 A1 WO2015090835 A1 WO 2015090835A1
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WO
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shaft
hrs
zusatzradsatzes
zrs
transmission
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Application number
PCT/EP2014/075125
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English (en)
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Inventor
Peter Ziemer
Raffael Kuberczyk
Christian Sibla
Andreas Beisswenger
Eckehard MÜNCH
Original Assignee
Zf Friedrichshafen Ag
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Publication date
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    • F16H2200/2012—Transmissions using gears with orbital motion characterised by the number of sets of orbital gears with four sets of orbital gears
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    • F16H2200/2051—Transmissions using gears with orbital motion characterised by the engaging friction means not of the freewheel type, e.g. friction clutches or brakes with eight engaging means
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the invention relates to a transmission having a transmission input shaft and a transmission output shaft, a main gearset, a 1925radsatz, and an electric machine having a rotor and a stator, wherein the transmission has at least one power path between the transmission input shaft and the main gear, wherein the main gearset having a first and a second planetary gear set with a total of four in speed order as the first, second, third and fourth waves, the at least one power path via at least one switching element with at least one of the four shafts of the main gear is connectable, wherein the third shaft the main gear is connected to the transmission output shaft, and wherein the toastradsatz has a planetary gear set with a first, second and third shaft.
  • the invention also relates to a drive train for a motor vehicle with a transmission.
  • the switching elements are, for example, clutches or brakes here.
  • Such transmissions are mainly used in motor vehicles to adjust the speed and torque output capability of the drive unit to the driving resistance of the vehicle in a suitable manner.
  • the object of the invention is to improve the load switching behavior of the transmission in selected gears.
  • the object is solved by the features of patent claim 1, wherein advantageous embodiments of the dependent claims, the description and from the figures.
  • the transmission includes at least a transmission input shaft and a transmission output shaft, a main gearset, a 1925radsatz, and an electric machine with a rotor and a stator.
  • the main gearset has a first and a second planetary gear set with a total of four designated in speed order as the first, second, third and fourth wave waves.
  • the main gearset is thus designed as a two-bar four-shaft gearbox.
  • the third shaft of the main gearset is connected to the transmission output shaft.
  • the astaradsatz has a planetary gear set with a total of three designated as first, second, and third wave waves.
  • a coupling shaft is defined as a permanent mechanical connection between an element - ie sun gear or web or ring gear - of the first single planetary gear set with one element - ie sun gear or web or ring gear - of the second single planetary gear set
  • the number of free shafts is defined not by the visual appearance of the transmission, but by its kinematics: In each of the gears of a two-bridge four-shaft transmission, two of the shifting elements connected to elements of the two-bridge four-shaft transmission must be used
  • the graphical representation of the kinematics of the transmission is usually a speed plan of the transmission used, for example, the known from the Gauge Kutzbach plan.
  • a reduced two-bridge four-shaft transmission is a design of a two-bridge four-shaft transmission, in which an element - ie a sun gear, a bridge or a ring gear - of the transmission is saved, as another element of the Getriebes takes over its task without changing the kinematics thereby.
  • the element which takes over the function of the saved element is thus at the same time one of the coupling shafts of the transmission.
  • a known embodiment of this is the Ravigneaux wheelset, which has either two sun gears and only one ring gear or two ring gears and only one sun gear.
  • the transmission input shaft via at least one switching element with at least one of the four shafts of the main gear is connectable.
  • the at least one power path can be connected via two switching elements to two of the four shafts of the main gearset. By closing one of the switching elements thus a rotationally fixed connection between the at least one power path and one of the four shafts of the main gear is made, whereby torque from the transmission input shaft to the main gear is feasible.
  • at least one power path is meant that the transmission has one or more power paths between the transmission input shaft and the main gearset.
  • the transmission input shaft When used in a motor vehicle, the transmission input shaft is connected to a shaft of a drive unit or connectable via a coupling, so that mechanical power of the drive unit of the transmission input shaft can be fed.
  • the drive unit can be designed both as an internal combustion engine and as an electrical machine.
  • the transmission output shaft serves as
  • a shaft is not exclusively to be understood as meaning, for example, a cylindrical, rotatably mounted machine element for transmitting torques, but rather also as meaning general connecting elements which connect individual components or elements to one another, in particular special connecting elements that connect a plurality of elements rotationally fixed to each other.
  • a planetary gear set includes a sun gear, a land and a ring gear. Rotatably mounted on the web are planet gears, which mesh with the toothing of the sun gear and / or with the toothing of the ring gear.
  • a negative gearset describes a planetary gear set with a web on which the planetary gears are rotatably mounted, with a sun gear and with a ring gear, wherein the toothing meshes with at least one of the planet gears both with the toothing of the sun gear and with the toothing of the ring gear whereby the ring gear and the sun gear rotate in opposite directions of rotation when the sun gear rotates at a stationary web.
  • Both sun gear and ring gear of a planetary gear set can also be divided into several segments.
  • the planet gears mesh with two sun gears, which are not connected to each other.
  • the speed ratios are of course identical on both segments of the sun gear, as if they were connected together.
  • a plus gear set differs from the negative planetary gear set just described in that the plus gear set has inner and outer planet gears rotatably supported on the land.
  • the toothing of the inner planet gears meshes on the one hand with the teeth of the sun gear and on the other hand with the teeth of the outer planetary gears.
  • the toothing of the outer planetary gears also meshes with the teeth of the ring gear. This has the consequence that rotate at a fixed land, the ring gear and the sun gear in the same direction.
  • the stationary gear ratio defines the speed ratio between the sun gear and ring gear of a planetary gear set with non-rotatable web. Since the direction of rotation between the sun gear and the ring gear reverses in the case of a negative gearset when the web is non-rotatable, the stationary gear ratio always assumes a negative value for a negative gearset.
  • the speed diagram shows the speed ratios of the individual shafts in the vertical direction. The horizontal distances between the waves result from the ratios between the waves, so that can be connected to a specific operating point speed ratios and torque ratios of the waves by a straight line. The transmission ratios between the shafts result from the stationary gear ratios of the planetary gear sets involved.
  • the speed plan can be displayed, for example, in the form of a utility plan.
  • first, second, third and fourth wave in the order of rotation are characterized in that the rotational speeds of these waves increase, decrease or become linear in the stated order.
  • the rotational speed of the first shaft is less than or equal to the rotational speed of the second shaft.
  • the speed of the second shaft is again less than or equal to the speed of the third shaft.
  • the speed of the third shaft is less than or equal to the speed of the fourth shaft.
  • This order is also reversible, so that the fourth shaft has the highest speed, while the first shaft assumes a speed which is less than or equal to the speed of the fourth shaft. There is always a linear relationship between the speeds of all four shafts.
  • the speed of one or more waves can also assume negative values, or even the value zero.
  • the speed order is therefore always to refer to the signed value of the speeds, and not on the amount.
  • the speeds of the four shafts are then the same if two of these elements are connected to each other by the elements ring gear, web and sun of one of the planetary gear sets.
  • An electric machine consists at least of a non-rotatable stator and a rotatably mounted rotor and is arranged in a motor operation to electrical energy into mechanical energy in the form of speed and torque to convert mechanical energy into electrical energy in the form of current and voltage in a generator operation.
  • switching elements depending on the operating state, a relative movement between two components allowed or made a connection for transmitting a torque between the two components.
  • a relative movement for example, to understand a rotation of two components, wherein the rotational speed of the first component and the rotational speed of the second component differ from each other.
  • the rotation of only one of the two components is conceivable while the other component is stationary or rotating in the opposite direction.
  • the switching elements are preferably designed in the present invention as claw switching elements, which produce the connection by positive locking.
  • Two elements are referred to as being connected to one another, in particular, if a solid, in particular non-rotatable connection exists between the elements. Such connected elements rotate at the same speed.
  • the various components and elements of said invention can be connected to one another via a shaft or via a closed switching element or a connecting element, but also directly, for example by means of a welding, pressing or other connection.
  • Two elements are hereinafter referred to as connectable if there is a releasable rotationally fixed connection between these elements. If the connection is made, such elements rotate at the same speed.
  • a switching operation is effected by closing a previously not lying in the power flow of the transmission switching element of the transmission and opening a previously lying in the power flow of the transmission switching element of the transmission.
  • the shift operation can also be performed under load, that is to say without complete withdrawal of the torque at the transmission input shaft and the transmission output shaft.
  • Such a switching operation is referred to below as a load circuit.
  • a prerequisite for the load circuit when using claw switching elements is that the switching element to be dissolved before loosening in an at least virtually no-load condition is performed.
  • the leadership in the virtually no-load condition is achieved in that the switching element is made largely free of torque, so that no or only a small torque is transmitted via the switching element.
  • a torque is applied by the electric machine to that shaft, with which the switching element to be released establishes a connection.
  • the first shaft of the additional wheel set can be connected to the rotor via a first additional switching element.
  • the first shaft of the main gearset can be connected to the rotor via a second additional switching element.
  • the second shaft of regradsatzes is connected to either the second or the third wave of the main gearset constantly. If the second shaft of regradsatzes connected to the second shaft of the main gearset, so the third wave of regradsatzes with the third or fourth wave of the main gearset is constantly connected. If the second shaft of relieveradsatzes connected to the third shaft of the main gearset, the third wave of beauradsatzes is permanently connected to the fourth wave of the main gearset.
  • either the first additional switching element or the second additional switching element is closed.
  • a switching phase between the first and second auxiliary switching element at first one of the additional switching elements is opened, and only then the other additional switching element is closed. During this switching phase, therefore, neither of the two additional switching elements is closed at short notice.
  • the position of the rotor in the speed plan is selectively influenced. If the first additional switching element is closed and the second additional switching element is open, the first shaft of the additional gearset is connected to the rotor. This case is referred to below as the first operating state designated. If the second additional switching element is closed and the first additional switching element is open, then the rotor is connected to the first shaft of the main gearset. This case is referred to below as the second operating state. In the second operating state, the position of the rotor changes in the speed plan compared to the first operating state. The rotor and the first shaft of the main gearset have the same speed in the second operating state.
  • the ratio of rotor to the second shaft of the main gearset is greater in the first operating state than in the second operating state, provided that the stationary gear ratio of the planetary gear set of sansradsatzes is selected accordingly.
  • the torque to be applied during the switching operation of the rotor is reduced, whereby the electric machine can be made smaller and lighter.
  • the reduced electric machine can apply the required torque to the transmission input shaft even at a high torque at a load circuit, without resulting in an undesirably high torque reduction at the transmission output shaft.
  • the enlarged ratio is also useful when the torque of the electric machine to be transmitted to the transmission output shaft, for example when using the transmission in a motor vehicle, whereby an electric driving operation of the motor vehicle is made possible.
  • the increased ratio is additionally useful when transmitting torque from the electric machine to the transmission input shaft, for example when used to start an internal combustion engine connected to the transmission input shaft.
  • the enlarged translation causes the electrical machine can be smaller and thus easier to build.
  • the rotor In the second operating state, the rotor is connected via the second additional switching element directly to the first shaft of the main gearset.
  • the ratio of rotor to the second shaft of the main gearset is smaller in the second operating state than in the first operating state, provided that the stationary gear ratio of the planetary gear set the amidradsatzes is selected so that the first shaft of the Hauptradsatzes in the speed diagram between the first shaft of the sansradsatzes and the second shaft of the main gearset is closed when the first additional switching element.
  • the speed of the rotor can be selectively reduced in selected gears. In low gears, with a high transmission ratio between the transmission input shaft and the transmission output shaft, the speed difference between the four shafts of the main gearset is comparatively low.
  • the speed difference between the four shafts of the main gearset is significantly higher. In high gears, it may happen in the first operating state, depending on the assignment of the switching elements to the waves of the main gearset and depending on the stationary gear ratio of the planetary gear sets that the limit speed of the rotor is reached.
  • the ratio of the rotor to the second shaft of the main gearset can be selectively influenced so that no compromise must be made in terms of the advantage of improved load switching behavior at low gears and the speed limit of the rotor in high gears.
  • an exemplary embodiment is set forth for a design of the stationary gear ratio of the planetary gear set of Rajradsatzes.
  • a sun gear of the first planetary gearset of the main gearset is part of the first shaft of the main gearset.
  • a web of the first planetary gear set and a ring gear of the second planetary gear set of the main gearset is part of the second shaft of the main gearset.
  • a ring gear of the first planetary gear set and a web of the second planetary gear set are components of the third wave of the main gearset.
  • a sun gear of the second planetary gear set of the main gearset is part of the fourth wave of the main gearset.
  • a sun gear of the planetary gear set of beautus is an example of part of the first wave of vintenradsatzes.
  • a bridge of the planetary gear set of regradsatzes is part of the second shaft of regradficientes, and a ring gear of the planetary gear set of whradsatzes is part of the third wave of vinmurmures. All planetary gear sets are designed as minus wheelsets.
  • the first shaft of the formeradsatzes via the closed first auxiliary switching element is connected to the rotor, and the second shaft of the beautuses connected to the second shaft of the main gearset, and the third wave of the mirradsatzes is connected to the third shaft of the main gearset,
  • the first wave of the main gearset is only in the speed diagram between the rotor and the second shaft of the main gear when the amount of stationary gear ratio of the planetary gearset of sansradsatzes is greater than the amount of stationary gear ratio of the first planetary gearset of the main gearset.
  • the position of the rotor in the speed diagram depends on the stationary gear ratio of soirradsatzes and the stationary gear ratios of the two planetary gear sets of the main gearset. If the first shaft of the main gearset in this arrangement in the speed diagram between the rotor and the second shaft of the main gearset, the amount of stationary gear ratio of the Planetenradsatzes foiradsatzes must be greater than the increased by the value of one amount of stationary gear ratio of the first planetary gear set the main gearset, this sum must be divided by the amount of stationary gear ratio of the second planetary gear set of the main gear.
  • a sun gear of the planetary gear set of vinradsatzes is a part of the first wave of the vinradsatzes.
  • a bridge of the planetary gear set of Rajradsatzes is a part of the second shaft of the whilradsatzes, and a ring gear of the planetary gear set of whradsatzes a part of the third wave of the beauradsatzes.
  • the invention is therefore particularly easy to adapt to different transmission variants and available space conditions.
  • the two additional switching elements are preferably actuated by a double-acting actuator. This reduces both the assembly costs and the manufacturing cost of the transmission.
  • the order of the four shafts of the main gearset in the speed diagram is dependent on the manner which waves are assigned to which components of the first and second planetary gearset of the main gearset, and which of the four shafts are interconnected. Examples are known in the prior art, but certain variants have been found to be particularly advantageous for the implementation in a transmission. These are particularly advantageous because of a geometrically favorable arrangement, because of a reduced component load and because of improved accessibility to switching elements.
  • the first shaft of the main gearset is connected to a sun gear of the first planetary gear set of the main gearset.
  • the second shaft of the main gearset is connected to a web of the first planetary gear set and a ring gear of the second planetary gear set of the main gearset.
  • the third wave of the main gearset is connected to a ring gear of the first planetary gear set and to a land of the second planetary gear set of the main gearset.
  • the fourth shaft of the main gearset is connected to a sun gear of the second planetary gear set of the main gearset.
  • First and second planetary gear set are designed as minus wheelsets.
  • the second additional shifting element is preferably closed in the fourth to eighth forward gear.
  • the ratio between the rotor and the second shaft of the main gearset is reduced.
  • the first additional switching element is preferably closed. In the first and second forward gears, the speed difference between the four shafts of the main wheel set relatively low.
  • the transmission according to the invention is preferably designed as a power shiftable eight-speed transmission.
  • This eight-speed transmission has a first power path and a second power path between the transmission input shaft and the main gearset.
  • First and second power path have a different gear ratio to the transmission input shaft.
  • the first power path is connectable via a first switching element to the fourth shaft of the main gearset and via a second switching element to the second shaft of the main gearset.
  • the second power path is connectable via a third switching element with the first shaft of the main gearset and a fourth switching element with the second shaft of the main gearset.
  • the first wave of the main gearset is rotatably fixed by a fifth switching element.
  • the fourth wave of the main gearset is rotationally fixed by a sixth switching element.
  • a first forward speed results from closing the third switching element and the sixth switching element.
  • a second forward speed results from closing the fourth switching element and the sixth switching element.
  • a third forward speed results from closing the third switching element and the fourth switching element.
  • a fourth forward speed is achieved by closing the fourth switching element and the first switching element.
  • a fifth forward speed is achieved by closing the third switching element and the first Switching element.
  • a sixth forward speed results from closing the second switching element and the first switching element.
  • a seventh forward speed results from closing the third switching element and the second switching element.
  • An eighth forward speed results from closing the fifth shift element and the second shift element.
  • Switching between the first and second additional switching element is particularly advantageous in the third forward gear, since the four shafts of the main gearset have the same speed when the third and fourth switching element is closed. An otherwise required when switching between the two additional switching elements synchronization of the waves involved eliminates this in a simple way.
  • two switching elements in each case can be actuated by a double-acting actuator.
  • Third and fifth switching element can be actuated via a first double-acting actuator.
  • Second and fourth switching element can be actuated via a second double-acting actuator.
  • First and sixth switching element can be actuated via a third double-acting actuator.
  • Each of the three double-acting actuators can assume three states. In a first switching state of the double-acting actuator, the first switching element assigned to the actuator is in a closed position, while the second switching element assigned to the actuator assumes an open position. In a second switching state of the actuator, the second switching element associated with the actuator is in a closed position, while the first switching element assigned to the actuator assumes an open position. In a third switching state, both switching elements assigned to the actuator assume the open position.
  • the transmission may preferably be part of a hybrid drive train of a motor vehicle.
  • the hybrid powertrain also has an internal combustion engine in addition to the transmission.
  • the internal combustion engine is either directly or via a clutch connected to the transmission input shaft of the transmission, or connectable.
  • the motor vehicle can be driven both by the internal combustion engine and by the electric machine of the transmission.
  • the hybrid powertrain on an additional electric machine which is adapted to deliver a torque on the crankshaft of the internal combustion engine via its rotor and thus to start the internal combustion engine.
  • This has the advantage that the internal combustion engine can be started by means of the additional electric machine, without having to influence a simultaneous electric driving operation, in which the motor vehicle is driven solely by the electric machine of the transmission.
  • the hybrid drive train has a clutch between the transmission and the internal combustion engine and an additional electric machine, then the auxiliary electric machine is preferably arranged in the power flow between the internal combustion engine and the clutch.
  • the clutch may have a variable torque transmission capability.
  • the electric machine is connected to a converter, via which the electric machine is connected to an energy store.
  • an energy store for this purpose, any form of energy storage is suitable, in particular electrochemical, electrostatic, hydraulic and mechanical energy storage.
  • the transmission may also be part of a drive train of an electric vehicle.
  • An electric vehicle is driven solely by one or more electric machines, and accordingly has no internal combustion engine.
  • a traction electric machine is connected. Due to the different gear ratios of the transmission, the traction electric machine can always be operated in an operating range with high efficiency, whereby the energy efficiency of the entire electric vehicle is improved.
  • Fig. 1 shows schematically a transmission according to a first embodiment of the invention.
  • Fig. 2 shows a speed plan of the transmission.
  • Fig. 3 shows a circuit diagram of the transmission.
  • Fig. 4 shows schematically a transmission according to a second embodiment of the invention.
  • Fig. 5 shows schematically a transmission according to a third embodiment of the invention.
  • Fig. 6 shows a hybrid powertrain of a motor vehicle.
  • Fig. 1 shows schematically a transmission G according to a first embodiment of the invention.
  • the transmission G has a transfer gearset VRS, a supplementary gearset ZRS and a main gearset HRS.
  • the transfer gearset VRS has a planetary gearset P3 and the additional gearset ZRS has a planetary gearset P4, while the main gearset HRS has a first planetary gearset P1 and a second planetary gearset P2. All planetary gear sets P1, P2, P3, P4 are designed as minus wheelsets.
  • the representation of the transmission G essentially shows the connectable and connected elements of the transmission G. The distances selected in the representation of the transmission G can not be used to deduce the transmission ratios.
  • a transmission input shaft GW1 is connected to a sun So-P3 of the planetary gear set P3 of the VRS, while a ring gear Ho-P3 of the planetary gear set P3 of the VRS rotation with the gear housing GG of the transmission G, or with another rotatably fixed component of the transmission G is connected.
  • first and second power paths L1, L2 are formed with power from the transmission input shaft GW1 to both of the first power path L1 and the second power path L2
  • Main gearset HRS can be transmitted.
  • the second power path L2 forwards a changed compared to the rotational speed of the transmission input shaft GW1 speed to the main gearset HRS by the speed at the transmission input shaft GW1 by the ratio between the sun So-P3 and a web St-P3 of the planetary gear P3 of the VRS is translated.
  • the first power path L1 forwards the speed of the transmission input shaft GW1 without translation to the main gearset HRS.
  • the sun So-P3 of the planetary gearset P3 of the VRS is part of a first wave W1 P3 of the transfer gear VRS, which is connected to the transmission input shaft GW1.
  • the web St-P3 of the planetary gearset P3 of the VRS is part of a second wave W2P3 of the VRS. That component on which the ring gear Ho-P3 of the planetary gearset P3 of the transfer gearset VRS is supported is referred to below as the third shaft W3P3 of the transfer gearset VRS.
  • a first wave W1 of the main gearset HRS is connected to a sun gear So-P1 of the first planetary gearset P1 of the main gearset HRS.
  • a second wave W2 of the main gearset HRS is connected to a web St-P1 of the first planetary gear set P1 and to a ring gear Ho-P2 of the second planetary gear set P2 of the main gearset HRS.
  • a third wave W3 of the main gearset HRS is provided with a ring gear Ho-P1 of the first planetary gear set P1 and with a web St-P2 of the second planetary gear set P2 of the main gearset HRS.
  • a fourth wave W4 of the main gearset HRS is connected to a sun So-P2 of the second planetary gearset P2 of the main gearset HRS.
  • the arrangement of the first, second, third and fourth wave W1, W2, W3, W4 of the main gearset HRS is determined in the speed plan, the order first , second, third, fourth wave W1, W2, W3, W4 whose order corresponds to the speed plan.
  • the third shaft W3 is connected to a transmission output shaft GW2.
  • the third wave W3 may also be connected via an additional transmission gear to the transmission output shaft GW2.
  • the sun So-P2 of the second planetary gearset P2 of the main gearset HRS has two separate parts. This allows the connection of the transmission output shaft GW2 with the third shaft W3 of the main gearset HRS, which is arranged between the two parts of the sun So-P2.
  • the speed ratios are of course the same on both parts of the sun So-P2.
  • both parts of the sun So-P2 are referred to as part of the same wave, specifically the fourth wave W4 of the main gearset HRS.
  • the sun So-P2 of the second planetary gear set P2 of the main gearset HRS can also be made in one piece, for example, in the event of use of the transmission in the motor vehicle in a direction transverse to the drive train, the transmission in this case has an axially parallel output.
  • the first power path L1 is connected via a first switching element A to the fourth shaft W4 of the main gearset HRS and via a second switching element E to the second Shaft W2 of the main gearset HRS connectable.
  • the second power path L2 can be connected via a third switching element B to the first shaft W1 of the main gearset HRS and via a fourth switching element D to the second shaft W2 of the main gearset HRS.
  • the first wave W1 of the main gearset HRS is connectable by a fifth shift element C to the transmission housing GG of the transmission G, or to another non-rotatable component of the transmission G, so that the first shaft W1 of the main gearset HRS can not assume a rotational speed when the fifth shift element C is closed.
  • the fourth wave W4 of the main gearset HRS is in the same way by a sixth switching element F rotatably fixed by the fourth shaft W4 is connected by the sixth switching element F to the transmission housing GG.
  • Two switching elements in each case can be actuated by a double-acting actuator.
  • Third and fifth switching element B, C can be actuated via a first double-acting actuator.
  • Second and fourth switching element E, D can be actuated via a second double-acting actuator.
  • First and sixth switching element A, F can be actuated via a third double-acting actuator.
  • the transmission G has an electric machine EM, wherein a stator S is rotatably connected to the transmission housing GG of the transmission G or with another non-rotatable component of the transmission G, so that the stator S can not assume any speed.
  • a rotatably mounted rotor R is connected via a first additional switching element U with a sun So-P4 of the planetary gear P4 of Rajradsatzes ZRS.
  • the sun So-P4 of the planetary gear P4 of waiveradsatzes ZRS is part of a first wave W1 P4 of beauradsatzes ZRS.
  • the rotor R can be connected via a second additional switching element V to the first shaft W1 of the main gearset HRS.
  • a web St-P4 of the planetary gear P4 of waiveradsatzes ZRS is part of a second wave W2P4 of waiveradsatzes ZRS and is connected to the second wave W2 of the main gearset HRS.
  • a ring gear Ho-P4 of the planetary gear P4 of relieveradsatzes ZRS is part of a third wave W3P4 of relieveradsatzes ZRS and is connected to the third wave W3 of the main gearset HRS.
  • Fig. 2 shows a speed diagram of the transmission G
  • Fig. 3 is a circuit diagram of the transmission G is shown.
  • the rotational speeds of the four shafts W1, W2, W3, W4 of the main gearset HRS and of the rotor R are plotted in the vertical direction in relation to the rotational speed n of the transmission input shaft GW1.
  • a maximum occurring speed n of the transmission input shaft GW1 is normalized to the value one.
  • the distances between the four shafts W1, W2, W3, W4 of the main gearset HRS and the rotor R result from the stationary gear ratios of the first and second planetary gear P1, P2 of the main gearset HRS and the stationary gear ratio of the planetary gearset P4 of relieveradsatzes ZRS.
  • Speed ratios associated with a particular operating point can be connected by a straight line.
  • the first additional switching element U is closed, the first shaft W1 of the main gearset HRS is located in the speed diagram between the rotor R and the second shaft W2 of the main gearset HRS. If the second additional switching element V is closed, the rotor R is connected to the first shaft W1 of the main gearset HRS, so that the rotor R and the first shaft W1 of the main gearset HRS have the same position in the speed diagram.
  • Fig. 3 shows a circuit diagram of the transmission G.
  • the closed circuit elements A, B, C, D, E, F and additional switching elements U, V are indicated in Fig. 3 by circles.
  • the shift pattern, the respective ratios of the individual gear ratios and the gear ratios to be determined from the next higher gear can be exemplified, the transmission G has such a spread of 10.1.
  • the translations result from the stationary gear ratios of the planetary P1, P2, P3, P4. With sequential switching mode, double circuits or group circuits can be avoided since two adjacent gear stages share a switching element.
  • the gears of the transmission G are shown in the various lines of the wiring diagram. In a column of the circuit diagram is further indicated whether the electric machine EM in the respective gear is able to deliver mechanical power to the transmission output shaft GW2 or from this.
  • a first forward gear 1 VM between the transmission input shaft GW1 and the transmission output shaft GW2 is obtained by closing the third shifting element B and the sixth shifting element F, a second forward speed 2VM Closing the fourth shift element D and the sixth shift element F, a third forward gear 3VM by closing the third shift element B and the fourth shift element D, a fourth forward speed 4VM by closing the fourth
  • Switching element D and the first switching element A a fifth forward speed 5VM by closing the third switching element B and the first switching element A, a sixth forward gear 6VM by closing the second switching element E and the first switching element A, a seventh forward gear 7VM by closing the third switching element B. and the eighth forward speed 8VM by closing the fifth shift element C and the second shift element E.
  • the first additional switching element U is closed.
  • the second additional switching element V is closed.
  • the third forward gear 3VM is switched between the first and second additional switching element U, V.
  • first electric gear 1 EM torque is transmitted solely from the electric machine EM to the transmission output shaft GW2, wherein the first, second, third and fourth switching element A, E, B, D is opened and thus no torque-carrying connection between the transmission Input shaft GW1 and the transmission output shaft GW2 consists.
  • the first additional switching element U and the sixth switching element F is closed.
  • the second additional switching element V is closed.
  • the transmission input shaft GW1 torque is supplied, depending on the position of the sixth switching element F torque exclusively from the electric machine EM or from the transmission output shaft GW2 the transmission input shaft GW1 can be fed. If the sixth shift element F is closed and the electric machine EM does not release any torque, then the transmission input shaft GW1 torque can also be supplied exclusively by the transmission output shaft GW2. This is particularly relevant in the use of the transmission G in the motor vehicle to such a to to start the transmission input shaft GW1 connected internal combustion engine VKM. If in this case the sixth shift element F is open, then the transmission output shaft GW2 must be fixed against rotation by a parking brake. The first additional switching element U is closed.
  • the second and the fourth wave W2, W4 of the main gearset HRS each form a differential shaft, while the third wave W3 of the main gearset HRS represents a sum wave.
  • the fourth switching element D remains closed.
  • the sixth switching element F is opened, then the third switching element B is closed. If the sixth switching element F designed as a claw-switching element, the sixth switching element F must be made largely free of torque before opening, so that the sixth switching element F no or only transmits a small torque. This load release of the sixth switching element F is effected by a regenerative torque of the electric machine EM.
  • a generator torque is now applied by the electric machine EM in order to achieve a rotational speed synchronization between the second shaft W2VS of the transfer gearset VRS and the first shaft W1 of the main gearset HRS.
  • Fig. 4 shows schematically a second embodiment of the transmission G.
  • the third wave W3P4 of waiveradsatzes ZRS in the second embodiment is thus connected to the fourth wave W4 of the main gearset HRS, and is thus with the sun So-P2 of the second planetary gearset P2 of the main gearset HRS connected.
  • the third wave W3 of the main gearset HRS in this second embodiment has no direct connection to the planetary gearset P4 of the additional gearset ZRS.
  • the speed diagram described in Fig. 2 and the circuit diagram described in Fig. 3 apply in the same form for the second embodiment of the transmission G, provided that the stationary gear ratios of the planetary gear sets P1, P2, P4 involved are selected accordingly.
  • FIG. 5 schematically shows a third embodiment of the transmission G.
  • the second shaft W2P4 of the additional gearset ZRS in the third embodiment is connected to the third shaft W3 of the main gearset HRS.
  • the second wave W2 of the main gearset HRS has in this third embodiment, no direct connection to the additional gear ZRS more.
  • the speed diagram described in FIG. 2 and the circuit diagram described in FIG. 3 apply in the same form to the third embodiment of the transmission G, provided that the stationary gear ratios of the planetary gear sets P1, P2, P4 involved have been selected accordingly.
  • the planetary gear P4 of waiveradsatzes ZRS could be formed in the first to third embodiment as a plus gear, in which case the ring gear Ho-P4 of the planetary gear P4 of relieveradsatzes ZRS would be part of the second wave W2P4 waiveradficientes ZRS, while the web St-P4 of the planetary gear P4 of relieveradsatzes ZRS part of the third wave W3P4 foiradsatzes ZRS would be.
  • the ring gear Ho-P4 of the planetary gear P4 of relieveradsatzes ZRS would be part of the second wave W2P4 waiveradficientes ZRS
  • the web St-P4 of the planetary gear P4 of relieveradsatzes ZRS part of the third wave W3P4 waiveradsatzes ZRS would be.
  • the amount of gear ratio must be increased by the value of one to achieve the same translation effect as with a minus wheelset.
  • Fig. 6 shows a hybrid powertrain of a motor vehicle.
  • the gear G contained therein corresponds to the first embodiment of the transmission G, which is to be regarded only as an example.
  • the second or the third embodiment of the transmission G form a part of the hybrid powertrain.
  • a rotatable rotor R2 of an auxiliary electric machine SG is connected to the transmission input shaft GW1, while the stator S2 of the auxiliary electric machine SG is non-rotatably connected to the transmission case GG of the transmission G or to another non-rotatable component of the transmission G.
  • Via a rotational vibration damper RD an internal combustion engine VKM is connected to the transmission input shaft GW1.
  • the transmission output shaft GW2 is connected to an axle drive AG.
  • the torque applied to the transmission output shaft GW2 is distributed to wheels W of the motor vehicle.
  • the stator S is supplied with electric power via an inverter INV.
  • the stator S supplies the inverter INV with electric power.
  • the inverter INV converts the DC voltage of a battery BAT into an AC voltage suitable for the electric machine EM, and vice versa.
  • the additional electric machine SG can also be supplied with electrical power via the inverter INV.
  • the additional electric machine SG may also be connected to another power supply, for example to a low-voltage vehicle electrical system of the motor vehicle.

Landscapes

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Abstract

Getriebe (G) mit einer Getriebe-Eingangswelle (GW1) und einer Getriebe- Ausgangswelle (GW2), einem Hauptradsatz (HRS), einem Zusatzradsatz (ZRS), und einer elektrischen Maschine (EM) mit einem Rotor (R) und einem Stator (S), wobei das Getriebe (G) zumindest einen Leistungspfad (L1, L2) zwischen der Getriebe- Eingangswelle (GW1) und dem Hauptradsatz (HRS) aufweist, wobei der Hauptradsatz (HRS) einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz (P1, P2) mit insgesamt vier in Drehzahlordnung als erste, zweite, dritte und vierte Welle bezeichnete Wellen (W1, W2, W3, W4) aufweist, wobei der zumindest eine Leistungspfad (L1, L2) über zumindest ein Schaltelement (A, B, D, E) mit zumindest einer der vier Wellen (W1, W2, W3, W4) des Hauptradsatzes (HRS) verbindbar ist, wobei die dritte Welle (W3) des Hauptradsatzes (HRS) mit der Getriebe-Ausgangswelle (GW2) verbunden ist, wobei der Zusatzradsatz (ZRS) einen Planetenradsatz (P4) mit einer ersten, zweiten und dritten Welle (W1P4, W2P4, W3P4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Welle (W1P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) über ein erstes Zusatzschaltelement (U) mit dem Rotor (R) verbindbar ist und die erste Welle (W1) des Hauptradsatzes (HRS) über ein zweites Zusatzschaltelement (V) mit dem Rotor (R) verbindbar ist, wobei entweder das erste Zusatzschaltelement (U) oder das zweite Zusatzschalt- element (V) geschlossen ist, wobei die Standgetriebeübersetzung des Planetenradsatzes (P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) so gewählt ist, dass die erste Welle (W1) des Hauptradsatzes (HRS) bei geschlossenem erstem Zusatzschaltelement (U) im Drehzahlplan zwischen der ersten Welle (W1P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) und der zweiten Welle (W2) des Hauptradsatzes (HRS) liegt, wobei die zweite Welle (W2P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) entweder mit der zweiten oder dritten Welle (W2, W3) des Hauptradsatzes (HRS) ständig verbunden ist, und wobei die dritte Welle (W3P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) mit der dritten oder vierten Welle (W3, W4) des Hauptradsatzes (HRS) ständig verbunden ist.

Description

GETRIEBE, HYBRIDANTRIEBSSTRANG UND ANTRIEBSSTRANG FÜR
ELEKTROFAHRZEUG
Die Erfindung betrifft ein Getriebe mit einer Getriebe-Eingangswelle und einer Getriebe-Ausgangswelle, einem Hauptradsatz, einem Zusatzradsatz, und einer elektrischen Maschine mit einem Rotor und einem Stator, wobei das Getriebe zumindest einen Leistungspfad zwischen der Getriebe-Eingangswelle und dem Hauptradsatz aufweist, wobei der Hauptradsatz einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz mit insgesamt vier in Drehzahlordnung als erste, zweite, dritte und vierte Welle bezeichnete Wellen aufweist, wobei der zumindest eine Leistungspfad über zumindest ein Schaltelement mit zumindest einer der vier Wellen des Hauptradsatzes verbindbar ist, wobei die dritte Welle des Hauptradsatzes mit der Getriebe-Ausgangswelle verbunden ist, und wobei der Zusatzradsatz einen Planetenradsatz mit einer ersten, zweiten und dritten Welle aufweist. Die Erfindung betrifft außerdem einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem Getriebe.
Ein Getriebe bezeichnet hier insbesondere ein mehrgängiges Getriebe, bei dem eine vordefinierte Anzahl an Gängen, also festen Übersetzungsverhältnissen zwischen einer Getriebe-Eingangswelle und einer Getriebe-Ausgangswelle, durch Schaltelemente automatisch schaltbar ist. Bei den Schaltelementen handelt es sich hier beispielsweise um Kupplungen oder Bremsen. Derartige Getriebe finden vor allem in Kraftfahrzeugen Anwendung, um das Drehzahl- und Drehmomentabgabevermögen der Antriebseinheit den Fahrwiderständen des Fahrzeugs in geeigneter Weise anzupassen.
Aus der Patentanmeldung DE 10 2012 201 377 A1 der Anmelderin ist ein Getriebe mit einer Getriebeeingangswelle und einer Getriebeausgangswelle und zwei Leistungspfaden zwischen der Getriebeeingangswelle und einem Hauptradsatz mit zwei Einzelplanetenradsätzen mit vier in Drehzahlordnung als erste, zweite, dritte und vierte Welle bezeichneten Wellen bekannt, wobei die dritte der vier Wellen mit der Getriebeausgangswelle verbunden ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Lastschaltverhalten des Getriebes in ausgewählten Gängen zu verbessern. Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 , wobei sich vorteilhafte Ausgestaltungen aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie aus den Figuren ergeben.
Das Getriebe umfasst wenigstens eine Getriebe-Eingangswelle und eine Getriebe- Ausgangswelle, einen Hauptradsatz, einen Zusatzradsatz, und eine elektrische Maschine mit einem Rotor und einem Stator.
Der Hauptradsatz weist einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz mit insgesamt vier in Drehzahlordnung als erste, zweite, dritte und vierte Welle bezeichnete Wellen auf. Der Hauptradsatz ist somit als ein Zwei-Steg-Vier-Wellen-Getriebe ausgebildet. Die dritte Welle des Hauptradsatzes ist mit der Getriebe-Ausgangswelle verbunden. Der Zusatzradsatz weist einen Planetenradsatz mit insgesamt drei als erste, zweite, und dritte Welle bezeichnete Wellen auf.
Unter einem Zwei-Steg- Vier-Wellen-Getriebe ist ein Planetengetriebe zu verstehen, das aus zwei über genau zwei Koppelwellen kinematisch miteinander gekoppelten Einzel-Planetenradsätzen gebildet ist und bei dem vier seiner Elemente („Wellen") für andere Getriebeelemente frei zugänglich sind. Eine Koppelwelle ist dabei als ständige mechanische Verbindung zwischen einem Element - also Sonnenrad oder Steg oder Hohlrad - des ersten Einzel-Planetenradsatzes mit einem Element - also Sonnenrad oder Steg oder Hohlrad - des zweiten Einzel-Planetenradsatzes definiert. Die Anzahl der Einzel-Planetenradsätze und die Anzahl der freien Wellen sind nicht über das optische Erscheinungsbild des Getriebes definiert, sondern über dessen Kinematik. In jedem Gang eines Zwei-Steg-Vier-Wellen-Getriebes müssen zwei der mit Elementen des Zwei-Steg-Vier-Wellen-Getriebes verbunden Schaltelemente des Getriebes geschlossen sein. Zur graphischen Darstellung der Kinematik des Getriebes wird üblicherweise ein Drehzahlplan des Getriebes verwendet, beispielsweise den aus der Getriebelehre bekannten Kutzbachplan. Bekannte Ausführungsbeispiele für ein solches Zwei-Steg-Vier-Wellen-Getriebe sind der so genannte Ravigneaux-Radsatz und der so genannte Simpson-Radsatz. Ein reduziertes Zwei-Steg-Vier-Wellen-Getriebe ist eine Bauform eines Zwei-Steg- Vier-Wellen-Getriebes, bei dem ein Element - also ein Sonnenrad, ein Steg oder ein Hohlrad - des Getriebes eingespart ist, da ein anderes Element des Getriebes dessen Aufgabe übernimmt, ohne die Kinematik dadurch zu verändern. Dasjenige Element, welches die Funktion des eingesparten Elementes übernimmt, ist damit gleichzeitig eine der Koppelwellen des Getriebes. Ein bekanntes Ausführungsbeispiel hierfür ist der Ravigneaux-Radsatz, der entweder zwei Sonnenräder und nur ein Hohlrad aufweist oder aber zwei Hohlräder und nur ein Sonnenrad.
Über zumindest einen Leistungspfad ist die Getriebe-Eingangswelle über zumindest ein Schaltelement mit zumindest einer der vier Wellen des Hauptradsatzes verbindbar. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der zumindest eine Leistungspfad über zwei Schaltelemente mit zwei der vier Wellen des Hauptradsatzes verbindbar. Durch Schließen eines der Schaltelemente wird somit eine drehfeste Verbindung zwischen dem zumindest einen Leistungspfad und einer der vier Wellen des Hauptradsatzes hergestellt, wodurch Drehmoment von der Getriebe-Eingangswelle auf den Hauptradsatz führbar ist. Unter zumindest einem Leistungspfad ist zu verstehen, dass das Getriebe einen oder mehrere Leistungspfade zwischen der Getriebe-Eingangswelle und dem Hauptradsatz aufweist.
Bei Anwendung in einem Kraftfahrzeug ist die Getriebe-Eingangswelle mit einer Welle eines Antriebsaggregates verbunden oder über eine Kupplung verbindbar, sodass mechanische Leistung des Antriebsaggregats der Getriebe-Eingangswelle zuführbar ist. Das Antriebsaggregat kann sowohl als Verbrennungskraftmaschine als auch als elektrische Maschine ausgebildet sein. Die Getriebe-Ausgangswelle dient als
Schnittstelle zur Übertragung mechanischer Leistung zu den Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs.
Unter einer Welle ist nachfolgend nicht ausschließlich ein beispielsweise zylindrisches, drehbar gelagertes Maschinenelement zur Übertragung von Drehmomenten zu verstehen, sondern vielmehr sind hierunter auch allgemeine Verbindungselemente zu verstehen, die einzelne Bauteile oder Elemente miteinander verbinden, insbe- sondere Verbindungselemente, die mehrere Elemente drehfest miteinander verbinden.
Ein Planetenradsatz umfasst ein Sonnenrad, einen Steg und ein Hohlrad. An dem Steg drehbar gelagert sind Planetenräder, welche mit der Verzahnung des Sonnenrades und/oder mit der Verzahnung des Hohlrads kämmen. Nachfolgend beschreibt ein Minus-Radsatz einen Planetenradsatz mit einem Steg, an dem die Planetenräder drehbar gelagert sind, mit einem Sonnenrad und mit einem Hohlrad, wobei die Verzahnung zumindest eines der Planetenräder sowohl mit der Verzahnung des Sonnenrades, als auch mit der Verzahnung des Hohlrades kämmt, wodurch das Hohlrad und das Sonnenrad in entgegengesetzte Drehrichtungen rotieren, wenn das Sonnenrad bei feststehendem Steg rotiert.
Sowohl Sonnenrad als auch Hohlrad eines Planetenradsatzes können auch in mehrere Segmente aufgeteilt sein. Beispielsweise ist es denkbar, dass die Planetenräder mit zwei Sonnenräder kämmen, welche nicht miteinander verbunden sind. Die Drehzahlverhältnisse sind selbstverständlich an beiden Segmenten des Sonnenrads identisch, so als ob sie miteinander verbunden wären.
Ein Plus-Radsatz unterscheidet sich zu dem gerade beschriebenen Minus- Planetenradsatz dahingehend, dass der Plus-Radsatz innere und äußere Planetenräder aufweist, welche drehbar an dem Steg gelagert sind. Die Verzahnung der inneren Planetenräder kämmt dabei einerseits mit der Verzahnung des Sonnenrads und andererseits mit der Verzahnung der äußeren Planetenräder. Die Verzahnung der äußeren Planetenräder kämmt darüber hinaus mit der Verzahnung des Hohlrades. Dies hat zur Folge, dass bei feststehendem Steg das Hohlrad und das Sonnenrad in die gleiche Drehrichtung rotieren.
Die Standgetriebeübersetzung definiert das Drehzahlverhältnis zwischen Sonnenrad und Hohlrad eines Planetenradsatzes bei drehfestem Steg. Da sich bei einem Minus- Radsatz die Drehrichtung zwischen Sonnenrad und Hohlrad bei drehfestem Steg umkehrt, nimmt die Standgetriebeübersetzung bei einem Minus-Radsatz stets einen negativen Wert an. Im Drehzahlplan sind in vertikaler Richtung die Drehzahlverhältnisse der einzelnen Wellen aufgetragen. Die horizontalen Abstände zwischen den Wellen ergeben sich aus den Übersetzungsverhältnissen zwischen den Wellen, sodass sich zu einem bestimmten Betriebspunkt gehörende Drehzahlverhältnisse und Drehmomentverhältnisse der Wellen durch eine Gerade verbinden lassen. Die Übersetzungsverhältnisse zwischen den Wellen ergeben sich aus den Standgetriebeübersetzungen der beteiligten Planetenradsätze. Der Drehzahlplan ist beispielsweise in Form eines Kutz- bachplans darstellbar.
Vier in Drehzahlordnung als erste, zweite, dritte und vierte Welle bezeichnete Wellen sind dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlen dieser Wellen in der genannten Reihenfolge linear ansteigen, abnehmen oder gleich sind. In anderen Worten ist die Drehzahl der ersten Welle kleiner gleich der Drehzahl der zweiten Welle. Die Drehzahl der zweiten Welle ist wiederum kleiner gleich der Drehzahl der dritten Welle. Die Drehzahl der dritten Welle ist kleiner gleich der Drehzahl der vierten Welle. Diese Reihenfolge ist auch reversibel, sodass die vierte Welle die größte Drehzahl aufweist, während die erste Welle eine Drehzahl annimmt die kleiner oder gleich groß wie die Drehzahl der vierten Welle ist. Zwischen den Drehzahlen aller vier Wellen besteht dabei stets ein linearer Zusammenhang.
Die Drehzahl einer oder mehrerer Wellen kann dabei auch negative Werte, oder auch den Wert Null annehmen. Die Drehzahlordnung ist daher stets auf den vorzeichenbehafteten Wert der Drehzahlen zu beziehen, und nicht auf deren Betrag.
Die Drehzahlen der vier Wellen sind dann gleich, wenn von den Elementen Hohlrad, Steg und Sonne eines der Planetenradsätze zwei dieser Elemente miteinander verbunden sind.
Eine elektrische Maschine besteht zumindest aus einem drehfesten Stator und einem drehbar gelagerten Rotor und ist in einem motorischen Betrieb dazu eingerichtet, elektrische Energie in mechanische Energie in Form von Drehzahl und Drehmoment zu wandeln, sowie in einem generatorischen Betrieb mechanische Energie in elektrische Energie in Form von Strom und Spannung zu wandeln.
Durch Schaltelemente wird, je nach Betätigungszustand, eine Relativbewegung zwischen zwei Bauteilen zugelassen oder eine Verbindung zur Übertragung eines Drehmoments zwischen den zwei Bauteilen hergestellt. Unter einer Relativbewegung ist beispielsweise eine Rotation zweier Bauteile zu verstehen, wobei die Drehzahl des ersten Bauteils und die Drehzahl des zweiten Bauteils voneinander abweichen. Darüber hinaus ist auch die Rotation nur eines der beiden Bauteile denkbar, während das andere Bauteil stillsteht oder in entgegengesetzter Richtung rotiert. Die Schaltelemente sind in der gegenständlichen Erfindung bevorzugt als Klauen- Schaltelemente ausgeführt, welche die Verbindung durch Formschluss herstellen.
Zwei Elemente werden insbesondere dann als miteinander verbunden bezeichnet, wenn zwischen den Elementen eine feste, insbesondere drehfeste Verbindung besteht. Derart verbundene Elemente drehen mit der gleichen Drehzahl. Die verschiedenen Bauteile und Elemente der genannten Erfindung können dabei über eine Welle beziehungsweise über ein geschlossenes Schaltelement oder ein Verbindungselement, aber auch direkt, beispielsweise mittels einer Schweiß-, Press- oder einer sonstigen Verbindung, miteinander verbunden sein.
Zwei Elemente werden im Weiteren als verbindbar bezeichnet, wenn zwischen diesen Elementen eine lösbare drehfeste Verbindung besteht. Wenn die Verbindung besteht, so drehen solche Elemente mit der gleichen Drehzahl.
Ein Schaltvorgang wird durch Schließen eines zuvor nicht im Leistungsfluss des Getriebes liegenden Schaltelements des Getriebes und Öffnen eines zuvor im Leistungsfluss des Getriebes liegenden Schaltelements des Getriebes bewirkt. Der Schaltvorgang kann auch unter Last, das heißt ohne vollständige Zurücknahme des Drehmoments an der Getriebe-Eingangswelle und der Getriebe-Ausgangswelle vorgenommen werden. Ein derartiger Schaltvorgang wird im Folgenden als Lastschaltung bezeichnet. Eine Voraussetzung für die Lastschaltung bei der Verwendung von Klauen-Schaltelementen ist, dass das zu lösende Schaltelement vor dem Lösen in einen zumindest nahezu lastlosen Zustand geführt wird. Die Führung in den nahezu lastlosen Zustand wird dadurch erreicht, dass das Schaltelement weitgehend drehmomentfrei gestellt wird, sodass über das Schaltelement kein oder nur ein geringes Drehmoment übertragen wird. Dazu wird durch die elektrische Maschine ein Drehmoment auf jene Welle aufgebracht, mit der das zu lösende Schaltelement eine Verbindung herstellt.
Erfindungsgemäß ist die erste Welle des Zusatzradsatzes über ein erstes Zusatzschaltelement mit dem Rotor verbindbar. Die erste Welle des Hauptradsatzes ist über ein zweites Zusatzschaltelement mit dem Rotor verbindbar. Die zweite Welle des Zusatzradsatzes ist entweder mit der zweiten oder mit der dritten Welle des Hauptradsatzes ständig verbunden. Ist die zweite Welle des Zusatzradsatzes mit der zweiten Welle des Hauptradsatzes verbunden, so ist die dritte Welle des Zusatzradsatzes mit der dritten oder vierten Welle des Hauptradsatzes ständig verbunden. Ist die zweite Welle des Zusatzradsatzes mit der dritten Welle des Hauptradsatzes verbunden, so ist die dritte Welle des Zusatzradsatzes mit der vierten Welle des Hauptradsatzes ständig verbunden.
Dabei ist entweder das erste Zusatzschaltelement oder das zweite Zusatzschaltelement geschlossen. Während einer Umschaltphase zwischen erstem und zweitem Zusatzschaltelement wird zunächst eines der Zusatzschaltelemente geöffnet, und erst dann das andere Zusatzschaltelement geschlossen. Während dieser Umschaltphase ist daher kurzfristig keines der beiden Zusatzschaltelemente geschlossen.
Sofern die Standgetriebeübersetzung des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes entsprechend gewählt ist, so befindet sich die erste Welle des Hauptradsatzes bei geschlossenem erstem Zusatzschaltelement im Drehzahlplan zwischen dem Rotor und der zweiten Welle des Hauptradsatzes.
Durch das erste und zweite Zusatzschaltelement ist die Lage des Rotors im Drehzahlplan gezielt beeinflussbar. Ist das erste Zusatzschaltelement geschlossen und ist das zweite Zusatzschaltelement geöffnet, so ist die erste Welle des Zusatzradsatzes mit dem Rotor verbunden. Dieser Fall wird im Folgenden als erster Betriebszustand bezeichnet. Ist das zweite Zusatzschaltelement geschlossen und ist das erste Zusatzschaltelement geöffnet, so ist der Rotor mit der ersten Welle des Hauptradsatzes verbunden. Dieser Fall wird im Folgenden als zweiter Betriebszustand bezeichnet. Im zweiten Betriebszustand verändert sich die Lage des Rotors im Drehzahlplan im Vergleich zum ersten Betriebszustand. Der Rotor und die erste Welle des Hauptradsatzes weisen im zweiten Betriebszustand dieselbe Drehzahl auf.
Die Übersetzung von Rotor zur zweiten Welle des Hauptradsatzes ist im ersten Betriebszustand größer als im zweiten Betriebszustand, sofern die Standgetriebeübersetzung des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes entsprechend gewählt ist.
Durch diese im ersten Betriebszustand vergrößerte Übersetzung wird das beim Schaltvorgang vom Rotor aufzubringende Drehmoment reduziert, wodurch die elektrische Maschine kleiner und leichter aufgebaut werden kann. Derart kann die verkleinerte elektrische Maschine bei einer Lastschaltung selbst bei einem hohen Drehmoment an der Getriebe-Eingangswelle das erforderliche Drehmoment aufbringen, ohne dass es zu einer unerwünscht hohen Drehmomentreduktion an der Getriebe- Ausgangswelle kommt. Die vergrößerte Übersetzung ist zudem auch dann von Nutzen, wenn das Drehmoment der elektrischen Maschine auf die Getriebe- Ausgangswelle übertragen werden soll, beispielsweise bei Verwendung des Getriebes in einem Kraftfahrzeug, wodurch ein elektrischer Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs ermöglicht wird. Durch die derart vergrößerte Übersetzung ist ein Anfahren des Kraftfahrzeugs in einer Steigung selbst bei verkleinerter elektrischer Maschine möglich. Die vergrößerte Übersetzung ist zusätzlich von Nutzen, wenn ausgehend von der elektrischen Maschine ein Drehmoment auf die Getriebe-Eingangswelle übertragen wird, beispielsweise bei Anwendung zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine, die mit der Getriebe-Eingangswelle verbunden ist. Auch hier führt die vergrößerte Übersetzung dazu, dass die elektrische Maschine kleiner und damit leichter aufgebaut werden kann.
Im zweiten Betriebszustand wird der Rotor über das zweite Zusatzschaltelement direkt mit der ersten Welle des Hauptradsatzes verbunden. Die Übersetzung von Rotor zur zweiten Welle des Hauptradsatzes ist im zweiten Betriebszustand kleiner als im ersten Betriebszustand, sofern die Standgetriebeübersetzung des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes so gewählt ist, dass die bei geschlossenem erstem Zusatzschaltelement die erste Welle des Hauptradsatzes im Drehzahlplan zwischen der ersten Welle des Zusatzradsatzes und der zweiten Welle des Hauptradsatzes liegt. Dadurch kann die Drehzahl des Rotors in ausgewählten Gängen gezielt reduziert werden. In niedrigen Gängen, mit einem hohen Übersetzungsverhältnis zwischen Getriebe-Eingangswelle und Getriebe-Ausgangswelle, ist der Drehzahlunterschied zwischen den vier Wellen des Hauptradsatzes vergleichsweise gering. In hohen Gängen, mit einem niedrigen Übersetzungsverhältnis zwischen Getriebe- Eingangswelle und Getriebe-Ausgangswelle, ist der Drehzahlunterschied zwischen den vier Wellen des Hauptradsatzes deutlich höher. In hohen Gängen kann es im ersten Betriebszustand je nach Zuordnung der Schaltelemente zu den Wellen des Hauptradsatzes und je nach Standgetriebeübersetzung der Planetenradsätze dazu kommen, dass die Grenzdrehzahl des Rotors erreicht wird.
Durch die erfindungsgemäße Umschaltmöglichkeit mittels der beiden Zusatzschaltelemente kann die Übersetzung des Rotors zur zweiten Welle des Hauptradsatzes gezielt beeinflusst werden, sodass kein Kompromiss hinsichtlich des Vorteils des verbesserten Lastschaltverhaltens bei niedrigen Gängen und der Grenzdrehzahl des Rotors in hohen Gängen eingegangen werden muss.
Im Folgenden wird eine beispielhafte Ausführung zu einer Auslegung der Standgetriebeübersetzung des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes dargelegt. Beispielhaft ist ein Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes Bestandteil der ersten Welle des Hauptradsatzes. Ein Steg des ersten Planetenradsatzes und ein Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes ist Bestandteil der zweiten Welle des Hauptradsatzes. Ein Hohlrad des ersten Planetenradsatzes und ein Steg des zweiten Planetenradsatzes sind Bestandteile der dritten Welle des Hauptradsatzes. Ein Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes ist Bestandteil der vierten Welle des Hauptradsatzes. Ein Sonnenrad des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes sei beispielhaft Bestandteil der ersten Welle des Zusatzradsatzes. Ein Steg des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes ist Bestandteil der zweiten Welle des Zusatzradsatzes, und ein Hohlrad des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes ist Bestandteil der dritten Welle des Zusatzradsatzes. Alle Planetenradsätze seien als Minus-Radsätze ausgebildet.
Ist in dieser beispielhaften Ausführung die erste Welle des Zusatzradsatzes über das geschlossene erste Zusatzschaltelement mit dem Rotor verbunden, und ist die zweite Welle des Zusatzradsatzes mit der zweiten Welle des Hauptradsatzes verbunden, und ist die dritte Welle des Zusatzradsatzes mit der dritten Welle des Hauptradsatzes verbunden, so befindet sich die erste Welle des Hauptradsatzes im Drehzahlplan nur dann zwischen dem Rotor und der zweiten Welle des Hauptradsatzes, wenn der Betrag der Standgetriebeübersetzung des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes größer ist als der Betrag der Standgetriebeübersetzung des ersten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes.
Ist in dieser beispielhaften Ausführung die dritte Welle des Zusatzradsatzes anstatt mit der dritten Welle des Hauptradsatzes nun mit der vierten Welle des Hauptradsatzes verbunden, so ist die Lage des Rotors im Drehzahlplan abhängig von der Standgetriebeübersetzung des Zusatzradsatzes und von den Standgetriebeübersetzungen der beiden Planentenradsätze des Hauptradsatzes. Soll die erste Welle des Hauptradsatzes in dieser Anordnung im ersten Betriebszustand im Drehzahlplan zwischen dem Rotor und der zweiten Welle des Hauptradsatzes liegen, so muss der Betrag der Standgetriebeübersetzung des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes größer sein als der um den Wert Eins erhöhte Betrag der Standgetriebeübersetzung des ersten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes, wobei diese Summe durch den Betrag der Standgetriebeübersetzung des zweiten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes geteilt werden muss.
Vorzugsweise ist ein Sonnenrad des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes ein Bestandteil der ersten Welle des Zusatzradsatzes. Im Falle, dass der Planetenradsatz des Zusatzradsatzes als Minus-Radsatz ausgebildet ist, ist ein Steg des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes ein Bestandteil der zweiten Welle des Zusatzradsatzes, und ein Hohlrad des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes ein Bestandteil der dritten Welle des Zusatzradsatzes. Ist der Planetenradsatz des Zusatzradsatzes als Plus-Radsatz ausgebildet, so ist die Zuordnung von Hohlrad und Steg vertauscht, sodass das Hohlrad des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes ein Bestandteil der zweiten Welle des Zusatzradsatzes ist und der Steg des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes ein Bestandteil der dritten Welle des Zusatzradsatzes ist.
Die Zuordnung des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes zum Hauptradsatz kann aber auch gespiegelt erfolgen, indem das Sonnenrad des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes ein Bestandteil der dritten Welle des Zusatzradsatzes ist. Ist dabei der Planetenradsatz des Zusatzradsatzes als Minus-Radsatz ausgebildet, so ist der Steg des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes Bestandteil der zweiten Welle des Zusatzradsatzes, und das Hohlrad des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes ist Bestandteil der ersten Welle des Zusatzradsatzes. Ist der Planetenradsatz des Zusatzradsatzes als Plus-Radsatz ausgebildet, so ist die Zuordnung von Hohlrad und Steg vertauscht, sodass das Hohlrad des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes ein Bestandteil der zweiten Welle des Zusatzradsatzes ist und der Steg des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes ein Bestandteil der ersten Welle des Zusatzradsatzes ist.
Durch die oben beschriebene Zuordnung der Elemente des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes zu den Wellen des Zusatzradsatzes liegt die Drehzahl der zweiten Welle des Zusatzradsatzes stets zwischen der Drehzahl der ersten und dritten Welle des Zusatzradsatzes, sofern die genannten Elemente nicht mit derselben Drehzahl umlaufen.
Bei Verwendung eines Plus-Radsatzes ist zu berücksichtigen, dass der Betrag der Standgetriebeübersetzung um den Wert Eins erhöht werden muss um die gleiche Übersetzungswirkung zu erzielen wie bei einem Minus-Radsatz.
Durch die Vielzahl an gebotenen Möglichkeiten der Anbindung zwischen Rotor, Zusatzradsatz und Hauptradsatz ist die Erfindung daher besonders einfach an verschiedene Getriebevarianten und zur Verfügung stehenden Bauraum-Verhältnisse anpassbar. Die beiden Zusatzschaltelemente sind vorzugsweise von einem doppeltwirkenden Aktuator betätigbar. Dies reduziert sowohl den Montageaufwand als auch die Herstellungskosten des Getriebes.
Die Reihenfolge der vier Wellen des Hauptradsatzes im Drehzahlplan ist abhängig von der Art und Weise, welche Wellen welchen Bestandteilen des ersten und zweiten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes zugeordnet sind, und welche der vier Wellen miteinander verbunden sind. Im Stand der Technik sind Beispiele dazu bekannt, jedoch haben sich bestimmte Varianten als besonders vorteilhaft für die Umsetzung in einem Getriebe hervorgetan. Diese sind insbesondere wegen einer geometrisch günstigen Anordnung, wegen einer verringerten Bauteilbelastung sowie wegen einer verbesserten Zugänglichkeit zu Schaltelementen vorteilhaft.
Gemäß einer bevorzugten Variante ist die erste Welle des Hauptradsatzes mit einem Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes verbunden. Die zweite Welle des Hauptradsatzes ist mit einem Steg des ersten Planetenradsatzes und mit einem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes verbunden. Die dritte Welle des Hauptradsatzes ist mit einem Hohlrad des ersten Planetenradsatzes und mit einem Steg des zweiten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes verbunden. Die vierte Welle des Hauptradsatzes ist mit einem Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes verbunden. Erster und zweiter Planetenradsatz sind dabei als Minus-Radsätze ausgebildet.
Weist das Getriebe acht Vorwärtsgänge zwischen der Getriebe-Eingangswelle und der Getriebe-Ausgangswelle auf, so ist vorzugsweise das zweite Zusatzschaltelement im vierten bis achten Vorwärtsgang geschlossen. Die Übersetzung zwischen Rotor und der zweiten Welle des Hauptradsatzes ist dabei reduziert. Bei Verwendung des Getriebes im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs ist bei diesen hohen Gängen ein geringfügiger Leistungseinbruch an der Getriebe-Ausgangswelle während der Lastschaltung hinzunehmen, da diese hohen Gänge in der Regel als Schongang bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten benutzt werden. Im ersten und zweiten Vorwärtsgang ist bevorzugt das erste Zusatzschaltelement geschlossen. Im ersten und zweiten Vorwärtsgang ist der Drehzahlunterschied zwischen den vier Wellen des Haupt- radsatzes verhältnismäßig gering. Daher wird die Grenzdrehzahl des Rotors trotz der bei geschlossenem erstem Zusatzschaltelement vergrößerten Übersetzung zwischen dem Rotor und der zweiten Welle des Hauptradsatzes nicht erreicht. Der Vorteil der verbesserten Lastschaltung bei geschlossenem erstem Zusatzschaltelement kann ausgehend von diesen Gängen daher genutzt werden. Im eingelegten dritten Vorwärtsgang wird zwischen erstem und zweitem Zusatzschaltelement umgeschaltet.
Das erfindungsgemäße Getriebe ist vorzugsweise als ein lastschaltbares Acht-Gang- Getriebe ausgebildet. Dieses Acht-Gang-Getriebe weist einen ersten Leistungspfad und einen zweiten Leistungspfad zwischen der Getriebe-Eingangswelle und dem Hauptradsatz auf. Erster und zweiter Leistungspfad weisen dabei ein unterschiedliches Übersetzungsverhältnis zur Getriebe-Eingangswelle auf. Der erste Leistungspfad ist über ein erstes Schaltelement mit der vierten Welle des Hauptradsatzes und über ein zweites Schaltelement mit der zweiten Welle des Hauptradsatzes verbindbar. Der zweite Leistungspfad ist über ein drittes Schaltelement mit der ersten Welle des Hauptradsatzes und über ein viertes Schaltelement mit der zweiten Welle des Hauptradsatzes verbindbar. Die erste Welle des Hauptradsatzes ist durch ein fünftes Schaltelement drehfest festsetzbar. Die vierte Welle des Hauptradsatzes ist durch ein sechstes Schaltelement drehfest festsetzbar. Durch das fünfte und sechste Schaltelement ist demnach eine feste Verbindung mit einem Getriebegehäuse des Getriebes oder mit einem anderen drehfest fixierten Bauelement des Getriebes herstellbar. Diese Anordnung der ersten bis sechsten Schaltelemente bewirkt eine besonders vorteilhafte Aufteilung der einzelnen Gänge.
Durch selektives paarweises Eingreifen des ersten bis sechsten Schaltelements sind acht Vorwärtsgänge zwischen der Getriebe-Eingangswelle und der Getriebe- Ausgangswelle realisierbar. Ein erster Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des dritten Schaltelements und des sechsten Schaltelements. Ein zweiter Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des vierten Schaltelements und des sechsten Schaltelements. Ein dritter Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des dritten Schaltelements und des vierten Schaltelements. Ein vierter Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des vierten Schaltelements und des ersten Schaltelements. Ein fünfter Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des dritten Schaltelements und des ersten Schaltelements. Ein sechster Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des zweiten Schaltelements und des ersten Schaltelements. Ein siebenter Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des dritten Schaltelements und des zweiten Schaltelements. Ein achter Vorwärtsgang ergibt sich durch Schließen des fünften Schaltelements und des zweiten Schaltelements.
Ein Umschalten zwischen erstem und zweitem Zusatzschaltelement ist besonders im dritten Vorwärtsgang vorteilhaft, da bei geschlossenem drittem und viertem Schaltelement die vier Wellen des Hauptradsatzes die gleiche Drehzahl aufweisen. Eine sonst beim Umschalten zwischen den beiden Zusatzschaltelementen erforderliche Synchronisation der beteiligten Wellen entfällt dabei auf einfache Weise.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Acht-Gang-Getriebes sind jeweils zwei Schaltelemente durch einen doppeltwirkenden Aktuator betätigbar. Drittes und fünftes Schaltelement sind über einen ersten doppeltwirkenden Aktuator betätigbar.
Zweites und viertes Schaltelement sind über einen zweiten doppeltwirkenden Aktuator betätigbar. Erstes und sechstes Schaltelement sind über einen dritten doppeltwirkenden Aktuator betätigbar. Jeder der drei doppeltwirkenden Aktuatoren kann dabei drei Zustände einnehmen. In einem ersten Schaltzustand des doppeltwirkenden Aktuators befindet sich das erste dem Aktuator zugeordnete Schaltelement in einer Ge- schlossen-Stellung, während das zweite dem Aktuator zugeordnete Schaltelement eine Offen-Stellung einnimmt. In einem zweiten Schaltzustand des Aktuators befindet sich das zweite dem Aktuator zugeordnete Schaltelement in einer Geschlossenstellung, während das erste dem Aktuator zugeordnete Schaltelement eine Offen- Stellung einnimmt. In einem dritten Schaltzustand nehmen beide dem Aktuator zugeordneten Schaltelemente die Offen-Stellung ein. Durch die Ausgestaltung des Hauptradsatzes und die Anbindung des Hauptradsatzes an die elektrische Maschine wird diese Zuordnung der ersten bis sechsten Schaltelemente zu lediglich drei doppeltwirkenden Aktuatoren ermöglicht. Diese verringerte Anzahl der Aktuatoren trägt zur Reduktion der Komplexität des Getriebes bei und reduziert die Herstellungskosten des Getriebes. Das Getriebe kann vorzugsweise Bestandteil eines Hybridantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs sein. Der Hybridantriebsstrang weist neben dem Getriebe auch eine Verbrennungskraftmaschine auf. Die Verbrennungskraftmaschine ist entweder direkt oder über eine Kupplung mit der Getriebe-Eingangswelle des Getriebes verbunden, bzw. verbindbar. Das Kraftfahrzeug kann dabei sowohl durch die Verbrennungskraftmaschine als auch durch die elektrische Maschine des Getriebes angetrieben werden. Optional weist der Hybridantriebsstrang eine Zusatz-Elektromaschine auf, die dazu eingerichtet ist über ihren Rotor ein Drehmoment auf die Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine abzugeben und derart die Verbrennungskraftmaschine zu starten. Dies hat den Vorteil, dass die Verbrennungskraftmaschine mittels der Zusatz-Elektromaschine gestartet werden kann, ohne Einfluss auf einen zeitgleichen elektrischen Fahrbetrieb zu nehmen, in dem das Kraftfahrzeug allein durch die elektrische Maschine des Getriebes angetrieben wird. Weist der Hybridantriebsstrang eine Kupplung zwischen Getriebe und Verbrennungskraftmaschine und eine Zusatz- Elektromaschine auf, so ist die Zusatz-Elektromaschine im Leistungsfluss vorzugsweise zwischen der Verbrennungskraftmaschine und der Kupplung angeordnet. Die Kupplung kann eine variierbare Drehmoment-Übertragungsfähigkeit aufweisen.
Die elektrische Maschine ist mit einem Umformer verbunden, über den die elektrische Maschine mit einem Energiespeicher verbunden ist. Dazu ist jede Form von Energiespeicher geeignet, insbesondere elektrochemische, elektrostatische, hydraulische und mechanische Energiespeicher.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Getriebe auch Bestandteil eines Antriebsstrangs eines Elektrofahrzeugs sein. Ein Elektrofahrzeug wird dabei allein durch eine oder mehrere Elektromaschinen angetrieben, und weist dementsprechend keine Verbrennungskraftmaschine auf. An der Getriebe-Eingangswelle ist in diesem Fall eine Traktions-Elektromaschine angebunden. Durch die verschiedenen Übersetzungsstufen des Getriebes kann die Traktions-Elektromaschine dabei stets in einem Betriebsbereich mit hohem Wirkungsgrad betrieben werden, wodurch die Energieeffizienz des gesamten Elektrofahrzeugs verbessert wird. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 2 zeigt einen Drehzahlplan des Getriebes.
Fig. 3 zeigt ein Schaltschema des Getriebes.
Fig. 4 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 5 zeigt schematisch ein Getriebe entsprechend einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 6 zeigt einen Hybridantriebstrang eines Kraftfahrzeugs.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Getriebe G entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Das Getriebe G weist einen Vorschaltradsatz VRS, einen Zusatzradsatz ZRS und einen Hauptradsatz HRS auf. Der Vorschaltradsatz VRS weist einen Planetenradsatz P3 auf und der Zusatzradsatz ZRS weist einen Planetenradsatz P4 auf, während der Hauptradsatz HRS einen ersten Planetenradsatz P1 und einen zweiten Planetenradsatz P2 aufweist. Sämtliche Planetenradsätze P1 , P2, P3, P4 sind als Minus-Radsätze ausgebildet. Die Darstellung des Getriebes G zeigt im Wesentlichen die verbindbaren und verbundenen Elemente des Getriebes G. Durch die in der Darstellung des Getriebes G gewählten Abstände kann nicht auf die Übersetzungsverhältnisse rückgeschlossen werden.
Eine Getriebe-Eingangswelle GW1 ist mit einem Sonnenrad So-P3 des Planetenradsatzes P3 des Vorschaltradsatzes VRS verbunden, während ein Hohlrad Ho-P3 des Planetenradsatzes P3 des Vorschaltradsatzes VRS drehfest mit dem Getriebegehäuse GG des Getriebes G, oder mit einem anderen drehfest fixierten Bauelement des Getriebes G verbunden ist. Derart wird ein erster und ein zweiter Leistungspfad L1 , L2 gebildet, wobei sowohl durch den ersten Leistungspfad L1 als auch durch den zweiten Leistungspfad L2 Leistung von der Getriebe-Eingangswelle GW1 zum
Hauptradsatz HRS übertragen werden kann. Der zweite Leistungspfad L2 leitet dabei eine im Vergleich zur Drehzahl der Getriebe-Eingangswelle GW1 veränderte Drehzahl an den Hauptradsatz HRS weiter, indem die Drehzahl an der Getriebeeingangswelle GW1 durch die Übersetzung zwischen dem Sonnenrad So-P3 und einem Steg St-P3 des Planetenradsatzes P3 des Vorschaltradsatzes VRS übersetzt wird. Der erste Leistungspfad L1 leitet die Drehzahl der Getriebe-Eingangswelle GW1 ohne Übersetzung an den Hauptradsatz HRS weiter. Das Sonnenrad So-P3 des Planetenradsatzes P3 des Vorschaltradsatzes VRS ist dabei Bestandteil einer ersten Welle W1 P3 des Vorschaltradsatzes VRS, welche mit der Getriebe-Eingangswelle GW1 verbunden ist. Der Steg St-P3 des Planetenradsatzes P3 des Vorschaltradsatzes VRS ist Bestandteil einer zweiten Welle W2P3 des Vorschaltradsatzes VRS. Jenes Bauelement, an dem sich das Hohlrad Ho-P3 des Planetenradsatzes P3 des Vorschaltradsatzes VRS abstützt, wird im Folgenden als dritte Welle W3P3 des Vorschaltradsatzes VRS bezeichnet.
Eine erste Welle W1 des Hauptradsatzes HRS ist mit einem Sonnenrad So-P1 des ersten Planetenradsatzes P1 des Hauptradsatzes HRS verbunden. Eine zweite Welle W2 des Hauptradsatzes HRS ist mit einem Steg St-P1 des ersten Planetenradsatzes P1 und mit einem Hohlrad Ho-P2 des zweiten Planetenradsatzes P2 des Hauptradsatzes HRS verbunden. Eine dritte Welle W3 des Hauptradsatzes HRS ist mit einem Hohlrad Ho-P1 des ersten Planetenradsatzes P1 und mit einem Steg St-P2 des zweiten Planetenradsatzes P2 des Hauptradsatzes HRS verbunden. Eine vierte Welle W4 des Hauptradsatzes HRS ist mit einem Sonnenrad So-P2 des zweiten Planetenradsatzes P2 des Hauptradsatzes HRS verbunden. Durch diese Anordnung und Verbindung zwischen den einzelnen Bauelementen des ersten und zweiten Planetenradsatzes P1 , P2 des Hauptradsatzes HRS wird die Anordnung der ersten, zweiten, dritten und vierten Welle W1 , W2, W3, W4 des Hauptradsatzes HRS im Drehzahlplan bestimmt, wobei die Reihenfolge erste, zweite, dritte, vierte Welle W1 , W2, W3, W4 deren Reihenfolge im Drehzahlplan entspricht. Die dritte Welle W3 ist mit einer Getriebe-Ausgangswelle GW2 verbunden. Alternativ dazu kann die dritte Welle W3 auch über ein zusätzliches Übersetzungsgetriebe mit der Getriebe- Ausgangswelle GW2 verbunden sein. Das Sonnenrad So-P2 des zweiten Planetenradsatzes P2 des Hauptradsatzes HRS weist dabei zwei voneinander getrennte Teile auf. Dies ermöglicht die Verbindung der Getriebe-Ausgangswelle GW2 mit der dritten Welle W3 des Hauptradsatzes HRS, welche zwischen den beiden Teilen des Sonnenrads So-P2 angeordnet ist. Die Drehzahlverhältnisse sind selbstverständlich an beiden Teilen des Sonnenrads So-P2 gleich. Infolgedessen werden im Folgenden beide Teile des Sonnenrads So-P2 als Bestandteil derselben Welle, konkret der vierten Welle W4 des Hauptradsatzes HRS bezeichnet. In einer alternativen, der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellten Ausführungsform kann das Sonnenrad So-P2 des zweiten Planetenradsatzes P2 des Hauptradsatzes HRS auch einteilig ausgeführt sein, beispielsweise für den Fall einer Verwendung des Getriebes im Kraftfahrzeug in einem quer zur Fahrtrichtung angeordneten Antriebsstrang, wobei das Getriebe in diesem Fall einen achsparallelen Abtrieb aufweist.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass auch andere Verbindungs-Kombinationen der Bauelemente des ersten und zweiten Planetenradsatzes P1 , P2 des Hauptradsatzes HRS zu einer derartigen Drehzahlordnung-Reihenfolge der vier Wellen W1 , W2, W3, W4 des Hauptradsatzes HRS führen können. Die Erfindung ist daher nicht auf die oben beschriebene Kombinationsmöglichkeit beschränkt. Die dargestellte Kombination ist somit lediglich beispielhaft anzusehen.
Der erste Leistungspfad L1 ist über ein erstes Schaltelement A mit der vierten Welle W4 des Hauptradsatzes HRS und über ein zweites Schaltelement E mit der zweiten Welle W2 des Hauptradsatzes HRS verbindbar. Der zweite Leistungspfad L2 ist über ein drittes Schaltelement B mit der ersten Welle W1 des Hauptradsatzes HRS und über ein viertes Schaltelement D mit der zweiten Welle W2 des Hauptradsatzes HRS verbindbar. Die erste Welle W1 des Hauptradsatzes HRS ist durch ein fünftes Schaltelement C mit dem Getriebegehäuse GG des Getriebes G, oder mit einem anderen drehfesten Bauelement des Getriebes G verbindbar, sodass die erste Welle W1 des Hauptradsatzes HRS bei geschlossenem fünftem Schaltelement C keine Drehzahl annehmen kann. Die vierte Welle W4 des Hauptradsatzes HRS ist in gleicher Weise durch ein sechstes Schaltelement F drehfest festsetzbar, indem die vierte Welle W4 durch das sechste Schaltelement F mit dem Getriebegehäuse GG verbunden wird.
Jeweils zwei Schaltelemente sind durch einen doppeltwirkenden Aktuator betätigbar. Drittes und fünftes Schaltelement B, C sind über einen ersten doppeltwirkenden Aktuator betätigbar. Zweites und viertes Schaltelement E, D sind über einen zweiten doppeltwirkenden Aktuator betätigbar. Erstes und sechstes Schaltelement A, F sind über einen dritten doppeltwirkenden Aktuator betätigbar.
Das Getriebe G weist eine Elektromaschine EM auf, wobei ein Stator S drehfest mit dem Getriebegehäuse GG des Getriebes G oder mit einem anderen drehfesten Bauelement des Getriebes G verbunden ist, sodass der Stator S keine Drehzahl annehmen kann. Ein drehbar gelagerter Rotor R ist über ein erstes Zusatzschaltelement U mit einem Sonnenrad So-P4 des Planetenradsatzes P4 des Zusatzradsatzes ZRS verbindbar. Das Sonnenrad So-P4 des Planetenradsatzes P4 des Zusatzradsatzes ZRS ist dabei Bestandteil einer ersten Welle W1 P4 des Zusatzradsatzes ZRS. Darüber hinaus ist der Rotor R über ein zweites Zusatzschaltelement V mit der ersten Welle W1 des Hauptradsatzes HRS verbindbar. Ein Steg St-P4 des Planetenradsatzes P4 des Zusatzradsatzes ZRS ist Bestandteil einer zweiten Welle W2P4 des Zusatzradsatzes ZRS und ist mit der zweiten Welle W2 des Hauptradsatzes HRS verbunden. Ein Hohlrad Ho-P4 des Planetenradsatzes P4 des Zusatzradsatzes ZRS ist Bestandteil einer dritten Welle W3P4 des Zusatzradsatzes ZRS und ist mit der dritten Welle W3 des Hauptradsatzes HRS verbunden. Fig. 2 zeigt einen Drehzahlplan des Getriebes G, während in Fig. 3 ein Schaltschema des Getriebes G dargestellt ist. In Fig. 2 sind in vertikaler Richtung die Drehzahlen der vier Wellen W1 , W2, W3, W4 des Hauptradsatzes HRS und des Rotors R im Verhältnis zur Drehzahl n der Getriebe-Eingangswelle GW1 aufgetragen. Eine maximal auftretende Drehzahl n der Getriebe-Eingangswelle GW1 ist auf den Wert Eins normiert. Die Abstände zwischen den vier Wellen W1 , W2, W3, W4 des Hauptradsatzes HRS und des Rotors R ergeben sich durch die Standgetriebeübersetzungen des ersten und zweiten Planetenradsatzes P1 , P2 des Hauptradsatzes HRS und der Standgetriebeübersetzung des Planetenradsatzes P4 des Zusatzradsatzes ZRS. Zu einem bestimmten Betriebspunkt gehörende Drehzahlverhältnisse lassen sich durch eine Gerade verbinden.
Werden zwei Wellen miteinander verbunden, so drehen diese miteinander verbundenen Wellen mit derselben Drehzahl. Der Übersichtlichkeit halber können derart verbundene Wellen im Drehzahlplan horizontal getrennt voneinander dargestellt sein, beispielsweise um die Drehzahl-Übertragung vom Vorschaltradsatz VRS über den ersten oder zweiten Leistungspfad L1 , L2 zum Hauptradsatz HRS besser zu verdeutlichen. Der dabei im Drehzahlplan gewählte horizontale Abstand zwischen den verbundenen Wellen ist willkürlich. Die Übersetzung zwischen derart verbundenen Wellen beträgt selbstverständlich den Wert Eins, unabhängig vom im Drehzahlplan gewählten horizontalen Abstand.
Ist das erste Zusatzschaltelement U geschlossen, so befindet sich die erste Welle W1 des Hauptradsatzes HRS im Drehzahlplan zwischen dem Rotor R und der zweiten Welle W2 des Hauptradsatzes HRS. Ist das zweite Zusatzschaltelement V geschlossen, so ist der Rotor R mit der ersten Welle W1 des Hauptradsatzes HRS verbunden, sodass der Rotor R und die erste Welle W1 des Hauptradsatzes HRS im Drehzahlplan die gleiche Position aufweisen.
Werden zwei Wellen miteinander verbunden, so drehen diese miteinander verbundenen Wellen mit derselben Drehzahl. Der Übersichtlichkeit halber können derart verbundene Wellen im Drehzahlplan horizontal getrennt voneinander dargestellt sein, beispielsweise um die Drehzahl-Übertragung vom Vorschaltradsatz VRS über den ersten oder zweiten Leistungspfad L1 , L2 zum Hauptradsatz HRS besser zu verdeutlichen. Der dabei im Drehzahlplan gewählte horizontale Abstand zwischen den verbundenen Wellen ist willkürlich. Die Übersetzung zwischen derart verbundenen Wellen beträgt selbstverständlich den Wert Eins, unabhängig vom im Drehzahlplan gewählten horizontalen Abstand.
Werden von Hohlrad, Steg und Sonne eines Planetenradsatzes zwei dieser Elemente miteinander verbunden, so rotieren Hohlrad, Steg und Sonne dieses Planetenradsatzes mit derselben Drehzahl. In diesem Zustand nimmt die Übersetzung zwischen den genannten Elementen den Wert Eins an. Der Übersichtlichkeit halber wird die horizontale Anordnung der mit diesen Elementen verbundenen Wellen im Drehzahlplan nicht verschoben. Infolgedessen ist dieser Zustand im Drehzahlplan durch eine horizontale Gerade zu erkennen, die die beteiligten Wellen miteinander verbindet.
Fig. 3 zeigt ein Schaltschema des Getriebes G. Durch das Schaltschema in Fig. 3 und dem Drehzahlplan in Fig. 2 wird die Funktionsweise des Getriebes G deutlich. Die geschlossenen Schaltelemente A, B, C, D, E, F und Zusatzschaltelemente U, V sind in Fig. 3 durch Kreise gekennzeichnet. Dem Schaltschema können die jeweiligen Übersetzungen der einzelnen Gangstufen und die daraus zu bestimmenden Gangsprünge zum nächst höheren Gang beispielhaft entnommen werden, wobei das Getriebe G derart eine Spreizung von 10,1 aufweist. Die Übersetzungen ergeben sich aus den Standgetriebeübersetzungen der Planetenradsätze P1 , P2, P3, P4. Bei sequentieller Schaltweise können Doppelschaltungen bzw. Gruppenschaltungen vermieden werden, da zwei benachbarte Gangstufen ein Schaltelement gemeinsam benutzen. Die Gänge des Getriebes G sind in den verschiedenen Zeilen des Schaltschemas dargestellt. In einer Spalte des Schaltschemas ist des Weiteren angegeben, ob die Elektromaschine EM in dem betreffenden Gang in der Lage ist, mechanische Leistung auf die Getriebe-Ausgangswelle GW2 abzugeben oder von dieser aufzunehmen.
Ein erster Vorwärtsgang 1 VM zwischen der Getriebe-Eingangswelle GW1 und der Getriebe-Ausgangswelle GW2 ergibt sich durch Schließen des dritten Schaltelements B und des sechsten Schaltelements F, ein zweiter Vorwärtsgang 2VM durch Schließen des vierten Schaltelements D und des sechsten Schaltelements F, ein dritter Vorwärtsgang 3VM durch Schließen des dritten Schaltelements B und des vierten Schaltelements D, ein vierter Vorwärtsgang 4VM durch Schließen des vierten
Schaltelements D und des ersten Schaltelements A, ein fünfter Vorwärtsgang 5VM durch Schließen des dritten Schaltelementes B und des ersten Schaltelements A, ein sechster Vorwärtsgang 6VM durch Schließen des zweiten Schaltelements E und des ersten Schaltelements A, ein siebenter Vorwärtsgang 7VM durch Schließen des dritten Schaltelements B und des zweiten Schaltelements E, und ein achter Vorwärtsgang 8VM durch Schließen des fünften Schaltelements C und des zweiten Schaltelements E.
Im ersten und zweiten Vorwärtsgang 1 VM, 2VM ist das erste Zusatzschaltelement U geschlossen. Im vierten bis achten Vorwärtsgang 4VM-8VM ist das zweite Zusatzschaltelement V geschlossen. Im dritten Vorwärtsgang 3VM wird zwischen erstem und zweitem Zusatzschaltelement U, V umgeschaltet.
In einem ersten elektrischer Gang 1 EM wird Drehmoment allein von der elektrischen Maschine EM zur Getriebe-Ausgangswelle GW2 übertragen, wobei das erste, zweite, dritte und vierte Schaltelement A, E, B, D geöffnet ist und somit keine drehmomentführende Verbindung zwischen der Getriebe-Eingangswelle GW1 und der Getriebe- Ausgangswelle GW2 besteht. Dabei ist das erste Zusatzschaltelement U sowie das sechste Schaltelement F geschlossen. In einem zweiten elektrischen Gang 2EM ist anstatt dem ersten Zusatzschaltelement U das zweite Zusatzschaltelement V geschlossen.
In einem ersten und zweiten Startmodus 1 S, 2S wird der Getriebe-Eingangswelle GW1 Drehmoment zugeführt, wobei je nach Stellung des sechsten Schaltelements F Drehmoment ausschließlich von der Elektromaschine EM oder auch von der Getriebe-Ausgangswelle GW2 der Getriebe-Eingangswelle GW1 zuführbar ist. Ist das sechste Schaltelement F geschlossen, und gibt die Elektromaschine EM kein Moment ab, so kann der Getriebe-Eingangswelle GW1 Drehmoment auch ausschließlich von der Getriebe-Ausgangswelle GW2 zugeführt werden. Dies ist insbesondere bei der Verwendung des Getriebes G im Kraftfahrzeug relevant, um derart eine an der Getriebe-Eingangswelle GW1 angebundene Verbrennungskraftmaschine VKM zu starten. Ist dabei das sechste Schaltelement F geöffnet, so muss die Getriebe- Ausgangswelle GW2 durch eine Feststellbremse drehfest festgesetzt sein. Das erste Zusatzschaltelement U ist geschlossen.
Im Folgenden wird beispielhaft ein Lastschaltvorgang beschrieben. Im zweiten Vorwärtsgang bilden die zweite und die vierte Welle W2, W4 des Hauptradsatzes HRS je eine Differenzwelle, während die dritte Welle W3 des Hauptradsatzes HRS eine Summenwelle darstellt. Bei einem Schaltvorgang vom zweiten Vorwärtsgang 2VM in den dritten Vorwärtsgang 3VM bleibt das vierte Schaltelement D geschlossen. Das sechste Schaltelement F wird geöffnet, anschließend wird das dritte Schaltelement B geschlossen. Ist das sechste Schaltelement F als Klauen-Schaltelement ausgebildet, so muss das sechste Schaltelement F vor dem Öffnen weitgehend drehmomentfrei gestellt werden, sodass das sechste Schaltelement F kein oder nur mehr ein geringes Drehmoment überträgt. Diese Lastfreistellung des sechsten Schaltelements F wird durch ein generatorisches Moment der elektrischen Maschine EM bewirkt. Dabei bleibt zumindest ein Anteil des zuvor an der dritten Welle W3 des Hauptradsatzes HRS anliegenden Drehmoments erhalten, wodurch es an der Getriebe- Ausgangswelle GW2 zu keinem vollständigen Drehmomenteinbruch kommt. Ist das sechste Schaltelement F geöffnet, so wird die zweite Welle W2 des Hauptradsatzes HRS zur Summenwelle, während die erste Welle W1 P4 des Zusatzradsatzes ZRS und die dritte Welle W3 des Hauptradsatzes HRS je eine Differenzwelle bilden.
Durch die elektrische Maschine EM wird nun ein generatorisches Drehmoment aufgebracht, um eine Drehzahlsynchronisation zwischen der zweiten Welle W2VS des Vorschaltradsatzes VRS und der ersten Welle W1 des Hauptradsatzes HRS zu erreichen. Dadurch wird ein Schließen des dritten Schaltelements B ermöglicht, wobei zumindest ein Anteil des zuvor an der dritten Welle W3 des Hauptradsatzes HRS anliegenden Drehmoments erhalten bleibt. Ist das dritte Schaltelement B geschlossen, so wird die erste Welle W1 des Hauptradsatzes HRS zur Differenzwelle, der Schaltvorgang ist damit abgeschlossen. Dadurch wird erreicht, dass während des Schaltvorgangs ein Teil des Leistungsflusses von Getriebe-Eingangswelle GW1 zur Getriebe-Ausgangswelle GW2 aufrechterhalten werden kann. Diese Wirkungsweise gilt für alle Ausführungsformen. Fig. 4 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform des Getriebes G. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform ist die dritte Welle W3P4 des Zusatzradsatzes ZRS in der zweiten Ausführungsform demnach mit der vierten Welle W4 des Hauptradsatzes HRS verbunden, und ist damit mit dem Sonnenrad So-P2 des zweiten Planetenradsatzes P2 des Hauptradsatzes HRS verbunden. Die dritte Welle W3 des Hauptradsatzes HRS weist in dieser zweiten Ausführungsform keine direkte Anbin- dung an den Planetenradsatz P4 des Zusatzradsatzes ZRS auf. Der in Fig. 2 beschriebene Drehzahlplan und das in Fig. 3 beschriebene Schaltschema gelten in gleicher Form für die zweite Ausführungsform des Getriebes G, sofern die Standgetriebeübersetzungen der beteiligten Planetenradsätze P1 , P2, P4 entsprechend gewählt sind.
Fig. 5 zeigt schematisch eine dritte Ausführungsform des Getriebes G. Im Unterschied zur zweiten Ausführungsform ist die zweite Welle W2P4 des Zusatzradsatzes ZRS in der dritten Ausführungsform mit der dritten Welle W3 des Hauptradsatzes HRS verbunden. Die zweite Welle W2 des Hauptradsatzes HRS weist in dieser dritten Ausführungsform keine direkte Verbindung zum Zusatzradsatz ZRS mehr auf. Der in Fig. 2 beschriebene Drehzahlplan und das in Fig. 3 beschriebene Schaltschema gelten in gleicher Form für die dritte Ausführungsform des Getriebes G, sofern die Standgetriebeübersetzungen der beteiligten Planetenradsätze P1 , P2, P4 entsprechend gewählt wurden.
Der Planetenradsatz P4 des Zusatzradsatzes ZRS könnte in der ersten bis dritten Ausführungsform auch als Plus-Radsatz ausgebildet sein, wobei in diesem Fall das Hohlrad Ho-P4 des Planetenradsatzes P4 des Zusatzradsatzes ZRS ein Bestandteil der zweiten Welle W2P4 des Zusatzradsatzes ZRS wäre, während der Steg St-P4 des Planetenradsatzes P4 des Zusatzradsatzes ZRS Bestandteil der dritten Welle W3P4 des Zusatzradsatzes ZRS wäre. In anderen Worten muss bei Verwendung eines Plus-Radsatzes anstatt eines Minus-Radsatzes die Zuordnung der Wellen von Hohlrad zu Steg vertauscht werden. Dabei ist zu berücksichtigen, dass bei Verwendung eines Plus-Radsatzes anstatt eines Minus-Radsatzes der Betrag der Standge- triebeübersetzung um den Wert Eins erhöht werden muss, um die gleiche Übersetzungswirkung zu erzielen wie mit einem Minus-Radsatz.
Fig. 6 zeigt einen Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Das darin enthaltene Getriebe G entspricht der ersten Ausführungsform des Getriebes G, wobei dies lediglich beispielhaft anzusehen ist. Alternativ kann auch die zweite oder die dritte Ausführungsform des Getriebes G einen Bestandteil des Hybridantriebsstrangs bilden. Ein drehbarer Rotor R2 einer Zusatz-Elektromaschine SG ist mit der Getriebe- Eingangswelle GW1 verbunden, während der Stator S2 der Zusatz-Elektromaschine SG drehfest am Getriebegehäuse GG des Getriebes G oder an einem anderen drehfesten Bauelement des Getriebes G angebunden ist. Über einen Rotationsschwin- gungsdämpfer RD ist eine Verbrennungskraftmaschine VKM mit der Getriebe- Eingangswelle GW1 verbunden. Die Getriebe-Ausgangswelle GW2 ist mit einem Achsgetriebe AG verbunden. Vom Achsgetriebe AG ausgehend wird das Drehmoment, das an der Getriebe-Ausgangswelle GW2 anliegt, auf Räder W des Kraftfahrzeugs verteilt. Im motorischen Betrieb der Elektromaschine EM wird dem Stator S über einen Wechselrichter INV elektrischer Leistung zugeführt. Im generatorischen Betrieb der Elektromaschine EM führt der Stator S dem Wechselrichter INV elektrische Leistung zu. Der Wechselrichter INV wandelt dabei die Gleichspannung einer Batterie BAT in eine für die Elektromaschine EM geeignete Wechselspannung, und umgekehrt. Die Zusatz-Elektromaschine SG kann dabei ebenso über den Wechselrichter INV mit elektrischer Leistung versorgt werden. Alternativ dazu kann die Zusatz-Elektromaschine SG auch an eine andere Leistungsversorgung angeschlossen sein, beispielsweise an ein Niederspannungs-Bordnetz des Kraftfahrzeugs.
Bezuqszeichen
G Getriebe
GW1 Getriebe-Eingangswelle
GW2 Getriebe-Ausgangswelle
n Drehzahl der Getriebe-Eingangswelle
HRS Hauptradsatz
ZRS Zusatzradsatz
VRS Vorschaltradsatz
EM Elektrische Maschine
R Rotor der elektrischen Maschine
S Stator der elektrischen Maschine
SG Zusatz-Elektromaschine
R2 Rotor der Zusatz-Elektromaschine
S2 Stator der Zusatz-Elektromaschine
RD Rotationsschwingungsdämpfer
VKM Verbrennungskraftmaschine
INV Wechselrichter
BAT Batterie
KO Kupplung
P1 Erster Planetenradsatz des Hauptradsatzes
P2 Zweiter Planetenradsatz des Hauptradsatzes
P3 Planetenradsatz des Vorschaltradsatzes
P4 Planetenradsatz des Zusatzradsatzes
W1 Erste Welle des Hauptradsatzes
W2 Zweite Welle des Hauptradsatzes
W3 Dritte Welle des Hauptradsatzes
W4 Vierte Welle des Hauptradsatzes
W1 P3 Erste Welle des Vorschaltradsatzes
W2P3 Zweite Welle des Vorschaltradsatzes
W3P3 Dritte Welle des Vorschaltradsatzes
W1 P4 Erste Welle des Zusatzradsatzes
W2P4 Zweite Welle des Zusatzradsatzes W3P4 Dritte Welle des Zusatzradsatzes
A Erstes Schaltelement
E Zweites Schaltelement
B Drittes Schaltelement
D Viertes Schaltelement
C Fünftes Schaltelement
F Sechstes Schaltelement
U Erstes Zusatzschaltelement
V Zweites Zusatzschaltelement
SO-P1 Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes
St-P1 Steg des ersten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes
HO-P1 Hohlrad des ersten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes
So-P2 Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes
St-P2 Steg des zweiten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes
HO-P2 Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes des Hauptradsatzes
So-P3 Sonnenrad des Planetenradsatzes des Vorschaltradsatzes
St-P3 Steg des Planetenradsatzes des Vorschaltradsatzes
Ho-P3 Hohlrad des Planetenradsatzes des Vorschaltradsatzes
So-P4 Sonnenrad des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes
St-P4 Steg des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes
Ho-P4 Hohlrad des Planetenradsatzes des Zusatzradsatzes
L1 Erster Leistungspfad
L2 Zweiter Leistungspfad
1 VM-8VM Erster bis achter Vorwärtsgang
1 EM Erster elektrischer Gang
2EM Zweiter elektrischer Gang
1 S Erster Startmodus
2S Zweiter Startmodus
AG Achsgetriebe
W Rad

Claims

Patentansprüche
1 . Getriebe (G) mit einer Getriebe-Eingangswelle (GW1 ) und einer Getriebe- Ausgangswelle (GW2), einem Hauptradsatz (HRS), einem Zusatzradsatz (ZRS), und einer elektrischen Maschine (EM) mit einem Rotor (R) und einem Stator (S), wobei das Getriebe (G) zumindest einen Leistungspfad (L1 , L2) zwischen der Getriebe- Eingangswelle (GW1 ) und dem Hauptradsatz (HRS) aufweist, wobei der Hauptradsatz (HRS) einen ersten und einen zweiten Planetenradsatz (P1 , P2) mit insgesamt vier in Drehzahlordnung als erste, zweite, dritte und vierte Welle bezeichnete Wellen (W1 , W2, W3, W4) aufweist, wobei der zumindest eine Leistungspfad (L1 , L2) über zumindest ein Schaltelement (A, B, D, E) mit zumindest einer der vier Wellen (W1 , W2, W3, W4) des Hauptradsatzes (HRS) verbindbar ist, wobei die dritte Welle (W3) des Hauptradsatzes (HRS) mit der Getriebe-Ausgangswelle (GW2) verbunden ist, wobei der Zusatzradsatz (ZRS) einen Planetenradsatz (P4) mit einer ersten, zweiten und dritten Welle (W1 P4, W2P4, W3P4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Welle (W1 P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) über ein erstes Zusatzschaltelement (U) mit dem Rotor (R) verbindbar ist und die erste Welle (W1 ) des Hauptradsatzes (HRS) über ein zweites Zusatzschaltelement (V) mit dem Rotor (R) verbindbar ist, wobei entweder das erste Zusatzschaltelement (U) oder das zweite Zusatzschaltelement (V) geschlossen ist, wobei die Standgetriebeübersetzung des Planetenradsatzes (P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) so gewählt ist, dass die erste Welle (W1 ) des Hauptradsatzes (HRS) bei geschlossenem erstem Zusatzschaltelement (U) im Drehzahlplan zwischen der ersten Welle (W1 P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) und der zweiten Welle (W2) des Hauptradsatzes (HRS) liegt, wobei entweder
- die zweite Welle (W2P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ständig mit der zweiten Welle (W2) des Hauptradsatzes (HRS) verbunden ist, wobei die dritte Welle (W3P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) entweder mit der dritten Welle (W3) oder mit der vierten Welle (W4) des Hauptradsatzes (HRS) ständig verbunden ist, oder
- die zweite Welle (W2P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) mit der dritten Welle (W3) des Hauptradsatzes (HRS) ständig verbunden ist, wobei die dritte Welle (W3P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) mit der vierten Welle (W4) des Hauptradsatzes (HRS) ständig verbunden ist.
2. Getriebe (G) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Sonnenrad (So- P4) des Planetenradsatzes (P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ein Bestandteil der ersten Welle (W1 P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ist, und
- im Falle, dass der Planetenradsatz (P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) als Minus- Radsatz ausgebildet ist, ein Steg (St-P4) des Planetenradsatzes (P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ein Bestandteil der zweiten Welle (W2P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ist und ein Hohlrad (Ho-P4) des Planetenradsatzes (P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ein Bestandteil der dritten Welle (W3P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ist, und
- im Falle, dass der Planetenradsatz (P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) als Plus- Radsatz ausgebildet ist, das Hohlrad (Ho-P4) des Planetenradsatzes (P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ein Bestandteil der zweiten Welle (W2P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ist und der Steg (St-P4) des Planetenradsatzes (P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ein Bestandteil der dritten Welle (W3P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ist.
3. Getriebe (G) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (So-P4) des Planetenradsatzes (P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ein Bestandteil der dritten Welle (W3P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ist,
- im Falle, dass der Planetenradsatz (P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) als Minus- Radsatz ausgebildet ist, der Steg (St-P4) des Planetenradsatzes (P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ein Bestandteil der zweiten Welle (W2P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ist und das Hohlrad (Ho-P4) des Planetenradsatzes (P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ein Bestandteil der ersten Welle (W1 P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ist, und
- im Falle, dass der Planetenradsatz (P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) als Plus- Radsatz ausgebildet ist, das Hohlrad (Ho-P4) des Planetenradsatzes (P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ein Bestandteil der zweiten Welle (W2P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ist und der Steg (St-P4) des Planetenradsatzes (P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ein Bestandteil der ersten Welle (W1 P4) des Zusatzradsatzes (ZRS) ist.
4. Getriebe (G) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zusatzschaltelement (U) und das zweite Zusatzschaltelement (V) von einem doppeltwirkenden Aktuator betätigbar ist.
5. Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sonnenrad (So-P1 ) des ersten Planetenradsatzes (P1 ) des Hauptradsatzes (HRS) Bestandteil der ersten Welle (W1 ) des Hauptradsatzes (HRS) ist, wobei ein Steg (St-P1 ) des ersten Planetenradsatzes (P1 ) des Hauptradsatzes (HRS) und ein Hohlrad (Ho-P2) des zweiten Planetenradsatzes (P2) des Hauptradsatzes (HRS) Bestandteile der zweiten Welle (W2) des Hauptradsatzes (HRS) sind, wobei ein Hohlrad (Ho-P1 ) des ersten Planetenradsatzes (P1 ) des Hauptradsatzes (HRS) und ein Steg (St-P2) des zweiten Planetenradsatzes (P2) des Hauptradsatzes (HRS) Bestandteile der dritten Welle (W3) des Hauptradsatzes (HRS) sind, und wobei ein Sonnenrad (So-P2) des zweiten Planetenradsatzes (P2) des Hauptradsatzes (HRS) Bestandteil der vierten Welle (W4) des Hauptradsatzes (HRS) ist.
6. Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (G) acht Vorwärtsgänge (1 VM-8VM) zwischen der Getriebe- Eingangswelle (GW1 ) und der Getriebe-Ausgangswelle (GW2) aufweist, wobei zumindest im ersten und zweiten Vorwärtsgang (1 VM, 2VM) das erste Zusatzschaltelement (U) geschlossen ist, und wobei zumindest im vierten bis achten Vorwärtsgang (4VM-8VM) das zweite Zusatzschaltelement (V) geschlossen ist.
7. Getriebe (G) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im dritten Vorwärtsgang (3VM) ein Umschaltvorgang zwischen einem ersten Betriebszustand und einem zweiten Betriebszustand stattfindet, wobei im ersten Betriebszustand das erste Zusatzschaltelement (U) geschlossen ist und das zweite Zusatzschaltelement (V) geöffnet ist, und wobei im zweiten Betriebszustand das zweite Zusatzschaltelement (V) geschlossen ist und das erste Zusatzschaltelement (U) geöffnet ist.
8. Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (G) einen ersten Leistungspfad (L1 ) und einen zweiten Leistungspfad (L2) zwischen der Getriebe-Eingangswelle (GW1 ) und dem Hauptradsatz (HRS) um- fasst, wobei der erste Leistungspfad (L1 ) über ein erstes Schaltelement (A) mit der vierten Welle (W4) des Hauptradsatzes (HRS) und über ein zweites Schaltelement (E) mit der zweiten Welle (W2) des Hauptradsatzes (HRS) verbindbar ist, wobei der zweiter Leistungspfad (L2) über ein drittes Schaltelement (B) mit der ersten Welle (W1 ) des Hauptradsatzes (HRS) und über ein viertes Schaltelement (D) mit der zweiten Welle (W2) des Hauptradsatzes (HRS) verbindbar ist, wobei die erste Welle (W1 ) des Hauptradsatzes (HRS) durch ein fünftes Schaltelement (C) drehfest festsetzbar ist, und wobei die vierte Welle (W4) des Hauptradsatzes (HRS) durch ein sechstes Schaltelement (F) drehfest festsetzbar ist.
9. Getriebe (G) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch selektives paarweises Eingreifen der sechs Schaltelemente (A, B, C, D, E, F) acht Vorwärtsgänge (1 VM-8VM) realisierbar sind, wobei sich der erste Vorwärtsgang (1 VM) durch Schließen des dritten Schaltelements (B) und des sechsten Schaltelements (F), der zweite Vorwärtsgang (2VM) durch Schließen des vierten Schaltelements (D) und des sechsten Schaltelements (F), der dritte Vorwärtsgang (3VM) durch Schließen des dritten Schaltelements (B) und des vierten Schaltelements (D), der vierte Vorwärtsgang (4VM) durch Schließen des vierten Schaltelements (D) und des ersten Schaltelements (A), der fünfte Vorwärtsgang (5VM) durch Schließen des dritten Schaltelementes (B) und des ersten Schaltelements (A), der sechste Vorwärtsgang (6VM) durch Schließen des zweiten Schaltelements (E) und des ersten Schaltelements (A), der siebente Vorwärtsgang (7VM) durch Schließen des dritten Schaltelements (B) und des zweiten Schaltelements (E), und der achte Vorwärtsgang (8VM) durch Schließen des fünften Schaltelements (C) und des zweiten Schaltelements (E) ergibt.
10. Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das das dritte und fünfte Schaltelement (B, C) von einem ersten doppeltwirkenden Aktuator betätigbar ist, wobei das zweite und vierte Schaltelement (E, D) von einem zweiten doppeltwirkenden Aktuator betätigbar ist, und wobei das erste und sechste Schaltelement (A, F) von einem dritten doppeltwirkenden Aktuator betätigbar ist.
1 1 . Hybridantriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, wobei der Hybridantriebsstrang zumindest eine Verbrennungskraftmaschine (VKM) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Hybridantriebsstrang ein Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 aufweist.
12. Hybridantriebsstrang nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Hybridantriebsstrang zumindest eine mit der Verbrennungskraftmaschine (VKM) direkt oder über ein Getriebe verbundene Zusatz-Elektromaschine (SG) aufweist, die dazu eingerichtet ist die Verbrennungskraftmaschine (VKM) zu starten.
13. Hybridantriebsstrang nach Anspruch 1 1 oder Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsfluss zwischen der Verbrennungskraftmaschine (VKM) und der Getriebe-Eingangswelle (GW1 ) durch eine Kupplung (KO) unterbrechbar ist.
14. Antriebsstrang für ein Elektrofahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang ein Getriebe (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 aufweist.
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